（环境科学专业论文）ddt降解细菌kk的分离鉴定及其降解特性研究.pdf

关于学位论文原创性和使用授权的声明 本人所呈交的学位论文，是在导师指导下，独立进行科学研 究所取得的成果。对在论文研究期间给予指导、帮助和做出重要 贡献的个人或集体，均在文中明确说明。本声明的法律责任由本 人承担。 本人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文的规 定，同意学校保留和按要求向国家有关部门或机构送交论文纸质 本和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东农业大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签字：盆白哞 导师签字：崩 日 期：洫男、厶、拍 山东农业大学硕| ：学位论文 中文摘要 本文以有机氯杀虫剂d d t 作为研究对象，采用微生物的富集分离法 筛选出一株d d t 的高效降解细菌产碱菌属k k ，并对该菌株进行了 形态学、生理生化及1 6 sr d n a 鉴定，对降解微生物的富集分离、环境条 件对k k 菌株降解能力的影响以及该菌的降解特性等方面进行了系统的 讨论，主要研究内容如下： 1 介绍了d d t 的理化性质、国内外应用概况，以及由于其广泛应用所带 来的环境污染问题；在对前人工作总结分析的基础上，对d d t 在环境介 质中的残留动态、降解代谢、生态毒理及微生物降解进行了全面系统的综 述：进而提出了作者要研究的问题。 2 通过富集培养法和直接培养法分离出数株d d t 的高效降解菌，同时研 究实验室内部细菌对d d t 的降解率，最终获得三株d d t 的高效降解细菌。 三株茵在3 0 c 、中性条件下，3 d 内对1 0 m g l 。1 的d d t 均达到4 5 以上， 其中以k k 对d d t 的降解率最高，经过对其形态、生理生化特征及1 6 s r d n a 的分析，鉴定为产碱菌属( a l c a l i g e t i e ss p ) ，最终选定d d t 高效降 解细菌k k 作为下一步深入研究的菌株。 3 测定了不同碳源、p h 、温度及d d t 浓度对细菌降解能力和生长量的 影响。结果表明，该菌株1 0 d 内对1 0 m g l 。1 d d t 的降解率高达6 6 5 ：在 外加碳源浓度为o 5 时降解率最大；细菌的生长量随着外加碳源浓度的 升高而增加；p h 6 0 时降解率达到最大，细菌的生长量在p h 8 o 1 0 0 偏 碱性的条件下较大；在d d t 浓度为1 0 m g l 1 时降解率最大，该茵具有较 强的耐受能力，当d d t 浓度达到3 0 0 m g l 。时仍能生长，降解率随d d t 浓度的提高而增加；细菌的生长和降解需要适宜的温度，3 0 c 培养时，降 解率和生长量最大。 4 d d t 初步代谢产物的分析。本研究中通过g c m s 分析，使用p e 自带 数据库分析系统，结合人工物质解析。初步确定菌株k k 对p , p - d d t 的 初级代谢产物为p , p7 d d e ，下一步降解途径需深一步研究。 关键词：d d t ；生物降解；细菌；持久性有机污染物 徐i 奇峰：d d t 降解细菌k k 的分离鉴定及其降解特性研究 i s o l a t i o n ，i d e n t i f i c a t i o na n dd e g r a d i n gc h a r a c t e r so f d d t d e g r a d i n g s t r a i nk k x u q i f e n g ( c o l l e g eo fr e s o u r c ea n de n v i r o n m e n t ，s h a n d o n ga g r i c u l t u r eu n i v e r i s t y , t a i a n ，c h i n a ，2 7 1 0 1 8 ) a b s t r a c t i nt h i s d i s s e r t a t i o n ，t a k i n gd d ta s am o d e l p o l l u t a n t ，as t r a i no f b a c t e r i u mk kc a p a b l eo fh i g h l yd e g r a d i n gd d tw a ss c r e e n e df r o mt h es o i l s a m p l ec o l l e c t e df r o map e s t i c i d ep l a n ta f t e rt a m i n ga n de n r i c h m e n t b a s e do n a n a l y s i so fp h e n o t y p e ，p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lc h a r a c t e r sa n d16 s r d n a ，k kw a si d e n t i f i e