污染环境的微生物修复技术课件.ppt

1、 化学曾经为社会的进步发现了或合成了成千上万种新的化合物，到了1985年，在美国化学文摘（Chemical Abstracts,CA）上正式登录的化合物数目已达到了600万种，1990年就超过了1000万种，目前已知的化合物远远超过3000万种！全球人工合成的化学物质，1970年已达6000多万吨，到1985年增加到2亿5千万吨。大量的环境异生物质通过各种途径进入环境，含量不一，变化多端，对环境带来巨大影响，给地球生物带来各种即时的或潜在的危害。进入自然界中的化合物（污染物）受进入自然界中的化合物（污染物）受到物理、化学、光化学和生物的作用而降到物理、化学、光化学和生物的作用而降解转化。解转化

2、。研究证明，生物作用是物质降解的主研究证明，生物作用是物质降解的主要机制，而微生物又在其中占重要地位。要机制，而微生物又在其中占重要地位。微生物种类繁多，分布广，代谢类型多样微生物种类繁多，分布广，代谢类型多样 微生物个体微小，比表面积大，代谢速率快微生物个体微小，比表面积大，代谢速率快 微生物繁殖快，易变异，适应性强微生物繁殖快，易变异，适应性强 具有多种降解酶具有多种降解酶 微生物的降解性质粒对环境异生物质的降解微生物的降解性质粒对环境异生物质的降解质粒质粒降解底物降解底物寄主寄主质粒大小质粒大小传播方式传播方式寄主范围寄主范围NAH萘萘恶臭假单胞菌（恶臭假单胞菌（Ps.putida）70

3、kb接合接合广广SAL水杨酸盐水杨酸盐恶臭假单胞菌（恶臭假单胞菌（Ps.putida）63、72、82kb接合接合广广CAM樟脑樟脑恶臭假单胞菌（恶臭假单胞菌（Ps.putida）200kb接合接合广广OCT正辛烷、乙烷、癸烷、辛烷正辛烷、乙烷、癸烷、辛烷嗜油假单胞菌（嗜油假单胞菌（Ps.oleovorans PpG6）200kb非接合非接合未知未知XYL甲苯、对或间二甲苯甲苯、对或间二甲苯小田假单胞菌（小田假单胞菌（Ps.avilla）117kb接合接合广广TOL甲苯、对或间二甲苯、甲苯、对或间二甲苯、1 1、2 2、44三甲基苯三甲基苯恶臭假单胞菌（恶臭假单胞菌（Ps.putida）117

4、kb接合接合广广FP对位、间位或原位甲酚对位、间位或原位甲酚铜绿假单胞菌（铜绿假单胞菌（Ps.aerubinosa）未知未知接合接合未知未知ETB甲苯、乙苯、苯甲酸甲苯、乙苯、苯甲酸荧光假单胞菌（荧光假单胞菌（Ps.fluorescend）未知未知接合接合未知未知pAC21二联苯、对氯联苯二联苯、对氯联苯克氏杆菌（克氏杆菌（Klebsiella pneumoniae AC 901）65kd接合接合未知未知PKF1二联苯、对氯联苯二联苯、对氯联苯不动杆菌属（不动杆菌属（Acinetobater sp.）节杆）节杆菌属（菌属（Arthrobater sp.）53.7kd接合接合未知未知pAC253

5、CBA3CBA恶臭假单胞菌属恶臭假单胞菌属117kb接合接合未知未知pB133CBA3CBA恶臭假单胞菌属恶臭假单胞菌属117kb接合接合未知未知pAC274CBA4CBA恶臭假单胞菌属恶臭假单胞菌属110kb接合接合未知未知未命名质粒未命名质粒3 3、55二甲基酚二甲基酚恶臭假单胞菌属恶臭假单胞菌属78kb接合接合未知未知pAC313 3、55二氯苯甲酸二氯苯甲酸恶臭假单胞菌属恶臭假单胞菌属72kb接合接合未知未知pJP12 2、4D4D、3CBA3CBA、MCPAMCPA争论产碱菌（争论产碱菌（Alcaligeres paradoxus）88kb接合接合广广pJP3、4、5、72 2、4D

