Nghiên cứu tuyển chọn các chủng vi khuẩn đất phân hủy tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong đất trồng chè tại thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THU HƢƠNG

NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN CÁC CHỦNG VI KHUẨN ĐẤT
PHÂN HỦY TỒN DƢ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT
TRONG ĐẤT TRỒNG CHÈ TẠI THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC ỨNG DỤNG

Thái Nguyên - 2022


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THU HƢƠNG

NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN CÁC CHỦNG VI KHUẨN ĐẤT
PHÂN HỦY TỒN DƢ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT
TRONG ĐẤT TRỒNG CHÈ TẠI THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 8 42 02 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC ỨNG DỤNG

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Trần Minh Đức

Viện Công nghệ sinh học
2. TS. Nguyễn Mạnh Tuấn

Viện Khoa học Sự sống - Đại Học Thái Nguyên

Thái Nguyên - 2022


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn của thầy
giáo: TS. Trần Minh Đức và TS. Nguyễn Mạnh Tuấn. Các số liệu và kết quả
trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác. Mọi trích dẫn trong luận văn đều ghi rõ nguồn gốc. Mọi sự giúp
đỡ của các cá nhân và tập thể đều đƣợc ghi nhận trong lời cảm ơn.
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 12 năm 2021
Học viên

Nguyễn Thu Hƣơng

i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo:
TS.Trần Minh Đức (Viện Công nghệ sinh học) và TS. Nguyễn Mạnh Tuấn
(Viện Khoa học Sự sống – ĐH Thái Nguyên) đã tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt
những kiến thức và kinh nghiệm q báu để tơi có thể hồn thành luận văn này.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến TS. Nguyễn Phú Hùng Trƣởng khoa Công nghệ Sinh học và nhóm nghiên cứu Y sinh trƣờng Đại học
Khoa học - Đại học Thái Nguyên. Xin cảm ơn thầy giáo TS. Trƣơng Phúc Hƣng
cùng các thầy, cô giáo khoa Công nghệ Sinh học, bộ phận sau Đại học - trƣờng

Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ tơi trong suốt q trình học
tập tại trƣờng.
Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc, lãnh đạo các Khoa, Phịng tại
Bệnh viện 198 - Bộ Cơng an - nơi tôi đang công tác đã tạo điều kiện thuận lợi
cho tơi trong suốt q trình học tập và hồn thành luận văn.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới tồn thể gia đình, bạn bè và
đồng nghiệp đã luôn cổ vũ, động viên tôi trong suốt thời gian qua. Trong q
trình thực hiện luận văn do cịn hạn chế về mặt thời gian, kinh phí cũng nhƣ
trình độ chun mơn nên khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận
đƣợc những ý kiến quý báu của các thầy cô giáo, các nhà khoa học, cùng bạn bè,
đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn.
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 12 năm 2021
Học viên

Nguyễn Thu Hƣơng

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT........................................ v
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1
2. Mục tiêu của đề tài. ........................................................................................... 3
3. Nội dung nghiên cứu: ........................................................................................ 3
4. Ý nghĩa khoa học của nghiên cứu: .................................................................... 3
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 4
1.1. Tổng quan nghiên cứu nƣớc ngoài ................................................................. 4
1.1.1. Khái niệm về thuốc bảo vệ thực vật....................................................................... 4

1.1.2. Tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật trong môi trƣờng sinh thái và nguy cơ
tiềm ẩn của chúng....................................................................................................................... 4
1.1.3. Các phƣơng pháp phân hủy tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật ............................ 5
1.1.4. Con đƣờng phân hủy thuốc bảo vệ thực vật bởi vi sinh vật ......................... 7
1.1.5. Thành tựu nghiên cứu sử dụng các chủng vi sinh vật để phân hủy dƣ
lƣợng thuốc bảo vệ thực vật ................................................................................................. 10
1.2. Tổng quan nghiên cứu trong nƣớc ............................................................... 11
1.2.1. Lịch sử sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ở nƣớc ta ........................................... 11
1.2.2. Tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật trong môi trƣờng, sinh thái ......................... 13
1.2.3. Thực trạng tồn dƣ thuốc bảo vệ thực tại các vùng trồng chè Thái Nguyên . 14
1.2.4. Thành tựu về nghiên cứu sử dụng các chủng vi sinh vật để phân hủy dƣ
lƣợng thuốc bảo vệ thực vật trong đất ............................................................................. 15
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 19
2.1. Vật liệu ......................................................................................................... 19
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 19
2.2.1. Phƣơng pháp thu thập mẫu đất............................................................................... 19
2.2.2. Phƣơng pháp phân lập các chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy
chlorpyrifos và acephate ........................................................................................................ 19

iii


2.2.3. Phƣơng pháp khảo sát định tính khả năng phân hủy chlorpyrifos và
acephate của các chủng phân lập ....................................................................................... 20
2.2.4. Phƣơng pháp xác định định lƣợng khả năng phân hủy thuốc bảo vệ thực
vật của các chủng phân lập ................................................................................................... 20
2.2.5. Phƣơng pháp xác định đặc điểm nuôi cấy của chủng phân lập ................ 21
2.2.6. Phƣơng pháp tách chiết DNA tổng số ................................................................. 21
2.2.7. Phƣơng pháp khuếch đại trình tự gen 16S rRNA bằng phản ứng PCR. 22
2.2.8. Phƣơng pháp đọc trình tự gen 16S rRNA.......................................................... 22

2.2.9. Phƣơng pháp xây dựng sơ đồ phả hệ ................................................................... 23
2.2.10. Phƣơng pháp xử lý số liệu ..................................................................................... 23
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 24
3.1. Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn đất có khả năng phân hủy
chlorpyrifos và acephate. ............................................................................................ 24
3.2. Đặc điểm nuôi cấy của chủng BPTC-316 .......................................................... 26
3.3. Xác định khả năng phân hủy chlorpyrifos và acephate của chủng BPTC-316 28
3.4. Định danh, phân loại chủng BPTC-316 ............................................................. 31
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 35
4.1. Kết luận ........................................................................................................ 35
4.2. Kiến nghị.................................................................................................................................. 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 36

iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Giải thích đầy đủ

Chữ viết tắt
Cs

Cộng sự

DNA

Deoxyribonucleic Acid

DDT

Dichloro-Diphenyl-Trichloroethane

DMSO

Dimethyl sulfoxide

kDa
HPLC

Kilodalton
High Performance Liquid Chromatography (Sắc ký lỏng
hiệu năng cao)

PCR

Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi polymerase)

PDA

Potato Dextrose Agar

RNA

Ribonucleic Acid

v


DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1. Khả năng sinh trƣởng của các chủng phân lập trong mơi trƣờng có bổ
sung chlorpyrifos và acephate ở nồng độ 50 mg/l với mỗi loại. ......................... 24
Bảng 3.2. Khả năng phân hủy hoạt chất chlorpyrifos và acephate của chủng
BPTC-316............................................................................................................ 28
Bảng 3.3. Nhận diện trình tự gen 16S rRNA của chủng BPTC-316 với dữ liệu
công bố trên Eztaxon server ................................................................................ 32

vi


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của chlorpyrifos và acephate [35] ............................. 5
Hình 3.1. Đặc điểm sinh trƣởng của chủng BPTC-316 trong mơi trƣờng có bổ
sung chlorpyrifos và acephate ............................................................................. 25
Hình 3.2. Hình thái khuẩn lạc của chủng BPTC-316 trên mơi trƣờng TSA (a) và
tế bào trên kính hiển vi điện tử quét SEM (b) ..................................................... 26
Hình 3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến sinh trƣởng của chủng BPTC-316 ........ 27
Hình 3.4. Ảnh hƣởng của pH mơi trƣờng đến sinh trƣởng của chủng BPTC-316 ... 27
Hình 3.5. Khả năng phân hủy chlorpyrifos (a) và acephate (b) của chủng BPTC316 ....................................................................................................................... 29
Hình 3.6. Sự biến động của hàm lƣợng chlorpyrifos và acephate bởi chủng
BPTC-316 xác định bằng HPLC ......................................................................... 30
Hình 3.7. Hình ảnh điện di DNA tổng số (a) sản phẩm PCR (b) của chủng
BPTC-316............................................................................................................ 31
Hình 3.8. Sơ đồ phả hệ (neighbour-joining tree) thể hiện vị trí phân loại của
chủng BPTC-316 dựa trên trình tự gen 16S rRNA với các loài gần nhất .......... 34

vii

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Chè là cây trồng mang tính biểu tƣợng cho kinh tế, văn hóa, du lịch và
con ngƣời tỉnh Thái Nguyên với tổng diện tích trồng chè khoảng 21.000 ha cho
sản lƣợng chè búp tƣơi bình qn đạt hơn 223,8 nghìn tấn/năm. Chính vì vậy,
cây chè đƣợc tỉnh Thái Ngyên quan tâm đặc biệt, ngay từ năm 2011 tỉnh đã có
nhiều các chủ trƣơng, chính sách ƣu tiên, đầu tƣ để đẩy mạnh phát triển ngành
chè theo hƣớng bền vững nhƣ: tập huấn nâng cao kiến thức cho ngƣời trồng chè,
đƣa các giống chè mới vào canh tác, xây dựng các mơ hình trồng chè an tồn, áp
dụng cơng nghệ mới cho khâu chế biến, xúc tiến thƣơng mại và tiêu thụ sản
phẩm trong và ngoài nƣớc... Đến nay, các sản phẩm chè Thái Nguyên đã có mặt
ở tất cả các tỉnh thành trong cả nƣớc và một số thị trƣờng quốc tế nhƣ Pakistan,
Đài Loan, Nga, Mỹ, Trung Quốc, Anh, Afganistan, các Tiểu vƣơng quốc Ả
Rập,... với kim ngạch xuất khẩu đạt hơn 20 triệu đô la năm 2018 [17].
Các sản phẩm chè của Thái Nguyên đã thành công trong việc khẳng định
thƣơng hiệu ở thị phần trong nƣớc, nhƣng vấn đề mở rộng và tăng giá trị xuất
khẩu đối với thị trƣờng quốc tế vẫn là một bài toán mở. Bằng chứng là chỉ dƣới
20% trong tổng sản lƣợng chè của tỉnh đƣợc xuất khẩu và điều đặc biệt quan
tâm ở đây là giá trị xuất khẩu chè thƣờng thấp hơn so với giá chè thế giới. Ở giai
đoạn 2000-2010, giá xuất khẩu chè Việt Nam chỉ bằng 80% so với giá trị bình
quân của thế giới; đến năm 2016 chỉ bằng 65% (Trung tâm Thông tin Công
nghiệp và Thƣơng mại Việt Nam, 2016); đến năm 2017, giá trị xuất khẩu chè
của nƣớc ta chỉ bằng 60% so với giá trị chè thế giới [17].
Theo những nghiên cứu của Miller (2004), Ye và cs (2018) cho thấy chỉ
khoảng 5% thuốc bảo vệ thực vật có vai trị trực tiếp đến các bệnh liên quan đến
cây trồng, phần lớn lƣợng còn lại (hơn 95%) sẽ tồn tại ở môi trƣờng sinh thái
(trong đất, nguồn nƣớc,...) [30] ,[44] .
Với một lƣợng lớn thuốc bảo vệ thực vật đƣợc dùng cho cây chè mỗi
năm, cũng đồng nghĩa có hàng nghìn ha đất bị phơi nhiễm thuốc bảo vệ thực

1


vật. Lƣợng thuốc bảo vệ thực vật này sẽ tích tụ theo thời gian trong tự nhiên,
đƣợc chuyển hóa và một phần trong số đó sẽ đƣợc cây chè hấp phụ trở lại qua rễ
và đƣợc tích lũy ở thân, lá và mầm non của cây chè [26], [38]. Đây là cơ sở khoa
học cho việc phơi nhiễm thuốc bảo vệ thực vật trong các sản phẩm chè mặc dù
chúng ta đã tuân thủ đúng quy trình canh tác chè an toàn.
Chlorpyrifos và acephate là thuốc bảo vệ thực vật phổ rộng, nhóm lân hữu
cơ, đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp nƣớc ta từ những năm
1975. Các loại thuốc bảo vệ thực vật chứa hoạt chất chlorpyrifos và acephate
cũng đƣợc sử dụng phổ biến cho các vùng trồng chè tại Thái Nguyên trong
phòng trừ các loại sâu ăn lá, rầy,… với tần suất 2-3 lần/lứa chè. Tuy nhiên, hoạt
chất chlorpyrifos và acephate có độc tính cao, nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe
con ngƣời. Theo kết quả khảo sát về độc tính của chlorpyrifos và acephate khi bị
phơi nhiễm cho thấy, chlorpyrifos và acephate tác động trực tiếp đến hệ thần
kinh thông qua con đƣờng ức chế hoạt động của enzyme acetylcholinesterase,
đặc biệt ảnh hƣởng lớn đến sự hình thành và phát triển nhận thức ở trẻ con;
ngoài ra các bằng chứng cũng cho thấy chlorpyrifos và acephate tác động đến sự
hình thành và phát triển ƣng thu phổi, ung thƣ trực tràng,.. [12], [1], [39]. Kết
quả khảo sát đất bề mặt (0-25 cm; n=13) tại thời điểm tháng 02/2021 cho thấy
tồn dƣ chlorpyrifos và acephate trung bình lần lƣợt là 94,23 và 73,16 µg/kg đất
trồng chè tại Tân Cƣơng, Thái Nguyên. Hoạt chất chlorpyrifos và acephate khá
bền vững trong đất, phụ thuộc vào pH, các yếu tố của đất, điều kiện thời tiết nên
quá trình phân hủy bán phần có thể vài năm hoặc lâu hơn [35], [14].
Thuốc bảo vệ thực vật có thể bị phả hủy bởi các phƣơng pháp nhƣ sử dụng
các chủng vi sinh vật [56] , bằng sóng plasma [48], bằng tia UV [49], ơxi hóa
khơng khí ƣớt [50], ơxi hóa ở nhiệt độ cao [51],... Thực tế trong tự nhiên, quá
trình phân hủy thuốc bảo vệ thực vật trong đất thƣờng diễn ra chậm, từ vài tuần
đến hàng tháng, thậm chí hàng năm, trong khi các hộ nơng dân vẫn phải sử dụng

