MỞ ĐẦU Thuốc trừ sâu là một phần không thể thiếu trong việc canh tác nông nghiệp và tăng năng suất của cây trồng, đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu lương thực ngày càng tăng của nhân loại. Tuy nhiên, thời gian gần đây, việc đẩy mạnh sử dụng các loại phân bón hóa học, thuốc bảo vệ thực vật trong hoạt động nông nghiệp để giúp cây trồng phát triển nhanh, diệt trừ sâu bệnh và nâng cao sản lượng khiến cho đất đai bị bạc màu, thoái hóa, làm mất cân bằng sinh thái trong đất, ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường và sức khỏe của con người. Trong số các loại hóa chất bảo vệ thực vật, hợp chất phốt pho hữu cơ, là một trong những chất độc hại nhất đã được biết tới và sử dụng nhiều trong sản xuất nông nghiệp. Sau thời dài tiếp xúc, các chất này có thể tích tụ trong mô mỡ của động vật và tham gia vào chuỗi thức ăn, và tích lũy sinh học.
Có thể thấy những tác động nguy hại của OP ở những mắt xích cao nhất trong chuỗi thức ăn, có thể là các loài chim săn mồi hay con người. OP đã được nhiều nghiên cứu chứng minh rằng đây là loại chất độc nguy hiểm, nó không chỉ tác động đến một số loại côn trùng, động vật hoang dã, mà còn là mối nguy hại tiềm tàng đối với sức khỏe con người, đặc biệt là đối với trẻ nhỏ và phụ nữ có thai. Những tác động của OP lên con người và hệ sinh thái là nguyên nhân lý giải cho việc vì sao nhiều quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các quốc gia phát triển việc sử dụng loại hóa chất BVTV này càng ngày càng bị ngăn cấm. Hầu hết các quốc gia đều hạn chế và cấm việc sản xuất và sử dụng các loại hóa chất này.
Tại nhiều tỉnh, thành phố ở Việt Nam, cây chè đã và đang dần trở thành loại cây công nghiệp phát triển ổn định, mang đến hiệu quả kinh tế cao, tạo ra nhiều việc làm và mang đến nguồn thu nhập ổn định cho nhiều người dân. Hiện nay, theo số liệu thống kê của Hiệp hội chè Việt Nam, nước ta đang đứng thứ 5 về diện tích và thứ 6 về sản lượng chè trên thế giới. Tính đến năm 2020, cả nước có 34 tỉnh, thành phố trồng chè, tổng diện tích lên tới 123. Nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ chè trên thế giới là rất lớn, và Việt Nam là quốc gia có thế mạnh về sản lượng chè.
Tuy nhiên, chất lượng vệ sinh, an toàn thực phẩm của sản phẩm chè nước ta hiện nay vẫn chưa đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng của thị trường quốc tế, đặc biệt là các quốc gia phát triển. Do quá trình trồng và chăm sóc cây chè, bà con lạm n 2 dụng hóa chất BVTV, trong khi, các quy định về dư lượng hóa chất BVTV trong chè tại thị trường lớn ngày càng nghiêm ngặt hơn. Hiện nay, việc ứng dụng khả năng phân huỷ sinh học của VSV đối với hóa chất BVTV đã và đang trở thành một trong những phương án hữu ích để xử lý dư lượng hóa chất BVTV trong đất. Vì vậy, đề tài nghiên cứu “Tuyển chọn và đánh giá khả năng sử dụng chủng vi sinh vật xử lý dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ (Hợp chất Parathion) trong đất trồng chè” đã được thực hiện nhằm phân lập và tuyển chọn chủng VSV có tác dụng phân giải và chuyển hóa hóa chất BVTV gốc lân hữu cơ, giúp giảm thiểu ô nhiễm OP trong đất và giúp nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng, cải thiện chất lượng đất.