6、4D、3CBA3CBA、MCPAMCPA真氧产碱菌（真氧产碱菌（Al.eutrophus B13）80kb接合接合广广pJP2、92 2、4D4D、MCPAMCPA争论产碱菌争论产碱菌52kb接合接合广广pUO1氟代乙酸盐氟代乙酸盐莫拉氏菌属（莫拉氏菌属（Mraxella sp.）43.7kb接合接合未知未知未命名质粒未命名质粒2 2、66二氯甲苯二氯甲苯洋葱假单胞菌（洋葱假单胞菌（Ps.cepacia）63kb接合接合未知未知pWR13CBA3CBA假单胞菌假单胞菌72kb/40kb接合接合未知未知pDG3、42 2、4 4、5T5T洋葱假单胞菌（洋葱假单胞菌（Ps.cepacia）170k

7、b接合接合未知未知pOADAcdAcd未知未知未知未知未知未知NIC菸碱菸碱/菸碱盐菸碱盐凸形假单胞菌（凸形假单胞菌（Ps.convexa）未知未知接合接合未知未知pKG2菲、联苯菲、联苯Beijerinckia sp.20.8kb未知未知未知未知ASL芳基苯磺酸芳基苯磺酸P.testo.steroni61kb未知未知未知未知DBL硫芴硫芴假单胞菌假单胞菌55kb未知未知未知未知pCIT1苯胺苯胺假单胞菌假单胞菌100kb未知未知未知未知PEG苯乙烯苯乙烯P.fluorescena ST37kb未知未知未知未知pCS1对硫磷对硫磷P.diminuta60kbpOAD2尼龙寡聚体尼龙寡聚体黄杆菌

8、黄杆菌（F.sp.k172）60kbpWE1(BHC)六六六六六六气单胞菌气单胞菌（Aeromonas sp.II s-A）未知未知未知未知未知未知RAF棉子糖棉子糖大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)未知未知接合接合未知未知SCR蔗糖蔗糖大肠杆菌大肠杆菌(E.coli)未知未知接合接合未知未知LAC乳糖乳糖小肠结肠炎耶而森氏菌小肠结肠炎耶而森氏菌（Yersiniaenterocolitica）50kb接合接合未知未知PKJ甲苯甲苯假单胞菌假单胞菌未知未知未知未知未知未知pOAP266氨基乙酸氨基乙酸黄杆菌（黄杆菌（Flavobacterium brevi）未知未知未知未知未知未知PWR五氯苯甲酸

9、五氯苯甲酸CYM对异丙基甲酸对异丙基甲酸2-HP2-羟基吡啶羟基吡啶未命名质粒未命名质粒冷彬醇冷彬醇Rhodococcus erythopolis 指有机物在微生物的指有机物在微生物的作用下彻底分解为作用下彻底分解为H2O、CO2和简单的无机化合物的过和简单的无机化合物的过程，是彻底的生物降解（终极降解程，是彻底的生物降解（终极降解)，可从根本上清除，可从根本上清除有毒物质的环境污染。实质都是酶促反应。有毒物质的环境污染。实质都是酶促反应。当环境中存在其当环境中存在其他可利用的碳源和能源时，难降解的化合物才能被利用他可利用的碳源和能源时，难降解的化合物才能被利用（被修饰或转化但非彻底降解）。（

10、被修饰或转化但非彻底降解）。生物降解与生物催化数据库生物降解与生物催化数据库n共收集了共收集了 1147 种化合物；种化合物；n 178 条代谢途径；条代谢途径；n 1236 种反应；种反应；n 802 种酶；种酶；n共涉及共涉及467 种微生物种微生物n总结了总结了252 条生物降解与转化的规律条生物降解与转化的规律Dehalococcoides ethenogenes,清除有机溶剂造成的污染；Pseudomonas putida KT2440,有机污染物的生物修复中潜力巨大，该菌株甚至还能促进植物生长并具有抗植物病害作用；Alcanivorax borkumensis,海洋石油消除。Cau

11、lobacter crescentus,应用于低营养水环境的生物修复；455 Total Genomes438 Complete,17 Incomplete，31 Archaea,421 Bacteria,3 Viruses Geobacter sulfurreducens,帮助转化铀和其它一些放射性金属物质Desulfovibrio vulgaris,帮助修复铀和铬等重金属污染；Shewanella oneidensis去除铬、铀等环境有毒金属；Deinococcus radiodurans，地球上最耐辐射的的生物，耐受的辐射剂量150万拉德，是人类耐受1000-3000倍；是指利用处理系统

