Nghiên cứu phân loại khả năng phân hủy ddt và sinh laccase của chủng nấm sợi phân lập từ đất ô nhiễm hỗn hợp thuốc trừ sâu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
----------------///----------------



Đào Thị Ngọc Ánh



NGHIÊN CỨU PHÂN LOẠI, KHẢ NĂNG PHÂN HỦY DDT
VÀ SINH LACCASE CỦA CHỦNG NẤM SỢI PHÂN LẬP TỪ ĐẤT
Ô NHIỄM HỖN HỢP THUỐC TRỪ SÂU




LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC







Thái Nguyên - 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
----------------///----------------

Đào Thị Ngọc Ánh


NGHIÊN CỨU PHÂN LOẠI, KHẢ NĂNG PHÂN HỦY
DDT VÀ SINH LACCASE CỦA CHỦNG NẤM SỢI
PHÂN LẬP TỪ ĐẤT Ô NHIỄM HỖN HỢP THUỐC TRỪ SÂU




Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm
Mã số : 60.42.30


NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đặng Thị Cẩm Hà





Thái Nguyên - 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Lời Cảm Ơn !

Trong quá trình nghiên cứu vừa qua, tôi gửi lời cảm ơn chân thành và
sâu sắc đến sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.TS. Đặng Thị Cẩm Hà,
và các anh chị trong nhóm nghiên cứu Công nghệ sinh học xử lý khử độc các

chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, phòng Công nghệ Sinh học Môi trường,
đặc biệt là Ths. Nguyên Bá Hữu, KS. Đàm Thúy Hằng, KS.Nguyễn Nguyên
Quang, KS. Nguyễn Quang Huy.
Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới Khoa sau đại học, Khoa Sinh-Kỹ
thuật nông nghiệp – Trường đại học Sư phạm – Đại Học Thái Nguyên và lãnh
đạo Viện Công nghệ sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã tận
tình dạy dỗ và tạo mọi điều kiện cho tôi hoàn thành khóa học và thực hiện
luận văn này.
Bên cạnh đó, tôi xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè
đã tạo điều kiện động viên giúp đỡ tôi cả về vật chất và tinh thần để tôi có thể
hoàn thành bản luận văn này.

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2009


Đào Thị Ngọc Ánh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
BẢNG CHỮ VIẾT TẮT

2,4-D 2,4,- dichlorophenoxyacetic acid
2,4,5-T 2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid
2,3,7,8-TCDD 2,3,7,8-Tetraclorodibenzo-p-dioxin
ABTS 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid)
bp Base pair
DDE Dichlorodiphenyldichloroethylene
DDD Dichlorodiphenyldichloroethane
DDT Dichloro - Trichloroethane Diphenyl
DNA Deoxyribonucleic acid
EC Enzyme Commission
EPA U.S. Environmental Protection Agency

HCH Hexacyclohexan
Lac Laccase
LB Luria - Bertani
LiP Lignin peroxidase
MnP Manganese peroxidase
PAH Polycyclic aromatic hydrocarbon
PCB Polychlorinated biphenyl
PCR Polymerase Chain Reaction
POP Persistent Organic Pollutant
RBBR Remazol brilliant blue R
RNA Ribonucleic acid
rRNA Ribosomal ribonucleic acid
X-gal 5-bromo-4-chloro-3-indodyl- β galactosidase


Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
MỞ ĐẦU 4
PHẦN I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6
1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA DDT 6
1.1 Cấu trúc của DDT 6
1.2 Tính chất lý hóa của DDT 6
2 ẢNH HƢỚNG ĐẾN MÔI TRƢỜNG VÀ SỨC KHỎE CON NGƢỜI
CỦA DDT 7
2.1 Ảnh hƣởng đến môi trƣờng 7
2.2 Ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời 9

3 TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM DDT 11
3.1 Nguồn gốc phát sinh 11
3.2 Tình trạng ô nhiễm DDT trên thế giới 13
3.3 Tình trạng ô nhiễm DDT ở Việt Nam 14
4 CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM DDT 16
4.1 Các phƣơng pháp cơ, hóa lý 16
4.1.1 Phương pháp chôn lấp, cô lập 16
4.1.2 Phương pháp đốt có xúc tác 17
4.1.3 Phương pháp phân hủy bằng kiềm nóng 17
4.2 Phƣơng pháp phân hủy sinh học 18
5 PHÂN HỦY SINH HỌC DDT 20
5.1 Khả năng phân hủy DDT bởi vi sinh vật 20
5.1.1 Loại clo bởi quá trình khử 21
5.1.2 Khoáng hoá DDT bởi nấm thủy phân lignin 22
5.1.3 Phân hủy DDT bởi vi khuẩn trong điều kiện hiếu khí 23
5.2 Các điều kiện môi trƣờng ảnh hƣởng đến phân hủy sinh học DDT và
các dẫn xuất của DDT 26
6 LACCASE 27
6.1 Định nghĩa 27
6.2 Cấu trúc phân tử của laccase 28
6.3 Cơ chế xúc tác của laccase 30
6.4 Tính chất hóa sinh của laccase 32
6.5 Sự phân bố và một số vi sinh vật sinh laccase 33
6.6 Gene mã hóa laccase 34
6.7 Ứng dụng của laccase 36
6.8 Lignin peroxidase và Mangan peroxidase 37
6.8.1 Lignin peroxidase 37
6.8.2. Mangan peroxidase 38
7 PHÂN LOẠI VI SINH VẬT 39
7.1 Phân loại theo phƣơng pháp truyền thống 39

7.2 Phân loại bằng phƣơng pháp xác định và so sánh trình tự gene mã hóa
18S Rrna 39
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
7.2.1 Một số phương pháp phân loại bằng sinh học phân tử 39
7.2.2 Phân loại dựa vào trình tự gene mã hoá 18S rRNA 40
PHẦN II VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42
1 VẬT LIỆU 42
1.1 Nguyên liệu 42
1.2 Hóa chất 42
1.3 Thiết bị 42
1.4. Môi trƣờng nuôi cấy 43
2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45
2.1 Nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của các chủng nấm sợi 45
2.2 Sàng lọc khả năng sinh Lac, LiP, MnP 45
2.3 Nghiên cứu khả năng phân hủy DDT của chủng FNA1 45
2.4 Phƣơng pháp xác định hoạt tính enzyme 46
2.4.1 Xác định hoạt tính laccase 46
2.4.2 Xác định hoạt tính LiP 47
2.4.3 Xác định hoạt tính MnP 47
2.5 Khảo sát các điều kiện môi trƣờng ảnh hƣởng đến khả năng phát triển
và sinh laccase của chủng FNA1 48
2.6 Xác định một số tính chất hóa sinh của laccase thô 49
2.7 Phân loại nấm sợi dựa vào xác định và so sánh trình tự gen mã hóa
18S rRNA 50
2.7.1 Tách DNA tổng số từ nấm sợi 50
2.7.2 Nhân đoạn gen bằng kỹ thuật PCR 51
2.7.3 Gắn sản phẩm PCR vào vectơ và biến nạp vào E.coli 53