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu: Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu tuyển chọn được chủng vi sinh vật có khả năng xử lý lượng hóa chất BVTV gốc lân hữu cơ (Hợp chất Parathion) trong đất trồng chè, điều kiện cho sự sinh trưởng phát triển của chủng và khả năng sử dụng. Nội dung nghiên cứu: - Tuyển chọn được chủng vi sinh vật có khả năng phân giải hóa chất BVTV có chứa gốc lân hữu cơ (hợp chất Parathion). - Nghiên cứu lựa chọn các điều kiện tối ưu cho sự sinh trưởng và phát triển của chủng vi sinh vật. - Đánh giá, xác định khả năng phân giải Parathion của các chủng VSV trong đất in vitro - phòng thí nghiệm.
Ý nghĩa khoa học của đề tài: Luận văn này cung cấp thông tin, kết quả nghiên cứu về chủng vi sinh vật có khả năng xử lý dư lượng hóa chất BVTV gốc lân hữu cơ trong đất trồng chè (Hợp chất Parathion) tại Nghệ An và đánh giá được tiềm năng ứng dụng chủng vi sinh vật này để xử lý các khu vực đất nhiễm OP. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Khái niệm thuốc bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ Hóa chất BVTV, là tên gọi của các loại hóa chất bảo vệ cây trồng hoặc các sản phẩm bảo vệ mùa màng, là những tác nhân có nguồn gốc hóa học, được tạo ra với mục đích kiểm soát, tiêu diệt sự xâm nhập, phát triển của sâu bệnh gây hại và hoặc vật mang mầm bệnh. Chúng cũng gồm các chất để tiêu diệt các loài sống cạnh tranh, nấm bệnh trên cây trồng.
Ngoài ra, hóa chất BVTV cũng có nhiều dạng khác, đó là loại thuốc kích thích sinh trưởng, phát triển nâng cao năng suất cây trồng đạt. Hóa chất BVTV là một loại hóa chất độc, khi đi vào cơ thể có khả năng phá hủy tế bào, tác động trực tiếp đến quá trình sinh trưởng, phát triển của sâu bệnh, cỏ dại và cây trồng, do đó, khi những hợp chất này đi vào môi trường, chúng sẽ có những ảnh hưởng xấu đến môi trường, đến những đối tượng tiếp xúc trực tiếp hay gián tiếp. Theo thống kê của Bộ NN&PTNT, đến năm 2020, cả nước sử dụng khoảng 41.870 tấn hóa chất BVTV hóa học (chiếm 82,59% tổng lượng hóa chất BVTV sử dụng), trung bình cứ 1 ha sẽ sử dụng khoảng 3,14 kg hóa chất BVTV [1]. Tuy nhiên, chỉ một phần của lượng thuốc này sẽ tiêu diệt được các mục tiêu: Sâu bọ, một số loại nấm, côn trùng, …, lượng còn lại sẽ đi vào môi trường đất, nước gây nên các tác tiêu cực động đến hệ sinh thái, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và các loại động vật, thực vật khác.
1: Hình ảnh 1 số loại hóa chất BVTV n 4 Lân hữu cơ (hay phốt pho hữu cơ - organophosphate, OP), là các dẫn xuất este hữu cơ của phốt pho, thường là các dẫn xuất amit hoặc các dẫn xuất thiol của axit photphoric, photphonic, photphinic hoặc thiophosphoric [2] [3]. Bằng cách ngăn cản sự tạo thành men Cholinestaza trong hệ thần kinh của các loại côn trùng, các hợp chất OP khiến cho thần kinh hoạt động kém hơn, gây choáng váng và có thể dẫn tới cái chết. Cấu trúc hóa học của các hợp chất OP được thể hiện trong hình 1.2 dưới đây: Hình 1. 2: Công thức hóa học của hợp chất OP [4] Trong đó: - X là gốc hữu cơ, nó nhạy cảm nhất với sự thủy phân; - R1 và R2 là các nhóm alkoxy, một nguyên tử oxy hoặc lưu huỳnh cũng được gắn với phốt pho bằng một liên kết đôi để tạo nên công thức hóa học của OP [4].
Công thức hóa học của hợp chất Parathion được thể hiện trong hình 1.3 dưới đây: Hình 1. 3: Công thức hóa học của parathion [5] n 5 Các tính chất của Parathion: - Tính chất hóa học: Hòa tan tốt trong xylen và butanol - Tính chất vật lý: Khi ở dạng tinh khiết, parathion là chất rắn kết tinh màu trắng, ở điều kiện thường là dạng chất lỏng màu nâu có mùi tỏi. Parathion là chất khá bền vững. - Thời gian bán phân hủy: 30 - 180 ngày.
