MỞ ĐẦU Nhóm hợp chất halogen là nhóm hợp chất đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, nông nghiệp, y học… Bên cạnh những lợi ích to lớn thì việc sử dụng một cách tràn lan và không có biện pháp xử lý triệt để đã và đang gây ra những hậu quả nghiêm trọng đến môi trƣờng, hệ sinh thái và sức khỏe con ngƣời. Việc sử dụng các phƣơng pháp vật lý, hóa học để giải quyết tình trạng ô nhiễm gây ra bởi các hợp chất halogen cho hiệu quả cao tuy nhiên đòi hỏi công nghệ hiện đại, chi phí cao và vấn đề hậu xử lý các sản phẩm tạo thành. Phƣơng pháp sinh học sử dụng các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất halogen đƣợc đánh giá là hƣớng nghiên cứu mới có tiềm năng cao không chỉ cho hiệu quả cao mà còn thân thiện với môi trƣờng, ít tốn kém và mang tính bền vững. Trong tự nhiên tồn tại một số nhóm vi sinh vật có khả năng sử dụng các hợp chất halogen làm nguồn cung cấp cacbon duy trì hoạt động sống, chúng chuyên hóa các hợp chất halogen từ dạng độc hại trở thành dạng ít hoặc không độc với môi trƣờng sinh thái và con ngƣời.
Việt Nam là nƣớc sản xuất nông nghiệp, cùng với điều kiện khí hậu phù hợp cho sự phát triển của cây trồng nhƣng cũng là cơ hội cho sự lây lan của nhiều loại sâu bệnh, cỏ dại. Để hạn chế sự phát triển lây lan của sâu bệnh, cỏ dại hàng năm chúng ta sử dụng một lƣợng lớn thuốc bảo vệ thực vật trong đó có nhóm các hợp chất halogen. Việc sử dụng hợp chất này nhƣng lại không có biện pháp kiểm soát đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trƣờng nghiêm trọng, ảnh hƣởng đến sinh thái môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời. Ở Việt Nam hiện chƣa có nhiều nghiên cứu cơ bản về việc ứng dụng vi sinh vật có khả năng phân giải hợp chất halogen để giải quyết ô nhiễm môi trƣờng, việc ứng dụng vi sinh vật trong tự nhiên để giải quyết ô nhiễm môi truờng còn mới mẻ, tiềm năng của phƣơng pháp sinh học còn nhiều đồng thời để tiếp tục phát triển các đề tài đã đƣợc thực hiện trƣớc đó chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “BƢỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU TINH SẠCH ENZYM DEHALOGENASE TỪ CHỦNG VI SINH VẬT PHÂN LẬP TẠI VIỆT NAM” với mục tiêu phân lập các vi sinh vật có hoạt tính phân giải hợp chất clo trên cơ sở các chủng tuyển chọn đƣợc bƣớc đầu nghiên cứu tinh sạch enzym có khả năng phân hủy hợp chất có chứa clo tại Việt Nam.
Nguyễn Đàm Lý 1 Khóa 2011-2013 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm Chƣơng 1 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Hợp chất halogen 1. Hợp chất halogen hữu cơ Các hợp chất halogen hữu cơ là một lớp gồm các chất hóa học tự nhiên và tổng hợp, có chứa một hoặc nhiều gốc halogen gồm Flo, Clo, Brom, Iot kết hợp với cacbon và các yếu tố khác. Chúng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, y học.
nhƣ sản xuất nhựa, thiết bị y tế, tổng hợp cao su, đặc biệt là sản xuất thuốc trừ sâu bệnh trong nông nghiệp [19]. Các hợp chất hữu cơ dẫn xuất halogen đều có tính độc cao, chúng là một trong những nhóm các chất gây ô nhiễm môi trƣờng lớn nhất do việc sử dụng tràn lan các loại thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu trong nông nghiệp cũng nhƣ việc sản xuất các loại dung môi, chất dẻo và nhiều chất trung gian cho các sản phẩm hóa tổng hợp. Việc sử dụng tràn lan thiếu kiểm soát các hợp chất hữu cơ dẫn xuất halogen đã dẫn đến tình trạng tồn dƣ với khối lƣợng lớn trong môi trƣờng vƣợt qua sự chịu tải và tái sinh của hệ sinh thái dẫn đến ô nhiễm môi trƣờng hệ sinh thái, ảnh hƣởng đến sức khỏe cộng đồng [52]. Ứng dụng của hợp chất clo hữu cơ Hợp chất clo hữu cơ đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống nhƣ các sản phẩm nhựa, các dung môi tẩy rửa.
