农药污染的生物修复

汇报人：王新富2018年04月08日

农药污染的

生物修复2024/8/26农药污染1动物、植物、微生物、酶修复3汇报提纲生物修复2修复案例52024/8/26农药污染

中国是一个农业大国,农药施用量居世界前列,且农药已成为现代农业发展的必要物质保障,但长期、大量、不合理地施用农药也对土壤环境造成了严重污染。目前,我国每年施用农药量达50~60万t,其中70%~80%直接进入环境,农药有效利用率仅为20%~30%,全国至少有1300~1600万hm2耕地受到农药污染,对生活、生产活动产生越来越多的直接或间接危害。污染面积大经济损失显著生态效益广2024/8/26

生物修复

目前，西方国家已研制出许多较成熟的土壤及地下水农药污染修复技术，可分为物理—化学修复，化学修复，生物修复几种方式。生物修复（Bioremediation）是指利用微生物或其他生物将存在于土壤、地下水和海洋中的有毒、有害污染物降解为CO2和H2O或转化为无害物质的方法，与物理化学方法方法相比，被公认为是一种有效、安全、廉价和无二次污染的方法。生物修复动物修复酶修复植物修复微生物修复2024/8/26

土壤中的一些大型土生动物如蚯蚓和某些鼠类,能吸收或富集土壤中的残留农药,并通过其自身的代谢作用,把部分农药分解为低毒或无毒产物。

动物对某种毒物的积累及代谢符合一级动力学,某种农药经某种动物体内的代谢,有一定的半衰期,一般经过5—6个半衰期后,动物积累农药达到极限值,意味着动物对土壤中污染农药的去除作用已完成。同时,土壤中还生存着丰富的小型动物种群,如线虫纲、弹尾类、稗螨属、蜈蚣目、蜘蛛目、土蜂科等,均对土壤中的污染农药有一定的吸收和富集作用,可以从土壤中带走部分农药。

动物修复2024/8/26植物修复2024/8/26

植物修复(phytoremediation)技术即利用植物能忍耐和超量积累环境中污染物,利用植物的生长来清除环境中污染物的方法。

植物的生活周期会对其周围环境发生物理化学和生物的影响,在枝条和根的生长、水和矿物质的吸收、植株的衰老及其腐解等过程中,植物都能极大地改变周围的土壤环境。现有一种新的术语,把一株绿色植物看成是一个“太阳能驱动的、抽吸和过滤系统”,这个系统具有适度的负荷、降解及纳污能力。植物修复01植物直接吸收并在植物组织中积累非植物毒性的代谢物02植物释放酶到土壤中,促进土壤的生物化学反应03根际-微生物的联合代谢作用植物修复技术的三种机制2024/8/26微生物修复

微生物修复技术是在人为优化的条件下,利用自然环境中生息的微生物或人为投加特效微生物的生命代谢活动,来分解土壤中的污染物,以修复受污染的环境。农药的微生物降解研究从最早的有机氯农药DDT开始已有几十年的历史。世界各国的科研工作者分离筛选了大量的降解性微生物，国内的研究工作者也在这方面做了大量工作，南京农业大学分离鉴定了多株高效降解菌株，建立了目前我国农药微生物降解最大的菌株种质资源库。2024/8/26微生物修复2024/8/26微生物修复修复方法NO.1NO.2污染土壤中人工接种能降解农药的微生物,利用微生物将残存于土壤中的农药降解或去除，使其转化为无害物质或降解成CO2和H2O,这种方法不会形成二次污染或导致转移，可将农药的残留浓度降到很低，经过长期处理可明显消除。改善土壤的环境条件，特别是营养条件，定期向地下水投加H2O2

和营养物，以满足污染环境中已经存在的降解菌的中间产物生长需要，以便增强士著降解菌的降解能力。2024/8/26微生物修复具体技术2024/8/26微生物修复2024/8/26多种修复技术联合使用生物通气法微生物与植物共生法淋洗与生物法把固相-半固相的有机污染物转为液相而洗出土壤，淋洗液通过生物硫化床、生物转盘及生物膜等，经生物处理后的水再用于清洗，直至土壤得到修复有机黏土法有机黏土可以扩大土壤和含水层的吸附容量，黏土上的表面活性剂可以将有毒有机物吸附到黏土上富集，有利于微生物对污染物的原位降解。翻耕与微生物法通过翻耕搅拌均匀，从而降低污染物浓度，提高了微生物的生物活性，同时，可添加一些高效的改良菌。酶修复2024/8/26

农药降解菌之所以能够降解农药,归根结底是由其分泌的酶来完成的,因而,直接采用酶进行农药降解比用微生物处理更具有优势。主要表现在酶对外界环境条件的适应性,对低浓度农药的降解,对农药的降解范围和降解效能上比微生物更优越。可降解农药的酶有多种,主要有加氧酶、脱氢酶、偶氮还原酶和过氧化物酶等。在许多情况下,农药生物降解是在多种酶的协同作用下完成的。第二种酶无疑是农药生物修复中最理想的酶。根据酶在微生物细胞中存在的位置,酶分为胞内酶和胞外酶。虞云龙等进行了有机磷和拟除虫菊酯农药酶促降解的研究,发现主要是胞内酶在起作用。分解代谢的酶偶发代谢的酶解毒代谢的酶微生物可利用农药作为能源或农药诱导酶利用农药作为能源微生物降解农药不是出于利用它们作为能源,而是出于抵抗这些农药的毒性。在这里,微生物虽然能代谢农药,但不可利用农药作为能源酶修复技术的不足是,酶在土壤中迁移性较强,使修复难以达到预期水平。因此固化酶成为目前酶修复技术的关键！！！修复案例2024/8/261研究背景

