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    生物降解農(nóng)藥殘留的研究進展

    2021-07-11 07:09:44趙小明
    中國農(nóng)學(xué)通報 2021年18期
    關(guān)鍵詞:寡糖谷胱甘肽除草劑

    王 巖,彭 強,趙小明,尹 恒

    (1中國科學(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

    中國是一個農(nóng)業(yè)大國,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,中國每年平均發(fā)生病蟲害約1.80億~1.87億hm2,對農(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,保障了農(nóng)作物產(chǎn)量大幅度增長。有報道,中國農(nóng)藥的使用量排世界第一,中國設(shè)施蔬菜農(nóng)藥平均施用量是全國農(nóng)藥平均使用量的150倍。農(nóng)藥的大量及不合理使用帶來了農(nóng)藥殘留毒性,嚴(yán)重威脅著中國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和生態(tài)環(huán)境安全,對人類健康和生存環(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,對農(nóng)產(chǎn)品安全造成了嚴(yán)重的威脅。近年來農(nóng)藥污染造成的中毒事件屢有發(fā)生,已經(jīng)成為中國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。同時研究農(nóng)藥殘留降解規(guī)律,為科技創(chuàng)新奠定堅實基礎(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,國際上主要在這方面開展研究工作,中國主要在物理技術(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,國內(nèi)外的研究主要集中在土壤及水體等環(huán)境保護領(lǐng)域[2-6],蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品中研究相對薄弱。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)濟有效途徑,這方面的研究鮮有報道。

    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,同時也在著手對農(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)藥在太陽光的直接照射下就可以發(fā)生自然降解,有機磷類農(nóng)藥是最容易被光解的。光解的機理見圖1。

    圖1 光解機理

    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催化有機磷農(nóng)藥的機理是TiO2在光的作用下,其表面產(chǎn)生電子空穴對,氧氣捕獲電子形成O2-進而形成H2O2,而空穴氧化H2O2和OH-形成·OH,·OH的強氧化能力能夠使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)降解率達到99%,異丙隆在120 min內(nèi)降解率達到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)藥的光解速率會加快[10]。

    1.2 化學(xué)降解

    化學(xué)降解可以對不同的化學(xué)官能團采用相對應(yīng)的化學(xué)試劑與其進行反應(yīng),從而達到降解農(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(甲氧基、氨基、硝基)。

    水解反應(yīng)在酸、堿作用下都可發(fā)生,因為不同的農(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)生一些酶類來進行的,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到96%。湯鳴強等[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的降解率達到65%[16]。

    微生物降解機理一是微生物產(chǎn)生具有強氧化能力的自由基,攻擊農(nóng)藥分子的橋鏈部分或者功能基團,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。這些酶在動物、細菌、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)藥進行降解。解毒酶降解農(nóng)藥殘留在很多研究中也被證實了。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天達到最高。高熳熳等[19]研究發(fā)現(xiàn)有機磷水解酶(OPH)對甲基對硫磷的降解率可達99%;對敵敵畏和喹硫磷的降解率可達82.2%~98.7%;對氧樂果、久效磷和敵百蟲的降解率可達28.1%~45.4%。

    酶降解農(nóng)藥的研究大都停留在現(xiàn)象階段,對酶降解農(nóng)藥的機制研究相對較少。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2,4-D的乙酸酯部分C2位置進行羥基化反應(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降解的機理

    圖3 EcAKR4-1降解草甘膦的機理

    有報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,表1中總結(jié)了各方法的優(yōu)點和缺點。

    表1 農(nóng)藥降解方法及其優(yōu)缺點

    1.3.2 植物降解 農(nóng)藥植物在應(yīng)對外源化學(xué)物質(zhì)時,進化形成了一套解毒機制能夠轉(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個階段,成為四相代謝[22-26]。Ⅰ相代謝,通過包括細胞色素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、對植物毒性降低;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)進行軛合作用,形成高度水溶性、對植物毒性顯著下降或無毒、移動性低的代謝產(chǎn)物,并貯存于細胞器中;Ⅲ相代謝主要是將相代謝產(chǎn)物進一步轉(zhuǎn)變?yōu)榇紊Y合物并轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)外或質(zhì)外體,進入下一步的解毒過程即階段Ⅳ,Ⅳ相代謝指轉(zhuǎn)運到質(zhì)外體的共軛物與細胞壁表面的物質(zhì)如木質(zhì)素結(jié)合[27],作為殘渣在細胞壁沉積或在液泡中的共軛物通過水解反應(yīng)進一步加工,隨后重新進入細胞質(zhì)進行再代謝[28],使其對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依賴的細胞色素P450還原酶,然后再傳遞至細胞色素P450氧化酶。細胞色素P450的過表達可以提高對除草劑的抗性[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,可以保護細胞免受活性氧和自由基傷害,以及對親電子化合物進行解毒代謝。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鏈被打斷,從而保護細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胞內(nèi)的多種親電子基團進行軛合反應(yīng)。GST催化的GSH軛合反應(yīng)參與植物體對外源有毒物質(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)運蛋白位于液泡膜,參與細胞內(nèi)毒素的轉(zhuǎn)運隔離的膜轉(zhuǎn)運蛋白家族,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)運到植物液泡的過程中,激發(fā)了液泡膜上ABC轉(zhuǎn)運蛋白。