2.7.4 Tách chiết DNA plasmid 53
2.7.5 Kiểm tra plasmit mang sản phẩm PCR mong muốn 54
2.7.6 Điện di kiểm tra DNA tổng số 55
2.6.8 Xây dựng cây phát sinh chủng loại 55
2.6.7 Xác định trình tự đoạn gene mã hóa 16S rRNA 55
PHẦN 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 56
1 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI KHUẨN LẠC VÀ CUỐNG SINH
BÀO TỬ CỦA CÁC CHỦNG FNA1, FNA2, FNA3 56
2 SÀNG LỌC KHẢ NĂNG SINH TỔNG HỢP Lac, LiP, MnP 57
3 KHẢ NĂNG PHÂN HỦY DDT CỦA CHỦNG FNA1 59
4 CÁC ĐIỀU KIỆN MÔI TRƢỜNG ẢNH HƢỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG
SINH TRƢỞNG VÀ SINH TỔNG HỢP LACCASE CỦA CHỦNG FNA1 64
4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ, pH môi trường nuôi cấy, nồng độ NaCl 64
4.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 64
4.1.2 Ảnh hưởng của pH môi trường nuôi cấy 65
4.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl 67
4.2 Ảnh hưởng của nồng độ DDT và nồng độ glucose 68
4.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ DDT 68
4.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ glucose 69
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
4.3 Ảnh hưởng của các chất cảm ứng 71
4.3.1 Guaiacol, veratyl alcohol, CuSO
4
71
4.3.2 Các chất ô nhiễm khác 72
4.4 Ảnh hưởng của chất hoạt động bề mặt 74
4.5 Ảnh hưởng của nguồn carbon, nitơ và môi trường thay thế 76

4.5.1 Ảnh hưởng của nguồn carbon 76
4.5.2 Ảnh hưởng của nguồn nitơ 78
4.5.3 Ảnh hưởng của môi trường thay thế 80
5 MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA LACCASE THÔ 81
5.1 pH tối ưu và độ bền pH 81
5.1.1 pH tối ưu 81
5.1.2 Độ bền pH 83
5.2 Nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của laccase và độ bền nhiệt 84
5.2.1 Nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của laccase 84
5.2.2 Độ bền nhiệt 85
6 PHÂN LOẠI CHỦNG NẤM SỢI FNA1 BẰNG PHƢƠNG PHÁP SO
SÁNH TRÌNH TỰ ĐOẠN GEN MÃ HÓA 18S rRNA 86
6.1 Tách chiết DNA tổng số 86
6.2 Nhân đoạn gen 18S rRNA bằng kỹ thuật PCR 87
6.3 Tách dòng gen 18S rRNA trong vectơ pTZ57R/T 88
6.4 So sánh trình tự đoạn gen mã hóa 18S rRNA của chủng FNA1 91
KẾT LUẬN 94
KIẾN NGHỊ 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO 96
PHỤ LỤC 103

Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
MỞ ĐẦU

DDT (Dichloro - Trichloroethane Diphenyl) là một trong những thuốc
trừ sâu tổng hợp đƣợc biết đến nhiều nhất. DDT đƣợc tổng hợp đầu tiên vào
năm 1874, nhƣng thuộc tính thuốc trừ sâu của DDT thì cho đến 1939 mới
đƣợc khám phá. Vào những năm đầu của Chiến tranh Thế giới thứ II, DDT
đƣợc sử dụng với lƣợng lớn để kiểm soát muỗi truyền bệnh sốt rét, bệnh sốt
phát ban, và các bệnh do côn trùng khác trong cả quân đội lẫn dân cƣ. DDT
trở thành loại thuốc trừ sâu phổ biến sử dụng trong nông nghiệp. Chúng có
mặt ở khắp mọi nơi, trong không khí, đất, nƣớc do một lƣợng lớn đã đƣợc giải
phóng ra khi phun trên các cánh đồng và rừng để diệt muỗi và côn trùng.
Ngày nay DDT đã bị cấm sử dụng do tính độc của nó nhƣ có khả năng
gây ung thƣ tiềm tàng, gây đột biến và gây ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng.
Để bảo vệ môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời, cần phải xử lý khử độc DDT
trong môi trƣờng đất cũng nhƣ trong các môi trƣờng khác. DDT ở trong đất
có thể giảm đi do sự bay hơi, sự xói mòn đất, sự hấp thu của động vật, thực
vật và sự phân hủy sinh học của các vi sinh vật có sẵn trong đất nhƣng với
thời gian tƣơng đối lâu.
Trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam, đã có một số phƣơng pháp khử độc
khác nhau đƣợc nghiên cứu và áp dụng. Trong đó phƣơng pháp xử lý sinh học
nhờ các vi sinh vật và hệ enzyme do chúng tiết ra là một hƣớng đi mới có
nhiều triển vọng. Hệ enzyme sử dụng trong xử lý sinh học chủ yếu là các
enzyme ngoại bào, chúng có khả năng phá vỡ các liên kết trong các hợp chất
hữu cơ hoặc xúc tác chuyển hóa chúng thành các chất ít độc hơn và các dạng
dễ bị phân hủy hơn. Nhóm enzyme có vai trò lớn trong quá trình phân hủy
DDT cũng nhƣ các chất thuộc POPs khác gồm có laccase (Lac), mangan

Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
peroxidase (MnP) và lignin peroxidase (LiP), trong đó laccase có vai trò quan
trọng và đang bắt đầu đƣợc quan tâm nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam.
Tại Nhóm nghiên cứu Công nghệ sinh học xử lý khử độc các chất ô
nhiễm hữu cơ khó phân hủy (Persistent Organic Pollutants – POPs), phòng
Công nghệ Sinh học Môi trƣờng, Viện CNSH, Viện Khoa học và Công nghệ
Việt Nam đã có những nghiên cứu bƣớc đầu về khả năng phân hủy DDT,
DDD, DDE và sinh enzyme ngoại bào Lac, MnP, LiP [4,5,6]. Để làm rõ bản
chất sinh học và khả năng sinh enzyme của các chủng nấm sợi phân lập từ đất
ô nhiễm DDT phục vụ cho các nghiên cứu ứng dụng enzyme ngoại bào vào
xử lý các chất ô nhiễm khó phân hủy POPs, chúng tôi đã thực hiện đề tài với
tên là: “Nghiên cứu phân loại, khả năng phân hủy DDT và sinh laccase
của chủng nấm sợi phân lập từ đất ô nhiễm hỗn hợp thuốc trừ sâu”.
Nội dung bao gồm:
1. Phân loại và định tên chủng nấm sợi dựa vào đặc điểm hình thái và
trình tự đoạn gene mã hoá 18S rRNA.
2. Nghiên cứu khả năng phân hủy DDT của chủng nấm sợi FNA1.
3. Nghiên cứu khả năng sinh laccase của chủng nấm sợi FNA1.







Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
PHẦN I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1 ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT LÝ HÓA CỦA DDT
1.1 Cấu trúc của DDT
DDT là một trong các thuốc diệt côn trùng, chúng là một nhóm các hợp
chất hữu cơ có hai vòng thơm và có chứa Clo, bao gồm 14 hợp chất hữu cơ,
trong đó: 71% là p,p
,
- DDT, 14.9% là o,p
,
- DDT, 0.3%p,p
,
- DDD, 0.1% là
o,p
,
-DDD, 4% là p,p
,
- DDE, 0.1% là o,p
,
-DDE, sản phẩm khác là 3.5% (Hình
1.1).



p-p DDT p-p DDE p-p DDD

o-p DDT o-p DDE o-p DDD
Hình 1.1. Công thức cấu tạo của một số đồng phân DDT

1.2 Tính chất lý hóa của DDT
Tất cả các đồng phân của DDT đều là dạng tinh thể màu trắng, không
mùi, không vị, có công thức tổng quát là C
14
H
9
Cl
5
, khối lƣợng phân tử là
354.5. Nhiệt độ nóng chảy khoảng 108.5 - 109
0
C, áp suất bay hơi là 2.53 x10
-
5
Pa (1.9 x10
-7
mmHg) tại 20
0
C. DDT tan ít trong nƣớc (1g/l) nhƣng có khả
năng giữ nƣớc, tan tốt trong các hợp chất hữu cơ đặc biệt là mỡ động vật. Khả
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
năng hoà tan của DDT trong nƣớc là thấp (hệ số hấp phụ cao) nên DDT có xu
hƣớng bị hấp phụ trong cặn bùn, đất đá, trầm tích. Điều này có vai trò đặc biệt
trong phân hủy sinh học DDT. Một số đặc tính cơ bản của DDT và các đồng

phân đƣợc trình bày ở phụ lục 1 [59].

2 ẢNH HƢỚNG ĐẾN MÔI TRƢỜNG VÀ SỨC KHỎE CON NGƢỜI
CỦA DDT
2.1 Ảnh hƣởng đến môi trƣờng
DDT [ 1,1,1-trichloro-2,2-bis-(p-chlorophenyl)ethane] đã đƣợc tổng
hợp vào năm 1874, nhƣng mãi đến 1930, Bác sĩ Paul Muller (Thụy Sĩ ) mới
xác nhận DDT là một hóa chất hữu hiệu trong việc trừ sâu rầy và từ đó đƣợc
xem nhƣ là một thần dƣợc và không biết có ảnh hƣởng nguy hại đến con
ngƣời. Khám phá trên mang lại cho ông giải Nobel về y khoa năm 1948 và
DDT đã đƣợc sử dụng rộng rãi khắp thế giới cho việc khử trùng và kiểm soát
mầm mống gây bệnh sốt rét. Nhƣng chỉ hai thập niên sau đó, một số chuyên
gia thế giới đã khám phá ra tác hại của DDT trên môi trƣờng và sức khỏe
ngƣời dân. Do đó, tại Hoa Kỳ từ năm 1972 DDT đã bị cấm sử dụng hẳn. DDT
bị nhiễm vào môi trƣờng không khí, nƣớc, đất trong suốt quá trình sử dụng,
DDT có mặt ở nhiều vị trí ô nhiễm khác nhau, sau đó có thể tiếp tục bị lan
truyền và gây ô nhiễm môi trƣờng. Đặc biệt trong đất, nó giữ nƣớc thành các
phần tử rắn và trở thành dạng bền vững (EPA 1986) và đƣợc EPA Hoa Kỳ
xếp vào danh sách các loại hóa chất phải kiểm soát vì có nguy cơ tạo ra ung
thƣ cho ngƣời và động vật [59]. DDT, DDE (1,1-dichloro-2,2-bis(p-
chlrophenyl)ethylene), DDD (1,1-dichloro-2,2-bis(p-chlrophenyl)ethylene)
cũng có thể đƣợc thải vào không khí khi chúng bay hơi từ đất và nƣớc nhiễm
độc. Một lƣợng lớn DDT đã đƣợc thải vào môi trƣờng nhƣ đi vào không khí,
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
đất và nƣớc thông qua quá trình tƣới, phun trên các diện tích sản xuất nông
nghiệp và rừng để diệt côn trùng và muỗi [59].DDT và các đồng phân bị
ngấm vào mạch nƣớc ngầm khi nó đƣợc sử dụng để diệt côn trùng ở gần các