12、中的微生物的代谢活动来减是指利用处理系统中的微生物的代谢活动来减少污染现场污染物的浓度，或者使环境中的污染物少污染现场污染物的浓度，或者使环境中的污染物的危害减少到最低程度。的危害减少到最低程度。这种技术的最大特点是可以对大面积的污染环这种技术的最大特点是可以对大面积的污染环境进行治理，目前所处理的对象主要有石油、废水境进行治理，目前所处理的对象主要有石油、废水及农药污染。及农药污染。美国美国WIK Associate Inc.开发的开发的Bugs+plus系列环境修复用生物制剂产品系列环境修复用生物制剂产品 石油污染的微生物降解与修复石油石油是含有多种烃类（正烷烃、支链烷是含有多种烃类（正烷

13、烃、支链烷烃、芳烃、环烃）及少量其他有机物（硫化烃、芳烃、环烃）及少量其他有机物（硫化物、氮化物、酸类）的复杂混合物。物、氮化物、酸类）的复杂混合物。原原 油油 中中 的的 烃烃 的的 类类 型型烃 类 型基 本 结 构分 离数 量组 分 来 源 石石 蜡蜡直 链 石 蜡33所 有 溜 分分 支 石 蜡41汽 油，轻 柴 油 环环 石石 蜡蜡单 环 石 蜡39汽 油，煤 油双 环 石 蜡29汽 油，煤 油三 环 石 蜡3汽 油，煤 油 芳芳 香香 类类单 个 芳 环48汽 油，煤 油，轻柴 油双 芳 环60煤 油，轻 柴 油三 芳 环10重 柴 油-轻 润 滑 油四 芳 环3重 柴 油-轻 润

14、 滑 油石油废水中常见的有毒烃类有机化合物石油废水中常见的有毒烃类有机化合物石油废水中常见的有毒的含氮、含硫有机化合物石油废水中常见的有毒的含氮、含硫有机化合物NNHNNNNNHNHPyridine吖啶IsoquinolineIndolePhenanthridineQuinolinePyrroleCarbazole吡啶菲啶吡咯异喹啉喹啉Acridine吲哚咔唑(Thiophene)噻吩SThiophenesSalkyl-benzo-SSthieno-S(dibenzo-)S噻吩()二苯 基_烷基_苯 并_()()噻吩并_()目前环境中烃类化合物污染的主要来源是石油污目前环境中烃类化合物污染的主

15、要来源是石油污染，石油开采、运输、加工、使用过程均可对环境造染，石油开采、运输、加工、使用过程均可对环境造成污染；油轮失事、油田漏油、喷井等使大面积海域成污染；油轮失事、油田漏油、喷井等使大面积海域或土地受严重的污染。或土地受严重的污染。2003年，载有年，载有7.7万吨燃料万吨燃料油的油的“威望号威望号”油轮油轮13日在日在西班牙加利西亚省海域搁浅，西班牙加利西亚省海域搁浅，船体破裂，有船体破裂，有5000吨料油吨料油泄漏，形成一条巨大的污染泄漏，形成一条巨大的污染带。带。原油在强风大浪的作用下，原油在强风大浪的作用下，已经蔓延到加利西亚海岸。已经蔓延到加利西亚海岸。正在下沉正在下沉沉没瞬间

16、沉没瞬间平静下的不安平静下的不安“威望威望”号油轮上共载有号油轮上共载有7 7万多吨原油，目前，万多吨原油，目前，泄漏的原油总数已猛增至泄漏的原油总数已猛增至5000 5000 吨，对西班牙吨，对西班牙境内腓尼斯特雷角和马尔皮卡间境内腓尼斯特雷角和马尔皮卡间33.6 33.6 公里的公里的海域造成严重污染。海域造成严重污染。在污染最严重的海域，泄漏的原油有在污染最严重的海域，泄漏的原油有38.138.1厘米厘米深，一眼看去海面上一片黑。深，一眼看去海面上一片黑。由于数十万鸟类都在事发海域过冬，原油的泄由于数十万鸟类都在事发海域过冬，原油的泄漏将会对当地的生态环境造成毁灭性打击，一漏将会对当地的

