環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性

1、第第12章章 農(nóng)藥及其它危險性農(nóng)藥及其它危險性 化合物的微生物降解化合物的微生物降解 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 第一節(jié)第一節(jié) 微生物降解理論基礎(chǔ)微生物降解理論基礎(chǔ) 一、概述一、概述 l人工合成化學(xué)物質(zhì)越來越多人工合成化學(xué)物質(zhì)越來越多 1990年，年， “CAB”登記的化學(xué)物質(zhì)已經(jīng)達到登記的化學(xué)物質(zhì)已經(jīng)達到 600多萬種多萬種 每周以每周以6000種的速度增加；種的速度增加； 多數(shù)對生物具有毒害作用。多數(shù)對生物具有毒害作用。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l由于這些化學(xué)物質(zhì)對人有致畸、致突變由于這些化學(xué)物質(zhì)對人有致畸、致突變 和致癌作用，故稱為危險性化合物和致癌作用，故稱為危險性化合

2、物 （hazardous chemicals）。）。 l理論上，微生物具有降解自然界產(chǎn)生的理論上，微生物具有降解自然界產(chǎn)生的 有機化合物的代謝機制，但是由于：有機化合物的代謝機制，但是由于： u新合成的化合物結(jié)構(gòu)新穎；新合成的化合物結(jié)構(gòu)新穎； u微生物對這些化合物無降解機制微生物對這些化合物無降解機制 因此，新的化合物往往對微生物的降解因此，新的化合物往往對微生物的降解 表現(xiàn)出抗逆性。表現(xiàn)出抗逆性。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 從特定環(huán)境中分離純化得到某些具有特定從特定環(huán)境中分離純化得到某些具有特定 降解能力的微生物純培養(yǎng)；降解能力的微生物純培養(yǎng)； 馴化出降解某些污染物的微生物菌株，使馴

3、化出降解某些污染物的微生物菌株，使 其降解能力更強大；其降解能力更強大； 通過基因工程手段來改造微生物以使其具通過基因工程手段來改造微生物以使其具 有特定的降解能力。有特定的降解能力。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l提供特殊營養(yǎng)物質(zhì)提供特殊營養(yǎng)物質(zhì) 主要是生長因子類主要是生長因子類 物質(zhì)：物質(zhì)： Stirling等人（等人（1976）從環(huán)己烷上）從環(huán)己烷上 富集分離得到的微生物群落：富集分離得到的微生物群落： 假單孢菌屬(Pseudomonas) 諾卡氏菌屬(Nocadia sp.) 產(chǎn)生出生長素 Nocadia sp.才具備降解環(huán)己烷的能力 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 用甲烷生產(chǎn)

4、單細胞蛋白 CH3CH2OH 去除生長抑制物質(zhì) 抑制 CH4 SCP 假單孢菌 生絲微菌CH3CH2OH 該群落中的其他菌為：黃桿菌、不動小桿菌 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 改善單個微生物的基本生長參數(shù)改善單個微生物的基本生長參數(shù) l微生物之間構(gòu)成了類似食物鏈的關(guān)系微生物之間構(gòu)成了類似食物鏈的關(guān)系 如降解黑苔酚的如降解黑苔酚的3種細菌之間的情況種細菌之間的情況 黑苔酚 假單孢菌 中間代謝產(chǎn)物 擴展短桿菌、短小桿菌 其他代謝物其他代謝物 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 4.對底物的協(xié)調(diào)利用 l單個微生物對某種物質(zhì)無降解能力，但混單個微生物對某種物質(zhì)無降解能力，但混 合后則能夠降解該物質(zhì)。

5、合后則能夠降解該物質(zhì)。 u除草劑茅草枯的降解除草劑茅草枯的降解 混合菌株的降解率比單個菌株混合菌株的降解率比單個菌株 的降解率高的降解率高20%。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 Arthrobacter sp. u殺蟲劑二嗪噥的降解 二嗪噥 Streptomyces sp. Arthrobacter sp. Streptomyces sp. 被降解 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 5. 共代謝（co-metabolism) l共代謝是指生長底物和非生長底物共酶的 現(xiàn)象。生長底物是能被微生物用作為唯一 碳源的物質(zhì)。 l共酶現(xiàn)象是指一些污染物（非生長底物）不 能作為微生物生長的唯一碳源，而只

