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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THU HƯƠNG NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN CÁC CHỦNG VI KHUẨN ĐẤT PHÂN HỦY TỒN DƯ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT TRONG ĐẤT TRỒNG CHÈ TẠI THÁI NGUYÊN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THU HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN CÁC CHỦNG VI KHUẨN ĐẤT

PHÂN HỦY TỒN DƯ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT

TRONG ĐẤT TRỒNG CHÈ TẠI THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC ỨNG DỤNG

Thái Nguyên - 2022

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THU HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TUYỂN CHỌN CÁC CHỦNG VI KHUẨN ĐẤT

PHÂN HỦY TỒN DƯ THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT

TRONG ĐẤT TRỒNG CHÈ TẠI THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của thầy giáo: TS Trần Minh Đức và TS Nguyễn Mạnh Tuấn Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Mọi trích dẫn trong luận văn đều ghi rõ nguồn gốc Mọi sự giúp

đỡ của các cá nhân và tập thể đều được ghi nhận trong lời cảm ơn

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 12 năm 2021

Học viên

Nguyễn Thu Hương

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo: TS.Trần Minh Đức (Viện Công nghệ sinh học) và TS Nguyễn Mạnh Tuấn (Viện Khoa học Sự sống – ĐH Thái Nguyên) đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Phú Hùng - Trưởng khoa Công nghệ Sinh học và nhóm nghiên cứu Y sinh trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên Xin cảm ơn thầy giáo TS Trương Phúc Hưng cùng các thầy, cô giáo khoa Công nghệ Sinh học, bộ phận sau Đại học - trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trường

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc, lãnh đạo các Khoa, Phòng tại Bệnh viện 198 - Bộ Công an - nơi tôi đang công tác đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn cổ vũ, động viên tôi trong suốt thời gian qua Trong quá trình thực hiện luận văn do còn hạn chế về mặt thời gian, kinh phí cũng như trình độ chuyên môn nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến quý báu của các thầy cô giáo, các nhà khoa học, cùng bạn bè, đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 12 năm 2021

Học viên

Nguyễn Thu Hương

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu của đề tài 3

3 Nội dung nghiên cứu: 3

4 Ý nghĩa khoa học của nghiên cứu: 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Tổng quan nghiên cứu nước ngoài 4

1.1.1 Khái niệm về thuốc bảo vệ thực vật 4

1.1.2 Tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường sinh thái và nguy cơ tiềm ẩn của chúng 4

1.1.3 Các phương pháp phân hủy tồn dư thuốc bảo vệ thực vật 5

1.1.4 Con đường phân hủy thuốc bảo vệ thực vật bởi vi sinh vật 7

1.1.5 Thành tựu nghiên cứu sử dụng các chủng vi sinh vật để phân hủy dư lượng thuốc bảo vệ thực vật 10

1.2 Tổng quan nghiên cứu trong nước 11

1.2.1 Lịch sử sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ở nước ta 11

1.2.2 Tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường, sinh thái 13

1.2.3 Thực trạng tồn dư thuốc bảo vệ thực tại các vùng trồng chè Thái Nguyên 14 1.2.4 Thành tựu về nghiên cứu sử dụng các chủng vi sinh vật để phân hủy dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong đất 15

CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

2.1 Vật liệu 19

2.2 Phương pháp nghiên cứu 19

2.2.1 Phương pháp thu thập mẫu đất 19

2.2.2 Phương pháp phân lập các chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy chlorpyrifos và acephate 19

2.2.3 Phương pháp khảo sát định tính khả năng phân hủy chlorpyrifos và

acephate của các chủng phân lập 20

2.2.4 Phương pháp xác định định lượng khả năng phân hủy thuốc bảo vệ thực vật của các chủng phân lập 20

2.2.5 Phương pháp xác định đặc điểm nuôi cấy của chủng phân lập 21

2.2.6 Phương pháp tách chiết DNA tổng số 21

2.2.7 Phương pháp khuếch đại trình tự gen 16S rRNA bằng phản ứng PCR 22 2.2.8 Phương pháp đọc trình tự gen 16S rRNA 22

2.2.9 Phương pháp xây dựng sơ đồ phả hệ 23

2.2.10 Phương pháp xử lý số liệu 23

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24

3.1 Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn đất có khả năng phân hủy chlorpyrifos và acephate 24

3.2 Đặc điểm nuôi cấy của chủng BPTC-316 26

3.3 Xác định khả năng phân hủy chlorpyrifos và acephate của chủng BPTC-316 28 3.4 Định danh, phân loại chủng BPTC-316 31

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35

4.1 Kết luận 35

4.2 Kiến nghị 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

HPLC High Performance Liquid Chromatography (Sắc ký lỏng

hiệu năng cao) PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi polymerase)PDA Potato Dextrose Agar

RNA Ribonucleic Acid

DANH MỤC BẢNG

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

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc phân tử của chlorpyrifos và acephate [35] 5 Hình 3.1 Đặc điểm sinh trưởng của chủng BPTC-316 trong môi trường có bổ sung chlorpyrifos và acephate 25 Hình 3.2 Hình thái khuẩn lạc của chủng BPTC-316 trên môi trường TSA (a) và

tế bào trên kính hiển vi điện tử quét SEM (b) 26 Hình 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sinh trưởng của chủng BPTC-316 27 Hình 3.4 Ảnh hưởng của pH môi trường đến sinh trưởng của chủng BPTC-316 27 Hình 3.5 Khả năng phân hủy chlorpyrifos (a) và acephate (b) của chủng BPTC-

316 29 Hình 3.6 Sự biến động của hàm lượng chlorpyrifos và acephate bởi chủng BPTC-316 xác định bằng HPLC 30 Hình 3.7 Hình ảnh điện di DNA tổng số (a) sản phẩm PCR (b) của chủng BPTC-316 31 Hình 3.8 Sơ đồ phả hệ (neighbour-joining tree) thể hiện vị trí phân loại của chủng BPTC-316 dựa trên trình tự gen 16S rRNA với các loài gần nhất 34

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Chè là cây trồng mang tính biểu tượng cho kinh tế, văn hóa, du lịch và con người tỉnh Thái Nguyên với tổng diện tích trồng chè khoảng 21.000 ha cho sản lượng chè búp tươi bình quân đạt hơn 223,8 nghìn tấn/năm Chính vì vậy, cây chè được tỉnh Thái Ngyên quan tâm đặc biệt, ngay từ năm 2011 tỉnh đã có nhiều các chủ trương, chính sách ưu tiên, đầu tư để đẩy mạnh phát triển ngành chè theo hướng bền vững như: tập huấn nâng cao kiến thức cho người trồng chè, đưa các giống chè mới vào canh tác, xây dựng các mô hình trồng chè an toàn, áp dụng công nghệ mới cho khâu chế biến, xúc tiến thương mại và tiêu thụ sản phẩm trong và ngoài nước Đến nay, các sản phẩm chè Thái Nguyên đã có mặt

