Tác dụng tương hỗ của vi sinh vật với các chất gây ô nhiễm môi trường

Hiệu ứng sinh thái của các chất ô nhiễm hữu cơ nhân tạo

Hợp chất hữu cơ tổng hợp bao gồm các chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC_s), các chất hữu cơ không bay hơi (NVOC_s), các sản phẩm phụ tiêu độc (DBP_s), các hydrocarbon thơm đa vòng (PAH_s)… Chất hữu cơ tổng hợp bao gồm tới trên 60.000 lọai khác nhau. Chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo, đa số là độc hại, trong đó VOC_s là nguy hiển nhất, vì khi tiếp xúc với nước chứa VOC_s , các chất này có thể thấm qua da, càng độc hại hơn khi người tắm ở những nơi có các chất này.

Ở Hoa Kỳ các chất hữu cơ tổng hợp bị liệt kê vào danh sách các chất gây ô nhiễm cao nhất bị hạn chế sử dụng gồm những chất gây ung thư chủ yếu sau đây:

- Trihalomethanes (THM), sinh ra bởi phản ứng giữa chất hữu cơ và Clo dư thừa trong nước, yêu cầu hàm lượng không được vượt qua 0,1 mg/L.

- Tetrachlorocarbon, tồn tại trong các chất tẩy rửa dầu công nghiệp, trong các dung môi làm lạnh, trong ngành hun sấy, yêu cầu hàm lượng không được vượt quá 0,005 mg/L.

- Benzene, có mặt trong chất tẩy rửa, dung môi hữu cơ, yêu cầu hàm lượng không được vượt quá 0,05 mg/L.

- Trichloroethane, tồn tại trong các chất tẩy rửa dầu, dung môi hữu cơ, thuốc trừ sâu, yêu cầu hàm lượng không được vượt quá 0,002mg/L.

- Chloroethane, dùng trong việc chế tạo cao su nhân tạo, yêu cầu hàm lượng không vượt quá 0,002 mg/L.

- Dibromoethane (EDB), dùng làm chất phụ gia xăng dầu, thuốc trừ sâu, yêu cầu hàm lượng không được vượt quá 0,005 mg/L.

- Dibromochloropropane (DBCP), dùng trong nông nghiệp, gây vô sinh và ung thư, yêu cầu hàm lượng không được vượt quá 0,002 mg/L.

Hiệu ứng sinh thái của thuốc BVTV đối với môi trường

Thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) hay còn gọi là nông dược rất cần cho sự phát triển nông nghiệp hiện đại. Thuốc BVTV thông qua nhiều con đường đi vào đất, làm ô nhiễm môi trường đất ngày càng nghiêm trọng. Tuy nhiên, do tác dụng tự làm sạch của đất (như bay hơi, khuếch tán, pha lõang, hấp phụ, phân giải) mà có thể giảm bớt mức độ ô nhiễm. Nhưng nếu thuốc BVTV đi vào đất với số lượng và tốc độ vượt quá khả năng tự làm sạch của đất, tức vượt quá dung lượng môi trường của đất thổ nhưỡng, thì sẽ dẫn đến việc đât bị ô nhiễm thuốc. Thuốc BVTV hằng năm ở Trung Quốc dùng tới 500 nghìn tấn, thuốc trừ sâu chiếm 70%, trong đó thuốc trừ sâu là lân hữu cơ có độc tính cao chiếm tới trên 70% trong số các lọai thuốc trừ sâu. Sự ô nhiễm thuốc BVTV của đất không những làm thay đổi chức năng và kết cấu bình thường của đất, mà còn làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của thực vật, từ đó qua chuỗi thức ăn mà ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Trong nông nghiệp sử dụng nhiều thuốc trừ sâu và thuốc trừ bệnh không những làm ô nhiễm nông phẩm mà còn làm ô nhiễm nghiêm trọng môi trường. Ví dụ chim ăn những nông phẩm bị ô nhiễm thì tỷ lệ đẻ trứng sẽ giảm, vỏ trứng mỏng đi, nếu nghiêm trọng có thể dẫn đến tuyệt chủng. Nhiều lọai thuốc trừ sâu, trừ bệnh không những gây ra hiệu ứng cấp tính gây chết người, còn sinh ra những tai biến lâu dài như gây ung thư, gây dị dạng, gây đột biến gen...

Hiệu ứng sinh thái của dầu mỏ đối với môi trường

Các chất dầu mỏ khi xâm nhập vào môi trường, do những cơ chế sinh học và phi sinh học (chủ yếu là oxy hóa quang hóa học), dần dần được phân hủy. Nhiều nghiên cứu chứng tỏ, trong các yếu tố làm sạch ô nhiễm dầu mỏ trong thiên nhiên, thì vi sinh vật cũng đóng vai trò quan trọng. Vùng tưới tiêu Thẩm Dương-Phủ Thuận ở Trung Quốc có trên 13.333 ha ruộng lúa, suốt 40 năm qua chủ yếu tưới bằng nước thải của xưởng lọc dầu chứa dầu mỏ, nhưng vẫn chưa phát hiện thấy có lượng dầu tích lũy và những tác hại cụ thể. Nguyên nhân chủ yếu do tác dụng phân giải của hệ sinh thái vi sinh vật trong vùng tưới tiêu đã bị ô nhiễm dầu mỏ. Mặt biển bị ô nhiễm dầu mỏ (như tai nạn vỡ tàu chứa dầu, rò rỉ dầu…) cũng gây ô nhiễm dầu mỏ. Ô nhiễm dầu mỏ đều gây nguy hại cho môi trường, và cần tiến hành các biện pháp phân giải sinh học.

Dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp gồm khỏang 200-300 loại hợp chất, gồm các hydrocarbon mạch thẳng, mạch vòng, mạch thơm và những hợp chất phi hydrocarbon. Tính chất phân hủy sinh học của dầu mỏ tùy thuộc vào chủng lọai và kích cỡ phân tử hydrocarbon của chúng. Chuỗi n-alkane có độ dài trung bình (C₁₀~C ₂₄) dễ bị phân hủy nhất, hydrocarbon mạch ngắn đối với nhiều vi sinh vật là độc hại, nhưng lại dễ bay hơi. Hydrocarbon mạch càng dài, tính đề kháng sinh học càng tăng. Về lọai hình hydrocarbon, mạch thẳng dễ phân hủy hơn mạch vòng; hydrocarbon không no dễ phân hủy hơn hydrocarbon no; mạch thẳng dễ hơn mạch phân nhánh; phân nhánh càng nhiều,vi sinh vật càng khó phân hủy, cuối chuỗi có nguyên tử carbon bậc 4 thì lại càng khó khăn hơn; hydrocarbon thơm mạch vòng rất khó hoặc không thể phân hủy được.