Các loại hợp chất này thƣờng bền vững và khó bị phân hủy nên tồn tại lâu dài trong tự nhiên. Dƣ lƣợng lớn các loại hợp chất này đƣợc tìm thấy trong đất, nƣớc và không khí qua nƣớc mƣa vào các hệ thống nƣớc uống và nƣớc sinh hoạt ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời và các loại sinh vật [18]. Một số ứng dụng quan trọng: - Chất dẻo: Hiện nay, trong cuộc sống hàng ngày con ngƣời sử dụng nhiều các sản phẩm từ nhựa tổng hợp nhƣ PVC (polyvinyl chlorua), PE (polyethylene), PP (polypropylene), PS (polystyrene). trong đó polyvinylclorua (PVC) là loại nhựa nhiệt dẻo đƣợc sản xuất và tiêu thụ nhiều thứ ba trên thế giới.
Clo trong PVC có khả Nguyễn Đàm Lý 2 Khóa 2011-2013 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm năng kìm hãm sự cháy chính vì đặc điểm này mà PVC gần nhƣ chiếm vị trí độc tôn trong lĩnh vực xây dựng dân dụng [33]. - Dung môi: Dung môi clo là dung môi phổ biến nhất trong số các dẫn xuất halogen. Dung môi clo đƣợc ứng dụng trong công nghệ làm lạnh, giặt khô, dập lửa, làm sạch kim loại, tẩy dầu mỡ, bình xịt ô tô, in ấn, giấy và các ngành công nghiệp dệt may, loại bỏ sơn, ngành công nghiệp đồ nội thất, sản xuất nhựa nhiệt dẻo. - Thuốc nhuộm: Một số loại thuốc nhuộm đƣợc sử dụng để nhuộm len, cellulose, bông và sợi tổng hợp.
có bản chất là dẫn xuất hữu cơ của halogen. Các loại thuốc nhuộm nhƣ picric acid, indigotin và một số thuốc nhuộm azo sản xuất từ nguyên liệu ban đầu nhƣ chloroanilines, chlorobenzenes, chloronitrobenzenes, chloroacetic acid. Các hợp chất hữu cơ dẫn xuất halogen có màu sắc đặc trƣng đƣợc sửdụng đểnhuộm xơ sợi xenluloz. Clo prinazines và các chất dẫn xuất của chúngđƣợc sửdụng để nhuộm sợi bông, trong khi thuốc nhuộm có thành phần chloro nhƣ remalan, procilan, procion đƣợc sử dụng cho nhuộm len và sợi polyamide [57].
- Dƣợc phẩm Trong sản xuất dƣợc phẩm, 80% các dƣợc phẩm và vitamin là liên quan đến clo, nhiều loại thuốc cần có clo để gây tác dụng. Ceclor và Lorabid đƣợc sử dụng để điều trị nhiễm trùng tai, Toremifene là một loại thuốc chống ung thƣ vú, và vancomycin kháng sinh tự nhiên đƣợc sử dụng để chống lại nhiễm trùng kháng penicillin. Clorua benzyl đƣợc sử dụng để tổng hợp các loại thuốc phenobarbital, benzedrine, và demerol. Thuốc mê hô hấp bao gồm các organofluorines desflurane, sevoflurane và enflurane (CHClFCF2OCHF2 ).