6、能在生 長底物被利用時，通過微生物產(chǎn)生的酶，將 該污染物轉(zhuǎn)化為不完全的氧化物。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 6.電子轉(zhuǎn)移 l兩種緊密結(jié)合的產(chǎn)甲烷菌群落 （methanobacillus omelianski）： CH3CH2OHCH3COOH + H2 CO2+ H2CH4 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 7. 提供一種以上初級底物利用者 l有一種以上初始利用者存在，每個初始利有一種以上初始利用者存在，每個初始利 用者都能完全代謝底物。用者都能完全代謝底物。 l降解除草劑降解除草劑Fermon(N,N-二甲基二甲基-N-苯基脲苯基脲) 的微生物群落，包括的微生物群落，包括3種種Cory

7、nforms菌、菌、1種種 假單孢菌和一種產(chǎn)堿菌假單孢菌和一種產(chǎn)堿菌(Alicaligenes sp.)，它，它 們均能夠單獨降解們均能夠單獨降解Fermon。混合培養(yǎng)菌株的?；旌吓囵B(yǎng)菌株的 降解能力大大高于單個菌株的純培養(yǎng)。降解能力大大高于單個菌株的純培養(yǎng)。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 第二節(jié)第二節(jié) 農(nóng)藥污染與微生物的作用農(nóng)藥污染與微生物的作用 l第二次世界大戰(zhàn)后，化學(xué)農(nóng)藥得到迅速發(fā)第二次世界大戰(zhàn)后，化學(xué)農(nóng)藥得到迅速發(fā) 展，至展，至1981年，全世界的農(nóng)藥制劑已達年，全世界的農(nóng)藥制劑已達 10000種以上，歸屬于種以上，歸屬于600多種化合物。多種化合物。 l我國農(nóng)藥的使用量已達我國農(nóng)

8、藥的使用量已達5060萬萬t/a。 l作用巨大，風(fēng)險猶存。作用巨大，風(fēng)險猶存。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l持留時間長，控制病蟲害和雜草的效果則持留時間長，控制病蟲害和雜草的效果則 愈好；但對土壤和環(huán)境的污染也越嚴重。愈好；但對土壤和環(huán)境的污染也越嚴重。 l選擇防治效果佳、持留時間短的農(nóng)藥，既選擇防治效果佳、持留時間短的農(nóng)藥，既 可以有效防治病蟲害，又不致污染環(huán)境?？梢杂行Х乐尾∠x害，又不致污染環(huán)境。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l取決于農(nóng)藥的化學(xué)特性：容易分解的農(nóng)藥，取決于農(nóng)藥的化學(xué)特性：容易分解的農(nóng)藥， 在土壤中的持留時間短；性質(zhì)穩(wěn)定的則持在土壤中的持留時間短；性質(zhì)穩(wěn)定的則持

9、 留時間長。留時間長。 l農(nóng)藥持留性通常用農(nóng)藥的半衰期表示，也農(nóng)藥持留性通常用農(nóng)藥的半衰期表示，也 可以用消失可以用消失75%100%的時間表示。的時間表示。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 表表3-11部分部分 l有機氯殺蟲劑持留時間長，有機磷殺蟲劑有機氯殺蟲劑持留時間長，有機磷殺蟲劑 持留時間短。持留時間短。 l氯代烴類殺蟲劑多穩(wěn)定地長期殘留于土壤氯代烴類殺蟲劑多穩(wěn)定地長期殘留于土壤 中，如中，如DDT，六六六、七氯、毒殺芬等和，六六六、七氯、毒殺芬等和 某些除草劑，如西瑪津。某些除草劑，如西瑪津。 l氯代烴類農(nóng)藥半衰期氯代烴類農(nóng)藥半衰期25年，是危害環(huán)境的年，是危害環(huán)境的 主要類型之一

