王 巖，彭 強(qiáng)，趙小明，尹 恒

（1中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所天然產(chǎn)物與糖工程課題組，遼寧大連116023；2西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西楊凌712100）

0 引言

中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，人口眾多，糧食安全和食品安全是保障人民生活的頭等大事，中國(guó)農(nóng)作物病蟲害是限制農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)的主要因素之一。有關(guān)農(nóng)業(yè)部資料顯示，中國(guó)每年平均發(fā)生病蟲害約1.80億～1.87億hm2，對(duì)農(nóng)作物的產(chǎn)量造成了巨大損失，為了解決病蟲害造成的農(nóng)作物減產(chǎn)，農(nóng)藥的使用成為了保障糧食產(chǎn)量的常用的重要手段。農(nóng)藥的使用為農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，保障了農(nóng)作物產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng)。有報(bào)道，中國(guó)農(nóng)藥的使用量排世界第一，中國(guó)設(shè)施蔬菜農(nóng)藥平均施用量是全國(guó)農(nóng)藥平均使用量的150倍。農(nóng)藥的大量及不合理使用帶來(lái)了農(nóng)藥殘留毒性，嚴(yán)重威脅著中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和生態(tài)環(huán)境安全，對(duì)人類健康和生存環(huán)境造成了嚴(yán)重危害[1]。另外，農(nóng)藥殘留使農(nóng)產(chǎn)品中存在著多種化學(xué)農(nóng)藥污染物，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品安全造成了嚴(yán)重的威脅。近年來(lái)農(nóng)藥污染造成的中毒事件屢有發(fā)生，已經(jīng)成為中國(guó)食品安全隱患中最為突出的問題。因此，研究農(nóng)藥殘留降解規(guī)律是保障食品安全、保障人民身體健康的內(nèi)在要求。同時(shí)研究農(nóng)藥殘留降解規(guī)律，為科技創(chuàng)新奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為科學(xué)種植提供保障都具有重要指導(dǎo)意義。

降低農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留有三條途徑，一是減少農(nóng)藥使用量，國(guó)際上主要在這方面開展研究工作，中國(guó)主要在物理技術(shù)、栽培及生物農(nóng)藥使用方面開展研究工作。二是降解農(nóng)藥殘留，國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在土壤及水體等環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域[2-6]，蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品中研究相對(duì)薄弱。在此領(lǐng)域，研究最多的是農(nóng)產(chǎn)品收獲后降解農(nóng)產(chǎn)品表面農(nóng)藥，如浸泡清洗、去皮（根）、日光照射、貯藏、吸附等物理方法和臭氧氧化、雙氧水降解等化學(xué)方法。三是通過農(nóng)作物本身，加速農(nóng)藥在植物體內(nèi)的降解，這是一條新的經(jīng)濟(jì)有效途徑，這方面的研究鮮有報(bào)道。

1 降解農(nóng)藥殘留的途徑

隨著農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留問題受到越來(lái)越多的關(guān)注，人們開始科學(xué)的使用農(nóng)藥，禁用各種高毒農(nóng)藥，同時(shí)也在著手對(duì)農(nóng)藥殘留的降解。目前農(nóng)藥降解過程中采用的主要方法有：光解反應(yīng)、化學(xué)降解、生物降解。

1.1 光解

光解包括直接光解和間接降解（光敏化降解、光催化降解）。農(nóng)藥的光降解是指農(nóng)藥吸收光子，由穩(wěn)定態(tài)變成激發(fā)態(tài)，在此過程中會(huì)發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂，從而發(fā)生光解反應(yīng)。自然界存在的農(nóng)藥在太陽(yáng)光的直接照射下就可以發(fā)生自然降解，有機(jī)磷類農(nóng)藥是最容易被光解的。光解的機(jī)理見圖1。

