Phân lập và nghiên cứu đặc điểm sinh học của một số chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy hợp chất chứa clo tại việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------

Nguyễn Thị Nhật Ánh

PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA
MỘT SỐ CHỦNG VI SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY HỢP
CHẤT CHỨA CLO TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 60420114

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. Nguyễn Quang Huy

Hà Nội – 2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc nhất
đến PGS. TS. Nguyễn Quang Huy, người Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho
em những kĩ năng nghiên cứu cũng như những kiến thức cần thiết trong suốt thời
gian học tập và thực hiện đề tài. Bên cạnh đó Thầy đã tạo điều kiện học tập và

nghiên cứu tốt nhất cho em để em có thể hồn thành tốt luận văn này.
Tiếp đến em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Khoa Sinh học,
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn và cung
cấp cho em những kiến thức bổ ích trong suốt khóa học.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô, các anh chị, các
bạn, các em sinh viên trong Bộ môn Sinh lý thực vật và Hóa Sinh, phịng Enzyme
học và Phân tích hoạt tính sinh học, Phịng thí nghiệm Trọng điểm Cơng nghệ
Protein và Enzym, Trung tâm Nghiên cứu khoa học sự sống đã hướng dẫn và giúp
đỡ em trong thời gian em nghiên cứu tại các phịng thí nghiệm.
Đề tài được thực hiện với sự hỗ trợ kinh phí của đề tài mã số KLEPT 01-12
do PGS.TS. Nguyễn Quang Huy chủ trì được ĐHQG Hà Nội, Phịng thí nghiệm
trọng điểm cơng nghệ enzym và protein, nhân dịp này em xin trân trọng cảm ơn sự
giúp đỡ quý báu đó.
Cuối cùng, em xin bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình và bạn bè đã luôn bên
cạnh, động viên và ủng hộ em trong suốt thời gian học tập cũng như q trình hồn
thành khóa luận này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2013

Học viên

Nguyễn Thị Nhật Ánh

Nguyễn Thị Nhật Ánh

2

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
Chƣơng 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU .....................................................................3
1.1. Hợp chất halogen và hợp chất clo hữu cơ ............................................................3
1.1.1. Sự phổ biến của hợp chất halogen trong tự nhiên .............................................3
1.1.2. Ứng dụng của hợp chất clo hữu cơ ..................................................................4
1.1.3. Sự ô nhiễm môi trường các hợp chất clo hữu cơ ..............................................7
1.1.4. Tác động của hợp chất clo hữu cơ đối với môi trường và con người ...............7
1.1.5. Cách thức gây độc của các hợp chất clo hữu cơ đối với cơ thể ........................9
1.2. Tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc halogen ở Việt Nam ..10
1.3. Một số phương pháp xử lý ô nhiễm hợp chất clo hữu cơ. .................................12
1.3.1. Phương pháp vật lý. ........................................................................................12
1.3.2. Phương pháp hóa học………………………………………………………..12
1.3.3. Phương pháp sinh học .....................................................................................14
1.4. Vi sinh vật phân hủy hợp chất clo hữu cơ ..........................................................16
1.5. Tình hình nghiên cứu sự phân hủy hợp chất halogen bằng vi sinh vật tại Việt
Nam ...........................................................................................................................18
1.6. Một số hợp chất clo hữu cơ ................................................................................19
1.6.1 Hợp chất 1,2 - Dichloroethane (1,2 - DCE) .....................................................19
1.6.2. Hợp chất 2,2-Dichloropropionate Sodium (2,2-DCPS) ..................................20
1.6.3. Hợp chất 3,4-Dichloroaniline (3,4-DCA) .......................................................21
CHƢƠNG 2 - NGUYÊN LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............23

2.1.

Nguyên liệu .....................................................................................................23

2.2.

Hóa chất – Dụng cụ .........................................................................................23

2.2.1. Mơi trường ni cấy.......................................................................................23
2.2.2. Hóa chất .........................................................................................................24
2.3. Máy móc, thiết bị ..............................................................................................24
2.4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................24

Nguyễn Thị Nhật Ánh

3

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

2.4.1. Phương pháp thu mẫu. ....................................................................................24
2.4.2. Phân lập vi sinh vật ........................................................................................24
2.4.3. Phương pháp bảo quản giống ..........................................................................25
2.4.4. Phương pháp tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng sử dụng hợp chất
clo…………………………………………………………………………………..26
2.4.5. Phương pháp phân loại các chủng nghiên cứu ................................................26

2.4.6. Nghiên cứu đặc điểm sinh lý sinh hóa của các chủng nghiên cứu ..................27
2.4.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện môi trường và khả năng sử dụng một số
hợp chất clo lên các chủng nghiên cứu .....................................................................28
2.4.8. Đánh giá khả năng phân hủy hợp chất clo ......................................................30
2.4.9.Phương pháp thống kê sinh học………………………………………...……30
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................32
3.1. Phân lập các chủng vi sinh vật có khả năng sử dụng một số hợp chất clo ........32
3.2. Tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng sử dụng hợp chất clo ...............36
3.3. Đặc điểm hình thái của các chủng nghiên cứu...................................................37
3.3.1. Nhuộm Gram ..................................................................................................37
3.3.2. Chụp hiển vi điện tử quét 3 chủng nghiên cứu. ..............................................38
3.4. Nghiên cứu đặc điểm sinh hóa các chủng nghiên cứu bằng sử dụng kit thử API
...................................................................................................................................39
3.5. Phân loại các chủng nghiên cứu bằng phương pháp giải trình tự gen 16S ARNr
...................................................................................................................................43
3.6. Ảnh hưởng của một số điều kiện môi trường lên khả năng sinh trưởng của các
chủng nghiên cứu ......................................................................................................45
3.6.1. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy…………………………………………..44
3.6.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nuôi cấy. ..................................................................47
3.6.3. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất .....................................................................48
3.7. Khả năng sử dụng các hợp chất clo khác ...........................................................50
3.8. Đánh giá khả năng phân hủy Cl- ........................................................................51
3.8.1. Đường chuẩn Cl-…………………………………………………………….50

Nguyễn Thị Nhật Ánh

4

Khóa 2011-2013

Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

3.8.2. Khả năng phân hủy hợp chất 2,2 DCP của chủng NP2 ................................511
3.8.3. Khả năng phân hủy hợp chất 1,2 DCE của chủng DE1 ..................................53
KẾT LUẬN ..............................................................................................................55
KIẾN NGHỊ .............................................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................55

Nguyễn Thị Nhật Ánh

5

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. Cơng thức một số thuốc là hợp chất halogen hữu cơ ....................................5
Hình 2. Tác động của thuốc BVTV đến mơi trường .................................................7
Hình 3. Cơng thức hóa học của 1,2-DCE .................................................................19
Hình 4. Cơng thức hóa học của 2,2-DCPS ...............................................................21
Hình 5. Cơng thức hóa học của 3,4-DCA ................................................................21
Hình 6. Ảnh khuẩn lạc trên môi trường MGB cơ chất 3,4-DCA……………….. 32
Hình 7. Ảnh khuẩn lạc trên mơi trường MGB cơ chất 2,2-DCPS ...........................34