da sa l c a l i g e n e ss p d e g r a d i n g b a c t e r i ae n r i c h m e n t a n di s o l a t i o n ，c h a r a c t e r i z a t i o no fb i o d e g r a d a t i o nw e r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y t h er e s u l t sc o u l db es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 t h ea u t h o ri n t r o d u c e dt h eu s es i t u a t i o n ，p o l l u t i o n ，m o b i l i t yi ne n v i r o n m e n t ， d e g r a d a t i o na n dm e t a b o l i s m ，e c o l o g i c a lt o x i c o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n d p o l l u t a n tm a n a g e m e n to fd d t , w h i c hh a sb e e na p p l i e de x t e n s i v e l yi nt h e w o r l da n dr e c e n t l yi nc h i n a ；a c c o r d i n g l ya u t h o rp r e s e n t st h ei s s u e st h a tw o u l d b ei n v e s t i g a t e d 2 t h ed d t d e g r a d i n g - b a c t e r i aw e r ei s o l a t e db yd i r e c tw a ya n ds e l e c t i v e e n r i c h m e n tf r o ms o i le x p o s e dt op e s t i c i d e sa n ds o i lo fp e s t i c i d e sp r o d u c t i o n ， a n dt h e nr e s e a r c h e do nt h eb a c t e r i ai no u rl a b o r a t o r yc o n s e r v a t i o n t h r e eh i 曲 e f f i c i e n t l yd e g r a d i n gs t r a i n sw e r ei s o l a t e db ys e l e c t i v ee n r i c h m e n t ，a n dt h e i r d e g r a d i n gr a t e su n d e rt h e c o n d i t i o no f3 0 、p h6 0i nc u l t u r em e d i a c o n t a i n i n g lo m g l o fd d ti n3 dw e r ea l la b o v e4 5 。i nc o n t r a s t ，t h e d e g r a d i n gr a t e so fs t r a i n sk kw a st h eh i g h e s t ，b a s e do na n a l y s i so fp h e n o t y p e ， p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a lc h a r a c t e r sa n d16 sr d n a ，k kw a si d e n t i f i e d a sa l c a l i g e n e ss p ，w ec h o o s et h es t r a i nk kf o rf u r t h e rs t u d y 3 t h ee f f e c t so fc a r b o ns o u r c e ，p h ，t e m p e r a t u r ea n dd d tc o n c e n t r a t i o no n 2 山东农业大学硕十学位论文 d e g r a d a t i o nw a sd e t e r m i n e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed e g r a d a t i o nr a t eo f d d tb yk kw a s6 6 5 i n2 4 h t h eb i o d e g r a d a t i o nr a t e sw e r et h eh i g h e s t w h e nt h ea d d i t i o n a lc a r b o ns o u r c ew a s0 。