thuốc bảo vệ thực vật định kỳ cho cây chè. Điều này dẫn tới quá trình phân hủy
thuốc bảo vệ thực vật tồn tại trong đất sẽ khơng triệt để và đƣợc tích tụ theo thời

2


gian trong môi trƣờng sinh thái. Ở quy mô hàng nghìn ha đất canh tác, con đƣờng
phân hủy tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật sử dụng nhóm vi sinh vật hữu ích là đảm
bảo tính khả thi, cũng là con đƣờng an toàn, triệt để và tiết kiệm nhất. Đây cũng là
phƣơng pháp để xử lý đất nông nghiệp có phơi nhiễm thuốc bảo vệ thực vật đƣợc
áp dụng ở các nƣớc có nền nơng nghiệp tiên tiến trên thế giới [52].
Chính vì vậy, chúng tơi tiến hành đề tài “Nghiên cứu tuyển chọn các
chủng vi khuẩn đất phân hủy tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong đất trồng chè
tại Thái Nguyên”.
2. Mục tiêu của đề tài.
Tuyển chọn các chủng vi khuẩn đất phân hủy tồn dư thuốc bảo vệ thực
vật trong đất trồng chè tại Thái Nguyên
3. Nội dung nghiên cứu:
3.1. Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn đất có khả năng phân hủy
chlorpyrifos và acephate
3.2. Nghiên cứu điều kiện nuôi cấy phù hợp chủng vi khuẩn có khả năng
phân hủy chlorpyrifos và acephate
3.3. Xác định khả năng phân hủy chlorpyrifos và acephate của các chủng
tuyển chọn
3.4. Định danh, phân loại chủng vi khuẩn phân lập
4. Ý nghĩa khoa học của nghiên cứu:
Tuyển chọn các chủng vi khuẩn đất có khả năng phân hủy mạnh
chlorpyrifos và acephate làm cơ sở cho việc chế tạo chế phẩm vi sinh xử lý tồn
dƣ thuốc bảo vệ thực vật trong đất, góp phần bảo vệ sức khỏe con ngƣời và môi
trƣờng sinh thái.

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan nghiên cứu nƣớc ngoài
1.1.1. Khái niệm về thuốc bảo vệ thực vật
Thuốc bảo vệ thực vật là các hợp chất đƣợc sử dụng để tiêu diệt sâu bệnh,
bao gồm côn trùng, động vật gặm nhấm, nấm và thực vật không mong muốn (cỏ
dại). Thuốc bảo vệ thực vật đƣợc bắt đầu sử dụng vào năm 1867 [53], là một
thành tố không thể thiếu trong canh tác nông lâm nghiệp, chúng giúp bảo vệ
mùa màng, tăng năng suất cây trồng và bảo đảm an ninh lƣơng thực [54]. Theo
báo cáo của Aktar và cs (2009) thuốc bảo vệ thực vật dùng trong nông nghiệp
tính chung trên tồn thế giới, bao gồm thuốc trừ sâu chiếm 44%, thuốc diệt cỏ
(30%), thuốc diệt nấm (21%) và mục đích khác (5%) [54].
1.1.2. Tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường sinh thái và nguy cơ
tiềm ẩn của chúng
Nghiên cứu của Miller (2004) [30], Simeonov và cs (2013) [55], Ye và cs
(2018) [44] cho thấy hơn 98% thuốc trừ sâu, bệnh và 95% thuốc diệt cỏ đƣợc
phun tác động đến các đích khác (nghĩa là chỉ khoảng 2% và 5% lƣợng thuốc
phun ra tác động đến sâu bệnh hoặc diệt cỏ) [30], [55], [44], phần lớn thuốc bảo
vệ thực vật trực tiếp đến môi trƣờng sinh thái bao gồm nƣớc ngầm, nƣớc mặt,
đất bề mặt, đất sâu, thực phẩm [30]. Thời gian tồn lƣu các loại thuốc bảo vệ thực
vật trong đất kéo dài từ 1 tuần đến hàng năm, nhƣ thuốc diệt côn trùng
(DDT/Dichloro-Diphenyl-Trichloroethane, 1,1,1-tricholro-2,2-bis-(p-cholorophenyl)
ethane, Aldrin, Chlordane, Heptachlor, Lindane, … tồn lƣu từ 2 đến 5 năm;
Thuốc trừ sâu organophosphate (Diazinon, Acephate, Malathion, Parathion, …)
từ 1 đến 12 tháng; Thuốc diệt cỏ (2,4-D/2,4-dichlorophenoxyacetic acid; 2,4,5T/2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid; Dalapon; Atrazine; Simazine; Propazine,
….) từ 4 tuần đến 72 tuần…. [52]. Để phân hủy bán phần các loại thuốc bảo vệ
thực vật trong tự nhiên cần rất nhiều thời gian, đặc biệt là các loại thuốc bảo vệ

thực vật thuộc nhóm hữu cơ bền vững nhƣ: thuốc trừ sâu Aldrin (cần tối thiểu từ

4


5 – 10 năm), thuốc trừ sâu Toxaphene (từ 3 tháng đến 12 năm), thuốc trừ sâu
Chlordan (2 – 4 năm), thuốc diệt côn trùng DDT (từ 10 – 15 năm), thuốc trừ sâu
Dieldrin (5 năm), Endrin (>12 năm), Mirex (>10 năm).
Các nguy cơ tiềm ẩn của thuốc bảo vệ thực vật: sức khỏe con ngƣời, môi
trƣờng sinh thái, đa dạng sinh học,.... Chlorpyrifos (C9H11Cl3NO3PS) và
acephate (C4H10NO3PS) là thuốc bảo vệ thực vật phổ rộng, nhóm lân hữu cơ
(Hình 1). Hoạt chất chlorpyrifos và acephate khá bền vững trong đất, phụ thuộc
vào pH, các yếu tố của đất, điều kiện thời tiết nên q trình phân hủy bán phần
có thể vài năm hoặc lâu hơn [35], [14]. Chlorpyrifos và acephate tác động trực
tiếp đến hệ thần kinh thông qua con đƣờng ức chế hoạt động của enzyme
acetylcholinesterase, đặc biệt ảnh hƣởng lớn đến sự hình thành và phát triển
nhận thức ở trẻ con; ngoài ra các bằng chứng cũng cho thấy chlorpyrifos và
acephate tác động đến sự hình thành và phát triển ƣng thu phổi, ung thƣ trực
tràng,... [12], [39].