ở tất cả các tỉnh thành trong cả nước và một số thị trường quốc tế như Pakistan, Đài Loan, Nga, Mỹ, Trung Quốc, Anh, Afganistan, các Tiểu vương quốc Ả Rập, với kim ngạch xuất khẩu đạt hơn 20 triệu đô la năm 2018 [17]

Các sản phẩm chè của Thái Nguyên đã thành công trong việc khẳng định thương hiệu ở thị phần trong nước, nhưng vấn đề mở rộng và tăng giá trị xuất khẩu đối với thị trường quốc tế vẫn là một bài toán mở Bằng chứng là chỉ dưới 20% trong tổng sản lượng chè của tỉnh được xuất khẩu và điều đặc biệt quan tâm ở đây là giá trị xuất khẩu chè thường thấp hơn so với giá chè thế giới Ở giai đoạn 2000-2010, giá xuất khẩu chè Việt Nam chỉ bằng 80% so với giá trị bình quân của thế giới; đến năm 2016 chỉ bằng 65% (Trung tâm Thông tin Công nghiệp và Thương mại Việt Nam, 2016); đến năm 2017, giá trị xuất khẩu chè của nước ta chỉ bằng 60% so với giá trị chè thế giới[17]

Theo những nghiên cứu của Miller (2004), Ye và cs (2018) cho thấy chỉ khoảng 5% thuốc bảo vệ thực vật có vai trò trực tiếp đến các bệnh liên quan đến cây trồng, phần lớn lượng còn lại (hơn 95%) sẽ tồn tại ở môi trường sinh thái (trong đất, nguồn nước, ) [30] ,[44]

Với một lượng lớn thuốc bảo vệ thực vật được dùng cho cây chè mỗi năm, cũng đồng nghĩa có hàng nghìn ha đất bị phơi nhiễm thuốc bảo vệ thực

vật Lượng thuốc bảo vệ thực vật này sẽ tích tụ theo thời gian trong tự nhiên, được chuyển hóa và một phần trong số đó sẽ được cây chè hấp phụ trở lại qua rễ

và được tích lũy ở thân, lá và mầm non của cây chè [26], [38] Đây là cơ sở khoa học cho việc phơi nhiễm thuốc bảo vệ thực vật trong các sản phẩm chè mặc dù chúng ta đã tuân thủ đúng quy trình canh tác chè an toàn

Chlorpyrifos và acephate là thuốc bảo vệ thực vật phổ rộng, nhóm lân hữu

cơ, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp nước ta từ những năm

1975 Các loại thuốc bảo vệ thực vật chứa hoạt chất chlorpyrifos và acephate cũng được sử dụng phổ biến cho các vùng trồng chè tại Thái Nguyên trong phòng trừ các loại sâu ăn lá, rầy,… với tần suất 2-3 lần/lứa chè Tuy nhiên, hoạt chất chlorpyrifos và acephate có độc tính cao, nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe con người Theo kết quả khảo sát về độc tính của chlorpyrifos và acephate khi bị phơi nhiễm cho thấy, chlorpyrifos và acephate tác động trực tiếp đến hệ thần kinh thông qua con đường ức chế hoạt động của enzyme acetylcholinesterase, đặc biệt ảnh hưởng lớn đến sự hình thành và phát triển nhận thức ở trẻ con; ngoài ra các bằng chứng cũng cho thấy chlorpyrifos và acephate tác động đến sự hình thành và phát triển ưng thu phổi, ung thư trực tràng, [12], [1], [39] Kết quả khảo sát đất bề mặt (0-25 cm; n=13) tại thời điểm tháng 02/2021 cho thấy tồn dư chlorpyrifos và acephate trung bình lần lượt là 94,23 và 73,16 µg/kg đất trồng chè tại Tân Cương, Thái Nguyên Hoạt chất chlorpyrifos và acephate khá bền vững trong đất, phụ thuộc vào pH, các yếu tố của đất, điều kiện thời tiết nên quá trình phân hủy bán phần có thể vài năm hoặc lâu hơn [35], [14]

Thuốc bảo vệ thực vật có thể bị phả hủy bởi các phương pháp như sử dụng các chủng vi sinh vật [56] , bằng sóng plasma [48], bằng tia UV [49], ôxi hóa không khí ướt [50], ôxi hóa ở nhiệt độ cao [51], Thực tế trong tự nhiên, quá trình phân hủy thuốc bảo vệ thực vật trong đất thường diễn ra chậm, từ vài tuần đến hàng tháng, thậm chí hàng năm, trong khi các hộ nông dân vẫn phải sử dụng thuốc bảo vệ thực vật định kỳ cho cây chè Điều này dẫn tới quá trình phân hủy thuốc bảo vệ thực vật tồn tại trong đất sẽ không triệt để và được tích tụ theo thời

gian trong môi trường sinh thái Ở quy mô hàng nghìn ha đất canh tác, con đường phân hủy tồn dư thuốc bảo vệ thực vật sử dụng nhóm vi sinh vật hữu ích là đảm bảo tính khả thi, cũng là con đường an toàn, triệt để và tiết kiệm nhất Đây cũng là phương pháp để xử lý đất nông nghiệp có phơi nhiễm thuốc bảo vệ thực vật được

áp dụng ở các nước có nền nông nghiệp tiên tiến trên thế giới [52]

Chính vì vậy, chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu tuyển chọn các chủng vi khuẩn đất phân hủy tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong đất trồng chè tại Thái Nguyên”

2 Mục tiêu của đề tài

Tuyển chọn các chủng vi khuẩn đất phân hủy tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong đất trồng chè tại Thái Nguyên

3 Nội dung nghiên cứu:

3.1 Phân lập và tuyển chọn các chủng vi khuẩn đất có khả năng phân hủy chlorpyrifos và acephate

3.2 Nghiên cứu điều kiện nuôi cấy phù hợp chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy chlorpyrifos và acephate

3.3 Xác định khả năng phân hủy chlorpyrifos và acephate của các chủng tuyển chọn

3.4 Định danh, phân loại chủng vi khuẩn phân lập

4 Ý nghĩa khoa học của nghiên cứu:

Tuyển chọn các chủng vi khuẩn đất có khả năng phân hủy mạnh chlorpyrifos và acephate làm cơ sở cho việc chế tạo chế phẩm vi sinh xử lý tồn

dư thuốc bảo vệ thực vật trong đất, góp phần bảo vệ sức khỏe con người và môi trường sinh thái

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan nghiên cứu nước ngoài

1.1.1 Khái niệm về thuốc bảo vệ thực vật

Thuốc bảo vệ thực vật là các hợp chất được sử dụng để tiêu diệt sâu bệnh, bao gồm côn trùng, động vật gặm nhấm, nấm và thực vật không mong muốn (cỏ dại) Thuốc bảo vệ thực vật được bắt đầu sử dụng vào năm 1867 [53], là một thành tố không thể thiếu trong canh tác nông lâm nghiệp, chúng giúp bảo vệ mùa màng, tăng năng suất cây trồng và bảo đảm an ninh lương thực [54] Theo báo cáo của Aktar và cs (2009) thuốc bảo vệ thực vật dùng trong nông nghiệp tính chung trên toàn thế giới, bao gồm thuốc trừ sâu chiếm 44%, thuốc diệt cỏ (30%), thuốc diệt nấm (21%) và mục đích khác (5%) [54]

1.1.2 Tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường sinh thái và nguy cơ tiềm ẩn của chúng

Nghiên cứu của Miller (2004) [30], Simeonov và cs (2013) [55], Ye và cs (2018) [44] cho thấy hơn 98% thuốc trừ sâu, bệnh và 95% thuốc diệt cỏ được phun tác động đến các đích khác (nghĩa là chỉ khoảng 2% và 5% lượng thuốc phun ra tác động đến sâu bệnh hoặc diệt cỏ) [30], [55], [44], phần lớn thuốc bảo

vệ thực vật trực tiếp đến môi trường sinh thái bao gồm nước ngầm, nước mặt, đất bề mặt, đất sâu, thực phẩm [30] Thời gian tồn lưu các loại thuốc bảo vệ thực vật trong đất kéo dài từ 1 tuần đến hàng năm, như thuốc diệt côn trùng (DDT/Dichloro-Diphenyl-Trichloroethane, 1,1,1-tricholro-2,2-bis-(p-cholorophenyl) ethane, Aldrin, Chlordane, Heptachlor, Lindane, … tồn lưu từ 2 đến 5 năm; Thuốc trừ sâu organophosphate (Diazinon, Acephate, Malathion, Parathion, …)

từ 1 đến 12 tháng; Thuốc diệt cỏ (2,4-D/2,4-dichlorophenoxyacetic acid; T/2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid; Dalapon; Atrazine; Simazine; Propazine,

2,4,5-….) từ 4 tuần đến 72 tuần… [52] Để phân hủy bán phần các loại thuốc bảo vệ thực vật trong tự nhiên cần rất nhiều thời gian, đặc biệt là các loại thuốc bảo vệ thực vật thuộc nhóm hữu cơ bền vững như: thuốc trừ sâu Aldrin (cần tối thiểu từ

5 – 10 năm), thuốc trừ sâu Toxaphene (từ 3 tháng đến 12 năm), thuốc trừ sâu Chlordan (2 – 4 năm), thuốc diệt côn trùng DDT (từ 10 – 15 năm), thuốc trừ sâu Dieldrin (5 năm), Endrin (>12 năm), Mirex (>10 năm).

Các nguy cơ tiềm ẩn của thuốc bảo vệ thực vật: sức khỏe con người, môi trường sinh thái, đa dạng sinh học, Chlorpyrifos (C9H11Cl3NO3PS) và acephate (C4H10NO3PS) là thuốc bảo vệ thực vật phổ rộng, nhóm lân hữu cơ (Hình 1) Hoạt chất chlorpyrifos và acephate khá bền vững trong đất, phụ thuộc vào pH, các yếu tố của đất, điều kiện thời tiết nên quá trình phân hủy bán phần

có thể vài năm hoặc lâu hơn [35], [14] Chlorpyrifos và acephate tác động trực tiếp đến hệ thần kinh thông qua con đường ức chế hoạt động của enzyme acetylcholinesterase, đặc biệt ảnh hưởng lớn đến sự hình thành và phát triển nhận thức ở trẻ con; ngoài ra các bằng chứng cũng cho thấy chlorpyrifos và acephate tác động đến sự hình thành và phát triển ưng thu phổi, ung thư trực tràng, [12], [39]

Hình 1.1 Cấu trúc phân tử của chlorpyrifos và acephate [35]

1.1.3 Các phương pháp phân hủy tồn dư thuốc bảo vệ thực vật

Đã có nhiều phương pháp đã được nghiên cứu, phát triển để tăng hiệu suất phân hủy thuốc bảo vệ thực vật còn tồn dư trong đất Dưới đây là một trong các phương pháp và công nghệ phân hủy tồn dư thuốc bảo vệ thực vật cơ bản:

1.1.3.1 Các phương pháp vật lý, hóa học

Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật có thể được phân hủy theo nhiều cách khác nhau, như phân hủy theo đặc tính vật lý, phân hủy theo đặc tính hóa học và

phân hủy theo đặc tính hóa – lý của thuốc bảo vệ thực vật Tuy nhiên đến nay, vẫn thiếu các bằng chứng khoa học về sự an toàn của các sản phẩm cuối cùng khi tiến hành phân hủy thuốc bảo vệ thực vật theo các phương pháp vật lý hoặc hóa học [60]

Xử lý tồn dư tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong đất bằng công nghệ giải hấp nhiệt [51]

Sử dụng tia cực tím (UV) [49]

Phương pháp phân hủy thuốc bảo vệ thực vật bằng sóng plasma [48] Phương pháp phân hủy thuốc bảo vệ thực bằng ôxy hóa trong không khí ướt [51]

1.1.3.2 Phương pháp phân hủy lượng thuốc bảo vệ thực vật trong đất bằng vi sinh vật

Trong tự nhiên, quá trình phân hủy thuốc bảo vệ thực vật tồn dư trong đất diễn ra với sự tham gia của các chủng vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, tảo,… Tuy nhiên, quá trình phân hủy này diễn ra rất chậm và hiệu suất thấp, nguyên nhân đến từ số lượng các chủng vi sinh vật hữu ích này trong đất quá ít hoặc không có

so với lượng thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng trong canh tác nông nghiệp