圖1 光解機(jī)理

光催化降解是農(nóng)藥在光降解的過程中，催化劑不斷的自發(fā)再生，使得反應(yīng)不斷持續(xù)下去，直至所有的反應(yīng)物都被分解的循環(huán)光過程。TiO2作為一種常見的光催化劑，它能夠吸收波長(zhǎng)小于400 nm的紫外光，在其表面形成羥基自由基-OH，可以加快農(nóng)藥的分解。有研究表明TiO2可顯著提高磺草酮的光解速率[7]。TiO2由于晶體結(jié)構(gòu)不同，催化效率也不同，Sojic等[8]發(fā)現(xiàn)P25型的催化效率最高。TiO2催化有機(jī)磷農(nóng)藥的機(jī)理是TiO2在光的作用下，其表面產(chǎn)生電子空穴對(duì)，氧氣捕獲電子形成O2-進(jìn)而形成H2O2，而空穴氧化H2O2和OH-形成·OH，·OH的強(qiáng)氧化能力能夠使P-O鍵發(fā)生斷裂。

劉津伶等[9]研究發(fā)現(xiàn)在汞燈條件下，滅草隆、阿特拉津、2,4-二氯苯氧乙酸均在60 min內(nèi)降解率達(dá)到99%，異丙隆在120 min內(nèi)降解率達(dá)到99%。光降解在特定的條件下農(nóng)藥的降解效率非常高。還有研究發(fā)現(xiàn)在鐵離子存在的情況下，農(nóng)藥的光解速率會(huì)加快[10]。

1.2 化學(xué)降解

化學(xué)降解可以對(duì)不同的化學(xué)官能團(tuán)采用相對(duì)應(yīng)的化學(xué)試劑與其進(jìn)行反應(yīng)，從而達(dá)到降解農(nóng)藥的目的，主要包括氧化降解和水解。氧化降解研究較多，徐慧等[11]研究發(fā)現(xiàn)用臭氧水洗樣品處理7 min后，對(duì)敵敵畏、甲胺磷、氧樂果、樂果、敵百蟲、辛硫磷、氯氰菊酯、溴氰菊酯的降解率分別可達(dá)36.6%、41.5%、40.52%、37.1%、40.73%、63%、36.76%和14.2%。臭氧降解農(nóng)藥的機(jī)理主要是臭氧溶于水后破壞了農(nóng)藥分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)中烯炔、炔烴的碳鏈和化學(xué)基團(tuán)（甲氧基、氨基、硝基）。

水解反應(yīng)在酸、堿作用下都可發(fā)生，因?yàn)椴煌霓r(nóng)藥具有不同的結(jié)構(gòu)分子，所以有的農(nóng)藥在酸性條件下水解反應(yīng)快，有的農(nóng)藥在堿性條件下水解反應(yīng)快。樸秀英等[12]研究了單嘧磺酯分別在pH 4、pH 7和pH 9條件下的水解率，發(fā)現(xiàn)pH 4時(shí)水解速率最快。湯濤等[13]研究了異惡唑草酮分別在pH 4、pH 7和pH 9條件下的水解率，發(fā)現(xiàn)在pH 9時(shí)水解速率最快。

1.3 生物降解

生物降解研究較多的是微生物和植物降解，主要是通過生物產(chǎn)生一些酶類來(lái)進(jìn)行的，斷裂某一化學(xué)鍵，把大分子化合物降解為小分子化合物，進(jìn)而使其失去活性。

1.3.1 微生物降解 張瑞福等[14]分離出一株辛硫磷降解菌，該菌在(pH 7.0，24 h)條件下能夠使辛硫磷的降解率達(dá)到96%。湯鳴強(qiáng)等[15]發(fā)現(xiàn)菌株FDB在（30℃，5天）條件下能夠降解69.06%的氰戊菊酯。Bacilluscereus 2D-1菌在(33℃，pH 6.5，8 h)條件下能夠使DTTs的降解率達(dá)到95.64%，七氯降解菌株P(guān)hlebia acanthocystis TMIC34875在(30℃，pH 5.0，1 h)條件下能夠使DTTs的降解率達(dá)到65%[16]。