Hình 8. Ảnh khuẩn lạc trên mơi trường MGB cơ chất 1,2-DCE .............................36
Hình 9. Ảnh phát triển khuẩn lạc trên môi trường MGB bổ sung Bromothymol blue
và hợp chất clo tương ứng của 3 chủng NP2, NA4 và DE1 .....................................37
Hình 10. Ảnh hình thái các chủng vi khuẩn dưới kính hiển vi quang học với độ
phóng đại 100……………………………………………………………………..37
Hình 11. Ảnh hình thái các chủng vi khuẩn dưới kính hiển vi điện tử qt với độ
phóng đại 10000 ......................................................................................................39
Hình 12. Sơ đồ cây phát sinh chủng loại của chủng NA4 ........................................43
Hình 13. Sơ đồ cây phát sinh chủng loại của chủng NP2 ........................................44
Hình 14. Sơ đồ cây phát sinh chủng loại của chủng DE1 ........................................44
Hình 15. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy lên sự sinh trưởng của chủng NP2 .....45
Hình 16. Ảnh hưởng của thời gian ni cấy lên sự sinh trưởng của chủng NA4 ....46
Hình 17. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy lên sự sinh trưởng của chủng DE1 .....46
Hình 18. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự sinh trưởng của 2 chủng NP2 và NA4 ....47
Hình 19. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự sinh trưởng của chủng DE1 ....................48
Hình 20. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất lên sự sinh trưởng của chủng NA4 .......49
Hình 21. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất lên sự sinh trưởng của chủng NP2 ........49
Hình 22. Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất lên sự sinh trưởng của chủng DE1 ........50
Hình 23. Đường chuẩn biểu thị sự phụ thuộc tuyến tính .........................................51
Hình 24. Khả năng phân hủy cơ chất 2,2-DCP của chủng NP2 ...............................52
Hình 25. Khả năng phân hủy cơ chất 1,2-DCE của chủng DE1 ..............................53
Nguyễn Thị Nhật Ánh

6

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. Ứng dụng của một số hợp chất clo hữu cơ....................................................4
Bảng 2. Một số loại thuốc BVTV có nguồn gốc Clo đang được sử dụng…………..5
Bảng 3. Giới hạn tối đa cho phép của dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật nguồn gốc
clo hữu cơ trong đất...................................................................................................11
Bảng 4. Đặc điểm khuẩn lạc phân lập trên môi trường MGB bổ sung cơ chất 3,4DCA. .........................................................................................................................32
Bảng 5. Đặc điểm khuẩn lạc phân lập trên môi trường MGB bổ sung cơ chất 2,2DCPS. ........................................................................................................................33
Bảng 6. Đặc điểm khuẩn lạc phân lập trên môi trường MGB bổ sung cơ chất 1,2DCE ...........................................................................................................................35
Bảng 7. Số lượng các chủng vi sinh vật phân lập được ............................................36
Bảng 8. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của các chủng nghiên cứu (kit API 20NE) ......40
Bảng 9. Đặc điểm sinh lý, sinh hóa của các chủng nghiên cứu (kit API 50CHB) ...41
Bảng 10. Khả năng phát triển của mỗi chủng trên môi trường thạch MGB bổ sung
các loại cơ chất khác nhau…………………………………………………………50

Nguyễn Thị Nhật Ánh

7

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

BẢNG CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

BVTV

Bảo vệ thực vật

1,2- DCE

1,2-Dichloroethane

2,2-DCP

2,2-Dichloropropionate Sodium

3,4-DCA

3,4-Dichloroaninline

MMY

Minimal media containing yeast extract

CMAI

Chemical Market Associates Inc

Nguyễn Thị Nhật Ánh

1

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

MỞ ĐẦU
Hợp chất nhóm halogen là những hợp chất được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp, nông nghiệp, y học… Bên cạnh những lợi ích mang lại thì việc sử dụng tràn
lan và thải ra mơi trường mà khơng có phương pháp xử lý triệt để đã và đang gây ra
những hậu quả nghiêm trọng đến môi trường, hệ sinh thái và sức khỏe con người.
Việc áp dụng các phương pháp vật lý, hóa học để giải quyết tình trạng ơ nhiễm gây
ra bởi các hợp chất halogen cho hiệu quả cao song chi phí đắt cũng như địi hỏi
cơng nghệ hiện đại. Phương pháp sinh học sử dụng khả năng phân giải của vi sinh
vật tự nhiên được đánh giá là tiềm năng cao khơng chỉ cho hiệu quả nhanh chóng
mà cịn mang tính bền vững, ít tốn kém, thân thiện với mơi trường. Trong tự nhiên
tồn tại các nhóm vi sinh vật có khả năng sử dụng hợp chất halogen để thực hiện các
quá trình trao đổi chất, duy trì các hoạt động sống của cơ thể, chuyển hóa các hợp
chất halogen từ dạng độc hại trở nên ít độc hơn hoặc khơng cịn độc với mơi trường
sinh thái và con người.
Việt Nam là nước sản xuất nông nghiệp với khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm
thuận lợi cho sự phát triển của cây trồng song cũng thuận lợi cho sự phát sinh, phát
triển của sâu bệnh, cỏ dại gây hại mùa màng, do vậy hàng năm Việt Nam sử dụng
một lượng lớn hóa chất bảo vệ thực vật mà chủ yếu là các hợp chất nguồn gốc clo
hữu cơ. Việc sử dụng tràn lan các hợp chất này dẫn đến tồn dư các loại hợp chất này
lớn đã gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Ở Việt Nam
hiện chưa có nhiều nghiên cứu cơ bản về việc ứng dụng vi sinh vật có hoạt tính

phân giải hợp chất halogen để giải quyết ơ nhiễm môi trường, đồng thời nhận thấy
tiềm năng của phương pháp sinh học do đó chúng tơi đã tiến hành thực hiện đề tài
“PHÂN LẬP VÀ NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA MỘT SỐ
CHỦNG VI SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY HỢP CHẤT CHỨA
CLO TẠI VIỆT NAM” với mục tiêu phân lập, xác định các đặc điểm sinh học các
chủng có hoạt tính sử dụng hợp chất chứa clo tại Việt Nam.