5 ，p hv a l u ew a s6 0 d d t c o n c e n t r a t i o nw a slo m g l a n dc u l t i v a t e dt e m p e r a t u r ew a s3 0 c t h eg r o w t h o fb a c t e r i ai n c r e a s e dw i t hc a r b o ns o u r c ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e d h i g h e rw i t h p hf r o m6 0 t o10 0 ，a n dt h e h i g h e s tw h e nt e m p e r a t u r ew a s3 0 。c ，d d t c o n c e n t r a t i o nw a sl0 m g l 一t h es t r a i nc o u l ds u r v i v ew h e nd d tc o n c e n t r a t i o n w a s3 0 0 m g l qa n dt h er e m o v e da m o u n to fd d ti n c r e a s e dw i t hd d t c o n c e n t r a t i o n 4 a n a l y s i so ft h ee x t r a c t e dm e t a b o l i t e s i no u rr e s e a r c h ，d d tm e t a b o l i t e s w e r ei d e n t i f i e di nt h et e s tc u l t u r em e d i u m m o s to ft h ea p p l i e dp e s t i c i d ew a s r e l e a s e di nt h ef o r mo fd d e h o w e v e r , i tm a yn o tb eau n i q u ed d t b i o d e g r a d a t i o np a t h w a ys i n c e t h ei d e n t i t i e so fan u m b e ro fa d d i t i o n a l m e t a b o l i t e sr e m a i nt ob ed e t e r m i n e d k e y w o r d s - d d t ；b i o d e g r a d a t i o n ；b a c t e r i a ；p e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t s 3 山东农业大学硕十学位论文 1 前言 1 1d d t 的结构和理化性质 d d t ( 2 ，2 一b i s ( 4 - c h l o r o p h e n y l ) 一1 ，1 ，1 一t r i c h l o r o e t h a n e ) 分子式：c 1 4 h 9 c 1 5 ， 别名2 , 2 一双( 4 一氯苯基) 一l ，1 ，l 一三氯乙烷( p ，p j d d t ) ：主要异构体及同系物： o , p - d d t ：p , p - d d e ：p , p - d d d 。德国化学家z e i d l e r 在1 8 7 4 年首先合成 了d d t ，它由三氯乙醛和氯苯反应制备而得。直到1 9 2 8 年瑞士m u l l l u r 发现其杀虫性质，这是第一个被发现的杀虫广谱而效力强的合成有机杀虫 剂。其化学结构式： a c 2 i a 物理性质：d d t 原粉是白色固体，原粉中主要含有p , p 一d d t ，一般 情况下，p , p - d d t 的含量为7 0 - 8 0 ，其次是o , p - d d t 。纯p , p 一d d t 为 白色结晶，熔点为1 0 8 5 1 0 9 ，凝固点在8 7 以上，不溶于水，可溶于 大多数有机物或氯化溶剂。 化学性质：d d t 化学性质比较稳定，在1 1 5 1 2 0 加热1 5 小时不分 解。温度升高到1 9 5 后，则p , p d d t 分解。在1 7 0 - 2 0 0 时d d t 原粉 分解，热分解释放出一分子氯化氢。d d t 遇碱性物质发生分解反应，生 成氯化氢及对昆虫无毒的2 ，2 双( 对氯苯基) 一1 ，1 ，1 三氯乙烯。而且d d t 在高温、日光或酸性条件下都是稳定的，在强碱和高温下才脱去氯化氢， 比六六六要稳定。 毒性：急性口服l d s o ：雄大白鼠1 1 3 m g k g 一，小白鼠1 3 5 r a g 。k g 一，兔 2 5 0 m g k 9 1 。口服中毒最低量：人6 m g k g ，大白鼠1 0 0 r a g k g 。口服致 死最低量：婴儿1 5 0 r a g k g ，成人5 0 r a g k g 一。静脉注射致死最低量：大 白鼠3 0 m g k g 。 