nghiên cứu sử dụng cá ngựa vằn (danio rerio) làm sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm nguồn nước cho nhà máy nước cấp thành phố đà nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA SINH – MÔI TRƢỜNG



PHAN THỊ ANH PHƢƠNG




NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁ NGỰA VẰN (Danio
rerio) LÀM SINH VẬT CẢNH BÁO SỚM Ô NHIỄM
NGUỒN NƢỚC CHO NHÀ MÁY NƢỚC CẤP
THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG




KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2015


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA SINH – MÔI TRƢỜNG



PHAN THỊ ANH PHƢƠNG




NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁ NGỰA VẰN (Danio
rerio) LÀM SINH VẬT CẢNH BÁO SỚM Ô NHIỄM
NGUỒN NƢỚC CHO NHÀ MÁY NƢỚC CẤP
THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG


NGÀNH QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG


CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
ThS. NGUYỄN VĂN KHÁNH

Niên khóa 2011 - 2015


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong khóa luận là trung thực và chƣa từng
đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả khóa luận


Phan Thị Anh Phƣơng

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này tôi xin bày
tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Văn Khánh đã
hƣớng dẫn cho tôi trong suốt thời gian qua. Đồng thời tôi
xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Sinh –
Môi Trƣờng, trƣờng Đại học Sƣ Phạm, Đại học Đà Nẵng
đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành khóa luận này.

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2015
Sinh viên: Phan Thị Anh Phƣơng

MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC BẢNG 5
DANH MỤC HÌNH 6
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục tiêu của đề tài 2
3. Ý nghĩa của đề tài 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM NƢỚC TRÊN THẾ GIỚI 3
1.2. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM NƢỚC Ở VIỆT NAM 4
1.3. GIỚI THIỆU VỀ SINH VẬT CẢNH BÁO 6
1.3.1. Sinh vật cảnh báo 6
1.3.2. Nguyên lý sử dụng 6
1.3.3. Tiêu chí lựa chọn 9
1.4. TỔNG QUAN HỆ THỐNG DÙNG SINH VẬT CẢNH BÁO SỚM 9
1.4.1. Tình hình nghiên cứu sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm trên thế giới 9
1.4.2. Tình hình nghiên cứu sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm ở Việt Nam 11
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15
2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 15
2.1.1. Vật liệu thí nghiệm 15
2.1.2. Loài cá sử dụng thử nghiệm 15
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 16
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16
2.3.1. Phƣơng pháp hồi cứu tài liệu 16
2.3.2. Phƣơng pháp thí nghiệm độc học 16
2.3.3. Phƣơng pháp thí nghiệm theo dõi sự thay đổi hành vi của cá 17

2.3.4. Phƣơng pháp xử lý số liệu 18




CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19
3.1. KẾT QUẢ LC
50
-24h 19
3.1.1. Nhiệt độ, pH, DO trong thời gian làm thí nghiệm 19
3.1.2. Giá trị LC
50
-24h của NaOCl đối với cá Ngựa vằn 20
3.2. KẾT QUẢ THEO DÕI HÀNH VI BƠI CỦA CÁ NGỰA VẰN TRONG MÔI
TRƢỜNG NƢỚC CẤP VÀ NƢỚC SÔNG 21
3.2.1. Nhiệt độ, pH, DO trong thời gian làm thí nghiệm 21
3.2.2. Hành vi bơi của cá trong thời gian làm thí nghiệm 21
3.3. KẾT QUẢ THEO DÕI HÀNH VI BƠI CỦA CÁ NGỰA VẰN TRONG MÔI
TRƢỜNG NƢỚC SÔNG CHỨA 10%, 20%, 30% VÀ 40% LC
50
-24h 24
3.3.1. Nhiệt độ, pH, DO trong thời gian làm thí nghiệm 24
3.3.2. Hành vi bơi của cá trong thời gian làm thí nghiệm 25
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 32
4.1. KẾT LUẬN 32
4.2. KIẾN NGHỊ 32
TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BEWS Hệ thống sinh vật cảnh báo sớm
ĐVKXS Động vật không xƣơng sống
KCN Khu công nghiệp
KLN Kim loại nặng
OECD Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế
TCCP Tiêu chuẩn cho phép





DANH MỤC BẢNG
Số hiệu
bảng
Tên bảng
Trang
3.1
Nhiệt độ, pH và oxy hòa tan trong thời gian làm thí nghiệm LC
50

19
3.2
Tỷ lệ cá Ngựa vằn chết theo nồng độ NaOCl và giá trị LC
50

20

3.3
Thông số đầu vào và đầu ra của thí nghiệm
21
3.4
Kết quả quãng đƣờng di chuyển của cá trong 5h
24
3.5
Thông số đầu vào và đầu ra của thí nghiệm
25







DANH MỤC HÌNH
Số hiệu
hình vẽ
Tên hình
Trang
2.1
Cá Ngựa vằn (Danio rerio Hamilton, 1822)
15
2.2
Bố trí thí nghiệm LC
50
-24h
17
2.3

Cá Ngựa vằn trong thí nghiệm LC
50

17
2.4
Sơ đồ thí nghiệm giám sát hành vi cá Ngựa Vằn
18
3.1
Biểu đồ thể hiện sự tƣơng quan giữa phần trăm cá Ngựa vằn chết
phụ thuộc vào nồng độ NaOCl trong 24h
20
3.2
Quãng đƣờng di chuyển và khoảng giới hạn của cá Ngựa vằn
trong môi trƣờng nƣớc cấp
22
3.3
So sánh quãng đƣờng di chuyển của cá trong môi trƣờng nƣớc
cấp - nƣớc sông
23
3.4
Quãng đƣờng di chuyển và khoảng giới hạn của cá Ngựa vằn
trong môi trƣờng nƣớc sông
26
3.5
Quãng đƣờng di chuyển của cá trong môi trƣờng nƣớc sông và
nƣớc sông chứa 10% LC
50

