微生物在污水處理中的應用

摘要：本文主要闡述了各種微生物在不同種類污水中的應用，以及它們不同的應用機理。

關鍵詞：微生物 生活污水 工業污水 農業污水 重金屬 農藥

1.世界水資源現狀

環境保護是我國的基本國策。世界經濟發展的實踐證明，為實現經濟的持續穩定的發展，必須解決好發展與環境保護的矛盾。

全球水資源狀況迅速惡化，“水危機”日趨嚴重。據水文地理學家的估算，地球上的水資源總量約為13．8億立方公里，其中97．5％是海水（13．45億立方公里）。淡水只占2．5％，其中絕大部分為極地冰雪冰川和地下水，適宜人類享用的僅為0．01％．

20世紀50年代以后，全球人口急劇增長，工業發展迅速。一方面，人類對水資源的需求以驚人的速度擴大；另一方面，日益嚴重的水污染蠶食大量可供消費的水資源。本屆世界水論壇提供的聯合國水資源世界評估報告顯示，全世界每天約有200噸垃圾倒進河流、湖泊和小溪，每升廢水會污染8升淡水；所有流經亞洲城市的河流均被污染；美國40％的水資源流域被加工食品廢料、金屬、肥料和殺蟲劑污染；歐洲55條河流中僅有5條水質差強人意。

20世紀，世界人口增加了兩倍，而人類用水增加了5倍。世界上許多國家正面臨水資源危機：12億人用水短缺，30億人缺乏用水衛生設施，每年有300萬到400萬人死于和水有關的疾病。到2025年，水危機將蔓延到48個國家，35億人為水所困。水資源危機帶來的生態系統惡化和生物多樣性破壞，也將嚴重威脅人類生存。

水資源危機既阻礙世界可持續發展，也威脅著世界和平。過去50年中，由水引發的沖突共507起，其中37起有暴力性質，21起演變為軍事沖突。專家警告說，隨著水資源日益緊缺，水的爭奪戰將愈演愈烈。

2.污水處理方法分類

2.1物理法

利用物理作用分離廢水中呈懸浮狀態的污染物質。主要有沉淀法，過濾法，離心分離法，吸附法等。

2.2化學法

利用化學反應原理及方法來分離，回收廢水中的污染物，或改變污染物的性質，使它從有害變為無害的處理法。主要有化學凝聚法，中和法，氧化還原法，離子交換法。

2.3生物法

主要利用微生物的生命活動過程，對廢水中的污染物質進行轉移和轉化的作用，從而是污水得到凈化的方法。

2.4.微生物簡介

微生物是肉眼看不見或看不清的生物的總稱。包括原核生物（細菌，放線菌和藍細菌），真核生物（真菌和微型藻類），非細胞生物（病毒類）。微生物具有體積小、表面積大、繁殖力驚人等特點，能不斷與周圍環境快速進行物質交換。污水具備微生物生長繁殖的條件，因而微生物能從污水中獲取養分，同時降解和利用有害物質，從而使污水得到凈化。因此微生物可在污水凈化和治理中得到廣泛應用，造福人類。

微生物能降解和轉化污染物主要是因為微生物具有以下幾個特點：個體微小，比表面積大，代謝速率快；種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣；具有多種降解酶；繁殖快，易變異，適應性強；共代謝作用等。

3.原理

利用微生物處理污水實際就是通過微生物的新陳代謝活動,將污水中的有機物分解,從而達到凈化污水的目的.微生物能從污水中攝取糖，蛋白質，脂肪，淀粉及其它低分子化合物。微生物新陳代謝類型有需氧型和厭氧型兩種,因此,凈化方法分為好氧凈化和厭氧凈化.