Hiệu ứng sinh thái của các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước

Nước thải sinh họat thành thị và nước thải của các nhà máy dùng chất hữu cơ làm nguyên liệu thường chứa rất nhiều chất hữu cơ cao phân tử là thành phần của sinh vật cũng như các sản phẩm trao đổi chất trung gian, đó là hydratcarbon, protein, lipid, amino acid, acid béo v.v…Những chất này tuy không độc nhưng dễ được vi sinh vật phân hủy hơn, cũng do đó tiêu hao nhiều oxy hòa tan trong nước gây nguy hại tới môi trường.

Ô nhiễm phenol trong nước chủ yếu là từ các nguồn nước thải chứa phenol, chẳng hạn từ xưởng luyện than cốc, xưởng khí than, xưởng lọc dầu, xưởng chưng cất gỗ, xưởng nhựa tổng hợp, xưởng tổng hợp cellulose, xưởng sản xuất các loại như thuốc nhuộm, dược phẩm, hương liệu, thuốc BVTV, sợi thủy tinh, sơn, chất diệt khuẩn, thuốc thử hóa học… Phenol là chất ô nhiễm gây độc nhưng độc tính tưong đối thấp. Hợp chất phenol gây độc cho cá, nếu trong thịt cá có mùi kerosen là hậu quả của việc nhiễm độc phenol.

Ô nhiễm dầu mỏ nguy hại đến chất lượng nước cũng như sinh vật thủy sinh. Dầu nổi trên mặt nước có thể lan tỏa nhanh chóng, hình thành váng dầu, làm ngăn cản mặt nước tiếp xúc với không khí, làm giảm oxy hòa tan. Dầu mỏ chứa chất gây ung thư hydrocarbon thơm đa vòng (polycyclic aromatic hydrocarbon), tích tụ qua cơ thể sinh vật thủy sinh rồi ảnh hưởng tới sức khỏe con người.

Hiệu ứng sinh thái của các chất ô nhiễm thể rắn

Các chất ô nhiễm thể rắn tùy nhu cầu khác nhau, trường hợp khác nhau, ở những nước khác nhau, mà mang những ý nghĩa khác nhau. Nói chung đó là các rác thải rắn hay thể bùn sản sinh từ những họat động sản xuất, lưu thông và tiêu thụ trong xã hôi, không còn có giá trị sử dụng và bị lọai thải. Chất thải rắn có thể là rác thải thành thị, rác thải công nghiệp và rác thải nông nghiệp, Những chất này vừa là rác thải, nhưng cũng có thể là nguồn tài nguyên có thể khai thác.

Chất thải rắn có những đặc tính sau đây:

- Tính vô chủ: sau khi bị lọai thải, không còn thuộc về ai, đặc biệt là đối với rác thải thành thị.

- Tính phân tán: sau khi bị vứt bỏ sẽ nằm rải rắc nhiều nơi, cần phải thu gom lại.

- Tính nguy hại: gây bất lợi cho sản xuất và cho sinh họat và gây nguy hại đến sức khỏe con người.

- Tính hai mặt, rác thải độc hại có thể xử lý để trở thành những nguồn tài nguyên quý giá.

Chất thải nguy hại đến môi trường liên quan đến tính chất và số lượng. Nếu ở mức nhất định sẽ không gây nguy hại tới môi trường, ở nông thôn trên khắp thế giới người ta tiến hành ủ phân các chất thải hữu cơ, không gây ra bất cứ vấn đề môi trường nào. Khi chất thải rắn tích tụ đến mức độ nhất định sẽ sinh ra ô nhiễm môi trường. Ngòai yếu tố số lượng, tính chất của chất thải rắn cũng quyết định mức độ nguy hại của chúng. Rác xây dựng là chất thải không độc hại, dù lượng có lớn, cũng không gây ô nhiễm và nguy hại đến môi trường. Pin, đèn ống hỏng… dù lượng không lớn, nếu vứt tùy tiện, sẽ gây ô nhiễm nghiêm trọng và nguy hại đến môi trường. Do đó, khi xử lý chất thải rắn, phải nắm vững về sồ lượng và mức độ cần xử lý. Nhấn mạnh quá mức độc tính và số lượng chất thải rắn sẽ làm tăng giá thành xử lý và ảnh hưởng đến khả năng khống chế ô nhiễm môi trường. Trên thực tế mức độ khống chế ô nhiễm rác thải rắn liên quan mật thiết đến trình độ phát triển kinh tế của đất nước cũng như mức sống của dân chúng.

Nhiều chất thải rắn là những chất thải có hại, nếu xử lý không thỏa đáng, những hóa chất độc hại và vi sinh vật gây bệnh trong đó có thể thông qua vòng tuần hòan vật chất và nước ngầm m,à đi vào hệ sinh thái nhân loại,làm gây hại đến cơ thể người, đồng thời phá họai môi trường sinh thái, dẫn đến những sự thay đổi sinh thái khó có thể đảo ngược. Một số chất gây ô nhiễm có thể bay vào khí quyển, một số khác nhiều hơn xâm nhập qua tiếp xúc, ăn uống , qua nguồn nước bị ô nhiễm mà đi vào cơ thể người.

Tiềm lực to lớn phân hủy các chất gây ô nhiễm của vi sinh vật bắt nguồn từ đặc điểm của chúng

- Vi sinh vật có thể tích nhỏ, bề mặt lớn, tốc độ trao đổi chất nhanh:Lấy vi khuẩn làm ví dụ, nếu xếp được 3000 trực khuẩn nối tiếp nhau mới có được chiều dài của 1 hạt gạo. Phải có 2 nghìn tỷ vi khuẩn mới có bình quân 1g.Với thể tích vật thể càng nhỏ, diện tích bề mặt của tất cả các đơn vị càng lớn. Rõ ràng, diện tích bề mặt của quần thể vi sinh vật lớn hơn rất nhiều so với bất kỳ lòai sinh vật khác.

- Vi sinh vật có chủng lọai nhiều, phân bố rộng khắp, lọai hình trao đổi chất lại rất đa dạng:

Nhờ có các lọai hình trao đổi chất cực kỳ đa dạng, làm cho hầu hết các chất hữu cơ trong thiên nhiên đều bị vi sinh vật phân hủy. Cho đến nay chúng ta đã biết có đến vài trăm ngàn chất gây ô nhiễm môi trường, trong đó đa số là các chất hữu cơ. Tất cả các chất gây ô nhiễm hữu cơ, có thể chia thành 3 lọai: loại có thể phân hủy sinh học, loại khó phân hủy sinh học và loại không có thể phân hủy sinh học. Có thể nói, hầu hết các chất hữu cơ tồn tại trong thiên nhiên đều có thể bị vi sinh vật phân hủy. Có những loài vi khuẩn như Pseudomonas cepacia có thể phân hủy trên 90 loại chất hữu cơ khác nhau, chúng có thể sử dụng bất kỳ một trong những chất đó làm nguồn carbon và năng lượng duy nhất để tiến hành trao đổi chất. Một ví dụ khác, methyl thủy ngân rất độc với sinh vật, nhưng chủng vi khuẩn Pseudomonas K62 lại có thể phân hủy và chuyển hóa thành Hg nguyên tố.

