Đặt vấn đề Đồng bằng sông Cửu Long (ÐBSCL) việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) là mối quan tâm lớn trong sản xuất nông nghiệp và đây là khu vực sử dụng thuốc BVTV cao hơn so với các khu vực khác (Phạm Văn Toàn, 2013). Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Hữu Huân (2013) cho thấy nông dân vẫn sử dụng thuốc trừ sâu gốc lân hữu cơ, đây là loại thuốc trừ sâu có thời gian tồn tại khá lâu trong môi trường đất với thời gian bán hủy lên đến 124 ngày (đất sét, pH = 7) (Sethunathan and Yoshida, 1969). Trong các hợp chất thuốc bảo vệ thực vật gốc lân hữu cơ, có khoảng 50 hoạt chất thuộc họ phosphorothioates và phosphorodithioates, các hợp chất này tồn tại liên kết thiono (P=S). Các hợp chất có liên kết P=S thường bền hơn hợp chất có liên kết P=O và có khả năng thâm nhập vào lớp biểu bì của côn trùng tốt hơn.
Diazinon là hợp chất thuộc họ phosphorothioates và được nông dân sử dụng nhiều (Lê Thị Trinh, 2012). Diazinon có tên khoa học là O,O- diethyl-O-(2-isopropyl-6-methylpyrimidin-4-yl)-phosphorothioates (Abo- Amer and Aly, 2010). Trong nông nghiệp, Diazinon là hoạt chất tạo nên nhiều loại thuốc trừ sâu, trừ côn trùng cho lúa, rau và nhiều loại cây ăn trái. Diazinon là thành phần chính của nhiều loại thuốc bảo vệ thực vật đã thương mại hóa như Diazan, Agrozinon, AG 500, Azinon, Basudin, Basitox.
Theo kết quả nghiên cứu của Sapozhnikova et al. (2004) khi phân tích các mẫu trầm tích ở hồ chứa nước thoát ra từ ruộng canh tác nông nghiệp ở California và phát hiện nồng độ Diazinon dao động từ 0,5-5,4 ppb. Bên cạnh đó, khi phân tích dư lượng thuốc BVTV trong các mẫu nước mặt ở Mỹ và Canada phát hiện hàm lượng Diazinon lên đến 7,1 ppb (Carey and Kutz, 1985). Diazinon là hoạt chất thuốc trừ sâu gốc lân hữu cơ có chỉ số Koc cao (191 mL/g) (Veronique , 2011) nên có xu hướng hấp thu vào đất và rửa trôi ở mức trung bình.
Nhiều nghiên cứu cho thấy khi phun thuốc BVTV hơn 50% lượng thuốc đi vào môi trường (Lê Huy Bá và Lâm Minh Triết, 2005) và phần lớn di chuyển vào môi trường đất, nước và trầm tích gây ra những tác động tiêu cực cho môi trường, phá hủy hệ sinh thái đất và thủy vực. Bên cạnh vai trò tiêu 1 diệt đối tượng phòng trừ, thuốc BVTV cũng trực tiếp hoặc gián tiếp ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người (Nguyễn Thị Phi Oanh và Hứa Văn Ủ, 2011). Diazinon gây độc cho sinh vật qua cơ chế làm giảm hoạt tính enzyme Acetylcholinesterase (AChE) và khi enzyme này bị ức chế đến 70% sẽ làm chết đa số động vật thủy sinh (Aprea et al. Thực nghiệm ở ĐBSCL cho thấy sau một lần phun Diazinon cho lúa thì hoạt tính AChE của cá Lóc (Channa striata) và cá Rô (Anabas testudineus) đều bị ức chế đến khoảng 70% (Nguyễn Văn Công, 2012).
Bên cạnh đó, Diazinon đã gây ra thiệt hại di truyền ở cá với nồng độ 1 ppb hoặc thấp hơn (Vigfusson et al., 1983), giảm khả năng phát triển cảm giác về mùi để phát hiện kẻ thù (Nathaniel et al. Đối với con người, Diazinon có thể gây nhiễm độc cấp tính như đau đầu, buồn nôn, tiết nước bọt, tim đập bất thường, động kinh, co giật, gây tử vong (Reigart and Roberts, 1999) và có thể gây ung thư não đối với trẻ khi tiếp xúc thường xuyên với Diazinon (Lê Thị Trinh, 2012). Vì thế, vấn đề ô nhiễm môi trường đất, nước do sử dụng thuốc BVTV chứa hoạt chất Diazinon là vấn đề cần được quan tâm. Tuy nhiên, cho đến hiện nay chưa có nhiều các nghiên cứu nhằm thúc đẩy quá trình phân hủy hoạt chất thuốc trừ sâu Diazinon gắn liền với điều kiện canh tác ở ĐBSCL, đặc biệt là sự phân hủy sinh học do hoạt động của vi sinh vật trong đất.