Nguyễn Thị Nhật Ánh

2

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

Chƣơng 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Hợp chất halogen và hợp chất clo hữu cơ
Các hợp chất halogen hữu cơ là một lớp lớn các chất hóa học tự nhiên và
tổng hợp, có chứa một hoặc nhiều gốc halogen gồm Flo, Clo, Brom, Iot kết hợp với
cacbon và các yếu tố khác.
Hợp chất hữu cơ halogen được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực quan
trọng của đời sống như công nghiệp, nông nghiệp, y học,… Ngày nay cùng với sự
phát triển của nền nông nghiệp hiện đại là thực trạng sử dụng nhiều các hóa chất
bảo vệ thực vật có thành phần chính là hợp chất halogen mà chủ yếu là hợp chất có
chứa clo. Bên cạnh lợi ích to lớn như diệt trừ sâu bệnh, tăng năng suất… thì việc sử
dụng các thuốc bảo vệ thực vật này lại ảnh hưởng xấu đến môi trường, phá hủy sự
bền vững của hệ sinh thái do tính độc hại, khó bị phân hủy, tích tụ trong đất, nước,

động vật, thực vật, nghiêm trọng hơn còn gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
1.1.1. Sự phổ biến của hợp chất halogen trong tự nhiên
Số lượng các hợp chất halogen tự nhiên đã được phát hiện tăng từ 30 loại
năm 1968 lên gần 3.900 loại trong đầu những năm 2000. Chúng được tổng hợp từ
các sinh vật biển, vi khuẩn, nấm, thực vật, cơn trùng và một số động vật có vú. Ví
dụ tảo, nấm, một số cây, thực vật phù du sản xuất ra chloromethane, mối sản xuất ra
chloroform. Một số loại rau sản xuất bromomethane. Trong rong biển người ta tìm
thấy hơn một trăm loại hợp chất hữu cơ halogen [34].
Muối clo và muối brom thường xuất hiện trong thực vật, đất, và các mỏ địa
chất; cháy rừng và núi lửa cũng sinh ra hợp chất halogen. Lượng chloromethane
toàn cầu tạo ra từ sinh khối là 5 triệu tấn mỗi năm, trong khi đó lượng tổng hợp chỉ
có 26.000 tấn mỗi năm. Núi lửa tạo ra khí hydro clorua (3 triệu tấn / năm) và hydro
florua (11 triệu tấn / năm), cả hai chất này đều có thể phản ứng với các hợp chất hữu
cơ để hình thành các hợp chất nhóm halogen [34].

Nguyễn Thị Nhật Ánh

3

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

1.1.2. Ứng dụng của hợp chất clo hữu cơ
Hợp chất hữu cơ halogen nói chung và hợp chất clo hữu cơ nói riêng được sử
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống.
Trong cơng nghiệp chúng có nhiều ứng dụng quan trọng sau đây.

- Chất dẻo
Polyvinyl clorua (PVC) được trùng hợp từ vinyl clorua (CH2=CHCl), là loại nhựa
nhiệt dẻo được sản xuất và tiêu thụ nhiều thứ 3 trên thế giới (Theo CMAI). PVC là
một thành phần không thể thiếu của vật liệu xây dựng, hàng tiêu dùng, thiết bị y tế,
và nhiều sản phẩm dân dụng khác thường ngày. Hơn 2,2 tỷ kg (tương đương trị giá
5 tỷ bảng Anh) của PVC được sử dụng hàng năm cho dây điện, dây cáp, và các ứng
dụng điện khác. Clo trong PVC làm cho loại nhựa này chống cháy do đó nó là
nguyên liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong xây dựng và trang trí nội thất [62].
- Dung môi
Dung môi clo là dung môi phổ biến nhất trong số các dẫn xuất halogen.
Trichloroethylene (CHCl=CCl2) và tetrachloroethylene (CCl2=CCl2) được sử dụng
rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất dung môi làm sạch khô bề mặt [48]
Bảng 1. Ứng dụng của một số hợp chất clo hữu cơ [23]
Hợp chất

Lƣợng tiêu thụ

Ứng dụng

(tấn) năm 2007

- Làm sạch kim loại (chiếm 40% sản
lượng tiêu thụ)
1,1,1 tricloetan

600.000

- Ứng dụng trong sơn, chất kết dính, lớp
bọc, chất dẻo, chất giặt tẩy, trong cơng
nghiệp dệt và điện tử.

1,2,4- Triclobenzen

14.300

Cacbontetracloride

59.700

- Sản xuất thuốc diệt cỏ, thuốc nhuộm và
chất nhuộm màu.
- Sản xuất cao su và điều chế dược phẩm.
- Dùng làm dung môi, điều chế các hóa

Clorofom

240.260

chất khác, được sử dụng trong y tế.
- Sản xuất polyvinyliden (PVDC).

Nguyễn Thị Nhật Ánh

4

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

Trong sản xuất dược phẩm, 80% các dược phẩm và vitamin là liên quan đến
clo, nhiều loại thuốc cần có clo để gây tác dụng. Ceclor và Lorabid được sử dụng để
điều trị nhiễm trùng tai, Toremifene là một loại thuốc chống ung thư vú, và
vancomycin kháng sinh tự nhiên được sử dụng để chống lại nhiễm trùng kháng
penicillin. Clorua benzyl được sử dụng để tổng hợp các loại thuốc phenobarbital,
benzedrine, và demerol. Thuốc mê hô hấp bao gồm các organofluorines desflurane,
sevoflurane và enflurane (CHClFCF2OCHF2 ). Các hợp chất Perfluorocacbon,
chẳng hạn như perfluorotributylamine ([CF3 CFz CF2CF2]3N), được sử dụng để thay
thế máu hoặc chế tạo "máu nhân tạo" và được sử dụng cho tạo hình động mạch
vành [52].

Hình 1. Cơng thức một số thuốc là hợp chất halogen hữu cơ: (a) Lorabid- thuốc
kháng sinh; (b) Toremifene- thuốc ung thư vú; (c) Mitotane- thuốc chống ung thư
Hợp chất hữu cơ halgen được sử dụng trong sản xuất nông nghiệp và bảo vệ
cây trồng vì nó là thành phần của thuốc bảo vệ thực vật. Việt Nam là nước nơng
nghiệp, khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm thuận lợi cho sự phát triển của cây trồng song
cũng thuận lợi cho sự phát sinh, phát triển của sâu bệnh, cỏ dại gây hại mùa màng.
Do vậy việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (TBVTV) mà phần lớn có nguồn gốc từ
các hợp chất clo để phòng trừ sâu hại, dịch bệnh bảo vệ mùa màng là phổ biến. Một
số hóa chất như 2,2-Dichloropropionic acid, Trichloroacetic acid, 1,4Dichlorobenzen... là thành phần chính của thuốc diệt cỏ và thuốc trừ sâu [8,55].