10、，我國已經(jīng)停止生產(chǎn)，但危主要類型之一，我國已經(jīng)停止生產(chǎn)，但危 害仍在。害仍在。 l有機磷殺蟲劑雖有劇毒卻很易降解，不會有機磷殺蟲劑雖有劇毒卻很易降解，不會 造成殘毒的危害。造成殘毒的危害。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l芳香族化合物中，具易失去電子的取代基芳香族化合物中，具易失去電子的取代基 (如如-OH、 -NH2 、 -COOH)的比具有易獲的比具有易獲 得電子的取代基得電子的取代基(如如-NO2、-SO3H、鹵代基、鹵代基) 的易于被氧化代謝。的易于被氧化代謝。 l根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)，各種有機化合物降解順序：根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)，各種有機化合物降解順序： 脂肪酸

11、脂肪酸有機磷酸鹽有機磷酸鹽長鏈苯氧基脂肪酸長鏈苯氧基脂肪酸短短 鏈苯氧基脂肪酸鏈苯氧基脂肪酸單基取代苯氧基脂肪酸單基取代苯氧基脂肪酸三三 基取代苯氧基脂肪酸基取代苯氧基脂肪酸硝基苯硝基苯氯代烴類。氯代烴類。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 三、農(nóng)藥對土壤微生物的影響三、農(nóng)藥對土壤微生物的影響 l與農(nóng)藥本身的特性有關(guān)；與農(nóng)藥本身的特性有關(guān)； l受土壤受土壤氣候條件，農(nóng)作物種類，土壤耕氣候條件，農(nóng)作物種類，土壤耕 作，施肥技術(shù)等因子的影響作，施肥技術(shù)等因子的影響 。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l除草劑：除草劑： 苯氧羧酸類苯氧羧酸類(2,4-D， 2甲甲

12、4氯氯)， 氯代醋酸衍生物氯代醋酸衍生物(三氯醋酸鈉三氯醋酸鈉)， 取代脲類取代脲類(敵草隆，滅草隆、利谷隆、草不隆、莠谷敵草隆，滅草隆、利谷隆、草不隆、莠谷 隆隆)， 三莠氯苯類三莠氯苯類(西瑪津，阿特拉津、撲滅凈、撲草凈西瑪津，阿特拉津、撲滅凈、撲草凈) l常規(guī)用量對腐生真菌、細菌和放線菌的數(shù)量常規(guī)用量對腐生真菌、細菌和放線菌的數(shù)量 和種類組成無明顯影響，但取代脲類和三氮和種類組成無明顯影響，但取代脲類和三氮 苯類能抑制藻類的發(fā)育。苯類能抑制藻類的發(fā)育。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l酚類除草劑酚類除草劑(五氯酚鈉、二硝基磷甲酚五氯酚鈉、二硝基磷甲酚)對對 土壤真菌、硝化細菌和好氧纖

13、維分解菌土壤真菌、硝化細菌和好氧纖維分解菌 有抑制作用，對其它腐生細菌沒有明顯有抑制作用，對其它腐生細菌沒有明顯 影響。影響。 l稻田施用五氯酚鈉后，常刺激作物產(chǎn)量稻田施用五氯酚鈉后，常刺激作物產(chǎn)量 的增加的增加與硝化作用受抑制有關(guān)。與硝化作用受抑制有關(guān)。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l安全系數(shù)安全系數(shù)(SC)：使某類微生物數(shù)量下降：使某類微生物數(shù)量下降50% 的化學(xué)農(nóng)藥的濃度的化學(xué)農(nóng)藥的濃度(LC50)和實際使用濃度和實際使用濃度 （ mg/kg土）之比。土）之比。 l系數(shù)愈大愈安全，系數(shù)愈小愈易造成藥害。系數(shù)愈大愈安全，系數(shù)愈小愈易造成藥害。 系數(shù)小于系數(shù)小于1時，對土壤微生物抑制作