用途：d d t 主要用作杀虫剂，具有触杀和胃毒作用。杀虫面广，作 用快，残效长，主要防治棉铃虫、红铃虫等。在土壤中的半衰期为2 4 年，土壤中残留消失时间需要4 3 0 年，平均为1 0 年。由于易在动物体 徐琦峰：d d t 高效降解细菌的筛选及其降解特性研究 内和农产品内积累，一些国家已禁用或限制使用。 1 2d d t 的应用概况 我国是一个农药大国，每年生产的农药品种约2 0 0 多种，原药的生产 量4 0 多万吨，仅次于美国，居世界第二位。化学农药在农业生产中占着 重要地位，化学防治效果迅速，经济收益大，每一元的农药可挽回数元至 数十几元的经济损失( 王律先，1 9 9 9 ) 。我国过去几十年的经验证明，农 药的使用对农业增产起着积极作用，目前乃至将来很长一段时间内，农药 的使用仍然是农业生产上不可缺少的增产手段。 有机氯农药是4 0 年代中期出现的有机合成杀虫剂，可以归纳为两大 类：一类为氯苯类，如六六六和d d t 等：另一类为氯化脂环类，如狄氏 剂、艾氏剂、七氯等( 徐亮等，2 0 0 3 ) 。由于有机氯农药相对价格低廉， 杀虫性广谱，对农、林、牧、卫生等害虫均有很好的效果，使用相对方便， 从而得到广泛的应用。四十年代到五十年代，有机氯农药在农业和公共卫 生事业上起过积极的作用，d d t 是其中最著名的品种。 d d t 是2 0 世纪6 0 年代以前广泛使用的一种杀虫剂，瑞士昆虫学家 保罗米勒因发现d d t 药效，于1 9 4 8 年荣获诺贝尔生理医学奖。由于使 用了d d t 等化学农药减少病虫害，挽回的粮食损失占总产量的1 5 。若 以7 0 年代末世界粮食年产量1 8 亿吨的水平计算，那么有2 7 亿吨是由化 学农药换回来的，相当于1 0 多亿人一年的口粮。此外，d d t 还能有效地 杀灭蚊蝇、体虱等传染疾病的害虫，从而大大减少疟疾，伤寒等的发病率 和死亡人数，随后d d t 的生产量逐年上升。w h o 认为，世界上1 8 亿人 居住在疟疾流行区，有1 3 亿人的居住地使用d d t 进行了防治，大约有7 亿人还在忍受疟疾的危害。斯里兰卡在1 9 6 8 1 9 6 9 年停用d d t 后，有2 5 0 万人患疟疾；印度在使用d d t 防治疟疾后，1 9 6 3 年疟疾病人由7 0 0 万人 降至l 万人，从1 9 5 2 1 9 6 0 年使用d d t 后，挽救了5 0 0 万印度人的生命。 从1 9 5 0 - - - 1 9 7 0 年，世界范围内d d t 的使用量大约为4 5 0 万吨，主要用来 防治蝗虫、地下害虫、棉花害虫、水稻螟虫、小麦吸浆虫和疟疾等。d d t 和六六六一样，在2 0 世纪4 0 到7 0 年代，是世界上吨位最大，使用最广 泛的杀虫剂之一。过去人们一直认为d d t 是低毒安全的，并因其具有稳 定性、脂溶性、药效普适性等特点，而大量生产，并普遍使用于农业、畜 山东农业大学硕十学位论文 牧业、林业及卫生保健事业。在有机氯农药曾经广泛使用的3 0 年来，我 国累计施用d d t 约4 0 多万吨，平均每亩耕地投放d d t 0 5 千克。同期， 国际上累计用量为2 0 0 多万吨，我国d d t 占国际总用量2 0 左右( 黄士 忠等，1 9 9 5 ) ，由于有机氯类农药的化学结构的稳定性，决定了其残留期 长、脂溶性大的特性，并易于通过食物链富集，以致最终造成环境污染。 1 9 6 2 年美国生物学家卡尔松在寂静的春天一书中，对包括d d t 在内 的农药所造成公害做过生动的描写，此书问世引起国际社会强烈反响。自 1 9 6 2 年发现其有残毒及污染环境后，上世纪7 0 年左右，美国、瑞士等国 相继禁止生产d d t ，我国政府于1 9 8 3 年4 月1 日起明令全部禁止使用 d d t ( 梁天锡等，1 9 9 8 ) 。9 0 年代以后，d d t 在农业上的使用仅限于印 度等少数发展中国家，但作为防治卫生害虫的有效化学药剂，目前在热带 地区的一些国家仍然得以广泛施用，由此导致新d d t 污染。 1 3d d t 在应用中存在的问题 近年来，有机氯污染物及其对人体健康和生态系统的危害越来越被 人们所认识。其大多具有“三致”效应和遗传毒性，而且在环境中难以降 解，能干扰人体内分泌系统引起“雌性化”现象，并且在全球范围的各种 环境介质以及动植物组织器官和人体中广泛存在，己经引起了各国政府、 学术界、工业界和公众的广泛关注，成为一个全球性环境问题。有机氯 农药d d t 是联合国环境规划署国际公约中首批控制的1 2 种持久性有机 污染物之一( 史雅娟等，2 0 0 3 ) 。根据2 0 0 1 年5 月签署的斯德哥尔摩 持久性有机污染物公约，p o p s 可分为三大类十二种化学物质，包括9 种农药，其中应用最为普遍的是d d t ( 华小梅等，1 9 9 6 ) 。 2 0 世纪4 0 年代以来，d d t 在世界范围内广泛应用于农业、除疟等 方面。虽然在农业生产上起了一定的积极作用，但由于d d t 脂溶性强， 水溶性差( 1 0 0 0 0 0 和o 0 0 2 m g k g ，相差5 0 0 0 万倍) ，且利用率较低，环境 中所含的d d t 虽然很微量，但生物对其有很强的生物放大作用。