ĐẶT VẤN ĐỀ Nhựa Polyme có các ưu điểm về độ dẻo, độ bền và giá thành rẻ nên chúng được sử dụng rộng rãi cuộc sống của chúng ta. Tuy nhiên, trong điều kiện bình thường trong tự nhiên, chai nhựa (thường được làm bằng polyethylene, còn được gọi là PET, hoặc polyethylene terephthalate) sẽ bắt đầu phân hủy chỉ sau 500 - 700 năm và thậm chí sau đó, quá trình này sẽ rất chậm còn túi nhựa sẽ bắt đầu quá trình này chỉ sau một nghìn năm nữa. Đây cũng là lí do dẫn đến hiện trạng ô nhiễm rác thải nhựa trên thế giới .Ô nhiễm nhựa đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe động vật và con người. Nhựa có thể tích tụ trong dạ dày khi động vật ăn phải.
Hơn nữa, sự tích tụ nhựa trong chuỗi thức ăn cuối cùng có thể gây ra những ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người. Hiện nay, trên thế giới cứ mỗi phút có một triệu chai nhựa được bán ra, mỗi năm có 5000 tỷ túi nilon được tiêu thụ. Ở Việt Nam, thống kê bình quân, mỗi hộ gia đình sử dụng khoảng 1 kg túi nilon/tháng. Mỗi năm, có khoảng 80 triệu tấn polyethylene được sản xuất trên toàn thế giới.
Khi trở thành rác thải thì một chiếc túi nhựa có lượng polyethylene thấp cũng phải mất 100 năm mới có thể phân hủy hoàn toàn và túi nhựa có lượng polyethylene cao thì phải mất đến 400 năm. Hiện nay các biện pháp xử lí rác thải nhựa chủ yếu là đốt, chôn lấp, bên cạnh đó việc tái chế chất thải nhựa rất tốn kém và có thể gây ra sự ô nhiễm thứ cấp. Bướm sáp (Lesser wax moth) có tên khoa học là Achroia grisella, thuộc giới Animalia, ngành Athropoda, lớp Insecta, bộ Lepidotera, họ Pyralidae, chi Achroia, loài A. Ấu trùng bướm sáp được coi là loài có ích cho việc phá hủy sáp tổ ong còn dư lại, nơi chứa nhiều mầm bệnh và thuốc trừ sâu.
Chúng phân bố khắp nơi trên thế giới, đặc biệt những nơi có tổ ong, phát triển mạnh hơn ở các vùng cận nhiệt và nhiệt đới. Thức ăn của bướm sáp là sáp ong, sáp ong là một dạng polymer, chất dẻo tự nhiên và có cấu trúc hóa học tương tự polyethylene. Chúng cũng được ghi nhận là rất thích ăn túi nhựa, khả năng tiêu hóa nhựa của sâu bướm có thể là do sự tương đồng về cấu trúc giữa nhựa và loại sáp ong trong chế độ ăn uống thông thường VƯƠNG GIA THANH 9 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC BẢO CHÂU của chúng. Đây là lý do để chúng tôi quyết định thực hiện đề tài nghiên cứu: “PHÂN LẬP VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG PHÂN HỦY NHỰA POLYETHYLENE CỦA HỆ VI SINH VẬT ĐƯỜNG RUỘT SÂU SÁP Achroia grisella” MỤC TIÊU - Tìm ra sự khác biệt giưa khả năng ăn nhựa của sâu sáp giữa 2 nguồn thức ăn polyethylene và polypropylene.
- Phân lập các chủng vi sinh vật từ đường ruột sâu sáp Achroia grisella. - Khảo sát khả năng phân hủy nhựa polyethylene của các chủng vi khuẩn từ đường ruột sâu sáp. NỘI DUNG THỰC HIỆN - Khảo sát khả năng ăn nhựa polyethylene và polypropylen của sâu sáp ở các tuổi trong giai đoạn ấu trùng. - Phân lập hệ vi sinh vật từ đường ruột sâu sáp Achroia grisella và xác định các chủng vi khuẩn bằng kĩ thuật sinh học phân tử.