Nguyễn Thị Nhật Ánh

5

Khóa 2011-2013

Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

Bảng 2. Một số loại thuốc BVTV có nguồn gốc Clo đang được sử dụng [29].
Tên thƣờng gọi và thành phần chính

Cơng thức hóa học

DDT
(2,2-bis[p- clophenyl]-1,1,1-Tricloroethane)

HCH (hexaclorocyclohexane)

Cyclodien thế clo (chlordane, aldrin, diendrin,
endrin,…)

2,4-D (2,4-Diclophenoxyacetic acid)

2,4,5-T (2,4,5-Triclorophenoxyacetic acid)

2,3,6-TBA (2,3,6-Triclorobenzoic acid)
2,2-Dicloropropionic acid

HCB (hexaclorobenzene)

Pentaclorophenol

Nguyễn Thị Nhật Ánh

6

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

1.1.3. Sự ô nhiễm môi trƣờng do các hợp chất clo hữu cơ
Các dung môi clo là những chất dễ bay hơi thốt vào khí quyển trong q
trình sản xuất, vận chuyển và sử dụng gây ra ơ nhiễm khơng khí. Nhiều hóa chất clo
nơng nghiệp bốc hơi một phần khuếch tán đi xa tới cả các vùng cực mà ở đây khơng
có sản xuất nơng nghiệp. Các q trình cơng nghiệp như luyện kim, pha sơn, giặt
khô, sản xuất giấy,… cũng là một nguồn gây ơ nhiễm mơi trường [16].
Các hóa chất nơng nghiệp có chứa clo khi sử dụng gây ô nhiễm cho đất,
nước và nông sản. Do độ bền hóa học lớn nên các thuốc bảo vệ thực vật dễ tồn lưu
trong đất đai, cây trồng, nông sản, thực phẩm. Chúng làm cho môi trường bị ô
nhiễm trong một thời gian lâu dài. Thời gian phân hủy 95% hoạt chất trong điều
kiện tự nhiên của DDT là 10 năm; BHC là 6,5 năm; Dieldrin là 8 năm; Chlordane là
3,5 năm. Lượng thuốc lưu tồn không những làm cho phẩm chất, hình thức của nơng
sản bị xấu đi mà cịn gây độc cho người hay gia súc sử dụng nông sản đó, như BHC
thường để lại mùi khó chịu trên nông sản như khoai tây, rau, đậu... [65].
1.1.4. Tác động của hợp chất clo hữu cơ đối với môi trƣờng và con ngƣời
Nhược điểm lớn nhất của các hợp chất clo hữu cơ là có tính hố học bền, nên
tồn lâu trong môi trường, gây ô nhiễm môi trường. Một số thuốc trong nhóm có khả
năng tích luỹ trong cơ thể, gây trúng độc mãn tính cho người và động vật máu nóng,
gây hiện tượng chống thuốc của sâu hại, ảnh hưởng xấu đến cân bằng sinh học, gây
hại cho cơn trùng có ích [8].

Nguyễn Thị Nhật Ánh

7

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

Hình 2. Tác động của thuốc BVTV đến môi trường và con đường chuyển hóa [8]
Trên thế giới ước tính có khoảng 39 triệu người có thể bị ngộ độc cấp tính
hàng năm do ảnh hưởng của hóa chất bảo vệ thực vật. Trong đó có khoảng 3 triệu
người bị ngộ độc cấp tính nghiêm trọng và 220 nghìn người tử vong mỗi năm. Đi
đơi với số lượng hóa chất bảo vệ thực vật sử dụng tăng là số người ngộ độc hóa chất
BVTV cũng tăng, đặc biệt là tại các nước đang phát triển, 99% trường hợp ngộ độc
xảy ra ở các nước này, cho dù lượng tiêu thụ hóa chất bảo vệ thực vật chỉ chiếm
20%. Tuy nhiên, phần lớn người nông dân tại cá nước này chưa nhận biết đầy đủ về
tác hại cũng như nguy cơ do hóa chất BVTV gây ra [38].
Những nghiên cứu trong vài năm gần đây tại Việt Nam cũng đưa ra các số
liệu đáng quan ngại. Theo báo cáo của tổ chức WHO (World Heath rganization),
vào năm 2002, từng có 7.170 trường hợp nhiễm độc thuốc trừ sâu được ghi nhận tại
Việt Nam. Kết quả xét nghiệm máu ngẫu nhiên của 190 nông dân ở khu vực đồng
bằng sông Cửu Long cho thấy hơn 35% mẫu bị nhiễm thuốc trừ sâu cao và 21% bị
nhiễm ở nồng độ thấp [69].
Trong năm 2007 theo thống kê sơ bộ tại 38 tỉnh, thành phố đã xảy ra gần
4.700 vụ, với 5.207 trường hợp bị nhiễm độc hóa chất bảo vệ thực vật và 106 người
đã tử vong. Năm 2009 có 4.372 vụ nhiễm độc với 4.515 trường hợp, trong đó 138
trường hợp tử vong, chiếm tỷ lệ 305% (Theo Cục Y tế dự phòng và môi trường năm

2010). Số liệu qua các năm cho thấy, số ca bị nhiễm độc với thuốc bảo vệ thực vật
Nguyễn Thị Nhật Ánh

8

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

là có giảm, nhưng không đáng kể. Điều tra nguyên nhân gây ngộ độc chủ yếu do
tình trạng lạm dụng và sử dụng bừa bãi hóa chất BVTV trong đó 98% trường hợp
lạm dụng hoặc pha đặc hơn so với hướng dẫn trên bao bì 2-3 lần; có từ 84,17% đến
93,23% khơng sử dụng đầy đủ phương tiện bảo vệ cá nhân khi phun hóa chất bảo vệ
thực vật [7,12].
Mỗi năm trên thế giới sản xuất và tiêu thụ khoảng 24 triệu tấn hợp chất clo
hữu cơ. Trong hệ nước ngầm và nước thải cơng nghiệp thường tìm thấy một số hợp
chất như 1,2-Dichloroethane (1,2-DCE), Tetrachloroethylene (TTCE), 1,1,2Trichloroethene (1,1,2-TCE)... với nồng độ cao gây ảnh hưởng đến sức khỏe con
người cũng như hệ sinh thái [61]. Một số chất độc đã bị cấm sử dụng như
hexaclorocyclohexan (HCH) nhưng nhiều nước vẫn còn sản xuất hoặc sử dụng như
các nước ở Châu Phi, Ấn Độ và các nước khác do chưa tìm được chất thay thế. Chất
DDT cũng là một chất khuyến cáo khơng nên sử dụng nhưng hằng năm hiện nay
vẫn cịn được sản xuất ở một số nước để dùng vào mục đích y tế [10,23].
Dung mơi clo có thể ảnh hưởng đến hệ thống thần kinh trung ương, thận và
gan, gây viêm da và kích ứng da, mắt, đường hơ hấp trên và màng nhầy. Qua tiếp
xúc lâu ngày với dung mơi có thể dẫn đến trầm cảm, nhức dầu, buồn ngủ, bất tỉnh
và thậm chí tử vong. Một số dung mơi clo có thể gây ung thư ở chuột, khi cho chuột
tiếp xúc với các dung môi này ở nồng độ cao. Việc sử dụng quá nhiều các dung môi

clo đã gây ảnh hưởng đến môi trường như biến đổi khí hậu, gây mưa axit hay sự
hình thành sương khói [73].
1.1.5. Cách thức gây độc của các hợp chất clo hữu cơ đối với cơ thể
Thuốc BVTV xâm nhập vào cơ thể con người bằng các con đường như qua
da, qua miệng, qua hô hấp và gây ngộ độc đến tính mạng con người.
-

Con đường qua da: Thuốc thâm nhập qua da diễn ra khá phổ biến nhất.