cửa sông .v.v. Trong đất, DDT có thể suy giảm nhờ quá trình bốc hơi, quá
trình quang phân và quá trình phân hủy sinh học (hiếu khí và kị khí) nhƣng
những quá trình này xảy ra rất chậm tạo ra sản phẩm là DDD và DDE có độ
bền tƣơng tự nhƣ DDT. DDD cũng đƣợc sử dụng nhƣ là một loại thuốc trừ
sâu, còn DDE chỉ đƣợc tìm thấy trong môi trƣờng nhiễm bẩn do sự phân hủy
sinh học của DDT.
Quá trình bốc hơi, phân hủy DDT, DDD, DDE có thể đƣợc lặp lại
nhiều lần và kết quả là DDT, DDD, DDE đƣợc tìm thấy ở cả những nơi rất xa.
Những hợp chất hóa học này có thể đƣợc phát hiện ở đầm lầy, tuyết và động
vật ở vùng Bắc Cực & Nam Cực, rất xa so với nơi chúng đƣợc sử dụng, DDT,
DDD, DDE cuối cùng ở trong đất một thời gian dài, hầu hết bị phân hủy chậm
thành DDD và DDE thƣờng là bởi hoạt động của các vi sinh vật. Chu kỳ bán
hủy của những hợp chất này trong khí quyển khi bay hơi đƣợc ƣớc tính 1,5- 3
ngày. DDT ở trong đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ, loại đất, độ ẩm
v.v. ở những vùng nhiệt đới DDT bay hơi dễ hơn và vi sinh vật cũng phân
hủy nó nhanh hơn. DDT ở đất ẩm bị phân hủy nhanh hơn ở đất khô. Chúng
làm giảm giá trị của đất và khi bị phân hủy DDT đƣợc chuyển thành DDE
trong cả điều kiện hiếu khí và kị khí. Những hợp chất này có thể bốc hơi trong
không khí hoặc lắng đọng lại ở các vị trí khác nhau và có độc tính rất cao.
Chúng ở sâu trong đất, thấm qua đất và vào các mạch nƣớc ngầm. Trên bề
mặt nƣớc, DDT sẽ liên kết các phần tử ở trong nƣớc, lắng xuống và có thể
lắng đọng trong các trầm tích.
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
Gần đây DDT là một trong 12 hoá chất đƣợc các nhà khoa học thế giới
xếp vào hạng chất ô nhiễm khó phân hủy (POPs). Năm 1998, đại diện của hơn
92 quốc gia trên thế giới đã tụ họp tại Montreal đã bàn thảo về các biện pháp
nhằm cấm sản xuất và sử dụng các hoá chất trên vì lý do tác hại của chúng do

sự tích luỹ lâu dài trong không khí, lòng đất và nguồn nƣớc, kết tụ vào các mô
động vật- nguồn thực phẩm chính của loài ngƣời [7]. DDT tích trữ một lƣợng
lớn ở trong cá và các động vật biển (ví dụ: hải cẩu, cá heo). Tính độc của
DDT đã đƣợc biết đến thông qua các nghiên cứu rất kỹ lƣỡng ở trên các vi
sinh vật, động vật không xƣơng sống ở dƣới nƣớc, cá, lƣỡng cƣ, động vật
không xƣơng sống ở trên cạn và các loài động vật có vú khác (chuột hang, thỏ
v.v.). Trong các động vật này, DDT đƣợc tìm thấy một lƣợng lớn trong các
mô mỡ và sẽ tiếp tục di chuyển đến những cơ quan khác. Ngƣỡng độc của
DDT và các đồng phân của nó đã xác định thông qua chỉ số LC
50
(LC
50
là
liều gây chết 50% mẫu sinh vật thí nghiệm) ở một số loài động vật thí nghiêm
là: LD
50
ở lợn khoảng 1.000mg DDT/kg [12], LD
50
ở thỏ là 300mg DDT/kg
và 4.000-5.000 mg DDD/kg [12]. DDT ở trong đất cũng có thể đƣợc hấp thụ
bởi một số thực vật hoặc trong cơ thể con ngƣời khi ăn các thực vật đó [57].

2.2 Ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời
Những nghiên cứu dịch tễ học đã chỉ ra đƣợc tác hại của DDT và các
hợp chất có liên quan tới một số loài và việc sử dụng nó đã bị cấm hoặc giảm
trên nhiều nƣớc do những hậu quả độc hại của nó. Nhƣng các số liệu về ảnh
hƣởng trên con ngƣời vẫn chƣa đƣợc biết đến nhiều. Các nghiên cứu về sự
ảnh hƣởng trên ngƣời đƣợc nghiên cứu trên các công nhân làm việc trong các
nhà máy có sản xuất DDT. Các nghiên cứu khác cũng cho những kết quả có
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
giá trị nhƣng do những hạn chế của các nghiên cứu về dịch tễ học nên chƣa
xác định đƣợc những nguyên nhân gây bệnh từ chúng.
Con ngƣời bị nhiễm DDT thông qua nhiều cách khác nhau đó là phơi
nhiễm trực tiếp và gián tiếp. Phơi nhiễm trực tiếp, có thể xảy ra qua phổi hoặc
qua da. Nhiễm gián tiếp xảy ra khi ăn các thực phẩm nhƣ ngũ cốc, rau đậu đã
bị nhiễm DDT, cũng nhƣ tôm cá sống trong vùng bị ô nhiễm, DDT sẽ đi vào
cơ thể qua đƣờng tiêu hoa và tích tụ theo thời gian trong các mô mỡ và gan
của con ngƣời.
Nguồn lây nhiễm DDT chính là ở trong thịt, cá, gia cầm và các sản
phẩm từ sữa. Nếu ngƣời ăn các loại lƣơng thực thực phẩm đƣợc phun DDT và
ăn kéo dài thì có nhiều nguy cơ dẫn tới ngộ độc mãn tính, sinh con quái thai.
Mức độ tối thiểu mà con ngƣời có thể chịu đựng và không gây hại là 285
mg/kg. DDT có tác động rõ rệt lên hệ thống thần kinh ngoại biên, gây nên sự
rối loạn hệ thống thần kinh, ức chế các enzyme chức năng đòi hỏi sự dịch
chuyển các ion dẫn đến tê liệt. Những ngƣời bị nhiễm một lƣợng lớn gây ngộ
độc cấp tính, dễ bị kích động, bị rùng mình và gây tai biến mạch máu não.
Chúng cũng gây nên sự đổ mồ hôi, đau đầu, buồn nôn, chóng mặt. Những ảnh
hƣởng nhƣ trên cũng có thể xuất hiện khi hít DDT ở trong không khí hoặc hấp
thụ một lƣợng lớn qua da [59].
Đối với những ngƣời bị nhiễm DDT ở mức độ thấp (20 mg/ngày) - ví
dụ nhƣ những ngƣời làm việc trong các nhà máy sản xuất DDT, sẽ xuất hiện
những biến đổi nồng độ enzyme có trong gan và trong máu. Nhiều nghiên cứu
đã chỉ ra rằng DDT, DDE, DDD có thể gây bệnh ung thƣ, mà trƣớc tiên là
ung thƣ gan, cũng có thể là ung thƣ vú, ung thƣ tuỷ [59]. Những nghiên cứu
của Garabrant và cộng sự 1992 ở một nhóm công nhân của các nhà máy sản
xuất thuốc hóa học giữa năm 1948 đến năm 1971 đã phát hiện ra DDT có thể
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
gây ung thƣ tủy và dẫn đến tử vong vào năm 1953- 1988 [59]. Bên cạnh đó nó
cũng gây nên một số bệnh ung thƣ khác nhƣng vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu kỹ
nhƣ: ung thƣ tuyến tiền liệt, ung thƣ tinh hoàn, ung thƣ máu, ung thƣ dạ con
v.v.
Trẻ con bú sữa mẹ hay sữa tƣơi bị nhiễm độc DDT trực tiếp qua sự
hiện diện của DDT trong sữa tƣơi hay gián tiếp vì thức ăn của ngƣời mẹ. Tệ
hại hơn nữa, nhiều bà mẹ đã bị sảy thai trong vùng ảnh hƣởng của DDT. Ở
nƣớc ta, đã có một số công trình nghiên cứu và rút ra nhận xét là tất cả các bà
mẹ dù có tiếp xúc hay không tiếp xúc trực tiếp với DDT đều có lƣợng DDT
trong sữa mẹ rất cao. Vì DDT xâm nhập vào cơ thể chủ yếu qua đƣờng tiêu
hóa, cao hơn rất nhiều lần so với liều lƣợng cho phép của OMS (0.05ppm),
của Liên Xô (0.14ppm) và của Hungari (0.13ppm) [53].