Bên cạnh đó, sự phân hủy của vi sinh vật là con đường chủ yếu phân hủy Diazinon trong đất (Aggarwal et al. Việc ứng dụng vi sinh vật để phân hủy thuốc BVTV là một biện pháp hiệu quả và ít tốn kém (Abo-Amer and Aly, 2010). Nhiều nghiên cứu cho thấy, có nhiều chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy thuốc BVTV thuộc nhóm lân hữu cơ có độ độc cao và thời gian lưu tồn lâu trong môi trường đất. Các vi khuẩn như Arthrobacter và Streptomyces có khả năng phân hủy nhanh Diazinon trong môi trường đất.
Nhiều nghiên cứu về các loài vi khuẩn như: Serratia marcescens D1101 (Abo-Amer and Aly, 2011), Pseudomonas sp. (Yasouri, 2006), Pseudomonas peli BG1, Burkholderia caryolhylli BG4 và Brevundimonas diminuta PD6 có thể sử dụng Diazinon như nguồn cacbon duy nhất (Mahiudddin et al. Một số nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng của các mô hình canh tác khác nhau (luân canh màu-lúa và chuyên màu) đến cấu trúc tổ hợpvi sinh vật do có sự thay đổi về chế độ yếm khí và hiếu khí (Trần Văn Dũng, 2011). Do đó, để 2 có thể đề xuất các biện pháp nhằm thúc đẩy sự phân hủy dư thừa thuốc BVTV trong đất, trước hết cần có những hiểu biết về sự chuyển hóa của các loại thuốc BVTV trong các điều kiện canh tác khác nhau cũng như hoạt động phân hủy của tổ hợpvi khuẩn và các dòng vi khuẩn bản địa.
Vì thế, đề tài “Phân lập và tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả năng phân hủy Diazinon trong các mô hình canh tác luân canh lúa-màu và chuyên màu ở một số tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long” được thực hiện nhằm góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường đất do sử dụng thuốc bảo vệ thực vật chứa hoạt chất Diazinon.2 Mục tiêu đề tài Mục tiêu chính: Luận án thực hiện nhằm đánh giá tình hình sử dụng và dư lượng thuốc trừ sâu Diazinon trong các mô hình canh tác chuyên lúa, luân canh lúa-màu và chuyên màu. Đồng thời đánh giá ảnh hưởng của mô hình canh tác đến vi khuẩn phân hủy Diazinon. Đánh giá được hiệu quả phân hủy thuốc trừ sâu Diazinon của các dòng vi khuẩn phân lập trong môi trường khoáng tối thiểu. Mục tiêu cụ thể: (1) Phân lập và tuyển chọn được một hoặc một số dòng vi khuẩn bản địa có khả năng phân hủy thuốc trừ sâu Diazinon trong đất canh tác luân canh lúa-màu và chuyên màu ở một số tỉnh ĐBSCL; (2) Xác định mối quan hệ di truyền giữa các dòng vi khuẩn phân lập có khả năng phân hủy thuốc trừ sâu Diazinon dựa trên trình tự nucleotide 16S rRNA.
(3) Xác định các yếu tố môi trường (nhiệt độ, pH, nguồn cacbon, nồng độ Diazinon) ảnh hưởng đến sự gia tăng mật độ vi khuẩn. (4) Xác định ảnh hưởng của các yếu tố môi trường (nhiệt độ, pH, nồng độ Diazinon, mật độ vi khuẩn) đến tốc độ phân hủy Diazinon của các chủng vi khuẩn phân lập. (5) Xác định được ảnh hưởng của mô hình canh tác đến phân hủy thuốc trừ sâu Diazinon ngoài đồng ruộng và trong điều kiện nhà lưới, đồng thời xác định sự ảnh hưởng của mô hình canh tác đến cấu trúc của tổ hợpvi khuẩn trong điều kiện nhà lưới.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Các dòng vi khuẩn bản địa có khả năng phân hủy hoạt chất thuốc trừ sâu Diazinon được phân lập từ đất canh tác luân canh lúa-màu và chuyên màu. Phạm vi nghiên cứu: Các dòng vi khuẩn có khả năng phân hủy thuốc trừ sâu Diazinon được phân lập từ đất canh tác luân canh lúa-màu và chuyên màu ở 4 tỉnh ĐBSCL.