3.1.好氧凈化

氧存在條件下，許多好氧微生物通過分解代謝、合成代謝和物質礦物化，在把有機物氧化分解成CO2和H2O等過程中，獲尋C源、N源、P源、S和能量。污水的微生物好氧凈化就是模擬上述原理，把微生物置于一定的構筑物內通氣培養，高效率凈化污水的方法。

3.2厭氧凈化

微生物在嚴格厭氧條件下，有機物發酵或消化過程中，大部分有機物被解生成H2、CO2、H2S和CH4等氣體。污水的生物厭氧凈化就是根據污水經厭氧發酵后既到凈化，又獲得了生物能源CH4的原理。微物細胞能量轉移的電子受體，由好氧條件下分子氧改變為厭氧條件下的有機物。在厭氧件下，不溶于水而難分解的大分子有機污物，被微生物的胞外酶降解為可溶性物質，再由產甲烷厭氧細菌和產氫細菌降解成低分子有酸類和醇類、并放出H2和CO2；有機酸類和類經產甲烷菌降解成H2、CO2和CH4。甲烷菌還可利用H2還原CO2，形成CH4。

微生物凈化過程：

Ⅰ.有機污染物的濃度由高變低

Ⅱ.異養細菌迅速氧化分解有機污染物而大量繁殖，然后是以細菌為食料的原生動物出現數量高峰，再后是由于有機物礦化，利于藻類的生長，而出現藻類的生長高峰。

Ⅲ.溶解氧濃度隨著有機物被微生物氧化分解而大量消耗，很快降到最低點，隨后，由于有機物的無機化和藻類的光合作用及其他好氧微生物數量的下降，溶解氧又恢復到原來水平。

這樣，在離開污染源相當的距離之后，水中的微生物數量，有機物，無機物的含量，也都下降到最低點。于是，水體恢復到原來的狀態。

微生物處理優點：微生物具有來源廣，易培養，繁殖快，對環境適應性強，易變異的特征在生產上較容易的采集菌種進行培養繁殖，并在特定條件下進行馴化，使之適應不同的水質條件，從而通過微生物的新陳代謝使有機物無機化。加之微生物的生存條件溫和，新陳代謝時不需要高溫高壓，它是不需要投加催化劑的.生物法具有廢水處理量大、處理范圍廣、運行費用相對較低,所要投入的人力，物力比其他方法要少的多。在污水生物處理的人工生態系統中，物質的遷移轉化效率之高是任何天然的或農業生態系統所不能比擬的。

4.污水處理中重要的微生物種群

4．1 絲狀細菌

絲狀細菌(Filamentous bacteria)能顯著影響絮狀活性污泥的沉降性(污泥膨脹)或引起生物量變化和泡沫形成(污泥發泡)，從而嚴重影響活性污泥的處理效率．傳統上，絲狀細菌是通過光學顯微鏡學進行分析鑒定的，如革蘭氏和Neisser染色反應、典型的形態學特征等．但應用full―cycle rRNA技術發現，傳統形態學鑒定方法不能發現污水廠活性污泥中的許多絲狀細菌 。

系統發生樹部分提供了絲狀菌的系統發生親緣關系，但有些絲狀類型如Eikelboom 1863或Nostocoidalimicola等則是放置在完全無關的類群中．現在利用rRNA目標寡聚核苷酸探針能迅速地鑒定大多數絲狀菌，證明在活性污泥中有些絲狀菌呈現多態性現象．Kanagawa等(2000)從活性污泥中分離出15種絲狀菌，根據形態被分類為Eikelboom 21 N，利用16S rDNA序列分析表明都同變形桿菌亞綱的Thiothrix絲狀菌形成單系群(monophyletic group).Thiothrix絲狀菌在污水中通常表現出生理多能性，在異養、兼性營養和化能自養情況下，它們都能同標記的乙酸鹽或碳酸氫鹽結合。在厭氧狀況下(無論有無硝酸鹽)，Thiothrix絲狀菌都很活躍，它通過吸收硫代硫酸鹽和乙酸鹽來形成胞內硫粒。

利用絲狀菌的FISH探針，Mircothrix parvicella被發現有特殊的脂消費，在厭氧情況下專門吸收長鏈脂肪酸(而不是短鏈脂肪酸和葡萄糖)，隨后當硝酸鹽或氧可用作電子受體時它們則使用貯存完成生長．不過，在厭氧情況下，M.parvicella不能吸收磷，不適合那些有除磷要求的生物反應器．利用FISH技術對絲狀菌進行系統分類發現，大多數未描述的絲狀菌屬于綠色非硫細菌(Chloroflexi)，也可能是污水生物處理系統中豐度最高的絲狀菌。Liao等(2004)發展一種定量FISH，對實驗室和污水廠反應器中的絲狀菌進行了研究，以增加Sphaerotilus natans的方式來刺激污泥膨脹，結果發現是Eikelboom 1851菌叢(而不是試驗的S．natans菌)同活性污泥容積指數(volume index)極度相關，其可延伸的菌絲長度約為6×10。la,m／mL。