它可以 长期在脂肪组织中蓄积，并通过食物链在动物体内高度浓集，使居于食物 链末端的生物体内蓄积浓度比最初环境所含农药浓度高出数百万倍。有研 究表明，相对于水体中浓度而言，d d t 到了鱼体就增加到了4 个数量级， 最终到达最高营养级夜鹭，其卵中的富集倍数变成了近5 个数量级( 董元 徐琦峰：d d t 高效降解细菌的筛选及其降解特性研究 华等，2 0 0 2 ) 。d d t 性质较稳定，其扩散并非只是单纯的物理和化学过程， 而且通过生物体的代谢过程及食物链作用等聚集浓缩于生物体内。某项研 究指出，d d t 在水中的浓度为0 0 0 0 0 3 m g l 。1 时，而水中浮游生物体内为 o 0 4 m g - l 一，小鱼体内为0 5 m g l 一，高位营养级的水鸟体内则为 2 5 0 m g 。l ，其浓缩倍数高达8 8 万倍( 孟紫强，2 0 0 0 ) 。通过以上资料可 以看出，广泛而轻微的农药环境污染，可经食物链的逐层富集，最终进入 人体的量将成千上万倍地增加，由此造成了对人类健康的严重威胁。 d d t 具有半挥发性，能够从水体或土壤中以蒸汽形式进入大气环境 或吸附在大气颗粒物上，在大气环境中能够远距离迁移。d d t 不易溶于 水，在水中溶解度仅为0 0 2 m g k g ，但能大量溶解在脂类物质中，其浓 度可达1 0 x 1 0 5 m g k g ，比在水中的溶解度大5 0 0 万倍( 赵兵等，2 0 0 5 ) 。 由于d d t 的这些特点，目前其在空气、土壤、河流、地下水、植物和野 生动物体内都有检出( 赵玲等，2 0 0 1 ；张秀芳等，2 0 0 0 ：于强等，2 0 0 2 ) 。 即使在地球上最遥远、最洁净的南极企鹅和海豹中也检测出了d d t 和 d d e ( t a t t o n ，1 9 6 7 ) ，北极、喜马拉雅山以及终年冰冻的格陵兰等从未 使用过该类农药的地区，甚至爱斯基摩人体中也发现了微量农药残留( 储 少岗等，1 9 9 7 ；李忠民等，1 9 9 7 ) 。人的乳汁、血液中也普遍检测到d d t ( 苏敬武等，2 0 0 1 ；l u ox we ta l ，1 9 9 7 ) 。 自从1 9 8 3 年在我国禁止生产和使用后，d d t 在各种介质中的残留 量不断下降( w o n gck ce ta l ，2 0 0 2 ；f e n gke ta l ，2 0 0 3 ) 。但近年来发 现环境中d d t 含量又有升高的趋势，很多分析认为三氯杀螨醇的使用是 新的d d t 输入源( y uhe ta l ，2 0 0 3 ；z h a od he ta l ，2 0 0 4 ：y a n gxe ta l ， 2 0 0 8 ) 。三氯杀螨醇是我国未被禁止的有机氯农药，该农药中含d d t 最 低的为3 5 4 ，最高的达1 0 。8 。我国自2 0 世纪6 0 年代以来，每年约生 产三氯杀螨醇农药原粉2 0 0 0 吨，一般用于棉花、苹果、玉米和蔬菜等作 物的虫害防治。1 9 9 2 1 9 9 3 年中国农业科学院茶叶研究所对四川、广东等 1 3 个省市抽样分析结果表明，茶叶中d d t 残留量超标的样品有6 7 ， 均系喷施三氯杀螨醇农药引起( z h a n goe ta l ，2 0 0 2 ) 。同时，1 9 9 6 年上 海市茶叶公司出口的茶叶中三氯杀螨醇和d d t 残留超标，终止出口。调 查表明d d t 的蓄积水平与国外相比，仍处于较高水平，且1 9 8 8 以后的 山东农业大学硕j 二学位论文 1 4 年其下降速度缓慢，其原因可能与人群中仍有少量的d d t 暴露有关( 陈 宗懋，1 9 9 6 ) 。 对于有机氯农药能否完全禁止人们仍普遍怀疑，最为典型的莫过于 d d t 。直到今天，d d t 并没有寿终正寝，许多国家尤其是发展中国家还 在频繁地使用它，最典型的是喷洒d d t 来杀灭卫生害虫，以防止传播疟 疾。如今南非、埃塞俄比亚等国都在广泛使用d d t 以抗御疟疾，在这些 地区疟疾每年造成1 0 0 万人死亡，而使用d d t 仍然是一个有效的防止疟 疾的简易方法。 d d t 现在仍然有其市场，这一点连联合国环境规划署也不得不承认。 该署化学部主任吉姆威早斯估计，尽管从2 0 0 4 年5 月1 1 日起，d d t 就成为 违禁化学物，但是还有约2 5 个国家将继续使用。而这些国家主要是发展中 国家，对于他们来说，使用d d t 会产生有害作用，但不使用d d t 又不可能 有效地防止疟疾。联合国的统计是，如果不使用d d t 灭蚊，疟疾每3 0 秒钟 就会夺去一名非洲儿童的生命。疟疾不仅是非洲人健康和生命的大敌，而 且也阻碍了其经济的发展。对于非洲和亚洲一些国家的人们来说，只有 d d t 可以救人于疟疾的水火之外。因此，全球应当寻找替代d d t 的控制疟 疾的药物，以避免再继续使用d d t 。 由此可见，d d t 的长期残留对我们的生态环境安全和人体健康时刻 构成严重的威胁，并制约农业清洁生产，影响农产品的质量和国际竞争力。 1 4d d t 在环境中的残留状况 1 4 1d d t 在植物中的残留 植物中有机氯农药的残留主要与土壤中的农药残留及大气干湿沉降 有关。