Khảo sát khả năng tích tụ của chì (pb) trên cơ thể cá ngựa vằn giai đoạn trưởng thành

ii

MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn .............................................................................................................. i
Mục lục ................................................................................................................... ii
Danh mục các chữ viết tắt ...................................................................................... v
Danh mục các bảng ............................................................................................... vi
Danh mục các hình ............................................................................................... vii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
I. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 1
II. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 2
III. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 3
IV. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 3
Chương 1. TỔNG QUAN ...................................................................................... 4
1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu ..................................................................... 4
1.1.1. Các cơng trình nghiên cứu trên thế giới .............................................. 4
1.1.2. Các cơng trình nghiên cứu trong nước ................................................ 6
1.2. Tổng quan đối tượng nghiên cứu - cá Ngựa vằn Danio rerio .................... 7
1.2.1. Nguồn gốc và phân loại ....................................................................... 7
1.2.1.1. Nguồn gốc .................................................................................... 8
1.2.1.2. Phân loại ....................................................................................... 9
1.2.2. Các đặc điểm phân bố và thích nghi.................................................. 10
1.2.3. Đặc điểm hình thái của cá Ngựa vằn ................................................. 10
1.2.4. Đặc điểm sinh trưởng của cá Ngựa vằn ............................................ 12
1.2.4.1. Giai đoạn phôi ............................................................................ 12
1.2.4.2. Giai đoạn hậu phôi ..................................................................... 15
1.2.5. Đặc điểm sinh sản của cá Ngựa vằn .................................................. 15
1.3. Tổng quan kim loại nặng .......................................................................... 18
1.3.1. Kim loại nặng .................................................................................... 18

iii

1.3.2. Vai trò của kim loại nặng .............................................................. 18
1.3.3. Tác hại của kim loại nặng ............................................................. 18
1.4. Tổng quan về kim loại chì (Pb) ................................................................ 20
1.4.1. Chì trong tự nhiên .............................................................................. 20
1.4.2. Chì trong cơng nghiệp ....................................................................... 20
1.4.3. Nhiễm độc chì ................................................................................... 21
1.4.4. Cơ chế gây hại của chì....................................................................... 22
1.4.5. Biểu hiện nhiễm độc chì .................................................................... 22
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................... 24
2.1. Địa điểm và thời gian tiến hành nghiên cứu ............................................. 24
2.1.1. Địa điểm ............................................................................................ 24
2.1.2. Thời gian............................................................................................ 24
2.2. Dụng cụ, trang thiết bị và hóa chất ........................................................... 24
2.2.1. Dụng cụ ............................................................................................. 24
2.2.2. Trang thiết bị ..................................................................................... 25
2.2.3. Hóa chất ............................................................................................. 26
2.2.4. Thức ăn cho cá................................................................................... 27
2.3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 29
2.3.1. Bố trí thí nghiệm................................................................................ 29
2.3.2. Chuẩn bị môi trường nuôi cá ............................................................. 31
2.3.2.1. Chuẩn bị môi trường Hanks ....................................................... 31
2.3.2.2. Chuẩn bị bể nuôi ........................................................................ 33
2.3.3. Phương pháp nuôi cá ......................................................................... 35
2.3.4. Phương pháp theo dõi sinh trưởng của cá, ............................................
thu mẫu và tách mẫu cá ................................................................... 36
2.3.4.1. Theo dõi sinh trưởng của cá ....................................................... 36
2.3.4.2. Thu mẫu và tách mẫu cá ............................................................ 36

2.3.5. Phương pháp thu mẫu và xử lý số liệu .............................................. 38
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .............................................................. 39


iv

3.1. Tỉ lệ sống của cá Ngựa vằn ở các nồng độ khác nhau .............................. 39
3.2. Sự sinh trưởng phát triển của cá Ngựa vằn ở các nồng độ khảo sát ......... 44
3.2.1. Khối lượng cơ thể .............................................................................. 44
3.2.2. Chiều dài cơ thể ................................................................................. 46
3.3. Khả năng tích lũy chì lên từng phần và toàn bộ cơ thể ................................
cá Ngựa vằn ở các nồng độ khảo sát........................................................ 49
3.3.1. Hàm lượng chì trong cơ thể cá ở từng nồng độ khảo sát .................. 51
3.3.1.1. Lô đối chứng .............................................................................. 51
3.3.1.2. Nồng độ 20 µg/L ........................................................................ 53
3.3.1.3. Nồng độ 40 µg/L ........................................................................ 54
3.3.1.4. Nồng độ 60 µg/L ........................................................................ 56
3.3.1.5. Nồng độ 80 µg/L ........................................................................ 57
3.3.2. Hàm lượng chì trong từng phần cơ thể cá ở các nồng độ khảo sát ... 58
3.3.2.1. Trong cơ ..................................................................................... 58
3.3.2.2. Trong xương ............................................................................... 60
3.3.2.3. Trong nội tạng ............................................................................ 62
3.3.2.4. Trong toàn cơ thể ....................................................................... 64
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................. 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 69
PHỤ LỤC 1: DUNG DỊCH STOCK VÀ DUNG DỊCH HANKS .........................a
PHỤ LỤC 2: SỐ LƯỢNG CÁ ............................................................................... d
PHỤ LỤC 3: KHỐI LƯỢNG CÁ ...........................................................................e
PHỤ LỤC 4: CHIỀU DÀI CÁ ................................................................................ j
PHỤ LỤC 5: HÀM LƯỢNG CHÌ TÍCH LŨY TRONG CÁC BỘ PHẬN .............

VÀ TOÀN CƠ THỂ ......................................................................... l


v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu

Chú giải

µL

Microliter (10-6 liter)

ANOVA

Analysis of variance - Phân tích phương sai

ĐC

Đối chứng

l

liter

mL

Mililiter (10-3 liter)

N

Cỡ mẫu

r

Trị số tương quan

SD

Standard deviation - Độ lệch chuẩn

SE

Standard Error - Sai số chuẩn

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Mức kim loại nặng (mg/L) cho phép ở một số thủy vực (QCVN) ...... 19
Bảng 2.1. Các dụng cụ dùng trong thí nghiệm..................................................... 24
Bảng 2.2. Các thiết bị dùng trong thí nghiệm ...................................................... 25
Bảng 2.3. Các hóa chất dùng trong thí nghiệm .................................................... 26
Bảng 2.4. Công thức pha môi trường nuôi cá với các nồng độ chì khảo sát ....... 33

Bảng 3.1. Tỉ lệ sống của cá Ngựa vằn từ tuần 1 - tuần 18 .......................................
ở các nồng độ khảo sát ......................................................................... 39
Bảng 3.2. Tỉ lệ sống của cá Ngựa vằn từ tuần 2 - tuần 18 .......................................
ở các nồng độ khảo sát ......................................................................... 42
Bảng 3.3. Khối lượng cá Ngựa vằn sau 18 tuần (g) ............................................. 44
Bảng 3.4. Chiều dài cá Ngựa vằn sau 18 tuần (mm) ........................................... 46
Bảng 3.5. So sánh sự sai khác về chiều dài cá Ngựa vằn ở từng cặp nồng độ .... 47
Bảng 3.6. Hàm lượng chì tích tụ trong cơ thể cá ở các nồng độ ..............................
khảo sát (mg/kg) .................................................................................. 50
Bảng 3.7. Lượng chì tích tụ ở từng phần của cá Ngựa vằn ở lô ĐC (mg/kg) ...... 51
Bảng 3.8. Lượng chì có trong rong và Bo bo (mg/kg) ......................................... 52
Bảng 3.9. Lượng chì tích tụ ở từng phần của cá Ngựa vằn .....................................
ở nồng độ 20 µg/L (mg/kg) ................................................................. 53
Bảng 3.10. Lượng chì tích tụ ở từng phần của cá Ngựa vằn ...................................
ở nồng độ 40 µg/L (mg/kg) ................................................................ 55
Bảng 3.11. Lượng chì tích tụ ở từng phần của cá Ngựa vằn ...................................
ở nồng độ 60 µg/L (mg/kg) ................................................................ 56
Bảng 3.12. Lượng chì tích tụ ở từng phần của cá Ngựa vằn....................................
ở nồng độ 80 µg/L (mg/kg) ................................................................ 58
Bảng 3.13. Lượng chì tích tụ trong cơ cá Ngựa vằn ở các nồng độ khác nhau ......
sau 18 tuần thí nghiệm (mg/kg) .......................................................... 59


vii

Bảng 3.14. Lượng chì tích tụ trong xương cá Ngựa vằn..........................................
ở các nồng độ khác nhau sau 18 tuần thí nghiệm (mg/kg) ................ 60
Bảng 3.15. Lượng chì tích tụ trong nội tạng cá Ngựa vằn .......................................
ở các nồng độ khác nhau sau 18 tuần thí nghiệm (mg/kg)................................... 62
Bảng 3.16. Lượng chì tích tụ trong ngun con cá Ngựa vằn .................................

ở các nồng độ khác nhau sau 18 tuần thí nghiệm (mg/kg) ................ 64
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Hình thái bên ngồi của cá Ngựa vằn (Danio rerio)............................ 11
Hình 1.2. Cá Ngựa vằn đực .................................................................................. 11
Hình 1.3. Cá Ngựa vằn cái ................................................................................... 12
Hình 1.4. Giai đoạn phân chia (cleavage) (X4) ................................................... 13
Hình 1.5. Giai đoạn phơi nang (blastula) (X4) .................................................... 13
Hình 1.6. Giai đoạn phơi vị (gastrula) (X4) ......................................................... 13
Hình 1.7. Giai đoạn phân đốt (segmentation) (X4).............................................. 14
Hình 1.8. Giai đoạn hầu họng (pharyngula) (X4) ................................................ 14
Hình 1.9. Giai đoạn thốt nang (hatching) (X4) .................................................. 15
Hình 1.10. Trứng cá Ngựa vằn ............................................................................. 16
Hình 1.11. Màng đệm phình to và tách xa màng trứng (X4) ............................... 17
Hình 1.12. Vịng đời của cá Ngựa vằn ................................................................. 17
Hình 2.1. Máy đo pH cầm tay .............................................................................. 25
Hình 2.2. Pipetman ............................................................................................... 25
Hình 2.3. Kính hiển vi đảo ngược (A) và kính hiển vi soi nổi (B) ...................... 26
Hình 2.4. Các dung dịch chuẩn độ ....................................................................... 27
Hình 2.5. Bộ hóa chất dùng để pha mơi trường Hanks ........................................ 27
Hình 2.6. Thức ăn tổng hợp dạng bột dành cho cá .............................................. 28
Hình 2.7. Con Bo bo ............................................................................................ 28
Hình 2.8. Rong đi chó ...................................................................................... 29
Hình 2.9. Sơ đồ bố trí thí nghiệm của đề tài ........................................................ 30


viii

Hình 2.10. Các lọ dung dịch Stock ...................................................................... 32
Hình 2.11. Bố trí bể ni cá ................................................................................. 34

