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微生物是土壤降解和转化的主要生物类群。烟碱类农药吡虫啉的施用方式不同造成其代谢物活性不同从而影响其药效。本文用纯培养微生物转化烟碱类农药噻虫啉和氯噻啉，分析这些农药的代谢物及其对生物活性的影响，发现农药的代谢类型和产生的不同代谢物，与农药杀虫效果及施用方式有着密切的相关性。
1.采用静息细胞转化的方法从土壤和菌种库中筛选出了能不同程度转化噻虫啉的菌株12株，其中，从土壤来源的能够转化吡虫啉的菌株嗜麦芽糖寡养单胞菌转化能力最高，能够将噻虫啉转化为一个极性更大的化合物，转化样品经HPLC-MS分析，初步证明该极性更大的转化产物为噻虫啉的羟基化衍生物。
S.maltophilia菌株发酵条件研究结果表明，培养基的成分对菌株的羟基化酶活性影响不显著，可溶性淀粉可提高菌株的活性，而柠檬酸等则抑制了菌株的羟基化能力。最高羟基化酶活性出现在对数生长期中期。对菌株转化条件的研究结果表明：该羟基化酶受碳源的影响较大，添加葡萄糖、蔗糖等能显著提高转化产物的生成，而苹果酸、柠檬酸、琥珀酸等物质则会抑制羟基化酶的活性。添加5％的葡萄糖的转化活性较对照组提高了近6倍，而苹果酸等则抑制了近1倍。最适羟基化酶的pH为6.5。底物最适浓度为0.16‰，温度对转化的影响不是很大，室温温度最好，35℃以上则会使酶的活性受到影响。转化48h菌株转化活力最强。P450酶的抑制剂PBO对菌株羟基化的活性有显著的抑制作用，添加浓度为0.1、0.5和1mmo1/L的PBO时，羟基化酶活性分别被抑制18％、40％和51％，说明羟基化酶可能属于P450酶系。
采用5L发酵罐进行S.maltophilia的发酵和转化研究，实验结果表明，转化48h时，转化液中转化产物的含量可达到30mg/L，采用二氯甲烷萃取两次后，大部分底物被去除，用同等比例的乙酸乙酯萃取水相中的产物，产物浓度达70％，经制备型HPLC分离得到纯度为94.6％的羟基化产物。晶体经质谱、紫外光谱、红外光谱、核磁共振光谱等分析，确认其结构为4-羟基-噻虫啉。
化学修饰的方法研究表明，羟基噻虫啉在水溶液中的稳定性差，随着溶液pH的升高，反应越快。在0.005M的NaOH溶液中100℃加热100min，羟基噻虫啉被完全水解。产物用正丁醇萃取提纯后，经MS、紫外吸收光谱、红外吸收光谱和核磁共振光谱等分析确认为4-酮基-噻虫啉胺。该化合物为首次报导。
2.从土壤和菌种库中筛选对氯噻啉有转化作用的菌株，筛选结果表明土壤中也存在一些菌株能对氯噻啉进行转化，而S.maltophilia同样对氯噻啉具有较高的转化活性。且在250nm的紫外吸收波长下，检测到两个极性更大的转化产物，转化产物1和转化产物2。
对S.maltophilisCGMCC1.1788菌株转化条件研究结果表明，酶活性受通气量影响较大，摇瓶装液量越少，酶活性越高。转化的最适温度、最适pH等和转化噻虫啉时相同，都为25℃和pH6.5。最适底物浓度为0.2‰。PBO抑制剂实验也证明其能够抑制反应活性。在1mM的PBO浓度下，脱氢和羟基化反应的活性分别被抑制了32％和56％。