4．2 生物除磷的重要細菌

生物除磷可以在EBPR的微生物途徑中由完成，該過程通過循環活性污泥進行交替的厭氧、需氧為特征。基于微生物的純培養技術，變形桿菌綱г亞綱的不動桿菌屬(Acinetobacter)長期被認為是唯一的PAO(Polyphosphate―accumulating organism)．但實際上，雖然不動桿菌能積累多聚磷酸鹽，卻沒有PAO的典型代謝方式．Wanger等(1994)用rRNA目的探針測試后認為，主要的PAO應該為口亞綱中的Rhoclocyclus群，其次為 亞綱中的Planctomycete群及屈撓桿菌屬(Flexibacter)、CFB群(Cytophaga―Flavobacterium―Bacteroides)等．利用螢光抗體染色、呼吸醌檢測和屬特異探針的FISH等非培養方法，證明在EBPR系統中，由于培養偏差顯然高估了不動桿菌的相對豐度，表明其對EBPR系統實際上不是最重要的，而另外一些分離出的細菌才是PAO的候選者。不過，有7個Acinembacter新種從活性污泥中分離到，可望進一步闡釋該屬在脫磷中扮演的角色和意義。

積磷小月菌(Microlunatus phosphovorus)是一個高G+C含量的革蘭氏陽性菌，被認為是專性好氧菌，可以通過EMP途徑發酵葡萄糖為乙酸，而不能夠在厭氧情況下生長．有明顯吸收葡萄糖、分泌乙酸的轉化，導致胞內乙酸積累；產生的乙酸在隨后的好氧階段消耗掉．phosphovorus表現出卓越的吸收和釋放磷的能力，磷釋放率和吸收率可分別高達3．34 mmol g／cell?h和1．56 mmol g／cell?h，比Lampropedia spp．和Acinetobacterspp．要高1個數量級，特異探針證明其在EB―PR工廠里可占總細菌的2．7％。

俊片菌屬(Lampropedia)也擁有聚磷菌的基本代謝特征，但比EBPR模型預言的吸收乙酸鹽釋放磷酸鹽的比率要低很多．那些被建議名為“Candidatus Ac―cumulibacter phosphates”已被證實顯著存在于EBPR系統中．Saunders等(2003) 在對6個運行污水廠進行了檢測后認為，很可能“無關緊要”的“CandidatusAccumulibacter phosphates”正是重要的PAO．另外還有顯微鏡原位觀察顯示，酵母菌很可能涉及在生物除磷中，許多“聚磷菌”很可能是酵母菌的孢子，但其作用機理顯然還需要進一步探討．

4．3 硝化細菌

氮循環是高度依賴微生物活性和轉化的一個過程．這類微生物在污水處理、農業等領域具有極其重要的作用，因此成為近年來世界研究的熱點，變形桿菌的β亞綱幾乎已經成為微生物生態學的模式系統 ．Kindaichi等(2004)對自養硝化生物膜進行了FISH分析表明，膜上有50％屬于硝化細菌，其余50％為異養細菌，分布為變形桿菌α亞綱23％ ，г亞綱13％ ，綠色非硫細菌9％ ，CFB群2％，未定類群3％．該結果表明，硝化細菌通過可溶性產物的產生支持了異養菌，異養菌也從代謝多樣性等方面確保了生物膜的生態穩定性 ．從培養角度來說，硝化細菌生長極慢；由于硝化細菌的分布同pH、溫度等敏感，所以污水廠的硝化作用常有崩潰的情況發生．