Hình 2.12. Đo các chỉ tiêu chiều dài (hình A) và cân nặng (hình B) .......................
của cá Ngựa vằn ................................................................................. 37
Hình 2.13. Tách riêng nội tạng, cơ, xương của cá Ngựa vằn .............................. 37
Hình 3.1. Đồ thị thể hiện tỉ lệ cá sống theo thời gian ở các nồng độ .......................
khảo sát ................................................................................................. 40
Hình 3.2. Cá bột bình thường (A) và bị cong vẹo cột sống (B) ...............................
do ảnh hưởng của chì ........................................................................... 43
Hình 3.3. Biểu đồ số lượng cá sau 18 tuần ở các nồng độ khảo sát ..................... 43
Hình 3.4. Mối quan hệ giữa số lượng cá sống và nồng độ chì.................................
trong mơi trường .................................................................................. 44
Hình 3.5. Đồ thị thể hiện khối lượng cá Ngựa vằn sau 18 tuần ở các nồng độ ... 45
Hình 3.6. Đồ thị thể hiện chiều dài cá Ngựa vằn sau 18 tuần ở các nồng độ ...... 46
Hình 3.7. Đồ thị thể hiện mối tương quan giữa chiều dài cá với nồng độ chì ..... 48
Hình 3.8. Sự tăng trưởng chiều dài của cá ở các nồng độ khảo sát ..................... 49
Hình 3.9. Biểu đồ thể hiện lượng chì tích lũy trong cơ thể cá ............................. 50
Hình 3.10. Biểu đồ thể hiện tỉ lệ chì tích lũy ở lơ ĐC ........................................ 51
Hình 3.11. Biểu đồ thể hiện tỉ lệ chì tích lũy ở nồng độ 20 µg/L ........................ 54
Hình 3.12. Biểu đồ thể hiện tỉ lệ chì tích lũy ở nồng độ 40 µg/L ........................ 55
Hình 3.13. Biểu đồ thể hiện tỉ lệ chì tích lũy ở nồng độ 60 µg/L ........................ 57
Hình 3.14. Biểu đồ thể hiện tỉ lệ chì tích lũy ở nồng độ 80 µg/L ........................ 58
Hình 3.15. Biểu đồ lượng chì tích tụ trong cơ cá Ngựa vằn ....................................
ở các nồng độ khảo sát ....................................................................... 59
Hình 3.16. Biểu đồ lượng chì tích tụ trong xương cá Ngựa vằn ..............................
ở các nồng độ khảo sát ....................................................................... 61
Hình 3.17. Biểu đồ lượng chì tích lũy trong nội tạng cá Ngựa vằn .........................
ở các nồng độ khảo sát ....................................................................... 63
Hình 3.18. Biểu đồ lượng chì tích lũy trong tồn cơ thể cá Ngựa vằn ....................


ix

ở các nồng độ khảo sát ....................................................................... 65
Hình 3.19. Đồ thị thể hiện sự tương quan giữa lượng chì tích lũy ..........................
trong cơ thể và nồng độ chì trong mơi trường ................................... 66


1

MỞ ĐẦU
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, thế giới đang trong giai đoạn phát triển nhanh chóng về kinh tế và
có những bước phát triển nhảy vọt trong nhiều lĩnh vực, góp phần nâng cao mức
sống của người dân. Tuy nhiên, song song với q trình phát triển đó là tình trạng ơ
nhiễm mơi trường ngày một nghiêm trọng. Q trình đơ thị hóa, sự phát triển ồ ạt
của các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp nặng đã thải vào môi trường
hàng loạt các chất nguy hại bao gồm cả các kim loại nặng. Điều này gây ảnh hưởng
rất lớn đến sức khỏe và hoạt động sống của con người.
Chì (Pb) là một trong ba kim loại nặng nguy hiểm nhất đối với cơ thể con
người (cùng với thủy ngân (Hg) và Cadmium (Cd)) [2]. Chì sau khi được thải vào
môi trường sẽ đi vào chuỗi thức ăn và xâm nhập vào cơ thể người. Chì khơng tham
gia vào các q trình chuyển hóa trong cơ thể sống, do đó, việc bài xuất chì diễn ra
rất chậm và hạn chế, nó sẽ tích tụ lại theo thời gian và gây độc.
Chì khơng chỉ tồn tại ở các khu vực khai khống, chế xuất khống sản, khu
cơng nghiệp mà nó còn bị lạm dụng trong các sản phẩm mà chúng ta tiếp xúc hàng
ngày như son môi, xăng, sơn màu, mực in, các thiết bị điện… và ngay cả trong chất
tráng men của chén bát, ly tách [2]. Mặc dù mọi người đều nhận thức được chì hiện
diện mọi nơi, nhưng khơng phải ai cũng biết được khả năng tích lũy và gây hại của
nó đối với sức khỏe mỗi người cho đến khi biểu hiện ngộ độc chì trở nên rõ ràng.
Trên thế giới, từ rất lâu, đã ghi nhận nhiều trường hợp ngộ độc chì. Thế kỉ hai mươi,
khi hiện tượng ngộ độc chì ở trẻ em trở thành vấn nạn thì những hiểu biết về chì

cũng như việc kiểm sốt lạm dụng chì trong cơng nghiệp là vơ cùng cấp thiết.
Sau khi tích tụ vào máu, chì sẽ ngăn cản quá trình tổng hợp nhân heme, do đó
gây hiện tượng thiếu máu và rối loạn tuần hồn. Bên cạnh đó, chì cịn có thể can
thiệp vào các kênh ion trong quá trình dẫn truyền xung thần kinh, gây hiện tượng