17、生态环境造成毁灭性打击，一些珍贵物种从此不复存在。些珍贵物种从此不复存在。海洋表面的石油经扩散、挥发、乳化、沉淀后，海洋表面的石油经扩散、挥发、乳化、沉淀后，部分可能受紫外线作用而发生光分解，但速度很慢。部分可能受紫外线作用而发生光分解，但速度很慢。石油降解微生物广泛分布于自然界。微生物可在石油降解微生物广泛分布于自然界。微生物可在1 12 2周内形成细菌群落，周内形成细菌群落，2 23 3月内石油被分解消失。月内石油被分解消失。石油降解微生物目前已知有石油降解微生物目前已知有100100余属，余属，200200多种，分属多种，分属于细菌、放线菌、霉菌、酵母和藻类。于细菌、放线菌、霉菌、酵母和

18、藻类。石油降解微生物石油降解微生物细菌细菌：假单胞菌属：假单胞菌属(G-)(G-)、黄杆菌属、棒杆菌属、黄杆菌属、棒杆菌属、无色杆菌属、不动杆菌属、小球菌属、弧菌属、无色杆菌属、不动杆菌属、小球菌属、弧菌属、蓝细菌等蓝细菌等放线菌放线菌：洛卡氏菌属和分支杆菌属，但对烃类降：洛卡氏菌属和分支杆菌属，但对烃类降解不彻底，有中间产物积累。解不彻底，有中间产物积累。真菌真菌：有枝孢霉、曲霉、青霉等属的菌株；酵母：有枝孢霉、曲霉、青霉等属的菌株；酵母有假丝酵母属（有假丝酵母属（CandidaCandida），红酵母属、球拟酵），红酵母属、球拟酵母属中的菌。母属中的菌。石油生物降解机理：石油生物降解机理：

19、（1）烷烃）烷烃的分解过程是逐步氧化，微生物攻击链的分解过程是逐步氧化，微生物攻击链烷的末端（次末端）甲基，由烷的末端（次末端）甲基，由加氧酶加氧酶催化生成相催化生成相应的醇、醛（酮）和酸（酯），而后经应的醇、醛（酮）和酸（酯），而后经-氧化，氧化，形成短链脂肪酸和乙酰形成短链脂肪酸和乙酰CoA进入三羧酸循环。进入三羧酸循环。R-CH2-CH3 R-CH2-CH2OH R-CH2-CHO R-CH2COOH 氧化氧化MFOMFOMFO环烷烃降解途径芳香烃化合物好氧代谢途径 芳香烃芳香烃被微生物降解被微生物降解时，如有侧链，一般时，如有侧链，一般先从侧链开始氧化。先从侧链开始氧化。然后发生芳香环

20、的氧然后发生芳香环的氧化：由加氧酶氧化为化：由加氧酶氧化为邻苯二酚（儿茶酚），邻苯二酚（儿茶酚），二羟基化的芳香环再二羟基化的芳香环再氧化，邻位或间位开氧化，邻位或间位开环（如苯）。环（如苯）。多环芳烃多环芳烃的生物降解，的生物降解，现先是一个环二羟基现先是一个环二羟基化、开环，然后第二化、开环，然后第二个环以同样的方式降个环以同样的方式降解。解。NNHNNNNNHNHPyridine吖啶IsoquinolineIndolePhenanthridineQuinolinePyrroleCarbazole吡啶菲啶吡咯异喹啉喹啉Acridine吲哚咔唑NNH2OHOHNH2OHHO2CONH2CO2

21、HOHOHCO2HCO2H-ketoadipatepathwayTCAcycleCO2HOHOCO2HHOCH3CHOCH3COSC0A 由于大部分由于大部分咔唑类咔唑类、噻吩类噻吩类杂环化合物的化学键相杂环化合物的化学键相当牢固，在常温常压下，化学法几乎不可能降解石油中有当牢固，在常温常压下，化学法几乎不可能降解石油中有机硫、有机氮及其它难以降解的杂环化合物。机硫、有机氮及其它难以降解的杂环化合物。含原油废水的处理效果含原油废水的处理效果严重性 1998年我国有一半以上城市降水pH低于5.6。华中地区酸雨出现频率大于70%，降水的年均pH低于5.0，酸雨面积占国土面积的30%，是继欧洲、北美