14、用強。時，對土壤微生物抑制作用強。 n農(nóng)藥安全系數(shù)農(nóng)藥安全系數(shù)(SC) 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 生物學(xué)過程生物學(xué)過程 或微生物或微生物 草甘膦草甘膦 樂果樂果地亞農(nóng)地亞農(nóng)莠去津莠去津滅草隆滅草隆福美雙福美雙威百畝威百畝 土壤呼吸土壤呼吸 硝化作用硝化作用 氨化作用氨化作用 纖維素分解纖維素分解 腐生細菌腐生細菌 腐生真菌腐生真菌 腐生放線菌腐生放線菌 微小藻類微小藻類 根瘤菌根瘤菌 100 100 100 100 100 100 100 100 - 100 100 100 100 100 - 100 100 100 100 22 3 15 100 - 100 100 100 100

15、100 100 100 100 100 12 100 100 100 100 100 0.3 3.0 100 100 30 19 10 3 4 - 1 1 0.0l - 0.1 0.2 0.01 0.1 0.1 0.01 表表3-13 3-13 通過土壤微生物估計化學(xué)農(nóng)藥毒性的安全系數(shù)通過土壤微生物估計化學(xué)農(nóng)藥毒性的安全系數(shù)(SC) (SC) 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 四、微生物轉(zhuǎn)化農(nóng)藥的生化反應(yīng)四、微生物轉(zhuǎn)化農(nóng)藥的生化反應(yīng) 1、脫鹵作用、脫鹵作用 某些脂肪酸生物降解的起始反應(yīng)，氯代烴某些脂肪酸生物降解的起始反應(yīng)，氯代烴 類殺蟲劑降解途徑。類殺蟲劑降解途徑。 2、脫烴作用、脫烴作用 發(fā)

16、生在某些有烴基連接在氮、氧或硫原子發(fā)生在某些有烴基連接在氮、氧或硫原子 上的農(nóng)藥上的農(nóng)藥(如三氯苯類和甲胺類如三氯苯類和甲胺類)。烴基連接。烴基連接 在碳原子上的農(nóng)藥則不易被微生物轉(zhuǎn)化。在碳原子上的農(nóng)藥則不易被微生物轉(zhuǎn)化。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 3、酰胺及酯的水解、酰胺及酯的水解 許多農(nóng)藥是無機酸類的脂，如磷酸酯類殺許多農(nóng)藥是無機酸類的脂，如磷酸酯類殺 蟲劑蟲劑(對硫磷，馬拉硫磷對硫磷，馬拉硫磷)，或是酰胺類，如，或是酰胺類，如 苯胺類除草劑；其中的酰胺和酯鍵可被某些苯胺類除草劑；其中的酰胺和酯鍵可被某些 微生物水解。微生物水解。 4、氧化作用、氧化作用 微生物通過氧化酶的作用，使

17、分子氧進入微生物通過氧化酶的作用，使分子氧進入 有機分子或進入帶有芳香環(huán)的有機分子。這有機分子或進入帶有芳香環(huán)的有機分子。這 樣可以插入一個羥基形成一種環(huán)氧化物。樣可以插入一個羥基形成一種環(huán)氧化物。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 5、還原作用、還原作用 -NO2-NH2 對硫磷對硫磷氨基對硫磷氨基對硫磷 M還原還原 醌類醌類 酚類酚類 M還原還原 M還原生成還原生成硫醇硫醇 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 6、環(huán)裂解、環(huán)裂解 芳香環(huán)在芳香環(huán)在 微生物產(chǎn)生微生物產(chǎn)生 的雙加氧酶的雙加氧酶 的作用下，的作用下， 使環(huán)裂開。使環(huán)裂開。 微生物作用微生物作用 使苯環(huán)裂解使苯環(huán)裂解 鄰苯二酚 粘康

18、酸 酮己二酸 琥珀酸、乙酸 CO2、H2O 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 7、縮合或共軛形成、縮合或共軛形成 包括將有毒分子或其一部分與另一包括將有毒分子或其一部分與另一 有機化合物相結(jié)合，從而使農(nóng)藥或其有機化合物相結(jié)合，從而使農(nóng)藥或其 衍生物失去活性。衍生物失去活性。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 1、去毒作用、去毒作用 經(jīng)微生物作用后變有毒為無毒。通常與經(jīng)微生物作用后變有毒為無毒。通常與 礦化作用聯(lián)系，但有的化合物即使沒有礦礦化作用聯(lián)系，但有的化合物即使沒有礦 化，只是部分降解，甚至僅經(jīng)共代謝作用化，只是部分降解，甚至僅經(jīng)共代謝作用 除去個別基團，也可變有毒為無毒。除去個別基團，也

