ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ MINH UYÊN XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TÍCH TỤ Pb VÀ Cd CỦA CÁ RÔ PHI (OREOCHROMIS NILOTICUS), CÁ TRÔI (LABEO ROHITA) VÀ CÁ CHÉP (CYPRINUS CARPIO) NUÔI TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội 12/2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ MINH UYÊN XÁC ĐỊNH HỆ SỐ TÍCH TỤ Pb VÀ Cd CỦA CÁ RÔ PHI (OREOCHROMIS NILOTICUS), CÁ TRÔI (LABEO ROHITA) VÀ CÁ CHÉP (CYPRINUS CARPIO) NUÔI TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 60 42 01 20 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Lê Thu Hà Hà Nội 12/2014
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận văn này em đã nhận được sự giúp đỡ và góp ý rất tận tình từ PGS-TS Lê Thu Hà, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Cô vì tất cả những hướng dẫn và sự giúp đỡ của Cô trong suốt thời gian em học tập và hoàn thành luận văn này. Em xin gửi lời cảm ơn đến ThS. Bùi Thị Hoa cùng các thầy, cô giáo, các em sinh viên làm cùng đề tài trong phòng thí nghiệm Sinh thái học và Sinh học môi trường, Khoa Sinh học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt luận văn. Luận văn của tôi đã nhận được sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài QG.12.10 Cuối cùng là lời cảm ơn sâu sắc của tôi tới gia đình và bạn bè, những người luôn quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong thòi gian tôi học tập và nghiên cứu. Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2104 Học viên Phạm Thị Minh Uyên
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN... 1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU... 8 1.1. Trạng thái tự nhiên và hiệu ứng hóa sinh của Chì (Pb) và Cadimi (Cd).. 8 1.1.1. Chì (Pb)... 8 1.2. Ảnh hƣởng của ô nhiễm chì và cadimi đến con ngƣời và quần xã sinh vật thủy sinh... Error! 1.2.1. Ảnh hưởng của chì và cadimi đến cơ thể con người: [3,6,12]... Error! 1.2.2. Ảnh hưởng của chì và cadimi đến quần xã thủy sinh vật... Error! 1.3. Tổng quan một số kết quả nghiên cứu về hàm lƣợng kim loại nặng trong sinh vật ở Việt Nam... Error! 1.4. Vai trò của enzim catalaza đối với ô nhiễm kim loại nặng... Error! Chƣơng 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU... Error! 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu... Error! 2.1.1. Cá Rô phi... Error! 2.1.2. Cá Trôi... Error! 2.1.3. Cá Chép... Error! 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu... Error! 2.2.1. Thiết kế thí nghiệm... Error! 2.2.2. Phân tích hàm lượng kim loại nặng Pb và Cd trong các mẫu cơ cáerror! 2.2.3. Xác định hoạt tính enzim catalaza trong mẫu gan cá... Error! 2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu... Error!
Chƣơng 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined. 3.1. Sự tích tụ kim loại nặng trong mô thịt cá... Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Sự tích tụ Pb... Error! 3.1.2. Sự tích tụ Cd... Error! 3.2. Hoạt tính của Catalaza trong gan cá Error! 3.2.1. Trong môi trường nước có Pb... Error! 3.2.2. Trong môi trường nước có Cd... Error! KẾT LUẬN... Error! KIẾN NGHỊ... Error! TÀI LIỆU THAM KHẢO... 10 PHỤ LỤC... Error!
DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT BYT : Bộ y tế CAT : Enzyme catalase Cd : Cadimi Fe 3+ - E : Phức hệ enzyme và ion Fe 3+ KLN : Kim loại nặng O=Fe 4+ - E : Phức hệ enzyme, ion Fe 4+ và nguyên tử Oxi Pb : Chì QCVN 08-2008/BTNMT : Quy chuẩn Việt Nam về chất lượng nước mặt TCCP : Tiêu chuẩn cho phép
DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Hàm lượng kim loại nặng trong động vật thủy sinh (cá)error! Bookmark not defined. Bảng 2. Hàm lượng trung bình của Pb và Cu trong một số loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ vùng ven biển Đà Nẵng... Error! Bảng 3. Hàm lượng Cd 2+ tích tụ trong các bộ phận và toàn cơ thể cá ở các nồng độ (mg/kg)... Error! Bảng 4. Nồng độ kim loại nặng trong môi trường nước thí nghiệm... Error! Bảng 5. Hàm lượng Pb (mg/kg) trong thịt cá Rô phi Error! Bảng 6. Hàm lượng Pb (mg/kg) trong thịt cá Chép.. Error! Bảng 7. Hàm lượng Pb (mg/kg) trong thịt cá Trôi... Error! Bảng 8. Hệ số tích tụ Pb của 3 loài cá nghiên cứu ở ngày thứ 60Error! Bookmark not defined. Bảng 9. Hàm lượng Cd (mg/kg) trong thịt cá Rô phierror! Bảng 10. Hàm lượng Cd (mg/kg) trong thịt cá Chép Error! Bảng 11. Hàm lượng Cd (mg/kg) trong thịt cá Trôi. Error! Bảng 12. Hệ số tích tụ Cd của ba loài cá nghiên cứu ở ngày thứ 60... Error! Bảng 13. Hoạt tính CAT của gan cá Rô phi trong môi trường có Pb... Error! Bảng 14. Hoạt tính CAT của gan cá chép trong môi trường có Pb (Đơn vị units/mg) Error! Bảng 15. Hoạt tính CAT của gan cá trôi trong môi trường có PbError! Bookmark not defined. Bảng 16. Hoạt tính CAT của gan 3 loài cá nghiên cứu trong môi trường có Pb sau 60 ngày phơi nhiễm (units/mg)... Error! Bảng 17. Biến động hoạt tính CAT trong gan cá Rô phi theo thời gian phơi nhiễm Cd (units/mg)... Error!
Bảng 18. Biến động hoạt tính CAT trong gan cá Chép theo thời gian phơi nhiễm Cd (units/mg)... Error! Bảng 19. Biến động hoạt tính CAT trong gan cá trôi theo thời gian phơi nhiễm Cd (units/mg)... Error! Bảng 20. Hoạt tính CAT của gan 3 loài cá nghiên cứu trong môi trường có Cd sau 45 ngày phơi nhiễm (units/mg)... Error!
DANH MỤC HÌNH Hình 1. Khoảng nồng độ tác động của các chất ô nhiễm đối với một số loài giáp xác [28]... Error! Hình 2. Cá Rô phi Oreochoromis niloticus... Error! Hình 3. Cá Trôi Labeo rohita... Error! Hình 4. Cá Chép Cyprinus carpio... Error! Hình 5. Biến động hàm lượng Pb trong mô thịt cá rô phi theo thời gian... Error! Hình 6. Biến động hàm lượng Pb trong mô thịt cá chép theo thời gian... Error! Hình 7. Biến động hàm lượng Pb trong mô thịt cá trôi theo thời gian... Error! Hình 8. Đồ thị so sánh sự tích tụ Pb của ba loài cá ở ngày thứ 60Error! Bookmark not defined. Hình 9. Biến động hàm lượng Cd trong mô thịt cá rô phi theo thời gian... Error! Hình 10. Biến động hàm lượng Cd trong mô thịt cá Chép theo thời gian... Error! Hình 11. Biến động hàm lượng Cd trong mô thịt cá Trôi theo thời gian... Error! Hình 12. Đồ thị so sánh sự tích tụ Cd của ba loài cá ở ngày thứ 60... Error! Hình 13. Biến động hoạt tính CAT trong gan cá rô phi theo thời gian phơi nhiễm Pb. Error! Hình 14. Biến động hoạt tính CAT trong gan cá chép theo thời gian phơi nhiễm chì. Error! Hình 15. Biến động hoạt tính CAT trong gan cá trôi theo thời gian phơi nhiễm chì... Error! Hình 16. Đồ thị so sánh hoạt tính của enzyme CAT giữa 3 loài cá nghiên cứu trong môi trường có chì... Error!