27
3.6

Quãng đƣờng di chuyển của cá trong môi trƣờng nƣớc sông và
nƣớc sông chứa 20% LC
50

28
3.7
Quãng đƣờng di chuyển của cá trong môi trƣờng nƣớc sông và
nƣớc sông chứa 30% LC
50

29
3.8
Quãng đƣờng di chuyển của cá trong môi trƣờng nƣớc sông và
nƣớc sông chứa 40% LC
50

30



1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bảo vệ chống ô nhiễm môi trƣờng và quản lý nguồn nƣớc đang là
những vấn đề cấp bách trên toàn cầu. Chất lƣợng nƣớc thƣờng xuyên bị ảnh
hƣởng bởi các quá trình bất lợi nhƣ suy thoái đất, biến đổi khí hậu, các tác
động trực tiếp hay gián tiếp của con ngƣời [20]. Theo Viện Khoa học sự sống
quốc tế [20], nhiều nhà quản lý nhà máy xử lý nƣớc cấp nhận thấy rằng chất ô
nhiễm từ nông nghiệp, nƣớc thải chƣa xử lý… là mối đe dọa hàng đầu đến

việc cung cấp nƣớc.
Việc áp dụng công nghệ sinh tin học để giám sát nguồn nƣớc mặt ô
nhiễm mang lại hiệu quả khả quan xong vẫn còn rất mới mẻ ở Việt Nam.
Hiện nay, nhiều nghiên cứu quan tâm đến việc dùng cá nhƣ một sinh vật chỉ
thị (biomarker) cho việc giám sát ô nhiễm nguồn nƣớc bằng cách phân tích
hành vi để xác định nguồn nƣớc bị ô nhiễm hay không. Ý tƣởng là khi nguồn
nƣớc bị ô nhiễm, các chất ô nhiễm sẽ ảnh hƣởng lên hoạt động của các vi sinh
vật sống trong đó. Từ đó, bằng cách quan sát sự thay đổi hành vi của vi sinh
vật ta có thể xác định sự ô nhiễm và các chất gây ô nhiễm.
Tuy nhiên, sinh vật đƣợc sử dụng với các phƣơng pháp này thƣờng
thích nghi với điều kiện sống bản địa; việc tìm ra các sinh vật giống hệt nhƣ
vậy để áp dụng cho bài toán ở Việt Nam là một vấn đề khó khăn bởi nhiều
khả năng chúng không tồn tại trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam.
Từ cơ sở khoa học và thực tiễn trên, tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu
sử dụng cá Ngựa vằn (Danio rerio) làm sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm
nguồn nƣớc cho nhà máy nƣớc cấp tại thành phố Đà Nẵng”. Nghiên cứu
này nhằm phân tích các phản ứng sinh học đặc trƣng của sinh vật cảnh báo
đối với sự thay đổi chất lƣợng nguồn nƣớc, từ đó có thể cảnh báo sớm ô
nhiễm.

2

2. Mục tiêu của đề tài
2.1 . Mục tiêu tổng quát
Nghiên cứu sử dụng loài cá Ngựa Vằn làm sinh vật cảnh báo ô nhiễm
nƣớc cho nhà máy nƣớc cấp thành phố Đà Nẵng.
2.2 . Mục tiêu cụ thể
Xác định nồng độ LC
50
– 24h của cá Ngựa vằn đối với độc chất Natri

Hypochlorit (NaOCl).
Xác định các thay đổi hành vi của cá khi tiếp xúc với chất ô nhiễm.
3. Ý nghĩa của đề tài
Đề tài theo dõi hành vi của cá Ngựa vằn (Danio rerio) trong môi
trƣờng nƣớc sông thuần túy và môi trƣờng nƣớc sông có chất giả ô nhiễm
(NaOCl) với các nồng độ khác nhau, từ đó xét xem cá có thay đổi hành vi bơi
khi ở môi trƣờng có chất ô nhiễm hay không. Trên cơ sở đó đề xuất khả năng
sử dụng cá Ngựa vằn làm sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm cho nhà máy nƣớc
cấp thành phố Đà Nẵng.

3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM NƢỚC TRÊN THẾ GIỚI
Trung bình mỗi ngày trên trái đất có khoảng 2 triệu tấn chất thải sinh
hoạt đổ ra sông hồ và biển cả; tại các quốc gia đang phát triển, 70% lƣợng
chất thải công nghiệp không qua xử lý bị trực tiếp đổ vào các nguồn nƣớc.
Liên Hiệp Quốc ƣớc tính khoảng 80% lƣợng nƣớc thải trên toàn cầu và
90% lƣợng nƣớc thải của các nƣớc đang phát triển không đƣợc thu thập và xử
lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng, đe dọa sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng.
[28]. Tình trạng ô nhiễm asen trong nƣớc ngầm tự nhiên ảnh hƣởng đến gần
140 triệu ngƣời tại hơn 70 quốc gia trên khắp các châu lục [29]. Ngay tại các
nƣớc phát triển, chất lƣợng nguồn nƣớc sinh hoạt vẫn không đƣợc đảm bảo.
Tại Pháp, thử nghiệm nƣớc uống phát hiện ra rằng 3 triệu ngƣời đã uống nƣớc
có chất lƣợng không đáp ứng tiêu chuẩn của WHO và 97% số mẫu nƣớc
ngầm không đáp ứng tiêu chuẩn Nitrat [29]. Ở Hà Lan, các nhà máy, xí
nghiệp hóa chất dọc theo sông Rhine và sông Meuse đã làm nguồn nƣớc các
sông này ô nhiễm nghiêm trọng. Ngƣời ta đã phát hiện ra các loại hóa chất
độc hại dùng trong nông nghiệp và những kim loại nặng trong nƣớc uống bắt
nguồn từ hai con sông này [1] Ô nhiễm nƣớc ngày càng gia tăng với sự ra đời

