楊 霞，荊常亮，余佳敏，杜秀春，茍春苗，余祥文，楊 偉，徐海波，李義強，李 斌*

(1.中國煙草總公司四川省公司，四川成都 610000；2.中國農業(yè)科學院煙草研究所，山東青島 266101；3.四川省煙草科學研究所，四川成都 610000；4.山東青島煙草有限公司，山東青島 266000；5. 四川煙草復烤有限責任公司，四川成都 610000)

農藥在農業(yè)生產當中扮演著重要的角色，可直接作為調節(jié)劑控制作物生長，間接作為輔助劑、增效劑來提高藥劑效力從而影響作物生長，在農作物增產、質量保障以及病害防控等方面有不可取代的意義[1-2]。農藥具有效果顯著、生效迅速、強穩(wěn)定性、價格便宜等優(yōu)點，在防治農作物病蟲害方面是目前利用率最高的措施之一[3]。但伴隨農藥的大量應用，農藥殘留問題在農產品銷售中的影響日趨嚴重。農藥殘留含有農藥原體、有毒代謝物、降解物和雜質，指農藥使用后生物體、農副產品和環(huán)境中的殘存部分[3]。它首先會造成環(huán)境污染、影響生物生長，食用此類農作物更可能會危害人體健康，這已引起國內外的高度重視。

現階段的研究表明，農藥殘留的降解方法分為：物理法、化學法和生物法[4]。其中物理方法包括洗滌、超聲波技術、電離輻射和夾帶法等，化學方法包括水解、氧化分解和光化學降解等，生物方法有微生物降解、酶降解和工程菌降解等，而隨著微生物的研究作為熱點，利用微生物降解農藥在近年來也受到廣泛關注[5]。該研究對農藥殘留降解的研究現狀和進展進行了綜述，為農藥殘留控制新技術的研究奠定基礎。

1 物理降解

農藥的物理降解主要包括洗滌、超聲波降解、電離輻射和夾帶等多種方法，其原理是利用農藥的一些物理和化學特性，如水溶性、熱不穩(wěn)定性和光不穩(wěn)定性等去除農藥殘留[6]。

1.1 洗滌洗滌是研究和使用最多的物理降解農藥殘留的技術。采用清水洗滌農產品后，水溶性的農藥殘留會得到很好的去除，脂溶性農藥的降解率較低，可選擇洗滌劑加入清水中以加速其溶解。除清水外，鹽水、堿水、酸性水均可以作為農產品中農藥殘留的洗滌劑。不同洗滌劑對農藥殘留都有一定程度的去除效果，但不同洗滌劑對不同農藥的降解效果也有差異。有研究用5種洗滌劑處理不同菜葉上的農藥殘留，試驗結果顯示不同洗滌劑對菜葉農藥殘留均能降解，但降解效率有所差異，5‰的鹽水降解效率最高[7]。劉偉森等[8]利用不同洗滌劑(超聲波水泡、清水、食用堿、洗潔精)處理娃娃菜，采用氣相色譜檢測敵敵畏和樂果含量，結果同樣顯示不同的處理方法均可以獲得不同程度的農藥降解效果，洗潔精降解效率最高，對樂果和敵敵畏的降解率分別為76.11%和84.38%。

洗滌類型和溫度、溶解度、殘留時間和位置等因素都會導致洗滌法處理農藥殘留的不同降解效果[9]。另外，洗滌劑的不當使用可能會造成更大的危害，如部分堿性洗滌劑處理農藥殘留后的毒性會擴大10倍以上，所以在洗滌劑酸堿性難以區(qū)分時應盡量不用；而部分合成洗滌劑因強吸附性，難處理反而造成二次污染[10]。

1.2 超聲波降解法超聲波降解法是通過超聲波輻射把污染物分解為小分子的方法[11]。超聲波技術因高強度、高頻率的振蕩特點比其他農藥處理方法的溶出速率快、縮短了時長[12]。Golash等[13]研究發(fā)現，降解效果受反應器類型的影響，且聲強與敵敵畏的降解率呈正相關；用頻率為20 kHz、聲強為0.34～0.68 W/mL的超聲波輻照120 min后廢水中敵敵畏可完全降解。Farooq等[14]用超聲波降解農藥廢水溶液中的氧樂果的降解率可達96%以上，且在20～70 ℃范圍內，超聲波降解氧樂果的效率幾乎不受溫度影響。目前應用超聲波處理農藥殘留降解仍處于實驗室階段，缺乏系統研究，要想大規(guī)模利用超聲波降解技術，必須解決在工業(yè)上適用性、經濟性、放大性等困難[15]。

1.3 電離輻射電離輻射也是由大分子降解成小分子的過程，主要通過放射性同位素所釋放的各種高能射線產生能量使農藥的各種化學鍵斷裂[12]。電離輻射法通常作用于常溫常壓下，操作簡單、廣泛應用、安全無污染，且速率高、見效快、反應完全。不同輻照劑量處理不同農藥的效果也有差異。陳梅紅等[16]用電離輻射方法對4種農藥(甲基對硫磷、溴氰菊酯、氧化樂果、三氯殺螨醇)進行處理，研究發(fā)現農藥降解率受輻照劑量的影響，但二者關系并不一定是呈正相關，前2種農藥的降解率隨著輻射量的增加而增大，而氧化樂果降解效率基本不變，后者降解率隨輻射量增加而減小。黃志勇等[17]研究發(fā)現，不同輻照劑量處理對綠茶農藥殘留均有一定的降解效果，且輻照后的綠茶鮮葉和干葉的農殘降解率均有不同程度降低，效果最好的處理組降低了39.63%。但電離輻射在農產品上的應用效果并不好，比如短波輻射會大幅縮短果品貯藏期且損害果品質量。

1.4 夾帶法利用具備吸附性的物質(如活性炭、石英砂等)將農藥殘留吸附或夾帶的方法稱為夾帶法[18]?；钚蕴坑斜缺砻娣e大、孔隙率高、吸附性好和安全性高的優(yōu)點，涉及氣液體的分離精制、水處理、空氣凈化以及資源回收等方面[18]?；钚蕴康奈叫Ч苻r藥濃度、溫度、pH及其他有機物競爭吸附等因素限制[19]?；钚蕴刻砑恿繛?5%，吸附時間為1 min，硅藻土添加量為6.3%時，可使?jié)饪s蘋果汁中的甲胺磷殘留量達到1 mg/kg，農藥降解效率最高[20]。

2 化學降解

使用對應化學官能團的化學試劑與其發(fā)生反應，完成農藥殘留降解的方法稱為化學降解[21]，典型方法有水解、氧化分解和光化學降解等。

2.1 水解水解反應因農藥結構分子差異在酸、堿作用下均可進行[21]。肖乾芬等[22]發(fā)現，三唑磷農藥在中性及酸性作用下的水解速率明顯低于堿性。湯濤等[23]研究了異惡唑草酮分別在pH 4、pH 7和pH 9條件下的水解速率，發(fā)現在pH 9時最快。

2.2 氧化分解次氯酸鹽、臭氧、過氧化氫等化學物質在食品行業(yè)中已廣泛應用，它們是強氧化劑，能和農產品上殘留的農藥發(fā)生反應，生成相應的無毒、易被接受的酸、醇、胺或其氧化物等小分子化合物，從而達到對農藥殘留的降解。研究發(fā)現，在臭氧濃度為7.0 mg/L時，5 min后對百菌清的降解率可達100 ℃[24]。過氧化氫溶液也能提高植物表面甲胺磷、毒死蜱、久效磷的降解效果,其中10 mL/L過氧化氫降解效果達到最佳[25]。

2.3 光化學降解光化學降解能將有機污染物降解為H2O和CO2等無害物質[26]，在光和催化劑的作用下將光能轉化為化學能[27]。增加電荷分離和運輸、減少復合是對理想光催化劑的要求[28]，TiO2因無毒、成本低、效率高、性質穩(wěn)定、反應條件易達到等優(yōu)點而成為最具研究前景的半導體之一[29]。以礦化作用控制農藥的劇毒是TiO2降解作用的途徑[30]。Chen等[31]用TiO2光催化對草甘膦廢水進行處理，研究發(fā)現控制其他因素不變，光催化劑用量由1.0 g/L提升至6.0 g/L時，草甘膦降解率提升了近40%。

3 生物降解

早期生物降解被認為是需氧微生物對天然和合成有機物的破壞或礦化作用，主要來自土壤、水體和廢水生物處理系統[32]。隨著研究水平的發(fā)展，生物降解的含義拓展為利用生物將污染物分解成小分子化合物的過程，生物類型有各種微生物、高等植物和動物[33]。

生物方法的降解速率比物理、化學方法慢，但仍有很多優(yōu)點[34-35]：①可利用環(huán)境中存在的微生物進行土壤和水體農藥修復，操作簡便且不破壞環(huán)境；②降解農藥的微生物來源于自然，成本低、分布廣泛且種類繁多；③農藥在修復過程中可被微生物利用，在降低環(huán)境毒性的同時生成的產物低毒甚至無毒，減少環(huán)境二次污染；④微生物對于所有農藥污染物均可突變形成相應的降解微生物，適用性和突變性強、廣譜性高[34,36-37]。生物法農藥殘留降解具有廣闊的應用前景[38]。