-

Con đường qua miệng và hô hấp: Thuốc xâm nhập qua đường miệng thường gây
ngộ độc rất nặng.
Khi thuốc bảo vệ thực vật tồn dư trong thực phẩm vào cơ thể qua con đường

ăn uống, chúng có thể bị loại bớt theo khí thở, theo phân hoặc nước tiểu, tuy nhiên
khơng thể tránh khỏi sự chuyển hóa các chất độc hại này ở trong gan. Một số thuốc

Nguyễn Thị Nhật Ánh

9

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

bảo vệ thực vật chuyển hóa thành những sản phẩm ít độc hơn, dễ hịa tan trong nước

hơn thì sẽ dễ dàng bị loại bỏ, nhưng cũng có những loại hóa chất lại tạo thành
những chất trao đổi trung gian độc hơn (như paration chuyển thành paraoxon), tích
lũy trong một số cơ quan hoặc mô mỡ gây tổn thương và kèm theo các triệu chứng
ngộ độc nguy hiểm. Thuốc bảo vệ thực vật có trong thức ăn, đồ uống với lượng lớn
có thể gây ngộ độc cấp tính gây rối loạn tiêu hóa (nơn mửa, tiêu chảy), rối loạn thần
kinh (nhức đầu, hôn mê, co giật hoặc co cứng cơ...), trụy tim mạch, suy hơ hấp rất
dễ dẫn dến tử vong. [10].
Nhóm Clo hữu cơ bao gồm những hợp chất hữu cơ rất bền vững trong môi
trường tự nhiên và thời gian bán phân huỷ dài (ví dụ như DDT có thời gian bán
phân huỷ là 20 năm, chúng ít bị đào thải và tích luỹ vào cơ thể sinh vật qua chuỗi
thức ăn). Đại diện của nhóm này là Aldrin, Dieldrin, DDT, Heptachlo. Chúng là
những chất độc với tế bào thần kinh. Các hợp chất Clo hữu cơ còn ức chế hoạt tính
của men ATPaze và một số men khác, làm các tế bào thần kinh bị nhiễm độc. Các
hợp chất clo hữu cơ ức chế hoạt tính của các enzyme hơ hấp oxidase, hydrogenase,
xitocrom làm tích luỹ axit xetonic, ngăn cản chu trình Kreb trong q trình hơ hấp
hậu quả là gây ức chế sự chuyển hoá năng lượng trong quá trình trao đổi chất [71].
1.2. Tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật có nguồn gốc halogen ở Việt Nam
Thuốc bảo vệ thực vật là các chất hay hỗn hợp chất tự nhiên hoặc tổng hợp
có tác dụng kiểm sốt, đẩy lùi các loại sâu và cơn trùng gây tác hại đến thực phẩm,
phát tán bệnh tật. Các loại hóa chất bảo vệ thực vật gồm nhiều loại, chủ yếu gồm 4
nhóm chính đó là họ clo hữu cơ (organochloride), họ lân hữu cơ (organophosphate),
họ carbamate, họ cúc (pyrethoid). Ngồi ra, cịn có một số nhóm khác như nhóm
triazole, nhóm benzimidazole, các chất trừ sâu vơ cơ (nhóm asen), nhóm thuốc trừ
sâu sinh học có nguồn gốc từ vi khuẩn, nấm, virus (thuốc trừ nấm, trừ vi khuẩn) [8].
Thuốc BVTV đã góp phần hạn chế sự phát sinh, phát triển của sâu bệnh,
ngăn chặn và dập tắt các đợt dịch bệnh trên phạm vi lớn, bảo đảm được năng suất
cây trồng, giảm thiểu thiệt hại cho nông dân. Tuy nhiên, những năm gần đây việc sử
dụng thuốc BVTV trong thâm canh sản xuất, đặc biệt trong thâm canh hoa, cây

Nguyễn Thị Nhật Ánh

10

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

cảnh có xu hướng gia tăng cả về chất lượng lẫn chủng loại. Một thực tế hiện nay là
việc sử dụng thuốc BVTV tràn lan, khơng thể kiểm sốt đã và đang gây ảnh hưởng
xấu đến mơi trường đất, nước, khơng khí, sức khoẻ con người và môi trường sinh
thái [76].
Trong sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam các loại thuốc BVTV đã được sử
dụng từ nhiều năm trước đây. Tuy nhiên thời kỳ đó, do tình hình phát sinh, phát
triển của sâu hại, dịch bệnh diễn biến chưa phức tạp nên số lượng và chủng loại
thuốc BVTV chưa nhiều. Do thiếu thông tin về các chủng loại thuốc BVTV nên
người nông dân đã sử dụng nhiều loại thuốc BVTV có độc tính cao, tồn lưu lâu
trong mơi trường.
Những năm gần đây, do thâm canh tăng vụ, tăng diện tích, do thay đổi cơ
cấu giống cây trồng nên tình hình sâu bệnh diễn biến phức tạp hơn. Vì vậy số lượng
và chủng loại thuốc BVTV sử dụng cũng tăng lên. Nếu như trước năm 1985 khối
lượng thuốc BVTV dùng hàng năm khoảng 6.500 đến 9.000 tấn thành phẩm quy đổi
và lượng thuốc sử dụng bình quân khoảng 0,3 kg hoạt chất /ha thì thời gian từ năm
1991 đến nay lượng thuốc sử dụng biến động từ 25- 38 ngàn tấn [71].
Việc sử dụng thuốc BVTV không rõ nguồn gốc xuất xứ và cùng với đó các
loại bao bì, chai lọ đựng thuốc BVTV không được xử lý đúng cách cũng đang là
mối nguy cơ đe dọa nghiêm trọng tới sức khỏe cộng đồng và gây ô nhiễm môi
trường. Các thành phần độc hại trong thuốc BVTV sẽ thâm nhập vào các nguồn

nước mưa, nước thải, nước sinh hoạt trực tiếp hoặc gián tiếp tác động lên con người
[74].
Bảng 3. Giới hạn tối đa cho phép của dư lượng hoá chất bảo vệ thực vật nguồn gốc
clo hữu cơ trong đất [11].
STT

