1. Trang Chủ
  2. Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học
  3. Luận văn: 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: 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

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

Thể loại Tài liệu miễn phí Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học

Số trang 117

Ngày tạo 8/30/2018 1:09:15 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 1.73 M

Tên tệp

Tải Luận văn: NGHIÊN CỨU PHÂN LOẠI, KHẢ NĂNG PHÂN HỦY ... (.pdf)

Xem mẫu

  1. 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn
  2. 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 : Sinh học thực nghiệm Chuyên ngành 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn
  3. 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn
  4. 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 5-bromo-4-chloro-3-indodyl- β galactosidase X-gal Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
  5. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học M ỤC L ỤC 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1
  6. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2
  7. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 4.3 Ảnh hưởng của các chất cảm ứng 71 4.3.1 Guaiacol, veratyl alcohol, CuSO4 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3
  8. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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 giả i 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 vớ i 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4
  9. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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 nhiễ m 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 bả n chất sinh học và khả năng sinh enzyme của các chủng nấ m 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 nấ m sợi FNA1. 3. Nghiên cứu khả năng sinh laccase của chủng nấm sợi FNA1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5
  10. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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 gồ m 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 C14H9Cl5, khối lƣợng phân tử là 354.5. Nhiệt độ nóng chảy khoảng 108.5 - 1090C, áp suất bay hơi là 2.53 x10 - Pa (1.9 x10 -7mmHg) tại 200C. DDT tan ít trong nƣớc (1 g/l) nhƣng có khả 5 năng giữ nƣớc, tan tốt trong các hợp chất hữu cơ đặc biệt là mỡ động vật. Khả Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6
  11. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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 D DT 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 ) mớ i 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 mầ m 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, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7
  12. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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 k hí 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8
  13. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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 vậ t 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 LC50 (LC50 là liều gây chết 50% mẫu sinh vật thí nghiệm) ở một số loài động vật thí nghiêm là: LD50 ở lợn khoảng 1.000mg DDT/kg [12], LD50 ở thỏ là 300mg DDT/kg và 4.000-5.000 mg DDD/kg [12]. DDT ở trong đất cũng có thể đƣợc hấp t hụ bởi một số thực vật hoặc trong cơ thể co n 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 hoặ c 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9
  14. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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 nhiễ m DDT thông qua nhiều cách khác nhau đó là phơi nhiễ m trực tiếp và gián tiếp. Phơi nhiễ m trực tiếp, có thể xảy ra qua phổi hoặc qua da. Nhiễ m 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 ho ặc 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10
  15. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học gây ung thƣ tủy và dẫn đế n 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11
  16. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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 cô n 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 cá c 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12
  17. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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 tiề m 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 nă m 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13
  18. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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/m3 [14, 33]. Vùng Gulf của Mexico (1977) chứa trung bình 34pg/m3 DDT với tỉ lệ 10-78pg/m3 [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 lầ n 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 liệ u 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]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14
  19. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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 c ó thể khuếch tán vào không khí gây ô nhiễm môi tr ƣờng 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 l ý và tiêu hủy hoàn toàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 15
  20. Đào Thị Ngọc Ánh Luận văn Thạc sĩ Sinh học 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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 16
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược