MỞ ĐẦU Việt Nam là một nước nông nghiệp, mỗi năm người dân sử dụng một lượng lớn thuốc bảo vệ thực vật, trong đó có thuốc diệt cỏ. Năm 2012 lượng thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng là 105. Theo Cục Bảo vệ thực vật Bộ NN&PTNT, thuốc trừ cỏ được sử dụng với khoảng 19. Do việc lạm dụng sử dụng thuốc diệt cỏ thường xuyên của người dân dẫn đến các các hoạt chất của chúng không những được phát hiện trong nước bề mặt, nước ngầm mà cả nước uống và còn lắng đọng trong các lớp trầm tích [27].
Ngày nay, propanil là thành phần chính của nhiều loại thuốc diệt cỏ hiện đang lưu hành ở nước ta và trên thế giới. Thuốc diệt cỏ có chứa hoạt chất propanil có tính tiếp xúc, chọn lọc cao dùng để diệt các loại cỏ mà không gây ảnh hưởng đến cây lúa nên được người dân sử dụng nhiều. Propanil trừ cỏ chủ yếu ở giai đoạn hậu nẩy mầm. Thuốc trừ cỏ có chứa propanil nằm trong số 20 loại hóa chất được sử dụng phổ biến nhất trong số các loại thuốc bảo vệ thực vật sử dụng ở Hoa Kỳ cũng như ở nước ta [89].
Propanil có công thức hóa học là C9H9Cl2NO, có độ hòa tan trong nước là 225 ppm ở nhiệt độ 25 oC. Propanil có độc tính cao và khó phân hủy trong tự nhiên. Các loại thuốc trừ cỏ ảnh hưởng lớn đến sức khỏe cộng đồng, các loài sinh vật cũng như hệ sinh thái. Đặc biệt, chúng ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn lợi thủy sản ở sông Cửu Long cũng như các nơi khác trên thế giới [1011].
Ở nhiều nơi, cá nuôi hay cá sông bị chết do sự ô nhiễm của thuốc trừ cỏ. Berg et al., 2001 đã tiến hành khảo sát ở Đồng bằng sông Cửu Long cho thấy, thuốc trừ cỏ chiếm 25% trong số các loại thuốc bảo vệ thực vật đang được sử dụng [8]. 8 Việc sử dụng hóa chất này trong hoạt động sản xuất nông nghiệp, nhất là trồng lúa dẫn đến một lượng lớn tồn lưu trong môi trường nước và trong đất. Propanil được phát hiện trong 162 mẫu nước trồng lúa gạo với nồng độ lên tới 0,03 mg/L.
Tại Brazil, lượng propanil trong nước được phát hiện lên đến 3,6 g/L ở khu vực sản xuất nông nghiệp và nhiều nơi khác có nồng độ vượt xa mức cho phép [12]. Nồng độ propanil trong nước ngầm sâu 20 dưới ruộng lúa ở Italy cao nhất là 0,04 µg/L, và trong nước bề mặt dao động từ 0,1 đến 0,228 µg/L [2]. Ngoài ra, chúng còn được phát hiện trong đất [13]. Ở nước ta, năm 2013, nghiên cứu của Toan et al.
Mặc dù nồng độ này nằm trong mức độ cho phép, nhưng chưa có khảo sát về nồng độ propanil trong nước bề mặt cũng như nước uống ở nước ta. Propanil tồn lưu trong nước ảnh hưởng nghiêm trọng đến các loài động vật có xương sống như chim, cá và các loài động vật không xương sống [14]. Deuel et al. Nghiên cứu trước đây của Richards et al.
Độc tính của chúng gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người cũng như các loài động vật như gây tổn hại tế bào gan và thận, hệ thống tuần hoàn và miễn dịch [5, 17]. Chính vì tính độc hại cũng như những tồn lưu của propanil trong môi trường, việc tìm ra phương pháp để phân hủy chúng là cần thiết. Konstantinou et al., (2001) cũng như GonzálezSánchez et al. Tuy nhiên, các biện pháp vật lý và hóa học thường không thể hay khó áp dụng trong đất.
