QUAN hệ GIỮA HAI CỘNG ĐỒNG VI KHUẨN có KHẢ NĂNG KHỬ CLO yếm KHÍ CHLORODIBENZO p DIOXIN và CỘNG ĐỒNG KHỬ CLO 1,2,3,4 TETRACHLOROBENZENE TRONG TRẦM TÍCH ô NHIỄM CHẤT độc DA CAM

Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

DIỆP NGUYỄN DIỄM CHÂU

QUAN HỆ GIỮA HAI CỘNG ĐỒNG
VI KHUẨN CÓ KHẢ NĂNG KHỬ CLO YẾM KHÍ
CHLORODIBENZO -P-DIOXIN VÀ CỘNG ĐỒNG KHỬ
CLO 1,2,3,4-TETRACHLOROBENZENE TRONG TRẦM
TÍCH Ô NHIỄM CHẤT ĐỘC DA CAM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT

Cần Thơ, 2011

-1-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN KHOA HỌC ĐẤT

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGÀNH KHOA HỌC ĐẤT

Tên đề tài:

QUAN HỆ GIỮA HAI CỘNG ĐỒNG
VI KHUẨN CÓ KHẢ NĂNG KHỬ CLO YẾM KHÍ
CHLORODIBENZO -P-DIOXIN VÀ CỘNG ĐỒNG KHỬ
CLO 1,2,3,4-TETRACHLOROBENZENE TRONG TRẦM
TÍCH Ô NHIỄM CHẤT ĐỘC DA CAM

Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

TS. Dương Minh Viễn

Diệp Nguyễn Diễm Châu
MSSV: 3077437
Lớp: Khoa học đất K33

Cần Thơ, 2011

-2-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

LỜI CẢM TẠ

Tôi xin gởi lời tri ơn sâu sắc đến Cha, Mẹ và anh Tôi đã không ngại khó khăn, gian
khổ tiếp sức, lo lắng và động viên cho Tôi có ngày hôm nay.
Tôi xin ghi ơn thầy Dương Minh Viễn đã tận tình hướng dẫn, động viên tinh thần, tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện và hoàn thành bài luận văn này.
Chân thành biết ơn thầy Trần Bá Linh, cô Châu Thị Anh Thy là cố vấn học tập của lớp
Khoa học Đất Khóa 33 đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt khóa học.
Xin gởi lời biết ơn nhất đến quý Thầy Cô trong Bộ môn Khoa học đất và quý Thầy Cô
Khoa Nông Nghiệp và Sinh học ứng dụng, Trường Đại học Cần Thơ đã nhiệt tình giảng dạy,
truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian tôi học tập tại
Trường.
Tôi xin gởi lời biết ơn tới chị Thị Tú Linh đã giúp đỡ Tôi rất nhiều trong quá trình
thực hiện đề tài và giúp chỉnh sửa luận văn.
Các chị trong Phòng Sinh học đất, Bộ môn Khoa học đất đã tận tình giúp đỡ Tôi trong
suốt thời gian thực hiện luận văn.
Tôi thân gởi lời chúc sức khỏe, thành đạt nhất đến các bạn lớp Khoa học đất Khóa 33,
những người bạn đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập. Chúc các bạn gặp
nhiều may mắn trong cuộc sống.

DIỆP NGUYỄN DIỄM CHÂU

-3-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

MỤC LỤC
Trang

Nhận xét của cán bộ hướng dẫn...............................................................................................i
Nhận xét của hội đồng ...........................................................................................................ii
Lời cam đoan ........................................................................................................................iii
Lý lịch cá nhân .. ..................................................................................................................iv
Lời cảm tạ. ............................................................................................................................v
Mục lục... .............................................................................................................................vi
Danh sách chữ viết tắt ..vii
Danh sách biểu bảng . .viii
Danh sách biểu hình.. ...........................................................................................................ix
Tóm lược ............................................................................................................................x
MỞ ĐẦU ..............................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ... ..2
1.1 TỔNG QUAN VỀ DIOXINS ...........................................................................................2
1.1.1 Giới thiệu về dioxins ..................................................................................................2
1.1.2 Tính chất của dioxins trong môi trường ......................................................................3
1.1.3 Nguồn gốc phát sinh dioxins trong môi trường ... ..4
1.1.4 Sự tích tụ dioxins trong môi trường và trong chuỗi thức ăn....... ..4
1.2 TÌNH HÌNH Ô NHIỄM DIOXINS TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ........................5
1.2.1 Ô nhiễm dioxins trên thế giới .....................................................................................5
1.2.2 Ô nhiễm dioxins ở Việt Nam ......................................................................................6
1.3 KHẮC PHỤC Ô NHIỄM DIOXIN ..................................................................................9
1.3.1 Các biện pháp khắc phục ô nhiễm dioxins trên thế giới...9

1.3.2 Các biện pháp khắc phục ô nhiễm dioxins đang được ứng dụng ở Việt Nam ..10
1.4 CƠ CHẾ PHÂN HỦY DIOXINS BỞI VI KHUẨN........................................................11

-4-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

1.4.1 Sự phân hủy sinh học hiếu khí ..... ............................................................................11
1.4.2 Sự phân hủy sinh học yếm khí ............................ .....................................................12
1.5 MỘT SỐ TIẾN TRÌNH ẢNH HƯỞNG LÊN HOẠT ĐỘNG KHỬ CLO DIOXINS CỦA
VI SINH VẬT YẾM KHÍ ....................................................................................................14
1.5.1 Tiến trình metan hóa.................................. ..............................................................15
1.5.2 Tiến trình acetate hóa 16
1.5.3 Tiến trình khử sulfate 16
1.6 NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA PHƯƠNG PHÁP SẮC KÍ KHÍ KHỐI PHỔ (GC-MS - Gas
Chromatography-Mass Spectrometry) SỬ DỤNG TRONG PHÂN TÍCH DIOXINS ...........
................................................................................................................16
1.6.1 Tổng quan về khối phổ và sắc ký khí ....................................................................16
1.6. 2 Nguyên tắc hoạt động của máy khối phổ...............................................................17
1.6. 3 Khối phổ kết hợp với sắc kí khí (Gas Chromatography Mass Spectometry) ..........17
1.7 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC PHÂN TỬ SỬ DỤNG PHÂN TÍCH CỘNG
ĐỒNG VI SINH VẬT THAM GIA VÀO SỰ PHÂN HỦY DIOXINS ................................19
1.7.1 Phương pháp phản ứng chuỗi polymerase (PCR) ...19
1.7.1.1 Giới thiệu .......... ................................................................................................19
1.7.1.2 Nguyên tắc cơ bản ..............................................................................................19
1.7.1.3 Cách tiến hành một phản ứng PCR ................... ................................................20
1.7.1.4 Các thành phần phản ứng PCR........................... ................................................21
1.6.2 Phương pháp điện di biến tính tăng cấp (DGGE) ....... ..............................................21
1.6.2.1 Giới thiệu .......... ................................................................................................21
1.6.2.2 Nguyên tắc phản ứng .................. .......................................................................22
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP .....................................................23
2.1 PHƯƠNG TIỆN.............................................................................................................23
2.1.1 Thời gian và địa điểm thí nghiệm ............................................................................23
2.1.2 Thiết bị thí nghiệm ..................................................................................................23