微生物降解機(jī)理一是微生物產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的自由基，攻擊農(nóng)藥分子的橋鏈部分或者功能基團(tuán)，導(dǎo)致農(nóng)藥分子降解[17]，主要有兩種：一種是直接作用于農(nóng)藥發(fā)生酶促反應(yīng)，降解農(nóng)藥；另一種是通過改變周圍環(huán)境而間接影響農(nóng)藥，常見的主要有礦化作用、累積作用、共代謝作用。二是微生物分泌一些解毒酶類通過酶解反應(yīng)降解農(nóng)藥。這些酶在動(dòng)物、細(xì)菌、真菌中存在，最近研究發(fā)現(xiàn)在植物中也存在。有研究發(fā)現(xiàn)辣根過氧化物酶和過氧化氫酶也能夠?qū)Ψ枷惆奉愞r(nóng)藥進(jìn)行降解。解毒酶降解農(nóng)藥殘留在很多研究中也被證實(shí)了。劉紹雄等[18]研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥的降解率隨著漆酶的活性增加而增加，并且在培養(yǎng)的第8天達(dá)到最高。高熳熳等[19]研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)磷水解酶(OPH)對(duì)甲基對(duì)硫磷的降解率可達(dá)99%；對(duì)敵敵畏和喹硫磷的降解率可達(dá)82.2%～98.7%；對(duì)氧樂果、久效磷和敵百蟲的降解率可達(dá)28.1%～45.4%。

酶降解農(nóng)藥的研究大都停留在現(xiàn)象階段，對(duì)酶降解農(nóng)藥的機(jī)制研究相對(duì)較少。Fe和α-酮戊二酸(Fe/αKG)依賴的環(huán)氧基烷酸雙加氧酶(AADs)被發(fā)現(xiàn)能夠降解除草劑的有效成分2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)，通過對(duì)2,4-D的乙酸酯部分C2位置進(jìn)行羥基化反應(yīng)[20]，2,4-D在AAD的作用下首先生成一種半縮醛中間體，然后這種半縮醛中間體自發(fā)生成2,4-DCP和glyoxylate，下游酶進(jìn)行環(huán)裂解生成最終產(chǎn)物琥珀酸鹽，如圖2所示。醛酮還原酶Aldo-keto Reductase(AKR)能夠降解代謝植物中的草甘膦，大腸埃氏酵母表達(dá)的EcAKR4-1可以通過裂解草甘膦的C-N鍵將草甘膦轉(zhuǎn)化為氨基甲基膦酸(AMPA)和乙醛酸，研究發(fā)現(xiàn)EcAKR4-1在25℃或35℃下處理5 h或7 h能夠催化草甘膦全部轉(zhuǎn)化為毒性小的化合物AMPA和乙醛酸，乙醛酸在其他氨基轉(zhuǎn)移酶作用下進(jìn)而轉(zhuǎn)化為甘氨酸[21]。EcAKR4-1作為雙氧化酶/還原酶在循環(huán)中催化草甘膦氧化和肉桂醛還原，使用相同的NADP分子作為電子的受體和供體。EcAKR4-1通過NADP+作為輔助因子將草甘膦氧化為AMPA和乙醛酸，同時(shí)肉桂醛被還原為肉桂醇，從而再生NADP+。由草甘膦氧化產(chǎn)生的乙醛酸進(jìn)一步通過轉(zhuǎn)氨酶與L-Glu氧化成2-氧戊二酸酯的方式轉(zhuǎn)化為Gly，如圖3所示。

圖2 AAD催化2,4-D降解的機(jī)理

圖3 EcAKR4-1降解草甘膦的機(jī)理

有報(bào)道在含有芳氧基鏈烷酸酯雙加氧酶(aryloxy alkanoate dioxygenase,AAD)的轉(zhuǎn)基因作物中，作物表現(xiàn)出了高水平的2,4-D除草劑耐受性。

農(nóng)藥降解的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，表1中總結(jié)了各方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