- Nhờ có năng lực biến dị mạnh, nên nhiều vi sinh vật có khả năng phân hủy được các chất hữu cơ cao phân tử tổng hợp nhân tạo.

Hơn nửa thế kỷ nay, chất hữu cơ tổng hợp nhân tao ồ ạt ra đời, đó là các thuốc trừ sâu, thuốc trừ cỏ, chất tẩy rửa, chất tạo dẻo…Một trong những mục đích ban đầu khi sáng chế ra những chất đó là đòi hỏi phải có tính ổn định cao. Bởi vậy khi vi sinh vật tiếp xúc với những chất đó, lúc đầu không phân hủy được là dễ hiểu. Do vi sinh vật có các lọai hình trao đổi chất cực kỳ đa dạng và có năng lực biến dị mạnh, cho nên đã phát hiện thấy những vi sinh vật có thể phân hủy được nhiều lọai chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo, thậm chí cả những chất mà trước đây cho là không thể phân hủy được.Từ các chủng biến dị có thể chọn ra đươc những chủng có khả năng phân hủy cao các chất gây ô nhiễm, và có thể sử dụng nguyên lý đó để thuần hóa định hướng, nhằm chọn ra những chủng vi sinh vật có hiệu suất phân hủy cao các chất gây ô nhiễm vốn khó hoặc không phân hủy được.

- Vi sinh vật có hệ thống điều chỉnh các enzyme phân hủy và năng lực phân hủy gọi là Plasmid

Vi sinh vật tổng hợp ra các enzyme men phân hủy, các enzyme này vừa mang tính đặc hiệu, lại vừa có tính chuyển đổi. Vi sinh vật có thể linh họat thay đổi con đường điều khiển và trao đổi chất của chúng, cùng một lúc có thể sinh ra các lọai enzyme khác nhau để thích nghi với những môi trường khác nhau, giúp phân hủy và chuyển hóa các chất gây ô nhiễm trong môi trường. Plasmid là phân tử DNA dạng vòng trong tế bào vi khuẩn, là vật chất di truyền ngoài nhiễm sắc thể. Plasmid phân hủy mã hóa cho các gen có thể giúp vi khuẩn tạo ra các enzyme chủ chốt trong quá trình phân hủy sinh học. Plasmid đề kháng giúp vi khuẩn đề kháng được với nhiều chất kháng sinh và hóa chất độc hại như thuốc trừ sâu, kim lọai nặng. Sự hiện diện của plasmid không ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển của tế bào chủ, nhưng khi gặp độc chất, plasmid bằng sản phẩm enzyme của mình sẽ mang lại nhiều ưu thế lựa chọn cho tế bào chủ. Bằng công nghệ gen, có thể chuyển plasmid giữa các tế bào khác lòai, những tế bào tiếp nhận plasmid sẽ đồng thời nhận được những tính trạng do plasmid đó mang lại. Nhiều nghiên cứu cho biết, sự phân hủy sinh học đối với nhiều hợp chất độc, nhất là các lọai hydrocarbone thơm phức tạp, đều có sự tham gia của plasmid. Việc di chuyển plasmid có tính chất phân hủy khác nhau từ tế bào cho sang tế bào nhận, có thể tạo nên những vi khuẩn chứa nhiều plasmid, có thể tham gia xử lý đồng thời xử lý nhiều thành phần trong nước thải và chất thải rắn.

Sự trao đổi chất chung của vi sinh vật giúp mở rộng phạm vi tác dụng của đối với các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy

Sự trao đổi chất chung là một hình thức tác dụng khác của vi sinh vật đối với chất hữu cơ. Trao đổi chất chung của vi sinh vật được nêu lên sớm nhất từ năm 1959 bới Leadbeter và Foster. Họ phát hiện hiện thấy vi khuẩn metan (Pseudomonas methanica) có thể oxy hóa etan (ethane, CH₃CH₃) thành ethanol, acetaldehyde nhưng lại không sử dụng được ethanol làm cơ chất để sinh trưởng. Hai ông đã gọi hiện tượng này là sự oxy hóa chung, với định nghĩa là khi tồn tại cơ chất sinh trưởng, vi sinh vật oxy hóa những chất không phải cơ chất sinh trưởng, có nghĩa là vi thuẩn metan đã sử dụng những cơ chất sinh trưởng dễ phân hủy ngòai etan để làm nguồn C và nguồn năng lượng. Trong quá trình sinh trưởng chúng đã sinh ra những enzyme không đặc hiệu, vừa có thể oxy hóa cơ chất sinh trưởng, vừa có thể oxy hóa etan. Etan không phải là cơ chất sinh trưởng, nhưng dưới tác dụng của oxydase không đặc hiệu đã bị oxy hóa thành ethanol và acetaldehyde. Quá trình oxy hóa chung của etan không tách rời được với những enzyme chủ chốt không đặc hiệu do vi khuẩn metan sinh ra, nhưng lại không thể cung cấp cho vi khuâne metan năng lượng cần thiết để duy trì sư sống và nguyên liệu cần thiết cho trao đổi chất. Về sau Jensen đã mở rộng nội dung này và đề ra khái niệm trao đổi chất chung. Ông cho rằng, khi tồn tại những cơ chất sinh trưởng, họat tính của vi sinh vật sẽ tăng cường, sự phân hủy của vi sinh vật đối với những chất không phải cơ chất sinh trưởng, không kể là oxy hóa hay khử, đều là tác dụng trao đổi chất chung. Trao đổi chất chung không những chỉ sự phát triển của tế bào khi có mặt cơ chất sinh trưởng, đối với các chất không phải cơ chất sinh trưởng, mà còn bao gồm sự chuyển hóa của vi sinh vật ở trạng thái hô háp nội nguồn khi cơ chất sinh trưởng bị tiêu hao hết đối với các chất không phải cơ chất sinh trưởng.

Trao đổi chất chung của vi sinh vật có thể tồn tại trong những tình huống như sau:

-Nhờ phân hủy các chất hữu cơ khác mà thu được năng lượng và nguồn C.

- Thông qua việc hợp tác với vi sinh vật khác mà tạo ra sự trao đổi chất chung, thực hiện việc phân hủy các chất gây ô nhiễm.

-Nhờ sự tổng hợp cảm ứng do các chất làm sinh ra hệ enzyme tương ứng, sinh ra tác dụng trao đổi chất chung.