1 9 7 5 1 9 8 0 年1 6 省市的烟草中六六六检出范围0 0 4 2 6 4 0 m g k g ， 检出率9 8 8 3 ，均值1 2 4 m g k g ，是德国烟草标准的6 2 倍；d d t 检出 范围0 0 8 - 7 2 9 6m g k g ，检出率9 7 9 8 ，均值3 1 6 m g k g ，是德国标准 的3 1 6 倍。据1 9 7 5 1 9 8 0 年全国1 1 个主要茶区调查，d d t 的检出范围 0 0 0 6 - 0 7 4 5m g k g ，均值0 2 8 m g k g ，超标率4 4 2 1 。 茶叶、烟草是我国重要的经济作物和出口农产品，因为有机氯农药含 量高而超过国外标准，在外贸中经常发生退货事件，给我国经济造成重大 徐琦峰：d d t 高效降解细菌的筛选及其降解特性研究 损失，这是我国1 9 8 4 年停止生产和使用d d t 的重要原因之一。在一些 药材中也检测出了有机氯农药，吴德康、陈建伟等( 吴德康等，1 9 9 7 ) 研 究了药材中农药的残留情况，其中红花对d d t 敏感，其残留量显著高于 桔梗、延胡索、大青叶和板蓝根；连皮桔梗的d d t 残留量显著高于去皮 桔梗；大青叶的d d t 残留量显著高于地下根部。乐巍、吴启南等研究表 明，4 月1 1 月，菊花根、叶中有机氯农药残留量呈逐月增高趋势，说明 菊花中有机氯农药污染的途径多与从土壤中吸收蓄积有关。不同器官残留 量为叶略大于花，远大于根，这可能是因为有机氯农药多为脂溶性成分， 而菊花叶、花中含大量挥发油，易蓄积造成( 乐巍等，2 0 0 2 ) 。赵玲等报 道，从土壤中残留量来看，d d t 残留量明显高于六六六，局部地区污染 程度超过土壤环境质量标准( g b l 5 6 1 8 1 9 9 5 ) 中的二级标准( 赵玲等， 2 0 0 1 ) 。但由于农作物的种类、品种、耕作方式等方面的不同，其对农药 的吸收也具有选择性，d d t 残留量虽低，但农作物却易吸收，其水果、 茶叶检出率达1 0 0 ，蔬菜也在8 6 8 ，尤其是蔬菜生长期短，且对d d t 吸收能力强。在不同的区域、不同的环境条件下，植物中的d d t 富集程 度有着明显差异，d d t ：蔬菜 茶叶 水果。 1 4 2i ) d t 在土壤中的残留 长期以来，d d t 因其有持久性、生物蓄积性半挥发性和高毒性( j o n e s kce t a l ，1 9 9 9 ) ，对人类健康具有严重的威胁而受到研究者的广泛关注。 d d t 降解速度缓慢，据有关资料报道，d d t 在土壤中的残留期限为 4 - - 3 0 年，平均1 0 年，因而d d t 农药残留仍将对农业环境、农产品的质 量和人体健康产生着潜在的危害( 赵兵等，2 0 0 5 ) 。近年来的一些研究结 果表明，有机氯农药虽然禁用多年，但土壤中仍有残留。2 0 世纪7 0 年代 以来，有机氯农药使用量最大的棉田土壤d d t 的残留量为o 8 0 m g - k g 。 1 9 8 0 年全国农田耕层土壤中d d t 残留量平均为0 4 1 9 m g k g ( c a id j ， 2 0 0 0 ) 。到1 9 8 5 年，全国农田耕层土壤中d d t 总体残留水平为0 2 2 2 0 2 7 3 m g k g ；2 0 0 0 年中科院南京土壤研究所对太湖地区水稻土中的农药残留 进行了调查，结果表明d d t 的平均残留量为0 0 8 0 m g k g ，按照土壤 环境质量标准( g b l 5 6 1 8 1 9 9 5 ) ，超过一级土壤质量标准率是3 8 ( 董 元华等，2 0 0 0 ) 。刘广民等2 0 0 1 年对吉林省西部松原地区农田土壤中的有 山东农业人学硕j 二学位论文 机氯类农药进行了研究，虽然停产、停用有机氯类农药几十年，但d d t 最高值为1 2 0 n g k g ，平均值为5 1 2 n g k g 。1 ( 刘广民等，2 0 0 1 ，) 。据方玲 报道( 方玲，1 9 9 8 ) ，在有机氯农药禁用十多年后1 4 个参检茶园土壤中 d d t 的残留量在2 2 - 6 8 5 9 9 k g ，平均2 3 8 9 9 k g ，检出率达1 0 0 。z h a n g 等( z h a n gge ta l ，2 0 0 2 ) 的研究发现，珠江三角洲沉积物中d d t 的残 留在2 0 世纪9 0 年代出现升高的现象，d d e d d t 之比也在同期增加，这 主要来自洪水和土壤的地表径流。 孙威江、蔡建明等研究表明( 孙威江等，1 9 9 7 ) ，茶园不同深度的土 壤中表层土壤的d d t 含量高于深层土壤，它们的差异达极显著水平，但 具有极显著的正相关。赵玲等报道，不同类型土壤d d t 残留趋势不同： 滨海土壤 平原土壤 山区半山区土壤，不同耕作制度土壤d d t 残留程度 不同：果园 旱地 菜地 水田 茶园，一次性d d t 最高检出含量：果园 5 6 4 m g k g 一，旱粮3 3 7 m g k g ，超过国家土壤环境质量三级标准的4 6 4 倍和2 3 7 倍( 赵玲等，2 0 0 1 ) 。