综述：微生物群落相互作用与农药的生物修复：关于设计、机制及效果的综述

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综述：微生物群落相互作用与农药的生物修复：关于设计、机制及效果的综述

时间：2026年1月31日

来源：Pesticide Biochemistry and Physiology

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农药污染土壤的微生物群落修复研究综述，探讨单菌种与多菌种协同降解机制，分析合成生物学、机器学习优化菌群设计，提出可持续发展目标导向的未来研究方向。

苏拉比·苏曼·帕特尔（Surabhi Suman Patel）| 塔努·什里（Tanu Shree）| 阿什瓦尼·库马尔（Ashwani Kumar）

印度北方邦普拉亚格拉杰（Prayagraj 211002）阿拉哈巴德大学（Allahabad University，一所中央大学）植物学系，宏基因组学与秘密组学研究实验室。

摘要

由于农业系统中广泛使用农药来控制害虫和疾病，生态系统和人类健康面临着严重风险。微生物联合体（MicroCons）的使用已成为修复受农药污染土壤的一种有前景的解决方案，为物理和化学方法提供了可持续且环保的替代方案；然而，目前还缺乏关于这一方面的系统综述。本综述深入分析了基于微生物联合体的农业土壤农药修复技术的现有知识，探讨了单一菌株与多菌株联合体在农药降解中的作用及工作负载分配。同时，我们也讨论了微生物联合体的设计与优化方法，强调了先进工具的作用及其作用机制。此外，还涵盖了该领域的新兴趋势和未来发展方向，包括合成生物学、机器学习（ML）和人工智能（AI）的潜力。本综述旨在扩展对微生物介导的修复策略如何降低农药的植物毒性、提高受农药胁迫土壤中的作物产量的理解，并为基于微生物联合体的修复研究实践提供启示，以实现可持续发展目标（SDGs）。

章节摘录

引言与背景

在过去20年中，有机和可持续农业逐渐流行起来，但全球仍主要依赖农药和其他化学方法来控制作物害虫以提高农业产量。为了应对各种非生物和生物威胁，农用化学品的使用在全球范围内不断扩张。最常用的农药是除草剂（71.4%）、杀虫剂（18.2%）和杀菌剂（10.4%）（Tudi等人，2021年；Elumalai等人，2025年）。

全球农药的持续使用、消费与生产概况

全球农药的消费情况及其对环境的影响令人担忧。自古以来人们就使用农药，最初使用的是硫磺和汞等天然化合物来防治害虫（Maino等人，2023年）。20世纪发明的合成化学物质（如DDT）在二战期间被广泛用于抗击斑疹伤寒和疟疾，标志着现代农药使用的开始（Jarman和Ballschmiter，2012年；Matthews，2014年；Zhou等人，2025年）。

识别受植物基因型调控的微生物群落以减轻农药污染

根际微生物组在促进植物健康和改变根际微生物活性方面发挥着重要作用，这对推动可持续农业实践至关重要（Verma等人，2025年）。因此，要充分利用根际微生物组促进植物生长和改善环境，必须了解不同的根际分泌物及其与根际微生物群的相互作用。发展可持续的农业生态系统需要...

单一菌株与基于微生物联合体的修复方法的应用

在所有生物修复方法中，利用细菌和真菌分离株的微生物修复是一种基于自然的解决方案，因其具有生产表面活性剂、积累重金属和降解烃类化合物的能力而具有价值（Liu等人，2023年）。然而，单一微生物菌株的代谢负担限制了其多功能性。由于资源有限，微生物菌株无法同时执行多种功能（Thamaraiselvi等人，2025年）。

设计用于农药降解的微生物联合体

目前，许多具有农药降解潜力的生物的基因组序列已被测序，通过功能宏基因组学方法可以识别参与这一过程的关键基因（Malla等人，2022a、2022b、2022c）。通过这种方法，我们可以检测到编码降解有毒农药分子的酶的基因，并利用多组学研究预测...

降解机制

农药的性质及其现有的降解途径和酶种类会影响生物降解的效率。由于这些因素，某些农药的降解速度比其他农药更快（Wei等人，2025年；Qin等人，2025年）。拟除虫菊酯、阿特拉津、1,3-二氯丙烯和甲氧基氯丙烯的降解速度比三硝基甲苯（TNT）、五氯苯（PCP）和多氯联苯（PCBs）更快（Dou等人，2020年；Hodoșan等人，2023年）。微生物联合体可以直接...

整合先进工具以优化利用微生物的农药降解

物理化学处理方法的局限性（如高成本和副产物的产生）限制了其有效修复废水的能力。生物降解是一种可持续、经济且节能的方法，可用于从环境中去除新的有机污染物（Firincă等人，2025年）。许多研究正在探索“组学”技术，以期找到更有效的农药污染物生物修复方法。

结论、挑战与未来展望

对于所有农药和地点而言，使用相同的方法/技术进行现场农药降解效果并不均匀，因为它们具有不同的化学结构和降解中间产物及最终产物。有必要开发新的技术，利用微生物的能力来消除环境污染物，这些技术应具备成本效益、环保性和适应性。微生物联合体由于具有多种功能，为农药污染的生物修复带来了显著优势...

作者贡献声明

苏拉比·苏曼·帕特尔（Surabhi Suman Patel）：撰写原始草稿。 塔努·什里（Tanu Shree）：撰写原始草稿。 阿什瓦尼·库马尔（Ashwani Kumar）：审稿与编辑。

伦理审批

不适用。

未引用的参考文献

Abdul Rahman等人，2021年 Ahmad等人，2022年 Alori和Babalola，2018年 Alori等人，2024年 Chen等人，2023a Chen等人，2023b Gautam等人，2023年 Huang等人，2016年 Isaac等人，2015年 Jariyal等人，2018年 Jaspal等人，2023年 Jokhakar和Dudhagara，2022年 Kande等人，2024年 Kipgen等人，2024年 Kumar和Dubey，2020年 Kumari和Das，2023年 Lin等人，2022年 Parveen和Ghosh，2025年《欧洲的农药》，2026a 《欧洲的农药》，2026b Raj和Kumar，2022年 Rodríguez等人，2022年图2的来源：