Hơn nữa, biện pháp đắt tiền, dễ tạo ta các chất ô nhiễm trung gian khác [20]. Trong khi đó, biện pháp sinh học, cụ thể là sử dụng vi sinh vật là biện pháp rẻ tiền, nhanh và hiệu quả cao lại phân hủy hoàn toàn được propanil nên được ưa chuộng. Trên thế giới đã có những nghiên cứu về phân hủy sinh học của hợp chất propanil cũng như các đồng phân của chúng [2123]. Các vi sinh vật có thể sử dụng hoạt chất này như là nguồn dinh dưỡng để sinh trưởng, qua đó giảm nồng độ hoặc phân hủy hoàn toàn chúng trong môi trường.
Xuất phát từ thực tế trên, luận văn của em đề tài “Đánh giá khả năng phân hủy propanil của dòng vi khuẩn phân lập từ đất đã sử dụng thuốc diệt cỏ” được tiến hành nhằm chọn được các dòng vi khuẩn có khả năng phân hủy được propanil tốt, góp phần vào việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Mục tiêu nghiên cứu Phân lập được chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy propanil từ đất và đánh giá ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến sự phân hủy propanil của chúng từ đó áp dụng vào thực tế trong nông nghiệp và xử lý môi trường. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. PROPANIL VÀ ỨNG DỤNG 1.
Nguồn gốc của propanil Propanil được phát hiện lần đầu tiên bởi Rohm và Haas năm 1957 [24]. Ngày nay propanil được sử dụng phổ biến ở nước ta và trên thế giới. Chúng được sản xuất ở Trung Quốc, Hoa Kỳ, Ấn Độ và một số nước khác. Ở Việt Nam tuy sử dụng nhiều propanil nhưng chúng ta chưa sản xuất được mà phải nhập khẩu để sản xuất thuốc diệt cỏ.
Hiện tại chưa thấy thống kê nào về sản lượng sản xuất hiện nay nhưng chúng là loại thuốc trừ cỏ được sử dụng nhiều nhất trong nhóm thuốc diệt cỏ có gốc anilide [9]. Quá trình sản xuất bằng tổng hợp hóa học nhân tạo. Trong quy trình công nghiệp, propanil được tổng hợp qua các giai đoạn bắt đầu từ 1,2 dichlorobenzene, đến 1,2dichloro4nitrobenzene. 1,2dichloro4 nitrobenzene được hydrogen hóa nhóm nitro với sự xúc tác của nickel tạo thành 3,4dichloroaniline.
Quá trình acyl hóa nhóm amine bằng propanoyl chloride tạo thành propanil [25]. Quá trình này được được thể hiện ở hình 1. Các giai đoạn bao gồm các hóa chất tạo thành trong quá trình tổng hợp propanil [25] 1. Tính chất vật lý và hóa học của propanil Propanil có công thức hóa học là C9H9Cl2NO, và công thức hóa học được thể hiện ở hình 1.
Ở điều kiện thường, propanil là những tinh thể 11 màu trắng hoặc nơi nâu. Propanil ít hòa tan trong nước nhưng hòa tan nhiều trong một số dung môi hữu cơ. Chúng ít bốc hơi trong không khí và có mùi sốc. Các tính chất vật lý khác được mô tả ở bảng 1.
Cấu tạo hóa học của propanil. Tính chất vật lý của propanil [24]. Đặc tính Đơn vị Số liệu Khối lượng phân tử g/mol 218,08 Khối lượng riêng g/cm3 1,41 Nhiệt độ nóng chảy o C 91 Áp suất bốc hơi mPa ở 25 oC 0,0193 Hệ số phân tán octanol/nước logKOC ở 25 oC 2,29 Hằng số Henry Pa m3/mol 4,4×104 Độ hòa tan mg/L, ở 20 oC Trong nước 95 Trong ethanol 675000 Trong benzene 70000 Trong acetone 1700000 12 1. Cơ chế diệt cỏ của Propanil Cơ chế hoạt động của propanil trong diệt diệt cỏ dại là ức chế quá trình quang hợp và cố định CO2 của chúng.
Quá trình quang hợp ở cây xanh gồm hai giai đoạn. Giai đoạn I là các phản ứng quang hợp thu năng lượng ánh sáng mặt trời và tạo ra các hợp chất cao năng. Ở giai đoạn II, các phân tử này cung cấp năng lượng, nhận và phản ứng với CO2 tạo thành tiền chất carbohydrate. Giai đoạn I của quang hợp, một phân tử diệp lục hấp thụ một photon (ánh sáng) và mất một electron, bắt đầu phản ứng chuỗi vận chuyển điện tử dẫn đến phản ứng ở giai đoạn II.