19、可變有毒為無毒。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 2活化作用活化作用 經(jīng)微生物作用后變無毒為有毒或使有毒物經(jīng)微生物作用后變無毒為有毒或使有毒物 質(zhì)毒性加劇。有些化合物無毒，但在降解過程質(zhì)毒性加劇。有些化合物無毒，但在降解過程 中形成的中間產(chǎn)物有毒，而且有的中間產(chǎn)物能中形成的中間產(chǎn)物有毒，而且有的中間產(chǎn)物能 持續(xù)一定時間，從而對生態(tài)環(huán)境帶來影響。持續(xù)一定時間，從而對生態(tài)環(huán)境帶來影響。 2,4-DB(2,4-二氯苯氧丁酸二氯苯氧丁酸) (無毒無毒) 2,4 - D（一種除草劑）（一種除草劑） 微生物微生物 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 3、結(jié)合、結(jié)合 通過復(fù)合或加成作用，微生物代謝產(chǎn)物與通過

20、復(fù)合或加成作用，微生物代謝產(chǎn)物與 農(nóng)藥結(jié)合，形成更復(fù)雜的物質(zhì)，如氨基酸、農(nóng)藥結(jié)合，形成更復(fù)雜的物質(zhì)，如氨基酸、 有機酸、甲基或其它基團加在作用底物上。有機酸、甲基或其它基團加在作用底物上。 通常是去毒作用，但有例外。通常是去毒作用，但有例外。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 4、改變毒性譜、改變毒性譜 一類具有生態(tài)意義的轉(zhuǎn)化作用，它能將一類具有生態(tài)意義的轉(zhuǎn)化作用，它能將 對某一類生物有毒的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成影響另一對某一類生物有毒的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成影響另一 類生物的產(chǎn)物。類生物的產(chǎn)物。 五氯苯醇五氯苯醇 真菌病害真菌病害 水稻水稻 無害，被吸附無害，被吸附 防治防治 水稻殘茬水稻殘茬 共代謝作用共代謝作用

21、 五氯苯醇被轉(zhuǎn)化為五氯苯醇被轉(zhuǎn)化為 三氯或四氯化苯酸三氯或四氯化苯酸 抑制抑制 水稻后作植物水稻后作植物 翻耕翻耕 無防治作用無防治作用 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 5、消效作用、消效作用 2,4一二氯苯氧乙酸一二氯苯氧乙酸 2,4-二氯苯酚二氯苯酚 2,4-二氯苯氧丁酸二氯苯氧丁酸 (植物毒素植物毒素) (對植物無毒對植物無毒) 酶促去毒作用酶促去毒作用 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 六、幾種農(nóng)藥的微生物轉(zhuǎn)化六、幾種農(nóng)藥的微生物轉(zhuǎn)化 1、DDT 2,2-雙雙(對氯苯基對氯苯基) -1,1,1-三氯乙烷三氯乙烷 l在土壤中，導(dǎo)致農(nóng)藥降解的主導(dǎo)因子是在土壤中，導(dǎo)致農(nóng)藥降解的主導(dǎo)因子是

22、細菌、真菌和放線菌的代謝作用細菌、真菌和放線菌的代謝作用 ClCHCl Cl3C CCl3 CH R2 CCl3CHR2CCl3CHR2CNCHR2 CCl2CHR2CCl3CR2 Dicofol DDN CHCl2CR2 CH2ClCHR2 CH3CR2 CH3CHR2 CH2OHCHR2 COOHCHR2 CH2R2CHOHR2 CH2RCOOH CRORCOOH ClCHC OH O ClC OH O ClCHCl Cl3C 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 降解降解DDTDDT的微生物類群的微生物類群 l據(jù)據(jù)Brown的資料，厭氧條件下，有的資料，厭氧條件下，有10屬屬23種種 細菌能

