Vai trò của nấm trong phân giải thuốc bảo vệ thực vật

Tạp chí KH-CN Nghệ AnSỐ 10/2017 [19] NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI 1. Một số đặc điểm của nấm Nấm là nhóm sinh vật phân bố trên toàn thế giới và phát triển trong nhiều môi trường sống: đất, nước, không khí, môi trường sinh vật. Chúng có thể có mặt cả ở những môi trường khắc nghiệt như sa mạc hoặc vùng có nồng độ muối cao hoặc nơi có bức xạ ion hóa hay trong các trầm tích biển sâu. Nấm rất đa dạng, ước tính có thể có khoảng 2,2-3,8 triệu loài, trong đó có khoảng 120.000 loài đã được mô tả bởi các nhà phân loại học. Nấm có mặt tích cực và không tích cực. Từ lâu, nấm đã được sử dụng làm nguồn thức ăn trực tiếp của con người như mộc nhĩ, nấm rơm, nấm sò, nấm hương...; dùng trong sản xuất bánh mì như nấm men Sacccharomyces cerevisiae; Sacccha- romyces carlbergensis và sản xuất nước tương như nấm mốc Aspergillus cerevisiae; sản xuất sinh khối cho chăn nuôi gia súc gia cầm như Sacccharomyces cerevisiae; Sacc- charomyces carlbergensis, Aspergillus cere- visiae; để sản xuất enzim trong công nghiệp như Sacccharomyces cerevisiae; Sacccha- romyces carlbergensis, Aspergillus cere- visiae. Aspergillus niger...; hay sử dụng trong quá trình lên men các sản phẩm thực phẩm khác. Từ những năm 1940, nấm đã được sử dụng để sản xuất kháng sinh như nấm mốc Penicillium, Cephalosporin Gần đây, nhiều loại enzyme được sản xuất bởi nấm được sử dụng trong công nghiệp và trong chất tẩy rửa. Nấm cũng được sử dụng làm thuốc trừ sâu sinh học như Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae, Trichoderma để kiểm soát bệnh thực vật và côn trùng gây hại hay các sợi nấm của Trichoderma viride có thể sản sinh một loạt các enzyme, bao gồm cellulase và chitinase có thể phân giải cellulose n nguyễn Dương tuệ Vai trò của nấm trong phân giải thuốc bảo vệ thực vật Nấm men Sacccharomyces cerevisiae Tạp chí KH-CN Nghệ AnSỐ 10/2017 [20] NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI và chitin tương ứng khi sử dụng nó phân giải các phế thải nông lâm nghiệp hoặc có thể phát triển trực tiếp trên gỗ, lá cỏ khô, chủ yếu là xenluloza, chitin, góp phần tích cực phân giải chất thải rắn làm tăng phì nhiêu cho đất. Hoạt tính diệt nấm bệnh làm cho Trichoderma viride trở nên hữu ích như là một tác nhân kiểm soát sinh học chống lại nấm gây bệnh thực vật như Rhizoctonia, Pythium và thậm chí Armil- laria[3]. Nó được tìm thấy ở hạt giống trong việc kiểm soát các bệnh Rhizoctonia solani, Macrophomina phaseolina và Fusar- ium. Khi nó được sử dụng cùng lúc với hạt giống, nó sẽ xâm chiếm bề mặt hạt và không chỉ giết chết các mầm bệnh trên lớp biểu bì, mà còn bảo vệ hạt giống chống lại các mầm bệnh gây ra từ vi sinh vật đất [3]. Tuy nhiên cũng có nhiều loài nấm sinh ra các hợp chất có hoạt tính sinh học được gọi là độc tố như: alkaloids và polyketides, độc đối với động vật, kể cả con người. Hoặc nấm có thể phân hủy các vật liệu, công trình sản xuất, và trở thành mầm bệnh đối với con người và các động vật khác. Tổn thất mùa màng do các bệnh nấm (bệnh nấm lúa) hoặc sự hư hỏng thực phẩm có thể có ảnh hưởng lớn đến nguồn cung lương thực của con người và các nền kinh tế địa phương. Điều đó khiến cho các nhà nghiên cứu phải làm việc nhiều hơn để ngăn ngừa những mặt không tích cực và sử dụng những mặt tích cực của nấm vào sản xuất, đời sống, mà trong thời đại hiện nay vấn đề lớn và cấp bách đó là khử độc môi trường sống khỏi bị ô nhiễm bởi các thuốc bảo vệ thực vật (BVTV). 