2.1.3 Sử dụng cộng đồng vi khuẩn phân hủy Chlorodibenzo-p-dioxin ...............................23
-5-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

2.1.4 Các hóa chất dùng trong thí nghiệm .........................................................................24
2.2 PHƯƠNG PHÁP............................................................................................................24
2.2.1 Bố trí thí nghiệm ......................................................................................................24
2.2.2 Chỉ tiêu theo dõi .......................................................................................................25
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN..........................................................................28
3.1 KHẢ NĂNG KHỬ CLO YẾM KHÍ CỦA CỘNG ĐỒNG VI KHUẨN ĐỐI VỚI 1,2,3,4TCDD; 2,3-DCDD VÀ 2,3,7,8-TCDD TRONG TRẦM TÍCH Ô NHIỄM DIOXINS...........28
3.2 HOẠT ĐỘNG KHỬ CLO YẾM KHÍ CỘNG ĐỒNG VI KHUẨN ĐỐI VỚI 1,2,3,4TeCB TRONG TRẦM TÍCH Ô NHIỄM DIOXINS .............................................................30
3.2.1 Hoạt động khử clo 1,2,3,4-TeCB của cộng đồng vi khuẩn khử PCDDs trong các mẫu ủ
lần 1................................. ...................................................................................................30
3.2.2 Hoạt động khử clo 1,2,3,4-TeCB của cộng đồng vi khuẩn khử PCDDs trong các mẫu ủ
lần 2.....................................................................................................................................34
3.3 MỐI QUAN HỆ GIỮA CỘNG ĐỒNG KHỬ CLO PCDDs VÀ CỘNG ĐỒNG KHỬ
CLO 1,2,3,4-TeCB............ ..................................................................................................35
3.3.1 Sự hiện diện của dòng vi khuẩn khử clo Chloroflexi trong các nghiệm thức ...... 35
3.3.2 Mối tương quan giữa hai cộng đồng vi khuẩn khử clo PCDDs và khử clo 1,2,3,4-TeCB
....................... ....................................................................................................................36
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................38
4.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................................38
4.1 KIẾN NGHỊ...................................................................................................................38
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................39
PHỤ CHƯƠNG . .................................................................................................................42

-6-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
Chữ tắt

Từ gốc

1,2,3,7,8-PeCDD

1,2,3,7,8-Pentachlorodibenzo-p-dioxin

2,4,5-T

2,4,5-Trichlorophenoxyacetic acid

2,4-D

2.4-Dichlorophenoxyacetic acid

bp

Base pair

DGGE

Denaturing Gradient Gel Electrophoresis

DiCB

Dichlorobenzene

DNA

Deoxyribonucleic acid

GCMS – QP 2010

Gas Chromatography Mass Spectometry QP 2010

I-TEQ

International-Total Toxic Equivalents

MCB

Monochlorobenzene

PCBs

Polychlorinated Biphenyls

PCDDs

Polychlorodibenzo-p-dioxins

PCDFs

Polychlorinated dibenzofurans

PCR

Polymerase Chain Reaction

RNA

Ribonucleic acid

rRNA

Ribosomal ribonucleic acid

TCDD

2,3,7,8 - Tetrachlorodibenzo-p-dioxin

TCVN

Vietnamese Standards

TeCB

Tetrachlorobenzene

TEFs

Toxic Equivalance Factors

TEQ

Toxicity Equivalent

TrCB

Trichlorobenzene

WHO

World Health Organization

-7-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

DANH SÁCH BIỂU BẢNG
Bảng

Tên bảng

1.1

Giá trị TEF theo International System (I-TEFs; Kutz et al., 1990) và

Trang

theo WHO System (WHO-TEQs; Van Den Berg et al., 1998, 2000) ......................
3
1.2

Hàm lượng dioxins chứa trong một số hợp chất khai hoang................................
6

1.3

Ngưỡng dioxins trong đất và trầm tích tại các điểm bị ô nhiễm nặng
dioxin (tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8183: 2009) .....................................................
8

1.4

Mức độ ảnh hưởng đến con người ứng với từng nồng độ dioxins ..........................
9

-8-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

DANH SÁCH BIỂU HÌNH
Hình
1.1

1.2

Tên hình

Trang

Cấu trúc hóa học của Polychlorinated dioxins ................................................................2
Cơ chế tạo ra sản phẩm phụ 2,3,7,8-TCDD trong quá trình tổng
hợp chất diệt cỏ 2,4,5-T................................................................................................ 4

1.3

Sự tích tụ dioxins trong môi trường và trong chuỗi thức ăn ...............................................
4

1.4

Máy bay C130 đang phun chất độc da cam trong chiến tranh Việt Nam ............................
6

1.5

1.6

Con đường phân hủy DF với cách thức oxy hóa kép ở phía bên (A) và oxy hóa
kép ở ngay gốc(B) ................................................................................................

12

Con đường loại bỏ clo của 1,2,3,4-TCDD (A) và 1,2,3,7,8-PeCDD (B) bởi loài

“Dehalococcoides” sp. dòng CBDB1................................................................................
14

1.7

Dòng điện tử trong trao đổi chất yếm khí (Max M. Häggblom, 2004)................................
14

1.8

Cấu tạo máy sắc kí khí khối phổ GC-MS ................................................................

2.1

Các mẫu ủ được bố trí hoàn chỉnh.....................................................................................
25

3.1

28
Sản phẩm con của các mẫu 3T4 (trầm tích đập Đội 4) sau 9 tháng ủ................................

3.2
3.3
3.4
3.5
3.6

18

Phổ đồ của mẫu 3T4-1 cấy 1,2,3,4-TCDD phân tích bằng máy GC-MS
QP2010 ............................................................................................................................
28
Mẫu 8T6 (trầm tích hồ Lâm Ly) cấy 2,3-DCDD sau 9 tháng ủ ................................

29

Sản phẩm con của mẫu 8T6 (trầm tích hồ Lâm Ly) cấy 2,3,7,8-TCDD sau 9
tháng ủ .............................................................................................................................
30
Nồng độ (μM) 1,2,3,4-TeCB của mẫu 3_1, 3_2 và 3_3 qua các tháng ủ ............................
31
Diện tích peak sản phẩm khử 1,2,3,4-TeCB của mẫu 3_1,3_2 và 3_3 qua các
tháng ủ .............................................................................................................................
31

3.7

Nồng độ (μM) 1,2,3,4-TeCB của mẫu 8_1, 8_2 qua các tháng ủ................................ 32

3.8

Diện tích peak sản phẩm khử 1,2,3,4-TeCB của mẫu 8_1, 8_2 qua các tháng ủ

3.9

Nồng độ (μM) 1,2,3,4-TeCB của mẫu 8_2’, 8_3’ qua các tháng ủ

3.10

Diện tích peak sản phẩm khử 1,2,3,4-TeCB của mẫu 8_2’, 8_3’ các tháng ủ .....................
33

3.11

Nồng độ (μM) 1,2,3,4-TeCB của các mẫu ủ đợt 2 sau 2 tháng................................

