酶降解农药.ppt

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,酶降解有机磷农药,农药降解研究领域日趋活跃,研究者们相继对除草剂、杀虫剂、杀菌剂等的微生物降解进行了深入细致的研究。通过近几十年的研究,已经确定了微生物在土壤和水环境的农药降解中起主要作用。研究者分离到一批能降解或转化某种农药的微生物类群,逐步弄清了微生物降解农药的主要作用方式及降解机制,以及各类化学农药的微生物降解途径。,微生物降解有机磷机理,有机磷农药的微生物降解过程:一种是微生物本身含有可降解该种农药的酶系基因,当有机磷农药进入土壤后,微生物马上应激产生出可降解有机磷农药的降解酶,在这种情况下,降解菌的选育较为容易,选育周期也较短;另一种是微生物本身并无可降解该有机磷农药的酶系或相关基因,当农药进入环境以后,环境中微生物由于生存的需要,微生物的基因发生重组或突变,产生新的降解酶系,当有机磷农药与微生物混合后,通过对微生物的某种刺激,促使微生物自身所含有的酶迅速增加或因基因适应性改变而形成具有降解效果的酶,在这些酶的作用下,有机磷中的PS,PO,PN等键被打断,使有机磷农药被降解,生成简单无机化合物。,微生物降解有机磷农药残留的作用方式,常见的作用方式有,3,种：,（,1,）矿化作用：指微生物将有机磷农药作为生长基质利用，完全将有机磷农药分解成为,PO,4,3-,、,NH,3,、,CO,2,和,H,2,O,等无机物的过程。尽管矿化作用是清除农药残毒的理想方式，但研究表明自然界中此类微生物的种类和数量还很少。,（,2,）共代谢作用：指微生物在有其可利用的生长基质存在时，对其原来不能利用的有机磷农药也可分解代谢的现象。共代谢反应中产生的既能代谢转化生长基质又能代谢转化有机磷农药的非专一性酶，是微生物共代谢反应的关键。,（,3,）种间协同代谢：指同一环境中的几种微生物联合代谢某种有机磷农药。,微生物法降解有机磷农药途径,近年来,随着分子生物技术研究的深入发展,微生物的降解作用亦得到了长足的发展,其主要的降解途径主要有以下几种：,水解作用,:,在微生物作用下,酯键和酰胺键水解,使得农药脱毒,如马拉硫磷,敌稗等的水解脱毒,.,脱卤作用,:,卤代烃类杀虫剂,在脱卤酶的作用下,其取代基上的卤被,-H,和羧基等取代,从而失去毒性,如,DDT,降解变为,DDE,即属此类反应,.,氧化作用,:,微生物通过合成氧化酶,使分子氧进入有机分子,尤其是带有芳香环的有机分子中,插入,1,个羟基或形成,1,个环氧化物,如多菌灵,.,硝基还原,:,在微生物的作用下,将农药中的,-NO,2,还原为,-NH,2,如将对硫磷还原为氨基对硫磷,.,甲基化,:,有毒酚类加入甲基使其钝化,如五氯酚,四氯酚等,.,去甲基化,:,含有甲基或其他烃基,与,N,O,S,相连,脱去这些集团转为无毒,如敌草隆的降解即脱去两个,N-,甲基,.,去氨基,:,脱去某些农药分子上的氨基,从而实现脱毒作用,.,降解农药的,微生物类别,影响微生物降解农药的因素,微生物自身的影响,农药结构的影响,环境因素的影响,微生物具有较强的适应和被驯化的能力，通过一定的适应过程，新的化合物能诱导微生物产生相应的酶系来降解，或通过基因突变等建立新的酶系来降解。微生物降解本身的功能特性和变化也是最重要的因素。,农药结构的影响,农药化合物的分子量、空间结构、取代基的种类及数量等都影响到微生物对其降解的难易程度。不同化学结构的农药，生物降解性由易到难依次为脂肪酸类、有机磷酸盐类、长链苯氧基脂肪酸类、短链苯氧基脂肪酸类、单基取代苯氧基脂肪酸类、三基取代苯氧基脂肪酸类、二硝基苯类、氯代烃类。