2. Sử dụng nấm trong phân giải thuốc BVtV Nấm Fusarium verticillioides có thể sử dụng lindane làm nguồn carbon và năng lượng trong điều kiện hiếu khí. Nấm này có thể được tách ra từ lá cây (thùa) Agave tequi- lana bằng kỹ thuật làm giàu. Các yếu tố môi trường và nồng độ của lindane và men chiết xuất cải thiện hiệu quả của quá trình phân hủy sinh học [4]. Các chủng nấm có tiềm năng to lớn phân giải thuốc BVTV như Fusarium oxysporum, Lentin- ula edodes, Penicillium brevicompactum và Lecani- cillium saksenae, Fusarium subglutinans trong họ Nectriaceae. Khi sử dụng môi trường nuôi cấy hỗn hợp của vi khuẩn và nấm trắng, nấm có các ứng dụng cho phân hủy sinh học đối với aldicarb, atrazine và Clo Ala. Với thời gian ủ 14 ngày, nuôi cấy hỗn hợp đã làm giảm 47,98-62% thuốc BVTV. Hay năng lực của 9 loài nấm thối trắng khác nhau từ lớp basidiomycete để phân hủy các thuốc trừ sâu cũng đã được khảo sát. Chúng phân hủy diuron, metalaxyl, atrazine hoặc ter- buthylazine trong nuôi cấy lỏng. Đây là các chất diệt cỏ đã được WHO cảnh báo gây ô nhiễm nguồn nước. Sự phân giải lớn nhất của tất cả các thuốc đã đạt được bởi các chủng nấm Coriolus versicolor, Hypholoma fasciculare và Stereum hirsutum là 86% sau 42 ngày. Hay aldicarb là một loại thuốc trừ sâu carbamate có hiệu quả chống lại bọ trĩ, rệp, nhện, lygus, flea- hoppers và leafminers, nhưng chủ yếu được sử dụng cho một nematicide. Aldicarb là một chất ức chế cholinesterase ngăn ngừa sự phân hủy của acetyl- choline trong khớp thần kinh. Ở người, trong trường hợp ngộ độc nghiêm trọng, nạn nhân chết vì suy hô hấp. Aldicarb là một trong những loại thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới và cũng là một trong những chất độc hại môi trường nhất. Ngộ độc aldicarb từ dòng nước nông nghiệp đã dẫn đến sự phá hủy các hệ sinh thái lành mạnh và sự ngộ độc không thể đảo ngược của đất nông nghiệp màu mỡ. Ngộ độc từ thuốc trừ sâu này cũng được cho là có liên quan đến tỷ lệ ung thư cao trong các cộng đồng xung quanh Aral Sea. Aldicarb có hiệu quả trong việc chống lại các chất diệt côn trùng phosphate hữu cơ và rất quan trọng trong sản xuất khoai tây, nơi nó được sử dụng để kiểm soát các tuyến trùng sinh vật gây hại từ đất và một số dịch hại lá. Mức độ hòa tan cao hạn chế việc sử dụng nó ở một số khu vực có mực nước gần mặt nước. Aldicarb được phân loại như là một chất cực kỳ độc hại ở Hoa Kỳ. Methomyl và di- azinon là những thuốc trừ sâu có khả năng phân hủy sinh học với sự trợ giúp của các loại nấm thối, nấm có mùi thối, loài nấm tay quỷ, hay nấm bạch tuộc có tên khoa học là nấm Clathrus archeri. Nấm này sinh sống chủ yếu ở Australia và Tasmania, nhưng cũng có thể tìm thấy ở châu Âu, Bắc Mỹ, và châu Á. Trong nghiên cứu này sử dụng kỹ thuật làm giàu phân huỷ sinh học của thuốc trừ sâu thực vật hữu cơ Tạp chí KH-CN Nghệ AnSỐ 10/2017 [21] NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI (Chloropyrifos and Ethion). Hai chủng nấm Trichoderma harznaium và Rhizopus no- dosus phân lập được từ đất bị ô nhiễm bằng kỹ thuật làm giàu, có khả năng chuyển hóa chất diệt côn trùng Chloropyriofos và Ethion như là nguồn carbon duy nhất khi nuôi cấy trong môi trường với nồng độ 100ppm, nấm có khả năng phân hủy 70- 80% trong 21 ngày. Hơn nữa, hiệu quả suy thoái đã được tăng thêm 10-20% với việc bổ sung 0,1% dextrose vào môi trường. Chlor- pyriofos một loại thuốc trừ sâu phosphate hữu cơ được sử dụng để diệt một số loại sâu bệnh bao gồm côn trùng và sâu. Nó được sử dụng cho cây trồng, vật nuôi và cây các tòa nhà [6]. Nó tác động lên hệ thống thần kinh của côn trùng bằng cách ức chế acetyl- cholinesterase. Nó gây độc hại cho người và có hơn 10.000 người chết mỗi năm. Chlor- pyrifos được Tổ chức Y tế Thế giới coi là chất nguy hiểm đối với con người. Sự phơi nhiễm vượt quá mức đề nghị liên quan đến các ảnh hưởng thần kinh, rối loạn phát triển liên tục và rối loạn tự miễn dịch. Tiếp xúc trong thời kỳ mang thai có thể gây hại cho sự phát triển tinh thần của trẻ nên đã bị cấm vào năm 2001 tại Hoa Kỳ. Ethion cũng là một hợp chất hữu cơ phosphate diệt côn trùng. Nó cũng ảnh hưởng đến enzyme acetylcholinesterase và ngăn ngừa hoạt động lipophilic. Sự hấp thụ này từ da, phổi và ruột đến máu sẽ xảy ra thông qua sự khuếch tán thụ động, là một chất ức chế enzym cholinesterase en- zyme, ảnh hưởng đến dẫn truyền xung thần kinh làm con vật tê liệt và chết [7]. Môi trường nước và đất bị ảnh hưởng bởi endo- sulfan có thể dễ dàng bị tác động bởi dòng nấm (Aspergillus niger). Các endosulfan thuốc trừ sâu clo được chuyển hóa thông qua các sản phẩm trung gian khác nhau của nấm. Endosulfan là một trong những loại thuốc trừ sâu độc hại nhất trên thị trường hiện nay, chịu trách nhiệm cho nhiều vụ ngộ độc thuốc gây tử vong trên toàn thế giới. Hơn 80 quốc gia, bao gồm Liên minh châu Âu, Úc, New Zealand, một số quốc gia Tây Phi, Hoa Kỳ, Brazil và Canada đã cấm nó hoặc thông báo ngừng hoạt động vào thời điểm lệnh cấm của Công ước Stockholm được thống nhất. Nó vẫn được sử dụng rộng rãi ở Ấn Độ, Trung Quốc và một vài nước khác [6]. Endosulfan là chất độc thần kinh đặc biệt đối với cả côn trùng và động vật có vú, kể cả con người và nhiều trường hợp ngộ độc subleal đã gây ra tổn thương não vĩnh viễn. Một loại nấm mới phân hủy Endosulfan đó là các loài Mortierella, được phân lập từ một đất bị ô nhiễm các thuốc trừ sâu organochlorine. Nấm Mortierella có khoảng 85 loài và các dòng W8 và Cm1-45 của Mortierella sp. đã phân hủy endosulfan 50-70% trong 28 ngày ở 250C. Điều này làm tăng khả năng sinh sản của đất nông nghiệp [10]. Hơn 30 chủng vi sinh vật khác có khả năng phân hủy các loại thuốc trừ sâu, trong đó Gliocladium genus có hoạt tính tối đa để phân hủy chlorpyrifos. Các loài thường gặp trong chi Gliocladium như: Gliocladium penicilloides, Gliocla- dium virens (gần đây chuyển sang chi Trichoderma), và Gliocladium roseum. Nấm sử dụng chlorpyrifos làm nguồn dinh dưỡng carbon và năng lượng, gây ra sự phân hủy nhanh chóng. Chlorpyrifos được sử dụng để diệt một số loại sâu, côn trùng và rất độc, tác động trên hệ thống thần kinh của côn trùng bằng cách ức chế acetylcholinesterase. Ở người, nó gây độc hại và có hơn 10.000 người chết mỗi năm [8]. Hay Tricho- derma viride và Trichoderma harzianum có tiềm năng làm giảm chất pirimicarb. Pirimicarb là một loại thuốc trừ sâu carbamate được sử dụng để kiểm soát rệp vừng trên rau, ngũ cốc và nhiều cây rau quả. Trichoderma viride còn là một loại nấm và thuốc diệt Nấm Trichoderma đối kháng mạnh với các loại nấm bệnh Tạp chí KH-CN Nghệ AnSỐ 10/2017 [22] NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI tài liệu tham khảo: 1. S.M.Booker (2001 Mar), Dioxin in Vietnam: fighting a legacy of war of pesticides. 2. Crawford, J. J., G.K. Sims, R.L. Mulvaney, and M. Radosevich (1998), “Biodegradation of atrazine under denitrifying conditions”. 3. EPA, “Pesticides industry, sales and usage” April, 2015. 4. F. D. M. Guillén-Jiménez et al.(2012), Lindane biodegradation by the Fusarium verticillioides AT-100 strain, isolated from Agavetequilana leaves. 5. Gilliom RJ et al.(2007), US Geological Survey The Quality of Our Nation’s Waters: Pesticides in the Nation’s Streams and Ground Water. 6. Endosulfan: Supreme Court to hear seeking ban on Monday, The Hindu. Chennai, India. 1 May (2011). 