Hình 1.1. Cấu trúc phân tử của chlorpyrifos và acephate [35]
1.1.3. Các phương pháp phân hủy tồn dư thuốc bảo vệ thực vật
Đã có nhiều phƣơng pháp đã đƣợc nghiên cứu, phát triển để tăng hiệu suất
phân hủy thuốc bảo vệ thực vật còn tồn dƣ trong đất. Dƣới đây là một trong các
phƣơng pháp và công nghệ phân hủy tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật cơ bản:
1.1.3.1. Các phương pháp vật lý, hóa học
Dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật có thể đƣợc phân hủy theo nhiều cách
khác nhau, nhƣ phân hủy theo đặc tính vật lý, phân hủy theo đặc tính hóa học và
5

phân hủy theo đặc tính hóa – lý của thuốc bảo vệ thực vật. Tuy nhiên đến nay,
vẫn thiếu các bằng chứng khoa học về sự an toàn của các sản phẩm cuối cùng
khi tiến hành phân hủy thuốc bảo vệ thực vật theo các phƣơng pháp vật lý hoặc
hóa học [60].
Xử lý tồn dƣ tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật trong đất bằng công nghệ giải
hấp nhiệt [51]
Sử dụng tia cực tím (UV) [49]
Phƣơng pháp phân hủy thuốc bảo vệ thực vật bằng sóng plasma [48]
Phƣơng pháp phân hủy thuốc bảo vệ thực bằng ơxy hóa trong khơng khí
ƣớt [51]
1.1.3.2. Phương pháp phân hủy lượng thuốc bảo vệ thực vật trong đất
bằng vi sinh vật
Trong tự nhiên, quá trình phân hủy thuốc bảo vệ thực vật tồn dƣ trong đất
diễn ra với sự tham gia của các chủng vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, tảo,… Tuy
nhiên, quá trình phân hủy này diễn ra rất chậm và hiệu suất thấp, nguyên nhân
đến từ số lƣợng các chủng vi sinh vật hữu ích này trong đất q ít hoặc khơng có
so với lƣợng thuốc bảo vệ thực vật đƣợc sử dụng trong canh tác nông nghiệp.
Nếu khắc phục đƣợc hạn chế này, đây sẽ là phƣơng pháp khả thi, hiệu quả
nhất và đang đƣợc áp dụng rộng rãi để xử lý tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật trong
đất ở cả quy mô nhỏ và lớn cho các khu vực canh tác nông nghiệp, mà không
làm ảnh hƣởng đến quá trình sản xuất. Dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật trong đất
đƣợc coi là nguồn cung cấp dinh dƣỡng (hay nói cách khác các loại thuốc bảo vệ
thực vật là “món ăn”) cho các chủng vi sinh vật. Theo các nghiên cứu của Chen
và cs (2011) [56]; Tang (2018) [57]; Doolotkeldieva và cs (2018) [58], và
Huang và cs (2018) [47], cho thấy thuốc bảo vệ thực vật sẽ bị phân hủy hoàn
toàn bởi vi sinh vật, các sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy thuốc bảo
vệ thực vật là một số chất có phân tử nhỏ nhƣ CO2, H2O, NH3,... không độc hại
đối với ngƣời, động vật và môi trƣờng sinh thái.
6

Trong những năm trở lại đây, có nhiều cơng trình nghiên cứu đƣợc báo
cáo về khả năng phân hủy mạnh thuốc bảo vệ thực vật bởi các chủng vi sinh vật
nhƣ: (i) Nhóm vi khuẩn (Klebsiella spp., Acinetobacter spp., Alcaligenes spp.,
Flavobacterium spp., Pseudomonas spp., Bacillus spp., Sphingobium spp.,
Shingomonas spp., …); (ii) Nhóm nấm (Anthracophyllum discolor, Rhizopus,
Cladosporium,

Aspergillus

fumigatus,

Penicillium,

Fusarium,

Mucor,

Trichoderma spp., Mortierella sp.); (iii) Nhóm xạ khuẩn (Streptomyces
alanosinicus, Streptoverticillium album, Nocardia farcinia, Streptomyces
atratus, Nocardia vaccini, Nocardia amarae và Micromonospora chalcea),…
[59], [60].
1.1.4. Con đường phân hủy thuốc bảo vệ thực vật bởi vi sinh vật
Có rất nhiều loại enzyme đƣợc vi sinh vật sản sinh ra tham gia vào quá
trình phân hủy thuốc bảo vệ thực vật theo sơ đồ sau:

(i) Enzyme phosphotriesterases:
Enzyme phosphotriesterases là một trong những nhóm quan trọng nhất
trong số các enzyme có khả năng phân hủy các thuốc trừ sâu nhóm

organophosphate. Phosphotriesterase là một protein đồng phân, có trọng lƣợng
phân tử đơn phân khoảng 36 Kda [61]. Những enzyme này đã đƣợc phân lập từ
các vi sinh vật khác nhau để phân hủy thuốc trừ sâu nhóm organophosphate.
Phosphotriesterase đƣợc phân lập đầu tiên thuộc về chủng Pseudomonas
diminuta MG, enzyme này cho thấy tính đặc hiệu cao với thuốc trừ sâu lân hữu
cơ. Các phosphotriesterase đƣợc mã hóa bởi một gen gọi là opd (gen phân hủy
lân hữu cơ). Enzyme phosphotriesterases thủy phân các liên kết este phosphat,