Các hợp chất perfluorocacbon, chẳng hạn nhƣ perfluorotributylamine ([CF3 CF2 CF2CF2]3N), đƣợc sử dụng để thay thế máu hoặc chế tạo "máu nhân tạo" và đƣợc sử dụng cho tạo hình động mạch vành [38]. Nguyễn Đàm Lý 3 Khóa 2011-2013 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm - Thuốc bảo vệ thực vật: Hơn 1000 loại thuốc bảo vệ thực vật đã đƣợc sử dụng trong nông nghiệp bao gồm: 1) Nhóm thuốc trừ sâu: Benzen hexachloride (BHC), DDT, heptachlor, chlordane, aldrin, dieldrin, toxaphene, endrin, methoxychlor… 2) Nhóm thuốc diệt nấm: Pentachloronitrobenzenes, phenol clo, quinon khử trùng bằng clo, clo benzoquinones, nephthoquinones clo, chloranil… 3) Nhóm phụ gia bổ sung: Chlorophenoxyacetic acid, natri trichloroacetate, 2-methyl-4-chlorophenoxyacetic acid. Hợp chất hữu cơ chứa clo cũng đƣợc sử dụng nhƣ là nguyên liệu cơ bản để sản xuất của một số thuốc trừ sâu. Chlorophenols, chloroanilines, atrazine, chlorobenzenes, 2,2- Dichoropropionate sodium-nguyên liệu cơ bản đƣợc sửdụng đểsản xuất thuốc diệt cỏ nhƣ axit chlorophenoxyacetic, dalapon, thuốc diệt nấm- polychlorophenol và thuốc trừ sâu DDT [35].
Công thức hóa học một số loại thuốc bảo vệ thực vật phổ biến Vì có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau do đó con ngƣời tạo ra các hợp chất clo ngày càng nhiều. Ở các nƣớc càng phát triển thì lƣợng các hợp chất clo đƣợc sản xuất và sử dụng càng nhiều. Chỉ riêng ở châu Âu năm 2012 đã sử dụng đến gần 10 triệu tấn hợp chất có chứa clo (bảng 1). Nguyễn Đàm Lý 4 Khóa 2011-2013 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm Bảng 1.Sử dụng của hợp chất clo ở châu Âu năm 2012 (9.747 triệu tấn) [54] Ứng dụng của clo ở châu Âu 2012 Triệu tấn % Dung môi 279 3,1 Epichlorohydrin 510 5,2 Chloromethanes 453 5,4 Các chất hữu cơ khác 911 9,2 PVC 3.245 33,6 Hợp chất vô cơ 1.
Tác hại của hợp chất clo hữu cơ Việc sử dụng thuốc BVTV trong nông nghiệp đã làm tác động tới môi trƣờng sinh thái. Định hƣớng của thuốc là diệt sâu hại, cỏ dại., nhƣng diễn biến thực tế do thiếu sự kiểm soát thuốc BVTV lại ảnh hƣởng độc tới đất, nƣớc, không khí và các sản phẩm nông nghiệp, động vật, sức khoẻ con ngƣời đặc biệt những dƣ lƣợng của những chất do tính độc cao nhƣ chlordane, DDT, picloram,. Không khí là một phần quan trọng trong quá trình luân chuyển và phân tán thuốc BVTV. Khi con ngƣời sử dụng, thuốc BVTV sẽ phân tán vào không khí, đất nƣớc bề mặt.
Lƣợng mƣa hàng năm sẽ giúp làm sạch bầu không khí đồng thời rửa trôi thuốc BVTV trên bề mặt để tích tụ trong sông, suối, ao, hồ và thuốc BVTV sẽ thâm nhập vào nguồn nƣớc ngầm bằng cách ngấm qua đất (hình 2). Một đặc tính quan trọng của thuốc BVTV trong hệ sinh thái là tính khuếch đại sinh học. Từ nồng độ sử dụng nhỏ, sau khi vào hệ sinh thái thông qua chuỗi lƣới thức ăn chất độc đƣợc tích luỹ với nồng độ cao dần qua các bậc dinh dƣỡng. Hầu hết các loại thuốc BVTV đều độc đối với ngƣời và động vật máu nóng, tuy nhiên mức độ gây độc của mỗi loại thuốc có khác nhau, có loại thuốc gây độc cấp tính, có loại thuốc có tính tích luỹ lâu trong cơ thể sống, bền vững trong môi trƣờng.
Thuốc BVTV xâm nhập vào cơ thể con ngƣời bằng các con đƣờng nhƣ qua da, qua miệng, qua hô hấp và gây ngộ độc đến tính mạng con ngƣời. Khi thuốc bảo vệ thực vật tồn Nguyễn Đàm Lý 5 Khóa 2011-2013 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận văn thạc sĩ Chuyên ngành Sinh học thực nghiệm dƣ trong thực phẩm vào cơ thể qua con đƣờng ăn uống, chúng có thể bị loại bỏ theo khí thở, theo phân hoặc nƣớc tiểu, tuy nhiên không thể tránh khỏi sự chuyển hóa các chất độc hại này ở trong gan.