Nếu khắc phục được hạn chế này, đây sẽ là phương pháp khả thi, hiệu quả nhất và đang được áp dụng rộng rãi để xử lý tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong đất ở cả quy mô nhỏ và lớn cho các khu vực canh tác nông nghiệp, mà không làm ảnh hưởng đến quá trình sản xuất Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong đất được coi là nguồn cung cấp dinh dưỡng (hay nói cách khác các loại thuốc bảo vệ thực vật là “món ăn”) cho các chủng vi sinh vật Theo các nghiên cứu của Chen

và cs (2011) [56]; Tang (2018) [57]; Doolotkeldieva và cs (2018) [58], và Huang và cs (2018) [47], cho thấy thuốc bảo vệ thực vật sẽ bị phân hủy hoàn toàn bởi vi sinh vật, các sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy thuốc bảo

vệ thực vật là một số chất có phân tử nhỏ như CO2, H2O, NH3, không độc hại đối với người, động vật và môi trường sinh thái

Trong những năm trở lại đây, có nhiều công trình nghiên cứu đƣợc báo cáo về khả năng phân hủy mạnh thuốc bảo vệ thực vật bởi các chủng vi sinh vật

nhƣ: (i) Nhóm vi khuẩn (Klebsiella spp., Acinetobacter spp., Alcaligenes spp., Flavobacterium spp., Pseudomonas spp., Bacillus spp., Sphingobium spp., Shingomonas spp., …); (ii) Nhóm nấm (Anthracophyllum discolor, Rhizopus, Cladosporium, Aspergillus fumigatus, Penicillium, Fusarium, Mucor, Trichoderma spp., Mortierella sp.); (iii) Nhóm xạ khuẩn (Streptomyces alanosinicus, Streptoverticillium album, Nocardia farcinia, Streptomyces atratus, Nocardia vaccini, Nocardia amarae và Micromonospora chalcea),…

[59], [60]

1.1.4 Con đường phân hủy thuốc bảo vệ thực vật bởi vi sinh vật

Có rất nhiều loại enzyme đƣợc vi sinh vật sản sinh ra tham gia vào quá trình phân hủy thuốc bảo vệ thực vật theo sơ đồ sau:

(i) Enzyme phosphotriesterases:

Enzyme phosphotriesterases là một trong những nhóm quan trọng nhất trong số các enzyme có khả năng phân hủy các thuốc trừ sâu nhóm organophosphate Phosphotriesterase là một protein đồng phân, có trọng lƣợng phân tử đơn phân khoảng 36 Kda [61] Những enzyme này đã đƣợc phân lập từ các vi sinh vật khác nhau để phân hủy thuốc trừ sâu nhóm organophosphate

Phosphotriesterase đƣợc phân lập đầu tiên thuộc về chủng Pseudomonas diminuta MG, enzyme này cho thấy tính đặc hiệu cao với thuốc trừ sâu lân hữu

cơ Các phosphotriesterase đƣợc mã hóa bởi một gen gọi là opd (gen phân hủy

lân hữu cơ) Enzyme phosphotriesterases thủy phân các liên kết este phosphat,

như P-O, P-F, P-NC, và P-S, hoặc thủy phân một phân tử nước tại trung tâm của phốt pho [61], dẫn đến các liên kết trong phân tử organophosphate bị đứt gẫy Kết quả là thuốc trừ sâu nhóm lân hữu cơ bị phân hủy hoàn toàn hoặc giảm độc

tố Đến nay, người ta đã biết có rất nhiều enzyme thuộc nhóm phosphotriesterases tham gia vào quá trình phân hủy thuốc trừ sâu lân hữu cơ,

như enzyme organophospho hydrolase (được mã hóa bởi gen opd), enzyme parathion hydrolase (được mã hóa bởi gen mpd) và enzyme tác động đến trung tâm hoạt động của lân hữu cơ (gen mã hóa hocA), được phân lập từ Flavobacterium sp., Plesimonas sp M6 và Pseudomonas moteilli [63]

(ii) Enzyme esterases:

Esterase là các enzyme xúc tác các phản ứng thủy phân các liên kết carboxylic (enzyme tham gia: carboxiesterase), amit/dẫn xuất của axít cacboxylic (amidase), este-phosphat (phosphatase), [63] Nhiều loại thuốc trừ sâu như lân hữu cơ, carbamate và pyrethroid có chứa liên kết là “đích” của enzyme esterases Quá trình thủy phân thuốc bảo vệ thực vật dưới tác động của enzyme esterases diễn ra theo nhiều giai đoạn phức tạp với nhiều loại enzyme tham gia Việc phân hủy thuốc diệt cỏ Atrazine (rất bền vững trong môi trường)

este-là ví dụ điển hình Loại thuốc này bị phân hủy bởi chủng Pseudomonas sp ADP Đầu tiên, gen atzA mã hóa atrazine chlorohydrolase thủy phân phân tử clo

có trong atrazine chuyển hóa thành chất không gây độc tế bào (hydroxyatrazine

là sản phẩm chuyển hóa đầu tiên của Atrazine) Tiếp đến, loại bỏ nhóm aminoethyl có trong phân tử hydroxyatrazine bằng enzyme hydroxyatrazine

ethyl amidohydrolase (được mã hóa bởi gen atzB) Gen atzC mã hóa cho

enzyme amidohydrolase khác chuyển N-isopropylammelide thành axít cyanuric

Cuối cùng, ba gen atzD, atzE và atzF mã hóa cho enzyme (axít cyanuric

amidohydrolase) thủy phân axít cyanuric thành CO2, NH3, [65]

(iii) Enzyme C–P lyase (phân tách liên kết cacbon-phốt pho)

Thuốc trừ sâu nhóm lân hữu cơ có chứa liên kết carbon-phốt pho (C-P)

trong phân tử và là liên kết bền vững khó phân hủy bởi quang hóa, nhiệt độ và hóa học Tuy nhiên, rất nhiều loại thuốc trừ sâu nhóm lân hữu cơ bị phân hủy bởi các chủng vi sinh vật Nghiên cứu sớm nhất về sự phá vỡ liên kết carbon-phốt pho trong phân tử organophosphonate được thực hiện năm 1993 bởi Kim

và cộng sự Nhóm nghiên cứu phát hiện một đám gen, được chỉ định là gen phn, bao gồm 17 gen khác nhau của vi khuẩn Escherichia coli mã hóa cho sinh tổng

hợp enzyme C–P lyase Enzyme này trực tiếp phân cắt liên kết C–P tạo ra các sản phẩm chứa cacbon và phosphonate Sau đó, phosphonate được chuyển hóa thành phosphate (nguồn cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật và cây trồng) bởi enzyme phosphonatases [66]