3 TÌNH TRẠNG Ô NHIỄM DDT
3.1 Nguồn gốc phát sinh
DDT (1,1,1-trichloro-2,2-bis (p-chlorophenyl) ethane) đã đƣợc tổng
hợp lần đầu tiên vào năm 1873 bởi nhà khoa học ngƣời Đức Othmar Ziedler.
Tuy nhiên, phải đến 1939 nhà hoá học Thuỵ Sỹ- Paul Hermann Muller mới
khám phá các đặc tính để diệt trừ côn trùng của DDT, chúng có thể phá huỷ
nhanh chóng hệ thần kinh của côn trùng. Năm 1948, Paul Muller đã đƣợc trao
giải thƣởng Nobel về sinh - y học về khám phá này. DDT có hiệu quả chống
lại rận, bọ chét, và muỗi mang các mầm bệnh sốt phát ban, dịch hạch, sốt rét,
và sốt vàng .v.v. DDT đã đƣợc dùng rất rộng rãi hơn 20 năm và đƣợc xem là
nhân tố chính trong việc gia tăng sản lƣợng lƣơng thực thế giới và ngăn chặn
bệnh tật từ côn trùng.
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
DDT đƣợc tạo thành từ phản ứng của trichloroethanol với chlorobenzen
(Hình 1.2). Tên thƣơng mại hoặc các tên khác của DDT bao gồm Anofex,
Cesarex, Chlorophenothane, Dadelo, p,p-DDT,
dichlorodiphenyltrichloroethane, Dinocide, Didimac, Digmar, ENT 1506,
Genitox, Guesapon, Guesarol, Gexarex, Gyrol, Hildit, Ixodex, Kopsol,
Neocid, OMS 16, Micro DDT 75, Pentachlorin, Rukseam, R50 và Zerdane.

Hình 1.2. Tổng hợp DDT từ trichloroethanol và chlorobenzen

DDT là loại thuốc hóa học diệt côn trùng đƣợc sử dụng rộng rãi từ
chiến tranh thế giới lần thứ II trên khắp thế giới và hàng triệu tấn đƣợc sản
xuất, sử dụng trƣớc đây hiện đang còn lƣu giữ trong đất và sẽ tiếp tục phân
tán trong môi trƣờng. Một lƣợng lớn DDT đã đƣợc giải phóng vào không khí,
đất và nƣớc khi sử dụng để diệt côn trùng, muỗi ở các địa điểm nhạy cảm nhƣ
cửa sông [59].
Đầu năm 1960, nhà hoạt động ngƣời Mỹ Rachel Carson đã xuất bản
cuốn sách Silent Spring khẳng định DDT là nguyên nhân của bệnh ung thƣ và
nguy hại đến sinh sản của chim do làm mỏng lớp vỏ trứng. Cuốn sách đã gây
ra sự phản đối kịch liệt của công chúng và sự kiện này đã dẫn đến lệnh cấm
sử dụng DDT trong nông nghiệp ở Mỹ. Tiếp theo trong những năm 1970 và
1980, DDT đã bị cấm sử dụng trong nông nghiệp ở hầu hết các nƣớc phát
triển do ảnh hƣởng nguy hại của nó đối với môi trƣờng. Mặc dầu vậy, DDT
vẫn đƣợc sử dụng rộng rãi trong một số quốc gia đang phát triển.
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
3.2 Tình trạng ô nhiễm DDT trên thế giới

Do tác hại của DDT trên môi trƣờng và sức khỏe ngƣời dân tại Hoa Kỳ
từ năm 1972 DDT đã bị cấm sử dụng hẳn. Tuy nhiên, đến nay hóa chất này
vẫn còn gây tác hại ở những vùng nông nghiệp đã sử dụng và những vùng
quanh nơi sản xuất ra DDT trƣớc đây. Hiện tại DDT vẫn còn ngƣng tụ nơi
thềm lục địa vùng Palos Verdas (ngoài khơi vùng biển Los Angeles) vì nhà
máy sản xuất ra DDT Montrose Chemical.co tại Torrance đã thải DDT vào hệ
thống cống rãnh thành phố vào năm 1971. Việc xử lý ô nhiễm DDT cho vùng
này ƣớc tính vào khoảng 300 triệu USD [7].
Cho đến nay ở Mỹ do lợi ích về kinh tế nên vẫn sản xuất DDT để xuất
cảng qua Phi châu và các nƣớc Á châu trong đó có Việt Nam. DDT là một
loại thuốc sát trùng công hiệu mạnh, đặc biệt quan trọng trong việc kiểm soát
bệnh sốt rét nên vẫn đƣợc sử dụng rộng rãi ở các nƣớc đang phát triển bất
chấp nguy cơ gây hại tiềm tàng và lâu dài của nó.
Sự tích tụ nhiều nhất của DDT và các hợp chất có liên quan ở biển phía
Tây của Trung Quốc. ở các bờ biển khác, lƣợng tích tụ của DDT cũng rất lớn
nhƣ: vịnh Bengal, biển Arabian, biển bắc Trung Quốc v.v.Từ năm 1980-1983,
có rất nhiều phân tích về sự tích tụ DDT ở trong các trầm tích biển ở EPA
[54]. Hàm lƣợng trung bình của DDT, DDE, DDD là: 0.1, 0.1, 0.2 g/kg
(trọng lƣợng khô). Hàm lƣợng DDT và các sản phẩm chuyển hóa của các mẫu
trầm tích đƣợc phân tích ở đáy sông ở vịnh River tại Washington: 0.1-234
g/kg. Sự tích trữ của DDT, DDE, DDD và tổng lƣợng DDT ở đáy trầm tích
từ sông San Joaquen và các nhánh sông của nó ở California-1992 lần lƣợt
là:1.4 - 115, 0.7 - 14, 0.4 - 39, 2.2 - 170 (ng/l) [45]. Trong đó Orestinba Creat
có hàm lƣợng DDT cao hơn hẳn so với các vị trí khác. Ở Canada, tổng lƣợng
DDT lắng đọng trên bề mặt trầm tích ở 8 hồ khác dọc ngang lục địa vào
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
khoảng 9.7g/kg. Iwata et al (1993) đã thu thập và phân tích 68 ví dụ về hàm