7


nhƣ P-O, P-F, P-NC, và P-S, hoặc thủy phân một phân tử nƣớc tại trung tâm của
phốt pho [61], dẫn đến các liên kết trong phân tử organophosphate bị đứt gẫy.
Kết quả là thuốc trừ sâu nhóm lân hữu cơ bị phân hủy hoàn toàn hoặc giảm độc
tố. Đến nay, ngƣời ta đã biết có rất nhiều enzyme thuộc nhóm
phosphotriesterases tham gia vào quá trình phân hủy thuốc trừ sâu lân hữu cơ,
nhƣ enzyme organophospho hydrolase (đƣợc mã hóa bởi gen opd), enzyme
parathion hydrolase (đƣợc mã hóa bởi gen mpd) và enzyme tác động đến trung
tâm hoạt động của lân hữu cơ (gen mã hóa hocA), đƣợc phân lập từ
Flavobacterium sp., Plesimonas sp. M6 và Pseudomonas moteilli [63].
(ii) Enzyme esterases:
Esterase là các enzyme xúc tác các phản ứng thủy phân các liên kết estecarboxylic (enzyme tham gia: carboxiesterase), amit/dẫn xuất của axít
cacboxylic (amidase), este-phosphat (phosphatase), ... [63]. Nhiều loại thuốc trừ
sâu nhƣ lân hữu cơ, carbamate và pyrethroid có chứa liên kết là “đích” của
enzyme esterases. Q trình thủy phân thuốc bảo vệ thực vật dƣới tác động của
enzyme esterases diễn ra theo nhiều giai đoạn phức tạp với nhiều loại enzyme
tham gia. Việc phân hủy thuốc diệt cỏ Atrazine (rất bền vững trong mơi trƣờng)
là ví dụ điển hình. Loại thuốc này bị phân hủy bởi chủng Pseudomonas sp.
ADP. Đầu tiên, gen atzA mã hóa atrazine chlorohydrolase thủy phân phân tử clo
có trong atrazine chuyển hóa thành chất khơng gây độc tế bào (hydroxyatrazine

là sản phẩm chuyển hóa đầu tiên của Atrazine). Tiếp đến, loại bỏ nhóm
aminoethyl có trong phân tử hydroxyatrazine bằng enzyme hydroxyatrazine
ethyl amidohydrolase (đƣợc mã hóa bởi gen atzB). Gen atzC mã hóa cho
enzyme amidohydrolase khác chuyển N-isopropylammelide thành axít cyanuric.
Cuối cùng, ba gen atzD, atzE và atzF mã hóa cho enzyme (axít cyanuric
amidohydrolase) thủy phân axít cyanuric thành CO2, NH3,... [65].
(iii) Enzyme C–P lyase (phân tách liên kết cacbon-phốt pho)
Thuốc trừ sâu nhóm lân hữu cơ có chứa liên kết carbon-phốt pho (C-P)

8


trong phân tử và là liên kết bền vững khó phân hủy bởi quang hóa, nhiệt độ và
hóa học. Tuy nhiên, rất nhiều loại thuốc trừ sâu nhóm lân hữu cơ bị phân hủy
bởi các chủng vi sinh vật. Nghiên cứu sớm nhất về sự phá vỡ liên kết carbonphốt pho trong phân tử organophosphonate đƣợc thực hiện năm 1993 bởi Kim
và cộng sự. Nhóm nghiên cứu phát hiện một đám gen, đƣợc chỉ định là gen phn,
bao gồm 17 gen khác nhau của vi khuẩn Escherichia coli mã hóa cho sinh tổng
hợp enzyme C–P lyase. Enzyme này trực tiếp phân cắt liên kết C–P tạo ra các
sản phẩm chứa cacbon và phosphonate. Sau đó, phosphonate đƣợc chuyển hóa
thành phosphate (nguồn cung cấp dinh dƣỡng cho vi sinh vật và cây trồng) bởi
enzyme phosphonatases [66].
Ưu nhược điểm của phân hủy lượng thuốc bảo vệ thực vật trong đất bằng
vi sinh vật:
Ƣu điểm của phƣơng pháp: (i) Có hiệu quả triệt để trong phân hủy dƣ
lƣợng thuốc bảo vệ thực vật trong đất, các sản phẩm cuối cùng của quá trình
phân hủy an tồn cho ngƣời, động vật và mơi trƣờng sinh thái; (ii) Chi phí đầu
tƣ cơng nghệ thấp hơn so với các phƣơng pháp vật lý hoặc hóa học; (iii) Dễ
dàng sử dụng, phù hợp với trình độ canh tác của tất cả ngƣời dân; (iv) Xử lý tại
chỗ đất có dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật mà khơng ảnh hƣởng đến q trình
sản xuất; (v) Giảm thiểu ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật trong nguồn nƣớc mặt và

nƣớc ngầm.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp: Hiệu quả xử lý dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực
vật trong đất phụ thuộc vào khả năng sống của các chủng vi sinh vật ở môi trƣờng
đất cần xử lý. Khắc phục điều này, các nhà khoa học tiến hành tuyển chọn chủng
giống bản địa có khả năng sống ở các điều kiện bất lợi (pH, nhiệt độ, độ ẩm, dinh
dƣỡng,...) và lựa chọn chất mang phù hợp để các chủng thể hiện khả năng phân
hủy mạnh dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật trong môi trƣờng tự nhiên.
Phạm vi áp dụng của phƣơng pháp: Rất phù hợp để xử lý quy mô nhỏ đến
diện rộng đất canh tác có dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật mà không ảnh hƣởng
đến sản xuất.

9


1.1.5. Thành tựu nghiên cứu sử dụng các chủng vi sinh vật để phân hủy dư
lượng thuốc bảo vệ thực vật
Tại Mỹ: Tiềm năng của vi sinh vật đƣợc khai thác rất sớm cho việc làm
sạch ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật bằng con đƣờng sinh học. Năm 1965,
Kaufman và Kearnev đã tìm ra và ứng dụng chủng Pseudomonas striiita Chester
có khả năng phân hủy nhanh và hồn tồn thuốc trừ sâu phenylcarbamates.
Haugland và cộng sự (1990) cũng phân lập đƣợc chủng Pseudomonas
alcaligenes có khả năng phân giải hồn tồn phenylcarbamates [64]. Thuốc diệt
cỏ 2,4,5-Trichlorophenoxyacetic axít (thƣờng gọi là 2,4,5-T) và 2,4Dichlorophenoxyacetic axít (thƣờng gọi là 2,4-D) là loại thuốc đƣợc các nhà
khoa học Mỹ quan tâm nghiên cứu giải pháp để phân hủy. Đến năm 1990, họ đã
tìm ra các chủng có khả năng phân hủy hồn tồn hai loại hóa chất trên, bằng
việc sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp các chủng với nhau để tăng hiệu suất, thời
gian phân giải. Các chủng đƣợc sử dụng bao gồm: Pseudomonas cepacia
AC1100, Alcaligenes eutrophus JMP134, và Pseudomonas cepacia RHJ1
(Haugland và cs, 1990) [64].
Tại Trung Quốc: Hai chủng thuộc chi Pseudomonas đƣợc phân lập từ