- Sàng lọc các chủng vi sinh vật từ đường ruột sâu sáp có khả năng phân hủy nhựa polyethylene. - Định danh chủng vi sinh vật đường ruột sâu sáp bằng kĩ thuật sinh học phân tử - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của chủng vi khuẩn đã phân lập VƯƠNG GIA THANH 10 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC BẢO CHÂU PHẦN I: TỔNG QUAN VƯƠNG GIA THANH 11 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC BẢO CHÂU 1. TỔNG QUAN VỀ NHỰA POLYETHYLENE 1. Giới thiệu về polyethylene Polyethylen được tổng hợp lần đầu tiên bởi nhà hoá học người Đức Hans von Pechman vào năm 1898, một cách tình cờ trong quá trình ông nghiên cứu diazomethane.
Khi các đồng nghiệp của ông khảo sát hợp chất màu trắng, nhờn như mỡ sáp mà ông đã tổng hợp, họ nhận thấy nó chứa mạch dài -CH2- và đặt tên nó là polymethylene. Polyethylene hoặc polythene (PE), được coi là loại nhựa phổ biến nhất trên thê giới. Tính đến năm 2017, hơn 100 triệu tấn nhựa PE được sản xuất hàng năm, chiếm 34% tổng thị trường nhựa (Geyer và cộng sự, 2017). Nhiều loại PE được biết đến, với hầu hết có công thức hóa học (C2H4)n.
PE thường là hỗn hợp các polyme với nhiều nhóm C2H4 liên kết với nhau bằng liên kết hydro. Polyethylene là một polyme tổng hợp có khối lượng phân tử cao chứa cấu trúc của hydrocacbon no mạch thẳng. Quá trình trùng hợp ethylene dẫn đến các chuỗi hydrocacbon dài mạch thẳng phân nhánh theo nhiều hướng khác nhau. Mức độ phân nhánh này quyết định loại polyethylene.
Sử dụng các loại polyethylene khác nhau có một số ưu điểm, chẳng hạn như chúng có điểm nóng chảy và đông đặc rất cao. Chúng được phân loại là polyethylene mật độ cao (HDPE), mật độ thấp (LDPE), mật độ thấp mạch thẳng (LLDPE). Hiện trạng rác thải nhựa ở nước ta Những con số thống kê lượng sử dụng túi nilon, chai nhựa cho thấy tình hình rác thải nhựa ở Việt Nam thật đáng lo ngại. Theo Bộ Tài nguyên và Môi trường, mỗi tháng, mỗi gia đình sử dụng đến 1kg túi nilon.
Ở những thành phố lớn như Hà Nội và Hồ Chí Minh, số lượng rác thải nhựa mỗi ngày thải ra môi trường lên tới 80 tấn. Còn theo thống kê của Hiệp hội nhựa Việt Nam thì trong khoảng thời gian 1990 – 2015 số lượng tiêu thụ nhựa ở Việt Nam đã tăng lên chóng mặt, từ 3,8 kg/người/năm lên đến 41 kg/ người/ năm. VƯƠNG GIA THANH 12 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC BẢO CHÂU Tuy nhiên việc thu hồi và xử lý rác thải tại Việt Nam còn rất hạn chế. Lượng chất thải nhựa và túi nilon ở Việt Nam, chiếm khoảng 8-12% chất thải rắn sinh hoạt.
Nhưng 10% số lượng chất thải nhựa và túi nilon không được tái sử dụng mà thải bỏ hoàn toàn ra ngoài môi trường. Lượng chất thải nhựa và túi nilon thải bỏ ở Việt Nam xấp xỉ khoảng 2,5 triệu tấn/năm. Đây là một “gánh nặng” cho môi trường, thậm chí có thể dẫn đến thảm họa “ô nhiễm trắng” mà các chuyên gia đã gọi. Rác thải nhựa có thời gian phân hủy rất dài lên đến cả 100 năm thậm chí 1000 năm, chúng sẽ bị phân rã thành các mảnh nhựa siêu nhỏ, những hạt vi nhựa (microplastic) này đi vào nguồn nước, đất, không khí, thức ăn… và khi con người tiếp xúc, ăn phải những mảnh vi nhựa này thì sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe.
Đây cũng là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh nguy hiểm như bệnh về hô hấp, bệnh về thần kinh,… Ngoài ra, theo các nhà khoa học việc xử lý rác thải nhựa bằng cách đốt cũng gây ra nhiều nguy hiểm cho sức khoẻ cả cộng đồng vì khi đốt rác thải nhựa sẽ tạo ra khí dioxin và furan… gây khó thở, rối loạn tiêu hoá, làm tăng khả năng ung thư. TỔNG QUAN VỀ BƯỚM SÁP Achroia grisella 2. Giới thiệu về bướm sáp Bướm sáp (Lesser wax moth) có tên khoa học là Achroia grisella, thuộc giới Animalia, ngành Athropoda, lớp Insecta, bộ Lepidotera, họ Pyralidae, chi Achroia, loài A. Loài được mô tả đầu tiên bởi Johan Christian Fabricius vào năm 1794.