    2 外源物質(zhì)提高植物降解農(nóng)藥殘留的主要機制

    近年來,世界各地針對降低農(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,但是針對如何促進植物體內(nèi)的農(nóng)藥降解的研究報道較少。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農(nóng)藥在體內(nèi)的代謝,油菜素內(nèi)酯(BRs)能夠促進植物體內(nèi)農(nóng)藥的代謝,褪黑素(Mel)能夠減輕農(nóng)藥對植物的毒害并促進農(nóng)藥代謝。

    2.1 安全劑促進農(nóng)藥降解代謝機制

    安全劑是一類能夠保護作物免受除草劑傷害,同時又不降低除草劑對雜草活性的化合物[35],其作用機理[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)位點之間的競爭;(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,安全劑的作用機制是通過促進作物體內(nèi)多種作用相互結(jié)合來實現(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)可以通過增強水稻中GST的表達進而提高其對氯乙酰苯胺除草劑的耐受力。除了上調(diào)GST的表達,安全劑同時也會通過提高GSH的含量來幫助植物自身加速對除草劑在體內(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)酯促進農(nóng)藥降解代謝機制

    油菜素內(nèi)酯,是一種新型植物內(nèi)源激素,具有高效、光譜、無毒特性。BRs可以增強植物對逆境的抵抗力。BRs預(yù)處理能有效降低除草劑對作物的傷害,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)藥對水稻的毒害[42]。BRs對植物脅迫響應(yīng)的調(diào)節(jié)依賴于H2O2信號[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,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、草莓中有機磷、有機氯、氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留減少了30%~70%,表明BRs能夠促進植物體內(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,同時顯著提高了CYP724B2、GSH1、GSH2、GST1、GST2、GST3、GR、ABC的表達。實驗還發(fā)現(xiàn)酶活方面在BRs濃度為0.02 μmol/L時,GST、GR的酶活力最高。但當(dāng)濃度為1 μmol/L時,GR活力恢復(fù)到對照水平?;虮磉_方面在濃度為0.02 μmol/L時,GST1、GST3、CYP724B2表達量最高,并且都是在低濃度時具有強烈的誘導(dǎo)作用,高濃度時產(chǎn)生了一定程度的抑制。BRs能夠誘導(dǎo)RBOH基因的表達,進而調(diào)控NADPH氧化酶產(chǎn)生H2O2信號,在此過程中超氧化物歧化酶活性提高促進H2O2信號的產(chǎn)生,H2O2信號進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)運蛋白的基因)的表達以及相關(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)藥降解的機理

    2.3 褪黑素促進農(nóng)藥降解代謝機制

    褪黑素在植物和動物中是一種有效的抗壓力因子。在動物中,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)移酶活性來減少藥物對動物的毒害作用[46-47]。在植物中,Mel能夠提高光合作用、碳氮代謝。Mel對應(yīng)激源的作用主要是清除活性氧和增強了抗氧化系統(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間內(nèi)降低了48%~73%。此外在對大白菜、菠菜、芹菜、黃瓜、甜瓜的實驗中也發(fā)現(xiàn)施用Mel后,多菌靈的殘留量下降了49%~54%[53]。實驗表明施用0.5 μmol/L褪黑素時,農(nóng)藥的殘留率最低,同時各項指標(biāo)最好,抗氧化酶、解毒酶活性顯著變化,相對應(yīng)的酶系基因的表達量也顯著變化。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。其機理如圖6所示。

    圖6 褪黑色素促進植物中農(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,能夠促進植物生長、提高植物的抗病性和抗逆性。據(jù)報道,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[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,并且顯著降低了68.29%的啶蟲脒殘留。殼寡糖對植物體內(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,中國提出的到2020年實現(xiàn)化肥和農(nóng)藥使用量零增長目標(biāo),并已啟動在農(nóng)業(yè)上減施化肥農(nóng)藥的雙減科研項目,相信會研究出一系列減施化學(xué)農(nóng)藥的技術(shù),但由于中國以前使用農(nóng)藥的量比較大,目前生產(chǎn)上對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)有重要的實踐意義。本文對農(nóng)藥降解的方法、植物自身的解毒途徑以及外源物質(zhì)如何促進植物體農(nóng)藥降解的機理進行了綜述,展望了寡糖可能降低農(nóng)藥殘留的作用及機理。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)問題需要進一步的研究。如:

    (1)外源化合物在進入植物體后,會因為其含有不同活性的化學(xué)結(jié)構(gòu)基團,而被植物體內(nèi)不同催化活性的靶酶識別。軛合物被運輸至液泡內(nèi)區(qū)后,否被液泡內(nèi)的其他酶類所進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)控信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制還不明確,可能與信號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行深入研究。

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

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