vùng đất rễ chè tại Trung Quốc có khả năng phân hủy 70% thuốc trừ sâu dicofol
đối với chủng Pseudomonas sp. P9 và 32% đối với chủng Pseudomonas sp. P13.
Nghiên cứu của Chen và cs (2011) cho thấy chủng Streptomyces aureus HP-S01 có khả năng phân hủy 99% thuốc trừ sâu deltamethrin; 100% thuốc
cyfluthrin, bifenthrin và fenvalerate; 95% fenpropathrin và 87,4% permethrin
[56]. Chủng Stenotrophomonas sp. ZS-S-01 phân hủy hoàn toàn fenvalerate và
deltamethrin; trên 80% cypermethrin và cyfluthrin và 60,3% cyhalothrin [56].
Chủng Sphingobium sp. JZ-2 có khả năng phân giải lên đến 100%
fenpropathrin; gần 90% đối với thuốc cypermethrin, permethrin, fenvalerate,
deltamethrin và 70% cyhalothrin bị phân hủy [68].
Tại Ấn Độ: Khoảng 90% thuốc trừ sâu cypermethrin bị phân hủy bởi
chủng Micrococcus sp. CPN 1 [69]. Chủng Pseudomonas stutzeri S1 có khả

10


năng phân hủy 94% thuốc cyfluthrin Tyagi và Prashar (2015) đã tuyển chọn
đƣợc chủng Serratia nematodiphila CB2 có khả năng phân hủy gần 98% thuốc
trừ sâu cypermethrin [70]. Gần đây nhất, nhóm nghiên cứu của Jariyal và cs.
(2018) đã tuyển chọn đƣợc tổ hợp ba chủng vi khuẩn (Brevibacterium
frigoritolerans, Bacillus aerophilus và Pseudomonas fulva) phân hủy đƣợc hóa
chất diệt cơn trùng organophosphorus từ 97,65 đến 98,31% [71].
Tại Vương Quốc Anh: Chủng Achromobacter sp. SM-2 phân hủy đƣợc
khoảng 80% thuốc permethrin dùng để diệt nấm và côn trùng; 70% permethrin
bị phân hủy bởi chủng Bacillus cereus SM-3. Khoảng 37% và 34% thuốc
cypermethrin bị phân giải bởi chủng Pseudomonas fluorescens và Serratia
plymuthica [72].
Tại Ba Lan: Đã sử dụng chủng Sphingomonas sp. RCm6 để phân hủy gần
92% cypermethri, 83% bifenthrin, 58% cyhalothrin. Chủng Serratia marcescens
Del-1 có khả năng phân giải 88,3% thuốc diệt côn trùng deltamethrin.
Tại Hàn Quốc: Sử dụng chủng Bacillus amyloliquefaciens AP01 đã phân

giải đƣợc 45% thuốc cypermethrin. Khi sử dụng kết hợp đồng thời hai chủng
Mycobacterium sp. J7A and Sphingobium sp. J7B giúp tăng nhanh quá trình,
cũng nhƣ phân giải hoàn toàn (100%) thuốc trừ cỏ butachlor [71].
1.2. Tổng quan nghiên cứu trong nƣớc
1.2.1. Lịch sử sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ở nước ta
Giai đoạn trƣớc năm 1957: Biện pháp hố học hầu nhƣ khơng có vị trí
trong sản xuất nông nghiệp. Tháng 1 năm 1956 thành lập tổ thuốc bảo vệ thực
vật của Viện Khảo cứu trồng trọt đã đánh dấu sự ra đời của ngành thuốc bảo vệ
thực vật ở Việt Nam, năm 1961 Cục Bảo vệ thực vật đƣợc thành lập, là một cơ
quan quản lý nhà nƣớc thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn. Thuốc
bảo vệ thực vật đƣợc dùng lần đầu trong sản xuất nông nghiệp ở miền Bắc tại
Hƣng Yên (vụ Đông Xuân 1956-1957), miền Nam thuốc bảo vệ thực vật đƣợc
sử dụng từ 1962.
11


Giai đoạn từ 1957-1990: Thời kỳ bao cấp, việc nhập khẩu quản lý và phân
phối thuốc bảo vệ thực vật hoàn toàn do nhà nƣớc thực hiện. Nhà nƣớc nhập rồi
trực tiếp phân phối thuốc cho các tỉnh theo giá bao cấp. Lƣợng thuốc bảo vệ
thực vật dùng không nhiều, khoảng 15.000 tấn thành phẩm/năm với hơn 20
chủng loại chủ yếu là thuốc trừ sâu và thuốc trừ bệnh. Thời kỳ 1976-1980 mỗi
năm cả nƣớc sử dụng 16.000 tấn thuốc bảo vệ thực vật, trong đó 43,3% là hợp
chất clo hữu cơ, 24,1% là hợp chất carbamat, 23,7 % là lân hữu cơ còn lại là các
chất khác. Thời kỳ 1986-1990 trung bình mỗi năm sử dụng 14.000 tấn thuốc bảo
vệ thực vật, cơ cấu các loại thuốc đã thay đổi, trong đó 55% là lân hữu, 13% là
hợp chất clo hữu cơ, 12% là hợp chất carbamat, còn lại là hợp chất khác. Đa
phần là các thuốc có độ tồn lƣu lâu trong mơi trƣờng hay có độ độc cao.
Giai đoạn từ 1990 đến nay: kể từ khi có chính sách đổi mới năm 1986, thị
trƣờng thuốc bảo vệ thực vật đã thay đổi cơ bản. Nền kinh tế thị trƣờng, nguồn
hàng phong phú, nhiều chủng loại đƣợc cung ứng kịp thời, nơng dân có điều

kiện lựa chọn thuốc, giá cả khá ổn định có lợi cho nơng dân. Lƣợng hóa chất sử
dụng trong nơng nghiệp ở Việt Nam ngày càng tăng, trong đó phần lớn là thuốc
trừ sâu và cịn lại là trừ cỏ, trừ bệnh, nhóm phosphat hữu cơ chiếm khoảng 56%,
phổ biến nhất là Wolfatox và Monitor, một loại thuốc độc hại cho môi trƣờng
và con ngƣời. Giai đoạn gần đây cơ cấu tỉ lệ các loại thuốc bảo vệ thực vật đã
đƣợc thay đổi đáng kể, nhiều loại thuốc mới, hiệu quả hơn, an toàn hơn với môi
trƣờng đƣợc nhập khẩu và sử dụng. Nếu năm 1991 thuốc trừ sâu chiếm 83,3%,
thuốc trừ nấm 9,5%, thuốc diệt cỏ 4,1%, những loại khác 3,1%, thì đến năm
2008 tỉ lệ là thuốc trừ sâu chiếm 37,9%, thuốc trừ nấm 21,12%, thuốc diệt cỏ
13,77%, thuốc diệt côn trùng 23,46% và những loại khác 3,75 %. Lƣợng thuốc
bảo vệ thực vật tiêu thụ qua các năm đều tăng, theo báo cáo của Tổng cục Môi
trƣờng (2015), hàng năm nƣớc ta tiêu thụ khoảng 100.000 tấn thuốc bảo vệ thực
vật, trong đó 20,4% là thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh chiếm 23,2%, thuốc diệt cỏ
(44,4%) và các loại khác (12%).