Sự tồn tại của trao đổi chất chung đã tăng cường mạnh mẽ khả năng phân hủy sinh học đối với các chất khó phân hủy. Ví dụ, một số thuốc trừ sâu khó phân hủy, không giúp ích gì cho sự sinh trưởng của vi sinh vật, nhưng thông qua trao đổi chất chung của nhiều nhóm vi sinh vật mà có thể phân giải từng phần hoặc toàn bộ thuốc trừ sâu đó. Chănghr hạn sự trao đổi chất chung giữa các vi khuẩn Aerobacter aerogenes và Hydrogenomonas sp. giúp chuyển hóa DDT thành sản phẩm trung gian rồi bị phân hủy tiếp bởi các vi sinh vật khác. Điều đó cho thấy trong thiên nhiên quá trình trao đổi chất chung có ý nghĩa cực kỳ quan trọng trong quá trình phân hủy các chất khó phân hủy.

Những vi sinh vật đã được phát hiện thấy có quá trình trao đổi chất chung gồm có: Achromobacter sp., Arthrobacter sp., Aspergillus niger, Azotobacter chrooccocum, Bacillus megaterium, Bacillus sp., Brevibacterium sp., Flavobacterium sp., Hydrogenomonas sp., Micrococus cerificans, Micrococcus, Microbacterium sp., Nocardia erythropolis, Nocardia sp., Pseudomonas fluorescens, Penecilium methanica,Pseudomonas pudita, Pseudomonas sp., Trichoderma viride, Vibrio sp., Xanthomonas sp,.

Sự trao đổi chất chung không những nêu lên một vấn đề mới về cơ chế oxy hóa sinh học mà còn được coi như một kỹ thuật sinh hóa được ứng dụng trong việc phân hủy sinh học các chất thải thuộc nhóm hợp chất thơm. Hanne, Jaakko, Woods, Mary… đã sử dụng nguyên lý trao đổi chất chung tồn tại trong nồi phản ứng kỵ khí, thông qua việc thêm những cơ chất sơ cấp để xử lý nước thải chứa clorophenol, giúp loại bỏ được chất độc khó phân hủy này.

Tác dụng phân hủy sinh hóa học nhờ vi sinh vật

Phân hủy sinh học là sự phân hủy chất gây ô nhiễm bằng sinh vật, mà trong đó vi sinh vật đóng vai trò lớn nhất, cho nên còn có thể gọi là phân hủy vi sinh vật. Vi sinh vật thông qua họat động trao đổi chất của mình để thể hiện tác dụng phân hủy sinh hóa học trong môi trường qua các mặt sau đây:

a- Quá trình oxy hóa:

- Oxy hóa rượu: ─ CH₂OH → CH₃CH₂OH (ethanol) → CH₃COOH (acid acetic). Arthobacter oxydans thì tiến hành phản ứng CH₃CH₂OHCH₂OH (propanediol) → CH₃CHOHCOOH (acid lactic)

- Oxy hóa aldehyd: như CH₃CHO (acetaldehyd) → CH₃COOH (acid acetic); tiến hành bởi Pseudomonas aeruginosa.

- Oxy hóa gốc methyl: như C₆H₅CH₃ (toluen) → C₆H₅COOH (acid benzoic); tiến hành bởi Pseudomonas aeruginosa.

- Oxy hóa ammon: như ammon (NH­₃^-) → Nitrite (NO₂^-); do Nitrosomonas tiến hành.

- Oxy hóa acid nitrite: Nitrite ( NO₂^-) → Nitrate (NO₃^-); do Nitrobacter tiến hành. - Oxy hóa lưu hùynh: Lưu huỳnh ( S ) → Sulfate (SO₄^-); do Thiobacillus thiooxidans tiến hành

- Oxy hóa sắt: Fe²⁺→Fe³⁺ ; do Thiobacillus ferrooxidans tiến hành.

b- Quá trình khử: - Khử gốc eten (ethene,ethylene): ─CH─CH─→─CH₂─CH₂─, như acid fumaric → acid succinic, do Escherichia coli tiến hành. - Khử rượu: =CH─OH─ → =CH_2, như CH₃CHOHCOOH (acid lactic) → CH₃CH₂COOH (acid propionic), do Clostridium propionicum tiến hành. - Khử nitrate:Nitrate (NO₃)→ammon (NH₃ ); nhiều vi sinh vật đất có thể tiến hành phản ứng này.

- Khử sulfate: H₂SO₄→H₂S ; do vi khuẩn Desulfovibrio desulfuricans tiến hành. c- Quá trình khử carboxyl (decarboxylation): ─CH₂─COOH → CH₃, như quá trình khử carboxyl trong acid succinic → acid propionic. Propionibacterium pentosaceum có thể tiến hành phản ứng decarboxyl đối với acid succinic.

d- Quá trình khử amin (deamination): =CH─NH₂─→ =CH₂+NH₃, như khử alanin dưới tác dụng của Bacillus putrificus có thể khử amin để thành acid propionic.

e- Quá trình thủy phân: như thủy phân các ester, nhiều vi sinh vật đất tiến hành phản ứng này.

f- Quá trình ester hóa: acid carbocynic với alcool xẩy ra phản ứng ester hóa: R─COOH + R^-─OH → R─COOR^- + H₂ O, như nấm men Hanenula anomala có thể chuyển biến acid lactic thành ester lactat.

g- Quá trình mất nước: ─CH₂─CHOH→─CH=CH─+H₂O, như chuyển từ glycerin thành acrolein, vi khuẩn Bacillus tiến hành phản ứng này.

h- Phản ứng trùng hợp: ─CHO + CH₃CHO→CHOH─CO─CH₃ như từ glycerine thành acrolein (acryladehyd), một số nấm men có thể trùng hợp aldehyde thành 3-carbocyl methyletyl keton.

i- Quá trình ammon hóa: C=O → =CH─NH₂, như phản ứng ammon hóa của acid pyruvic tạo thành alanin dưới tác dụng của một số nấm men

k- Quá trình acetyl hóa (acetylization): Như Clostridium kluyvery có thể có tác dụng acetyl hóa.

Với các chất hữu cơ phức tạp quá trình phân hủy sinh học (biodegradation) có thể xảy ra bằng phương thức loại bỏ ion halogen (dehalogenation), thủy phân làm cắt mạch (fracmentation) và vô cơ hóa (mineralization).

