Особенности микробиологической трансформации пестицидов

По химическим свойствам и биодоступности пестициды - органические ксенобиотики, особенностью которых является наличие различных фрагментов в структуре молекулы, необычных для биологических соединений.

Доминирующая роль во включении пестицидов в природный круговорот веществ принадлежит гетеротрофным микроорганизмам.

Подготовительный метаболизм пестицидов сложен. На начальном этапе разложения ксенобиотиков возможны многие ферментативные реакции, но преобладают реакции окисления.

Пестициды, начальной стадией разрушения которых является гидролиз (реакции гидролиза амидов или эфиров), сравнительно быстро разлагаются в природных условиях. Более устойчивы пестициды, разрушение которых начинается с деалкилирования и дегалогенирования. В молекуле большинства пестицидов содержатся атомы хлора, связанные с ароматическими или алифатическими углеродными атомами, поэтому реакции, в результате которых удаляются атомы хлора из метаболизируемой молекулы, являются важнейшей начальной ступенью разложения пестицидов. Другие наиболее важные реакции - гидроксилирование, (3-окисление алифатической цепи, расщепление ароматического кольца, окислительное дезаминирование, О-и N-дезалкилирование, эпоксидация, окисление тиоэфиров, десульфуриза-ция, восстановление нитрогруппы и др.

Пестициды способны вступать в реакции конъюгации с различными метаболитами, что иногда приводит к образованию весьма токсичных соединений. Связывание пестицидов или их промежуточных продуктов трансформации с функциональными группами природных полимеров сопровождается образованием трудно доступных для биодеградации свя­занных остатков.

При ферментативном превращении пестицидов возможны детоксикация или инактивация пестицида с полной потерей его токсических свойств; активация, т.е. трансформация в токсичное вещество; превращение пестицида в соединение с другим спектром ингибирующих свойств; образование соединения, обладающего стимулирующим эффектом.

Громоздкие и необычные для живой природы структуры (например, молекула ДЦТ) разлагаются в результате нескольких ферментативных реакций. Деградация таких соединений монокультурой микроорганизмов сопровождается накоплением продуктов частичной трансформации их, которые разлагаются медленно или вообще не разлагаются. В природных условиях полная минерализация устойчивых пестицидов может происходить вследствие кометаболизма с более биодоступными соединениями и воздействия смешанных популяций микроорганизмов.

Иногда в процессе биотрансформации образуются продукты, более токсичные для микроорганизмов, чем исходные соединения, в связи с чем ско­рость каждой последующей стадии превращений (например, пропанид —> ДХА -> дихлорпирокатехин или 2,4Д - 2,4-дихлорфенол -> дихлорпирокатехин) снижается. Возможно образование продуктов, токсичных и для рас­тений. Например, образующееся при разложении гербицида тиобенкарба дехлорированное производное з-бензил-диэтилтиокарбамат подавляет рост риса. Во избежание этого тиобенкарб применяют в комбинации с метоксифеноном, ингибитором дехлорирующего фермента микроорганизмов.

Гидролитической активностью в отношении карбаматов обладают бак­терии pp. Pseudomonas, Arthrobacter, а также дрожжи и плесневые грибы Penicillium piscarium, Pullularia pullulans.

Широко применяемые гербициды фенурон, монурон, диурон, линурон относятся к производным мочевины.

Эти гербициды разлагаются бактериями pp. Pseudomonas, Xantomonas, tarcina, Bacillus и грибами pp. Penicillium и Aspergillus в результате реак-шй деметилирования, дезаминирования и декарбоксилирования или гид-юксилирования в кольце. В отличие от исходного препарата образующиеся продукты менее токсичны или вообще неактивны.

Химический гидролиз хлортриазинов протекает в почве быстрее, чем разложение микроорганизмами. Дальнейшая деградация происходит в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Продукты гидролиза не обладают свойствами гербицидов, однако при микробном разложении возможно образование токсичных продуктов, обладающих сильными герби-цидными свойствами.

Плесневый гриб Phanerochaete chrysosporium участвует в элиминации гербицида атразина, вовлекая его в реакции связывания с почвенным орга­ническим веществом.