2

giảm trí nhớ và các chứng bệnh khác liên quan đến thần kinh. Ngồi ra, nó cịn có
thể gây hại đến gan, dạ dày và các cơ quan khác tùy vào hàm lượng tích tụ.
Trong nghiên cứu về ảnh hưởng của chì, các nhà khoa học trên thế giới đã tiến
hành nhiều thí nghiệm in vivo với các đối tượng như chuột, thỏ và động vật thủy
sinh. Được phát hiện và trở thành đối tượng nghiên cứu từ rất sớm, cá Ngựa vằn Danio rerio hiện nay được các phòng thí nghiệm ưa chuộng vì những ưu điểm như
vịng đời ngắn; phôi lớn, trong suốt và phát triển nhanh; dễ ni; kích thước phù
hợp cho việc ni với số lượng lớn cũng như dễ theo dõi, dễ quan sát; bộ gen có
những tương đồng với người. Đặc biệt, cá Ngựa vằn phù hợp với điều kiện khí hậu
ở Việt Nam nên không cần đến các trang thiết bị hỗ trợ trong nuôi dưỡng như máy
sưởi, đèn chiếu sáng theo chu kì. Bên cạnh đó, các nghiên cứu của nước ta về việc
sử dụng cá nước ngọt để đánh giá tác động của kim loại nặng lên các giai đoạn sống
của chúng cịn rất ít.
Vì những lý do trên, đề tài: “Khảo sát khả năng tích tụ của chì (Pb) trên cơ
thể cá Ngựa vằn - Danio rerio (Hamilton, 1822) ở giai đoạn trưởng thành” được
tiến hành.
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
- Đánh giá ảnh hưởng của chì lên tỉ lệ sống và sự phát triển của cá Ngựa vằn ở
các nồng độ khảo sát (0 μg/l, 20 μg/l, 40 μg/l, 60 μg/l, 80μ g/l).
- Đánh giá khả năng tích tụ của chì lên các bộ phận (cơ, xương, nội tạng) và
lên toàn cơ thể của CVN ở giai đoạn trưởng thành đã bị phơi nhiễm chì ở các nồng
độ khảo sát từ giai đoạn phơi.
- Xác định nồng độ chì trong môi trường ảnh hưởng lớn nhất đến phát triển

của cá Ngựa vằn.


3

III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
cá Ngựa vằn từ giai đoạn ấu trùng (7 ngày tuổi) sau khi bị nhiễm chì ở giai
đoạn phơi, và sẽ được nhiễm chì liên tục cho đến giai đoạn trưởng thành (sau 19
tuần tuổi).
IV. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đánh giá khả năng tích tụ của chì lên cơ thể cá Ngựa vằn ở giai đoạn trưởng
thành được ni trong mơi trường nhiễm chì với các nồng độ khảo sát (0μg/l,
20μg/l, 40μg/l, 60μg/l, 80μg/l).


4

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.1. Các cơng trình nghiên cứu trên thế giới
Năm 2007, Mignot và một số nhà khoa học khác đã dùng cá Ngựa vằn để tiến
hành những nghiên cứu đầu tiên về chứng rối loạn giấc ngủ ở người [20].
Năm 2008, Richard White cùng cộng sự thuộc chương trình Tế bào gốc trẻ em
đã tạo thành cơng cá Ngựa vằn chỉ cịn sắc tố vàng trên da, nhìn gần như trong suốt
để quan sát các tiến triển của một số loại bệnh [31].
Năm 2008, bằng việc sử dụng tia X synchrotron, Kobas M. và cộng sự đã
kiểm tra sự hấp thu và lưu trữ thủy ngân hữu cơ trong cơ thể ấu trùng cá Ngựa vằn.
Đáng chú ý, sự tích tụ của hợp chất thủy ngân methyl và ethyl cao nhất tại các tế
bào biểu mơ thấu kính của mắt, tiếp theo là ở não, dây thần kinh thị giác và một vài
cơ quan khác. Kết quả nghiên cứu này cho thấy cơ chế tác động của thủy ngân lên

thị giác không phải chỉ thông qua việc gây hại tế bào thần kinh (như những nghiên
cứu trước đây) mà cịn thơng qua việc tác động trực tiếp lên tế bào mắt. Phương
pháp phân tích lượng chất tích lũy trong từng cơ quan đã mở ra một hướng mới
trong các nghiên cứu về độc học kim loại nặng lên chức năng của cơ thể. [17]
Năm 2009, các nhà khoa học làm việc tại Đại học Federal do Rio Grande, Rio
Grande, Brazil đã tiến hành nghiên cứu trên cá Ngựa vằn về ảnh hưởng của asen
(As) đến khả năng học tập, sự hình thành trí nhớ ngắn hạn và trí nhớ dài hạn.
Phương pháp chung mà các nhà khoa học thực hiện như sau: Đầu tiên, tập luyện
cho cá một phản ứng có điều kiện tránh lại tác động có hại bằng việc bơi từ vùng
sáng sang vùng tối; sau đó, cho chúng tiếp xúc với asen ở ba nồng độ khác nhau là
1, 10 và 100 mg/L. Tiếp theo, nhóm đã sử dụng một thiết bị đặc biệt dùng để đo khả
năng phản ứng của cá. Đồng thời, tách lấy não của cá nhiễm As ở ba nồng độ thí
nghiệm để tiến hành phân tích sinh hóa. Kết quả cho thấy khả năng ảnh hưởng của