4．3．1 氨氧化茵

基于16S rDNA序列分析，已經分離和描述過的氨氧化細菌都分屬于變形桿菌綱的2個單系群中．Ni-trosococcusoceanus和N．halophilus屬于Proteobacteria的β亞綱，包括亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)、亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)、亞硝化弧菌屬(Nitrosovibrio)和亞硝化葉菌屬(Nitrosolobus)，后3個屬關系密切；而Nitrosococcus mobilis(實際是Nitrosomonas的一個成員)則在β亞綱組成緊密相關的集合．

4．3．2 亞硝酸氧化茵

基于超微特性，已培養出的亞硝酸氧化菌(Nitrite．oxidizing bacteria，NOB)被分為4個已知屬，硝化桿菌屬(Nitrobacter)，硝化刺菌屬(Nitrospina)，硝化球菌屬(Nitrococcus)和硝化螺菌屬(Nhrospira)．16S rDNA序列比較分析表明，硝化桿菌屬及其3個種都屬于變形桿菌的α一亞綱；Nitrospina和Nitrococcus各有一個種，分屬于變形桿菌的δ和г一亞綱；Nitrospira屬包含有moscoviensis和Ⅳ．rrtarin．在傳統上，Nitrobacter一直被認為是最重要的亞硝酸鹽氧化菌．然而，在硝化污水廠內用目的探針的FISH法和定量斑點雜交(Quantitative dot blot)等發現，檢測不到Nitrobacter或者數目很低，因此凸現了非Nitrobacter的NOB在硝化過程中的重要性．Egli等(2003)用不同污泥接種反應器，利用定量FISH和RFLP(Restriction fragment length polymorphism)方法對穩定的硝化作用反應器進行檢測，發現有活性的都屬于Nitrospira屬 J．以Nitrospira序列發展的特定16S rRNA探針，對活性污泥進行FISH查后表明，未培養的類硝化螺菌(Nitrospira―like)以顯著性數目(總菌數的9％)存在，其對亞硝酸鹽氧化的重要性已由反應器富集研究所證實．Nhrospira能固定CO：，也能利用丙酮酸混合營養生長，而不利用乙酸鹽、丁酸鹽和丙酸鹽。

4．4 反硝化細菌

反硝化細菌(Denitrifying bacteria)的大多數鑒定和計數都是依賴培養法．很多屬的成員，如產堿桿菌屬(Alcaligenes)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、甲基桿菌屬(Methylobacteriurn)，副球菌屬(Paracoccus)和生絲微菌屬(Hyphornicrobiurrt)等，都從污水廠中作為脫氮微生物群分離出來過，但這些細菌屬在污水廠中是否具有原位脫氮的活性卻很少被知道．在一個補充以甲醇作為還原碳化物的脫氮沙濾中，使用特異FISH探針監測到有大量數目的P．spp和H．spp；而在沒有附加甲醇的非脫氮沙濾中，兩屬存在的數目都低于總細胞0．1％ ，這間接證明了在脫氮過程中有兩屬的活性參與。

5．水污染物的類型及處理

5.1生活污水

生活污水是一大污染源。生活污水中含有大量的無機物，有機物。無機物如氯化物，硫酸鹽，磷酸鹽和鈉，鉀，鈣，鐵等碳酸鹽，有機物有纖維素，淀粉，脂肪，蛋白質和尿素等。排放入環境中促使浮游植物生長和大量繁殖，形成赤潮和水華。

生活污水的處理主要是其中有機物的分解，其主要方法有活性污泥法、生物膜法、AB法。

5.1.1活性污泥法

活性污泥法是以活性污泥為主體的廢水生物處理的主要方法。活性污泥法是向廢水中連續通入空氣，經一定時間后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥狀絮凝物。其上棲息著以菌膠團為主的微生物群，具有很強的吸附與氧化有機物的能力。

5.1.2生物膜法

生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態系統，其附著的固體介質稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入厭氣層進行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復以達到凈化污水的目的。生物膜法具有以下特點：（1）對水量、水質、水溫變動適應性強；（2）處理效果好并具良好硝化功能；（3）污泥量小（約為活性污泥法的3／4）且易于固液分離；（4）動力費用省。