采用5L发酵罐进行S.maltophilis的发酵和转化研究，结果表明，转化72h后，转化液中羟基化转化产物含量达到130mg/L。采用二氯甲烷萃取两次后，大部分底物被去除，用同等比例的乙酸乙酯萃取留在水相中的产物，得到产物浓度60％左右的浓缩液，经过TLC薄板分离后，产物浓度提高至80％，后经制备型HPLC分离得到两个产物，纯度分别为98.1％和97.8％，产物晶体经MS、紫外吸收光谱、红外光谱和核磁共振光谱分析后，确认产物1为烯式氯噻啉、产物2为羟基氯噻啉。且羟基的位置确认在分子结构的11位C原子上。
对羟基氯噻啉进行化学修饰，结果表明，羟基氯噻啉能在酸性溶液加热的条件下迅速转化成另一个物质，该物质用乙酸乙酯的方法提取结晶后，经鉴定即为烯式氯噻啉。在水中和碱性溶液中，加热都不能使羟基氯噻啉发生反应。
用产物作为底物的方法，分别以烯式氯噻啉和羟基氯噻啉作为底物，用S.maltophilia转化，结果表明，它们都不能被S.maltophilia转化生成对方，说明它们是由S.maltophilia转化氯噻啉独立生成的产物。
3.噻虫啉及得到的两个衍生物和氯噻啉及得到的两个衍生物的生物活性测试研究结果表明，噻虫啉和羟基噻虫啉对蚕豆蚜的半致死浓度分别为0.01ppm和1.56ppm，羟基噻虫啉的活性比噻虫啉本身低了两个数量级，4-酮基-噻虫啉胺的半致死浓度更是超过了4ppm，基本已没有活性。而氯噻啉的两个衍生物对蚕豆蚜的活性比氯噻啉本身只低了一倍，仍然保持一定的活性。烯式氯噻啉、羟基氯噻啉和氯噻啉对蚕豆蚜的半致死浓度分别为0.29、0.67和0.15ppm；而且，烯式氯噻啉在抑制蚕豆蚜成蚜产蚜方面有较好的效率。烯式氯噻啉对蚕豆蚜的产蚜抑制率达到65％，而氯噻啉对蚕豆蚜的产蚜抑制率在48％左右。对孑孓生物活性测试结果显示，氯噻啉、羟基氯噻啉和烯式氯噻啉对孑孓的半致死浓度分别为0.45、0.68和0.52ppm，生物活性相近。对褐飞虱的生物活性测试结果显示，氯噻啉和烯式氯噻啉对褐飞虱的半致死浓度分别为0.77和1.63ppm，羟基氯噻啉则超过了4ppm。所以，不同农药产生的代谢物，其杀虫效果是不一样的。生物测试活性表明噻虫啉的两个衍生物活性显著降低，而氯噻啉的两个产物则仍保持相当的活性，从代谢物活性的角度阐释了噻虫啉只注册为叶面喷施而土壤施用效果不好是由于土壤中的微生物容易将噻虫啉降解为活性差的物质而失去药效。另一方面，氯噻啉作为国内创制的第三代新烟碱类农药，其施用方式以叶面喷施为主但药效持久，从其代谢物的活性角度可以推断药效持久是归因于氯噻啉生成的代谢物仍然存在一定的活性，且具有抑制害虫繁殖等其它新的活性。而且，由于氯噻啉的代谢物具有一定的生物活性和新颖的活性功能，其施用方式可以更加广泛，土壤施用和浸种等方式都可以被应用。因而本论文的结果为农药的施用方式及药效持久等提供了代谢物活性方面的理论依据并且对其实际的施用方式具有一定的指导价值。
综上所述，本论文证明土壤来源的微生物S.malotophilia能够转化噻虫啉和氯噻啉生成各自的代谢产物羟基噻虫啉以及烯式氯噻啉和羟基氯噻啉。首次在纯培养微生物中研究了噻虫啉和氯噻啉的部分代谢途径，并且研究了氯噻啉在嗜麦芽糖寡养单胞菌中的代谢顺序情况。确定了代谢物羟基噻虫啉和羟基氯噻啉的羟基位置，4-酮基-噻虫啉胺和羟基氯噻啉为首次报导的化合物。并对S.maltophilia的转化条件进行了初步研究。通过对代谢物的生物活性和农药本身的活性比较，提出代谢物的活性和施用方式有着密切的联系从而能够对农药的正确施用具有一定的指导意义。