5

As lên khả năng học tập và trí nhớ của cá. Cơ chế gây hại chung của As là tăng sự
oxy hóa protein trong não, đồng thời gây hại đến DNA của tế bào. [14]
Năm 2011, hai nhà khoa học người Trung Quốc là Dou Changming và Zhang
Jie đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của chì lên dẫn truyền thần kinh trong quá
trình phát triển não của cá Ngựa vằn giai đoạn phôi. Cụ thể, hai ông đã cho phơi cá
Ngựa vằn tiếp xúc với chì acetate với các nồng độ khác nhau. Kết quả cho thấy mức
độ nhiễm độc của cá tỉ lệ thuận với nồng độ chì mà chúng đã tiếp xúc. Sau khi tiếp
xúc với nồng độ chì là 0,2 mM, phơi đã có các biểu hiện trì trệ rõ rệt trong hoạt
động. Để giải thích các kết quả trên, nhóm khoa học đã tiến hành các phương pháp
nghiên cứu trên phân tử và tế bào. Kết quả cho thấy cơ chế ảnh hưởng của chì lên
hệ thần kinh chính là sự gia tăng q trình hoại tử lên tế bào thần kinh và tế bào
thần kinh đệm. [11]
Năm 2011, Cliton Rice và cộng sự đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng lâu dài

của chì ngay cả ở nồng độ rất thấp lên động vật có xương sống nói chung. Các nhà
khoa học đã sử dụng phơi cá Ngựa vằn mới hình thành (trong vịng 2 giờ sau khi
thụ tinh) tiếp xúc với chì ở ba nồng độ 0, 10 và 30 nM liên tục cho đến khi đạt hai
ngày tuổi. Sau đó, ni lớn ấu trùng bình thường. Khi ấu trùng đạt bảy ngày tuổi,
tiến hành kiểm tra đáp ứng kích thích cơ học đơn hướng. Kết quả thấy rằng số
lượng ấu trùng không phản ứng hoặc phản ứng kém tỉ lệ thuận với nồng độ chì tiếp
xúc. Bên cạnh đó, nhóm các nhà khoa học cũng đã tiến hành thí nghiệm phản ứng
thị giác trên cá, và nhận thấy phản ứng của chúng giảm đáng kể ở nồng độ 30 nM.
[12]
Năm 2011, Yong Long và cộng sự đã sử dụng cá Ngựa vằn là sinh vật chuẩn
để nghiên cứu ảnh hưởng của một số kim loại nặng lên hoạt động của gen abcc2.
abcc2 là gen đóng vai trị quan trọng trong sự hình thành mật và giải độc cho cơ thể.
Để tiến hành nghiên cứu này, các nhà khoa học đã thu được cDNA (complementary
DNA) abcc2 của cá Ngựa vằn với độ dài đầy đủ. Sau đó, phân tích biểu hiện của
gen abcc2 trong phơi và các mơ trưởng thành; đánh giá vai trị của nó trong việc


6

đào thải kim loại nặng bao gồm cadmium, thủy ngân và chì. Nhóm đã ghi nhận
được kết quả về sự biểu hiện của abcc2 trong các cơ quan bài tiết bao gồm thận, gan
và ruột của ấu trùng cá khi tiếp xúc với chì 5 µM hoặc thủy ngân 0,5 µM. Ở cá
trưởng thành, tiếp xúc với thủy ngân hay chì nồng độ 0,125 - 1 µM đều gây ra biểu
hiện đáng kể của abcc2 lên các cơ quan bài tiết. Những kết quả nghiên cứu này cho
thấy vai trò của gen abcc2 trong việc bài xuất các kim loại nặng cũng như giải độc
cho cơ thể. [19]
Năm 2012, Qi Chen và cộng sự đã nghiên cứu về quá trình phát triển của
mạch máu não và hàng rào máu - não ở động vật có xương sống. Đối tượng được sử
dụng là cá Ngựa vằn. Họ sử dụng phương pháp đánh dấu huỳnh quang lên các tế
bào mạch máu, tế bào máu và các tế bào thần kinh. Bằng việc theo dõi sự phát triển

trong cấu trúc 3D của toàn bộ mạch máu ở não giữa, kết hợp xử lí hình ảnh máy
tính, các nhà khoa học bước đầu đã thu được những kết quả khả quan. [23]
Từ một số cơng trình đã được trình bày ở trên, ta có thể thấy cá Ngựa vằn
đang ngày càng trở thành mô hình động vật cho các nghiên cứu về sinh lí, sinh hóa,
tế bào học. Thực tế cũng cho thấy các nghiên cứu liên quan đến đối tượng này liên
tục được công bố trên các trang Web và sách báo, tạp chí uy tín trên thế giới.
1.1.2. Các cơng trình nghiên cứu trong nước
Năm 2007, Phan Kim Ngọc và cộng sự, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Tp. Hồ Chí Minh đã tạo thành công cá phát sáng do cấy ghép gen gfp bằng kĩ thuật
bắn gen [8].
Năm 2011, Nguyễn Thị Hạnh Tiên thuộc Viện nghiên cứu Nuôi trồng thủy sản
I và cộng sự thuộc Trường Đại học Ghent - Bỉ, đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của
nhiệt độ đến quá trình kết nối các đốt sống và tạo dị tật xương sống ở cá Ngựa vằn.
Các mẫu cá được nhuộm màu cho sụn và xương để xác định dị tật. Kết quả theo dõi
cho thấy ở nhiệt độ 32oC, cá bị dị tật ở đốt sống phần trước và đầu xương cột sống;
ở nhiệt độ 20oC có sự kết nối giữa đốt sống PU2 với PU3, PU3 với đốt sống đuôi