và phát triển của cuộc cách mạng công nghiệp, khi các nhà máy bắt đầu phát
thải các chất ô nhiễm trực tiếp vào sông suối. Năm 1969, các cơ sở công
nghiệp đã thải hơn 3.700 pounds dầu và chất thải hóa học vào con sông
Cuyahoga của Ohio tạo nên ngon lửa bùng cháy dữ dội, và từ đó nơi đây trở
thành biểu tƣợng của ô nhiễm công nghiệp phá hủy tài nguyên thiên nhiên của
Mỹ [30]. Khoảng 70% nƣớc mặt ở Ấn Độ đã bị nhiễm bẩn. Tại sông Ganga,
mỗi sáng, có 70.000 ngƣời xuống tắm nhƣng ngày nay chính phủ đã cấm hoạt
động này do nƣớc sông bị ô nhiễm bởi tro hỏa táng ngƣời chết [4]. Có tới
60% nƣớc sinh hoạt ở Sukinda (Ấn Độ) chứa Cr
+6
với nồng độ lớn hơn hai

4

lần so với các tiêu chuẩn quốc tế. Theo ƣớc tính của một nhóm y tế Ấn Độ,
84,75% số ngƣời chết ở khu mỏ này đều liên quan đến các bệnh do Cr gây ra
[8] .
Ngoài ra, nguồn nƣớc còn chịu mối đe dọa liên tục từ các thảm họa môi
trƣờng do con ngƣời gây nên, nhƣ vụ tràn dầu Exxon Valdez năm 1989, đã
đổ xuông khoảng 40 triệu lít dầu thô xuống vùng biển ngoài khơi Prince
William Sound ở Alaska, tạo nên vết dầu loang 3000 km
2,
ngay lập tức giết
chết hàng trăm ngàn loài chim, cá và động vật hoang dã khác, tàn phá các khu
vực lân cận nhiều năm sau đó [30].
Thực tế trên khiến nguồn nƣớc dùng trong sinh hoạt của con ngƣời bị ô
nhiễm nghiêm trọng. Một nửa số bệnh nhân nằm viện ở các nƣớc đang phát
triển là do không đƣợc tiếp cận những điều kiện vệ sinh phù hợp và các bệnh
liên quan đến nƣớc. Thiếu vệ sinh và thiếu nƣớc sạch là nguyên nhân gây tử
vong cho hơn 1,6 triệu trẻ em mỗi năm.

1.2. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM NƢỚC Ở VIỆT NAM
Bên cạnh những đóng góp tích cực cho nền kinh tế, sự phát triển công
nghiệp đã gây ra không ít tác động tiêu cực đến môi trƣờng. Một vấn đề nóng
bỏng, gây bức xúc trong dƣ luận và gây ảnh hƣởng trực tiếp đến cuộc sống
của con ngƣời là vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nƣớc.
Nƣớc ta có nền công nghiệp chƣa phát triển mạnh, các khu công nghiệp
(KCN) và các đô thị chƣa đông lắm nhƣng tình trạng ô nhiễm nƣớc đã xảy ra
ở nhiều nơi với các mức độ nghiêm trọng khác nhau [10]: ở KCN Thái
Nguyên thải từ các cơ sở sản xuất giấy, luyện kim, khai thác than chiếm 15%
lƣu lƣợng nƣớc ở sông Cầu và có hàm lƣợng chất hữu cơ cao, nƣớc thải này
có màu đen và mùi khó chịu. KCN Việt Trì xả mỗi ngày hàng ngàn mét khối
nƣớc thải của những nhà máy hóa chất, thuốc trừ sâu, giấy, dệt xuống sông
Hồng làm nƣớc bị nhiễm bẩn đáng kể. Đặc biệt nguồn nƣớc thuộc lƣu vực
sông Sài Gòn - Đồng Nai hiện nay đang bị ô nhiễm nặng không đạt chất

5

lƣợng mặt nƣớc dùng làm nguồn cung cấp nƣớc sinh hoạt. Theo số liệu khảo
sát do cục bảo vệ môi trƣờng phối hợp với công ty cấp thoát nƣớc Sài Gòn
thực hiện năm 2008 cho thấy: lƣợng NH
3
, chất rắn lơ lửng, ô nhiễm hữu cơ
tăng cao tại hầu hết các cống, rạch, điểm xả. Có khu vực hàm lƣợng NH
3

trong nƣớc vƣợt 30 lần (cửa sông Thị Tín); hàm lƣợng các kim loại nặng (chì,
sắt, ) vƣợt tiêu chuẩn qui định nhiều lần; chất rắn lơ lững vƣợt tiêu chuẩn từ
3 - 9 lần.
Tình trạng ô nhiễm nƣớc ở các đô thị Việt Nam thấy rõ nhất là ở thành
phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Đây là hai thành phố đông dân nhất ở

