第一節(jié) 農(nóng)藥降解酶 行業(yè) 產(chǎn)業(yè)鏈概述

農(nóng)藥降解酶 行業(yè) 產(chǎn)業(yè)鏈簡(jiǎn)圖

第二節(jié) 農(nóng)藥降解酶上游 行業(yè) 發(fā)展?fàn)顩r 分析

有機(jī)磷農(nóng)藥降解微生物的篩選方法較多，目前最常用的方法是從長(zhǎng)期遭受農(nóng)藥污染的土壤或水體中采集樣品，經(jīng)富集培養(yǎng)、平板劃線等操作，分離得到單菌落；然后經(jīng)馴化培養(yǎng)，或紫外化學(xué)誘變等方法獲取高效降解菌株；或通過細(xì)胞工程、基因工程等技術(shù)手段構(gòu)建工程菌株。目前已經(jīng)分離出多種有機(jī)磷農(nóng)藥降解微生物，包括細(xì)菌、真菌、放線菌和藻類等。其中，以細(xì)菌的種類最多。且根據(jù)資料顯示，有機(jī)磷農(nóng)藥降解細(xì)菌大多屬于假單胞菌屬，如假單胞菌可降解甲胺磷、對(duì)硫磷、甲基對(duì)硫磷、馬拉硫磷、敵敵畏以及甲拌磷等多種農(nóng)藥，表明假單胞菌在農(nóng)藥降解中占有重要地位；真菌也具有卓越的農(nóng)藥降解能力，如青霉屬真菌可降解對(duì)硫磷、馬拉硫磷、地蟲磷以及敵百蟲等多種農(nóng)藥；藻類降解有機(jī)磷農(nóng)藥的 研究 報(bào)道較少，但藻類的農(nóng)藥降解能力正在日益引起人們的重視，如小球藻可有效地去除污水中的有機(jī)物質(zhì)，包括農(nóng)藥、烷烴、酚類以及鄰苯二甲酸酯等，且小球藻還含有豐富的葉綠素、葉黃素和其他類胡蘿卜索、豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素以及必需氨基酸等。

第三節(jié) 農(nóng)藥降解酶下游 行業(yè) 發(fā)展情況 分析

一、下游主要 行業(yè) 發(fā)展情況 分析

（一）下游主要 行業(yè) 發(fā)展概述

1、我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展概述

2009年，雖然北方地區(qū)，特別是吉林省和內(nèi)蒙自治區(qū)發(fā)生了歷史罕見的旱情，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，受旱面積大，高峰時(shí)受旱農(nóng)作物面積達(dá)到1.5億畝，且主要發(fā)生在糧食產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，重旱區(qū)的糧食生產(chǎn)受到較大的影響。但是，2009年糧食播種面積增加較多，特別是玉米、水稻等高產(chǎn)作物播種面積增加明顯。比較而言，南方地區(qū)雖然也發(fā)生了較為嚴(yán)重的旱情，但主要發(fā)生在丘陵山區(qū)的旱地和非糧食主產(chǎn)區(qū)，持續(xù)時(shí)間短，受旱面積小，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響相對(duì)較小。受到國(guó)家惠農(nóng)支農(nóng)政策措施的激勵(lì)，2009年農(nóng)民發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的積極性普遍很高。

2009年，全國(guó)夏糧產(chǎn)量12335萬(wàn)噸，比上年增產(chǎn)260萬(wàn)噸，增長(zhǎng)2.2%，連續(xù)6年增產(chǎn)。多數(shù)省份秋糧增產(chǎn)。全年糧食有望獲得好收成，連續(xù)6年保持增產(chǎn)。據(jù)農(nóng)業(yè)部農(nóng)情調(diào)查，夏收油菜籽總產(chǎn)1300萬(wàn)噸以上，創(chuàng)歷史新高。同時(shí)，全年生豬、禽蛋、奶類、水產(chǎn)品等呈現(xiàn)出穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢(shì)。

我國(guó)生產(chǎn)規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)。20世紀(jì)80年代中期以來，特別是90年代，隨著全國(guó)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐的加快和人們生活水平的提高，蔬菜生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大。據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)瓜菜播種面積在上世紀(jì)80年代年均增長(zhǎng)近10%，90年代年均增長(zhǎng)14.5%，本世紀(jì)前7年平均增長(zhǎng)1.9%，到2007年達(dá)到2.94億畝，總產(chǎn)量6.41億噸。其中，蔬菜2.6億畝，5.65億噸，人均占有量427公斤。設(shè)施蔬菜發(fā)展更快，1980年設(shè)施蔬菜不足10萬(wàn)畝，到2007年達(dá)到5050多萬(wàn)畝，增長(zhǎng)504倍。另?yè)?jù)fao統(tǒng)計(jì)，2006年我國(guó)蔬菜產(chǎn)量占世界的49.6%，居世界第一。