7. Fukuto, T. Roy (1990), “Mechanism of Action of Organophosphorus and Carbamate Insecticides”. 8. F. I. Hai, O. Modin, et al (2012), Pesticide removal by a mixed culture of bacteria and white-rot fungi, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, vol. 43. 9. J. Johnson and W. G. Ware, Pesticide Litigation Manual (1992), Edition, Clark Boardman Callaghan Environmental Law. 10. R. Kataoka, K. Takagi, and F. Sakakibara (2010), A new endosulfan-degrading organochlorine pesticides, Mortierella species, isolated from a soil contaminated with fungus. 11. Kransler KM, McGarrigle BP, Olson JR; McGarrigle; Olson (2007), “Comparative developmental toxicity of 2, 3, 7, 8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin in the hamster, rat and guinea pig”. Toxicology 229 (3). 12. U.S. Environmental Protection Agency, (May 14, 2009), National Primary Drinking Water Regulations. nấm sinh học và cải tạo đất. Nó được sử dụng để xử lý hạt và đất để ngăn chặn các bệnh do nấm khác gây ra. Các chủng Penicillium citrinum, Aspergillus fumigatus, Aspergillus terreus và Trichoderma harzianum đã được tìm thấy có khả năng làm phân hủy chlorfen- vinphos, chất dùng rất rộng rãi để diệt côn trùng. Nó gây ngộ độc qua đường ăn/uống nên Hoa Kỳ và Liên minh Châu Âu cấm dùng từ năm 1991. Chlorfenvinphos được phân bố rộng rãi khắp cơ thể. Loại nấm mới được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm nhất là nấm trắng Phanerochate chrysosporium, được xem là một mô hình lý tưởng cho việc xử lý sinh học phân hủy các chất cực độc hay chất độc hữu cơ không hòa tan. Các vật liệu rất độc hại đã bị phá hủy hoàn toàn bằng nấm trắng là polyclorinated biphenyl (PCBs) và dioxins, thuốc trừ sâu, phenol, chlorophenols, nước thải từ các nhà máy giấy và giấy, thuốc nhuộm và kim loại nặng (Singh, 2006). Poly- chlorinated biphenyl (PCBs) là một nhóm các hợp chất nhân tạo được sử dụng rộng rãi trong quá khứ và hiện tại chủ yếu trong các thiết bị điện nhưng chúng đã bị cấm vào cuối những năm 1970 ở nhiều nước bởi những nguy cơ gây hại cho môi trường và sức khỏe. Tuy nhiên, PCBs là những hợp chất rất bền vững. Hiện nay, chúng vẫn dùng và tồn tại trong môi trường. Có khoảng 130 trong 209 loại phân tử PCBs từng được sử dụng trong mục đích thương mại. PCBs đã được chứng minh gây ra một loạt các hiệu ứng có hại cho sức khỏe, ung thư ở động vật, bao gồm cả các hiệu ứng trên hệ thống miễn dịch, hệ thống sinh sản, hệ thống thần kinh, hệ nội tiết và ảnh hưởng sức khỏe khác. EPA đã tiếp cận có những bằng chứng trong việc đánh giá chất gây ung thư tiềm năng của các chất gây ô nhiễm môi trường[12]. Dioxin là tên gọi chung của một nhóm có hàng trăm các hợp chất hóa học tồn tại bền vững trong môi trường cũng như trong cơ thể con người và các sinh vật khác. Dioxine có 75 đồng phân PCDD (polychlorodibenzodioxines) và 135 đồng phân PCDF (polychlorodibenzofuranes) với độc tính khác nhau. Dioxine còn bao gồm nhóm các poly-chloro-biphényles, là các chất tương tự dioxine, bao gồm 419 chất hóa học trong đó có 29 chất đặc biệt nguy hiểm. Trong số các hợp chất dioxine, TCDD (2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p- dioxin) là nhóm độc nhất. Theo báo cáo sơ thảo của Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) năm 1994, dioxin như là một tác nhân đe dọa nguy hiểm đối với sức khỏe cộng đồng và dường như không có mức độ phơi nhiễm dioxin nào được xem là an toàn [11] và vấn đề đã trở nên rõ ràng là con người, đặc biệt là phụ nữ, bị nhiễm dù chỉ một chút chất dioxin với 1/1 tỷ gram, cũng có khả năng cao sinh ra những đứa con dị tật bẩm sinh./.