5.1.3AB法

AB法工藝由德國B0HUKE教授首先開發。該工藝將曝氣池分為高低負荷兩段，各有獨立的沉淀和污泥回流系統。高負荷段A段停留時間約20－40分鐘，以生物絮凝吸附作用為主，同時發生不完會氧化反應，生物主要為短世代的細菌群落，去除BOD達50％以上。B段與常規活性污泥相似，負荷較低，泥齡較長。

5.2工業廢水

工業廢水是水體污染的主要污染源。包括鋼鐵工業廢水，食品工業廢水，印刷廢水，化工廢水等。隨著工業化的發展，含有重金屬離子的廢水產生量越來越多。重金屬離子已成為最重要、最常見的污染物之一。由于重金屬在生物體內的富集、吸收與轉化，從而通過食物鏈危害人體健康。如致癌、致畸等，故而處理重金屬污染刻不容緩。

微生物處理技術在生活污水處理中的應用已經非常成熟并且全面普及，但是在工業污水的處理中還存在著一定的技術問題。相對于生活污水來說，工業污水的成份要復雜的多，大多數工業污水的COD值都相當高，可生化性差，這就給微生物處理帶來了相當大的難度，有些工業污水甚至還有很高的氨氮指標，增加了微生物處理的難度。但是微生物技術的許多優勢注定了它將是工業污水治理的一個方面，而且目前已經有很多行業的工業污水開始采用微生物處理技術并且得到了穩定的運行數據。

這里主要講述關于污水中重金屬的處理。目前可用的微生物法有生物吸附法、硫酸鹽還原菌凈化法和利用微生物的轉化作用去除重金屬。

5.2.1生物吸附法

生物吸附是利用生物量（如發酵工業的剩余菌體）通過物理化學機制，將金屬吸附或通過細胞吸收并濃縮環境中的重金屬離子，由于重金屬具有毒性，如果濃度太高，活的微生物細胞就會被殺死。所以，必須控制控制被處理水的重金屬濃度。

例如陳小霞等人用小球藻富集鉻離子，研究表明小球藻富集鉻離子的機制主要表現是表面吸附和主動運輸。在生長期和穩定期小球藻富集的鉻以有機鉻存在，而在衰亡期，小球藻富集的鉻以無機鉻存在。

利用工業發酵后剩余的芽孢桿菌菌體或酵母菌吸附重金屬，具體做法是首先用堿處理菌體，以便增加其吸附重金屬的能力。然后通過化學交聯法固定這些細胞，固定化的芽孢桿菌對重金屬的吸附沒有選擇性（微生物在結合無機污染物上表現出選擇性，多于大多數合成的化學吸附劑，微生物對金屬的吸附和累積主要取決于不同配位體結合部位對對金屬的選擇性）。可以去除廢水中的Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 去除率可達99%。吸附在細胞上的重金屬可以用硫酸洗脫，然后用化學方法回收重金屬，經過堿處理后的固定化細胞還可以重新用于吸附重金屬。

5.2.2硫酸鹽還原菌凈化法

脫硫弧菌屬硫酸鹽還原菌是厭氧化能細菌，它最大的特征就是在無自由氧的條件下，在有機質存在時通過還原硫酸根變成硫化氫，從中獲得生長能量而大量繁殖;它繁殖的結果是使溶解度很大的硫酸鹽變成了極難溶解的硫化物或硫化氫。這類細菌分布廣泛，海洋、湖泊、河流及陸地上都能存在。在沒有自由氧而有硫酸鹽及有機物存在的地方它就能生長繁殖，其生長溫度為25~35攝氏度，PH值為6.2~7.5.該細菌的作用可將廢水中的硫酸根變成硫化氫，使廢水中濃度較高的重金屬Cu、Pb、Zn等轉變為硫化物而沉淀，從而使廢水中的重金屬離子得以去除。

5.2.3利用微生物的轉化作用去除重金屬

微生物可以通過氧化作用、還原作用、甲基化作用和去烷基化作用對重金屬和重金屬類化合物進行轉化。

細菌胞外的莢膜或粘膜層可產生多種胞外多聚體，胞外多聚體能夠吸附自然條件下或廢水處理設施中的重金屬。其主要成分是多糖、蛋白質和核酸。

真菌的細胞壁內含幾丁質，這和N----乙酰葡糖胺多聚體是一種有效的金屬于放射性核素結合的生物吸附劑。經過氫氧化物處理的各類真菌暴露出來的幾丁質、脫乙酰殼多糖和其他金屬結合的配位體，形成菌絲層，可以有效的去除廢水中的重金屬。