23、對細菌能對DDT發(fā)生不同程度的脫氯作用。發(fā)生不同程度的脫氯作用。 u14個脫氯作用最活躍的細菌：假單孢菌個脫氯作用最活躍的細菌：假單孢菌6個個 種，黃單孢菌、歐文氏菌各種，黃單孢菌、歐文氏菌各4個種；個種； u其它細菌：芽孢桿菌其它細菌：芽孢桿菌3個種，無色桿菌、產(chǎn)個種，無色桿菌、產(chǎn) 氣氣桿菌氣氣桿菌(Aerobacteraerogenes)、根癌土壤桿菌、根癌土壤桿菌 (Agrobacterinm tumefaciens)、巴斯德梭菌、巴斯德梭菌(Clostridium pasterianum)和密西根棒桿菌和密西根棒桿菌(Corynebacterium michiganense) 各各1個

24、種。個種。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l放線菌放線菌 厭氧條件下，鏈霉菌厭氧條件下，鏈霉菌(Streptomyces)和諾卡氏菌和諾卡氏菌 (Norcardia)兩個屬中都有能降解兩個屬中都有能降解DDT為為DDD的的 種存在。種存在。 l真菌真菌 綠色木霉綠色木霉 DDTDDD + ( DDE) 尖孢鐮刀菌尖孢鐮刀菌 DDTDDD或或 DDE 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 2、林丹、林丹(Lindane) (高丙體六六六高丙體六六六) Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl B. cereus E. coli Clo. sporogenes + u

25、具有降解能力微生物：具有降解能力微生物： 蠟樣芽孢桿菌、生孢梭菌蠟樣芽孢桿菌、生孢梭菌(Clostridium sporogenes)和和 大腸桿菌大腸桿菌(E. coli)、惡臭假單孢、惡臭假單孢(P. putida)菌的分解活菌的分解活 性最強。性最強。 3、對硫磷對硫磷(Parathion) l0,0-二乙基二乙基-0-(對硝基苯對硝基苯)硫代磷酸酯硫代磷酸酯 NO2O P S C2H5O C2H5O NH2O P S C2H5O C2H5O OH P S C2H5O C2H5O NH2HO NO2HO 對硫磷對硫磷 氨基對硫磷氨基對硫磷 o,o-o,o-二乙基硫代磷酸二乙基硫代磷酸 P

26、-硝基苯硝基苯P-硝基酚硝基酚 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l易分解，持留期短，土壤半衰期數(shù)日。易分解，持留期短，土壤半衰期數(shù)日。 l起作用的微生物：起作用的微生物： 黃桿菌黃桿菌(Flavobacterium sp. ) 球擬酵母球擬酵母(Torulopsis sp. ) 硫桿菌硫桿菌(Thiobacillus sp. ) 木霉木霉(Trichloderma sp. ) 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 4、 2,4-D (2,4-二氯苯氧乙酸二氯苯氧乙酸) 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l參與降解苯氧乙酸類除草劑的已知微生物參與降解苯氧乙酸類除草劑的已知微生物 節(jié)桿菌屬節(jié)桿菌屬(

27、Arthrobacter) 生孢食纖維菌屬生孢食纖維菌屬 (Spotooytophaga) 諾卡菌屬諾卡菌屬(Norcardia) 鏈霉菌屬鏈霉菌屬(Streptomyces) 曲霉菌屬曲霉菌屬(Aspergillus) 假單孢菌屬假單孢菌屬(Pseudomomas) 枝動菌屬枝動菌屬 (Mycoplana) 無色桿菌屬無色桿菌屬(Achromobacter) 黃桿菌屬黃桿菌屬(Flavobacterium) 棒桿菌屬棒桿菌屬(Corynebaeterium) 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l微生物對苯氧乙酸的代謝速率和程度不相同微生物對苯氧乙酸的代謝速率和程度不相同 l黑曲霉黑曲霉(As