表1 農(nóng)藥降解方法及其優(yōu)缺點(diǎn)

1.3.2 植物降解 農(nóng)藥植物在應(yīng)對(duì)外源化學(xué)物質(zhì)時(shí)，進(jìn)化形成了一套解毒機(jī)制能夠轉(zhuǎn)化、分解殘留在作物表面或體內(nèi)的農(nóng)藥等外源化學(xué)物質(zhì)。迄今為止，大多的研究集中在植物對(duì)除草劑的代謝與抗性關(guān)系上，已有研究表明，除草劑等農(nóng)藥在植物體內(nèi)主要的代謝過程包括4個(gè)階段，成為四相代謝[22-26]。Ⅰ相代謝，通過包括細(xì)胞色素P450等酶促反應(yīng)或非酶過程經(jīng)氧化、還原、水解等反應(yīng)使其成為易溶于水、毒性低的產(chǎn)物，極性增強(qiáng)、對(duì)植物毒性降低；而代謝作用的主要生物化學(xué)反應(yīng)是Ⅱ相代謝，主要是谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)與尿苷二磷酸糖基轉(zhuǎn)移酶等作用下的軛合過程，農(nóng)藥代謝產(chǎn)物與糖、氨基酸或谷胱甘肽(GSH)進(jìn)行軛合作用，形成高度水溶性、對(duì)植物毒性顯著下降或無(wú)毒、移動(dòng)性低的代謝產(chǎn)物，并貯存于細(xì)胞器中；Ⅲ相代謝主要是將相代謝產(chǎn)物進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榇紊Y合物并轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)外或質(zhì)外體，進(jìn)入下一步的解毒過程即階段Ⅳ，Ⅳ相代謝指轉(zhuǎn)運(yùn)到質(zhì)外體的共軛物與細(xì)胞壁表面的物質(zhì)如木質(zhì)素結(jié)合[27]，作為殘?jiān)诩?xì)胞壁沉積或在液泡中的共軛物通過水解反應(yīng)進(jìn)一步加工，隨后重新進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行再代謝[28]，使其對(duì)植物的毒性完全喪失。其過程如圖4所示。

圖4 植物體內(nèi)農(nóng)藥的降解代謝

植物體內(nèi)的細(xì)胞色素P450與植物自身解毒有密切的關(guān)系[29-30]，P450催化的反應(yīng)過程分為兩步：電子由NADPH/NADH傳至黃素蛋白及鐵硫蛋白或NADPH依賴的細(xì)胞色素P450還原酶，然后再傳遞至細(xì)胞色素P450氧化酶。細(xì)胞色素P450的過表達(dá)可以提高對(duì)除草劑的抗性[31]。研究發(fā)現(xiàn)許多植物中的CYP71A11、CYP71AH11、CYP81B1、CYP81B2、CYP73A1 和CYP76B1與綠麥隆的代謝有關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞色素調(diào)控的除草劑苯基脲的代謝基因，CYP81B2和CYP71A11分別通過環(huán)甲基羥基化作用和N-脫甲基化作用催化綠麥隆的代謝。GSH在植物細(xì)胞解毒和氧化還原狀態(tài)方面發(fā)揮著重要的作用，可以保護(hù)細(xì)胞免受活性氧和自由基傷害，以及對(duì)親電子化合物進(jìn)行解毒代謝。谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)是GSH解毒過程的重要酶，主要解毒功能在于將H2O2還原為H2O，使超氧自由基通過中間體H2O2介導(dǎo)生成高活性的膜過氧化劑羥基自由基這個(gè)鏈被打斷，從而保護(hù)細(xì)胞免受氧自由基的傷害。GST也是GSH解毒過程中的重要酶，其解毒功能在于其能夠催化還原型的谷胱甘肽與細(xì)胞內(nèi)的多種親電子基團(tuán)進(jìn)行軛合反應(yīng)。GST催化的GSH軛合反應(yīng)參與植物體對(duì)外源有毒物質(zhì)的解毒過程，霜霉威處理黃瓜，黃瓜的GST活性明顯提高[32]。ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白位于液泡膜，參與細(xì)胞內(nèi)毒素的轉(zhuǎn)運(yùn)隔離的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族，并存在于所有原核和真核生物物種中。在植物基因組中ABCC/MRP家族被認(rèn)為在GSH軛合物和許多兩性大分子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)中起著重要作用[33]。研究發(fā)現(xiàn)GSH的軛合產(chǎn)物在被轉(zhuǎn)運(yùn)到植物液泡的過程中，激發(fā)了液泡膜上ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。