供應(yīng)狀況明顯改善。隨著交通運(yùn)輸狀況的改善和全國(guó)鮮活農(nóng)產(chǎn)品“綠色通道”的開通，依托氣候、區(qū)位優(yōu)勢(shì)，沿路、沿海、沿邊建立規(guī)模蔬菜生產(chǎn)基地，逐步向優(yōu)勢(shì)區(qū)域集中，華南、長(zhǎng)江上中游冬春蔬菜基地和黃土高原、云貴高原夏秋蔬菜基地穩(wěn)步發(fā)展，設(shè)施蔬菜特別是節(jié)能日光溫室快速增長(zhǎng)，形成大生產(chǎn)、大市場(chǎng)、大流通的格局，使我國(guó)冬春和夏秋淡季蔬菜消費(fèi)，由過去的有什么吃什么變?yōu)槌允裁从惺裁?，緩解了供需矛盾，基本?shí)現(xiàn)了周年均衡供應(yīng)。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，2007年蔬菜播種面積列前10位的省區(qū)（由大到小的順序依次為山東、河南、河北、廣東、四川、江蘇、湖南、廣西、湖北、安徽）播種面積都在1000萬(wàn)畝以上，共計(jì)1.68億畝，占全國(guó)的64.6%；產(chǎn)量共計(jì)3.86億噸，占全國(guó)的68.4%。

2、環(huán)境保護(hù) 行業(yè) 發(fā)展

1990年以來，全球污水處理表觀消費(fèi)量以年均6%的速度增長(zhǎng)，而九十年代的十年間，我國(guó)污水處理表觀消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率達(dá)到17.73%，是世界年均增長(zhǎng)率的2.9倍。進(jìn)入二十一世紀(jì)，我國(guó)污水處理產(chǎn)業(yè)高速增長(zhǎng)。2000年—2004年，我國(guó)污水處理消費(fèi)量從188萬(wàn)噸增長(zhǎng)到447萬(wàn)噸，增加了2.3倍，年平均增長(zhǎng)率在27%以上。其中，2001年，我國(guó)污水處理表觀消費(fèi)量達(dá)到225萬(wàn)噸，超過美國(guó)成為世界第一污水處理消費(fèi)大國(guó)。同時(shí)，污水處理進(jìn)口也大幅度增加。1998年，我國(guó)污水處理進(jìn)口100萬(wàn)噸，由此成為世界上最大的污水處理進(jìn)口國(guó)。2004年與1998年比，污水處理進(jìn)口增長(zhǎng)幅度年均達(dá)到27.14%。預(yù)計(jì)2005年，中國(guó)污水處理表觀消費(fèi)量將達(dá)到500萬(wàn)噸，進(jìn)口仍將保持在300萬(wàn)噸左右。

伴隨著污水處理市場(chǎng)的快速發(fā)展，我國(guó)污水處理產(chǎn)量也結(jié)束了長(zhǎng)期徘徊的局面，實(shí)現(xiàn)了高速增長(zhǎng)。我國(guó)污水處理產(chǎn)量從2000年的46萬(wàn)噸增長(zhǎng)到2004年的236萬(wàn)噸，年平均增長(zhǎng)率在82.6%，占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的比重也由2000年的24.47%提高到2004年的52.80%。而同期，世界污水處理產(chǎn)量則僅以6%左右的速度增長(zhǎng)。

從總體上看，我國(guó)污水處理正在經(jīng)歷由規(guī)模小、水平低、品種單一、嚴(yán)重不能滿足需求到具有相當(dāng)規(guī)模和水平、品種質(zhì)量顯著提高和初步滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的深刻轉(zhuǎn)變，污水處理需求將逐步實(shí)現(xiàn)自給。

二、下游主要 行業(yè) 對(duì)農(nóng)藥降解酶的應(yīng)用現(xiàn)狀 分析

（一）環(huán)境污染監(jiān)測(cè)

有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶制劑可以水解廣泛的有機(jī)磷化合物，釋放出容易檢測(cè)的硝基酚、氟化物或氫離子，國(guó)外現(xiàn)在已經(jīng)基于OPH開發(fā)了光學(xué)、電勢(shì)計(jì)和安培計(jì)生物傳感器，可以快速、敏感、有選擇性地直接檢測(cè)有機(jī)磷化合物。

