最新土壤有机农药污染微生物修复及降解菌基因工程研究进展.教学讲义PPT课件.ppt

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1、土壤有机农药污染微生物修复及降解菌基因工程研究进展.摘要农药是一类重要的环境污染物，给全球生态环境带来严重问题。微生物修复技术是利用微生物的生命活动对有机农药的降解作用使受污染土壤恢复到健康状态的过程。本文综述了微生物强化修复的研究热点问题及农药降解菌筛选和降解途径的研究，并阐述了农药降解基因工程菌构建研究中所存在的问题。引言有机农药是人们主动投放于环境中数量最大、毒性最广的一类化学物质。许多农药对人和非靶动物具有内分泌干扰作用、“三致”作用（致癌、致畸和致突变）或潜在“三致”作用。无论采用什么方式施药，大部分有机农药都直接进入土壤，农药的长期施用已使土壤环境受到普

2、遍污染。。在生态系统中，微生物对环境中残留农药的降解起着重要的作用。从自然环境中驯化和筛选出来的土著微生物对农药有一定的降解作用，但是其降解效率受微生物对污染物降解能力和诸多环境条件的限制。因而，人们引入一项新兴的生物技术——构建高效基因工程菌，来提高对污染物的降解效率和适应各种环境条件。1.3存在的问题首先，虽然已经筛选到许多有机农药降解菌，但高效菌种不多；其次，降解菌的降解谱不够广，不能完全代谢有机农药中各组分；另外，许多实验室得到的高效降解菌在实际应用中效率不高，修复效果不理想。分子生物学的发展为人们提供了修饰微生物遗传组成的技术，可构建新的微生物。这些新的微

3、生物具有现有微生物不具备的分解代谢能力，或者能在现有微生物不适合的条件下进行分解活动。这对于提高降解速率、增强生物修复效果是非常重要的。2.有机农药微生物降解机理构建高效降解菌的基本策略可从优化污染物的降解途径、提高污染物的生物可利用性和增强降解菌的环境适应性等方面考虑。基本思路有重组互补代谢途径及改变污染物代谢产物流向、重组表面活性剂编码基因、重组污染物跨膜转运基因等。主要构建技术有基因工程技术、细胞工程技术等，其中细胞工程技术主要是细胞融合技术。农药的生物降解性研究是构建基因工程菌的前提和基础，主要包括农药降解菌株的筛选及其降解特性研究和农药降解途径与降解酶的研

4、究。2.1农药降解菌的筛选及其降解特性的研究为获取降解农药的微生物菌株，可以从现已收藏的菌种中筛选，亦可以从污染环境中直接筛选或经富集培养获得。降解菌的富集培养方法主要有：液体培养法、土壤环流法、连续流动法。通常是从长期被某种农药污染的土壤、水体或底泥中取样经富集培养，再经固体培养分离纯化得到所需菌株。2.2农药降解途径和降解酶的研究综合来说，农药微生物降解的途径包括氧化、还原、水解、脱卤、缩合、脱羧、异构化等过程。大多数农药的微生物降解途径已经比较清楚。农药的微生物降解难易程度取决于其化学结构的复杂性和降解酶的适应性。研究表明，微生物降解农药一般有2种方式：一种是

5、以农药作为唯一碳源和能源，对于含氮或磷的农药，有的微生物也能以农药为唯一氮源或磷源进行代谢；另一种是将农药与其它有机质进行共代谢。3农药降解基因工程菌的构建3.1农药降解基因工程菌的构建策略构建高效的基因工程菌可以显著地提高对污染物的降解效率。环境微生物中污染物降解基因、降解途径等许多污染物降解机制的阐明为构建具有高效降解性能的污染物降解基因工程菌提供可能。3个角度来构建高效基因工程菌：一是通过重组互补代谢途径、改变污染物代谢产物流向和同源基因体外随机拼接来优化污染物的降解途径；二是通过重组表面活性剂编码基因和重组污染物跨膜转运基因来提高污染物的生物可利用性；三是通

6、过重组微生物抗性机制相关编码基因来增强降解性微生物的环境适应性。3.2农药降解菌基因工程的研究概况研究表明，污染物降解酶由降解质粒或染色体基因编码。降解质粒和染色体基因可能分别编码某一污染物不同降解途径的酶，两者相互补充。利用降解质粒的相容性，能将降解不同污染物的高效专一的质粒组合到一个菌株，组建成一个多质粒的可同时降解多种不同污染物或能够完成某一污染物降解过程的多个环节的新菌株。新菌株不仅效率高、功能多、对温度和pH值的适应范围广，而且生长条件可以根据使用条件的不同进行调整，甚至可以成为极端菌以适应极其恶劣的自然环境。3.3农药降解基因工程菌构建中存在的问题利用降

7、解质粒的相容性和自由转移性，可以使一个菌株内存在许多具高效降解能力的质粒。但是，过多的质粒存在于同一菌株细胞中将会增大细胞的负担，从而使菌株生长和繁殖速度在一定程度上减慢，这就不利于污染物的高效处理。还一个问题是由于质粒容易在微生物的繁殖过程中遗失，这对微生物降解能力的长期稳定性非常不利。质粒本身除了相容性外，还具不相容性，这样使得质粒的一些好的性状不能够通过质粒转移而组合到同一菌株细胞中，给构建多质粒的工程菌带来一定困难。再者，质粒很容易受外界因子的影响，使得它的降解能力下降，甚至丧失，并且降解性质粒除了编码已知的降解能力外，还可能编码一些目前已知或未知的与降