Tên thuốc trừ sâu, diệt cỏ

Giới hạn tối đa cho

(Cơng thức hóa học)

phép (mg/kg đất khô)

1

Atrazine (C8H14ClN5)

0,10

2

Benthiocarb (C16H16CINOS)

0,10

3

Dalapon (C3H4Cl2O2)

0,10

4

Fenoxaprop – ethyl(C16H12ClNO5)

0,10

Nguyễn Thị Nhật Ánh

11

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

5

Trichlorfon (C4H8Cl3O4P)

0,05

6

Chlordane (C10H6Cl8)

0,01

7

DDT (C14H9Cl5)

0,01

8

Hexachlorobenzene (C6Cl6)

0,01

9

Endrin (C12H8Cl6O)

0,01

1.3. Một số phƣơng pháp xử lý ô nhiễm hợp chất clo hữu cơ.
1.3.1. Phƣơng pháp vật lý.
Biện pháp oxy hóa ở nhiệt độ cao
Biện pháp oxy hóa ở nhiệt độ cáo gồm 2 giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Tách chất ô nhiễm ra hỗn hợp đất bằng phương pháp hóa hơi.
Giai đoạn 2: Chất ơ nhiễm được phá hủy ở nhiệt độ cao. Liên kết C-Cl trong phân
tử bị phá vỡ bằng cách thiêu đốt trong bằng O2 khơng khí ở nhiệt độ cao, trong các
lị đốt được thiết kế đặc biệt [73].
Đây là biện pháp tổng hợp vừa tách chất ô nhiễm ra khỏi đất, vừa làm sạch
triệt để chất ô nhiễm, hiệu suất xử lý cao (trên 95%), cặn bã tro sau xử lý chiếm tỷ
lệ nhỏ (0,01%). Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là không được sử

dụng phổ biến do chi phí tốn kém đặc biệt là bước để nâng nhiệt độ lên tới hơn
900°C, không áp dụng cho xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng, cấu trúc sau xử lý bị
phá hủy. Mặt khác phương pháp này không an tồn về phương diện mơi trường do
khí thải cịn lẫn nhiều chất độc, cần phải lọc trước khi thải ra mơi trường, q trình
đốt hình thành các sản phẩm phụ như dioxin, dibenzofuran là những hợp chất còn
độc hại gấp nhiều lần [13].
Phân hủy bằng tia cực tím (UV) hoặc bằng ánh sáng mặt trời
Các phản ứng phân hủy bằng tia UV hay bằng ánh sáng mặt trời thường có tác
dụng. Làm đứt gẫy mạch vịng hoặc mối liên kết giữa cacbon với clo sau đó thay
thế nhóm clo bằng nhóm phenyl hoặc nhóm hydoxyl và giảm độ độc của hoạt chất.
Phương pháp này có hiệu suất cao, chi phí xử lý thấp, rác thải an tồn với mơi
trường. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là không thể áp dụng để xử lý
chất ô nhiễm hay chất thải có nồng độ đậm đặc [73]. Nếu áp dụng để xử lý ơ nhiễm

Nguyễn Thị Nhật Ánh

12

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

đất thì lớp đất trực tiếp được tia UV chiếu không dày hơn 5mm. Do đó, khi cần xử
lý nhanh lớp đất bị ơ nhiễm tới các tầng sâu hơn 5mm thì biện pháp này ít được sử
dụng và đặc biệt trong công nghiệ xử lý hiện trường [38].
Phá hủy bằng vi sóng Plasma
Biện pháp này được tiến hành trong thiết bị cấu tạo đặc biệt. Hợp chất clo

hữu cơ được dẫn qua ống phản ứng sinh ra sóng phát xạ electron cực ngắn. Sóng
phát xạ electron tác dụng vào các phân tử hữu cơ tạo ra nhóm gốc tự do và sau đó
dẫn tới các phản ứng tạo clorua, sản phẩm tạo ra phụ thuộc vào bản chất hợp
chaatss BVTV. Ưu điểm của biện pháp này là hiệu suất xử lý cao, thiết bị gọn nhẹ,
khí thải an tồn cho mơi trường, song biện pháp này chỉ sử dụng hiệu quả trong pha
lỏng và pha khí, chi phí cao, phải đầu tư lớn [38].
Biện pháp ozon hóa kết hợp UV
Ozon hóa kết hợp với chiếu tia UV là biện pháp phân hủy các chất thải clo
hữu cơ trong dung dịch hoặc trong dung mơi. Phản ứng hóa học để phân hủy hợp
chất là:
Thuốc trừ sâu, diệt cỏ + O3 CO2 + H2O + các nguyên tố khác
Kỹ thuật này sử dụng thiết bị gọn nhẹ, chi phí vận hành thấp, chất thải ra mơi
trường sau xử lý ít độc, thời gian phân hủy ngắn. Nhược điểm của biện pháp này chỉ
sử dụng có hiệu quả cao trong các pha lỏng, pha khí. Chi phí ban đầu cho xử lý là
rất lớn [78].
1.3.2. Phƣơng pháp hóa học
Phƣơng pháp khử
Phương pháp khử sử dụng dịng khí H2 để cắt bỏ liên kết C-Cl trong hợp chất
hữu cơ chứa clo và thay thế nguyên tử clo bị loại bỏ bằng nguyên tử H 2. Đây là
phương pháp quan trọng để xử lý ô nhiễm các chất clo hữu cơ thành các chất không
độc hại và được sử dụng cho các quá trình khác của công nghệ tổng hợp hữu cơ.
Phương pháp này cho hiệu suất cao, không sinh ra các sản phẩm thứ cấp độc hại và
thời gian phản ứng cũng nhanh hơn đa số các phương pháp khác. Sản phẩm chính
của phương pháp này chủ yếu là HCl, hợp chất có thể dễ dàng loại bỏ qua việc
trung hòa với kiềm trong khi các sản phẩm cịn lại là các hydrocacbon có thể được

