【正文】 ia are Pseudomonas and two funguses are Fusarium LK. ex Fx. Glucose can promote the growth of bacteria. However, when the concentration of pesticide is not so high, Glucose has less influence to the growth of bacteria. The most suitable pH value for bacteria is from 7 to 8 and the optimal temperature is 37 ℃ 。Glucose can promote the growth of bacteria, pesticides are not high when the concentration of bacteria growth was not, bacteria optimum pH was ~ , the optimal temperature was 37 ℃ 。 Fungal growth will augment with the increase of carbon concentration. They can multiply more when the pH value is from 6 to 8. And they will reach their maximum value as the temperature is 30 ℃ . When the pesticide’s concentration is not so high, it has little effect to strain. In the degradation of strain, the extent of fungus’ growth conditions is wider than that of bacteria, and fungus’ application prospect is better. Keyword: Organophosphate 。 Biodegradation； screening。 growth condition 1 第一章 文獻綜述 有機磷農(nóng)藥概述 發(fā)展簡史 回顧世界農(nóng)藥的發(fā)展史，有機磷農(nóng)藥可以說是最重要的一類農(nóng)用化學(xué)品，它們在農(nóng)業(yè)和商業(yè)上發(fā)揮了巨 大的作用，但始終保持著相對低廉的價格 [1]。在有機磷農(nóng)藥的歷史發(fā)展中，以有機磷殺蟲劑為代表的祥光有機磷酸酯類化學(xué)、生化、毒性研究的數(shù)以千計的專利、論文以及大量的雜志、評論、書籍不斷發(fā)表，涉及了大量的化學(xué)家和生物化學(xué)家。在有機磷農(nóng)藥的發(fā)展歷程中，不僅充分體現(xiàn)了它們具有經(jīng)濟和商業(yè)上的重要價值，而且為有機磷農(nóng)藥化學(xué)帶來了許多創(chuàng)新的機遇，同時隨著研究的深入，也引發(fā)了許多科學(xué)上的爭論。 第一個有機磷化合物（ anophosphorus pound， OP）的研究始于 1820年，直到 1937 年，德國的施拉德第一 次在 Bayer 實驗室發(fā)現(xiàn)具有殺蟲活性的有機磷化合物， 1943 年，施拉德的第一個有機磷殺蟲劑進入德國市場，然后這一領(lǐng)域便有了突飛猛進的發(fā)展。至今為止，有機磷農(nóng)藥超過了 300 種。商品化有機磷殺蟲劑開發(fā)的鼎盛時期是 1950～ 1965 年。 1930～ 1985 年有 147 個有機磷化合物被發(fā)現(xiàn)，并由 29 個公司開發(fā)，其中 35%的化合物都由 Bayer 公司開發(fā)，前 50個品種的開發(fā)的時間，每個約需 2～ 3 年，成本也相當(dāng)便宜，后來的每個品種開發(fā)的時間至少為 6 年，開發(fā)費不斷上漲。 