Việt Nam vì vậy lƣợng nƣớc thải sinh hoạt đƣợc thải ra mỗi ngày là rất nhiều.
Tuy nhiên ở hai thành phố này lại không có hệ thống xử lý nƣớc tập trung mà
trực tiếp thải ra nguồn tiếp nhận nhƣ sông, hồ, kênh, mƣơng Bên cạnh đó,
còn có rất nhiều cơ sở sản xuất, doanh nghiệp, công ty không có hệ thống xử
lý nƣớc thải. Một số ít cơ sở sản xuất có hệ thống xử lý nƣớc thải (ví dụ: ở Hà
Nội là 36/400 cơ sở) thì đa số không đƣợc vận hành để tiết kiệm chi phí.
Ngoài ra còn có nƣớc thải và rác thải y tế từ các bệnh viện và các cơ sở y tế
thải trực tiếp ra môi trƣờng vì phần lớn các bệnh viện và các cơ sở y tế này
chƣa có hệ thống xử lý nƣớc thải. Một tình trạng đáng báo động khác dẫn đến
ô nhiễm nguồn nƣớc nghiên trọng là việc ngƣời dân quá lạm dụng các loại
thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu Điều này đã ảnh hƣởng không nhỏ đến
sức khỏe con ngƣời và nguồn nƣớc. Ngoài ra việc nuôi trồng thủy hải sản ồ
ạt, thiếu quy hoạch và không theo quy trình khoa học đã gây ra nhiều tác động
tiêu cực đến môi trƣờng nƣớc.
Có thể nói, ô nhiễm nƣớc đang là vấn đề đáng báo động hiện nay cho
cả khu vực thành thị lẫn nông thôn.

6

1.3. GIỚI THIỆU VỀ SINH VẬT CẢNH BÁO
1.3.1. Sinh vật cảnh báo
Sinh vật chỉ thị là loài mẫn cảm với điều kiện sinh lý và sinh hóa, nghĩa
là chúng hoặc hiện diện hoặc có những phản ứng khác thƣờng hoặc thay đổi
số lƣợng cá thể các loài chỉ thị do môi trƣờng bị ô nhiễm hay môi trƣờng sống
bị xáo trộn. Các sinh vật chỉ thị môi trƣờng khác nhau có thể xếp thành các
nhóm theo những tiêu chí nhƣ: (1) Tính nhạy cảm là các loài mẫn cảm đặc
trƣng có những phản ứng khác thƣờng với những điều kiện môi trƣờng không
thích hợp có thể sử dụng nhƣ là công cụ cảnh báo sớm; (2) Nhƣ một công cụ
thăm dò là những loài xuất hiện tự nhiên trong môi trƣờng có thể dùng đo đạc
sự phản ứng và thích nghi đối với sự thay đổi của môi trƣờng; (3) Nhƣ một

công cụ khai thác là các loài có thể chỉ thị cho sự xáo trộn hay ô nhiễm môi
trƣờng; (4) Nhƣ một công cụ tích lũy sinh học là các loài tích lũy sinh học bao
gồm hóa chất trong mô của chúng; (5) Các sinh vật thử nghiệm là các sinh vật
chọn lọc đôi khi có thể đƣợc sử dụng nhƣ là các chất trong thí nghiệm để xác
định sự hiện diện hoặc nồng độ các chất ô nhiễm [7].
Vậy sinh vật cảnh báo là những sinh vật mẫn cảm, có những biểu hiện
phản ứng có thể đo đƣợc đối với ô nhiễm và do đó hoạt động nhƣ một chỉ thị
cảnh báo sớm về sự có mặt các chất ô nhiễm trong môi trƣờng. Ví dụ nhƣ
hiện nay việc sử dụng báo hiệu của cá khi xuất hiện những nhiễu loạn sinh lý
thông thƣờng ở các loài cá mẫn cảm ô nhiễm đang đƣợc nghiên cứu và áp
dụng rộng rãi [7].
1.3.2. Nguyên lý sử dụng
Ở mỗi sinh vật “stress” là điều không thể tránh khỏi, nhƣng phản ứng
không đặc trƣng của sinh vật đến bất kỳ yếu tố nào ảnh hƣởng đến nó, ở giới
hạn thấp hơn hoặc "ngƣỡng căng thẳng" có thể đƣợc xác định. Sự căng thẳng
bao gồm căng thẳng do các chất độc hại, ban đầu sẽ là một "phản ứng báo
động" nhƣng không một sinh vật nào có thể duy trì trạng thái mãn tính báo

7

động đó và cuối cùng vào giai đoạn thích ứng hoặc phản kháng [25]. Các
biểu hiện bên ngoài của sự căng thẳng thƣờng liên quan đến các phản ứng
sinh lý bởi tác nhân hóa học và hệ thần kinh. Một sinh vật phản ứng sự căng
thẳng bằng nhiều cách, bao gồm cả những thay đổi trong mô hình chuyển
động.
Vận động là một tính năng đặc trƣng không thể bỏ qua của nhiều sinh
vật nhƣ là một yếu tố sinh lý quan trọng trong sự sống còn. Những thay đổi
trong hành vi di chuyển của sinh vật có thể đƣợc sử dụng nhƣ một chỉ số thích
hợp trong đánh giá rủi ro độc học sinh thái [19]. Sự thay đổi hành vi của sinh
vật liên quan đến áp lực và tiếp xúc với độc tố cung cấp thông tin mới mà

không thể đƣợc thu đƣợc từ phƣơng pháp độc học truyền thống, trong đó bao
gồm các hiệu ứng tiếp xúc gây chết trong thời gian ngắn và trung bình, khả
năng tử vong [14].
Do đó mỗi sinh vật cảnh báo khi bị tác động bởi môi trƣờng ô nhiễm sẽ
biểu hiện các dấu hiệu sinh học. Dựa vào việc phát hiện và đánh giá, giám sát
các dấu hiệu sinh học đó, có thể phân tích đƣợc mức độ ô nhiễm của môi
trƣờng.
Dấu hiệu sinh học thông thƣờng đƣợc chia thành hai nhóm: dấu hiệu
sinh học phơi nhiễm (biomarkers of exposure) và dấu hiệu sinh học tác động
(biomarkers of effect). Chúng đóng những vai trò khác nhau trong việc giám
sát và đánh giá môi trƣờng.
Dấu hiệu sinh học phơi nhiễm đƣợc dùng để đánh giá lƣợng chất độc
hiện có trong cơ thể. Dấu hiệu sinh học phơi nhiễm cung cấp những thông tin
về phơi nhiễm hóa học trong các cá thể, sự thay đổi nồng độ theo thời gian, và
những biến đổi trong các quần thể khác nhau. Nó cũng có thể cung cấp thông
tin về tầm quan trọng tƣơng đối của các con đƣờng tiếp xúc khác nhau và
những nguy cơ liên quan.
Dấu hiệu sinh học tác động chỉ thị cho những thay đổi trong chức năng