7

cuối cùng. Như vậy, nhiệt độ có thể là nguyên nhân ảnh hưởng đến quá trình nối các
đốt sống và tạo dị tật trên cá Ngựa vằn. [18]
Tháng 5/2012, Phan Thanh Huy, Trường Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh
đã khảo sát ảnh hưởng của kim loại nặng cadmium lên sự phát triển phôi cá Ngựa
vằn, bao gồm: tỉ lệ sống chết của phôi, hoạt động của tim, hoạt động quẫy mình và
sự phát triển của hệ xương. Các nồng độ khảo sát là 0; 1; 5; 10; 20 µg/L. Kết quả
cho thấy mặc dù các nồng độ trên chưa phải là nồng độ gây chết nhưng làm tăng
nhịp tim, tăng số lần quẫy mình và có thể gây nên sự biến đổi hệ xương của phôi cá
Ngựa vằn. [3]
Năm 2012, Nguyễn Thị Thương Huyền và cộng sự đã tiến hành đánh giá tác

động của cadmium lên quá trình phát triển thông qua tỉ lệ sống, chết của phôi cá
Ngựa vằn ở các giai đoạn phát triển. Đồng thời, nhóm đã khảo sát ảnh hưởng của
cadmium lên nhịp tim và quẫy mình của phơi ở các nồng độ 0,1; 1; 5; 10; 20, 50 và
100 µg/L. Kết quả cho thấy đây vẫn chưa là nồng độ gây chết, nhưng chúng làm
tăng nhịp tim và giảm số lần quẫy mình của phôi. [37]
Năm 2012, Nguyễn Thị Thu Giang đã đánh giá tác động của cadmiun lên quá
trình phát triển của cá Ngựa vằn ở giai đoạn phôi, ấu trùng và trưởng thành. Các
nồng độ khảo sát là 0; 1; 10; 20; 50 và 100 µg/L. Kết quả cho thấy các nồng độ này
chưa phải là nồng độ gây chết nhưng chúng làm tăng nhịp tim, giảm sự quẫy mình,
giảm tỉ lệ sống. Hàm lượng Cd tích tụ lên cá tăng khi nồng độ Cd trong mơi trường
tăng. Lượng Cd tích tụ nhiều nhất ở nội tạng, sau đó là xương và cuối cùng là cơ.
Xét riêng từng bộ phận thì lượng Cd tích tụ nhiều nhất trên nội tạng ở nồng độ 50
µg/L, trên xương và cơ ở nồng độ 20 µg/L. [6]
1.2. TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU – CÁ NGỰA VẰN DANIO
RERIO
1.2.1. Nguồn gốc và phân loại


8

1.2.1.1. Nguồn gốc
cá Ngựa vằn là loài cá nước ngọt, sống ở vùng nhiệt đới, có quan hệ gần gũi
với cá vàng. Chúng có nguồn gốc ở sơng Hằng (sơng Ganges), đông bắc Ấn Độ và
khu vực phân bố trải dài sang các khu vực Pakistan, Myanmar, Nepal… cá Ngựa
vằn thường được tìm thấy ở các vùng nước chuyển động chậm như dịng sơng, suối,
kênh, mương... thậm chí tại các cánh đồng lúa và vũng nước tù đọng. Trong tự
nhiên, chúng chủ yếu sinh sản vào khoảng thời gian từ tháng tư cho đến tháng tám.
Thức ăn là các loài giáp sát nhỏ, ấu trùng và rong. [9], [13]
cá Ngựa vằn, tên tiếng Anh là Zebrafish, danh pháp khoa học là Danio rerio.
Chúng trở thành đối tượng thí nghiệm được ưa chuộng từ những năm 1970, nhờ vào

những nỗ lực của George Streisinger (27/12/1927 - 11/8/1984). Một số nhà khoa
học khác thành công trong nghiên cứu cá Ngựa vằn: Charles Kimmel, Monte
Westerfield, Judith Eisen và John Postlethwait. [25]
Hiện nay, việc sử dụng cá Ngựa vằn trong nghiên cứu đã được thực hiện rộng
rãi tại hơn 300 phịng thí nghiệm lớn trên thế giới tại hơn 30 quốc gia. Vào đầu
những năm 1990, có dưới 100 ấn phẩm liên quan đến cá Ngựa vằn được xuất bản
hàng năm. Con số này tăng lên khoảng 1000 ấn phẩm vào đầu thế kỉ XXI và hiện
nay, trung bình khoảng 3500 ấn phẩm mỗi năm. Qua đó, ta có thể thấy việc sử dụng
động vật mơ hình - cá Ngựa vằn, chính là một di sản thực sự trong nghiên cứu sinh
học. [9]
Không chỉ là đối tượng cho phép nghiên cứu sự phát triển bình thường của
động vật có xương sống, cá Ngựa vằn còn được dùng như vật chỉ thị để nghiên cứu
các tác nhân gây đột biến có thể có trong mơi trường sống cũng như thức ăn của
chúng ta.
cá Ngựa vằn là một đối tượng gần gũi và quan trọng đối với nghiên cứu khoa
học. Chúng được đánh giá cao bởi:


9

 Trứng trong suốt, phơi phát triển nhanh chóng (trong khoảng 24h).
 Thời gian thế hệ ngắn (chỉ 2 - 3 tháng từ khi trứng nở cho đến khi
chúng thành thục về sinh sản), dễ ni.
 Kích thước phù hợp: đủ nhỏ để giữ số lượng lớn cần thiết cho nghiên
cứu; đủ lớn để thực hiện các thao tác như ghép, thu phơi hay quan sát.
 Chúng có những điểm tương đồng so với các lồi động vật có xương
sống khác, kể cả con người.
 Ngoài ra, so với các loài cá khác, các kiến thức cơ bản về cá Ngựa vằn
được các nhà khoa học tìm hiểu rõ ràng nhất; bao gồm: hình thái, các
đặc điểm sinh hóa, sinh lí, các giai đoạn phát triển từ hợp tử đến cá

trưởng thành ở cả hai giới.
1.2.1.2. Phân loại
Hệ thống phân loại theo F. Hamilton, 1822. [22], [36]
Giới: Động vật - Animalia
Ngành: Động vật Có dây sống - Chordata
Phân ngành: Động vật Có xương sống - Vertebrata
Lớp: Cá Vây tia - Actinopterygii
Bộ: cá Chép - Cypriniformes
Họ: cá Chép - Cyprinidae
Giống: cá Ngựa vằn - Danio Hamilton, 1822
Loài: cá Ngựa vằn - Danio rerio (Hamilton, 1822)