有機磷農(nóng)藥的研究開發(fā)與推廣應(yīng)用在經(jīng)歷了極其輝煌的黃金時代 之后，也面臨了許多不能與人類與環(huán)境相容的安全性問題，從有機磷殺蟲劑的研究開發(fā)策略而言，目前世界上一些農(nóng)藥公司主要是充分利用、開發(fā)現(xiàn)有的符合毒理學(xué)要求的一些有機磷殺蟲劑，而對有機磷殺蟲劑的創(chuàng)新性研究在 1985 年至 20 世紀(jì) 90 年代前后便已逐漸進入低潮期或終止。世界上大型的農(nóng)藥研究開發(fā)公司終止有機磷殺蟲劑的創(chuàng)新性研究，一方面是由于一些高毒的有機磷殺蟲劑在發(fā)展上受到生態(tài)環(huán)境的制約，但更重要的原因是由于有機磷殺蟲劑開發(fā)的歷史長、品種多，已形 2 成一個比現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)的 AChE 任何一類殺蟲劑在數(shù)量上都龐大的多的結(jié)構(gòu)類型，要成功 開發(fā)一個比現(xiàn)有數(shù)量眾多的有機磷殺蟲劑活性更高，成本更低的新型殺蟲劑的幾率已很小，如果在效果相同即使成本也相同情況下一個有機磷酸酯類新品種要取代已有穩(wěn)定市場的廉價的有機磷農(nóng)藥老品種，也需經(jīng)過一個長期的艱難的時期。因此，如果繼續(xù)開發(fā)這類有機磷殺蟲劑，將會承受更大的風(fēng)險。但從有機磷農(nóng)藥發(fā)展的整體趨勢而言，有機磷仍是當(dāng)今農(nóng)藥的主要類別之一，它幾乎遍及農(nóng)藥的所有領(lǐng)域。 目前世界上應(yīng)用的有機磷農(nóng)藥商品仍達上百種，特別是在殺蟲劑方面，有機磷類為三大支柱之一，并長年穩(wěn)居首位，從銷售額看，世界有機磷殺蟲劑銷售額1996 年約為 30 億美元，占?xì)⑾x劑 %；目前有機磷殺蟲劑的銷售額逐漸下降至 20 億美元，占 30%左右，仍在殺蟲劑中占首位。即有機磷殺蟲劑占整個殺蟲劑市場的三分之一以上。如果再加上有機磷除草劑（如草甘膦、草銨膦等），則更為引人注目，可見有機磷農(nóng)藥在世界農(nóng)藥市場中仍具有舉足輕重的地位。 有機磷農(nóng)藥的性質(zhì)及分類 有機磷農(nóng)藥除少數(shù)品種為固體 (如樂果、敵百蟲 )外，多數(shù)為油狀液體，工業(yè)品呈淡黃色至棕色，具有大蒜樣特殊臭味。一般難溶于水 (樂果、敵百蟲除外 )，易溶于有機溶劑 [2]。按其用途可分為殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、生長 調(diào)節(jié)劑、誘殺劑、驅(qū)蟲劑等 6 大類。按其化學(xué)基團可分為磷酸酯類、硫代磷酸酯類、類硫代磷酸酯類、硫代磷酸胺類等。有機磷農(nóng)藥結(jié)構(gòu)通式為 : 式中， R1 、 R2 在我國目前生產(chǎn)的品種中多為甲氧基 (CH3O)或乙氧基 (C2H5O)；X 為氧 (O)或硫 (S)原子 ； Z 為烷氧基、苯氧基或其他更為復(fù)雜的取代基團。由于 3 取代基團不同，可產(chǎn)生多種多樣的化合物。 有機磷農(nóng)藥含有三個磷酯鍵，被稱為磷酸三酯，根據(jù) P 可與 O 或 S 形成雙鍵，按化學(xué)鍵又可分為兩種類型，一種是 P 通過雙鍵與 O 結(jié)合，形成磷氧雙鍵（ P=O），此類農(nóng)藥有甲胺磷、氧化 樂果、敵敵畏等 。另一種是 P 通過雙鍵與 S 結(jié)合，形成磷硫雙鍵 (P=S)，如對硫磷、甲基對硫磷、辛硫磷、毒死蜱等。 有機磷農(nóng)藥的危害 農(nóng)藥環(huán)境污染造成的損失是多方面的。農(nóng)藥對大氣、土壤和水體污染，對環(huán) 境質(zhì)量的影響與破壞是嚴(yán)重的 [3]。 所謂農(nóng)藥環(huán)境污染，是由于人類活動直接或間接地向環(huán)境中排入了超過其自 凈能力的農(nóng)藥，使環(huán)境的質(zhì)量降低，以致影響人類及其他環(huán)境生物的安全。有機磷農(nóng)藥污染環(huán)境的途徑主要有三個 :(l)田間的正常施用。