Những yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phân hủy của vi sinh vật đối với chất gây ô nhiễm

a- Hoạt tính trao đổi chất của vi sinh vật

Bản thân họat tính trao đổi chất của vi sinh vật là yếu tố chủ yếu nhất đối với việc phân hủy chất gây ô nhiễm. Những vi sinh vật khác nhau sẽ có những phản ứng khác nhau đôi với cùng một chất hữu cơ hoặc kim lọai nặng. Trong pha logarit, vi sinh vật có tốc độ sinh trưởng nhanh nhất, trao đổi chất và có họat tính mạnh nhất. Bản chất của từng loài vi sinh vật quyết định phương hướng và mức độ phân hủy từng hợp chất. Trong vùng đất và nước có nhiều hydrocarbon, những vi sinh vật sử dụng được hydrocarbon sẽ chiếm ưu thế, đó là kết quả của sự tích lũy tự nhiên.

b- Tính thích ứng của vi sinh vật

Vi sinh vật có vật chất di truyền đơn giản, có kiểu trao đổi chất đa dạng, cho nên có tính thích ứng và tính thuần hóa rất cao. Qua quá trình thích ứng, vi sinh vật có thể dùng chất mới tổng hợp được để kích thích việc tổng hợp những enzyme cần thiết cho sự phân hủy. Hoặc do vi sinh vật bị đột biến mà tạo ra hệ enzyme mới. Nói chung, kết cấu quần lạc vi sinh vật không ngừng phát triển và thay đổi theo điều kiện của môi trườg mới.

c- Kết cấu hóa học và kích thước phân tử của chất gây ô nhiễm

Thông thường các hydrocarbon mạch thẳng dễ bị phân hủy hơn so với các hydrocarbon mạch vòng, hydrocarbon không no dễ bị phân hủy hơn so với các hydrocarbon no. Khi C trên mạch chính bị các nguyên tố khác thay thế, vi sinh vật sẽ khó oxy hóa hơn, tức là nguyên tử khác trên mạch chính khó được vi sinh vật sử dụng hơn áo với carbon, trong đó ảnh hưởng của O là rõ ràng nhất, rồi đến S và N. Hợp chất mà mỗi nguyên tử C trên mạch ít nhất giữ được 1 liên kêt C-H thì ít cản trở hơn đối với sự oxy hóa sinh học. Khi các gốc H trên nguyên tử C đều bị thay thế bằng gốc alkyl hoặc gốc thơm, ntức là nguyên tử C bậc 4, thì không dễ bị vi sinh vật phân hủy. Kích thước phân tử ảnh hưởng rất lớn đến khả năng phân hủy sinh học. Với các hợp chất cao phân tử khả năng phân hủy sinh học bị giảm. Các chất tẩy rửabắt đầu được sản xuất từ năm 1954, về sau ngày cang mở rộng phạm vi ứng dụng, không những trong sinh hoạt mà cả trong nhiều ngành công nghiệp như công nghiêp cellulose, dệt, giấy, thực phẩm, da, tẩy rửa kim loại... Sau thập niên 50 của thế kỷ 20, sản lượng chất tẩy rửa trên thế giới tăng mỗi năm lên tới hàng chục triệu tấn, vậy mà không thấy chúng tăng lên rõ rệt trong đất cũng như trong cơ thể động thực vật. Điều đó chứng tỏ chúng được chuyển hóa, loại trừ nhanh trong môi trường, chủ yếu nhờ tác dụng của vi sinh vật, và cũng do sử dụng các chất tẩy rửa có cấu trúc phù hợp cho sự phân hủy của vi sinh vật.

d- Các yếu tố khác trong môi trường:

Đó là các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, pH, oxy, chất dinh dưỡng và sự cạnh tranh giữa các lòai. Ảnh hưởng của nhiệt là rất rõ rệt đối với họat tính của từng loại enzyme. Trong những mội trường có nồng độ oxy thấp (như ao hồ, đầm lầy, đất ngập nước…) họat động của vi sinh vâth kỵ khí sẽ chiếm ưu thế. Phương thức hô hấp liên quan mật thiếi đến điện thế oxy hóa khử, khi điện thế oxy hóa khử càng thấp, thuốc trừ sâu 666 (hexachloro-cyclohexane) và các dẫn xuất của nó phân hủy càng nhanh.

Sự chuyển hóa và phân hủy của vi sinh vật đối với các chất ô nhiễm hữu cơ thiên nhiên

a- Sự phân hủy của vi sinh vật đối với chất hữu cơ cao phân tử nguồn gốc sinh học

Nước thải đô thị cũng như nước thải của các ngành công nghiệp có sinh vật là nguyên liệu, thường chứa rất ngiều chất hữu cơ cao phân tử có nguồn gốc sinh học và các sản phẩm trao đổi chất trung gian của chúng ( hydratcarbon, protein, lipid, amino acid v.v…). Những chất này tuy không độc và nói chung, dễ bị vi sinh vật phân hủy, nhưng cũng từ đó tiêu hao oxy hòa tan trong nước, gây hại đến môi trường, làm tôm cá chết và gây ra sự thối rữa.

- Phân hủy polysaccaride

Polysaccaride khi bị vi sinh vât phân hủy, thường do enzyme ngọai bào thủy phân thành đơn chất rồi do enzyme nội bào thủy phân tiếp.

Cellulose là thành phần chính thành tế bào thực vật, chiếm 35 – 60% trọng lượng thực vật và là chất ô nhiễm hữu cơ lớn nhất trong thiên nhiên. Cellulase của vi sinh vật gồm 3 lọai khác nhau: C_1, C_x và β-glucosidase. Enzyme C₁ thủy phân cellulose thiên nhiên chưa bị cắt ngắn. Enzyme C_x còn gọi là β-1,4- glucanase, cắt ngắn tiếp các polyose và oligoose đã được cắt ngắn . Dưới tác dụng của vi sinh vật phân giải cellulose hiếu khí, glucose có thể oxy hóa triệt để thành CO₂ và nước, Dưới tác dụng của vi sinh vật phân giải cellulose kỵ khí, glucose có thể lên men butyric, sinh ra acid butyric, butanol, acid acetic, ethanol, CO_2, H₂. Các vi sinh vật phân hủy cellulose gồm các vi khuẩn hiếu khí như Cytophaga, Cellvibribrio, Cellulomonas…,vi khuẩn kỵ khí như Clostridium omelianskii, Clostridium thermocellulaseum, nấm có Trichoderma, Aspergillus, Penicillium, Stachybotrys, Thermoascus….

Cấu trúc của cellulose (theo J.W.Lengeler và cộng sự).

Tinh bột chia thành tinh bột mạch thẳng (amylose) và tinh bột mạch nhánh (amylopectin) Đơn vị glucose trong tinh bột mạch thẳng nối với nhau bằng liên kết α-1,4 glucosid; tinh bột mạch nhánh ngoài liên kếti α-1,4 còn có liên kết α-1,6 glucosid. Trong tinh bột thiên nhiên có 10-20% là tinh bột mạch thẳng, còn lại là tinh bột mạch nhánh. Tinh bột là nguồn năng lượng và nguồn C quan trọng của nhiều lòai vi sinh vật dị dưỡng, chúng sinh enzyme amylase thủy phân tinh bột thành maltose và glucose, rồi đi vào trong tế bào để vi sinh vật sử dụng.