3.12

Diện tích peak sản phẩm khử 1,2,3,4-TeCB của các mẫu ủ đợt 2 sau 2 tháng ủ.................
34

3.13

Nồng độ (μM) 1,2,3,4-TeCB của các mẫu ủ đợt 2 sau 3 tháng................................

3.14

35
Diện tích peak sản phẩm khử 1,2,3,4-TeCB của các mẫu ủ đợt 2 sau 3 tháng ....................

3.15
3.16

33

34

35

Điện di đồ sản phẩm PCR của nhóm vi khuẩn khử clo Chloroflexi trong các
nghiệm thức với cặp mồi 338F/1101R ................................................................

36

Điện di đồ sản phẩm PCR của các nghiệm thức ................................................................
37

-9-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

Diệp Nguyễn Diễm Châu, 2011. “Quan hệ giữa hai cộng đồng vi khuẩn có khả năng khử clo
yếm khí Chlorodibenzo-p-dioxin và cộng đồng khử clo 1,2,3,4-Tetrachlorobenzene trong trầm
tích ô nhiễm chất độc da cam”. Luận văn tốt nghiệp Kỹ sư ngành Khoa học đất, Khoa Nông
nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại Học Cần Thơ. Giảng viên hướng dẫn khoa học
TS. Dương Minh Viễn.
TÓM LƯỢC

Đề tài: “Quan hệ giữa hai cộng đồng vi khuẩn có khả năng khử clo yếm khí
Chlorodibenzo-p-dioxin và cộng đồng khử clo 1,2,3,4-Tetrachlorobenzene trong trầm
tích ô nhiễm chất độc da cam” được thực hiện từ tháng 04/2010 đến tháng 04/2011 nhằm
nghiên cứu khả năng khử clo của cộng đồng vi khuẩn trong trầm tích ô nhiễm chất độc da cam
đối với 1,2,3,4-Tetrachlorobenzene (1,2,3,4-TeCB) và mối quan hệ giữa cộng đồng vi khuẩn
khử clo của polychlorodibenzo-p-dioxins (PCDDs) với cộng đồng khử clo 1,2,3,4-TeCB trên
trầm tích hồ Lâm Ly thuộc huyện A Lưới, Thừa Thiên Huế và trầm tích đập Đội 4, Cam
Nghĩa, Quảng Trị. Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm Sinh học đất, Bộ môn

Khoa học đất, Khoa Nông Nghiệp & SHƯD. Trường Đại học Cần Thơ.
Thí nghiệm sử dụng các dòng vi khuẩn có khả năng khử clo 1,2,3,4-Tetrachlorodibenzop-dioxins

(1,2,3,4-TCDD),

2,3-Dichlorodibenzo-p-dioxin

(2,3-DCDD)

và

2,3,7,8-

Tetrachlorodibenzo-p-dioxins (2,3,7,8-TCDD) đã được làm giàu trên hai mẫu trầm tích ở đập
Đội 4- Cam Nghĩa - Quảng Trị và Hồ Lâm Ly- A Lưới- Thừa Thiên Huế và chuyển sang môi
trường ủ mới có bổ sung 1,2,3,4-Tetrachlorobenzene (1,2,3,4-TeCB). Sau khi bố trí lấy mẫu ở
thời điểm tháng thứ 1,2,3,7,11; sau 7 tháng ủ chuyển sang môi trường ủ mới với 1,2,3,4-TeCB
và sử dụng cộng đồng vi khuẩn của mẫu ủ lần 1, lấy chỉ tiêu ở tháng thứ 2;3. Đem mẫu phân
tích sự khử của 1,2,3,4-TeCB bằng máy GC-MS QP2010. Đồng thời trích DNA của các mẫu ủ
và sử dụng phương pháp phản ứng chuỗi polymerase (PCR) kép và phương pháp điện di biến
tính tăng cấp (DGGE) phân tích cộng đồng vi khuẩn tham gia chuyển hóa 1,2,3,4-TeCB;
1,2,3,4-TCDD; 2,3-DCDD và 2,3,7,8-TCDD.
Sau 11 tháng ủ lần 1 và 3 tháng của mẫu chuyển lần 2, kết quả thí nghiệm cho thấy có
hoạt động khử clo yếm khí 1,2,3,4-TeCB của cộng đồng vi khuẩn khử clo 1,2,3,4-TCDD; 2,3DCDD và 2,3,7,8-TCDD.
Kết quả phân tích với phương pháp DGGE, cộng đồng vi khuẩn khử clo yếm khí trong
các mẫu ủ rất đa dạng. Cộng đồng vi khuẩn khử clo 1,2,3,4-TeCB có thành phần không khác
-10-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

biệt so với cộng đồng vi khuẩn khử clo PCDDs nhưng trong môi trường ủ với 1,2,3,4-TeCB
nồng độ cao thì một số dòng vi khuẩn tham gia trực tiếp khử clo 1,2,3,4-TeCB có mật số tăng
lên. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong khả năng sử dụng TeCB để phân lập vi khuẩn khử
clo của PCDDs và sử dụng TeCB như là chất mồi thúc đẩy hoạt động khử clo của vi khuẩn
khử PCDDs.

-11-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

MỞ ĐẦU
Dioxins là những hợp chất hóa học có độc tính cao, ảnh hưởng nghiêm trọng
đến sức khỏe con người và môi trường. Chúng thuộc nhóm mạch vòng rất bền và khó
phân hủy trong môi trường đất. Nhiều nghiên cứu hiện nay được ứng dụng nhằm khắc
phục và giảm thiểu ô nhiễm dioxins, trong đó ứng dụng vi sinh vật có khả năng phân
hủy dioxins đang rất phổ biến và tỏ ra có hiệu quả tích cực.
Tetrachlorobenzene (TeCB) có cấu tạo hóa học như một nhánh vòng thơm của
các chất Polychlorodibenzo-p-dioxins (PCDDs) và ít độc hơn nhiều so với dioxin nên
thường được sử dụng như chất mồi thúc đẩy hoạt động của vi khuẩn khử chlor yếm
khí PCDDs (haloprimer). Một số kết quả nghiên cứu cho thấy vi khuẩn yếm khí khử
clo của PCDDs cũng có thể khử clo của TeCB (Fennel, D.E.; Nijenhuis, I.; Wilson,
S.F.; Zinder, S.H.; Hägglom, M.M., 2004). Vi khuẩn khử yếm khí clo trong PCDDs và
TeCB đều sử dụng các hợp chất này như chất nhận điện tử.
Hàm lượng PCDDs trong đất ô nhiễm thường rất thấp, nên mật số vi khuẩn khử