研究表明有機磷農(nóng)藥在農(nóng)田施用時，只有 1%～ 2%的農(nóng)藥作用于害 蟲或病菌，還有 10%～ 20%的農(nóng)藥附著在農(nóng)作物的表面，其余的農(nóng)藥會直接進入環(huán)境，污染土壤、水和空氣，同時破壞了整個生態(tài)平衡 。(2)農(nóng)藥包裝物和未使用農(nóng)藥的隨意丟棄 。(3)農(nóng)藥工業(yè)廢水的排放和意外泄漏都會造成對環(huán)境的污染。 有機磷農(nóng)藥施用，破壞了自然界天敵與害蟲之間的生態(tài)平衡，導(dǎo)致天敵數(shù)量急劇下降及抗藥性害蟲數(shù)量增加，這樣就得再次加量使用農(nóng)藥，造成惡性循環(huán)。土壤中的農(nóng)藥殘留導(dǎo)致土壤中的生物多樣性相對降低，多種種類的生物減少，土質(zhì)降低，生產(chǎn)能力下降。農(nóng)藥可進入水體，污染水源，在水生生物體內(nèi)殘留 富集，嚴(yán)重時甚至引起水生生物的大面積死亡，嚴(yán)重破壞了自然界的生態(tài)平衡。 有機磷農(nóng)藥毒性很高，有機磷中毒在我國比較多見。該類農(nóng)藥化學(xué)結(jié)構(gòu)的共性是均具有一個五價磷原子，中毒機理是磷原子與乙酰膽堿酯酶（ AChE）共價結(jié)合形成磷?；?，從而阻斷了乙酰膽堿的水解，乙酰膽堿在神經(jīng)系統(tǒng)中的積累引起突觸的過渡興奮，抑制神經(jīng)沖動傳導(dǎo)，引起一系列神經(jīng)綜合癥，因此對于人 4 畜可造成極大危害。國內(nèi)外文獻顯示，二十世紀(jì)八十年代以來，每年大約 3107公斤的有機磷農(nóng)藥被大量使用，導(dǎo)致每年有數(shù)千例農(nóng)藥中毒事件發(fā)生，直接死 亡數(shù)為 800 余人。 有機磷農(nóng)藥的中毒現(xiàn)象除了膽堿酯酶毒性效應(yīng) (急性、慢性中毒 )外，許多研究證明還有非膽堿酯酶毒性效應(yīng)，如遺傳毒性、生殖毒性、胚胎毒性或遲發(fā)性神經(jīng)毒性以及對核酸代謝的影響等。 1983 年有機氯農(nóng)藥被禁止使用后，有機磷農(nóng)藥由于其半衰期一般在幾周至幾個月，被認(rèn)為在環(huán)境中降解快、殘留期短而發(fā)展很快。但后來的研究發(fā)現(xiàn)，這些所謂的非持久性農(nóng)藥在某些環(huán)境條件下也會有較長的殘留期，并在動物體內(nèi)產(chǎn)生蓄積作用。有機磷農(nóng)藥的毒性除受農(nóng)藥自身性質(zhì)影響外，制劑中的某些毒性物質(zhì)，代謝過程中的中間體及降解產(chǎn)物也會使農(nóng)藥的毒 性大增。如乙基對硫磷屬高毒化學(xué)農(nóng)藥，在光照條件下易發(fā)生光氧化反應(yīng)，生成毒性更大的對氧磷，在短期內(nèi)使乙基對硫磷的毒性大大增加。低毒有機磷品種辛硫磷經(jīng)光解也生成對哺乳動物毒性較大的硫代特普。還有些有機磷農(nóng)藥的某些降解產(chǎn)物具有潛在的致毒性，如敵敵畏水解生成二氯乙醛可能誘發(fā)突變。 有機磷農(nóng)藥的這些特性無疑增加了人們的認(rèn)識，對某些高毒性農(nóng)藥使用的限制已經(jīng)日益法制化。但是，如果要完全停止化學(xué)農(nóng)藥的生產(chǎn)和使用是不切實際的。農(nóng)藥在治理病蟲害，提高糧食產(chǎn)量方面發(fā)揮著不可低估的作用 ； 每年的化學(xué)農(nóng)藥除了銷售本身所得的效益外，通過 防治病蟲害為人類挽回了數(shù)以億萬斤計糧棉的間接效益，對世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)、穩(wěn)定、高產(chǎn)起了關(guān)鍵的作用。于是，在合理使用化學(xué)農(nóng)藥的前提下，如何減少，消除化學(xué)農(nóng)藥污染成為日益迫切的任務(wù)。而在污染治理的實踐中，高效，無二次污染，以及低成本的生物降解越來越體現(xiàn)出了應(yīng)用的優(yōu)勢。 