Tinh bột và các enzyme thủy phân tinh bột. Theo J.W.Lengeler và cộng sự

Amylase của vi sinh vật có 4 loại: α-amylase, β-amylase, Iso-amylase và Glucoamylase.Tinh bột dưới tác dụng cộng đồng của 4 loại men trên, có thể thủy phân hòan tòan thành glucose. Trong các hydrat carbon có cấu trúc tương tự tinh bột còn có glycogen, pullulan, cyclodextrin. Để tạo thành pullulan cần có enzyme pullulanase. Để tạo thành cyclodextrin cần có enzyme cyclodextrin glucosyl transferase. Rất nhiều vi sinh vật có khả năng phân giải mạnh mẽ tinh bột, đó là vi khuẩn Bacillus, Pseudomonas, Athrobacter, Achromobacter Agrobacterium, Clostridium amylolyticum, Clostridium amylobacter và rất nhiều chi nấm sợi khác nhau.

Propectin là chất keo thiên nhiên không tan trong nước, là thành phần chính trong chất gian bào của thực vật bậc cao. Propectin là loại cao phân tử polyanionic chủ yếu do các acíd D-galacturonic nối với nhau qua liên kết α-(1,4) D-galacturonic acid, ngoài ra còn có các gốc đường rhamnose, tiếp nối bằng liên kết (1,2) D-rhamnose. Propectin bị thủy phân thành pectin hòa tan nhờ enzin propectinase.Pectin hòa tan dưới tác dụng của pectinmethyl esterase (pectase) bị thủy phân thành acid pectinic rồi thủy phaqan tiếp thành các hợp chất đơn giản được vi sinh vật hấp thụ.

Cấu tạo của pectin và hemicellulose Mô thực vật chứa rất nhiều hemicellulose, chỉ đứng sau cellulose, chíêm tới 25-40% trong cây một năm và 25-35% trong cây cây gỗ. Hemi-cellulose là chất trùng hợp cao phân tử của nhiều lòai pentose và hexose, ngoài glucose còn có xylose, mannose, galactose, rhamnose và arabinose. Thường chứa 500-3000 đường đơn trong khi cellulose có tới 7000-15 000 gốc glucose. Có lọai hemicellulose chỉ do 1 lọai đường đơn tạo nên, như polyxylose, polygalactose, polymannose; có những hemicellulose do nhiều loại đường đơn, acid mannuronic, acid galacturonic tạo nên. So với cellulose, hemicellulose dễ bị vi sinh vật phân hủy hơn. Do thành phần khác nhau, nên các lọai enzyme phân hủy cũng khác nhau.

Lignin là chất trùng hợp cao phân tử của nhóm hợp chất thơm, có rất nhiều trong mô thực vật hóa gỗ và kẽ hở giữa các sợi cellulose trên thành tế bào, có tác dụng làm tăng cường độ bền cơ học. Kết cấu lignin rất phức tạp, lấy vòng benzene làm hạch tâm, trùng hợp từ một hoặc nhiều chất thơm và có nhánh propane, đồng thời thường kết hợp với các lọai polyose.

Lignin là thành phần khó phân giải nhất của thực vật, thường do vi khuẩn phân hủy lignin thành nhóm chất thơm, rồi do nhiều vi sinh vật phân giải tiếp. Tốc độ phân giải linin rất chậm và có một phần rất khó phân giải. Các nghiên cứu chứng tỏ, chất mùn có thành phấn kết cấu giống lignin,được cho là từ các hợp chất thơm sinh ra trong quá trình phân giải lignin tái trùng hợp mà thành. Các lọai vi sinh vật phân giải hòan tòan lignin các lòai nấm, vi khuẩn, trong đó nấm đóng vai trò chủ yếu.

Cấu trúc của lignin và các thành phần cấu tạo của lignin - (T heo J.W.Lengeler và cộng sự).

Các loại nấm mũ thường phá hủy lignin mạnh mẽ là Phanerochete chrysosporium, Berkandera adusta, Thametes versicolor, Pleurotus ostreatus, Dichomitus squalens, Ceriporriopsis subvermispora... Ngòai ra còn có một số xạ khuẩn, vi khuẩn cũng có năng lực phân hủy lignin, nhưng thường sử dụng enzyme nội bào. Chúng thường thuộc các chi như Streptomyces, Arthrobaeter, Micromonaspora, Nocardia, Clostridium, Pseudomonas, Acinetobacter, Bacillus... Mô hình thường dùng để nghiên cứu việc phân giải lignin là nấm Phanerochete chrysosporium.

Chất béo trong cơ thể động, thực vãt chủ yếu gồm lipid, lipoid và chất sáp. Glycerin là sản phẩm thủy phân của chất béo.Vi sinh vật sử dụng acid béo thông qua quá trình β-oxy hóa, phân hủy thành nhiều acid acetic, sau đó oxy hóa thành CO₂. Trong điều kiện không thoáng khí , acid béo khó phân hủy mà thường tích lũy lại. Các vi sinh vật phân hủy chất béo phần lớn là vi khuẩn hiếu khí thuộc các chi như Pseudomonas, Mycobacterium, Achromobacter, Bacillus.... Một số vi sinh vật có khả năng loại trừ các độc tố nấm (mycotoxin). Hiện đã biết tới trên 100.000 loài nấm, trong đó có khoảng 400 loài có sản sinh các độc tố. Độc tố nâm làm ô nhiễm ngũ cốc, cây lấy dầu và các nông phẩm khác. Đây là mối hiểm nguy tòan cầu đối với sự an toàn của thức ăn gia súc, gia cầm.. Độc tố nâm còn trực tiếo hoặc gián tiếp gây ô nhiễm thực phẩm, làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Phương pháp tốt nhất để tránh nguy hại của độc tố nấm là tạo ra các giống đề kháng đối với các nấm sinh độc tố. Hiện nay, việc tạo giống lúa mì và ngô kháng nám bệnh đã có tiến bộ vượt bậc, nhưng vẫn chưa có giống nào mang tính đề kháng hòan tòan. Cải tiến các khâu thu hoặch, dự trữ, chế biến cũng là phương pháp có lợi để hạn chế nấm sợi phát triển và sinh độc tố. Ngòai ra dùng hóa chất để xử lý nông phẩm cũng là một phương pháp khả thi. Ví dụ, người ta đã tìm thấy khoảng 100 hợp chất có thể ức chế việc sản sinh ra aflatoxin.

Dùng vi sinh vật để phân hủy độc tố nấm để khử độc tố nấm cũng là một phương pháp có ích. Scott đã dùng 3 chủng nấm men khác nhau khi lên men có bổ sung độc tố nấm và nhận thấy có thể giảm bớt đựoc 28% độc tố fumagillin A và 17% fumagillin B do Aspegillus fumigtus sinh ra, giảm bớt đựoc 13% ochratoxin do Aspergillus ochraceus sinh ra, háp thu được 21% ochratoxin nhưng chưa hấp thu được fumagillin. Vào thập kỷ 60 của thế kỷ 20, Cieglar đã phát hiện thấy trên 1000 loài vi sinh vật có khả năng phân giải Aflatoxin do nâm Aspergillus flavus và Aspergillus paragiticus sinh ra. Trong đó chủng Flavobacterium B-184 có lọai trừ aflatoxin một cách triệt để.