lƣợng DDT ở nƣớc bề mặt từ một vài đại dƣơng (18 khu vực) đã nêu lên
những ảnh hƣởng chủ yếu do sự lắng đọng khí quyển từ tháng 4/1989-8/1990.
Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy sự có mặt của DDT trong các mẫu
trầm tích với nồng độ cao do DDT đƣợc vận chuyển từ khu vực bị ô nhiễm
đến Bắc cực và Nam cực. Tổng lƣợng DDT ở đại dƣơng New Zealand và
Ross Iland, Antarctica giữa tháng 1 và tháng 3 (1990) là: 0.40 và 0.81 pg/m
3
[14, 33]. Vùng Gulf của Mexico (1977) chứa trung bình 34pg/m
3
DDT với tỉ
lệ 10-78pg/m
3
[13]. Lƣợng DDT cao nhất đƣợc tìm thấy ở gần khu vực nơi
mà DDT vẫn đƣợc sử dụng, ví dụ ở bờ biển Arabian của ấn Độ. Các khu vực
mà lƣợng DDT trong không khí cao là eo biển Malacca, bờ biển phía nam
Trung Quốc, vịnh Mexico.

3.3 Tình trạng ô nhiễm DDT ở Việt Nam
DDT đƣợc dùng lần đầu tiên ở Việt Nam vào năm 1949 để phòng ngừa
bệnh sốt rét. Tuy nhiên, số lƣợng thuốc DDT đƣợc dùng chỉ có 315 tấn trong
năm 1961 và giảm xuống còn 22 tấn trong năm 1974. Từ năm 1957 đến 1990,
tổng số lƣợng thuốc DDT nhập cảng chỉ có 240.422 tấn. Mặc dù việc sử dụng
thuốc DDT đã bị cộng đồng quốc tế ngăn cấm từ năm 1992, việc nhập cảng
và sử dụng DDT ở Việt Nam vẫn tiếp tục cho đến năm 1994. Trong khoảng từ
năm 1992 đến năm 1994, số lƣợng thuốc DDT nhập cảng từ Nga lên đến
423.358 tấn Tuy không có số liệu chính xác về số lƣợng DDT đang đƣợc sử
dụng ở Việt Nam, nhƣng tin tức trong nƣớc cho biết thuốc này vẫn còn đang
đƣợc sử dụng rộng rãi đặc biệt ở vùng châu thổ sông Cửu Long vì là vùng có
nhiều sông rạch và nhiều muỗi mồng [8].
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
Tại một kho dã chiến chứa DDT những năm 1967 – 1968 ở Hà Tĩnh
vẫn còn một lƣợng tồn dƣ lớn hóa chất này. Khối lƣợng thuốc DDT ở kho này
ƣớc tính khoảng 4- 5 tấn. Hiện nay số thuốc DDT đã nằm phơi lộ trên mặt
đất, một phần thuốc có thể bị phân hủy song phần lớn vẫn còn đó, chúng có
thể khuếch tán vào không khí gây ô nhiễm môi trƣờng và phân rã ngấm vào
đất và các mạch nƣớc ngầm gây ô nhiễm đất và nƣớc trong khu vực. Nghệ An
là một trong những tỉnh còn tồn lƣu một lƣợng tƣơng đối lớn hóa chất bảo vệ
thực vật, hiện tại tỉnh có 25 điểm tồn lƣu hóa chất chất bảo vệ thực, trong đó
mới có 5 điểm đƣợc xử lý. Phần lớn những điểm tồn lƣu hóa chất chất bảo vệ
thực đều nằm gần, hoặc nguy hiểm hơn là nằm lọt trong khu dân cƣ. Một kết
quả điều tra khác ở tỉnh Nghệ An cho thấy, DDT vẫn còn trong một nhà kho
từ năm 1965 đến năm 1985. Nồng độ của DDT thay đổi từ 3.38 đến 960.6
mg/kg trong các mẫu đất và từ 0.00012 đến 0.00168 mg/l trong các mẫu
nƣớc. Trong nhiều năm liên tiếp, mùi thuốc DDT nồng nặc bay xa đến 600
mét. Đã có 25 ngƣời chết vì ung thƣ, và 22 trƣờng hợp dị thai đƣợc ghi nhận
[8].
Do sự nguy hiểm của các chất POP nói chung và hóa chất bảo vệ thực
vật nói riêng đối với sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng, các nƣớc trên thế
giới cũng nhƣ Việt Nam đã và đang tích cực tiến tới loại trừ và cấm sử dụng
hoàn toàn các chất POP. Cụ thể là Công ƣớc Stockholm về các chất hữu cơ ô
nhiễm khó phân hủy ra đời và 172 quốc gia đã tham gia ký kết, trong đó có
Việt Nam. Ở nƣớc ta công ƣớc Stockholm chính thức có hiệu lực kể từ ngày
14/5/2004. Tham gia công ƣớc này, Việt Nam sẽ xây dựng và hoàn thiện hệ
thống pháp luật để quản lý an toàn hóa chất, giảm thiểu và tiến tới loại bỏ các
chất ô nhiễm hữu cơ khó phân huỷ. Đồng thời, phòng ngừa, kiểm soát và xử
lý an toàn đối với các chất này, tiến tới kiểm soát, xử lý và tiêu hủy hoàn toàn
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
các kho thuốc bảo vệ thực vật, những hóa chất rất độc hại đã bị loại bỏ, còn
tồn lƣu.