本文采用的有機磷農(nóng)藥 ——毒死蜱 毒死蜱 (chlorpyrifos)，又名樂斯本 (陶氏益農(nóng) )、白蟻清 (陶氏益農(nóng) )，化學(xué)名稱O， O二乙基 O(3， 5， 6．三氯 2吡啶基 )硫代磷酸酯，是美國陶氏化學(xué)公司 (Dow Chemical Co． )于 1965 年開發(fā)并研制出來的一種廣譜性有機磷酸酯類殺蟲劑，廣泛應(yīng)用于葉菜類和瓜果類蔬菜的病蟲害防治，是目前全球使用最廣泛的 5 種殺蟲 5 劑之一。 環(huán)境中有機磷農(nóng)藥的降解方法 環(huán)境中殘留農(nóng)藥的消除方法主要有化學(xué)降解，光化學(xué)降解，超聲波，電離輻射，生物降解等 [3]。 化學(xué)降解 化學(xué)降解農(nóng)藥大多是通過氧化作用來進行，主要有臭氧法，過氧化氫法，超臨界水氧化法等。下面主要介紹前兩種方法。 臭 氧法： 1840 年 Schnbein 發(fā)現(xiàn)了臭氧。其化學(xué)特性為強氧化性質(zhì)，因此具有消毒，除臭，殺菌，等多種功效，特別是臭氧與蔬菜、水果中殘留的有機磷或氨基甲酸脂類農(nóng)藥發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為其相應(yīng)的酸、醇、胺或其氧化物等，這些反應(yīng)產(chǎn)物大都是水溶性的物質(zhì)，最后可以用水沖走一些有機磷農(nóng)藥，因此，農(nóng)藥殘留通過臭氧降解是安全可行的。章維華等進行了通過臭氧來降解大白菜中殘留的農(nóng)藥 [4]。 過氧化氫法：以過氧化氫為氧化劑來降解農(nóng)藥，其降解產(chǎn)物和通過臭氧方法得到的反應(yīng)產(chǎn)物一樣。有機磷農(nóng)藥在經(jīng)過氧化氫徹底降解后，變成磷酸，水 ，二氧化碳及一些礦物質(zhì)等，這些降解產(chǎn)物基本上沒有毒性，對環(huán)境和食品來說是比較安全的。 超聲波誘導(dǎo)降解法 超聲誘導(dǎo)降解農(nóng)藥的原理：通過強氧化性的自由基 (O， OH 等 )來降解農(nóng)藥的。這些氧化性較強的自由基是這樣產(chǎn)生的：液體會在超聲波的作用下產(chǎn)生數(shù)量較多的空化泡，當(dāng)這些空化泡瞬間消失的時候，會在液體極小的空間產(chǎn)生19005200K 的高溫和超過 107 的高壓，此時的溫度變化將達到 109K/S。并伴有強烈的沖擊波和時速高達 400Km/h 的射流，在這樣的極端環(huán)境下，泡內(nèi)氣體和液體交界面的介質(zhì)被加熱，同時分解產(chǎn)生強氧化性的自由基 [5]。鐘愛國進行了用超聲波誘導(dǎo)來降解甲胺磷的實驗 [6]。 6 光學(xué)降解 農(nóng)藥經(jīng)過太陽光或者紫外線的照射后，那些比較脆弱的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，因此，形成了特別活潑的中間產(chǎn)物 (自由基 )，隨后，自由基和溶劑或者其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，便得到了光解產(chǎn)物。 Alberto Marinas, Chantal Guillard 等進行了用二氧化鈦光催化降解殺蟲脒的實驗 [7]。 生物降解 生物降解就是通過生物 (包括各種微生物、植物和動物 )的作用將大分子分解成小分子化合物的過程 [1]。一般，能夠降解農(nóng)藥的微生物為細(xì)菌，真菌，放線菌及藻類等。與其它的微生物相比，細(xì)菌具有適應(yīng)外界環(huán)境能力強和容易發(fā)生突變，因此，這些特點決定了細(xì)菌在降解農(nóng)藥方面占有不可替代的位置。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，人類已經(jīng)分離提取了某些有機磷降解菌的降解酶和降解酶的基因。 有機磷農(nóng)藥的微生物降解 微生物及其降解酶的降解作用是環(huán)境中有機磷農(nóng)藥分解與轉(zhuǎn)化的重要途徑，利用微生物及其產(chǎn)生的降解酶進行