Propanil ức chế các phản ứng trong chuỗi dẫn truyền điện tử và chuyển đổi CO2 thành tiền chất carbohydrate, từ đó kìm hãm sự phát triển của thực vật [26, 27]. Cây lúa gần như không bị ức chế hoặc ức chế không đáng kể với propanil, nhưng hầu hết các loại cỏ dại đều dễ bị tiêu diệt khi bị tác động của propanil. Sự chọn lọc thuốc trừ cỏ propanil là do hoạt động và phân phối của enzyme aryl acylamidase (enzyme AAA). Aryl acylamidase xúc tác thủy phân liên kết amit, nhanh chóng chuyển hóa propanil thành 3,4 dicloroaniline và acid propionic [28].
Cả hai sản phẩm thủy phân không còn có hoạt tính diệt cỏ của propanil ban đầu nên giảm độc tính. Cây lúa chứa nhiều enzym AAA, trong khi cỏ dại bị thiếu các gen mã hóa cho enzyme AAA do đó không chịu đựng được propanil [29]. Tuy nhiên, việc lạm dụng thuốc diệt cỏ có chứa propanil và chọn lọc tự nhiên đã khiến một số nhóm cỏ dại trở nên kháng propanil. Các loại thuốc diệt cỏ sử dụng propanil 13 Propanil là thành phần chính của nhiều loại thuốc diệt cỏ hiện đang lưu hành ở nước ta và trên thế giới.
Thuốc diệt cỏ có chứa hoạt chất propanil có tính tiếp xúc, chọn lọc cao dùng để diệt các loại cỏ mà không gây ảnh hưởng đến cây lúa. Các loại thuốc diệt cỏ chứa hoạt chất propanil đang lưu hành ở nước ta được trình bày ở bảng 1. Các loại thuốc diệt cỏ có hoạt chất propanil đang lưu hành ở nước ta Thời điểm sử Tên thuốc Hoạt chất Đặc trị loại cỏ dại dụng Thuốc trừ cỏ lồng Trừ cỏ từ lúc cỏ mới vực, cỏ đuôi phụng, mọc cho đến khi cỏ cỏ cháo, cỏ chác lác có 4 lá (312 ngày sau Butachlor 27.5 khi sạ) % + Propanil Cantanil 27.5 % 550EC 14 Thời điểm sử Tên thuốc Hoạt chất Đặc trị loại cỏ dại dụng Diệt được nhiều Sử dụng cho lúa sạ loại cỏ phổ biến và lúa cấy ở giai Butachlor trong ruộng lúa đoạn từ 4 12 ngày, 27.5 % + thuộc cả 3 nhóm tương ứng khi cỏ Propanil 27.5 hòa bản, năn lác và mới mọc, lá còn Pataxim % dạng nhũ lá rộng nhỏ (cỏ có 1 3 lá) 55EC dầu, màu nâu nhạt. Hiệu quả cao trên Thuốc có tác dụng các loại cỏ khó trị: diệt mầm và hậu cỏ chác, cỏ cháo, nẩy mầm cỏ.
cỏ lồng vực, cỏ Butachlor đuôi phụng, cỏ lá Butanil 55EC 275g/l + rộng Propanil 275g/l. 15 Thời điểm sử Tên thuốc Hoạt chất Đặc trị loại cỏ dại dụng Phòng trừ cùng 1 Phun khi lúa sạ có 2 lúc cả 3 nhóm cỏ 2. Lúa cấy: 7 lá rộng như lồng 10 ngày sau khi Vitanil 60EC Butachlor 40 vực, cỏ đuôi phụng, cấy. % + Propanil cỏ cháo, cỏ chác, 20 % cỏ lác voi, rau bợ, rau mác bao, cỏ xà bông.
Vitanil 60ND trừ Lúa sạ: Lúc cây lúa được cùng một lúc có 22,5 lá (khoảng 3 nhóm cỏ trên 810 ngày sau sạ) ruộng là cả hoà Lúa cấy: Sau khi Butachlor bản, lác, cỏ lá rộng. cây lúa đã hồi sức Vitanil 60ND Ví dụ như cỏ lồng 40%+ (khoảng 710 ngày Propanil 20% vực, cỏ đuôi phụng, sau cấy) cỏ cháo, cỏ chác, rau bợ, rau mác bao, cỏ xà bông.