yếm khí clo của PCDDs không cao. Do đó bổ sung TeCB như là biện pháp làm gia
tăng mật số của chúng để giúp khử clo được tốt hơn. Việc kiểm tra sự thay đổi cấu trúc
cộng đồng vi khuẩn yếm khí đã được làm giàu với 1,2,3,4-TCDD và 2,3,7,8-TCDD
khi chuyển sang môi trường mới với TeCB có ý nghĩa quan trọng trong khả năng sử
dụng TeCB để phân lập vi khuẩn khử clo của PCDDs và sử dụng TeCB như là chất
mồi halogen thúc đẩy vi khuẩn khử PCDDs. Chính vì vậy đề tài “Quan hệ giữa hai
cộng đồng vi khuẩn có khả năng khử clo yếm khí chlorodibenzo-p-dioxins và
cộng đồng khử clo 1,2,3,4 –Tetrachlorobenzene trong trầm tích ô nhiễm chất độc
da cam” được thực hiện nhằm nghiên cứu khả năng khử clo của cộng đồng vi khuẩn
trong trầm tích ô nhiễm dioxins đối với TeCB và mối quan hệ giữa cộng đồng khử clo
của chlorodibenzo-p-dioxins trước đó và cộng đồng được bổ sung TeCB trên 2 loại
trầm tích lấy từ trầm tích hồ Lâm Ly thuộc huyện A Lưới, Thừa Thiên Huế và trầm
tích đập Đội 4, Cam Nghĩa, Quảng Trị.

-12-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

CHƯƠNG 1
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
1.1 TỔNG QUAN VỀ DIOXINS
1.1.1 Giới thiệu về dioxins
Dioxins là tên gọi chung của một nhóm hàng trăm các hợp chất hóa học tồn tại
bền vững trong môi trường cũng như trong cơ thể con người và các sinh vật khác. Tùy
theo số nguyên tử Clo và vị trí không gian của những nguyên tử này, dioxins có 75
đồng phân PCDDs (Polychlorinated dibenzo-para-dioxins) và 135 đồng phân PCDFs
(Polychlorinated dibenzofurans) với độc tính khác nhau (hình 1.1). Dioxins còn bao

gồm nhóm các PCBs (Polychlorinated biphenyls), là các chất tương tự dioxins, bao
gồm 419 chất hóa học trong đó có 29 chất đặc biệt nguy hiểm. Trong nhóm dioxins,
chất độc nhất là 2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-para-dioxin (2,3,7,8-TCDD), nên TCDD
được làm chuẩn để so sánh trong nhóm chất dioxins (Tuan et al., 2007).

Polychlorinated dibenzo-para-dioxins(PCDDs)

Polychlorinated dibenzofurans (PCDFs)

2,3,7,8 tetrachlorodibenzo-p-dioxins

Hình1.1: Cấu trúc hóa học của Polychlorinated dioxins

Để so sánh mức độ gây độc của các chất, tổ chức Y tế thế giới (WHO) dùng chỉ
số TEFs (Toxic Equivalance Factors) để đánh giá.

-13-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

Bảng 1.1 Giá trị TEF theo International System (I-TEFs; Kutz et al., 1990) và theo
WHO System (WHO-TEQs; Van Den Berg et al., 1998, 2000)
Compounda

TEF value
I-TEF WHO-TEQ

PCDDs
2,3,7,8-TCDD
1,2,3,7,8-PeCDD

1
0.5

1
1

1,2,3,4,7,8-HxCDD
1,2,3,6,7,8-HxCDD
1,2,3,7,8,9-HxCDD

0.1
0.1
0.1

0.1
0.1
0.1

1,2,3,4,6,7,8-HpCDD

0.01

0.01

OCDD

0.001

0.0001

Compound
PCDFs
2,3,7,8-TCDF
1,2,3,7,8-PeCDF
2,3,4,7,8-PeCDF
1,2,3,4,7,8-HxCDF
1,2,3,6,7,8-HxCDF
1,2,3,7,8,9-HxCDF
2,3,4,6,7,8-HxCDF
1,2,3,4,6,7,8-HpCDF
1,2,3,4,7,8,9-HpCDF
OCDF

TEF value
I-TEF WHO-TEQ
0.1
0.05
0.5
0.1
0.1
0.1
0.1
0.01
0.01
0.001

0.1
0.05
0.5
0.1
0.1
0.1
0.1
0.01
0.01
0.0001

a

T = Tetra, Pe = Penta, Hx = Hexa, He = Hepta

1.1.2 Tính chất của dioxins trong môi trường
Dioxins ít hòa tan trong nước nhưng khả năng hấp thụ vào đất lại khá cao. Khi
xâm nhập vào đất, dioxin hấp phụ rất chặt ở các hạt đất, lực liên kết càng chặt khi hàm
lượng chất hữu cơ trong đất càng cao, dioxins kết hợp với các chất hữu cơ biến thành
các phức chất không hòa tan trong nước và ít bị rửa trôi. Do vậy, những lớp đất có
lượng mùn cao ở khu vực nhiễm độc dioxins có khả năng tích tụ dioxins nhiều nhất.
Dioxins có thể chuyển ra khỏi những nơi tích tụ ban đầu nếu khu vực đất nhiễm
dioxins bị sạt lở, và theo dòng nước cuốn đi xa, tạo thành những khu vực nhiễm độc
mới.
Theo các nhà khoa học Nga (Fokin và Cusevich) cho rằng thời gian bán phân
hủy của dioxins trong thiên nhiên là từ 10 – 12 năm.
Tìm hiểu độ thấm của dioxins trong đất, một nghiên cứu đã được tiến hành ở
vùng đất cát thuộc bang Florida, Mỹ đã cho thấy sau 10 – 12 năm ở độ sâu 15cm trong
đất vẫn còn lưu tới 1.500 nanogram/kg đất. Người ta cho rằng độ thấm sâu của dioxins
trong đất là từ 1 – 30cm. Tuy nhiên, tại công ty sản xuất dioxins ở Seversso, Italia

người ta vẫn tìm thấy dioxin ở độ sâu 1,36m mặc dù vùng đất này không có kẽ nứt.

1.1.3 Nguồn gốc phát sinh dioxins trong môi trường
Dioxins được hình thành ở nhiệt độ 1800C – 4000C. Áp suất, tia cực tím, chất
xúc tác có thể kích thích việc hình thành dioxins. Những hóa chất có thể đưa đến việc
hình thành dioxins như: thuốc diệt cỏ 2,4-D; 2,4,5-T; silvex; erbon… Khi thiêu hủy
-14-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

các thực vật được xử lý bằng các chất trên cũng đưa đến việc hình thành dioxins (hình
1.3).