有机氯农药在土壤中的残留时间的长短， 除与土壤的类型有关以外，还与农药本身的理化性质、有机质含量、水分 含量、土壤微生物群落、作物种类、温度、光照、p h 值等因素密切相关。 土壤中残留的农药对生活在土壤中着的非靶标生物也会产生一些影响。 2 0 0 2 年，董元华，安琼等( 董元华等，2 0 0 0 ) 选定有机氯农药残留程度 不同的样点进行土壤动物测定，随土壤有机氯农药残留量增加，土壤动物 和个体数目减少，但是种类增加，反之亦然；同时发现，当有机氯农药残 留量过高的时候，土壤微生物中的细菌、真菌生长受到抑制：有机氯农药 对土壤中的某些无脊椎动物有毒害作用，使其数量减少，某些种群甚至濒 于灭绝，大剂量的使用d d t 能杀死蚯蚓。 1 4 3d d t 在水体中的残留 水体中d d t 主要有以下几个来源途径：水面直接喷施农药、农药厂 点源污染、大气漂移和大气降水、农田农药流失等。在大量使用有机氯农 药时期，世界一些著名河流，如密西西比河、莱茵河、多瑙河等的河水中 都检测到g g l o 级的d d t 代谢物。我国规定d d t 在地下水的标准分别 为o 0 0 5 5 9 9 l 以( 张大弟等，2 0 0 0 ) i 1 9 9 7 年对香港v i c t o r i a 港的沉积物 中持久性有机污染物进行风险评价时发现，该沉积物中含有p c b 的平均 徐琦峰：d d t ，苛效降解细菌的筛选及其降解特性研究 浓度为2 7 2 m g k g 。( 湿重) ，总d d t 的平均浓度为2 4 0 m g 。k g 以( 干重) ( c o n n e l le ta l ，1 9 9 8 ) ；1 9 9 8 1 9 9 9 年，辽河沉积物中p ，p d d t 浓度为 0 0 2 - 0 2 9 n g g 一( 王克强，2 0 0 0 ) 。在国外，1 9 9 9 年f e m a n d e z 等人报道了西 班牙e b r o 河沉积物中d d t 浓度为3 1 n g g - 1 ( f e m a n d e ze ta l ，1 9 9 9 ) ；1 9 9 9 年在韩国很少进行农业生产的m a s a n 湾沉积物中有机氯农药最高的是 d d t ，浓度为0 4 1 2 6 n g g _ ( 干重) ( k h i m ，j se ta l ，1 9 9 9 ) ：1 9 9 8 年，美 国f d a 对农产品中的农药残留进行监测分析，从全膳食分析结果看，含 量最高的是d d t 。 1 , 4 4d d t 在大气中的残留 在农田、作物上喷施有机氯农药时，农药形成大量漂浮物，农药除附 着于作物体外，大部分落入土中，还有相当一部分则通过扩散作用分布于 周围的大气环境中。此外，农药厂排出的废气，以及介质中农药的蒸发， 也是造成有机氯农药大气污染的重要原因。在热带地区的稻田中，施用的 d d t 挥发迁移占9 0 ，造成全球性污染( t a n a b ese ta l ，1 9 9 1 ) 。蔡道基 对无锡农药厂内外土壤中残留有机氯农药进行测定，发现厂内园地d d t 总量为4 2 0 m g k g ，而厂外菜地土壤d d t 总量为2 3 9 m g k g ，认为靠近 农药厂的环境中农药含量高是受农药厂尘埃飘落的影响( 蔡道基，1 9 9 9 ) 。 1 5d d t 的生态毒理学效应 1 5 1d d t 对生物的毒理学效应 为了控制病虫害，在农田、森林、河流和沼泽地区大面积使用的有机 氯农药严重的破坏了生态环境，对施药环境中的多种生物造成了各种各样 的影响。d d t 是危害鸟类的长残留代表性农药，鸟类由于取食体内含有 有机氯农药的害虫和蚯蚓而发生死亡或产生各种有害症状，严重时会引起 某些处于食物链顶端的动物数量的减少。美国大西洋沿岸和中西部为防带 有荷兰榆树病毒的昆虫而大量使用d d t 使不同鸟类死亡( h u n te ge ta l ， 1 9 6 0 ) 。英国科学家m o o r e 和w a l k e r 在全国范围开展的野生鸟类体内残 留物的调查结果表明，有机氯杀虫剂残留量最高的是p , p d d e 和狄氏剂， 还有少量的p , p - d d t 、h c h 异构体。各组织中变化很大，其中脂肪中的 山东农业人学硕上学位论文 有机氯残留量最高，肌肉中最少。虽然意大利在1 9 7 8 年和1 9 8 8 年分别停 止了d d t 和六六六的施用，但f a s o l a 的研究结果发现，白鹭、夜鹭等水 鸟卵中仍能检测出这两类物质( f a s o l am e ta l ，1 9 9 8 ) 。1 9 9 9 年龚钟明等 人分析了太湖夜鹭卵中的有机氯农药残留情况，发现在有机氯农药禁用 2 0 年后，d d t 及其代谢物在夜鹭卵中都有不同程度的检出，其中p , p d d e 的残留水平和检出率均很高( 董元华等，2 0 0 2 ) 。同时，许多调查结果表 明，转移到鸟卵中的有机氯农药能引起卵壳变薄，使鸟类孵化成功率下降。 在英国的生态调查中发现1 7 种鸟类中的9 种卵壳厚度显著下降，下降幅 度为5 1 9 ( r a t c l i f f ed a ，1 9 6 7 ) 。几乎所有的鸟卵研究中都发现卵中 含有可检出水平的d d e ，卵中的d d e 富集水平与卵壳的变薄程度成显著 的线性相关。