Hình 17. Biến động hoạt tính CAT trong gan cá Rô phi theo thời gian phơi nhiễm cadimi... Error! Hình 18. Biến động hoạt tính CAT trong gan cá chép theo thời gian phơi nhiễm Cadimi... Error! Hình 19. Biến động hoạt tính CAT trong gan cá trôi theo thời gian phơi nhiễm cadimi... Error! Hình 20. Đồ thị so sánh hoạt tính của enzyme CAT với ba loài cá nghiên cứu trong môi trường Cadimi... Error!.
MỞ ĐẦU Kim loại nặng được coi là những chất ô nhiễm bảo toàn bởi vì chúng không bị phân hủy hoặc bị phân hủy sau một thời gian rất dài được đưa vào nước. Các chất này được tích luỹ trong cơ thể sinh vật và một số có thể được khuyếch đại sinh học qua các chuỗi thức ăn. Những động vật ăn thịt nằm ở mắt xích cuối cùng của chuỗi thức ăn như cá, lại hấp thụ phần lớn các chất ô nhiễm từ các hệ sinh thái thuỷ vực bằng con đường tiêu hoá, vì thế khả năng tích tụ sinh học rất lớn. Nếu các loài cá này được sử dụng làm thực phẩm thì sẽ gây tác động đến sức khỏe cộng đồng. Trong các động vật thủy sinh, cá là sinh vật mà không thể thoát khỏi tác động có hại của chất gây ô nhiễm. Sinh vật hiếu khí tạo ra các chất hoạt động chứa ôxy (ROS), chẳng hạn như superoxide anion gốc tự do (O 2 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), và hydroxyl triệt để (OH). Để làm giảm bớt những tác động tiêu cực của ROS, cá có một hệ thống phòng thủ chống oxy hóa sử dụng cơ chế enzyme và phi enzyme.và enzyme catalase (CAT) được coi là 1 biomarker và là 1 trong các chất chống oxy hóa quan trọng nhất. Trong các nghiên cứu về độc tính của phơi nhiễm cấp tính, thay đổi nồng độ và hoạt động enzyme thường trực phản ánh tổn thương tế bào trong các cơ quan cụ thể. Gan là một cơ quan quan trọng lưu trữ và tham gia vào quá trình trao đổi chất, giải độc của cơ thể. Trong một số tình huống, các kim loại nặng có thể tích tụ trong gan để thể hiện mức độ độc hại và gây ra sự thay đổi bệnh lý. Những nghiên cứu về đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong sinh vật ở Việt Nam chưa nhiều. Các nghiên cứu này hầu hết tập trung phân tích và đánh giá hàm lượng kim loại nặng trong sinh vật sinh sống trong môi trường ô nhiễm. Vì vậy, đề tài Xác định hệ số tích tụ Pb và Cd của cá Rô phi (Oreochromis niloticus), cá Trôi (Labeo rohita) và cá Chép (Cyprinus carpio) nuôi trong phòng thí nghiệm được thực hiện với mục tiêu như sau: 1. Đánh giá sự tích tụ của chì và cadimi trong thịt cá rô phi, cá trôi và cá chép được nuôi trong môi trường chứa kim loại ở các nồng độ khác nhau. 2. Đánh giá sự ảnh hưởng của môi trường có kim loại nặng đến hoạt tính của enzim catalaza trong gan cá.
Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Trạng thái tự nhiên và hiệu ứng hóa sinh của Chì (Pb) và Cadimi (Cd) 1.1.1. Chì (Pb) Trạng thái tự nhiên của chì Chì là kim loại có màu trắng bạc và sáng, bề mặt cắt còn tươi của nó xỉn nhanh trong không khí tạo ra màu tối, rất mềm, dễ uốn, nặng và có tính dẫn điện kém so với các kim loại khác. Chì có tính chống ăn mòn cao, vì thuộc tính này nên chì được sử dụng để chứa các chất ăn mòn (như axit sulfuric). Do tính dễ dát mỏng và chống ăn mòn, chì được sử dụng trong các công trình xây dựng như trong các tấm phủ bên ngoài các tấm lợp. Chì tồn tại khá phổ biến trong tự nhiên, chiếm khoảng 1,6.10-3 % khối lượng vỏ trái đất ứng với khoảng 1,6.10-4 tổng số nguyên tử của vỏ trái đất. Trong khí quyển chì tương đối giàu hơn so với kim loại khác. Nguồn chính của chì phân tán trong không khí xuất phát từ quá trình đốt cháy các nhiên liệu xăng dầu chứa chì. Chì được trộn thêm dưới dạng Pb(CH 3 ) 4 và Pb(C 2 H 5 ) 4 cùng với các chất làm sạch 1,2- dicloetan và 1,2 đibrommetan. Trong nước, dạng tồn tại của chì là dạng ion Pb 2+. Chì trong nước máy có nguồn gốc tự nhiên chiếm tỉ lệ rất ít, chủ yếu là từ đường ống dẫn, các thiết bị tiếp xúc có chứa chì. Vai trò và hiệu ứng sinh hóa của chì Chì được sử dụng để chế tạo pin, acquy chì axit, hợp kim, thiết bị bảo vệ tia phóng xạ trong lò phản ứng hạt nhân... lượng lớn chì được dùng để điều chế hợp kim quan trọng: Thiếc hàn chứa 20 90% Sn và 80 10% Pb, hợp chất chữ in chứa 81% Pb, 15,5%Sb và 3,5% Sn. Hợp kim ổ trục chứa 80% Sn, 12% Sb, 6% Cu và 2% Pb. Hợp chất chì hữu cơ Pb(CH 3 ) 4 ; Pb(C 2 H 5 ) 4 một thời gian dài được sử dụng khá phổ biến làm chất phụ gia cho xăng dầu bôi trơn nhưng hiện nay đã được thay thế. Một trong những ảnh hưởng của chì vô cơ là nó ức chế sự tổng hợp hemoglobin dẫn đến bệnh thiếu máu. Hai enzym của ty thể là delta hoặc anpha amino levunin axit dehydrogenase (ALAD) và ferochelatase bị làm ức chế hoạt động, điều này dẫn đến kết
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt 1. Bộ Tài nguyên Môi trường, (2008), Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng mặt nước QCVN 08:2008/BTNMT 2. Bộ Y tế, (2007), Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia đối với giới hạn ô nhiễm kim loại nặng trong thực phẩm NĐ46/BYT 3. Đặng Đình Bạch, Nguyễn Văn Hải, (2006), Giáo trình hóa môi trường. NXB Khoa học và Kỹ Thuật Hà Nôi, Hà Nội. 4. Lê Huy Bá, (2005), Sinh thái môi trường học cơ bản. NXB ĐH Quốc gia TP.HCM, 575 trang. 5. Hoàng Văn Bính, (2007), Độc chất học công nghiệp và dự phòng nhiễm độc. NXB khoa học kỹ thuật. 6. Hoàng Nhâm, (2000), Hóa học vô cơ, tập 3. NXB Giáo dục. 7. Lê Thị Mùi, (2008), Sự tích tụ chì và đồng trong một số nhuyễn thể hai mảnh vỏ vùng ven biển Đà Nẵng, Tạp chí khoa học công nghệ, Đại Học Đà Nẵng- số 4 (27) 2008. 8. Mai Đình Yên, (1978), Định loại cá nước ngọt các tỉnh phía bắc Việt Nam. NXB khoa học kĩ thuật Hà Nội. 9. Nguyễn Thị Hà, (2007), Nghiên cứu khả năng hấp thị một số KLN (Cu 2+, Pb 2+, Zn 2+ ) trong nước của nấm men Saccharomyces cerevisiae, Tạp chí khoa học ĐH Quốc gia Hà Nội, khoa học và công nghệ, 23 (2007) 10. Nguyễn Văn Hảo, Ngô Sĩ Vân, (2006), Cá nước ngọt Việt Nam tập 1. NXB Nông nghiệp. 11. Nguyễn Thị Hường, (2010), Xây dựng quy trình phân tích hàm lượng kim loại đồng trong rau muống ở một số khu vực thuộc thành phố Đà Nẵng, tạp chí Khoa Học và Công Nghệ, ĐH Đà Nẵng- số 5 (40) 2010.