8

sinh học để phản ứng với sự phơi nhiễm hóa chất. Vì vậy, nó giúp nghiên cứu
sâu hơn, trực tiếp hơn những nguy cơ gây hại so với dấu hiệu sinh học tiếp
xúc.
Nguyên tắc cơ bản nhất của tất cả các hệ thống sinh học cảnh báo sớm
là chọn sinh vật phù hợp cho đối tƣợng cần đƣợc giám sát [16]. Việc lựa chọn
này dựa trên khả năng phản ứng của sinh vật đối với các điều kiện môi trƣờng
khác nhau để phản ánh chất lƣợng môi trƣờng sống của chúng. Những sinh
vật bị các chất ô nhiễm hoặc các chất tự nhiên có mặt nhiều trong môi trƣờng
tác động và thông qua các biểu hiện, những thay đổi bất thƣờng, chúng sẽ chỉ

thị cho bản chất và mức độ gây ô nhiễm [7]. Những sinh vật này đƣợc gọi là
sinh vật chỉ thị ô nhiễm. Trong hệ thống BEWS, sinh vật cảnh báo là cảm
biến chính – có chức năng cung cấp những dấu hiệu để cảnh báo sớm sự biến
động môi trƣờng.
Để ghi nhận những phản ứng nhanh chóng, chức năng sinh lí hay hành
vi của sinh vật sẽ đƣợc sử dụng nhƣ là những thông số đáp ứng. Những thông
số này phải phản ánh đƣợc sự thay đổi điều kiện môi trƣờng, đặc biệt là đối
với sự gia tăng nồng độ của một hay nhiều chất độc hại trong nƣớc. Những
phản ứng hành vi đƣợc lựa chọn bao gồm: sự di chuyển, lẩn trốn, các hành vi
bất thƣờng, trong khi những thông số sinh lí đƣợc quan tâm là: tốc độ hô hấp,
nhịp tim, hoạt động quang hợp, sự phát quang. Dữ liệu từ việc quan sát sẽ
đƣợc ghi lại một cách tự động và liên tục. Bộ phận cảm ứng sơ cấp thực hiện
chức năng này có thể là những thiết bị điện, điện từ, điện hóa, quang điện…
Sau khi thu thập, dữ liệu đƣợc phân tích và đánh giá trên bằng những phần
mềm cài đặt sẵn. Khi phát hiện sự thay đổi đáng kể trong phản ứng sinh thái
vƣợt khỏi tiêu chuẩn đã đƣợc định sẵn, hệ thống sẽ tự động đánh dấu và sinh
ra một báo động [16]. Nhiều hệ thống sẽ tạo thành một mạng lƣới và dấu hiệu
bất thƣờng sẽ đƣợc báo đến ngƣời quản lí ngay tức thì. Nếu sự báo động đƣợc
sử dụng để kết luận về chất lƣợng một mẫu nƣớc, phân tích hóa học có thể

9

đƣợc tiến hành ngay sau đó để tìm ra nguyên nhân bằng cách định tính, định
lƣợng những chất ô nhiễm.
1.3.3. Tiêu chí lựa chọn
Việc lựa chọn những sinh vật cảnh báo phụ thuộc vào cả những khía
cạnh thực tế lẫn tính logic. Ngoài việc phải thỏa mãn các tiêu chuẩn để là một
sinh vật chỉ thị, sinh vật cảnh báo còn phải đáp ứng đƣợc một số điều kiện sau
[7]:
 Đã đƣợc định loại rõ ràng;

 Có nhiều dẫn liệu về sinh thái cá thể của đối tƣợng qua thử nghiệm sinh
học;
 Phải mẫn cảm và có các phản ứng ổn định với chất gây ô nhiễm hoặc
hiểu quả trong nghiên cứu. khả năng phơi nhiễm đối với các chất gây ô
nhiễm;
 Có phân bố rộng và phong phú quanh năm;
 Có ý nghĩa rộng về sinh thái, kinh tế;
 Phải ở trạng thái khỏe mạnh và không dễ bị nhiễm bệnh và kí sinh;
 Phải dễ bảo quản trong phòng thí nghiệm, có tính biến dị di truyền
thấp.
Với những yêu cầu trên, những loài bản địa đặc trƣng luôn là những sự
lựa chọn hàng đầu cho các hệ thống giám sát [16].
1.4. TỔNG QUAN HỆ THỐNG DÙNG SINH VẬT CẢNH BÁO SỚM
1.4.1. Tình hình nghiên cứu sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm trên thế
giới
Phƣơng pháp sử dụng sinh vật để giám sát sự ô nhiễm nguồn nƣớc là
một vấn đề mới trên phạm vi thế giới và hứa hẹn nhiều kết quả tốt hơn các
phƣơng pháp đo đạc các thông số lý hóa truyền thống. Đặc điểm khác biệt của
phƣơng pháp mới này là thƣờng chứa một hệ thống cảm biến để ghi nhận