（二）有機(jī)磷污染物的脫毒

固定化有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶制劑，制成的酶反應(yīng)器已用于用于污水處理中，可以重復(fù)使用，而且避免極端條件下酶變性。用于土壤異位修復(fù)中可避免土壤吸附、失活以及水解蛋白的微生物降解。

第四節(jié) 上、下游 行業(yè) 對(duì)農(nóng)藥降解酶 行業(yè) 發(fā)展的影響 分析

農(nóng)藥降解酶上游的降解酶菌株產(chǎn)品的供應(yīng)情況會(huì)影響農(nóng)藥降解酶產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，若菌株的開發(fā)進(jìn)度延后，則有可能影響農(nóng)藥降解酶產(chǎn)品的研發(fā)速度，同時(shí)菌株的開發(fā)成本過高，則可能提升農(nóng)藥降解酶產(chǎn)品的成本壓力，農(nóng)藥降解酶公司應(yīng)通過適當(dāng)調(diào)整產(chǎn)品售價(jià)，加大研發(fā)力度，降低產(chǎn)品成本等措施用以減輕成本上升的壓力。

第五節(jié) 農(nóng)藥降解酶基本生產(chǎn)技術(shù)、工藝或流程

微生物降解有機(jī)磷農(nóng)藥殘留常見的作用方式有3種：(1)礦化作用：指微生物將有機(jī)磷農(nóng)藥作為生長(zhǎng)基質(zhì)利用，完全將有機(jī)磷農(nóng)藥分解成為PO43-、NH3、CO2和H2O等無(wú)機(jī)物的過程。盡管礦化作用是清除農(nóng)藥殘毒的理想方式。但 研究 表明自然界中此類微生物的種類和數(shù)量還很少。(2)共代謝作用：指微生物在有其可利用的生長(zhǎng)基質(zhì)存在時(shí)，對(duì)其原來不能利用的有機(jī)磷農(nóng)藥也可分解代謝的現(xiàn)象。共代謝反應(yīng)中產(chǎn)生的既能代謝轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)基質(zhì)又能代謝轉(zhuǎn)化有機(jī)磷農(nóng)藥的非專一性酶。是微生物共代謝反應(yīng)的關(guān)鍵。(3)種間協(xié)同代謝：指同一環(huán)境中的幾種微生物聯(lián)合代謝某種有機(jī)磷農(nóng)藥。

第六節(jié) 農(nóng)藥降解酶新技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用情況

2006年3月14日，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù) 研究 所主持完成、由國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目支持的“有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶制劑的研制”項(xiàng)目成果通過了專家鑒定。受農(nóng)業(yè)部科教司委托，中國(guó)農(nóng)科院科技局袁學(xué)志副局長(zhǎng)主持了鑒定會(huì)，科技部生物技術(shù)發(fā)展中心王德平處長(zhǎng)，中國(guó)農(nóng)科院翟虎渠院長(zhǎng)、范云六院士以及我院生物技術(shù)所的領(lǐng)導(dǎo)和有意受讓該項(xiàng)成果的企業(yè)負(fù)責(zé)人等參加了鑒定會(huì)。

由金鑒明院士等專家組成的鑒定委員會(huì)，認(rèn)真聽取了課題主持人伍寧豐 研究 員的技術(shù)報(bào)告，仔細(xì)審閱了相關(guān)技術(shù)資料，一致認(rèn)為:

1、該 研究 從被污染的土壤中篩選了一株能夠降解多種有機(jī)磷農(nóng)藥的細(xì)菌C2-1，經(jīng)鑒定為假產(chǎn)堿假單胞菌（Pseudomonaspseudoalcaligenes），分離純化了其分泌的有機(jī)磷降解酶OPHC2，此酶具有優(yōu)良的酶學(xué)性質(zhì)。

2、從篩選到的有機(jī)磷降解菌中克隆了有機(jī)磷降解酶的編碼基因ophc2，其核苷酸序列與已發(fā)表的同類基因相比最高同源性只有46.4%，表明是一個(gè)新的有機(jī)磷降解酶基因，具有自主獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)。此基因已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利。