12


1.2.2. Tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường, sinh thái
Việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật quá mức trong canh tác của ngƣời
dân, cũng nhƣ chƣa có cơng nghệ phù hợp để xử lý dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực
vật trong nông nghiệp để lại thực trạng tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật xảy ra ở tất
cả các vùng miền trong cả nƣớc (kể cả các khu vực không sử dụng thuốc bảo vệ
thực vật bị phơi nhiễm gián tiếp). Nghiên cứu của Viet và cs (2000) khảo sát
mức độ tồn dƣ thuốc trừ sâu nhóm clo hữu cơ trong đất và trầm tích tại thành
phố Hà Nội, thành phố Việt Trì và vịnh Hạ Long, kết quả nghiên cứu cho thấy
clo hữu cơ đƣợc phát hiện trong tất cả các mẫu đƣợc phân tích đƣợc thu thập,
trong đó thuốc diệt cơn trùng DDT (bảo gồm cả các sản phẩm chuyển hóa) dao
động từ 5 – 28 ng/g và thuốc trừ sâu Lindane dao động từ 0,35 – 6,06 ng/g [71].
Tiến hành thu thập và đánh giá dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật trong các

mẫu đất tại Đắk Lắk cho thấy: đối với đất trồng cà phê 60,00% số mẫu có dƣ
lƣợng thuốc bảo vệ thực vật, trong đó có khoảng 33,33% số mẫu có dƣ lƣợng
vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép. Đất trồng rau, màu phát hiện 66,66% số mẫu có
dƣ lƣợng thuốc bảo vệ thực vật (trong đó có 60,00% mẫu có dƣ lƣợng vƣợt quá
tiêu chuẩn cho phép). Đất trồng lúa 60,00% số mẫu có dƣ lƣợng thuốc bảo vệ
thực vật và 40,00% mẫu có dƣ lƣợng vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép [71].
Dƣ lƣợng thuốc trừ sâu của 17 loại thuộc nhóm clo hữu cơ (α-HCH, δHCH, γ-HCH, 4-4 DDT, β-HCH, Heptachlor, Aldrin, Heptachlor – endo –
epoxide, α– endosulfan, 4-4 DDE, Dieldrin, Edrin, 4-4 DDD, β– edrosulfan, Edrin
Aldehyde, Endosulfan – Sulfate, Edrin keton và Methoxychlor) với nồng độ tồn
dƣ dao động từ 0,01 đến 2,00 ppb ở tất cả các mẫu nƣớc của kênh nông nghiệp và
sông ở huyện Ba Tri, tỉnh Bến Tre ở tất cả các vụ canh tác nông nghiệp.
Lamers và cs (2011) triển khai nghiên cứu về đánh giá tồn dƣ thuốc trừ
sâu trong nƣớc mặt và nƣớc ngầm tại tỉnh Sơn La. Đối với nƣớc mặt sử dụng
cho canh tác lúa chính của tỉnh phát hiện sự có mặt của thuốc trừ sâu fenobucarb
từ 0,36 – 0,33 mg/l, imidacloprid (0,12 – 0,19 mg/l), fenitrothion (0,04 – 0,06

13


mg/l) và dichlorvos (0,02 – 0,03 mg/l); đối với nƣớc ngầm (các giếng) cũng phát
hiện tồn dƣ thuốc trừ sâu ở tất cả các mẫu phân tích, trong đó có 4 loại thuốc bảo
vệ thực vật có nồng độ cao nhất: fenitrothion với nồng độ 0,47 mg/l,
imidacloprid (0,22 mg/l), fenobucarb (0,17 mg/l) và dichlorvos (0,07 mg/l) [75].
Kết quả khảo sát tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật trong nƣớc mặt, đất và cặn
trầm tích tại hai tỉnh Long An và Cần Thơ (thuộc khu vực Đồng bằng sông Cửu
Long) phát hiện tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật ở trên 80% mẫu nƣớc và 51,7%
mẫu đất và cặn trầm tích, trong đó tồn dƣ isoprothiolane trong nƣớc là cao nhất
(11,24 μg/L) và 521 μg/kg buprofezin trong cặn trầm tích [76].
Năm 2015, nghiên cứu của Toan tiến hành thu thập các mẫu cặn trầm tích
thuộc sơng Cầu Bây và các mẫu đất canh tác nông nghiệp tại Kiêu Kỵ thuộc Gia

Lâm - Hà Nội, phát hiện tồn dƣ các loại thuốc bảo vệ thực vật thuộc nhóm clo
hữu cơ ở tất cả các mẫu phân tích với tồn dƣ lƣợng thuốc diệt côn trùng DDT
(p,p’-DDE, p,p’-DDD, p,p’-DDT) là 68,4 ng/g tại Cầu Bây và 85,2 ng/g tại Kiêu
Kỵ; tƣơng tự tổng thuốc trừ sâu HCH (α, β, δ, γ-HCH) tồn dƣ tại Cầu Bây là 7,8
ng/g và 6,9 ng/g [77].
Một nghiên cứu gần đây nhất (Braun và cs, 2018) về khảo sát và đánh giá
tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật trong đất nông nghiệp thuộc khu vực Đồng bằng
Sông Hồng (huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định) cho thấy, đối với các mẫu đất
(đất bề mặt) phát hiện dƣ lƣợng thuốc trừ bệnh isoprothiolane ở 100% các mẫu
phân tích, thuốc trừ sâu chlorpyrifos (85%) và thuốc trừ bệnh propiconazole
(41%); đối với cặn trầm tích isoprothiolane (71%) và propiconazole (71%) với
dự lƣợng lớn nhất là isoprotiolane 42,6 μg/kg đối với đất bề mặt và trầm tích là
35,1 μg/kg azoxystrobin.
1.2.3. Thực trạng tồn dư thuốc bảo vệ thực tại các vùng trồng chè Thái Nguyên
Theo Cục Bảo vệ thực vật, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn
(2016) dựa trên kết quả điều tra cho thấy “có tới 49% ngƣời dân các vùng trồng
chè sử dụng thuốc với nồng độ cao hơn hƣớng dẫn, 64% ngƣời dân sử dụng hỗn

