g. Khu vực phía Đông Nam đƣờng băng
1.4.2. Nghiên cứu phân hủy sinh học chất diệt cỏ chứa dioxin ở Việt Nam
Các nghiên cứu trên thế giới mới cho thấy khả năng sử dụng các chủng vi sinh vật để loại bỏ các PCDD/F trong các hệ đất ở điều kiện phòng thí nghiệm và ở qui mô nhỏ. Do vậy, các nghiên cứu khử độc ở các môi trường tự nhiên nhiễm các hợp chất PCDD/F có qui mô lớn như tại các “điểm nóng” ở Việt Nam là hết sức cần thiết.
Ở Việt Nam, nghiên cứu khả năng phân hủy pentachlorophenol và dibenzofuran mới chỉ bắt đầu từ năm 1999. Nghiên cứu khử độc đất nhiễm chất độc hóa học bằng
phương pháp phân hủy sinh học mới thực sự bắt đầu từ tháng 3 năm 2000. Các kết quả nghiên cứu cho thấy tuy nồng độ chất dioxin và các chất ô nhiễm khác nhau tại bãi nhiễm độc của sân bay Đà Nẵng cao nhưng vẫn tồn tại một quần xã VSV không đa dạng về chủng loại song không quá thấp về số lượng từ 18 điểm ô nhiễm [9].
Các kết quả nghiên cứu gần đây thu được đã chứng minh cả vi sinh vật phân hủy kỵ khí và hiếu khí đều đóng vai trò nhất định trong quá trình phân hủy sinh học. Nấm sợi, xạ khuẩn, vi khuẩn kỵ khí và hiếu khí đã chứng tỏ khả năng phân hủy dịch chiết đất và 2,3,7,8-TCDD. Vi sinh vật các mẫu đất làm giàu và không làm giàu cũng như mẫu không nuôi cấy đã cho thấy khả năng chúng không chỉ phân hủy 2,3,7,8-TCDD và còn cả furan và PAH. Nghiên cứu cũng đã chứng minh khả năng phân hủy của chủng XKDN1, XKDN19 có thể phân hủy 85,97% của 333,3 ppt đồng phân 2,3,7,8-TCDD sau 2 tuần nuôi cấy, đồng thời, chủng này cũng có khẳ năng phân hủy 78,7% anthracen và 22,4% fluoranthen sau 3 tuần nuôi cấy [10].
Trong các công thức xử lý đất ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin nồng độ độc đã giảm từ 43% đến 53% sau 6-9 tháng ở nồng độ chất ô nhiễm ban đầu là 98.387 pg/g. Trên cơ sở kết quả của đề tài này phương án khử độc cho các điểm nóng nhiễm dioxin của Việt Nam theo hướng “Chôn lấp tích cực” đã được lựa chọn thử nghiệm tại sân bay Đà Nẵng và Biên Hòa. Phương pháp “chôn lấp tích cực” bao gồm chôn lấp kết hợp với cô lập, hấp phụ và đất ở bên trong các lô đã được cô lập được xử lý khử độc bằng công nghệ sinh học. Đề tài đã tiến hành phân tích số lượng VSV và thấy rằng số lượng VSV trong các lô xử lý đã tăng rõ rệt đạt mức độ khác nhau so với các lô đối chứng và đất trước khi xử lý, số lượng vi sinh vật tăng từ 10 đến 10.000 lần trong tất cả các lô xử lý. Trong đó VSV ở các lô đối chứng cũng tăng hơn so với đất nguyên thủy, trước khi xử lý, điều đó chứng tỏ biện pháp cô lập, chôn lấp và hấp phụ đã tạo nên môi trường tương đối ổn định để VSV phát triển. Điều này chứng tỏ công nghệ chôn lấp tích cực đã mang lại kết quả khả quan. Ở các công thức xử lý sau 14, 24 và 33 tháng, số lượng VSV vẫn duy trì ổn định. Trong tất cả các mẫu đều phân lập được vi sinh vật dị dưỡng, vi nấm, vi khuẩn khử sulphat, nitrat và vi khuẩn trên môi trường sinh metan. Phân tích VSV theo phương
pháp phân lập đã thu được 19 chủng nấm sợi, 6 chủng xạ khuẩn, 20 chủng vi khuẩn hiếu khí và 4 chủng vi khuẩn kị khí. Tổng độ độc đã giảm đáng kể 50-70% sau gần 2 năm xử lý [11].