六價鉻具有強烈的毒性，其毒性是三價鉻的100倍，而且能在人體內沉淀。由于六價鉻很容易通過胞膜進入細胞，然后在細胞質、線粒體和細胞核中被還原為三價鉻，三價格在細胞內與蛋白質結合為穩定的物質并且和核酸相作用，而細胞外的三價鉻是不能參透細胞的，細菌利用細胞中的NADH作為還原劑，在厭氧或好氧的狀態下，將六價鉻還原為三價鉻。如陰溝腸桿菌能抗10000μmol/l鉻酸鹽，在厭氧的條件下能使六價鉻還原為三價鉻，三價鉻可以通過沉淀反應與水分離而被去除。

5.3農業廢水

它面廣而量大且分散。農田使用農藥，化學農藥主要是人工合成的生物外源性物質，很多農藥本身對人類及其他生物是有毒的，而且很多類型是不易生物降解的頑固性化合物。農藥殘留很難降解，人們在使用農藥防止病蟲草害的同時，也使糧食、蔬菜、瓜果等農藥殘留超標，污染嚴重，同時給非靶生物帶來傷害，每年造成的農藥中毒事件及職業性中毒病例不斷增加。同時，農藥廠排出的污水和施入農田的農藥等也對環境造成嚴重的污染，破壞了生態平衡，影響了農業的可持續發展，威脅著人類的身心健康。農藥不合理的大量使用給人類及生態環境造成了越來越嚴重的不良后果，農藥的污染問題已成為全球關注的熱點。因此，加強農藥的生物降解研究、解決農藥對環境及食物的污染問題，是人類當前迫切需要解決的課題之一。

5.3.1 農業生產上主要使用的農藥類型

當前農業上使用的主要有機化合物農藥如表1所示。其中，有些已經禁止使用，如六六六、滴滴涕等有機氯農藥，還有一些正在逐步停止使用，如有機磷類中的甲胺磷等。

表1 農業生產中常用農藥種類簡表

類 型 農 藥 品 種

有機磷：敵百蟲、甲胺磷、敵敵畏、乙酰甲胺磷、對硫磷、雙硫磷、樂果等

殺蟲劑 有機氮：西維因、速滅威、巴沙、殺蟲脒等

有機氯：六六六、滴滴涕、毒殺芬等

殺螨劑 螨凈、殺螨特、三氯殺螨砜、螨卵酯、氯殺、敵螨丹等

除草劑 2，4－D、敵稗、滅草靈、阿特拉津、草甘膦、毒草胺等

殺菌劑 甲基硫化砷、福美雙、滅菌丹、敵克松、克瘟散、稻瘟凈、多菌靈、葉枯凈等

生長調節劑 矮壯素、健壯素、增產靈、赤霉素、縮節胺等

人們發現，在自然生態系統中存在著大量的、代謝類型各異的、具有很強適應能力的和能利用各種人工合成有機農藥為碳源、氮源和能源生長的微生物，它們可以通過各種謝途徑把有機農藥完全礦化或降解成無毒的其他成分，為人類去除農藥污染和凈化生態環境提供必要的條件。

5.3.2 降解農藥的微生物類群

土壤中的微生物，包括細菌、真菌、放線菌和藻類等，它們中有一些具有農藥降解功能的種類。細菌由于其生化上的多種適應能力和容易誘發突變菌株，從而在農藥降解中占有主要地位。一在土壤、污水及高溫堆肥體系中，對農藥分解起主要作用的是細菌類，這與農藥類型、微生物降解農藥的能力和環境條件等有關，如在高溫堆肥體系當中，由于高溫階段體系內部溫度較高（大于50 ℃），存活的主要是耐高溫細菌，而此階段也是農藥降解最快的時期。通過微生物的作用，把環境中的有機污染物轉化為CO2和H2O等無毒無害或毒性較小的其他物質。通過許多科研工作者的努力，已經分離得到了大量的可降解農藥的微生物（見表2）。不同的微生物類群降解農藥的機理、途徑和過程可能不同，下面簡要介紹一下農藥的微生物降解機理。