Tên tiếng Anh: Zebrafish, Leopard danio, Zebra, Zebra danio.
Tên tiếng Việt: Cá Ngựa vằn, cá Sọc ngựa.
Tên đồng danh thông dụng: Cyprinus rerio (Hamilton, 1822), Barilius rerio
(Hamilton, 1822), Brachydanio rerio (Hamilton, 1822). [37]


10

1.2.2. Các đặc điểm phân bố và thích nghi
cá Ngựa vằn thích nghi với nhiệt độ là 25 - 28,50C và quang chu kì là 14 giờ
sáng/ 10 giờ tối.
cá Ngựa vằn có thể được ni dưỡng trong phịng thí nghiệm mà khơng địi
hỏi nhiều cơ sở vật chất phức tạp. Chúng không cần môi trường nước rộng lớn. Một
bể nước với dung tích 35 - 45 lít là đủ cho khoảng 25 - 50 con. Đối với số lượng cá
nhỏ hơn có thể dùng bể có dung tích nhỏ hơn. Nước được dùng có thể là nước máy,
với điều kiện là nước được giữ ít nhất một ngày để thốt clo. Ngồi ra, ta có thể
dùng nước cất nếu cho thêm vào một lượng nhỏ muối biển. Các bể nước phải được
làm sạch bằng cách dùng ống hút các chất bẩn lắng đọng và thay 1/3 nước mỗi

ngày. Chất lượng nước có thể được kiểm tra bằng các dụng cụ chuyên dùng để đo
lường mức độ pH, amoniac và nitơ. Ngồi ra, khi ni cá, ta có thể thêm một ít thực
vật vào bể, nhằm cung cấp nơi trú ẩn cho cá (rong hay các loại thực vật thủy sinh
khác giúp cung cấp oxy cho môi trường nước, tuy nhiên, chúng có thể làm nước bị
nhiễm kí sinh trùng). [13]
1.2.3. Đặc điểm hình thái của cá Ngựa vằn
cá Ngựa vằn có thân hình thn dẹp, kích thước nhỏ. Trên thân có các sọc
chạy dọc từ mang đến đi. Miệng hơi hướng lên trên. Cá trưởng thành có kích
thước trung bình 4 - 5 cm. [13]


11

Hình 1.1. Hình thái bên ngồi của cá Ngựa vằn (Danio rerio)
Để phân biệt con đực và cái, phương pháp đầu tiên, ta có thể dựa vào vùng
bụng của cá. Cá cái thường mang trứng và bụng tròn, to hơn cá đực. Tuy nhiên,
trường hợp cá cái không mang trứng hay cá đực vừa mới ăn no có thể gây nhầm lẫn
khi phân biệt. Do đó, ta có thể kết hợp thêm tiêu chí hình dáng, màu sắc thân và
vây. Thân hình con đực thn hơn và dài hơn, con cái dày hơn. Con đực có màu hơi
vàng trong khi con cái có màu hơi bạc, đặc biệt ở vùng bụng. Đơi khi, tiêu chí về
màu sắc cũng khơng chính xác do bị ảnh hưởng bởi thức ăn, tuổi tác và sự căng
thẳng. Thậm chí, theo nghiên cứu gần đây, cá Ngựa vằn cịn có khả năng thay đổi
màu sắc để thu hút bạn tình [34]. Trong nhiều trường hợp, ta có thể kết hợp thêm
biện pháp quan sát chúng vào buổi sáng sớm. Khi đó, cá Ngựa vằn đực thường có
xu hướng đuổi theo con cái.[13] [30]

Hình 1.2. Cá Ngựa vằn đực


12

Hình 1.3. Cá Ngựa vằn cái
1.2.4. Đặc điểm sinh trưởng của cá Ngựa vằn
1.2.4.1. Giai đoạn phôi
Giai đoạn phôi diễn ra trong trứng đã thụ tinh.
Phôi của cá Ngựa vằn phát triển một cách nhanh chóng, tạo điều kiện tốt trong
việc quan sát. Mặc khác, vỏ trứng của chúng trong suốt, cho phép quan sát một cách
chi tiết và tinh tế trong suốt q trình phát triển của phơi. Đây là một lợi thế lớn khi
nghiên cứu trên đối tượng phơi cá Ngựa vằn nói riêng và phơi cá nói chung. Khi
nghiên cứu trên phơi của các nhóm động vật khác, các nhà khoa học thường gặp
một số khó khăn. Ví dụ như, phơi lưỡng cư thường phát triển bên trong những quả
trứng có màu mờ đục; phơi chim, bị sát thường phát triển trong một màng dai và
dày; phôi động vật có vú phát triển trong tử cung. [13]
Quá trình phát triển phơi cá Ngựa vằn có thể chia thành các giai đoạn chính:
hợp tử, phân chia (cleavage), phơi nang (blastula), phôi vị (gastrula), phân đốt
(segmentation), hầu họng (pharyngula) và nở - thốt nang (hatching). Mỗi giai đoạn
có đặc điểm riêng.
Giai đoạn hợp tử: xảy ra ngay sau khi thụ tinh, dòng tế bào chất di chuyển,
phân thành đĩa phôi (blastodisc) ở cực.
Giai đoạn cleavage: Sự phân chia bắt đầu sau thụ tinh khoảng 45 phút và tối
đa là sau 60 phút.