Khi đánh giá khả năng phân hủy sinh học của hỗn hợp vi khuẩn SETDN 20 được phân lập bằng phương pháp làm giàu nhiều lần từ lô đất xử lý tẩy độc bằng phân hủy sinh học ở Đà Nẵng, kết quả sau 60 ngày nuôi cấy trên môi trường xử lý có bổ sung dịch chiết đất thì đã loại bỏ 17,9% tổng độ độc trong đó đồng phân 2,3,7,8-TCDD giảm từ 4.299 ppt xuống còn 3.528 ppt [25].
Trong bộ sưu tập giống VSV phân lập từ đất nhiễm chất diệt cỏ chứa dioxin ở Đà Nẵng của Phòng Công nghệ sinh học tái tạo môi trường, một số chủng đã được định tên bằng cả hai phương pháp truyền thống và xác định trình tự gene 16S rDNA, 18S rDNA có khả năng phân hủy dioxin, 2,4,5-T, 2,4-D và các PAHs đa vòng thơm đặc biệt là 2 PAH khó phân hủy nhất là pyren và fluoranthen bao gồm
Streptomyces sp. XKDN11, Streptomyces sp. XKDN19, Streptomyces sp.
XKDNR1, Brevibacillus sp.XKDN3, Brebacillus sp. BDNR10, Bacillus sp. BDN6,
Bacillus sp. BU3, Pseudomonas sp. BDN15, Pseudomonas sp. BDNR1,
Pseudomonas sp. Setdn1, Aspergillus sp. FDN9, Aspergillus sp. FDN20. Các chủng vi sinh vật này đều có khả năng phân hủy 2,3,7,8-TCDD hoặc 2,4,5-T; 2,4-D, DBF, PAH,…ở các mức độ khác nhau như là nguồn carbon năng lượng duy nhất hay theo cơ chế đồng trao đổi chất.
Bên cạnh những nghiên cứu về khả năng phân hủy sinh học và các chủng vi sinh vật, việc nghiên cứu về các gene chức năng tham gia vào các quá trình phân hủy sinh học các chất diệt cỏ và dioxin cũng đã được nghiên cứu. Đã xác định trình
tự gene dioxygenase của chủng Terrabacter sp. DMA được phân lập trực tiếp từ đất
nhiễm dioxin ở sân bay Đà Nẵng với độ tương đồng 100% với trình tự đoan gene
mã hóa tiểu đơn vị alpha dioxygenase của chủng Sphingomonas sp. RW1 [19]. Khi
phân lập 3 chủng hỗn hợp SETDN20 tại khu vực ô nhiễm chất độc hóa học cũng đã xác định được gene dioxin dioxygenase mã hóa cho enzyme với độ tương đồng 99% với enzyme phenylpropionate dioxygenase [25]. Ngoài ra còn có nghiên cứu
khác cũng chỉ ra sự tồn tại của gene dioxin dioxygenase trong các chủng xạ khuẩn
Rhodococcus sp.HDN3 được phân lập từ đất ô nhiễm tại sân bay Đà Nẵng [17]. Từ các số liệu đã được công bố quốc tế và trong nước sự chuyển hóa, phân hủy sinh học dioxin và các chất tương tự đa vòng thơm khó phân hủy khác ta có thể rút ra các nhận xét sau:
- Phân hủy sinh học dioxin và các hợp chất tương tự ở điều kiện hiếu khí
được nghiên cứu kỹ nhất ở chủng Sphingomonas sp. RW1. Hiện nay, các con đường
phân hủy dioxin và các hợp chất tương tự cũng đã được nghiên cứu ở các chi vi
khuẩn khác như Rhodococcus, Terrabacter, Paenibacillus và Pseudomonas.