Hình 1.2: Cơ chế tạo ra sản phẩm phụ 2,3,7,8-TCDD trong quá trình tổng
hợp chất diệt cỏ 2,4,5-T

1.1.4 Sự tích tụ dioxins trong môi trường và trong chuỗi thức ăn

Hình 1.3 Sự tích tụ dioxins trong môi trường và trong chuỗi thức ăn

Các sản phẩm trong các lò đốt chất thải bằng nhựa dẻo chứa clo, khí thải từ các
phương tiện giao thông vận tải, nhà máy giấy nhờ gió, những hạt bụi nhỏ lan truyền ra
xa nguồn phát thải, bám vào các thảm thực vật, theo mưa đi vào sông, suối, ao, hồ.
Dioxins bị rửa trôi vào nguồn nước mặt. Tảo và thực vật nước là sinh vật hấp
thụ dioxins đầu tiên. Động vật nguyên sinh ăn tảo và cá ăn động vật nguyên sinh chứa
dioxins. Người lại dùng cá như một loại thức ăn và như vậy, qua chuỗi thức ăn mà
dioxins được truyền từ nước sang.

Dioxins hoà tan trong chất béo, chúng gắn với chất hữu cơ và chất cặn trong
môi trường và được hấp thụ vào mô mỡ động vật hoặc người. Ngoài ra, do ít bị vi
khuẩn phân hủy nên chúng tồn lưu và tích tụ sinh học trong dây chuyền thực phẩm.
-15-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

Từ đất dioxins vào thảm thực vật (qua quá trình hấp thụ từ rễ cây), đi vào các
loài ăn cỏ như bò, vào máu và được tích tụ trong mỡ, sữa, thịt bò. Người ăn thịt, sữa
bò sẽ bị nhiễm dioxins. Có tới hơn 95% chất độc tiếp xúc với con người thông qua
chuỗi thức ăn, đặc biệt qua chất béo động vật.
1.2 TÌNH HÌNH Ô NHIỄM DIOXINS TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.2.1 Ô nhiễm dioxins trên thế giới
Từ đầu thế kỷ 20, khi công ty Dow Chemical Midland ở Hoa kỳ thành công
trong việc sản xuất hàng loạt khí clo sau khi tách rời được dung dịch muối ăn (sodium
chloride – NaCl), clo được dùng để chế biến đủ các loại thuốc trừ sâu rầy, diệt cỏ dại,
và các hợp chất dẻo (plastic) nhất là chất polyvinyl chloride hay PVC mà chất sau
cùng này đã được xem như là một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật thời bấy giờ vì
đã mang lại nhiều ứng dụng trong kỹ nghệ cho thế giới. Và dioxins từ những bước đầu
tiên của công nghệ clo, đã trở thành một danh từ đầu môi trong hầu hết các quy trình
sản xuất các sản phẩm chứa clo. Đây là một sản phẩm phụ không nằm trong dự tính
của con người, và chính con người cũng chưa tìm được phương cách để loại trừ hóa
chất này trong sản xuất. Trong thuốc khai hoang 2,4,5-T (trichloro-phenoxyacetic
acid), dioxins được tìm thấy nhiều nhất, ước tính vào độ 2 ppm (phần triệu).
Vào tháng Bảy năm 1976, tại Seversso (Italia), trong một vụ nổ ở một một hãng
sản xuất thuốc diệt cỏ 2,4,5-trichlorophenol (TCP) một lượng dioxins ước tính độ 30kg
đã làm ô nhiễm một vùng rộng 6 km2. Chim chóc, gia súc và cây cỏ trong vùng bị

nhiễm đã bị chết hay hủy diệt vài ngày sau đó. Chính quyền địa phương và các nhà
chức trách y tế Italia nghi ngờ là dân cư sống trong vùng có thể bị nhiễm độc chất
dioxins.
Ngày 6/1/2011, chính quyền Đức đã ra lệnh đóng cửa 4.709 trang trại chăn nuôi
trên khắp cả nước để ngăn chặn nguy cơ lây nhiễm dioxins sau vụ trứng gà, thịt heo bị
nhiễm dioxin được phát hiện ngày 3/1.

-16-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

1.2.2 Ô nhiễm dioxins ở Việt Nam
 Nguyên nhân ô nhiễm dioxins ở Việt Nam
Ngày 13/1/1962, lần đầu tiên chất diệt cỏ được
quân đội Hoa Kỳ sử dụng trong chiến tranh Việt Nam
với mật danh “Chiến dịch Ranch Hand”. Khi đó, quân
đội Hoa Kỳ thường đựng trong những thùng sơn màu
da cam nên nó còn được gọi là “tác nhân da cam”
(Agent Orange).
Mục đích quân sự chính thức của chất độc da
cam trong chiến dịch Ranch Hand là làm rụng lá cây
rừng để quân đội du kích Giải phóng Miền Nam không

Hình 1.4 Máy bay C130 đang
phun chất độc da cam trong
chiến tranh Việt Nam

còn nơi lẩn tránh. Quân đội Hoa Kỳ còn có một số mã danh khác để chỉ đến các chất
được dùng trong chiến dịch này: “chất xanh” (Agent Blue, cacodylic acid), “chất
trắng” (Agent White, hỗn hợp 4:1 của 2,4-D và picloram), “chất tím” (Agent Purle) và
“chất hồng” (Agent Pink) (bảng 1.2). Hầu hết đều được pha trộn bởi hai hóa chất là
dichlorophenoxy acetic acid (2,4-D) và trichlorophenoxy acetic acid (2,4,5-T) với tỷ lệ
50:50.
Bảng 1.2 Hàm lượng dioxins chứa trong một số hợp chất khai hoang

Chất khai hoang

Hàm luợng dioxins (ppm)

Agent Orange

1.77 – 40

Agent Blue (purle)

32.8 -45

Agent Red (Pink)

65.6

Agent White (Green)

65.6

Silver

1 – 70

2,4,5 – T (Current)

< 0.1

Suốt từ năm 1962, cao điểm là những năm 1966, 1967, 1968 và kết thúc ngày
30/6/1971, Hoa Kỳ đã rải xuống miền nam Việt Nam gần 77 triệu lít hóa chất, trong
đó có khoảng 370kg dioxins. Tuy nhiên, khi chiến dịch kết thúc không quân của quân

-17-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

đội Sài Gòn vẫn tiếp tục thực hiện những phi vụ rải hóa chất dọc tuyến đường mòn Hồ
Chí Minh đến tháng 3/1975, với số lượng khoảng 6 triệu lít hóa chất.
Có hai nguồn chính gây ô nhiễm dioxins ở Việt Nam. Một là từ việc phun thuốc
diệt cỏ của quân đội Hoa Kỳ. Hai là tại các căn cứ quân sự của Hoa Kỳ và Đồng Minh
dùng để cất trữ thuốc diệt cỏ. Theo Dwernychuk et al.,2002 hàm lượng độc chất
TCDD trong đất tại các căn cứ quân sự trước đây của quân đội Hoa Kỳ từ 4.2 pg/g đến
360 pg/g và đều vượt quá 85.7% tổng số I-TEQ (International-Total Toxic
Equivalents). Trong khi đó hàm lượng TCDD trong đất tại các vùng được phun rải
chất độc khai hoang là từ không phát hiện đến 15 pg/g chiếm 50 – 80% tổng số I-TEQ
ít hơn nhiều so với tại các căn cứ quân sự trước đây của quân đội Hoa Kỳ.
 Tóm lược lịch sử vùng đất thí nghiệm bị nhiễm dioxins
Theo nghiên cứu của Dwernychuk et al., 2002, thung lũng A Lưới cách Huế
65km về hướng Tây, gần biên giới Lào, là một trong những nơi ô nhiễm 2,3,7,8TCDD nhiều nhất vì đây từng là căn cứ địa cách mạng trọng điểm của tỉnh và cả nước.