14


hợp 2 loại thuốc khi phun và có 14% nơng dân trộn 3 loại thuốc; gần 50% ngƣời
dân phun trên 7 lần/lứa chè. Tính riêng tại Thái Nguyên, theo Chi Cục trồng trọt
và bảo vệ thực vật, Thái Nguyên sử dụng 130 tấn thuốc bảo vệ thực vật năm
2018, trong đó khoảng 60% đƣợc sử dụng ở cây chè (gần 80 tấn thuốc bảo vệ
thực vật mỗi năm). Có tổng cộng 32 loại thuốc bảo vệ thực vật đƣợc sử dụng
cho canh tác chè Thái Nguyên, bao gồm 20 loại thuốc trừ sâu, 8 loại thuốc trừ
bệnh, 2 loại thuốc trừ cỏ và 2 loại chất điều hòa sinh trƣởng. Chè Thái Nguyên
một năm cho thu hoạch 8 lần, trung bình mỗi lần hái chè cách nhau từ 30 - 35
ngày, ngƣời trồng chè phun thuốc bảo vệ thực vật từ 2-4 lần giữa hai lần thu hái.

Tuy nhiên, trên thực tế ngƣời dân thƣờng phun dùng thuốc bảo vệ thực vật lớn
hơn 5-6 lần và nồng độ đậm đặc hơn so với khuyến cáo của nhà sản xuất. Kết
quả khảo sát đất bề mặt (0-25 cm; n=13) tại thời điểm tháng 02/2021 cho thấy
tồn dƣ chlorpyrifos và acephate trung bình lần lƣợt là 94,23 và 73,16 µg/kg đất
trồng chè tại Tân Cƣơng, Thái Nguyên. Hoạt chất chlorpyrifos và acephate khá
bền vững trong đất, phụ thuộc vào pH, các yếu tố của đất, điều kiện thời tiết nên
quá trình phân hủy bán phần có thể vài năm hoặc lâu hơn [35] [36].
1.2.4. Thành tựu về nghiên cứu sử dụng các chủng vi sinh vật để phân hủy dư
lượng thuốc bảo vệ thực vật trong đất
Vấn đề tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật đã và đang diễn ra ở hầu hết trong
đất nông nghiệp và phi nông nghiệp của nƣớc ta, nhƣng dƣờng nhƣ vấn đề xử lý
tồn dƣ thuốc bảo vệ thực vật trong đất cho đến nay vẫn chƣa đƣợc quan tâm.
Ngoại trừ, nghiên cứu của Đặng Thị Cẩm Hà giai đoạn 1999 – 2009 đƣợc triển
khai ở thực địa, các nghiên cứu còn lại mới chỉ thành cơng ở giai đoạn ban đầu
trong phịng thí nghiệm. Dƣới đây là một vài nghiên cứu tiêu biểu:
Đầu tiên, nghiên cứu của Đặng Thị Cẩm Hà đã tiến hành xử lý các vùng
đất bị ơ nhiễm dioxin (hóa chất diệt cỏ cực độc, đã bị cấm sử dụng trên toàn thế
giới) tồn đọng do chiến tranh ở miền Trung và Nam từ năm 1999 đến 2009 bằng
công nghệ phân hủy sinh học hay cịn gọi là cơng nghệ “chơn lấp tích cực”. Đất

15


tại các khu ô nhiễm dioxin đƣợc thu gom, tập kết đến các hố xử lý, phối trộn với
các chủng vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí bắt buộc/khơng bắt buộc bản địa có khả
năng phân hủy dioxin. Hàm lƣợng dioxin còn tồn dƣ trong đất giảm về dƣới giới
hạn tiêu chuẩn an toàn cho phép đối với đất sản xuất nông nghiệp và phi nông
nghiệp sau 27 tháng xử lý.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu của Phạm Thị Lệ Hà và cs (2003) bƣớc đầu
đã tuyển chọn đƣợc 4 chủng vi khuẩn (ký hiệu chủng A, B, C và F) có khả năng

phân hủy thuốc trừ sâu dimethoate (cơng thức phân tử: C5H12NO3PS2) tại các
vùng trồng rau lâu năm tại thành phố Đà Lạt sử dụng môi trƣờng chọn lọc không
bổ sung K2HPO4. Khả năng phân hủy thuốc trừ sâu dimethoate của các chủng
khảo sát trong môi trƣờng dinh dƣỡng lỏng có chứa 50 μg/mL dimethoate. Kết
quả phân tích bằng hệ thống sắc ký khí cho thấy cả 4 chủng vi khuẩn đều có khả
năng phân hủy thuốc trừ sâu dimethoate ở nồng độ ban đầu 50 μg/mL dao động
từ 74,2 – 91,2% sau 5 ngày [2].
Một nghiên cứu khác đƣợc triển khai tại Tiền Giang và Sóc Trăng nhằm
tuyển chọn các chủng có khả năng phân hủy 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid
(2,4-D/thuốc diệt cỏ, đã cấm sử dụng hiện nay) sử dụng trong canh tác lúa.
Nhóm tác giả đã thu thập các mẫu đất bề mặt (~20 cm) ở các ruộng lúa Cai Lậy
- Tiền Giang và Phƣờng 8 - Sóc Trăng. Các chủng vi khuẩn có khả năng phân
giải 2,4-D đƣợc phâp lập theo phƣơng pháp chọn lọc trên môi trƣờng khống tối
thiểu có bổ sung 2,4-D ở nồng độ 500mg/L. Sử dụng phƣơng pháp nhận diện, so
sánh trình tự gen 16S rRNA, nhóm tác giả đã sàng lọc đƣợc đƣợc 10 chủng vi
khuẩn Gram âm, thuộc họ Burkholderiaceae có khả năng phân hủy 2,4-D, bao
gồm Cupriavidus sp. ST1, Burkholderia sp. ST4, Cupriavidus sp. ST7, Cupriavidus
sp. ST10, Burkholderia sp. ST14, Cupriavidus sp. TG2, Cupriavidus sp. TG3,
Cupriavidus sp. TG16, Ralstonia sp. TG26 và Burkholderia sp. TG27. Kết quả
phân tích sắc ký lỏng cao áp (HPLC) cho thấy chủng Cupriavidus sp. TG2 có
khả năng phân hủy gần nhƣ hồn tồn 2,4-D (ở nồng độ ban đầu 500mg/L)

16