22、后世界第三大中酸雨区。迫切性 随着能源危机的逐步加剧，开采高硫化石燃料成为必然。高硫化石燃料必须预先经过脱硫处理才能进一步使用。有机硫化物包括硫醇、硫化物及含硫的杂环化合物，共分为13类，包括176种不同结构，其中噻吩含量最多。Merpcaptans(thiols)SHSHSHSulphides(aliphatic or aromatic)alkyl-cyclic-aromatic-dialkyl-alkylcycloalkyl-cyclic-alkylaryl-thiaindansDisulphidesThiophenesalkyl-benzo-thieno-dibenzo-SSSSSSSS

23、SSSS原油中大多数的原油中大多数的H2S是在油井现场的油是在油井现场的油气分离过程中除去的。气分离过程中除去的。在炼油厂采用在炼油厂采用催化裂解催化裂解和和加氢脱硫加氢脱硫(HDS)过程，加热到过程，加热到350 C后蒸馏除去结合硫，但后蒸馏除去结合硫，但这些技术需高温、高压，且能耗大。这些技术需高温、高压，且能耗大。目前相当多的资金用于石油的物理化学目前相当多的资金用于石油的物理化学法脱硫上，法脱硫上，1993年全世界用于年全世界用于HDS过程的资过程的资金达金达250亿美元亿美元。到下个世纪，随着需求的增加和低硫原到下个世纪，随着需求的增加和低硫原油的耗尽，高硫原油将不断增加，因此石油油

24、的耗尽，高硫原油将不断增加，因此石油脱硫成为必然。脱硫成为必然。BDS在常温常压下操作，在常温常压下操作，而且能耗比而且能耗比HDS低低70-80%。该过程还可回收有机磺酸盐等高值化学品，该过程还可回收有机磺酸盐等高值化学品，可为炼油厂增加经济效益。可为炼油厂增加经济效益。采用采用BDS技术的技术的投资额约为加氢脱硫技术投资额约为加氢脱硫技术(HDS)的一半，操作的一半，操作费用比费用比HDS低低10%-25%。据报道，采用据报道，采用BDS可使可使FCC汽油的硫含量汽油的硫含量从从1400ppm降至降至150ppm(以满足整个汽油组分以满足整个汽油组分平均硫质量含量为平均硫质量含量为50pp

25、m的要求的要求)。从整个汽油组分来讲，炼油厂每从整个汽油组分来讲，炼油厂每m3成品成品汽油的汽油的BDS成本成本1.59-2.65US$，低于低于HDS成本。成本。含硫化合物含硫量(ppm)炼制汽油硫含量(ppm)Mercaptans68Thiophene5266C1-Thiophene66167Tetrahydrothiophene1621C2-Thiophene183233C3-Thiophene12680C4-Thiophene1390Benzothiophene（BTH）3090 以二苯并噻吩为模式化合物的脱硫途径 以苯并噻吩为模式化合物的脱硫途径 以噻吩为模式化合物的脱硫途径 在高馏

26、分油中，超过60%的硫是以二苯噻吩及其衍生物的形式存在的，因此实验室一般使用DBT作为生物脱硫研究的模式化合物。(Thiophene)噻吩SThiophenesSalkyl-benzo-SSthieno-S(dibenzo-)S噻吩()二苯 基_烷基_苯 并_()()噻吩并_()碳架破坏途径(C-C键被切断)碳架保留途径(专一地切断C-S键而保留完整的碳架)FCC汽油中主要的含硫有机化合物包括BTH及其衍生物，其中BTH占30%。Finnerty et al.（1983）报道了几株可以利用BTH为专一硫源和碳源进行生长的菌株，不过由于其损失燃料热值而没有应用价值。近几年发现能够了专一性降解BT

27、H菌株，主要包括戈登氏菌株、类芽孢杆菌、中华根瘤菌以及红球菌。SSOSOOOSOOSOOOHOOHOABCDEFGHA是BTHB是BTH sulfoxideC，D是BTH sulfoneF是benzoe1,2oxathiin S-xoideE是o-hydroxystyreneG是2-(2-hydroxyphenyl)ethan-1-al微生物包括：戈登氏菌株（Gordonia sp.）213E类芽孢杆菌（Paenibacillus sp.）A11-2红球菌（Rhodococcus sp.）T09 中华根瘤菌（Sinorhizobium sp.）KT55红球菌KT462 噻吩代表了最简单的杂环含