4 CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM DDT
DDT là chất có tính độc hại cao, bền vững cao đối với quá trình phân
hủy tự nhiên. Một khi đã phát thải vào môi trƣờng, chất này có thể tồn tại
trong thời gian dài và có thể di chuyển đi xa khỏi nguồn phát thải ban đầu nhờ
gió, nƣớc hay nhờ vào các loài động vật di cƣ. Ngoài ra DDT có thể đƣợc hấp
thụ dễ dàng vào các mô mỡ và tích tụ trong cơ thể của các sinh vật sống, nồng
độ chất này trở nên cao hơn theo chiều tăng của chuỗi thức ăn, đặc biệt là
trong các loài sinh vật lớn và sống lâu. Chính vì những tính chất này mà việc
loại bỏ, tiêu hủy DDT cũng nhƣ các chất bảo vệ thực vật trong danh mục cấm
khác ngày càng trở nên cần thiết và cấp bách không chỉ riêng ở nƣớc ta mà
còn là vấn đề quan tâm của nhiều nƣớc trên thế giới.
Tùy điều kiện địa hình, tính chất, quy mô của vùng ô nhiễm; tùy điều
kiện kinh phí để áp dụng các quy trình xử lý khác nhau, có thể xử dụng các
phƣơng pháp nhƣ phƣơng pháp hóa lý; phƣơng pháp bao vây, cô lập nguồn ô
nhiễm; hay phƣơng pháp sinh học v.v.

4.1 Các phƣơng pháp cơ, hóa lý
Có rất nhiều phƣơng pháp hóa lý đƣợc sử dụng để loại bỏ các chất ô
nhiễm khó phân hủy. Đối với ô nhiễm DDT thì các phƣơng pháp thƣờng đƣợc
sử dụng là chôn lấp, cô lập; phân hủy bằng kiềm nóng và phƣơng pháp đốt có
xúc tác.
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
4.1.1 Phương pháp chôn lấp, cô lập
Với cấu trúc vòng thơm, DDT rất khó phân hủy trong tự nhiên nên biện
pháp chôn lấp chất thải nguy hại đƣợc áp dụng rộng rãi ở nhiều nƣớc trên thế
giới. Một số nƣớc sử dụng biện pháp chôn lấp cô lập và xi măng hóa chất thải
có độc tính cao ở dạng lỏng hoặc rắn. Phƣơng pháp này đòi hỏi phải chuẩn bị
hố chôn lấp đảm bảo kỹ thuật, không bị rò rỉ, bền vững trong thời gian dài,
địa điểm chôn lấp phải xa khu dân cƣ, không gần mạch nƣớc ngầm.
4.1.2 Phương pháp đốt có xúc tác
Đây là phƣơng pháp vô cơ hoá chuyển clo hữu cơ thành CO
2
, H
2
O và
Cl
-
. Clo hữu cơ nếu tiếp xúc với kim loại đồng nung đỏ đều bị đồng lấy mất
clo (tạo thành CuCl
2
) và chúng bị phân huỷ tiếp theo thành CO
2
và nƣớc cùng
với các dẫn xuất khác không độc, hoặc ít độc hơn (Hình 1.3).

DDT CO
2
+ H
2
O + CuCl

2


Hình 1.3. Phƣơng pháp đốt có xúc tác

Công nghệ thiêu đốt cũng đã đƣợc sử dụng trên thế giới, phƣơng pháp
xử lý này tƣơng đối triệt để song giá thành lại cao và có khả năng gây ô nhiễm
thứ cấp bởi các sản phẩm phụ tạo trong quá trình vận hành.
Các phƣơng pháp vật lý khác nhƣ sử dụng tia bức xạ, tia cực tím, hay
áp suất cao cũng mang lại hiệu quả nhất định trong xử lý ô nhiêm DDT.
4.1.3 Phương pháp phân hủy bằng kiềm nóng
Cu / 600-700
0
C
O
2
(không khí)
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
Khi xử lý DDT với dung dịch NaOH 20% nóng, xảy ra phản ứng
dehydroclorua hoá tạo nên một olefin. Olefin đƣợc sinh ra bị polime hoá cho
sản phẩm rắn. Sản phẩm rắn này đƣợc tách ra dễ dàng và cho vào bao nilon
rồi chôn vùi dƣới đất.
Mặc dù làm sạch DDT có thể đƣợc tiến hành bằng nhiều biện pháp nhƣ
đã nêu ở trên, nhƣng nhƣợc điểm của các công nghệ đốt và hóa học là gây ô
nhiễm thứ cấp. Chính vì vậy mà xu hƣớng sử dụng các phƣơng pháp hóa lý
ngày càng giảm.
4.2 Phƣơng pháp phân hủy sinh học

Ngày nay do có những hiểu biết sâu sắc về tác hại của DDT nên các
nhà khoa học và công nghệ Việt Nam đang nghiên cứu tìm ra các giải pháp để
có thể làm giảm lƣợng DDT còn sót lại trong đó biện pháp xử lý sinh học
đang đƣợc quan tâm nhiều bởi tính ƣu việt của nó là không tạo ra ô nhiễm thứ
cấp cho môi trƣờng. Phân hủy sinh học đã đƣợc các nhà khoa học trên thế
giới nghiên cứu và áp dụng trong những năm gần đây và cũng đạt đƣợc khá
nhiều thành tựu [63].
Quá trình làm sạch sinh học có thể thực hiện ở quy mô lớn nhỏ khác
nhau, có thể sử dụng thực vật hay vi sinh vật và ở điều kiện hiếu khí hoặc kị
khí. Việc tẩy độc bằng phân hủy sinh học có thể đƣợc tiến hành riêng rẽ hoặc
kết hợp với các phƣơng pháp khác, sau vài tháng hoặc vài năm các chất ô
nhiễm có thể đƣợc hoàn toàn loại bỏ.
Phân hủy sinh học (Bioremediation) thƣờng bao gồm các phƣơng pháp
sau: Kích thích sinh học (augmentation) và làm giàu sinh học (stimulation).
+ Kích thích sinh học (Biostimulation): là quá trình thúc đẩy sự phát
triển và hoạt động trao đổi chất của tập đoàn vi sinh vật bản địa có khả năng
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19
sử dụng các chất độc hại thông qua việc thay đổi các yếu tố môi trƣờng nhƣ:
pH, độ ẩm, nồng độ O
2
, chất dinh dƣỡng .v.v.
+ Làm giàu sinh học (Bioaugmentation): sử dụng tập đoàn các vi sinh
vật bản địa đã đƣợc làm giàu hoặc vi sinh vật sử dụng các chất độc hại từ nơi
khác, thậm chí vi sinh vật đã đƣợc cải biến về mặt di truyền đƣa vào các địa
điểm ô nhiễm.
+ Sử dụng thực vật (phytoremediation): sử dụng thực vật, hệ enzyme
của thực vật và các quá trình phức tạp khác nhằm hấp thu hoặc chuyển hóa