Ưu nhược điểm của phân hủy lượng thuốc bảo vệ thực vật trong đất bằng

vi sinh vật:

Ưu điểm của phương pháp: (i) Có hiệu quả triệt để trong phân hủy dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong đất, các sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy an toàn cho người, động vật và môi trường sinh thái; (ii) Chi phí đầu

tư công nghệ thấp hơn so với các phương pháp vật lý hoặc hóa học; (iii) Dễ dàng sử dụng, phù hợp với trình độ canh tác của tất cả người dân; (iv) Xử lý tại chỗ đất có dư lượng thuốc bảo vệ thực vật mà không ảnh hưởng đến quá trình sản xuất; (v) Giảm thiểu ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật trong nguồn nước mặt và nước ngầm

Nhược điểm của phương pháp: Hiệu quả xử lý dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong đất phụ thuộc vào khả năng sống của các chủng vi sinh vật ở môi trường đất cần xử lý Khắc phục điều này, các nhà khoa học tiến hành tuyển chọn chủng giống bản địa có khả năng sống ở các điều kiện bất lợi (pH, nhiệt độ, độ ẩm, dinh dưỡng, ) và lựa chọn chất mang phù hợp để các chủng thể hiện khả năng phân hủy mạnh dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường tự nhiên

Phạm vi áp dụng của phương pháp: Rất phù hợp để xử lý quy mô nhỏ đến diện rộng đất canh tác có dư lượng thuốc bảo vệ thực vật mà không ảnh hưởng đến sản xuất

1.1.5 Thành tựu nghiên cứu sử dụng các chủng vi sinh vật để phân hủy dư lượng thuốc bảo vệ thực vật

Tại Mỹ: Tiềm năng của vi sinh vật được khai thác rất sớm cho việc làm

sạch ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật bằng con đường sinh học Năm 1965,

Kaufman và Kearnev đã tìm ra và ứng dụng chủng Pseudomonas striiita Chester

có khả năng phân hủy nhanh và hoàn toàn thuốc trừ sâu phenylcarbamates

Haugland và cộng sự (1990) cũng phân lập được chủng Pseudomonas alcaligenes có khả năng phân giải hoàn toàn phenylcarbamates [64] Thuốc diệt

cỏ 2,4,5-Trichlorophenoxyacetic axít (thường gọi là 2,4,5-T) và Dichlorophenoxyacetic axít (thường gọi là 2,4-D) là loại thuốc được các nhà khoa học Mỹ quan tâm nghiên cứu giải pháp để phân hủy Đến năm 1990, họ đã tìm ra các chủng có khả năng phân hủy hoàn toàn hai loại hóa chất trên, bằng việc sử dụng riêng rẽ hoặc kết hợp các chủng với nhau để tăng hiệu suất, thời

2,4-gian phân giải Các chủng được sử dụng bao gồm: Pseudomonas cepacia AC1100, Alcaligenes eutrophus JMP134, và Pseudomonas cepacia RHJ1

(Haugland và cs, 1990) [64]

Tại Trung Quốc: Hai chủng thuộc chi Pseudomonas được phân lập từ

vùng đất rễ chè tại Trung Quốc có khả năng phân hủy 70% thuốc trừ sâu dicofol

đối với chủng Pseudomonas sp P9 và 32% đối với chủng Pseudomonas sp P13 Nghiên cứu của Chen và cs (2011) cho thấy chủng Streptomyces aureus HP-S-

01 có khả năng phân hủy 99% thuốc trừ sâu deltamethrin; 100% thuốc cyfluthrin, bifenthrin và fenvalerate; 95% fenpropathrin và 87,4% permethrin

[56] Chủng Stenotrophomonas sp ZS-S-01 phân hủy hoàn toàn fenvalerate và

deltamethrin; trên 80% cypermethrin và cyfluthrin và 60,3% cyhalothrin [56]

Chủng Sphingobium sp JZ-2 có khả năng phân giải lên đến 100%

fenpropathrin; gần 90% đối với thuốc cypermethrin, permethrin, fenvalerate, deltamethrin và 70% cyhalothrin bị phân hủy [68]

Tại Ấn Độ: Khoảng 90% thuốc trừ sâu cypermethrin bị phân hủy bởi chủng Micrococcus sp CPN 1 [69] Chủng Pseudomonas stutzeri S1 có khả

năng phân hủy 94% thuốc cyfluthrin Tyagi và Prashar (2015) đã tuyển chọn

được chủng Serratia nematodiphila CB2 có khả năng phân hủy gần 98% thuốc

trừ sâu cypermethrin [70] Gần đây nhất, nhóm nghiên cứu của Jariyal và cs

(2018) đã tuyển chọn được tổ hợp ba chủng vi khuẩn (Brevibacterium frigoritolerans, Bacillus aerophilus và Pseudomonas fulva) phân hủy được hóa

chất diệt côn trùng organophosphorus từ 97,65 đến 98,31% [71]

Tại Vương Quốc Anh: Chủng Achromobacter sp SM-2 phân hủy được

khoảng 80% thuốc permethrin dùng để diệt nấm và côn trùng; 70% permethrin

bị phân hủy bởi chủng Bacillus cereus SM-3 Khoảng 37% và 34% thuốc cypermethrin bị phân giải bởi chủng Pseudomonas fluorescens và Serratia plymuthica [72]

Tại Ba Lan: Đã sử dụng chủng Sphingomonas sp RCm6 để phân hủy gần 92% cypermethri, 83% bifenthrin, 58% cyhalothrin Chủng Serratia marcescens

Del-1 có khả năng phân giải 88,3% thuốc diệt côn trùng deltamethrin

Tại Hàn Quốc: Sử dụng chủng Bacillus amyloliquefaciens AP01 đã phân

giải được 45% thuốc cypermethrin Khi sử dụng kết hợp đồng thời hai chủng

Mycobacterium sp J7A and Sphingobium sp J7B giúp tăng nhanh quá trình,

cũng như phân giải hoàn toàn (100%) thuốc trừ cỏ butachlor [71]