Nguyễn Thị Nhật Ánh

13

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

đốt cháy một cách an tồn, khơng độc hại. Nhược điểm của phương pháp là chi phí
cao do thiết bị đắt tiền [53].
Phƣơng pháp oxy hóa sử dụng xúc tác
Bản chất của phương pháp này là đốt các hợp chất chứa clo ở nhiệt độ cao sử
dụng các chất xúc tác. Mức độ chuyển hóa của q trình này cao và hơn 90% các
hợp chất clo hữu cơ được biến đổi thành các hợp chất an toàn hơn như CO 2, H2O và
HCl ở nhiệt độ tương đối thấp. Chất xúc tác sử dụng trong quá trình này là Pd hoặc
Pt tuy nhiên đây là những kim loại quý nên giá thành xử lý cao mặt khác q trình
xúc tác có thể gây độc cho người thực hiện nếu khơng có các biện pháp an toàn đầy
đủ [30].
Phƣơng pháp hấp thụ bằng than hoạt tính
Có nhiều dạng than hoạt tính được sử dụng để khử Clo, trong đó dạng than hạt
(GAC) thường được sử dụng trong các bộ lọc nước lớn. Than hoạt tính loại bỏ Clo
và các hợp chất Clo bằng cơ chế hấp thụ bề mặt, ngoài ra, Carbon của than hoạt tính
cịn phản ứng trực tiếp với Clo, theo một nhiên cứu cho thấy 1 kg Carbon có thể
phản ứng với 6 kg Clo [78].
Sử dụng hóa chất
Clo có thể được loại bỏ bởi các phản ứng giảm sử dụng sulfite, bisulfites hoặc
các metabisulfites. Tuy nhiên phương pháp sử dụng hóa chất sẽ làm tăng các ion (ví
dụ: Na, Clo, sulfate) từ đó làm tăng tải trọng cho các thiết bị xứ lý phía sau như
thiết bị khử ion [78].
1.3.3. Phƣơng pháp sinh học
Trong những năm gần đây xu hướng sử dụng vi sinh vật để phân hủy lượng

tồn dư thuốc bảo vệ thực vật một cách an toàn được chú trọng nghiên cứu. Phân hủy
sinh học tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong đất, nước, rau quả là một trong những
phương pháp loại bỏ nguồn ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và nền
kinh tế. Biện pháp phân hủy hợp chất BVTV bằng tác nhân sinh học dựa trên cơ sở
sử dụng nhóm vi sinh vật có sẵn trong mơi trường. Chúng có khả năng phá hủy sự
phức tạp trong cấu trúc hóa học và hoạt tính sinh học của hợp chất BVTV.

Nguyễn Thị Nhật Ánh

14

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

Tập đoàn vi sinh vật rất phong phú và phức tạp. Chúng có thể phân hủy hợp
chất BVTV và dùng thuốc như nguồn cung cấp chất dinh dưỡng, đó là cacbon, nitơ
và năng lượng để chúng phát triển và phân chia. Quá trình phân hủy của vi sinh vật
có thể gồm một hay nhiều giai đoạn, để lại các sản phẩm trung gian và cuối cùng
dẫn tới sự khống hóa hồn tồn sản phẩm thành CO2, H2O và một số chất khác.
Một số loài thuốc thường chỉ bị một số loài vi sinh vật phân hủy. Nhưng có một số
lồi vi sinh vật có thể phân hủy được nhiều hợp chất BVTV trong cùng một nhóm
hoặc ở các nhóm thuốc khá xa nhau.
Quá trình phân hủy hợp chất BVTV của sinh vật đất đã xảy ra trong mơi
trường có hiệu xuất chuyển hóa thấp. Để tăng tốc độ phân hủy và phù hợp với yêu
cầu xử lý, người ta đã tối ưu các điều kiện sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật
như pH môi trường, độ ẩm, nhiệt độ, dinh dưỡng, độ thống khí, bổ sung vào mơi

trường đất chế phẩm sinh vật có khả năng phân hủy hợp chất BVTV [42].
Khả năng sử dụng vi sinh vật để xử lý ô nhiễm môi trường là một hướng
nghiên cứu mới cũng như việc ứng dụng các chủng vi sinh vật kháng các dung môi
hữu cơ ở nồng độ rất cao. Ngoài ra, với những kỹ thuật sinh học phân tử hiện đại có
thể tạo ra những chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy đồng thời nhiều hóa chất
khác nhau mà không yêu cầu điều kiện nuôi cấy phức tạp cũng như không gây hại
cho động vật, thực vật cũng như con người và môi trường xung quanh. Phương
pháp này sẽ được ứng dụng rộng rãi trong tương lai vì ý nghĩa thực tế của nó khi xử
lý các chất thải độc hại ngày càng được mọi người chấp nhận [73].
Công nghệ sinh học áp dụng cho xử lý các chất thải nguy hiểm trong đó có
các hợp chất hữu cơ dẫn xuất halogen bao gồm sự phát triển của hệ xử lý có sử
dụng các enzym xúc tác tác sinh học phân hủy sinh học, làm suy thoái hoặc tích lũy
chất gây ơ nhiễm mơi trường thuận tiện cho việc xử lý. Việc xử lý sinh học cho các
hợp chất hữu cơ dẫn xuất halogen trong môi trường áp dụng công nghệ sinh học
được áp dụng theo (i) sử dụng các chủng vi sinh vật mang gen biến đổi di truyền;
(ii) sử dụng thích nghi hoặc biến đổi gen vi sinh vật được thiết kế để xử lý đất bị ô
nhiễm, nước ngầm, (iii) xử lý ô nhiễm với sự tham gia của các vi sinh vật tạo màng
sinh học hoặc có hoạt tính cố định các chất độc từ mơi trường, (iv) phát triển các

Nguyễn Thị Nhật Ánh

15

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

cảm biến sinh học để phát hiện các dấu vết của chất độc hữu cơ, (v) thu hồi các sản
phẩm từ chất thải bằng cách sử dụng vi khuẩn tích lũy [26].
1.4. Vi sinh vật phân hủy hợp chất clo hữu cơ
Sự phân giải các hợp chất thường không chỉ bởi một chủng vi sinh vật duy
nhất mà thường bởi một nhóm các vi sinh vật khác nhau. Các nhóm sinh vật khá đa
dạng và tồn tại trong các điều kiện sinh thái môi trường khác nhau [50]. Chiba và
cộng sự đã phân lập được các chủng vi sinh vật từ bùn ngoài biển [20], trong khi
Hamid và cộng sự phân lập các chủng có sử dụng cơ chất 2,2- Dichloropropionate
từ đất vùng núi lửa [36]. Habe và cộng sự đã phân lập hai chủng Pseudomonas sp.
CA10 và Terrabacter sp. DBF63 có khả năng sử dụng 2,7- DCDD [35]. Yadav J.S
và cộng sự đã phát hiện nấm Phanerochaete chrysosporium có khả năng phân huỷ
2,4-D và rất nhiều hợp chất clo hữu cơ khác như Clorinated phenol, Polychlorinate
biphenyls (PCBs), Dioxin [67].
Các nghiên cứu phân hủy sử dụng hợp chất halogen từ vi sinh vật tập trung
nhiều vào nhóm halogen có vịng thơm. Việc phân hủy nhóm hợp chất này cần có
sự tham gia tập đồn gồm nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau. Khơng có nhiều các
cơng trình cơng bố cơ chế tác dụng từ của các chủng đơn lẻ. Một số kết quả công bố
mới về phân lập đánh giá khả năng phân hủy như chủng Desulfomonile tiedjei
DCB-1 có khả năng sử dụng dechlorinates 3-chlorobenzoate, chlorophenols và
tetrachlorethylene; chủng Desulfomonile tiedjei DCB-2 thuộc chi Clostridium ưu
tiên dechlorinates nhóm thế ortho để phenolic nhóm hydroxyl và tri
dichlorophenols, chủng Clostridium sphenoides và một số vi khuẩn thuộc chi
Bacillus và họ Enterobacteriaceae tham gia vào khử clo lindane, chủng Aerobacter
aerogenes chuyển hoá thuốc trừ sâu DDT và chủng Alcaligenes denitrificans NTB1 phát triển trên môi trường 2,4- dichlorobenzoate trong điều kiện hiếu khí [4].
Ngồi các vi khuẩn hiếu khí nhóm vi khuẩn kỵ khí thuộc chi Dehalococcoides có
khả năng khử clo của nhiều hợp chất chứa clo như Trichloethylene,
Vinylchloride…[6]. Govender và tập thể đã phát hiện chủng Ancylobacter hay