các chất ô nhiễm.
Kích thích sinh học hiện là khuynh hƣớng đƣợc sử dụng rộng rãi trong
xử lý ô nhiễm theo phƣơng pháp phân hủy sinh học. Đôi khi ngƣời ta cũng kết
hợp hai biện pháp để có thể tăng cƣờng sự phân hủy sinh học. Song song với
việc bổ sung các chủng vi sinh vật nuôi cấy có khả năng phân hủy chất ô
nhiễm, ngƣời ta cũng tạo điều kiện tối ƣu cho tập đoàn vi sinh vật hoạt động.
Nhƣ vậy, cùng với hoạt động của tập đoàn vi sinh vật bản địa và hoạt động
của vi sinh vật ngoại lai sẽ tăng cƣờng hiệu quả của quá trình xử lý.
Hiện nay, tại Viện Công nghệ Sinh học đã tiến hành một số nghiên cứu
về khả năng phân hủy dầu, các chất độc hại khác nhƣ dioxin, 2,4-D,
hydrocacbon thơm đa nhân (PAH) v.v. bằng công nghệ phân hủy sinh học và
đã mang lại những hiệu quả khả quan [2]. Đối với DDT, những nghiên cứu
bƣớc đầu về khả năng phân hủy bằng vi sinh vật cũng đang bắt đầu đƣợc
nghiên cứu để góp phần khử độc DDT ở một số địa phƣơng bị ô nhiễm [5].
Ngoài ra trên thế giới việc ứng dụng hệ enzyme ngoại bào của vi sinh
vật vào xử lý ô nhiêm đã có nhiều nghiên cứu, đây cũng là hƣớng có nhiều
triển vọng do rút ngắn đƣợc thời gian xử lý và hiệu quả xử lý cao hơn so với
khử độc bằng phân hủy sinh học thông thƣờng. Những nghiên cứu bƣớc đầu
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20
về hệ enzyme ngoại bào ứng dụng vào xử lý khử độc đã đƣợc tiến hành tạo cơ
sở cho việc thiết kế công nghệ xử lý các chất ô nhiễm hóa học trong tƣơng lai
[4,5,6]. Hệ enzyme ngoại bào đƣợc quan tâm là hệ enzyme xúc tác với các đại
diện là laccase (oxidoreductase), mangan peroxidase và lignin peroxidase
(peroxidase). Đây là những enzyme có khả năng phân hủy nhiều loại chất ô
nhiễm hữu cơ có cấu trúc đa vòng thơm khác nhau do tính đặc hiệu cơ chất
không cao. Trong đó laccase đƣợc tập trung nghiên cứu, enzyme này xúc tác
quá trình oxy hóa các hợp chất phenolic mạnh nhất trong nhóm enzyme phân

hủy lignocellucose, laccase đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghệ tẩy độc
các hợp chất phenol, các dẫn xuất clo biphenyl, các loại thuốc nhuộm và các
loại nƣớc thải v.v.

5 PHÂN HỦY SINH HỌC DDT
5.1 Khả năng phân hủy DDT bởi vi sinh vật
Các nhà khoa học cũng đã phân lập và nghiên cứu nhiều chủng vi sinh
vật có khả năng phân hủy DDT và các sản phẩm chuyển hóa của nó. Các
nghiên cứu đã chỉ ra rằng số lƣợng các vi sinh vật có khả năng phân hủy DDT
tại các vùng ô nhiễm nhiều hơn so với các vùng không ô nhiễm. Các loài vi
sinh vật trong vùng ô nhiễm có xu hƣớng thích nghi, sau đó thay đổi cấu trúc
về di truyền để hƣớng đến việc phân hủy DDT. Các vi sinh vật tiềm năng
tham gia vào quá trình phân huỷ sinh học DDT chủ yếu là vi khuẩn, vi nấm.
Các vi sinh vật này chuyển hoá DDT thông qua quá trình khử loại clo, vi nấm
thủy phân và vi khuẩn phân huỷ chlorobiphenyl thực hiện cắt vòng DDT
trong điều kiện hiếu khí. Ngoài ra vi sinh vật phân huỷ DDT có thể đƣợc thiết
kế chuyển gene dựa trên các kỹ thuật di truyền phân tử và đƣa vào vùng đất
nhiễm. Hiện nay, có tới hơn 300 loài vi sinh vật có khả năng phân hủy DDT
Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
đã đƣợc nghiên cứu, danh sách dƣới đây đƣa ra một vài đại diện của vi khuẩn,
một số loài nấm và xạ khuẩn ( Phụ lục 2) [20, 29, 48].
Cơ chế của quá trình phân hủy sinh học DDT và đồng phân của nó có
thể là nhờ quá trình cắt vòng hoặc loại khử clo. Các vi sinh vật có khả năng
chuyển hóa DDT và các đồng phân của nó (o,p
,
-DDT, p,p
,

-DDT) thành dạng
bớt độc hơn, không độc hoặc chuyển hóa hoàn toàn thành CO
2
. Các cơ chế
tấn công DDT bởi vi sinh vật đã đƣợc công bố cho thấy DDT đƣợc loại clo
bởi quá trình khử dẫn đến DDD. Vi khuẩn và nấm sợi phân huỷ DDT chủ yếu
theo cơ chế này. Một con đƣờng khác phân huỷ sinh học ở điều kiện hiếu khí
đã đƣợc mô tả có sự tham gia của vi khuẩn phân huỷ chlorobiphenyl [15, 42].

5.1.1 Loại clo bởi quá trình khử
Dƣới các điều kiện khử, quá trình loại clo bởi quá trình khử là cơ chế
chủ yếu của quá trình chuyển hoá sinh học các đồng phân o,p´-DDT và p,p´-
DDT của DDT thành DDD (Fries 1969). Phản ứng diễn ra bởi sự thay thế
chlorin mạch thẳng bằng nguyên tử hydro. Một số vi sinh vật chuyển hoá
DDT thành DDD đã đƣợc công bố bao gồm Escheria coli, Enterobacter
aerogenes, Enterobacter cloacae, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas
aeruginosa, Pseudomonas putida, Bacillus sp., “Hydrogenomonas” và một
số nấm nhƣ Saccharomyces cerevisiae, Phanerochaete chrysosporium,
Trichoderma [29,48]. Rochkind-Dubinsky và cộng sự đã phát triển các điều
kiện khử loại trong các bình nuôi cấy. Các cơ chế khử loại clo với sự chuyển
tiếp các kim loại và phức kim loại đóng vai trò chất khử (Hollinger & Schraa
1994). Trong hầu hết các trƣờng hợp các quá trình có sự tham gia của vận
chuyển điện tử đơn, loại ion clo, và tạo gốc alkyl. Sự chuyển tiếp phức hệ kim
loại trong vi sinh vật có kết hợp với các trung tâm hoạt động của các phân tử