阿特拉津，又名莠去津，是一种广泛使用的三嗪除草剂，其作用方式是破坏植物体中叶绿体光系统Ⅱ(PSⅡ)，主要用于玉米、高粱和甘蔗田杂草的防除。随着我国农业的发展和阿特拉津在我国的推广使用，阿特拉津所带来的环境问题也日趋严重，由于其溶解性较好，迁移率较高，残留期长，已经造成了许多重大损失和环境污染。使用微生物的原位修复是解决污染的最好的办法。因为微生物作用于净彻，不会带来二次污染。李顺鹏（2005）对从土壤中分离到的两株能够以阿特拉津为唯一碳氮源的降解菌株在未灭菌土壤中对阿特拉津的原位修复做了初步研究，发现通过对土壤中投加二定量的降解菌剂可以非常好的消除土壤中的除草剂，并且解除除草剂对植物药害作用。2.研究方法(1)供试菌株和植物菌株BTAH1(微小杆菌属，Exiguobacteriumsp.)和AG(节杆菌属，Arthrobactersp.)均为本实验室从土壤中分离得到。实验所用植物为苏麦7号。(2)供试土壤供试土壤为南京农业大学试验农场采集的田间表层土(0～30cm)，土壤经风干，过筛(5mm)备用。该土壤从未使用过阿特拉津。修复案例2024/8/26(3)培养基

实验中所用培养基为LB培养基稀释10倍、简称1/10LB培养基。(4)实验设计

实验设4个处理，每处理用土2.5kg，重复3次。4个处理分别为a.空白处理，施用1oomL新鲜的1/10LB培养基b.对照处理、施用50mg/kg的阿特拉津和100mL新鲜的1/10LB培养基c.使用BTAH1菌株处理，施用50mg/kg的阿特拉津和100mL的1/10LB液体培养基摇瓶培养的BTAH1菌液；d.使用AG菌株处理，施用50mg/kg的阿特拉津和100ml，的1/10LB液体培养基摇瓶培养的AG菌液。施用除草剂7d后向处理组均匀喷洒相应的细菌培养液，再过7d播种小麦。每盆(30cm×4ocm)约播种300粒小麦，最后定苗约150株，即每组最后约450株。3.结果与分析(1)降解菌对土壤中阿特拉津的降解效果

当投加菌体数量为每g土10个时，8d后，投加AG菌株的土壤中，阿特拉津的浓度降1.53mg/kg，降解率为96.9%，投加BTAH1菌株的土壤中，阿特拉津的浓度降至1.79mg/kg，降解率为96.4%，并且AG的降解过程略快于BTAH1。而对照土壤中阿特拉津一直维持在一个较高水平，8d后为47.1mg/kg,27d后仍然有46.2mg/kg。由此可以看出，外源降解菌的投加对于土壤中阿特拉津的快速降解有非常明显的贡献，对照土壤由于从未使用过阿特拉津，降解过程缓慢。修复案例2024/8/26(2)降解菌的修复作用对小麦生长的影响在投加降解菌7d后，在各组土壤中播种了对阿特拉津比较敏感的作物——小麦，观察降解菌的投加对消除除草剂药害的影响。结果显示，降解菌的投加对小麦的长势有非常明显的影响。当含有除草剂的土壤被降解菌处理7d后，小麦的生长状况就得到了明显的改善，不论从植株的高度还是根长来看，都基本达到空白的生长水平。进一步分析降解菌的施用对小麦地上部分和根的鲜重进行了比较和分析，降解菌的投加对小麦各部分鲜重的影响也非常明显。投加降解菌AG的效果好于降解菌BTAH1的效果，而从土壤测定的结果来看，两个菌株的降解效果的差异不显著，且投加降解菌AG的土壤中生长的小麦的植株鲜重也高于空白小麦，显示该菌株可能具有促进植物生长的作用。(3)两株降解菌降解中间产物的比较经过两天的降解，两个菌株的培养基中的阿特拉津浓度均大幅下降，但是AG的培养基中出现了氰尿酸的累积。进二步研究发现，BTAH1始终没有出现氰尿酸的累积，但是AG的培养基中随着时间的增加，氰尿酸的量也增加。并且BTAH1可以利用氰尿酸为唯一氮源，但是AG却不能。氰尿酸是阿特拉津代谢中的一个重要产物，一般来说可以降解氰尿酸就可以将阿特拉津的三嗪环打开后彻底降解，因此可以判断BTAH1可将阿特拉津彻底降解，而AG却不可以。修复案例2024/8/264.讨论与结论在实验室条件下，降解菌可以在较短的时期内使土壤中的除草剂浓度下降至一个较低水平，从而使敏感作物(小麦)可以