10

hình ảnh liên tục của sinh vật và truyền về trung tâm xử lý để từ đó có thể
phát hiện các hiện tƣợng bất thƣờng. Dù đã có những kết quả hứa hẹn ban đầu
nhƣng cho đến nay vẫn chƣa có một hệ thống chuẩn nào đƣợc đề xuất. Lí do
của vấn đề này nằm trong bản chất của hệ thống cảnh báo sinh học: một số
sinh vật có thể sống tại khu vực địa lý này nhƣng có thể không tồn tại tại khu
vực khác. Một vấn đề nữa liên quan đến từng loại sinh vật đƣợc sử dụng: đó
là những hành vi nào sẽ đƣợc sử dụng để phát hiện các hiện tƣợng bất thƣờng
– những sinh vật khác nhau sẽ có các hành vi khác nhau. Theo nghiên cứu của

L. Boynton Nghiên cứu quan sát đặc tính đơn giản của sinh vật tại đại học
Texas, Hoa Kỳ [15], hình ảnh của sinh vật đƣợc ghi lại bằng camera và truyền
về máy tính xử lý. Độ phát sáng của sinh vật là đặc điểm để phát hiện ra sự
bất thƣờng trong nguồn nƣớc. Với phƣơng pháp này, các tác giả đã có thể
phát hiện đƣợc sáu chất gây ô nhiễm nguồn nƣớc. Nhìn chung phƣơng pháp
này còn tƣơng đối đơn giản. Nhóm các phƣơng pháp thứ hai có độ phức tạp
cao hơn và đƣợc quan tâm nhiều trong thời gian gần đây khi nó có thêm phần
phân tích các hành vi của sinh vật. Tuy nhiên, số lƣợng và các loại hành vi
cũng khác nhau tùy thuộc vào sinh vật đƣợc sử dụng. Trong khi đó, ở Mỹ các
tác giả quan tâm đến nhịp thở của cá bluegill để từ đó phát hiện ra các chất
gây ô nhiễm [27]. Ngoài ra, nghiên cứu tại đại học Melbourne (Úc) cung cấp
một hệ thống tƣơng đối đầy đủ hơn, khi cho phép quan sát hành vi của một số
loài tôm, ốc, và động vật có xƣơng sống. Hơn nữa, hệ thống phát hiện ô
nhiễm này còn kết hợp với một hệ thống phát tín hiệu cảnh báo đến các khu
vực cần thiết. Tuy nhiên, công trình này vẫn còn đang tiếp diễn. Ở nghiên cứu
của Serra Toro và cs. [26], chuyển động của cá đƣợc mô tả bằng chuỗi các
hành động gồm: không chuyển động – lên – xuống – phải – trái, sau đó kết
hợp với phƣơng pháp “recurrence plot” để chỉ ra sự khác nhau về chuyển
động trong môi trƣờng bình thƣờng và môi trƣờng ô nhiễm. Một nghiên cứu
của Kane [21] tập trung vào việc nhận biết sự thay đổi của cá mummichog khi

11

chịu tác động của chất gây căng thẳng (stress) trong nƣớc. Các đặc tính dùng
để nhận biết: vận tốc, sự thay đổi về góc, khoảng cách từ tâm của bể (phản
ánh hiện tƣợng cá bơi gần thành bể nhƣ thế nào).
Nhìn chung, lĩnh vực nghiên cứu hệ thống cảnh báo sớm sử dụng sinh
vật đang đƣợc coi là hƣớng đi mới đƣợc nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm
bởi sự phát hiện nhanh chóng nguyên nhân ô nhiễm. Giúp các cơ quan quản
lý có thể kịp thời xử lý trong các trƣờng bị đầu độc hay sự cố môi trƣờng

khẩn cấp.
1.4.2. Tình hình nghiên cứu sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm ở Việt
Nam
Vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc là một bài toán quan trọng đặt ra đối với
nƣớc ta trong việc đảm bảo chất lƣợng nguồn nƣớc. Vấn đề này càng cấp thiết
khi trong những năm gần đây báo chí đã đƣa ra ánh sáng các vụ gây ô nhiễm
nguồn nƣớc nghiêm trọng liên quan đến chất thải từ các hoạt động sản xuất.
Chính vì thế giải quyết vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc – trong bối cảnh ô nhiễm
môi trƣờng nói chung – đã nhận đƣợc nhiều sự quan tâm trong cả nƣớc [12],
[13]. Nhiều nghiên cứu về việc phát hiện ô nhiễm nguồn nƣớc đã đƣợc tiến
hành tại các trung tâm nghiên cứu và các trƣờng đại học trên cả nƣớc, hay
thông qua các tổ chức quốc tế [3], [9], [11][3]. Nói chung các nghiên cứu này
đều tập trung vào các phƣơng pháp đo đạc lí hóa hay sử dụng vi sinh vật phân
hủy để giám sát sự ô nhiễm của nguồn nƣớc.
Trong khi đó, việc phát hiện ô nhiễm nƣớc bằng phƣơng pháp phân tích
hành vi của vi sinh vật vẫn còn mới mẻ ở Việt Nam. Nhƣ đã nói ở phần trƣớc,
thật ra phƣơng pháp phân tích hành vi của sinh vật chỉ thị đã đƣợc tiến hành
nhiều nơi trên thế giới và đã cho những kết quả tốt. Tuy nhiên, sinh vật đƣợc
sử dụng với các phƣơng pháp này thƣờng thích nghi với điều kiện sống bản
địa; việc tìm ra các sinh vật giống hệt nhƣ vậy để áp dụng cho bài toán ở Việt
Nam là một vấn đề khó khăn bởi nhiều khả năng chúng không tồn tại trong