28、pergillus niger) 把羥基引入芳香環(huán)外，把羥基引入芳香環(huán)外， l其余菌株完全地或近乎完全地降解苯乙酸，其余菌株完全地或近乎完全地降解苯乙酸， 使其失去芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)，并使分子上的氯釋使其失去芳香環(huán)的結(jié)構(gòu)，并使分子上的氯釋 放出來。放出來。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 5、五氯苯酚（、五氯苯酚（PCP） l防腐劑、除草劑、殺蟲劑和殺菌消毒劑防腐劑、除草劑、殺蟲劑和殺菌消毒劑 l性質(zhì)穩(wěn)定，有劇毒性質(zhì)穩(wěn)定，有劇毒 l優(yōu)先控制污染物優(yōu)先控制污染物 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 五氯苯酚（五氯苯酚（PCP）的微生物降解）的微生物降解 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 第三節(jié)第三節(jié)

29、有毒元素的污染與微生物作用有毒元素的污染與微生物作用 l被污染的土壤和水體的有毒元素主要來自被污染的土壤和水體的有毒元素主要來自 工業(yè)廢水，廢渣和垃圾。冶煉和采礦工業(yè)工業(yè)廢水，廢渣和垃圾。冶煉和采礦工業(yè) 是向環(huán)境中釋放有毒元素的主要污染源。是向環(huán)境中釋放有毒元素的主要污染源。 l對人、畜毒害最大的污染元素有汞，鎘，對人、畜毒害最大的污染元素有汞，鎘， 鉛三種金屬和砷，硒兩種非金屬，具中等鉛三種金屬和砷，硒兩種非金屬，具中等 毒性的有鉻，鎳，鉬、鋅等金屬元素。毒性的有鉻，鎳，鉬、鋅等金屬元素。 l污染的重要特征是能轉(zhuǎn)化成各種不同形態(tài)，污染的重要特征是能轉(zhuǎn)化成各種不同形態(tài)， 并通過分散和富集作用而

30、遷移。并通過分散和富集作用而遷移。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 一、有毒元素對生物致毒作用的特點：一、有毒元素對生物致毒作用的特點： 1很低濃度即產(chǎn)生毒性效用很低濃度即產(chǎn)生毒性效用 l 一般有毒元素，毒性濃度一般有毒元素，毒性濃度1l0 mg/ml， l 汞、鎘等強毒元素，毒性濃度汞、鎘等強毒元素，毒性濃度0.010.001mg/ml。 2食物鏈生物放大作用食物鏈生物放大作用 l 有毒元素可在較高級營養(yǎng)水平生物體內(nèi)成千上萬有毒元素可在較高級營養(yǎng)水平生物體內(nèi)成千上萬 倍富集，然后通過食物進入人體，在人體某些器官倍富集，然后通過食物進入人體，在人體某些器官 中積累，造成慢性中毒。中積累，造成

31、慢性中毒。 3某些有毒元素通過微生物轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為毒性某些有毒元素通過微生物轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為毒性 更強化合物。更強化合物。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 二、汞的污染和微生物轉(zhuǎn)化二、汞的污染和微生物轉(zhuǎn)化 l在土壤和水體等自然環(huán)境中，汞的濃度很低，在土壤和水體等自然環(huán)境中，汞的濃度很低， 一般不超過一般不超過1ppm，但由于它在工業(yè)中被廣，但由于它在工業(yè)中被廣 泛利用，煤炭，石油等燃料中也含有一定量泛利用，煤炭，石油等燃料中也含有一定量 的汞，同時，它也是某些農(nóng)藥的成份。隨著的汞，同時，它也是某些農(nóng)藥的成份。隨著 工業(yè)廢水的排放，農(nóng)藥的應(yīng)用和煤炭，石油工業(yè)廢水的排放，農(nóng)藥的應(yīng)用和煤炭，石油 的燃燒，汞