1.2 Tổng quan nghiên cứu trong nước

1.2.1 Lịch sử sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ở nước ta

Giai đoạn trước năm 1957: Biện pháp hoá học hầu như không có vị trí trong sản xuất nông nghiệp Tháng 1 năm 1956 thành lập tổ thuốc bảo vệ thực vật của Viện Khảo cứu trồng trọt đã đánh dấu sự ra đời của ngành thuốc bảo vệ thực vật ở Việt Nam, năm 1961 Cục Bảo vệ thực vật được thành lập, là một cơ quan quản lý nhà nước thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Thuốc bảo vệ thực vật được dùng lần đầu trong sản xuất nông nghiệp ở miền Bắc tại Hưng Yên (vụ Đông Xuân 1956-1957), miền Nam thuốc bảo vệ thực vật được

sử dụng từ 1962

Giai đoạn từ 1957-1990: Thời kỳ bao cấp, việc nhập khẩu quản lý và phân phối thuốc bảo vệ thực vật hoàn toàn do nhà nước thực hiện Nhà nước nhập rồi trực tiếp phân phối thuốc cho các tỉnh theo giá bao cấp Lượng thuốc bảo vệ thực vật dùng không nhiều, khoảng 15.000 tấn thành phẩm/năm với hơn 20 chủng loại chủ yếu là thuốc trừ sâu và thuốc trừ bệnh Thời kỳ 1976-1980 mỗi năm cả nước sử dụng 16.000 tấn thuốc bảo vệ thực vật, trong đó 43,3% là hợp chất clo hữu cơ, 24,1% là hợp chất carbamat, 23,7 % là lân hữu cơ còn lại là các chất khác Thời kỳ 1986-1990 trung bình mỗi năm sử dụng 14.000 tấn thuốc bảo

vệ thực vật, cơ cấu các loại thuốc đã thay đổi, trong đó 55% là lân hữu, 13% là hợp chất clo hữu cơ, 12% là hợp chất carbamat, còn lại là hợp chất khác Đa phần là các thuốc có độ tồn lưu lâu trong môi trường hay có độ độc cao

Giai đoạn từ 1990 đến nay: kể từ khi có chính sách đổi mới năm 1986, thị trường thuốc bảo vệ thực vật đã thay đổi cơ bản Nền kinh tế thị trường, nguồn hàng phong phú, nhiều chủng loại được cung ứng kịp thời, nông dân có điều kiện lựa chọn thuốc, giá cả khá ổn định có lợi cho nông dân Lượng hóa chất sử dụng trong nông nghiệp ở Việt Nam ngày càng tăng, trong đó phần lớn là thuốc trừ sâu và còn lại là trừ cỏ, trừ bệnh, nhóm phosphat hữu cơ chiếm khoảng 56%, phổ biến nhất là Wolfatox và Monitor, một loại thuốc độc hại cho môi trường

và con người Giai đoạn gần đây cơ cấu tỉ lệ các loại thuốc bảo vệ thực vật đã được thay đổi đáng kể, nhiều loại thuốc mới, hiệu quả hơn, an toàn hơn với môi trường được nhập khẩu và sử dụng Nếu năm 1991 thuốc trừ sâu chiếm 83,3%, thuốc trừ nấm 9,5%, thuốc diệt cỏ 4,1%, những loại khác 3,1%, thì đến năm

2008 tỉ lệ là thuốc trừ sâu chiếm 37,9%, thuốc trừ nấm 21,12%, thuốc diệt cỏ 13,77%, thuốc diệt côn trùng 23,46% và những loại khác 3,75 % Lượng thuốc bảo vệ thực vật tiêu thụ qua các năm đều tăng, theo báo cáo của Tổng cục Môi trường (2015), hàng năm nước ta tiêu thụ khoảng 100.000 tấn thuốc bảo vệ thực vật, trong đó 20,4% là thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh chiếm 23,2%, thuốc diệt cỏ (44,4%) và các loại khác (12%)

1.2.2 Tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong môi trường, sinh thái

Việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật quá mức trong canh tác của người dân, cũng như chưa có công nghệ phù hợp để xử lý dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong nông nghiệp để lại thực trạng tồn dư thuốc bảo vệ thực vật xảy ra ở tất

cả các vùng miền trong cả nước (kể cả các khu vực không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật bị phơi nhiễm gián tiếp) Nghiên cứu của Viet và cs (2000) khảo sát mức độ tồn dư thuốc trừ sâu nhóm clo hữu cơ trong đất và trầm tích tại thành phố Hà Nội, thành phố Việt Trì và vịnh Hạ Long, kết quả nghiên cứu cho thấy clo hữu cơ được phát hiện trong tất cả các mẫu được phân tích được thu thập, trong đó thuốc diệt côn trùng DDT (bảo gồm cả các sản phẩm chuyển hóa) dao động từ 5 – 28 ng/g và thuốc trừ sâu Lindane dao động từ 0,35 – 6,06 ng/g [71]

Tiến hành thu thập và đánh giá dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong các mẫu đất tại Đắk Lắk cho thấy: đối với đất trồng cà phê 60,00% số mẫu có dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, trong đó có khoảng 33,33% số mẫu có dư lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép Đất trồng rau, màu phát hiện 66,66% số mẫu có

dư lượng thuốc bảo vệ thực vật (trong đó có 60,00% mẫu có dư lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép) Đất trồng lúa 60,00% số mẫu có dư lượng thuốc bảo vệ thực vật và 40,00% mẫu có dư lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép [71]

Dư lượng thuốc trừ sâu của 17 loại thuộc nhóm clo hữu cơ (α-HCH, HCH, γ-HCH, 4-4 DDT, β-HCH, Heptachlor, Aldrin, Heptachlor – endo – epoxide, α– endosulfan, 4-4 DDE, Dieldrin, Edrin, 4-4 DDD, β– edrosulfan, Edrin

δ-Aldehyde, Endosulfan – Sulfate, Edrin keton và Methoxychlor) với nồng độ tồn

dư dao động từ 0,01 đến 2,00 ppb ở tất cả các mẫu nước của kênh nông nghiệp và sông ở huyện Ba Tri, tỉnh Bến Tre ở tất cả các vụ canh tác nông nghiệp

Lamers và cs (2011) triển khai nghiên cứu về đánh giá tồn dư thuốc trừ sâu trong nước mặt và nước ngầm tại tỉnh Sơn La Đối với nước mặt sử dụng cho canh tác lúa chính của tỉnh phát hiện sự có mặt của thuốc trừ sâu fenobucarb

từ 0,36 – 0,33 mg/l, imidacloprid (0,12 – 0,19 mg/l), fenitrothion (0,04 – 0,06

mg/l) và dichlorvos (0,02 – 0,03 mg/l); đối với nước ngầm (các giếng) cũng phát hiện tồn dư thuốc trừ sâu ở tất cả các mẫu phân tích, trong đó có 4 loại thuốc bảo

vệ thực vật có nồng độ cao nhất: fenitrothion với nồng độ 0,47 mg/l, imidacloprid (0,22 mg/l), fenobucarb (0,17 mg/l) và dichlorvos (0,07 mg/l) [75]