Thung lũng A Lưới là một phần trong đường mòn Hồ Chí Minh, bị phun thuốc
khai hoang rất trầm trọng trong khoảng thời gian 1965 – 1970 chủ yếu với chất da
cam. Theo số liệu chính thức của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, trong chiến dịch mang mật
danh “Rauch Hand, huyện A Lưới tỉnh Thừa Thiên Huế phải gánh chịu 434.812 gallon
chất da cam chứa khoảng 11kg dioxins.
Theo kết quả nghiên cứu năm 2001 của một nhóm các nhà khoa học Canada tại
Việt Nam, sân bay Aso (huyện A Lưới, tỉnh Thừa Thiên - Huế), vùng A Lưới bị bỏ
hoang hơn 30 năm nay nhưng vẫn còn nồng độ dioxins trong đất rất cao (897 ppt), gấp
gần 3 lần mức tiêu chuẩn mà Canada coi là nhiễm độc nặng, cần phải tẩy độc.
 Ảnh hưởng của dioxins đến môi trường sinh thái và sức khỏe cộng đồng
Tác động lên môi trường sinh thái
Những tác động đối với sinh thái của việc sử dụng chất da cam bao gồm khả
năng phá hủy những vùng đất thượng du rừng rậm (xấp xỉ 2 triệu ha đã bị phá hủy),
phá hủy khoảng 55% diện tích rừng ngập mặn, và làm suy giảm nghiêm trọng số
lượng sinh vật hoang dã và các loài chim ở vùng đất này. Phần lớn không thể phục hồi
được đầy đủ. Trong vùng A Lưới, nơi Ủy Ban 10-80 và Hatfield đã tiến hành nghiên
-18-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

cứu toàn diện, số lượng loài động vật có vú, giảm bớt từ 40 xuống còn 5 loài; số lượng
chim rút xuống đáng kể từ 160 còn 25 loài.
Ước tính ở nước ta đã có hơn 5,6 triệu ha rừng bị rải dioxins và chất độc hoá
học. Với những loại rừng bị rải 1 lần đã làm cho 10% cây bị chết, còn bị rải từ 3 lần
trở lên thì từ 30 - 90% cây rừng chết. Theo ước tính của Viện quy hoạch rừng, chất
dioxins và chất độc hoá học đã làm nước ta thiệt hại khoảng hơn 60 triệu m3 gỗ và làm
suy giảm đa dạng sinh học.

Mặc dù nồng độ dioxins trong môi trường và trong cơ thể đang giảm dần nhưng
nồng độ này trong môi trường đất, động thực vật và con người ở những vùng "nóng"
vẫn còn rất cao. Việc xử lý chất này và khắc phục hậu quả của nó hết sức khó khăn,
tốn kém. Một lượng lớn dioxins vẫn còn lắng đọng trong bùn ao, tác động đến các sinh
vật sống ở tầng đáy của một số ao hồ.
Do đó, để có cơ sở pháp lý cho việc xử lý đất, trầm tích khu vực ô nhiễm, Văn
phòng Ban Chỉ đạo 33 đã thực hiện nhiệm vụ xây dựng ngưỡng dioxins trong đất và
trầm tích để trình Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành. Đầu tháng 9/2010, tiêu chuẩn
quốc gia về “Ngưỡng dioxins trong đất và trầm tích” đã được ban hành (bảng 1.3).
Bảng 1.3 Ngưỡng dioxins trong đất và trầm tích tại các điểm bị ô nhiễm nặng dioxin
(tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8183 : 2009)
Đơn vị tính: ng/kg – TEQ

Môi trường

Ngưỡng

Phương pháp xác định

Đất

1.000

EPA Method 8280B hoặc

Trầm tích

150

EPA Method 8290A

(Theo Tạp chí Độc học, 2010)

Độc tính của dioxins đối với cơ thể con người
Tác hại của dioxins trên cơ thể con người được tính bằng ppt (phần tỷ của
miligram). Một người khỏe mạnh chỉ cần nhiễm vài ppt là đã ảnh hưởng đến nhiều bộ
phận. Vì dioxins tồn lưu lâu dài và có tính chất lipophilic (nghĩa là dioxins có thể bám
chắc vào mỡ). Dioxins đi vào thức ăn và nằm trong các cơ quan nội tạng động vật, cả
trong sữa và máu người.

-19-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

Bảng 1.4 Mức độ ảnh hưởng đến con người ứng với từng nồng độ dioxins

Liều lượng

Tác hại

0,3.10-3mg/g

Kích thích da, chóng mặt, đau đầu, buồn nôn

1 µg /g

Ngộ độc cấp tính nếu đưa vào cơ thể

1 mg/g

Tử vong nếu đưa vào cơ thể

1 ppt

Tác động đến thai nghén

5 ppt

Có thể gây ung thư

50-70 ppb

Có thể chết người

Ở Việt Nam vấn đề "chất độc màu da cam" trong chiến tranh đã được nghiên
cứu bước đầu về mặt bệnh lý và có khá nhiều bằng chứng nêu rõ ảnh hưởng của
dioxins (2,3,7,8 - TCDD) từ các hóa chất diệt cỏ 2,4,5-T và 2,4-D gây u Lymphoma ác
tính, dị dạng và quái thai khác thường, trong đó nổi bật nhất là công trình nghiên cứu
của GS Tôn Thất Tùng, người nêu lên tác hại của dioxins vào hệ di truyền và nhiễm
sắc thể khi xét nghiệm những nạn nhân bị nhiễm độc. Tuy nhiên, do việc định lượng
hàm lượng độc tố trong máu hay trong các tuyến bài tiết hormone rất khó khăn và tốn
kém, phải đo ở mức 1 phần tỷ (nanogram hay PPB - 10-9 gram) hay 1 phần 1000 tỷ
gram (picogram hay PPT - 10-12 gram).
1.3 KHẮC PHỤC Ô NHIỄM DIOXINS TRONG MÔI TRƯỜNG ĐẤT
1.3.1 Các biện pháp khắc phục ô nhiễm dioxins trên thế giới
Do khả năng gây độc và tính trơ về mặt hóa học của dioxins làm cho việc loại
bỏ chúng ra khỏi môi trường bị ô nhiễm gặp nhiều khó khăn (Bünz et al, 1997). Có