32、被不斷地引入自然環(huán)境。通過生的燃燒，汞被不斷地引入自然環(huán)境。通過生 物對它的富集作用和它的高毒性可以造成嚴物對它的富集作用和它的高毒性可以造成嚴 重的危害。重的危害。 l在自然界，汞以三種狀態(tài)存在：在自然界，汞以三種狀態(tài)存在： Hg0、Hg+、 Hg2+。 Hg+常成二聚體：常成二聚體：Hg+-Hg+，但其可，但其可 進行如下的化學(xué)歧化作用：進行如下的化學(xué)歧化作用： Hg+-Hg+Hg2+ + Hg0 u主要的汞礦是硫化物，主要的汞礦是硫化物，HgS俗稱朱砂；俗稱朱砂； u溶解性極低，在厭氧環(huán)境中一般無變化，溶解性極低，在厭氧環(huán)境中一般無變化， 通氣條件下通氣條件下HgS發(fā)生氧化作用，這可能是

33、發(fā)生氧化作用，這可能是 由于硫桿菌屬的細菌作用，形成了由于硫桿菌屬的細菌作用，形成了Hg2+。 u可溶性可溶性Hg2+是很毒的，但很多細菌能行解是很毒的，但很多細菌能行解 毒作用，使其轉(zhuǎn)化成元素汞：毒作用，使其轉(zhuǎn)化成元素汞：Hg0。 Hg2+ + NADPH + H+Hg0 + 2H+ + NADP+ 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l有些細菌能將有些細菌能將Hg2+轉(zhuǎn)化成甲基汞和二甲基轉(zhuǎn)化成甲基汞和二甲基 汞，實驗室內(nèi)，芽孢桿菌屬，梭菌屬，分汞，實驗室內(nèi)，芽孢桿菌屬，梭菌屬，分 枝桿菌屬和假單孢桿菌屬的細菌，以及曲枝桿菌屬和假單孢桿菌屬的細菌，以及曲 霉屬、脈孢霉屬霉屬、脈孢霉屬(Neur

34、ospora)的真菌和酵母的真菌和酵母 菌都能引起甲基化作用。菌都能引起甲基化作用。 l甲基化與輔酶甲基化與輔酶維生素維生素B12的作用分不開，的作用分不開， 其轉(zhuǎn)化過程如下：其轉(zhuǎn)化過程如下： Hg0+CH3-B12CH3-Hg+ CH3-Hg+ + CH3-BrCH3-Hg-CH3 (二甲基汞二甲基汞) (甲基汞甲基汞) 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l甲基汞和二甲基汞都是親脂性的，生物甲基汞和二甲基汞都是親脂性的，生物 攝取后，多富集于細胞的脂類物質(zhì)中。攝取后，多富集于細胞的脂類物質(zhì)中。 l甲基汞的毒性比汞甲基汞的毒性比汞Hg+或或Hg2+大大100倍，倍， 神經(jīng)毒素，在水體中較多地富

35、集于魚類和神經(jīng)毒素，在水體中較多地富集于魚類和 貝類中，人食用了含汞的魚、貝以后，可貝類中，人食用了含汞的魚、貝以后，可 引起腦細胞的破壞而死亡。引起腦細胞的破壞而死亡。 環(huán)境工程微生物學(xué)農(nóng)藥及其它危險性 l這兩種類型的甲基汞是否穩(wěn)定決定于它這兩種類型的甲基汞是否穩(wěn)定決定于它 們的形成速率和排除速率，因為，有些微們的形成速率和排除速率，因為，有些微 生物能還原甲基汞成生物能還原甲基汞成Hg0和甲烷。和甲烷。 l二甲基汞可揮發(fā)逸入大氣，形成速率低二甲基汞可揮發(fā)逸入大氣，形成速率低 于甲基汞。于甲基汞。 CH3-Hg-CH3 Hg0 CH3-Hg-CH3 CH3-Hg+ Hg0 + CH4CH3- Hg+ Hg2+ + Hg0Hg+ + Hg+ HgS 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 細菌細菌細菌細菌 細菌細菌 CH4 魚魚 細菌細菌細菌細菌 沉積物沉積物 水水 大氣大氣 汞循環(huán)的可能途徑汞循環(huán)的可能途徑 利用細菌消除汞污染利用細菌消除汞污染 u從從G+和和G-細菌中分離出的許多質(zhì)粒上都細菌中分離出的許多質(zhì)粒上都 發(fā)現(xiàn)有抗重金屬的基因。某些抗藥性質(zhì)粒發(fā)現(xiàn)有抗重金屬的基因。某些抗藥