在美国和加拿大，为了控制害虫保护森林而喷洒的杀虫剂导 致了鱼类种群数量的下降。在加拿大的英属哥伦比亚地区，当地为防杀害 虫在林区使用6 k g h m 之的d d t ，其毒性使附近的大马哈鱼和蹲鱼数量显 著减少( c r o u t e rr ae ta 1 ，1 9 5 9 ) 。1 9 5 5 年在黄石流域、1 9 5 8 年在迈阿密， 喷施于云杉的d d t 使多个种类的数万尾鱼死亡( w a r n e rke ta 1 ，1 9 6 2 ) 。 在苏丹的b l u en i l e 河流域使用d d t 灭虫，也使许多种类的鱼死亡 ( b u r d e n ，1 9 5 6 ) 。在加利福尼亚，有机氯杀虫剂是导致1 9 6 5 1 9 6 9 年该 地区4 8 种鱼类死亡的直接原因( h u n te ge ta l ，1 9 7 0 ) 。在纽约的g e o r g e 湖流域，b u r d i c k 等发现当蹲鱼卵中富集的d d t 水平超过2 9 m g k g 一时， 蹲鱼苗的存活率就大大降低。密西根湖中的大马哈鱼苗也因d d t 的高残 留而死亡，其死亡率为1 5 - 7 3 ( j o h n s o nh ee ta l ，1 9 6 9 ) 。在该水域， d d t 在大马哈鱼卵中的残留水平为1 1 2 8 m g k g ，比苏必利湖中的鱼卵 高3 5 倍，比俄勒冈地区的鱼卵更是高出约6 0 倍。d d t 曾经广泛的在农 业和畜牧业中使用，这些污染物质一部分经由河流汇入海洋，另一部分则 挥发进入大气圈，通过水循环和大气循环慢慢的向周围地区散布开来。在 遥远的南极地区野生生物体内也发现了有机氯农药的踪迹，g e o r g e 和 f r e a r 的研究显示，在被分析的1 6 只海豹和企鹅中，有2 5 的样品检出 d d t ，而1 6 只海鸥体内均有d d t 和d d e 被检出。 1 5 2d d t 对人体的毒理学效应 d d t 是一种高残留、难降解、生物富集性很强的农药，其可通过食 徐琦峰：d d t 高效降解细菌的筛选及其降解特性研究 物链进行生物放大。生物富集是指生物个体或处于同一营养级的许多生物 种群，从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解的农药，导致生物体内 该物质的浓度超过环境中浓度的现象( 王焕校，2 0 0 0 ) 。有机氯农药可在 人体脂肪内积累，其污染人体最早的报道在1 9 4 8 年，美国从人体脂肪组 织中检测出d d t 的积累。同时，在人体乳汁和血液中也可普遍检测到有 机氯农药的存在，我国人乳中有机氯农药含量是德国、挪威等国家的十倍 左右。 d d t 还会对生物的神经系统、生殖系统、免疫系统、内分泌系统产 生影响。c o s t a b e b e r 等的研究发现，在乳腺癌患者体内乳房的脂肪组织中， d d t 的残留量明显高于对照组中d d t 的残留量( c o s t a b e b e re ta l ，2 0 0 1 ) 。 d d t 代谢物能够与人内质网结合，介导基因转录，并呈现剂量一效应关 系，在某种乳腺癌细胞中能诱导癌基因表达。c h e n 等( c h e nc we ta l ， 1 9 9 7 ) 用酵母表达报告基因系统研究发现，d d t 代谢物能够与人e r 结 合，介导l a c z 报告基因转录，并呈剂量一效应关系，而且它们与e 2 有协 同作用，在e 2 敏感的m c f 7 乳腺癌细胞中能诱导p r 基因的表达。s t u r g e o n 等研究表明，d d t 及其同类物会增加患子宫癌的危险( s t u r g e o ns re ta l ， 1 9 9 8 ；w e i d e r p a s see ta l ，2 0 0 0 ) 。高浓度的d d t 还能导致睾丸癌，尤其 在胎儿和初生婴儿时期，如果受到有机氯农药的污染危害，将会增加患睾 丸癌的机率( g u n n a rt o r te ta l ，2 0 0 4 ) ，d d t 还会导致男性生殖器官的畸 形，诸如尿道下裂及隐睾病等。同时，d d t 和其主要代谢产物d d e 是一 种环境雌激素，结构上与人体内多种激素相似，在女性表现为类雌激素作 用，在男性表现为抗雄激素作用，主要是抑制雄激素与雄激素受体的结合， 从而干扰内分泌系统的正常功能，影响机体整体细胞或分子水平的信号传 导作用，造成对机体健康和生殖功能的损害( m a n e s ss ce ta l ，1 9 9 8 ) 。己 有研究表明d d t 及其代谢产物能够影响人类精子数量和质量，导致自然 流产、怀孕率下降、女性绝经期提前和性早熟等问题。h a u s e r 等研究也 表明，p ，p d d e 导致人类精子活力下降并影响精子的正常形态( h a u s e rr e ta l ，2 0 0 2 ) 。c o o p e r 等研究了美国妇女自然绝经情况。发现在提前绝经 的妇女血清中测出的p , p d d e 含量远远高于正常绝经的妇女( c o o p e rg s e ta l ，2 0 0 2 ) 。d d t 还可经过胎盘屏障