Aflatoxin B1 và B2 Ochratoxin A và B Fumagillin. Hình: Một số loại độc tố nấm quan trọng .

b- Vi sinh vật phân hủy các hợp chất hydrocarbon

Hydrocarbon bao gồm rất nhiều chất có phân tử lượng từ 16 (methane) đến khoảng 1000. Trong đó có chất ở nthể khí (methane, ethane, propane, butane, acetylene, ethylene, propyne…), thể lỏng bay hơi (xăng, benzene, toluen), cũng có ở thể rắn (paraffin). Chúng thuộc về các nhóm, lần lượt thuộc các nhóm alkanes, olefines, acetylenes, hydrocarbon thơm (arene), hydrocarbon alicyclic. Dầu mỏ là hỗn hợp phức tạp của nhiều lọai hydrocarbon và một ít chất hữu cơ khác. Một mẫu dầu mỏ điển hình, gồm tới 200-300 loại hydrocarbon khác nhau. Sinh vật cũng tổng hợp được nhiều loại hydrocarbon, như chất sáp trên lá cây là loại hydrocarbon C₂₅ - C₃₃ , carotenoid tổng hợp bởi thực vật bậc cao, tảo và vi khuẩn quang hợp cũng thuộc lọai hydrocarbon không bão hòa. Biểu bì của côn trùng, chất tiết ở da động vật có vú cũng có chứa hydrocarbon. Có loài lipoid của vi sinh vật chứa hydrocarbon mạch dài. Do đó, chất béo trong xác động, thực vật, vi sinh vật, trong nước thải của các nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy thuộc da… cũng là những nguồn hydrocarbon. Đồng thời trong các đầm lầy, ruộng nước, nước bẩn, dạ cỏ của động vật nhai lại, luôn luôn diễn ra quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ sinh ra metan.

Sự phân hủy sinh học (biodegradation) các alkan (theo.M.Maier và cộng sự). Sự phân hủy sinh học alken (theo.M.Maier và cộng sự).

Dưới đây là một số ví dụ về các quá trình phân giải các hợp chất hydrocarbon nhờ vi sinh vật:

- Oxy hóa metan:

-Oxy hóa etan, propan, butan: có thể thông qua một số vi khuiẩn sử dụng metan làm nguồn năng lượng và nguồn C, biến etan, propan, butan thành các acid hoặc keton tương ứng, chúng sẽ phân hủy tiếp nhờ nhiều lọai vi sinh vật khác nhau.

-Oxy hóa các hydrocarbon bậc cao

Oxy ban đầu của chúng có thể có 3 con đường: sinh ra acid carboxylic; sinh ra acid dicarboxylic; sinh ra ketone. Trong đó con đường thứ nhất hay gặp nhất.

- Oxy hóa alkan mạch thẳng: một số ví dụ:

Oxy hóa hydrocarbon mạch vòng không có gốc methyl ở đầu:

Sự phân giải alkan vòng thơm ( theo M.Maier và cộng sự).- Phân giải alkan vòng thơm:

-Phân giải alkan thơm đa vòng:

Vi sinh vật có khả năng phân hủy qua trao đổi chất rất mạnh mẽ, đa dạng hóa và với tốc độ nhanh cho nên được coi là con đường quan trọng nhất để khử hydrocarbon thơm đa vòng. Chủ yếu có 2 kiểu trao đổi chất:

• Hydrocarbon thơm đa vòng là nguồn C và năng lượng duy nhất.
• Hydrocarbon thơm đa vòng tiến hành cùng trao đổi chất với các chất hữu cơ khác, chuyển hóa chất ô nhiễm thành những sản phẩm cuối cùng ổn định và không độc hại (như nước, CO₂, rượu và acid đơn giản, sinh khối vi sinh vật…).

Sự phân hủy và chuyển hóa của vi sinh vật đối với các hợp chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo

a- Phân hủy nhờ vi sinh vật các hợp chất Polychlorinated biphenyls (PCBs)PCBs là những hợp chất Clo hữu cơ tổng hợp nhân tạo, dùng làm chất ổn định, đã được ứng dụng rộng rãi (trong dầu bôi trơn, dầu cách điện, chất tăng độ dẻo, chất tải nhiệt, sơn, mực in..). PCBs độc đối với da, gan, thần kinh, xương, còn là một nhân tố có thể gây ung thư. PCBs rất ổn định, khó phân hủy trong môi trường.

Bài viết đầu tiên về khả năng phân hủy nhờ vi sinh vật đối với PCBs được phát biểu vào năm 1974, đó là bài viết về các vi sinh vật phân lập từ đất có khả năng phân hủy PCBs. Năm 1978, một nhà khoa học Nhật đã phân lập được 2 chủng vi khuẩn phân hủy PCBs từ mẫu bùn lấy một hồ ở Wisconsin (Hoa Kỳ), đó là Alcaligenes sp. và Acinetobacter sp. Chúng đều có thể sinh enzyme chuyển hóa PCBs thành diphenyl và chlorobiphenyl, rồi hấp thu sau khi chuyển qua các dạng trung gian catechol.

Sự đồng hóa p-chlorobiphenyl sau khi phân hủy từ PCBs - Theo M.Maier và cộng sự

Vi sinh vật vừa phân hủy được những chất PCBs, vừa sử dụng chúng trong để trao đổi chất. Các nhà khoa học đã gây đột biến đối với chủng vi khuẩn t Pseudomonas sp., Serratia sp., Bacillus sp. để thu được các chủng có khả năng khoáng hóa PCBs thành CO₂ và nước.

b- Phân hủy nhờ vi sinh vật đối với các chất họat động bề mặt

Thành phần cơ bản chất tẩy rửa là các chất họat động bề mặt tổng hợp nhân tạo. Căn cứ tình trạng điện ly của các chất họat động bề mặt trong nước, có thê chia thành 4 lọai: dạng cation, dạng anion, dạng phi ion và dạng điện giải lưỡng cực. Chất họat động bề mặt anion được ứng dụng phổ biến nhất, mà trong đó muối alkyl benzen sulfonat (ABS) được dùng nhiều nhất.

Cấu trúc của ABS

Chất hoạt tính bề mặt đầu tiên là ABS phi tuyến tính, gốc methyl trên mạch nối alkyl trở ngại cho phân hủy sinh học. ABS trong nước có thể tồn lưu trên 600 giờ. Để cho chất họat động bề mặt dễ bị phân hủy sinh học hơn, người ta đa chuyển kết cấu chúng thành dạng alkyl benzen sulfonat mạch thẳng (Linear alkyl benzene sulfonate, LAS), nhờ vậy mà tốc độ phân hủy sẽ nâng cao rất nhiều. Hiện nay chất họat động bề mặt chủ yếu là các chất LAS.