28、硫化合物。生物处理方法，一般都会导致噻吩的降解，而得到开环的化合物。至今还没有报道通过硫专一途径脱除噻吩中硫的菌株。硫醇和烷烃化的硫醇。菌株为排硫硫杆菌（Thiobacillus thioparus），可以通过甲基硫醇氧化酶作用，氧化硫醇定量生成甲醛，S0和过氧化氢。X7B休止细胞作用于柴油后，GC-AED检测含硫化合物变化535 ppm72 ppmGC-FID检测柴油经过生物催化剂处理前后烷烃变化，图中显示烷烃为C12-C25。脱前脱后世界各地的农药使用情况世界各地的农药使用情况(2002 数据数据)世界年使用量为140万吨（纯品）北美占30.3%(美国28%)欧洲占22.7%亚洲占25.8

29、%南美占12.3%其它占9%全球市场达全球市场达277 亿美元亿美元;除草剂占48%杀虫剂占28%杀真菌剂占19%其它占5%世界上超过1亿公顷的土壤受到污染美国3.2千万公顷欧盟超过1亿处地方受污染 其中 3万处急需处理，超过10亿m3的土壤 European Topic Centre Soil,1998世界各地的土壤污染问题世界各地的土壤污染问题降解农药的微生物种类降解农药的微生物种类微生物农药细菌假单胞菌属芽胞杆菌属节杆菌属气杆菌属土壤杆菌属产碱杆菌属无色杆菌属枝动杆菌属变形杆菌属丝核菌属拟杆菌属棒状杆菌属链球菌属八叠球菌属梭状芽胞杆菌属黄杆菌属硫杆菌属不动杆菌属沙雷氏菌属欧氏植病杆菌属毛

30、螺菌属农杆菌属莫拉氏菌属克氏杆菌属肠细菌属生孢纤维粘菌属漆斑菌属微球菌属邻单胞菌属丙烯醇、三氯乙酸、敌敌畏、甲胺磷、二嗪农、2，4D、DDT、地乐酚、二硝甲酚、五氯酚钡、氯苯胺灵、敌稗、3911、茅草枯、灭草隆、狄氏剂、异狄氏剂、西马津、林丹、对硫磷乐果、甲胺磷、敌敌畏、对硫磷、甲基对硫磷、杀螟松、C6989、MMDD、DDT、三氯甲酸、茅草枯、狄氏剂、利谷隆、毒莠定、灭草隆、苯硫磷、七氯二嗪农、草藻灭、三氯乙酸、茅草枯、毒莠定、西马津、2，4D、PCBDDT、甲氧DDT、2，4D、狄氏剂、异狄氏剂三氯乙酸、茅草枯、毒莠定、DDT、氯苯胺灵三氯乙酸、茅草枯、2，4D、3-CBA、MCPA2，4

31、D、2，4，5T、氯苯胺灵、茅草枯、PCB2，4，5TDDTN甲酰基L犬尿素、地茂散氟乐灵2，4D、DDT、地乐酚、二硝甲酚、百草枯、茅草枯DDT灭草隆DDT、百草枯三氯乙酸、茅草枯、毒莠定、氯苯胺灵、2，4D、马来酰肼、灭草隆、甲胺磷、对硫磷甲拌磷、对硫磷PCB、对硫磷、甲胺磷、乐果、敌敌畏DDTDDT氟乐灵茅草枯2，4D、3CBA、MCPAPCB林丹2，4D五氯硝基苯三氯乙酸对硫磷、甲基对硫磷、辛硫磷、氯苯放线菌小单孢菌属诺卡氏菌属链霉菌属真菌青霉属曲霉属链孢属小从壳属葡萄孢霉属枝孢霉属链孢霉属毛霉属镰孢霉属根霉属葡萄状穗霉菌属长孺孢属头胞霉属木霉属酵母属脂肪酵母属三氯乙酸、七氯2，4D、