2 外源物質(zhì)提高植物降解農(nóng)藥殘留的主要機(jī)制

近年來(lái)，世界各地針對(duì)降低農(nóng)藥殘留的問題，在如何減少農(nóng)藥施用量以及農(nóng)藥殘留降解方面展開了眾多的研究，其中微生物降解中農(nóng)藥降解菌的篩選研究最多，但是針對(duì)如何促進(jìn)植物體內(nèi)的農(nóng)藥降解的研究報(bào)道較少。農(nóng)藥殘留的減少涉及代謝調(diào)節(jié)[34]。外源活性物質(zhì)能夠誘導(dǎo)植物的解毒力，加速農(nóng)藥在植物體內(nèi)的降解代謝。農(nóng)藥安全劑具有加速植物自身對(duì)農(nóng)藥在體內(nèi)的代謝，油菜素內(nèi)酯(BRs)能夠促進(jìn)植物體內(nèi)農(nóng)藥的代謝，褪黑素(Mel)能夠減輕農(nóng)藥對(duì)植物的毒害并促進(jìn)農(nóng)藥代謝。

2.1 安全劑促進(jìn)農(nóng)藥降解代謝機(jī)制

安全劑是一類能夠保護(hù)作物免受除草劑傷害，同時(shí)又不降低除草劑對(duì)雜草活性的化合物[35]，其作用機(jī)理[36]大致為3方面：（1）安全劑阻礙除草劑的吸收與傳導(dǎo)；（2）安全劑與除草劑受體和靶標(biāo)位點(diǎn)之間的競(jìng)爭(zhēng)；（3）安全劑影響除草劑靶標(biāo)酶和解毒酶的活性。大多數(shù)的研究表明，安全劑的作用機(jī)制是通過促進(jìn)作物體內(nèi)多種作用相互結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中包括谷胱甘肽軛合作用和羥基化作用[37]。陶波等[38]通過研究發(fā)現(xiàn)安全劑AD-67能夠提高水稻幼苗超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、硝酸還原酶(NR)、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GST)的活性。Brazler-Hicks等[39]研究發(fā)現(xiàn)安全劑解草啶(Fenclorin)可以通過增強(qiáng)水稻中GST的表達(dá)進(jìn)而提高其對(duì)氯乙酰苯胺除草劑的耐受力。除了上調(diào)GST的表達(dá)，安全劑同時(shí)也會(huì)通過提高GSH的含量來(lái)幫助植物自身加速對(duì)除草劑在體內(nèi)的代謝[40]。安全劑能夠提高GST酶的活性和GSH的含量，從而加快除草劑與GSH的軛合作用，加速了除草劑在作物體內(nèi)的降解代謝。