- Bước chuyển hóa đầu tiên của dioxin và các hợp chất tương tự được mã hóa bởi các enzyme dioxin dioxigenease và rất khác nhau trong các vi khuẩn phân hủy dioxin và các hợp chất tương tự. Oxy hóa vị trí kép xẩy ra ở các vị trí bên 1,2; 2,3; và 3,4 hoặc ở vị trí góc 4,4a. Oxy hóa kép vị trí góc được quan tâm hơn cả vì phá vỡ cấu trúc mặt phẳng là nguyên nhân gây độc của dioxin và các hợp chất tương tự. Trong khi đó, oxy hóa kép vị trí bên thường dẫn đến sản phẩm ngõ cụt.
- Các vi sinh vật tham gia phân hủy dioxin và các hợp chất tương tự chứa clo
thuộc các chi Rhodococcus, Beijerinckia, Pseudomonas, Bacillus, Sphingomonas,
Terrabacter, Burkholderia, Klebsiella, Alcaligenees và Enwinia, v.v. và thường theo con đường đồng trao đổi chất.
- Gene chức năng tham gia vào quá trình chuyển hóa, phân hủy bước đầu đối với dioxin là dioxin dioxygenase. Gene này đã được xác định trong các chủng vi sinh vật phân lập được ở đất ô nhiễm chất diệt cỏ/dioxin tại sân bay Đà Nẵng.
Áp dụng công nghệ phân hủy sinh học từ 4/2009 đến 7/2011 đã xử lý sạch
dioxin 3.384 m3 đất nhiễm tại khu vực Z1 thuộc sân bay này từ 10.000 ppt xuống
còn 52 ppt (Báo cáo nhánh dự án, Đặng Thị Cẩm Hà và đtg, 2012). Do đó để tìm hiểu khả năng xử lý khử độc trong đó tập trung vào biện pháp sinh học ở khu vực mới này, chúng tôi tiến hành các nghiên cứu khảo sát với nội dung đã nên trong phần mở đầu.
Các nghiên cứu về đặc điểm ô nhiễm dioxin ở trong đất thường sử dụng phương pháp lấy mẫu bằng dụng cụ khoan cầm tay để đánh giá mức độ và độ sâu ô nhiễm ở các „điểm nóng‟. Hiện chưa có nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm dioxin trong đất nào sử dụng phương pháp lấy mẫu theo phẫu diện đất. Do đó trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng cách lấy mẫu theo phẫu diện đất để đánh giá mức độ ô nhiễm, đặc điểm ô nhiễm ở khu vực Tây – Nam sân bay Biên Hòa.
Các nghiên cứu đa dạng vi sinh vật đất hiện nay tập trung vào khai thác tính đa dạng chủng loài và các gene chức năng của các vi sinh vật cũng như được tách chiết trực tiếp từ đất. Các phương pháp nghiên cứu được chia làm 3 nhóm: các phương pháp háo học, vi sinh vật, sinh hóa và sinh học phân tử. Mỗi phương pháp cụ thể đều có các ưu, nhược điểm để có thể giải quyết câu hỏi đa dạng vi sinh vật từ mức thấp đến mức cao. Trong nghiên cứu này, sử dụng các kỹ thuật sinh học phân tử: kỹ thuật PCR khuếch đại 16S rRNA nhằm xác định loài và kỹ thuật PCR nhân gene để xác định gene chức năng trong các mẫu vi sinh vật được phân lập từ đất nhiễm chất diệt cỏ chứa dioxin tại căn cứ quân sự Biên Hòa. Bên cạnh đó, việc phân lập và định loại một số chủng vi khuẩn sử dụng các chất độc cũng như xác định sự có mặt của một số gene chức năng tham gia vào quá trình phân hủy các chất độc sẽ cung cấp thêm dữ liệu về tính đa dạng vi sinh vật không những về chủng loài mà còn về chức năng của một số gene đại diện mã cho các enzyme trong đất và bùn nhiễm ở sân bay Biên Hòa. Ngoài ra, các kết quả trong nghiên cứu sẽ góp phần khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên vi sinh vật và gene chức năng từ đất nhiễm tại sân bay Biên Hòa trong nghiên cứu cơ bản định hướng ứng dụng để quan trắc ô nhiễm và hoạt động sinh lý của vi sinh vật bản địa. Để góp phần vào nghiên cứu các vấn đề trên, trong luận văn này chúng tôi đã tiến hành những nội dung nghiên cứu như đã trình bày ở phần mở đầu.