5.3.3 微生物降解農藥的機理

目前，對于微生物降解農藥的研究主要集中于細菌上，因此對于細菌代謝農藥的機理研究得比較清楚。

表2 常見農藥的降解微生物

農 藥 降 解 微 生 物

甲胺磷 芽孢桿菌、曲霉、青霉、假單胞桿菌、瓶型酵母

阿特拉津（AT） 煙曲霉、焦曲霉、葡枝根霉、串珠鐮刀菌、粉紅色鐮刀菌、尖孢鐮刀菌、斜臥鐮刀菌、微紫青霉、皺褶青霉、平滑青霉、白腐真菌、菌根真菌、假單胞菌、紅球菌、諾卡氏菌

幼脲3號 真菌

敵殺死 產堿桿菌

2，4－D 假單胞菌、無色桿菌、節桿菌、棒狀桿菌、黃桿菌、生孢食纖維菌屬、鏈霉菌屬、曲霉菌、諾卡氏菌、

DDT 無色桿菌、氣桿菌、芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌、埃希氏菌、假單胞菌、變形桿菌、鏈球菌、無色桿菌、黃單胞菌、歐文氏菌、巴斯德梭菌、根癌土壤桿菌、產氣氣桿菌、鐮孢霉菌、諾卡氏菌、綠色木霉等

丙體六六六 白腐真菌、梭狀芽孢桿菌、埃希氏菌、大腸桿菌、生孢梭菌等

對硫磷 大腸桿菌、芽孢桿菌

七 氯 芽孢桿菌、鐮孢霉菌、小單孢菌、諾卡氏菌、曲霉菌、根霉菌、鏈球菌

敵百蟲 曲霉菌、鐮孢霉菌

敵敵畏 假單胞菌

狄氏劑 芽孢桿菌、假單胞菌

艾氏劑 鐮孢霉菌、青霉菌

樂 果 假單胞菌

2,4,5-T 無色桿菌、枝動桿菌

細菌降解農藥的本質是酶促反應，即化合物通過一定的方式進入細菌體內，然后在各種酶的作用下，經過一系列的生理生化反應，最終將農藥完全降解或分解成分子量較小的無毒或毒性較小的化合物的過程。如莠去津作為假單胞菌ADP菌株的唯一碳源，有3種酶參與了降解莠去津的前幾步反應。第一種酶是A tzA，催化莠去津水解脫氯的反應，得到無毒的羥基莠去津，此酶是莠去津生物降解的關鍵酶；第二種酶是A tzB，催化羥基莠去津脫氯氨基反應，產生N－異丙基氰尿酰胺；第三種酶是A tzC，催化N－異丙基氰尿酰胺生成氰尿酸和異丙胺。最終莠去津被降解為CO2和NH3。微生物所產生的酶系，有的是組成酶系，如門多薩假單胞菌DR－8對甲單脒農藥的降解代謝，產生的酶主要分布于細胞壁和細胞膜組分；有的是誘導酶系，如王永杰等得到的有機磷農藥廣譜活性降解菌所產生的降解酶等。由于降解酶往往比產生該類酶的微生物菌體更能忍受異常環境條件，酶的降解效率遠高于微生物本身，特別是對低濃度的農藥，人們想利用降解酶作為凈化農藥污染的有效手段。但是，降解酶在土壤中容易受非生物變性、土壤吸附等作用而失活，難以長時間保持降解活性，而且酶在土壤中的移動性差，這都限制了降解酶在實際中的應用。現在許多試驗已經證明，編碼合成這些酶系的基因多數在質粒上，如2，4－D的生物降解，即由質粒攜帶的基因所控制。通過質粒上的基因與染色體上的基因的共同作用，在微生物體內把農藥降解。因此，利用分子生物學技術，可以人工構建“工程菌”來更好地實現人類利用微生物降解農藥的愿望。

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