2.2 油菜素內(nèi)酯促進(jìn)農(nóng)藥降解代謝機(jī)制

油菜素內(nèi)酯，是一種新型植物內(nèi)源激素，具有高效、光譜、無(wú)毒特性。BRs可以增強(qiáng)植物對(duì)逆境的抵抗力。BRs預(yù)處理能有效降低除草劑對(duì)作物的傷害，噴施BRs能環(huán)節(jié)除草劑、殺菌劑和殺蟲劑的藥害[41]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，BRs具有類似農(nóng)藥安全劑的作用，能夠減輕丁草胺、丙草胺等農(nóng)藥對(duì)水稻的毒害[42]。BRs對(duì)植物脅迫響應(yīng)的調(diào)節(jié)依賴于H2O2信號(hào)[43]，許多芯片數(shù)據(jù)結(jié)果表明BR能夠調(diào)控水稻和擬南芥上P450、GST、UGT等解毒基因的表達(dá)，這些基因的上調(diào)增加了H2O2的積累[44]。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過BRs處理后，番茄、水稻、茶葉、西蘭花、黃瓜、草莓中有機(jī)磷、有機(jī)氯、氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留減少了30%～70%，表明BRs能夠促進(jìn)植物體內(nèi)農(nóng)藥的降解[45]。番茄預(yù)處理BRs后，GSH含量增加，POD、GST、GR酶活性提高，同時(shí)顯著提高了CYP724B2、GSH1、GSH2、GST1、GST2、GST3、GR、ABC的表達(dá)。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)酶活方面在BRs濃度為0.02 μmol/L時(shí)，GST、GR的酶活力最高。但當(dāng)濃度為1 μmol/L時(shí)，GR活力恢復(fù)到對(duì)照水平?；虮磉_(dá)方面在濃度為0.02 μmol/L時(shí)，GST1、GST3、CYP724B2表達(dá)量最高，并且都是在低濃度時(shí)具有強(qiáng)烈的誘導(dǎo)作用，高濃度時(shí)產(chǎn)生了一定程度的抑制。BRs能夠誘導(dǎo)RBOH基因的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控NADPH氧化酶產(chǎn)生H2O2信號(hào)，在此過程中超氧化物歧化酶活性提高促進(jìn)H2O2信號(hào)的產(chǎn)生，H2O2信號(hào)進(jìn)一步激活了植物體解毒代謝相關(guān)基因（谷胱甘肽合成酶的基因、谷胱甘肽還原酶的基因、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的基因、膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因）的表達(dá)以及相關(guān)解毒酶(POD、GST、GR)活力的提高，提高了還原型谷胱甘肽與氧化型谷胱甘肽的比值，從而促進(jìn)農(nóng)藥在植物體內(nèi)的降解代謝，如圖5所示。

圖5 油菜素內(nèi)酯提高植物體農(nóng)藥降解的機(jī)理

2.3 褪黑素促進(jìn)農(nóng)藥降解代謝機(jī)制

褪黑素在植物和動(dòng)物中是一種有效的抗壓力因子。在動(dòng)物中，Mel能夠通過參與抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶活性來(lái)減少藥物對(duì)動(dòng)物的毒害作用[46-47]。在植物中，Mel能夠提高光合作用、碳氮代謝。Mel對(duì)應(yīng)激源的作用主要是清除活性氧和增強(qiáng)了抗氧化系統(tǒng)，包括酶和非酶過程[48-49]。研究發(fā)現(xiàn)，Mel的一些生物合成基因的過表達(dá)提高了擬南芥、水稻和茄屬植物的抗逆性[50-52]。研究發(fā)現(xiàn)外源Mel有減輕番茄和其他一些蔬菜中農(nóng)藥的毒性和殘留能力，番茄施用Mel后，多菌靈的殘留量在不同時(shí)間內(nèi)降低了48%～73%。此外在對(duì)大白菜、菠菜、芹菜、黃瓜、甜瓜的實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)施用Mel后，多菌靈的殘留量下降了49%～54%[53]。實(shí)驗(yàn)表明施用0.5 μmol/L褪黑素時(shí)，農(nóng)藥的殘留率最低，同時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)最好，抗氧化酶、解毒酶活性顯著變化，相對(duì)應(yīng)的酶系基因的表達(dá)量也顯著變化。Mel能夠降低農(nóng)藥殘留水平和降低農(nóng)藥對(duì)植物的毒害主要是通過提高了抗氧化酶活性，激活了抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)，參與了谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的農(nóng)藥解毒。Mel提高了抗氧化機(jī)制的效率通過刺激一系列抗氧化酶的活性；激活抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)主要是通過改變抗壞血酸(ASA)、單脫氫抗壞血酸(MDHA)和脫氫抗壞血酸(DHA)三者之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系以及GSH與GSSG之間的轉(zhuǎn)化；參與了谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的農(nóng)藥解毒主要是提高了GST的活性從而提高了解毒效率。其機(jī)理如圖6所示。