- Ứng dụng trong nông nghiệp: Kiểm soát các loại bọ cánh cứng, bướm côn trùng, châu chấu và côn trùng khác, ấu trùng ăn lá, hoa quả, rau,. kiểm soát một số côn trùng trong đất như giun tròn, sâu bọ ăn rễ ,. Việt Nam là đất nước có tỷ lệ sản xuất nông nghiệp cao, do đó, khối lượng hóa chất bảo vệ thực vật hàng năm sử dụng là rất lớn, trong đó, thuốc trừ sâu chiếm tỷ lệ cao nhất. Theo số liệu thống kê, Việt Nam đang có khoảng hơn 200 loại thuốc trừ sâu, với nhiều chủng loại và nhiều nhất là các nhóm phốt pho hữu cơ [6], [7].
Các loại hóa chất BVTV nhóm OP phổ biến hiện nay là Carbophos (Malathion), Thiophos (Parathion), Basudin (Diazinon), Wofatox (Metyl parathion), Diphterex (Chlorophos), Tamaron (Methamidophos). Phân loại hóa chất BVTV nhóm OP Theo hình 1.2, công thức hóa học được nêu của các hóa chất BVTV nhóm OP được chia thành các loại chính như sau: Bảng 1. 1: Phân loại theo công thức hóa học các chất BVTV nhóm OP [5] STT Phân loại Cấu trúc hóa học Ví dụ Chlorfenvinfos 1 Phosphates Dichlorvos Monocrotophos 2 Phosphonates Trichlorfon n 6 STT Phân loại Cấu trúc hóa học Ví dụ 3 Phosphimates Glufosinate Diazinon 4 Phosphorothioates Parathion 5 Phosphonothioates Leptophos Demetion-S-methyl 6 Phosphorothioates Echothiophate 7 Phosphonothioates VX hoặc Azinphos-ethyl 8 Phosphorodithioates Malathion n 7 STT Phân loại Cấu trúc hóa học Ví dụ 9 Phosphorotrithioates DEF 10 Phosphoramidates Fenamiphos hoặc Methamidophos 11 Phosphoramidothioates Isofenphos Diisopropyl 12 Phosphorofluoridates Phosphorofluoridates Cyclosarin 13 Phosphonofluoridates Sarin Nhóm lân hữu cơ dùng chủ yếu trong việc kiểm soát dịch hại như một chất thay thế cho nhóm clo hữu cơ do chu kì bán rã của nhóm này ngắn hơn so với nhóm clo hữu cơ [2] [8]. Khả năng phân hủy trong điều kiện tự nhiên của chúng khiến chúng trở thành một lựa chọn thay thế hấp dẫn cho các loại thuốc trừ sâu clo hữu cơ khó phân hủy, chẳng hạn như DDT, aldrin và dieldrin.
Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng thuốc trừ sâu OP phân hủy nhanh chóng bằng cách thủy phân khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời [2]. Bên cạnh n 8 đó, một lượng nhỏ OP có thể được phát hiện trong thức ăn và nước uống. Mặc dù OP phân hủy nhanh hơn các loại hóa chất BVTV nhóm clo hữu cơ, nhưng chúng có độc tính cấp tính, do đó, gây rủi ro cho những người có thể tiếp xúc với một lượng lớn [2]. Đặc điểm chung của hóa chất BVTV nhóm OP - Lân hữu cơ là các hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, không khí, có chứa các liên kết Cacbon - Phốt pho [2].
Các este đơn giản hơn của axit phosphoric là sản phẩm thủy phân OP. Phản ứng phân hủy giúp chuyển hóa các hợp chất OP thành các sản phẩm trung gian có tính độc kém hơn so với sản phẩm ban đầu. - Phản ứng hoạt hóa nhân phốt pho là một trong những tính chất quan của nhóm OP. Sản phẩm của phản ứng này là tạo thành chất ức chế enzym cholinesteraza mạnh hơn.