12

điều kiện khí hậu ở Việt Nam.
Các nghiên cứu giám sát sinh học ở Việt Nam có các nghiên cứu dựa trên
khả năng tích lũy sinh học của sinh vật chỉ thị nhƣ các loài hai mảnh vỏ bƣớc
đầu cho kết quả khả quan về khả năng giám sát ô nhiễm các KLN cho môi
trƣờng cửa sông. Nghiên cứu của Lƣu Đức Hải và cs. (2010) về tích lũy KLN
thủy ngân ở cửa Đại (Hội An) cho thấy Trầm tích tại khu vực cửa Đại chƣa có

dấu hiệu ô nhiễm Hg. Hàm lƣợng Hg tích lũy trong loài Ngao dầu
(0,073±0,045 µg/g) và loài Hến (0,066±0,044 µg/g) nằm trong giới hạn TCCP
của Bộ Y Tế. Tuy nhiên, hàm lƣợng Hg tích lũy trong cơ thể hai loài này có
sự gia tăng rõ rệt theo khối lƣợng và kích thƣớc. Hàm lƣợng Hg trong trầm
tích tƣơng quan thuận với hàm lƣợng Hg tích lũy trong cơ thể của loài Ngao
dầu ở mức “tƣơng quan vừa” (r = 0,311, p
value
= 0,415) và ở loài Hến có mức
độ tƣơng quan thấp hơn ở mức “tƣơng quan yếu” (r = 0,138, p
value
= 0,722).
Kết quả cho thấy, ở khu vực cửa Đại có thể sử dụng loài Ngao dầu làm sinh
vật chỉ thị ô nhiễm Hg [9]. Một nghiên cứu khác của Nguyễn Văn Khánh và
cs. (2010) về hàm lƣợng As, Pb tích lũy trong loài Hến (Corbicula sp.) và
Hàu sông (Ostrea rivularis Gould, 1861) tại cửa sông Cu Đê, TP. Đà Nẵng
kết quả cho thấy tích lũy KLN As và Pb trong loài Hến (Corbicula sp.) và loài
Hầu sông (Ostrea rivularis G.) từ cửa sông Cu Đê, TP. Đà Nẵng. Hàm lƣợng
As ơ
̉
cả hai loa
̀
i Hến va
̀
Hầu sông đều vƣợt TCCP của Bộ y tế (Hến:
15,45±5,30 µg/g va
̀
Hầu sông : 1,23±1,08 µg/g). Điều đáng chú ý là mặc dù
hàm lƣợng Pb trong bùn đáy của sông Cu Đê chƣa có dấu hiệu ô nhiễm,
nhƣng hàm lƣợng Pb tích lũy trong loài Hến đã vƣợt TCCP 1,5 lần (3,58±2,69
µg/g). Hàm lƣợng Pb trong loài Hầu sông vẫn nằm trong TCCP (1,04±0,81

µg/g). Sƣ
̣
tƣơng quan thuâ
̣
n giƣ
̃
a hàm lƣợng As , Pb trong bu
̀
n đa
́
y và trong
loài Hến (Corbicula sp.) và loài Hầu sông (Ostrea rivularis G.) cho thấy có
thể sử dụng hai loài này làm sinh vật chỉ thị cho ô nhiễm As và Pb trong khu
vực cửa sông Cu Đê, TP. Đà Nẵng [2], [6] nghiên cứu tích lũy kim loại nặng

13

chì (Pb) và cadmium (Cd) ở loài Sò lông (Anadara subcrenata Linnaeus) và
Ngao dầu (Meretrix meretrix Linnaeus) vùng cửa sông, TP. Đà Nẵng kết quả
cho thấy mức độ tích lũy Pb và Cd ở loài Sò lông có “tƣơng quan chặt” với
kích thƣớc và khối lƣợng cơ thể. Điều này cho thấy, sự tăng trƣởng về kích
thƣớc và khối lƣợng dẫn đến gia tăng tích lũy KLN trong cơ thể. Ở loài Ngao
dầu mức độ tích lũy Pb có “tƣơng quan chặt” với kích thƣớc và “tƣơng quan
vừa” với khối lƣợng cơ thể. Tuy nhiên, đối với Cd thì mức độ tích lũy chỉ
“tƣơng quan vừa” với kích thƣớc và khối lƣợng cơ thể. Kết quả nghiên cứu
cho thấy, có thể sử dụng hai loài loài Sò lông (Anadara subcrenata L.) và
Ngao dầu (Meretrix meretrix L.) làm sinh vật chỉ thị ô nhiễm KLN [2].
Ngoài ra, một số nghiên cứu sử dụng các loài động vật không xƣơng
sống (ĐVKXS) trong hệ thống BMWP làm sinh vật chỉ thị ô nhiễm môi
trƣờng nƣớc nhƣ: Nguyễn Xuân Quýnh (1995). Ông đã đề xuất một hệ thống

phân loại độ nhiễm bẩn các thủy vực có nƣớc thải tại Hà Nội, dựa trên một số
chỉ tiêu cơ bản về sinh học và lý hóa, quy định sự có mặt hay vắng mặt của
một số loài hay nhóm loài ĐVKXS đƣợc coi nhƣ sinh vật chỉ thị, quy định sự
phát triển về số lƣợng và khối lƣợng của chúng ở những mức độ khác nhau.
Từ những năm 1997, nhiều chƣơng trình nghiên cứu với việc sử dụng
ĐVKXS cỡ lớn làm sinh vật chỉ thị quan trắc và đánh giá chất lƣợng nƣớc
đƣợc thực hiện với sự tham gia của khoa Sinh học, trƣờng Đại học Khoa học
Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội phối hợp với các tổ chức quốc tế nhƣ: Hội nghiên
cứu thực địa (Field Studies Council) và Viện sinh thái nƣớc ngọt Anh Quốc
(Institute of Freshwater Ecology). Đến năm 1999, Steve Tilling và Clive
Pinder tiến hành nghiên cứu các dữ liệu ban đầu và điều chỉnh hệ thống tính
điểm BMWP sao cho phù hợp với điều kiện ở Việt Nam. Từ kết quả nghiên
cứu đạt đƣợc, đến năm 2001 một khóa định loại ĐVKXS cỡ lớn đến họ đã
đƣợc xây dựng, một quy trình lấy mẫu và một hệ thống điểm BMWP
VIET
cũng
đã đƣợc thiết lập. Công việc này đƣợc thực hiện chủ yếu dựa vào sự điều