Khảo sát khả năng phân hủy Diazinon của các dòng vi 3 khuẩn phân lập trong môi trường khoáng tối thiểu và trong đất trong phòng thí nghiệm.4 Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Lần đầu tiên được nghiên cứu phân hủy sinh học Diazinon bởi tổ hợpvi khuẩn và các dòng vi khuẩn phân lập từ đất canh tác luân canh lúa-màu và chuyên màu ở Việt Nam. Các kết quả có ý nghĩa khoa học Kết quả phân lập được 196 dòng vi khuẩn có khả năng phân hủy thuốc trừ sâu Diazinon có nguồn gốc từ đất canh tác luân canh lúa-màu và chuyên màu ở 4 tỉnh ĐBSCL. Ứng dụng phương pháp theo dõi hàm lượng thuốc trừ sâu Diazinon còn lại trong môi trường khoáng tối thiểu sau khi chủng vi khuẩn 30 ngày, kết quả đã xác định được 6 dòng vi khuẩn phân hủy Diazinon hiệu quả cao. Xác định được môi trường sinh thái (nhiệt độ, pH, nguồn cacbon, nồng độ Diazinon) thúc đẩy cho sự gia tăng mật độ và phân hủy Diazinon của 6 dòng vi khuẩn trong môi trường khoáng tối thiểu.
Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài nhằm cung cấp cơ sở khoa học trong quản lý đất nông nghiệp ở đồng bằng sông Cửu Long. 4 Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về thuốc bảo vệ thực vật 2.1 Định nghĩa thuốc bảo vệ thực vật Các loại cây trồng trong nông nghiệp và nông sản nói chung đều bị ảnh hưởng bởi một số loài gây hại như sâu hại, cỏ dại, chuột… có tên gọi chung là dịch hại. Các hóa chất có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp có tác dụng tiêu diệt hoặc phòng trừ dịch hại được gọi là thuốc phòng trừ dịch hại. Ngoài ra chúng còn có nhiều tên gọi khác như nông dược, thuốc bảo vệ thực vật hay hóa chất bảo vệ thực vật (Lê Thị Trinh, 2012).
Từ lâu con người đã sử dụng từ dịch hại (Pest) để chỉ bất kỳ loài côn trùng, tuyến trùng, động vật hoặc vi sinh vật gây ảnh hưởng đến cây trồng. Danh từ này không bao gồm các các vi sinh vật gây bệnh cho người và gia súc (Nguyễn Trần Oánh và ctv. Thuốc bảo vệ thực vật (Pesticide) được sử dụng để quản lý các loài dịch hại. Đây là những sản phẩm với vai trò quan trọng là ngăn chặn, tiêu diệt và đẩy lùi bất kỳ loài sinh vật mà con người không mong muốn (Delaplane, 1996).
Thuật ngữ “Pesticide” bao gồm tất cả các hóa chất được sử dụng để tiêu diệt hay kiểm soát các loài dịch hại gây hại cây trồng, nông lâm sản…(Nguyễn Trần Oánh và ctv. Trong nông nghiệp, thuốc trừ dịch hại bao gồm thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh (Gilden et al., 2010), thuốc trừ tuyến trùng và thuốc trừ chuột (Edwin, 1996). Thuốc BVTV là những hợp chất hoá học (vô cơ, hữu cơ), những chế phẩm sinh học (chất kháng sinh, vi khuẩn, nấm, tuyến trùng …), những chất có nguồn gốc thực vật, động vật, được sử dụng để bảo vệ cây trồng và nông sản, chống lại sự phá hại của những sinh vật gây hại (côn trùng, nhện, tuyến trùng, chuột, chim, thú rừng, nấm, vi khuẩn, cỏ dại, …) (Nguyễn Trần Oánh và ctv.