13

Hình 1.4. Giai đoạn phân chia (cleavage) (X4)
Giai đoạn blastula: Các tế bào sắp xếp tạo thành gò cao gọi là phơi bì. Sau đó,
phơi bì sang bằng và trải ra, bao trùm nỗn (sự mọc phủ).

Hình 1.5. Giai đoạn phôi nang (blastula) (X4)

Giai đoạn gastrula: Sự mọc phủ diễn ra liên tục cho đến khi mầm đi hình
thành.

Hình 1.6. Giai đoạn phôi vị (gastrula) (X4)
Giai đoạn segmentation: Các đốt sống hình thành, tạo thành hình chữ V.


14

Hình 1.7. Giai đoạn phân đốt (segmentation) (X4)
Giai đoạn pharyngula: Các sắc tố hình thành, tim bắt đầu hoạt động, mạch
máu kéo dài khắp cơ thể.

Hình 1.8. Giai đoạn hầu họng (pharyngula) (X4)
Giai đoạn hatching: Cấu tạo ngoài của cơ thể như vây, mang, miệng… hồn
thiện và ấu trùng thốt nang [13].


15

Hình 1.9. Giai đoạn thốt nang (hatching) (X4)
1.2.4.2. Giai đoạn hậu phơi
Giai đoạn hậu phơi được tính từ sau khi cá bột thoát khỏi màng trứng và sống
độc lập trong môi trường nước.
Trong những ngày đầu tiên sau khi nở, cá bột sẽ nằm dưới đáy của cốc, do
bóng khí khi đó cịn chưa chứa nhiều khơng khí. Sau khoảng ba tháng, chúng bắt
đầu thành thục về sinh dục. Sự phát triển của cá Ngựa vằn xảy ra khá nhanh so với
các lồi động vật có xương sống khác.
1.2.5. Đặc điểm sinh sản của cá Ngựa vằn
Sự sinh sản của cá Ngựa vằn có những đặc điểm phù hợp đối với các nghiên

cứu trong phịng thí nghiệm.
Thứ nhất, thời gian sinh sản của chúng diễn ra quanh năm, chỉ cần chế độ dinh
dưỡng tốt và chu kì sáng tối phù hợp. Một cặp cá trưởng thành có thể sinh sản trong
suốt thời gian sống của chúng. Thời gian sinh sản tối ưu là ba tháng đầu sau khi
thành thục về sinh dục. [35]
Thứ hai, mỗi cá cái trưởng thành có thể đẻ 100 - 300 trứng trong một lần, và
sau khi trứng chìm dưới đáy, lẫn giữa các viên bi được đặt trong hồ, ta có thể thu
trứng dễ dàng bằng cách hút chúng lên bằng các ống nhựa mềm.
Thứ ba, thao tác ghép cá tương đối dễ dàng: chỉ cần nuôi chung cá đực và cá
cái trong một bể phối vào buổi chiều trước khi cần thu phôi và đặt trong điều kiện


16

tối. Cá cái sẽ đẻ trứng trong vòng một giờ đầu khi bắt đầu được chiếu sáng vào ngày
hơm sau.
Ngồi những ưu điểm trên, sự sinh sản của cá Ngựa vằn có những đặc điểm
chính như sau:
Trứng cá Ngựa vằn nhỏ (đường kính khoảng 0,5 - 0,6 mm (trước khi thụ
tinh)). Trứng của chúng chứa một lượng nỗn hồng tương đối lớn (macrolecithal,
lecithal = yolk). Xung quanh trứng là một lớp màng gọi là màng bao nỗn (vitelline
envelope), bên ngồi màng bao noãn là lớp màng bền, dai gọi là màng đệm.

Hình 1.10. Trứng cá Ngựa vằn
cá Ngựa vằn thụ tinh ngoài. Sau một thời gian ve vãn ngắn, con đực bơi theo
con cái, con cái đẻ trứng của mình và con đực sẽ tưới tinh trùng lên trên trứng. Tinh
trùng sau khi được phóng vào nước phải vượt qua được lớp màng đệm bảo vệ xung
quanh trứng để kết hợp được với trứng. Tinh trùng tìm đến lỗ trứng (một lỗ nhỏ
xuyên qua lớp màng đệm). Khi tinh trùng kết hợp với màng tế bào trứng, các lỗ
trứng ngay sau đó sẽ bịt kín lại, ngăn cản tinh trùng khác xâm nhập vào trứng. Đây

là một trong những cơ chế ngăn chặn sự thụ tinh đa tinh trùng. Ngoài ra, phản ứng
hạt canxi xảy ra do sự hợp nhất giữa trứng và tinh trùng cũng góp phần ngăn chặn
sự thụ tinh đa tinh trùng. [13]
Trong phản ứng hạt vỏ, hạt vỏ của trứng sẽ hợp nhất với màng tế bào trứng,
giải phóng vào khơng gian ngoại bào. Các hạt trong ngăn ngoại bào sẽ hấp thu


17

nước, làm cho màng đệm sẽ phình to và tách xa dần bề mặt trứng (hình 1.11). Khi
màng đệm hồn toàn tách ra (12 phút sau khi thụ tinh), trứng sẽ tăng đường kính lên
khoảng 1 mm. Lúc bấy giờ, ta gọi trứng đã thụ tinh là hợp tử và sau đó là giai đoạn
phơi phát triển bên trong trứng. [13]

Hình 1.11. Màng đệm phình to và tách xa màng trứng (X4)
Có thể tóm tắt vịng đời của cá Ngựa vằn qua hình 1.12.

Hình 1.12. Vịng đời của cá Ngựa vằn