3、本 研究 在國(guó)際上首次成功地利用畢赤酵母(Pichiapastoris)來高效表達(dá)有機(jī)磷降解酶，可通過高細(xì)胞密度發(fā)酵低成本生產(chǎn)有機(jī)磷降解酶制劑。其優(yōu)勢(shì)在于：(1)高效表達(dá)，有機(jī)磷降解酶的表達(dá)量達(dá)到6g/L，酶活性為1.6X104U/mL發(fā)酵液，這是國(guó)內(nèi)外目前報(bào)道的有機(jī)磷降解酶最高的表達(dá)量。(2)表達(dá)有機(jī)磷降解酶的重組畢赤酵母具有良好的安全性，無(wú)抗藥性標(biāo)記，培養(yǎng)過程中不分泌有毒物質(zhì)和熱源。(3)利用分泌表達(dá)載體使有機(jī)磷降解酶成功分泌到胞外，簡(jiǎn)化了酶的后加工工藝，降低了成本。上述工藝技術(shù)已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利。

4、在中試水平上(3噸發(fā)酵罐)確立了利用基因工程酵母菌生產(chǎn)有機(jī)磷降解酶的穩(wěn)定的發(fā)酵工藝，其發(fā)酵方法簡(jiǎn)單易行，發(fā)酵原料易得，技術(shù)指標(biāo)優(yōu)越，產(chǎn)率高，為下一步的有機(jī)磷降解酶的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。

5、重組畢赤酵母表達(dá)的有機(jī)磷降解酶具有良好的酶學(xué)性質(zhì)，最適反應(yīng)溫度為65℃，最適反應(yīng)pH為9.0。有機(jī)磷降解酶的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)多種有機(jī)磷農(nóng)藥制劑和軍用神經(jīng)毒劑均具有明顯的降解效果，其中對(duì)甲基對(duì)硫磷和氧化樂果的降解率達(dá)到95%以上，具有很好的應(yīng)用潛力。

鑒定委員會(huì)專家一致認(rèn)為，該項(xiàng)目 研究 方法科學(xué)合理、技術(shù)路線正確、資料齊全、數(shù)據(jù)可信，思路嚴(yán)謹(jǐn)清晰，實(shí)驗(yàn)扎實(shí)細(xì)致，成績(jī)出色顯著，該成果居國(guó)際領(lǐng)先水平。這項(xiàng)擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)科研創(chuàng)新成果，結(jié)合理論與實(shí)踐，結(jié)合前瞻性 研究 與解決國(guó)計(jì)民生問題，并從解決食品安全延伸擴(kuò)大到解決生態(tài)環(huán)境安全，對(duì)我國(guó)食品安全和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有巨大的應(yīng)用前景。

第七節(jié) 農(nóng)藥降解酶國(guó)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前已從不同的微生物中分離到各種有機(jī)磷農(nóng)藥降解基因。下表列出了近年來國(guó)內(nèi)外報(bào)道的幾種有機(jī)磷農(nóng)藥降解基因的情況。

有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶基

OPH及OPDA由于具有廣泛的底物范圍和極高的催化效率，是至今最有應(yīng)用前景的有機(jī)磷降解酶。1985年Serdar等倒首次嘗試在大腸桿菌中表達(dá)有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶，表達(dá)產(chǎn)物雖具有生物學(xué)活性，但表達(dá)量還未到原始天然菌株的十分之一。隨后1989年Serdar等他們又將此酶基因前的SD序列及信號(hào)肽編碼序列去除后再在大腸桿菌中表達(dá)，表達(dá)量有所提高，Cheng等之后又從Alteromonassp中克隆到一個(gè)有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶編碼基因，并在在大腸桿菌中嘗試表達(dá),OhshiroK從Arthrobactersp．B-5中分離到有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶基因OPH，也在大腸桿菌中嘗試表達(dá)，Richins等將脂蛋白(Lpp)的信號(hào)序列的前九個(gè)氨基酸連到外膜蛋白(OmpA)的跨膜區(qū)，構(gòu)建成Lpp—OmpA基因融合系統(tǒng)，將OPH展示定位到Ecoli的表面。表面表達(dá)OPH的細(xì)胞可有效水解對(duì)硫磷和對(duì)氧磷，而不受細(xì)胞膜擴(kuò)散限制。比胞內(nèi)同樣OPH表達(dá)水平的細(xì)胞水解活性高7倍表面表達(dá)OPH的培養(yǎng)物有很長(zhǎng)的貨架壽命，在沒有任何營(yíng)養(yǎng)源的緩沖液中一個(gè)月仍保持100％的活性將非生長(zhǎng)的細(xì)胞通過簡(jiǎn)單吸附固定到非織物聚丙烯材料上，可有效、快速水解近100％的對(duì)氧磷、二嗪磷、蠅毒磷和甲基對(duì)硫磷，此方法把細(xì)胞培養(yǎng)與細(xì)胞固定和解毒過程分開，培養(yǎng)后不需無(wú)菌環(huán)境，為建立有效、簡(jiǎn)單、廉價(jià)的有機(jī)磷化合物脫毒技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