nhiều kỹ thuật Hóa Lý (Physicochemical) cho việc loại trừ dioxins ra khỏi vùng bị ô
nhiễm ví dụ như phương pháp xử lý nhiệt (Thermal remediation), giảm nhiễm bằng
quang năng (Photo-degradation), thủy phân bằng nước siêu tới hạn (Supercritical
water-using hydrolysis), khử clo với một kim loại xúc tác (Dechlorination with a metal
catalyst)… Tuy nhiên các phương pháp Hóa Lý tỏ ra hạn chế khi triển khai cho cả một
vùng ô nhiễm rộng lớn.
Từ thập niên 70 đến nay việc nghiên cứu và ứng dụng vi sinh vật để khắc phục
sự ô nhiễm môi trường đã được phát triển, có rất nhiều loài vi sinh vật phân hủy
dioxins được phân lập và định danh. Những thông tin đã được nghiên cứu cho thấy
-20-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

rằng dioxins và hợp chất tương tự dioxins bị phân hủy do một vài loài vi sinh vật hiếu
khí chứa xúc tác của enzyme hydrocarbon dioxygenase có khả năng phân hủy các
vòng thơm, bởi enzyme dehalogenase của các vi sinh vật kị khí có khả năng khử clo.
(Hiraishi, 2003).
1.3.2 Các biện pháp khắc phục ô nhiễm dioxins đang được ứng dụng ở Việt Nam
Vi sinh vật phân huỷ dioxins với tốc độ chậm. Người ta đã chọn được 5 dòng
vi sinh vật có khả năng phân huỷ dioxins. Trong số các vi sinh vật có sẵn trong đất,
nước, không khí; chỉ có dòng vi sinh vật nào sản sinh ra hydro mới có khả năng phân
huỷ hết dioxins. Người ta đã tiến hành thí nghiệm với 3 liều lượng 1,78 - 3,56 - 17,8
ppm Tetrachlorodibenzo-p-dioxins (TCDD) chứa cacbon đồng vị 14C trên hai lô đất ở
Mỹ. Sau một năm, lượng dioxins trong đất còn lại 52,8%. Phương pháp này cũng được
đưa vào áp dụng trong xử lý dioxins ở sân bay Đà Nẵng và Seversso.
Phương pháp xử lý ô nhiễm bằng công nghệ sinh học. Phương pháp tuy mới
mẻ nhưng đã được đặc biệt chú ý bởi giá thành hạ và thân thiện với môi trường.

Phương pháp phân hủy sinh học không đòi hỏi các điều kiện phức tạp như nhiệt độ
cao, áp suất, quá trình xúc tác, chi phí thấp do đó rất phù hợp với điều kiện kinh tế ở
nước ta.Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là đòi hỏi thời gian dài. Sau vài
tháng hoặc vài năm các chất ô nhiễm có thể được hoàn toàn loại bỏ bằng phương pháp
phân hủy sinh học. Xử lý chất ô nhiễm theo phương pháp phân hủy sinh học có thể đi
theo hai hướng chính là làm giàu sinh học và kích thích sinh học.
Phương pháp nghiên cứu vi sinh vật truyền thống và kỹ thuật sinh học
phân tử điểm chỉ như DGGE và các kỹ thuật sinh học phân tử khác đã được tiến
hành để nghiên cứu tập đoàn vi sinh vật đồng thời phân lập các chủng vi sinh vật, định
tên loài vi sinh vật sử dụng dioxins, dibenzofuran, hydrocabon thơm đa nhân phân lập
từ nguồn ô nhiễm kể trên. Độ tồn lưu của dioxins và các ô nhiễm khác được xác định
bằng phương pháp miễn dịch và sắc ký khối phổ. Phương pháp miễn dịch phân tích
dioxins của EPA Hoa Kỳ được tiến hành theo EnviroGrardTMkít. Sau tám năm
nghiên cứu, các nhà khoa học ở Việt Nam đã thu được những kết quả rất khả quan. Số
lượng vi sinh vật dị dưỡng ở đất nhiễm độc trước khi xử lý không cao, dao động từ
102- 105 MPN/g hay CFU/g. Những nhóm vi sinh vật khác cũng tồn tại trong loại đất
này với số lượng và đa dạng thấp. Trong quá trình xử lý ở qui mô khác nhau, số lượng
-21-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

vi sinh vật đã tăng đáng kể từ 1.000-10.000 lần. Sau hơn hai năm xử lý bằng cách bổ
sung chế phẩm Slow-D, DHS1, DHS2 và các hợp chất, vi lượng, thành phần xúc tác,
các chất hoạt động bề mặt sinh học, phối hợp với sự thay đổi hàm lượng oxy và thay
đổi độ ẩm, hiệu quả của quá trình xử lý “chôn lấp tích cực” (kết hợp cô lập, hấp phụ,
chôn lấp và phân hủy sinh học) rất rõ rệt. Trong tất cả các lô xử lý, sau 8 đến 24 tháng,
từ 50 đến 70% tổng độ độc đã bị giảm (Dang et al., 2002).

Các cán bộ nghiên cứu thuộc phòng Công nghệ sinh học môi trường Viện Công
nghệ sinh học Việt Nam đã phân lập được một số chủng vi sinh có khả năng vật sử
dụng dibenzofurans, dioxins, chất diệt cỏ 2,4,5-T, 2,4-D và PAH từ đất nhiễm chất độc
hóa học tại sân bay Đà Nẵng. Các vi khuẩn đã được phân lập gồm Bacillus sp. BU3,
Pseudomonas sp. BDN15, Pseudomonas sp. SETDN1, Terrabacter sp. DMA,
Rhodoccocus sp. HDN3 v.v. Một số chủng nấm sợi chủ yếu thuộc chi Aspergillus
như Aspergillus sp. FDN30, Aspergillus sp. FDN22, Aspergillus sp. FDN20. Xạ
khuẩn cũng đã được phân lập tuy không nhiều nhưng cũng đã phân lập được một số
chủng thuộc chi

Streptomyces như các chủng

Streptomyces sp. XKDN11,

Streptomyces sp. XKDN12.
1.4 CƠ CHẾ PHÂN HỦY DIOXINS BỞI VI KHUẨN
1.4.1 Sự phân hủy sinh học hiếu khí
Những nghiên cứu hiện nay đã phát hiện ra khả năng phân hủy dioxins của các
loài vi khuẩn hiếu khí ở những dioxins như Dibenzo-p-dioxin (DD), Dibenzofuran
(DF)… Trong cơ chế phân hủy dioxins của các vi khuẩn hiếu khí này, sự oxy hóa các
vòng thơm của dioxins có liên quan đến aromatic hydrocarbon dioxygenase ở tại ngay
bước đầu của tiến trình phân hủy. Có hai cách thức chính của sự oxy hóa các vòng
thơm của dioxins.
+ Một là sự oxy hóa kép ở phía trên (Lateral dioxygenation), nơi mà một trong
những vòng thơm của dioxins bị tác động ở vị trí 1,2 phía bên góc ( thỉnh thoảng cũng
có thấy ở vị trí 2,3 hay 3,4) và được chuyển thành cis-dihydrodiols (hình 1.5A). Một
đặc điểm rất hay được phát hiện ra ở cách thức oxy hóa này là có sự hình thành chất
trao đổi trung gian màu vàng.