生物降解農藥殘留主要是通過微生物降解、酶降解、工程菌降解來進行的。

3.1 微生物降解酶促反應和非酶促反應是微生物降解的2種途徑[39]。酶促反應是指微生物通過細胞內酶或分泌的胞外酶直接作用于農藥，經過一系列生理生化反應將農藥完全降解成分子量、毒性都很小的化合物的過程[40]。非酶促反應是指微生物通過代謝改變農藥的物理、化學性質(如環(huán)境離子濃度、pH)間接促使降解農藥的過程[41]。微生物降解農藥主要是通過酶促反應[40]。研究發(fā)現，雜色革蓋菌(Coriolusversicolor)、毛韌革菌(Stereumhirsutum)在42 d后對敵草隆、莠去津和特丁津的降解率在86%以上[42]。陳振德等[43]發(fā)現葉面施海藻多糖稀土配合物對小白菜、甘藍、芹菜中毒死蜱、氧化樂果、敵敵畏等有機磷農藥殘留具有明顯的降解作用。高熳熳等[44]研究發(fā)現，有機磷水解酶(OPH)對多種農藥均有不同程度的降解效果，其中對甲基對硫磷的降解效果最好，高達99%；對敵敵畏和喹硫磷的降解率也可達82.2%～98.7%；對其他農藥的降解率則偏低。

3.2 酶降解利用酶降解農藥殘留是最具有潛力的方法，共生或單一微生物對農藥的降解作用都是在酶參與下完成的[40]。隋程程等[45]通過施用葉面肥改變作物酶活性或微生物活性，提高煙葉上4種殺蟲劑殘留降解效果，且葉面肥稀釋1 000 倍處理效果最佳。吳昊等[46]使用殼聚糖稀土復合物涂膜刺激植物體內酶活，對毒死蜱農藥降解率超過73%。研究表明，酯酶在降解中起著重要作用，用合適的基質固定化酶的活性位點更易暴露于農藥中，比游離酶降解效果更好[47]。Horne等[48]用香豆磷和蠅毒磷作為磷源，分離到菌株P.monteilliC11，從中鑒定出另一種新型對有機磷酸酯和硫酯有廣泛的底物專一性的磷酸三酯酶。Richins等[49]構建了與纖維素結合區(qū)融合的OPH，利用融合蛋白一步純化并固定于纖維素類基質上的特性提高酶的使用效果。

3.3 工程菌降解農藥降解酶由于含量低、天然菌株較少、生產成本較高等因素限制了產品的應用[5]。隨著分子生物學和基因工程技術的發(fā)展，將表達高效降解農藥的酶的基因構建到載體中，經轉化獲得工程菌來提高起降解作用的特定蛋白或酶的表達水平，使其在農藥降解中發(fā)揮作用[41]。Schofield等[50]將OPH基因的特定密碼子突變，發(fā)現對馬拉硫磷的降解活性經載有突變OPH基因的大腸桿菌增強了1 800倍，對內吸磷的降解活性增強了177倍。通過對硫磷水解酶adpB基因構建高效工程菌處理對硫磷殘留，降解速率可達90%[51]。Jiang等[52]將外源甲基對硫磷水解酶基因mpd整合到呋喃丹降解菌Sphingomonassp.CDS-1的165 rRNA基因(rDNA)位點，構建了能同時降解甲基對硫磷和呋喃丹且遺傳穩(wěn)定、不含外源抗性的工程菌株。Lan等[53]通過在載體pETDuel中同時表達有機磷水解酶OPH基因opd和酯酶B1基因b1，構建了一株能夠同時降解有機磷農藥、氨基甲酸酯類農藥以及擬除蟲菊酯類農藥的基因工程菌。

4 結語

物理、化學和生物3種方法是降解農藥殘留的主要形式。物理降解和化學降解經濟方便、相對成熟、穩(wěn)定，但在農藥殘留的低濃度降解方面受到限制。目前生物降解在農藥降解菌的富集分離、降解途徑、降解酶以及微生物降解的農藥基因操作方面做了大量的探索和研究[32]，但降解效率成為阻礙發(fā)展的限制性因素。近年來隨著分子生物學和基因工程技術的發(fā)展，通過構建高效工程菌提高降解效率成為研究熱點。對微生物降解技術深入研究，可為農藥殘留降解技術提供支撐，為解決農產品和環(huán)境中農藥污染奠定基礎。