Con trưởng thành dài khoảng 0,5 inch (13 mm) và có đầu màu vàng riêng biệt với thân màu xám bạc hoặc màu be. Trong tự nhiên, ấu trùng của loài bướm này sống như những ký sinh trùng làm tổ trong các đàn ong và ăn kén, phấn hoa, sáp ong, do đó có tên gọi là sâu sáp. Bướm sáp phân bố khắp nơi trên thế giới, đặc biệt những nơi có tổ ong, phát triển mạnh hơn ở các vùng cận nhiệt và nhiệt đới, chúng phân bố ở hầu hết Châu Phi (bao gồm Madagascar, Úc , Châu Âu và Bắc Mỹ. Ấu trùng sâu sáp được sử dụng như là nguồn thức ăn lí tưởng cho nhiều loài động vật và thực vật ăn côn trùng.
Ngoài ra, VƯƠNG GIA THANH 13 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC BẢO CHÂU chúng cũng được sử dụng để làm thức ăn cho người, cũng như thức ăn sống cho vật nuôi và một số loài chim cảnh do hàm lượng chất béo cao, dễ sinh sản và khả năng tồn tại trong nhiều tuần ở nhiệt độ thấp. Giới thiệu về bướm sáp Achroia grisella Hình 1. Bướm sáp Achroia grisella ( Nguồn internet ) Bướm sáp (Lesser wax moth) có tên khoa học là Achroia grisella, thuộc giới Animalia, ngành Athropoda, lớp Insecta, bộ Lepidotera, họ Pyralidae, chi Achroia, loài A. Vòng đời của bướm sáp gồm 4 giai đoạn: trứng, ấu trùng, nhộng, bướm trưởng thành.
Thức ăn của bướm sáp là sáp ong, sáp ong là một dạng polymer, chất dẻo tự nhiên và có cấu trúc hóa học tương tự polyethylene. Sâu sáp và hệ vi sinh vật nội sinh đường ruột của sâu sáp Achroia grisella trong xử lý rác thải nhựa. Đến nay, các nhà nghiên cứu vẫn đang cố gắng phát hiện các vi sinh vật phân giải PE thông qua các thử nghiệm liên quan đến đất bị ô nhiễm chất thải nhựa, bãi chôn lấp, phân trộn và biển sự sống và đã phân lập được một số chủng vi khuẩn. Một số chủng vi khuẩn này đã cho thấy khả năng sử dụng PE làm nguồn cacbon dựa trên đặc điểm của sự hình thành màng sinh học trên màng PE, giảm trọng lượng vật liệu PE, sự suy giảm bề mặt và những thay đổi trong tính chất cơ và nhiệt của PE.
Tuy nhiên, các báo cáo đầy hứa hẹn này về sự phân hủy của PE dựa trên việc thay đổi khối lượng vẫn chưa được xác nhận do không cung cấp được bằng chứng hỗ trợ chứng minh cho việc này, chẳng hạn như những thay đổi về tính kỵ nước ở bề mặt VƯƠNG GIA THANH 14 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP GVHD: TS NGUYỄN NGỌC BẢO CHÂU của tấm nilon, sự hình thành của các nhóm cacbonyl bị oxy hóa, sự đứt gãy của các chuỗi phân tử dài (Yang Jung và cộng sự, 2014). Lịch sử nghiên cứu: 1. Kể từ đầu những năm 1970, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu sự phân hủy sinh học của Polyethylene và tìm thấy một số chủng phân hủy Polyethylene nhất định, bao gồm Bacillus, Pseudomonas, Staphylococcus, Streptococcus, Streptomyces, Brevibacterium, Nocardia, Moraxella, Penicillium và Aspergillus từ đất, biển và bùn thải trong tự nhiên. Tuy nhiên, tính kỵ nước mạnh, năng lượng liên kết hóa học cao và trọng lượng phân tử cao của PE cản trở sự phân hủy hiệu quả của nó đối với hầu hết các chủng, đặc biệt là trong thời gian ngắn.