此外。天然菌株中的有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶，大多對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥的降解率較低或作用較慢，不能達(dá)到期望的效果，可以通過基因工程或蛋白質(zhì)工程的辦法，改造降解酶的催化活性。OPH的254和257位組氨酸殘基位于每個(gè)單體雙金屬活性位點(diǎn)的附近，這些殘基決定了活性位點(diǎn)與底物的相互作用。Sioudi等利用基因工程技術(shù)定點(diǎn)改造OPH，產(chǎn)生的突變體H254R、H257L、H254R／H257L的每個(gè)活性位點(diǎn)只含有一個(gè)金屬離子，改變后的酶對(duì)內(nèi)吸磷(demeton)(P-S健)的水解作用提高了2～30倍，而對(duì)二異丙基氟磷酸(P-F鍵)水解作用下降，H257L和H254R／H257L突變體對(duì)NPPMP(soman的類似物)水解能力分別提高了11倍和18倍。這些結(jié)果表明，通過對(duì)H254和／或H257位點(diǎn)的定點(diǎn)修飾可以改變OPH對(duì)底物的專一性．這意味著對(duì)金屬含量要求的改變?cè)黾恿嗣阜肿咏Y(jié)構(gòu)的靈活性，使得大底物易進(jìn)入到活性位點(diǎn)，同時(shí)降低對(duì)小底物的催化效率，從而改變了酶的催化特性。另外，酶的隨機(jī)改造也被應(yīng)用于改變OPH水解活性。Cho等為提高OPH對(duì)某些底物的活性。采用DNAshuffling技術(shù)篩選到幾個(gè)突變體，其中之一22A11水解甲基對(duì)硫磷活性比野生型提高了25倍。

第八節(jié) 農(nóng)藥降解酶技術(shù)開發(fā)熱點(diǎn)、難點(diǎn) 分析

有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶在原始天然菌株中含量太低，難以大量生產(chǎn)、生產(chǎn)成本高昂。應(yīng)用有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶制劑就必須解決一個(gè)關(guān)鍵性的問題——如何工業(yè)化廉價(jià)生產(chǎn)有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶制劑．這也是目前商品化生產(chǎn)的有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶產(chǎn)品及在生產(chǎn)實(shí)踐上推廣應(yīng)用的關(guān)鍵原因。近年來隨著分子生物學(xué)及基因工程的發(fā)展，為有機(jī)磷降解酶制劑的基因工程大規(guī)模廉價(jià)生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，人們?cè)噲D構(gòu)建高效生物反應(yīng)器來提高有機(jī)磷農(nóng)藥降解酶的表達(dá)量。

第九節(jié) 農(nóng)藥降解酶未來技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥降解微生物的 研究 已相當(dāng)廣泛，但有機(jī)磷農(nóng)藥的生物降解仍然存在種種不穩(wěn)定性，導(dǎo)致真正用于實(shí)際生產(chǎn)的并不多見。根據(jù)當(dāng)前的 研究 現(xiàn)狀，以下幾方面將成為 研究 重點(diǎn)：

1、進(jìn)一步分離篩選有機(jī)磷農(nóng)藥降解微生物，加強(qiáng)生理生化與分子生物學(xué)鑒定工作，構(gòu)建菌種庫(kù)。

2、深入了解有機(jī)磷農(nóng)藥微生物降解機(jī)理，結(jié)合色譜和質(zhì)譜技術(shù) 分析 農(nóng)藥代謝途徑。

3、加強(qiáng)有機(jī)磷降解酶的酶學(xué)性質(zhì)以及應(yīng)用 研究 ，逐步解決酶在實(shí)際生產(chǎn)中的瓶頸問題，優(yōu)化發(fā)酵工藝，提高酶穩(wěn)定性。

4、通過細(xì)胞工程、基因工程等技術(shù)手段，構(gòu)建工程菌株，拓寬降解譜，提高降解能力。

5、開展環(huán)境評(píng)估工作， 分析 降解微生物的生態(tài)行為，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

免責(zé)申明：本文僅為中經(jīng)縱橫 市場(chǎng) 研究 觀點(diǎn)，不代表其他任何投資依據(jù)或執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)行為。如有其他問題，敬請(qǐng)來電垂詢：4008099707。特此說明。