Cấu trúc của LAS

Người ta đã phân lập được từ đất, nước, bùn họat tính các vi sinh vật sử dụng các chất họat động bề mặt làm nguồn C và nguồn năng lượng duy nhất, chủ yếu gồm những loài trong các chi Pseudomonas, Plesiomonas, Xanthomonas, Alcaligenes, Micrococcus, Nocardium. Azotobacter…Chi Azotobacter, ngoài lòai Azotobacter beijerinskii, đều là những loài tích cực tham gia phân hủy các chất họat động bề mặt. Nuôi cấy Azotobacter từ nguồn nước bẩn có chứa chất họat động bề mặt có ý nghĩa rất lớn, vì nhờ cố định N trong khí quyển, trong nước sẽ có thêm N hữu cơ, xúc tiến các vi sinh vật khác phát triển làm nâng cao tốc độ phân hủy chất tẩy rửa. Nhiều nghiên cứu cho thấy các chủng Alcaligences sp. và Bacillus sp. mang tính chuyên hóa cao và có hiệu suất phân hủy cao đối với LAS nên thường được ứng dụng để xử lý các nguồn nước bị chất họat động bề mặt gây ô nhiễm. Từ mỏ dầu người ta đã phân lập được chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy chất sodium dodecylbenzene sulfonate (SDS) ở nhiệt độ thấp và có hiệu suất phân hủy cao. Lâm Lực (Trung Quốc) từ vùng đất bị ô nhiễm dầu mỏ đã phân lập được 2 chủng Pawusoninas 52 và Weeksella 6. Hai chủng này có thể dùng acetae ammon làm nguồn N, ở 30⁰C, pH 7 và rất ít glucose, vẫn có thể làm sạch chất họat tính bề mặt phi ion hóa AE-9. Khả năng phân hủy của vi sinh vật đối với các chất họat động bề mặt phụ thuộc vào sự tồn tại của plasmid, những gen quyết định các enzyme liên quan đến phân hủy LAS đều nằm trên plasmid.

Cấu trúc của SDS

c- Phân hủy nhờ vi sinh vật đối với chất dẻo

Chất dẻo là loại cao phân tử tổng hợp nhân tạo đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Những mảnh vụn chất dẻo do mang tính trơ sinh học, sẽ tồn tại lâu dài trong môi trường, hình thành mối nguy hại lâu dài. Một số chủng vi nấm, vi khuẩn, xạ khuẩn có khả năng phân hủy các chất dẻo tổng hợp.. Chúng thực hiện qua 3 phương thức:

- Tác dụng lý sinh—sự sinh trưởng của tế bào vi sinh vật gây phá hủy cơ học tới vật dụng bằng chất dẻo.

- Tác dụng hóa sinh—sản phẩm trao đổi chất của vi sinh vật tác động lên chất dẻo.

- Tác dụng trực tiếp do enzyme — vi sinh vật sinh ra những enzyme có tác động lên thành phần cao phân tử của chất dẻo, dẫn đến sự phân giải oxy hóa.

Chất dẻo bị ánh sáng làm lão hóa (quang giải) trước thì sau đó sẽ dễ bị phân hủy sinh học hơn nhiều. Trong đất, nhiều vi sinh vật có thể sử dụng được những mẩu vụn chất dẻo qua quang giải để sử dụng như nguồn thức ăn C, chủ yếu là các vi nấm thuộc chi Aspergillus.

Ngoài việc nghiên cứu phân hủy vi sinh vật đối với chất dẻo người ta chú ý nhiều hơn đến việc sử dụng vi sinh vật để sản xuất ra các loại chất dẻo dễ bị phân hủy trong tự nhiên. Chầt dẻo sinh học có tên thương phẩm là Biopol đã được sản xuất từ vi khuẩn ưa kiềm Alcaligenes eutrophus. Chúng sử dụng CH₂O và acid hữu cơ làm nguyên liệu để tổng hợp ra polyhydrocarbon ester (phân tử gồm một chuỗi dài CHO). Thay đổi điều kiện môi trường của vi khuẩn có thể chế tạo ra một lọat các biopol cao phân tử với độ cứng, độ dẻo, độ dai khác nhau.Viện nghiên cứu Hóa học thuộc Đại học công nghiệp Tokyo đã nghiên cứu thay đổi môi trường dinh dưỡng của Alcaligenes eutrophus để bắt chúng tổng hợp ra loại chất dẻo này. Đại học Madison (Hoa Kỳ) đã tách được từ Alcaligenes eutrophus 3 gen điều khiển việc sản sinhr, chuyển các gen này vào vi khuẩn Escherichia coli khiến chúng tổng hợp ra được polyhydrocarbon ester. Một nghiên cứu ở Đại học Michigan (Hoa Kỳ) đã chuyển gen từ Alcaligenes eutrophus vào thực vật (nhóm rau cải), khiến cây cải cũng chế tạo được ra chất dẻo này. Theo dự đóan đến cuối thế kỷ 21 loại chất dẻo dễ bị phân nhủy này sẽ được sản xuất rộng lớn từ cây trồng.

d- Phân hủy nhờ vi sinh vật đối với thuốc bảo vệ thực vật

Những vi sinh vật phân hủy được thuốc bảo vệ thực vật gồm có vi khuẩn, xạ khuẩn, vi nấm và tảo. Trong số này có chi vi khuẩn Pseudomonas là đáng chú ý hơn cả. Pseudomonas có thể phân hủy được DDT, malation, phorate, diazinon, parathion-methyl, parathion, 2,4D, dalapon, simazin…Công ty Newcastle (Hoa Kỳ) thông qua việc nuôi cấy trên môi trường làm giàu đã phân lập từ đất được chủng Psedomonas putida có thể phân hủy được vinclozolin. Khi vinclozolin tan trong đất sẽ bị phân hủy nhanh chóng. Tiêu Hoa Thắng (Trung Quốc) từ đất của xưởng thuốc trừ sâu đã phân lập được chủng Pseudomonas sp. WS5 có thể phân hủy được tới 75% methamidophos với nồng độ 1000 mg/L trong vòng 18 giờ. Bacillus sp. có thể phân hủy được DDT, parathion - methyl, parathion... Thi Quốc Hàm (Trung Quốc) phân lập từ đất chủng Bacillus sp. có thể phân hủy được aldicarb….

Flavobacterium: phân hủy được nhiều lọai thuốc BVTV như malathion, parathion, parathion-methyl, diazinon, 2,4-D….Vương Ngân Thiện (Trung Quốc) phân lập được từ ruộng bông chủng Flavobacterium sp. P3-2 có thể phân hủy mạnh mẽ đối với parathion-methyl và isocarbophos,….

Nhiều vi khuẩn thuộc chi Alcaligenes có thể phân hủy được không ít lọai thuốc BVTV….Ngu Vân Long (Trung Quốc) từ nước thải xưởng sản xuất thuốc BVTV đã phân lập được chủng Alcaligenes sp.Ỳ11 cób thể phân hủy được khá bnhiều loại thuốc BVTV khác nhau, như p