Nguyễn Thị Nhật Ánh

16

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

chủng Xanthobacter autotrophicus trong nghiên cứu của Janssen có khả năng phân
hủy 1,2-Dichloroethane [31, 46].
Trong nghiên cứu của Jacobus và cộng sự chủng Pseudomonas sp. có thể phát
triển trên DCE như là nguồn cacbon và năng lượng duy nhất [45]. Trong nghiên cứu
sự phân hủy Sodium-2,2- Dichloropropionate (2,2-DCPS) các chủng vi khuẩn
Agrobacterium và Alcaligenes, hay một số loài trong chi Pseudomonas, Norcadia
và một số loài khác như Rhizobium sp, Comomonas acidvarans, Alcaligenes
xylosoxidans cũng được phát hiện có khả năng phân hủy hợp chất 2,2-DCP [15].
Hirsch và Alexander cũng nhận thấy 89% tới 100% hàm lượng 2,2 DCPS bị phân
giải sau 3 tuần trong môi trường đất chứa các chủng thuộc chi Nocardia và
Pseudomonas [39]. Sự phân hủy này không phụ thuộc vào loại đất, kết cấu của đất
mà liên quan trực tiếp đến số lượng, thành phần các chủng vi sinh vật trong mẫu. Sự
phân hủy sinh học của các hợp chất 3,4-Dichloroaniline bởi nấm và vi khuẩn cũng
được đề cập trong nhiều nghiên cứu [59]. Theo nhiều nghiên cứu, một số lồi trong
chi Pseudomonas, Bacillus, Achromobacter… được xác định là có khả năng phân
hủy hợp chất 3,4-DCA [66, 68]. Kết quả công bố gần đây trong nghiên cứu của
Tian Li và cộng sự, chủng Myroides odoratimimus có khả năng phân hủy 64% cơ
chất 3,4-DCA trong 24 giờ [58].
Vi sinh vật có khả năng phân giải nhờ việc sản xuất ra enzyme Dehalogenase.
Chủng Alcaligenes eutrophus JMP134 và Pseudomonas cepacia có khả năng tổng
hợp muconate cycloisomerases phân hủy 4-fluoromuconolactone. Các chủng

Arthrobacter trên môi trường bổ sung 2,4 D và Pseudomonas sp. NCIB 9340 đều có
chứa các enzym chuyển đổi chloromaleylacetate thành succinate. Trichloro ethylen
(TCE) được sử dụng nhiều trong cơng nghiệp hóa chất được nhiều nhóm vi sinh vật
oxy hóa với sự tham gia xúc tác bởi nhiều loại enzym khác nhau như toluene 2,3dioxygenase, toluene 2-monooxygenase, metan monooxygenase… Chủng vi khuẩn
Methylosinus trichosporium OB3b có enzym chuyển hóa halogen thuộc nhóm
oxygenase là monooxygenase có hoạt tính mạnh nhất. Một số vi sinh vật thuộc
nhóm xạ khuẩn Actinomyces và Streptomyces có thể tổng hợp các enzym ngoại bào
có hoạt tính phân hủy hợp chất halogen như laccases, tyrosinases và peroxidases

Nguyễn Thị Nhật Ánh

17

Khóa 2011-2013


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm

[26,50]. Nhiều chủng vi sinh vật mang có enzym dehalogenase mới được phân lập,
tinh sạch trong thời gian gần đây [40].
Các enzyme thuộc nhóm này từ vi sinh vật đã thu hút rất nhiều sự quan tâm
của các nhà khoa học vì chúng có thể ứng dụng cho ngành cơng nghiệp hóa chất và
công nghệ môi trường. Hiện nay các nghiên cứu phân lập các chủng vi sinh vật
phân hủy nhóm halogen này cịn gặp nhiều khó khăn, việc tinh sạch và nghiên cứu
các đặc điểm từ các enzym của các chủng vi sinh vật này cịn khó khăn hơn nhiều
do sự đa dạng của các hợp chất, dẫn xuất halogen cũng như sự đa dạng của các
enzym tham gia xúc tác cho sự phân cắt của nhóm thế halogen từ các hợp cất có
vịng thơm, haloalkanes, haloalcohols và haloacids. Việc phân lập các chủng vi sinh

vật có enzym dehalogenase cũng như tinh sạch, nghiên cứu đặc tính các enzym này
khơng những làm sáng tỏ các q trình chuyển hóa mà cịn góp phần tạo ra các sản
phẩm nhằm mục đích phát hiện sự tồn tại của các chất độc hại này trong mơi trường
và loại bỏ nó [51].
1.5. Tình hình nghiên cứu sự phân hủy hợp chất halogen bằng vi sinh vật tại
Việt Nam
Tại Việt Nam vốn là một nước nông nghiệp và hàng năm chúng ta sử dụng
một lượng lớn các hóa chất bảo vệ thực vật, bảo quản sản phẩm nông nghiệp trong
nuôi trồng thủy sản hay sản xuất cơng nghiệp…Trong số các hợp chất này nhóm
chất chứa halogen chiếm một tỷ lệ lớn. Các chất độc này đang phá hủy hệ sinh thái
môi trường, gây ô nhiễm các nguồn nước ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng.
Tuy nhiên, Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu cơ bản nhằm đánh giá tác động môi
trường và đặc biệt chưa quan tâm đầu tư đến việc nghiên cứu sử dụng các chế phẩm
sinh học nói chung trong đó có các vi sinh vật có mang enzym dehalogenase giúp
phân hủy hợp chất halogen. Số lượng các cơng trình cơng bố trong nước về các
enzym phân hủy hợp chất halogen chưa nhiều.
Nguyễn Thị Kim Cúc và Phạm Việt Cường đã tiến hành phân lập và tuyển
chọn một số chủng thuộc chi Pseudomonas có khả năng phân hủy được methyl
parathion [2]. Đã có một số nghiên cứu tập trung vào các hợp chất trong thuốc trừ
sâu như DDT, hay Dioxin [3,6,9].

Nguyễn Thị Nhật Ánh

18

Khóa 2011-2013