32、DDT、三氯乙酸、茅草枯、七氯、五氯硝基苯、毒莠定2，4D、2，4，5T、茅草枯、五氯硝基苯、西马津、二嗪农、DDT茅草枯、七氯、五氯硝基苯、毒莠定、西马津、艾氏剂、灭草隆、灭草尔、除草醚、敌稗、碳氯灵、扑草净、莠去津、敌百虫、氯黄隆2，4D、七氯、五氯硝基苯、毒莠定、西马津、艾氏剂、灭草隆、灭草尔、除草醚、敌百虫、莠去津、草乃敌、异艾氏剂、利谷隆茅草枯五氯硝基苯、福美双毒莠定莠去津、扑草净地茂散DDT、五氯硝基苯艾氏剂、莠去津、DDT七氯、莠去津、地可松西马津五氯硝基苯、毒莠定莠去津、扑草净DDT、对硫磷克菌丹、毒莠定、PCB、苯酚百草枯对硫磷、甲基对硫磷降解途径 假单胞菌属和枯草芽孢杆菌等

33、都能通过硝基还原作用或磷酯键上酶促水解作用，最终产物可能生成CO2 和NO2-。均三氮苯类除草剂S-阿特拉律降解的一般过程（引自C Yanze-Kontchou 和 N Gschwind,1994）三聚氰胺三聚氰胺(Melamine)除草剂2,4-D，的降解途径（引自Walter Mulbry 和 Philip C.Kearney,1991）HCH在Sphingobium japonicum UT26中的代谢途径1，HCH；2，-五氯环己烯（-PCCH）；3，1,3,4,6-四氯-1,4-环己二烯(1,4-TCDN)；4，1,2,4-三氯苯(1,2,4-TCB)；5，2,4,5-三氯-2,5-

34、环己二烯-1-醇(2,4,5-DNOL)；6，2,5-二氯苯酚(2,5-DCP)；7，2,5-二氯-2,5-环己二烯-1,4-二醇(2,5-DDOL)；8，2,5-二氯对苯二酚（2,5-DCHQ）；9，氯代对苯二酚（CHQ）；10，对苯二酚（HQ）；11，酰氯；12，-羟基己二烯二酸半醛(-HMSA)；13，顺丁烯乙酸；14，-酮己二酸-HCH的降解途径（-HCH）Keisuke M详细研究了UT26对-HCH的降解途径。-HCH的降解途径分为上游和下游途径。首先-HCH 连续脱去两分子HCl经历五氯环己烯（PCCH）后生成 1,3,4,6-四氯-1,4-环己二烯(1,4-TCDN)。再连续经

35、历两步水解脱氯反应后生成 2,5-二氯-2,5-环己二烯-1,4-二醇（2,5-DDOL）。再被脱氢生成2,5-二氯对苯二酚（2,5-DCHQ）。下游途径中2,5-DCHQ被进一步的降解为氯代对苯二酚（CHQ）、（对苯二酚）HQ直至CO2和H2O。农药微生物降解的代谢途径与降解基因农药微生物降解的代谢途径与降解基因 一方面在许多研究中，通过添加营养元素等外在条件刺激土著降解性微生物的作用来达到修复效果。Fulthorpe（1996）等从巴基斯坦土壤中分离的微生物都能矿化2,4-D，并发现添加硝酸盐、钾离子和磷酸盐能增加降解率。加拿大的Stauffer Management 公司数年来发展了一些

36、农药污染土壤的生物修复技术，他们在特定环境中通过激发降解性土著微生物群落的功能达到修复目的，并且在美国专利局获得了3项专利。另一方面，许多研究证实了通过接种外源降解性微生物可以达到很好的生物修复效果。Nassser从污染了氯乙异丙嗪的土壤中分离到混和微生物培养物，接种到土壤中可将0.14mM的氯乙异丙嗪在25d内完全降解，使其矿化速度提高了20倍。Shapir等人报道，在受除草剂阿特拉津污染的土壤中投加Pseudomonas sp.ADP进行生物强化，可使阿特拉津达到90-100%的降解。Struthers等分离到A.radiobacter J14a，并将其接种到只具有少量野生降解菌的阿特拉津

37、的土壤中，发现阿特拉津的矿化速度提高了2-5倍；而将其接种到含大量阿特拉津降解菌的土壤中则缩短了降解的延滞时间。农药污染土壤微生物修复的小规模田间试验农药污染土壤微生物修复的小规模田间试验对照处理甲氰菊酯甲氰菊酯CK甲氰菊酯甲氰菊酯处理处理氯菊酯富集液氯菊酯富集液 99.28%氯菊酯氯菊酯CK氯菊酯氯菊酯处理处理氰戊菊酯富集液氰戊菊酯富集液 55%氰戊菊酯氰戊菊酯CK氰戊菊氰戊菊酯处理酯处理溴氰菊酯富集液溴氰菊酯富集液 89.10%溴氰菊酯溴氰菊酯CK溴氰菊酯溴氰菊酯处理处理培养培养36hr完全降解完全降解100ppm的多菌灵农药的多菌灵农药多菌灵农药降解菌多菌灵农药降解菌杀螟硫磷降解菌株杀螟