Kết quả khảo sát tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong nước mặt, đất và cặn trầm tích tại hai tỉnh Long An và Cần Thơ (thuộc khu vực Đồng bằng sông Cửu Long) phát hiện tồn dư thuốc bảo vệ thực vật ở trên 80% mẫu nước và 51,7% mẫu đất và cặn trầm tích, trong đó tồn dư isoprothiolane trong nước là cao nhất (11,24 μg/L) và 521 μg/kg buprofezin trong cặn trầm tích [76]

Năm 2015, nghiên cứu của Toan tiến hành thu thập các mẫu cặn trầm tích thuộc sông Cầu Bây và các mẫu đất canh tác nông nghiệp tại Kiêu Kỵ thuộc Gia Lâm - Hà Nội, phát hiện tồn dư các loại thuốc bảo vệ thực vật thuộc nhóm clo hữu cơ ở tất cả các mẫu phân tích với tồn dư lượng thuốc diệt côn trùng DDT

(p,p’-DDE, p,p’-DDD, p,p’-DDT) là 68,4 ng/g tại Cầu Bây và 85,2 ng/g tại Kiêu Kỵ; tương tự tổng thuốc trừ sâu HCH (α, β, δ, γ-HCH) tồn dư tại Cầu Bây là 7,8

ng/g và 6,9 ng/g [77]

Một nghiên cứu gần đây nhất (Braun và cs, 2018) về khảo sát và đánh giá tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong đất nông nghiệp thuộc khu vực Đồng bằng Sông Hồng (huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định) cho thấy, đối với các mẫu đất (đất bề mặt) phát hiện dư lượng thuốc trừ bệnh isoprothiolane ở 100% các mẫu phân tích, thuốc trừ sâu chlorpyrifos (85%) và thuốc trừ bệnh propiconazole (41%); đối với cặn trầm tích isoprothiolane (71%) và propiconazole (71%) với

dự lượng lớn nhất là isoprotiolane 42,6 μg/kg đối với đất bề mặt và trầm tích là 35,1 μg/kg azoxystrobin

1.2.3 Thực trạng tồn dư thuốc bảo vệ thực tại các vùng trồng chè Thái Nguyên

Theo Cục Bảo vệ thực vật, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2016) dựa trên kết quả điều tra cho thấy “có tới 49% người dân các vùng trồng chè sử dụng thuốc với nồng độ cao hơn hướng dẫn, 64% người dân sử dụng hỗn

hợp 2 loại thuốc khi phun và có 14% nông dân trộn 3 loại thuốc; gần 50% người dân phun trên 7 lần/lứa chè Tính riêng tại Thái Nguyên, theo Chi Cục trồng trọt

và bảo vệ thực vật, Thái Nguyên sử dụng 130 tấn thuốc bảo vệ thực vật năm

2018, trong đó khoảng 60% được sử dụng ở cây chè (gần 80 tấn thuốc bảo vệ thực vật mỗi năm) Có tổng cộng 32 loại thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng cho canh tác chè Thái Nguyên, bao gồm 20 loại thuốc trừ sâu, 8 loại thuốc trừ bệnh, 2 loại thuốc trừ cỏ và 2 loại chất điều hòa sinh trưởng Chè Thái Nguyên một năm cho thu hoạch 8 lần, trung bình mỗi lần hái chè cách nhau từ 30 - 35 ngày, người trồng chè phun thuốc bảo vệ thực vật từ 2-4 lần giữa hai lần thu hái Tuy nhiên, trên thực tế người dân thường phun dùng thuốc bảo vệ thực vật lớn hơn 5-6 lần và nồng độ đậm đặc hơn so với khuyến cáo của nhà sản xuất Kết quả khảo sát đất bề mặt (0-25 cm; n=13) tại thời điểm tháng 02/2021 cho thấy tồn dư chlorpyrifos và acephate trung bình lần lượt là 94,23 và 73,16 µg/kg đất trồng chè tại Tân Cương, Thái Nguyên Hoạt chất chlorpyrifos và acephate khá bền vững trong đất, phụ thuộc vào pH, các yếu tố của đất, điều kiện thời tiết nên quá trình phân hủy bán phần có thể vài năm hoặc lâu hơn [35] [36]

1.2.4 Thành tựu về nghiên cứu sử dụng các chủng vi sinh vật để phân hủy dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong đất

Vấn đề tồn dư thuốc bảo vệ thực vật đã và đang diễn ra ở hầu hết trong đất nông nghiệp và phi nông nghiệp của nước ta, nhưng dường như vấn đề xử lý tồn dư thuốc bảo vệ thực vật trong đất cho đến nay vẫn chưa được quan tâm Ngoại trừ, nghiên cứu của Đặng Thị Cẩm Hà giai đoạn 1999 – 2009 được triển khai ở thực địa, các nghiên cứu còn lại mới chỉ thành công ở giai đoạn ban đầu trong phòng thí nghiệm Dưới đây là một vài nghiên cứu tiêu biểu:

Đầu tiên, nghiên cứu của Đặng Thị Cẩm Hà đã tiến hành xử lý các vùng đất bị ô nhiễm dioxin (hóa chất diệt cỏ cực độc, đã bị cấm sử dụng trên toàn thế giới) tồn đọng do chiến tranh ở miền Trung và Nam từ năm 1999 đến 2009 bằng công nghệ phân hủy sinh học hay còn gọi là công nghệ “chôn lấp tích cực” Đất

tại các khu ô nhiễm dioxin được thu gom, tập kết đến các hố xử lý, phối trộn với các chủng vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí bắt buộc/không bắt buộc bản địa có khả năng phân hủy dioxin Hàm lượng dioxin còn tồn dư trong đất giảm về dưới giới hạn tiêu chuẩn an toàn cho phép đối với đất sản xuất nông nghiệp và phi nông nghiệp sau 27 tháng xử lý

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu của Phạm Thị Lệ Hà và cs (2003) bước đầu