-22-

Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

+ Cách thức thứ hai được biết đến là sự oxy hóa kép ở ngay gốc (Angular
dioxygenation), xảy ra tại vị trí 4 và 4a ngay kề cầu nối ete (hình 1.5B) (Hiraishi,
2003).
Nhiều nghiên cứu tập trung vào khả năng loài vi khuẩn Sphingomonas wittichii
dòng RW1 phân hủy các nhóm chất DD và DF có gốc clo. Theo Wilkes et al., 1996
cho rằng dòng RW1 không phân hủy được nhiều gốc clo của các nhóm chất DD và DF
mà chỉ phân hủy được một hoặc hai gốc clo. Các nhóm chất DD và DF có gốc clo này
khi phân hủy sẽ được chuyển tương ứng thành các catechol và salicylate có một hoặc
hai gốc clo rồi thành các catechol và salicylate. Mặc dù có thể phân hủy các gốc clo
của các nhóm chất DD và DF nhưng loài Sphingomonas wittichii dòng RW1 không có
khả năng sinh trưởng trong điều kiện chỉ có các nhóm chất chứa gốc clo của DD và DF
là nguồn carbon, nguồn năng lượng duy nhất.
A

B

CO2 , H2O
Hình 1.5: Con đường phân hủy DF với cách thức oxy hóa kép ở phía bên (A) và oxy hóa kép ở
ngay

gốc

(B).

I:

DF;

II:

1,2-dihydro-dihydroxydibenzofuran;

III:

2,3-dihydro-2,3-

dihydroxydibenzofuran; IV: 1,2- dihydroxydibenzofuran; V: 2-oxo-4-(3’-hydroxydibenzofuran2’-yl)-but-3-enoic acid; VI: 2-hydroxy-4-(3’-oxo-3’H-benzofuran-2’-yliden)-but-2-enoic-acid;
VII: salicylic acid; VIII: 4,4a-dihydro-dihydroxydibenzofuran; IX: 2,2’,3-trihydroxybiphenyl,
X:

2-hydroxy-6-(2-hydroxyphenyl)-6-oxo-2,4-hexadienoic

pentenoate.(Hiraishi, 2003).

-23-

acid;

XI:

2-oxo-4-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

Nghiên cứu về sự ảnh hưởng của mẫu thay thế trên sự phân hủy 210 nhóm chất
của PCDD/Fs của Schreiner et al., 1997 sử dụng nhiều dòng vi khuẩn khác nhau trong
đó có loài Sphingomonas sp. Dòng DSM 7135 và Ralstonia sp. Dòng DSM 6708. Kết
quả thí nghiêm cho thấy dòng DSM 7135 đã phân hủy 31% 2,3,7,8-TCDF và 15%
2,3,7,8-TCDD sau 84 ngày được ủ, trong khi đó dòng DSM 6708 phân hủy được 64%
2,3,7,8-TCDF và 82% 2,3,7,8-TCDD suốt cùng thời gian được ủ. Sự nghiên cứu này
đưa đến kết luận là tốc độ phân hủy dioxins của vi khuẩn lệ thuộc vào hình dạng của
các chất nhóm chất dioxins và tốc độ này giảm khi gốc clo của các vòng thơm tăng.
1.4.2 Sự phân hủy sinh học yếm khí
Những nghiên cứu cho thấy một vài loài vi khuẩn kị khí bắt buộc và không bắt
buộc có khả năng loại bỏ gốc clo của các hợp chất thơm và hợp chất béo. Sự loại bỏ
gốc halogen yếm khí được gọi là “halorespiration” hay “dehalorespiration”. Một trong
những phát hiện nổi bật gần đây được báo cáo là một loài vi khuẩn “Dehalococoides”
sp. dòng CBDB1 có khả năng loại bỏ gốc clo của vòng benzene (chlorobenzenedeharespiring) cũng có thể loại bỏ gốc clo của các nhóm chất PCDD được chọn
(Bunge et al., 2003; Fennell et al., 2004; Ritalahti et al., 2006). Đây là nghiên cứu đầu
tiên tập trung vào sự loại bỏ clo của PCDD/Fs trong điều kiện kị khí bởi một loài vi
khuẩn đơn độc.
Dòng CBDB1 chuyển 1,2,3,7,8-PeCDD và 1,2,3,4-TCDD thành các nhóm chất
dioxin ít gốc clo hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình phân hủy sinh học và
khoáng hóa các chất ô nhiễm (Bunge et al., 2003; Fennell et al., 2004; Hiraishi et al.,
2005b) (hình 1.6). Các nghiên cứu cho thấy, nhóm vi khuẩn này rất khó phân lập và
nuôi cấy (Hendrickson et al., 2002; Hiraishi et al., 2005a; Yoshida et al., 2005). Hiện
nay, kỹ thuật sinh học phân tử dựa trên nucleic acid như gen 16S rRNA trong đó có kỹ
thuật DGGE đang được ứng dụng trong nghiên cứu vi khuẩn Dehalococcoides cũng
như một số gen tham gia vào quá trình khử clo như tceA, bvcA, vcrA, rdhA (Holscher
et al., 2004; Johnson et al., 2005; Ritalahti et al., 2006).

-24-


Luận văn đại học

SVTH: Diệp Nguyễn Diễm Châu

Hình 1.6: Con đường loại bỏ clo của 1,2,3,4-TCDD (A) và 1,2,3,7,8-PeCDD (B) bởi loài
“Dehalococcoides” sp. dòng CBDB1

1.5 MỘT SỐ TIẾN TRÌNH ẢNH HƯỞNG LÊN HOẠT ĐỘNG KHỬ CLO

Sulfide

si

s

DIOXINS CỦA VI SINH VẬT YẾM KHÍ
PCBs
PCDD/Fs

Biphenyl
MCDD/Fs

Su

lf i

do

ge

ne

SO4 2-

Organic
Donors

Dechlorination

H2

Ac

M
et
ha
no
ge
CO2
ne
si
s

s
ne

CO2

ge
et o

Methane

Methane

is

Acetate

CO2

Hình 1.7: Dòng điện tử trong trao đổi chất yếm khí (Max M. Häggblom, 2009)

Yếu tố có ảnh hưởng lớn là chất hữu cơ, một nguồn carbon chính cho các vi
sinh vật dị dưỡng trong hầu hết các môi trường. Các lớp đất mặt thường chứa hàm
lượng hữu cơ tương đối cao và do đó có chứa số lượng vi khuẩn cao và hoạt động trao
đổi chất đa dạng (Konopka và Turco, 1991). Ngược lại, những những tầng đất bên
dưới tầng mặt thường chứa hàm lượng chất hữu cơ thấp hơn và ít đa dạng hơn nên số
lượng và hoạt động của vi sinh vật cũng thấp hơn (Coiwell, 1989; Fredrickson và ctv,

-25-