38、硫磷降解菌株FDS-1FDS-1FDS-1FDS-1对杀螟硫磷的降解对杀螟硫磷的降解0.0050.00100.00150.00200.00250.00300.00350.00061218243036420.000.050.100.150.200.250.300.350.40The concentration of monocrotophos(mg L-1)Cell density(OD600)time/hour甲拌磷降解菌株甲拌磷降解菌株M-1M-102040608010012006122448Time(h)chlorpyrifos(mg kg-1)00.20.40.60.811.2OD600

39、nmDSP-1DSP-1对毒死蜱的降解对毒死蜱的降解毒死蜱降解菌毒死蜱降解菌DSP-1DSP-1M-1M-1对对甲拌磷甲拌磷的降解的降解空白空白阿特拉津阿特拉津(1.5mg/kg(1.5mg/kg土土)阿特拉津阿特拉津+菌剂菌剂（1 1亿个亿个/g/g 土）土）051015202530CK空白BTAH1植株高度(cm)根长(cm)平板培养法检测土壤中平板培养法检测土壤中GFPGFP基因标记的降解菌菌落基因标记的降解菌菌落A：未接种未接种 B：接种接种GFP基因标记的降解菌菌落发荧光基因标记的降解菌菌落发荧光土著微生物菌落无荧光土著微生物菌落无荧光绿色荧光蛋白（绿色荧光蛋白（GFP）基因标记的降

40、解菌在基因标记的降解菌在植株根内植株根内的激光共聚焦扫描的激光共聚焦扫描绿色荧光蛋白（绿色荧光蛋白（GFP）基因标记的降解菌在基因标记的降解菌在土壤中土壤中的激光共聚焦扫描的激光共聚焦扫描处理处理对照对照对照对照处理处理34 kDa53 mg/L利用同源重组技术还构建了多功能基因工程菌利用同源重组技术还构建了多功能基因工程菌6 6株。株。能同时降解有机磷能同时降解有机磷/呋喃丹农药的基因工程菌呋喃丹农药的基因工程菌m-CDS-1。高效分泌表达有机磷水解酶的基因工程菌高效分泌表达有机磷水解酶的基因工程菌BS-MBS-M。能同时降解呋喃丹能同时降解呋喃丹/六六六农药的基因工程菌六六六农药的基因工程

41、菌 。能同时降解多菌灵能同时降解多菌灵/六六六的基因工程菌六六六的基因工程菌Lin-Djl-1Lin-Djl-1。同时降解呋喃丹和同时降解呋喃丹和MP的遗传稳定符合环境释放要求的基因工程菌的遗传稳定符合环境释放要求的基因工程菌12h出现呋喃丹降解中间红色产物（2，4-二叔丁基苯醌）工程菌降解MP出现的水解圈 mpd基因通过同源重组插入到呋喃丹降解菌的染色体上，基因通过同源重组插入到呋喃丹降解菌的染色体上，遗传稳定，没有带入其它抗性，已获批准进行环境释放。遗传稳定，没有带入其它抗性，已获批准进行环境释放。已经完成转已经完成转mpdmpd的呋喃丹降解菌的呋喃丹降解菌m-CDS-1m-CDS-1和转

42、甲基对硫磷水解和转甲基对硫磷水解酶的酶的BS-mBS-m分别获准中间试验农业部转基因生物安全评估分别获准中间试验农业部转基因生物安全评估(农基安农基安办字办字2003-T0852003-T085，2004-T065)2004-T065)，即将进入环境释放阶段的安全评即将进入环境释放阶段的安全评价。价。工程菌m-CDS-1环境释放中间试验现场q工程菌在田间能高效降解两种农药q工程菌在田间逐渐消亡，不会成为优势菌群q工程菌的释放不会对土著微生物的数量造成显著影响 “农药残留微生物农药残留微生物降解技术的研究与应降解技术的研究与应用用”获得获得20052005年度年度国国家科技进步二等奖家科技进步二等奖。