đã tuyển chọn được 4 chủng vi khuẩn (ký hiệu chủng A, B, C và F) có khả năng phân hủy thuốc trừ sâu dimethoate (công thức phân tử: C5H12NO3PS2) tại các vùng trồng rau lâu năm tại thành phố Đà Lạt sử dụng môi trường chọn lọc không

bổ sung K2HPO4 Khả năng phân hủy thuốc trừ sâu dimethoate của các chủng khảo sát trong môi trường dinh dưỡng lỏng có chứa 50 μg/mL dimethoate Kết quả phân tích bằng hệ thống sắc ký khí cho thấy cả 4 chủng vi khuẩn đều có khả năng phân hủy thuốc trừ sâu dimethoate ở nồng độ ban đầu 50 μg/mL dao động

từ 74,2 – 91,2% sau 5 ngày [2]

Một nghiên cứu khác được triển khai tại Tiền Giang và Sóc Trăng nhằm tuyển chọn các chủng có khả năng phân hủy 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D/thuốc diệt cỏ, đã cấm sử dụng hiện nay) sử dụng trong canh tác lúa Nhóm tác giả đã thu thập các mẫu đất bề mặt (~20 cm) ở các ruộng lúa Cai Lậy

- Tiền Giang và Phường 8 - Sóc Trăng Các chủng vi khuẩn có khả năng phân giải 2,4-D được phâp lập theo phương pháp chọn lọc trên môi trường khoáng tối thiểu có bổ sung 2,4-D ở nồng độ 500mg/L Sử dụng phương pháp nhận diện, so sánh trình tự gen 16S rRNA, nhóm tác giả đã sàng lọc được được 10 chủng vi

khuẩn Gram âm, thuộc họ Burkholderiaceae có khả năng phân hủy 2,4-D, bao gồm Cupriavidus sp ST1, Burkholderia sp ST4, Cupriavidus sp ST7, Cupriavidus

sp ST10, Burkholderia sp ST14, Cupriavidus sp TG2, Cupriavidus sp TG3, Cupriavidus sp TG16, Ralstonia sp TG26 và Burkholderia sp TG27 Kết quả phân tích sắc ký lỏng cao áp (HPLC) cho thấy chủng Cupriavidus sp TG2 có

khả năng phân hủy gần như hoàn toàn 2,4-D (ở nồng độ ban đầu 500mg/L)

trong thời gian nhanh nhất (4 giờ nuôi cấy), trong khi các chủng vi khuẩn còn lại vẫn có khả năng phân hủy mạnh 2,4-D nhưng cần thời gian dài hơn (từ 16 đến

32 giờ) so với chủng Cupriavidus sp TG2 [4]

3 Nguyễn Khởi Nghĩa và Trần Thị Anh Thư (2017) [3] đã tiến hành thu thập các mẫu đất canh tác nông nghiệp (trồng lúa, rau màu và cây ăn quả) trên

10 năm có sử dụng thuốc bảo vệ thực vật tại thành phố Hồ Chí Minh, Bình Dương, Long An, Bến Tre và Nghệ An Thông qua sử dụng môi trường muối khoáng có bổ sung thuốc trừ sâu chlorpyrifos ở các nồng độ nồng độ 100, 200

và 300 µg/ml Nhóm tác giả đã tuyển chọn được 107 chủng vi khuẩn có khả năng sinh trưởng trên môi trường muối khoáng có bổ sung chlorpyrifos, trong đó

có chủng 16.3 thể hiện khả năng phân hủy chlorpyrifos tốt nhất với đường kính vòng phân giải dao động từ 7 đến 11 mm Kết quả phân tích khả năng phân hủy thuốc trừ sâu chlorpyrifos (nồng độ ban đầu 300 µg/mL) bởi chủng 16.3 thông quả sử dụng hệ thống sắc ký khí sử dụng đầu dò điện tử cho thấy gần hàm lượng chlorpyrifos giảm khoảng 60% so với ban đầu sau 15 ngày nuôi cấy trong môi trường lỏng Dựa vào đặc điểm sinh lý sinh hóa theo pháp pháp cổ điển Bergey

(1994) chủng 16.3 sơ bộ được xác định là Burkholderia sp 16.3 (thuộc vi khuẩn

Gram âm) [3]

Nghiên cứu của Nguyễn Khởi Nghĩa và Trần Thị Anh Thư (2017) được

triển khai với mục tiêu lựa chọn được chất mang phù hợp cho chủng Paracoccus

sp P23-7 nhằm tăng hiệu quả phân hủy thuốc trừ sâu propoxur trong đất trồng hành tím ở Vĩnh Châu, Sóc Trăng Tác giả đã tiến hành so sánh hai loại chất

mang cho chủng Paracoccus sp P23-7, bao gồm (i) bã cà phê và (ii) biochar

(hay còn gọi là sản phẩm đốt từ các loại phế phụ phẩm nông nghiệp và chất thải chăn nuôi) Các thí nghiệm được bố trí với 50 gram đất + propoxur 80 mg/kg đất

ở nồng độ ban đầu + (i) 0,5g bã cà phê (chủng Paracoccus sp P23-7 có mật độ

tế bào 0,23 × 104 CFU/g bã cà phê hoặc 0,22 × 106 CFU/g đất); (ii) + 0,5 g biochar (có chứa 0,17 × 104 CFU/g biochar) Hàm lượng propoxur trong đất của

các thí nghiệm được phân tích trong vòng 11 ngày cho thấy, bã cà phê chứa

chủng Paracoccus sp P23-7 (0,23 × 104 CFU/g bã cà phê) giúp tăng khả năng phân hủy gần như hoàn toàn propoxur trong 3 ngày, trong khi là 7 ngày đối với chất mang là biochar Mặt khác, để tăng cường hơn nữa khả năng phân hủy propoxur dựa trên nền chất mang là cà phê, Nguyễn Khởi Nghĩa và Trần Thị Anh Thư tiến hành bổ sung thêm 1% với các chất mang khác: bèo Hoa Tây hoặc phân bò hoặc vỏ trứng hoặc xỉ than tổ ong Sau 5 ngày thí nghiệm cho thấy, bổ sung thêm 1% bèo Hoa Tây hoặc phân bò hoặc vỏ trứng hoặc xỉ than tổ ong vào chất mang nền bã cà phê đều cho hiệu quả phân hủy propoxur gần tương đồng nhau Nguyễn Khởi Nghĩa và Trần Thị Anh Thư đi đến kết luận có thể sử dụng

bã cà phê kết hợp với 1% các chất khác (hoặc bèo Hoa Tây hoặc phân bò hoặc

vỏ trứng hoặc xỉ than tổ ong) là hỗn hợp chất mang phù hợp cho chủng khuẩn

Paracocus sp P23-7, giúp gia tăng tốc độ phân hủy propoxur trong đất trong

hành tím tại Vĩnh Châu, Sóc Trăng