12. Nguyễn Thị Thương Huyền và các cộng sự, (2013), Khảo sát khả năng tích tụ cadimi trên cá ngựa vằn Danio Rerio, Tạp chí khoa học ĐHSP thành phố Hồ Chí Minh, 51 (2013). 13. Nguyễn Văn Mùi, (2002), Xác định hoạt độ Enzym, NXB Khoa Học Kĩ Thuật 14. Trần Văn Quang, Phan Thị Kim Thủy, (2012), Nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong hồ công vên 29/3 TP Đà Nẵng, 15. Trịnh Thị Thanh, (2000), Độc học môi trường và sứ khỏe con người.nxb ĐHQG Hà Nội Tài liệu Tiếng Anh 16. Allen P., (1995), Accumulation profiles of lead and cadmium in the edible tissues of Oreochromis aure us during acute exposure. J. Fish. Biol., 47(4) p. 559-568.+ 17. Alves L. C., Glover C. N. and Wood C. M., (2006), Dietary Pb accumulation in juvenile freshwater rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Archiv. Environ. Contam. Toxicololy, 51 (4) p. 615-625. 18. Ahmed M.S. and Bibi S, (2010), Uptake and bioaccumulation of waterborne lead (Pb) in the fingerllings of a freshwater cyprinid, catla catla L., The Journal of Animal & Plant Sciences, 20(3) p. 201-207. 19. Boon EM, Downs A, Marcey D, (2007), "Proposed Mechanism of Catalase".Catalase: H 2 O 2 : H 2 O 2 Oxidoreductase: Catalase Structural Tutorial. Retrieved 20. Chelikani P, Fita I, Loewen PC, (January 2004), Diversity of structures and properties among Catalaza. Cell. Mol. Life Sci. 61(2): 192 208. 21. Hammond P. B. &Bililes R.P. (1980) Casarett and Doull s Toxicology, 2nd edition, Macmillan Publishing Corp., New York,pp.409-467. 22. Potter I, C, Bird D, J, Claridge P, N, Clarke K, R, Hyndes G, A, Newton L, C, (2001), Fish fauna of the Severn Estuary, Are there long term changes in abundance and species composition and are the recruitmet patterns of the main marine species correlated?, Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 258, pp, 15-37
23. WHO, (1992), Environmental Health Criteria 135: Cadmium- Environmental Aspects, World Health Organization, Geneva. 24. Zera Haji Hosseini, Maliheh khanlarian, mahlagha ghoranli, (2007), Effect of lead Germination, Growth and Activity of Catalaza and Peroxidase enzym in Rooth and Shoot of two cultivars of Brassica napus L., Journal of Biological Sciences 7 (4): 592-598 Websites 25. http://dnulib.edu.vn:1025/collect/bstcvdbs/index/hash0133.dir/rophivan.jpg 26. http://www.ria1.org/projects/datagenbank/images/for%20fish/troi_an.jpg 27. http://www.ria1.org/projects/datagenbank/images/for%20fish/chep_v1.jpg 28. https://voer.edu.vn/m/anh-huong-cua-cac-chat-o-nhiem-toi-hoat-dong-song-cuasinh-vat-bien/8fe282f6