14

chỉnh hệ thống BMWP
THAI
và một số nghiên cứu ở Việt Nam. Sự ra đời của
hệ thống BMWP
VIET
là cơ sở khoa học của việc nghiên cứu, áp dụng để đánh
giám sát sinh học chất lƣợng môi trƣờng nƣớc tại Việt Nam. Trong những
năm qua hệ thống BMWP đƣợc áp dụng rộng rãi ở nhiều vùng trong nƣớc,
riêng khu vực miền Trung từ năm 2007 đến 2012 có các nghiên cứu của
Nguyễn Văn Khánh và cs. đã áp dụng hệ thống này giám sát ô nhiễm các

sông ở Quảng Nam và Đà Nẵng đã cho những kết quả nghiên cứu khả quan
về hiệu quả giám sát đối với chất lƣợng nƣớc sông [6].
Do đó, việc xây dựng mô hình để phát hiện ô nhiễm nguồn nƣớc ở Việt
Nam bằng cách sử dụng các sinh vật (cá) phù hợp với môi trƣờng sống của
nƣớc ta sẽ có ý nghĩa quan trọng.


15

CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU
2.1.1. Vật liệu thí nghiệm
Hóa chất sử dụng là Natri hypochlorite (NaOCl) tinh khiết.
Nƣớc thí nghiệm:
 Sử dụng nƣớc cấp của thành phố Đà Nẵng, nƣớc đƣợc để trên 24h
trƣớc khi dùng cho thí nghiệm để khử bớt Clo.
 Sử dụng nƣớc sông đƣợc lấy tại sông Cẩm Lệ, đoạn đi qua nhà máy
nƣớc Cầu Đỏ, nƣớc sông đƣợc xác định độ mặn trƣớc khi tiến hành thí
nghiệm.
2.1.2. Loài cá sử dụng thử nghiệm
Tiêu chuẩn lựa chọn loài cá thí nghiệm: Cá có số lƣợng lớn, dễ nuôi và
chăm sóc, chủ động nguồn cung cấp, có kích thƣớc phù hợp, có màu sắc dễ
quan sát và đã có dữ liệu nghiên cứu về đặc điểm sinh lý, sinh thái.


Hình 2.1: Cá Ngựa vằn (Danio rerio Hamilton, 1822)
Loài đƣợc sử dụng trong thí nghiệm: Cá ngựa vằn (Danio rerio
Hamilton, 1822) thuộc bộ Cypriniformes (bộ cá chép), họ Cyprinidae (họ cá
chép). Cá có thân thon dài, lƣng và nền thân màu vàng nâu, dọc thân có các

sọc xanh dƣơng đậm chạy từ vùng nắp mang đến hết vây đuôi và lan xuống
cả vây hậu môn. Có hai dạng vây: ngắn và dài. Cá cũng có nhiều dạng màu
sắc thân do chọn lọc nhân tạo, phổ biến hiện nay là ngựa vằn tím leopard với

16

các đốm xanh tím trên thân, ngựa vằn vàng và ngựa vằng đỏ. Cá có kích
thƣớc tối đa từ 5 - 6 cm; theo Vũ Cẩm Lƣơng, cá thích hợp ở môi trƣờng pH 6
- 8, nhiệt độ 20 – 28
o
C, tuy nhiên ở một số nghiên cứu khác lại cho rằng cá
Ngựa vằn có khoảng giới hạn nhiệt rộng hơn.
Cá đƣợc mua từ cửa hàng cá cảnh, thuần dƣỡng trong bể 80 lít trong
vòng 1 tuần. Trƣớc khi làm thí nghiệm, ngừng cho ăn một ngày để hạn chế
phân cá làm ô nhiễm nƣớc khi tiến hành thí nghiệm.
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Xác định LC
50
-24h của cá Ngựa vằn.
Theo dõi hoạt động bơi của cá trong các môi trƣờng nƣớc khác nhau.
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Phƣơng pháp hồi cứu tài liệu
Thu thập và tổng hợp thông tin từ các nguồn tài liệu về sinh vật cảnh
báo, phƣơng pháp thử nghiệm độc học cấp tính, phƣơng pháp giám sát sinh
học, hệ thống cảnh báo sớm ô nhiễm nguồn nƣớc dựa trên hành vi phản ứng
của sinh vật và các nghiên cứu về cá Ngựa vằn đƣợc sử dụng trong thử
nghiệm.
2.3.2. Phƣơng pháp thí nghiệm độc học
a) Xác định khoảng gây độc cho cá
Thí nghiệm dựa trên ngƣỡng gây độc của NaOCl đối với cá ở một số

nghiên cứu trƣớc. Xác định khoảng nồng độ gây chết cá từ 10 – 90%.
b) Thí nghiệm độc học LC
50
-24h
Sau khi xác định đƣợc khoảng gây độc cho cá, tiến hành thí nghiệm với
dãy năm nồng độ natri hipoclorit (NaOCl) đối với cá Ngựa vằn: 33,33; 40;
51,67; 53,33; 58,33 mg/L và đối chứng (0 mg/L). Với mỗi nồng độ lặp lại 4
lô, mỗi lô có 10 con cá/3lít nƣớc. Thí nghiệm đƣợc thực hiện theo phƣơng
pháp tĩnh trong 24h, sục khí thƣờng xuyên. Thí nghiệm đƣợc theo dõi và ghi
nhận số cá chết thƣờng xuyên sau khi bố trí. Khi phát hiện cá chết, ghi nhận