,一般情况下，高分子化合物比低分子量化合物难降解，聚合物、复合物更能抗生物降解；空间结构简单的比结构复杂的容易降解；易溶于水的农药比难溶于水的农药易降解。,微生物只能降解特定结构的农药，所以农药结构决定降解该农药的微生物种类，只有对污染环境农药的结构充分了解，才能有效地对其进行生物降解。,环境因素的影响,环境因素包括温度、酸碱度、营养、氧、底物浓度、表面活性剂等。农药的生物降解是一个复杂的过程，影响因素很多。近年来，人们越来越多地关注到环境对农药的生物降解的影响，取得了很多成果，在今后的研究中，尤其在农药生物降解实际应用中，环境因素将是人们必须考虑的因素。,农药微生物降解的新技术新方法,固定化微生物技术在农药降解中的应用,农药降解酶制剂的研制及应用,降解基因的克隆、表达及基因工程菌的构建,由于固定化细胞对底物和氧气扩散有阻碍，使细胞酶活性降低，通过基因工程手段制备高效工程菌是解决该问题的关键。闫艳春等克隆抗性库蚊酯酶基因并在大肠杆菌中高效表达，用海藻酸钠包埋固定化工程菌，并处理有机氯农药三氯杀虫酯和菊酯类农药溴氰菊酯，结果表明，固定化工程菌能高效降解这两种农药。,农药降解酶制剂的研制及应用,微生物之所以能被广泛地应用于有机磷的降解处理,都是微生物体内产生的具有强大催化作用的生物催化剂-酶作用的结果。另外,如果用微生物产生的酶来处理农药残留而不是直接使用微生物菌株，那么对环境造成威胁或潜在威胁的风险即可降低。研究表明，一些酶比产生这类酶的微生物菌体更能忍受变异的环境条件，如对硫磷水解酶可耐受高达10的盐浓度和50的温度，而产生这种酶的假单胞菌在这种条件下却不能生长。,南京农业大学刘智等通过鸟枪法克隆到一个大小为,25 000,个碱基对左右的甲基对硫磷水解酶基因,并将其转化至大肠杆菌中。同时他还构建了能降解有机氯及有机磷和同时降解,3,种以上有机磷农药的降解菌各,1,株,能同时高效降解甲基对硫磷和呋喃丹农药的工程菌,1,株,在实验室条件下降解性能显著,酶活性提高,6,倍,获得既有农药降解能力又有生物防治功能的工程菌株。,直接应用有机磷农药降解酶制剂比应用产酶的菌剂更有优势。产有机农药降解酶的天然菌株其有机磷农药降解酶是胞内酶,做为菌剂应用时,必须使菌体生长繁殖,在此过程中缓慢分解农药做为营养源,其农药降解缓慢且对保证菌株的正常生长的环境条件要求严格,而做为酶制剂直接应用时,其农药降解速度快,一般只需数分钟就可使农药80%以上降解,同时由于此酶的酶解条件要求并不严格,有利于其在生产实践中的实际应用。,降解基因的克隆、表达及基因工程菌的构建,分子生物学的迅猛发展为农药降解菌从实验室走向实际应用提供了可能。人们寄希望通过基因工程技术将农药降解酶基因或降解质粒克隆到合适的宿主菌中并使其高效表达，构建“高效农药降解菌”，为农药的微生物降解开辟一条新途径。这一领域已成为当今环境生物技术的研究热点之一，也是今后工作的重点。,存在的问题及展望,目前已相继分离和鉴定了各种降解农药的微生物菌株(包括细菌、真菌等)，但是利用微生物进行生物修复的实际应用却往往由于其降解效率较低而受到影响。农药微生物降解的问题主要有以下几方面：(1)单一菌株的纯培养问题；(2)环境条件对微生物降解农药的影响；(3)受农药污染的环境及食品不能进行有效的处理；(4)微生物与被降解物接触的难易程度；(5)微生物的适应性问题。因此，农药降解菌从实验室到实际应用还有一段路要走。,微生物降解农药的研究方向包括：高效农药降解工程菌的开发、混合菌的培养、降解菌的固定化、白腐真菌降解农药的研究和农药生物降解的模型定量化研究。,谢谢！,