圖6 褪黑色素促進(jìn)植物中農(nóng)藥殘留降解的過程

近幾年研究表明寡糖作為一種植物抗性誘導(dǎo)劑，能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)、提高植物的抗病性和抗逆性。據(jù)報(bào)道，寡糖能夠誘導(dǎo)植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生以及激發(fā)抗性相關(guān)基因的表達(dá)[54]。寡糖能夠激發(fā)過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶活性提高[55-56]。孫敏秀等[57]研究發(fā)現(xiàn)黃瓜植株噴施100 μg/mL的瓊膠寡糖可以提高相關(guān)抗氧化酶的活性，上調(diào)幾丁質(zhì)酶與病程相關(guān)蛋白1基因的表達(dá)，并且顯著降低了68.29%的啶蟲脒殘留。殼寡糖對(duì)植物體內(nèi)的GST等解毒酶系基因具有上調(diào)作用，結(jié)果見表2[58]，這些結(jié)果顯示寡糖可能具有降解農(nóng)藥殘留的效果。

表2 殼寡糖上調(diào)的作物體內(nèi)解毒酶基因

3 展望

隨著人們對(duì)食品安全及環(huán)境安全的重視，化學(xué)農(nóng)藥的使用量及農(nóng)殘的降低是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的必然趨勢(shì)，中國(guó)提出的到2020年實(shí)現(xiàn)化肥和農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)目標(biāo)，并已啟動(dòng)在農(nóng)業(yè)上減施化肥農(nóng)藥的雙減科研項(xiàng)目，相信會(huì)研究出一系列減施化學(xué)農(nóng)藥的技術(shù)，但由于中國(guó)以前使用農(nóng)藥的量比較大，目前生產(chǎn)上對(duì)病蟲害防治主要是利用化學(xué)農(nóng)藥，農(nóng)藥在農(nóng)產(chǎn)品上殘留不容忽視，利用安全的生物性外源物質(zhì)提高植物本身降解農(nóng)藥殘留技術(shù)有重要的實(shí)踐意義。本文對(duì)農(nóng)藥降解的方法、植物自身的解毒途徑以及外源物質(zhì)如何促進(jìn)植物體農(nóng)藥降解的機(jī)理進(jìn)行了綜述，展望了寡糖可能降低農(nóng)藥殘留的作用及機(jī)理。然而，通過調(diào)控植物體本身的解毒系統(tǒng)加速農(nóng)藥降解的研究還是比較有限，其中還有許多科學(xué)問題需要進(jìn)一步的研究。如：

（1）外源化合物在進(jìn)入植物體后，會(huì)因?yàn)槠浜胁煌钚缘幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)基團(tuán)，而被植物體內(nèi)不同催化活性的靶酶識(shí)別。軛合物被運(yùn)輸至液泡內(nèi)區(qū)后，否被液泡內(nèi)的其他酶類所進(jìn)一步代謝成更加安全的小分子化合物，因此需要借助更加先進(jìn)的化學(xué)手段去分離和鑒定其代謝產(chǎn)物。

（2）關(guān)于GSH如何調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制還不明確，可能與信號(hào)元件蛋白的谷胱甘肽化和S-亞硝基化有關(guān)，還有待于在蛋白等水平上進(jìn)行深入研究。

（3）寡糖具有降解農(nóng)藥殘留的效果，但目前對(duì)寡糖提高植物降解農(nóng)藥殘留地機(jī)制研究較少。需要從整體植株水平出發(fā)，從轉(zhuǎn)錄調(diào)控、蛋白表達(dá)、代謝物變化等多角度進(jìn)行研究。