Ảnh hưởng của sự tích tụ kim loại nặng lên sức khỏe sinh lý của cá mè (hypophthlmichthys molitrix) ở lưu vực sông nhuệ đáy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

VŨ TRIỆU ÁNH HỒNG

ẢNH HƢỞNG CỦA SỰ TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG LÊN SỨC KHỎE
SINH LÝ CỦA CÁ MÈ (Hypophthalmichthys molitrix )
Ở LƢU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

VŨ TRIỆU ÁNH HỒNG

ẢNH HƢỞNG CỦA SỰ TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG LÊN SỨC KHỎE
SINH LÝ CỦA CÁ MÈ (Hypophthalmichthys molitrix)
Ở LƢU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY
Chuyên ngành: Sinh Thái Học
Mã số: 60.42.01.20

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGÔ THỊ THÚY HƢỜNG
PGS.TS. LÊ THU HÀ

Hà Nội - 2015


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy, cô giáo trong
trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội, đặc biệt các thầy,
cô giáo trong Khoa Sinh học, đã tận tình dạy bảo, tạo mọi điều kiện học tập, rèn
luyện cho tôi trong suốt hai năm học Cao học, để tôi có đƣợc kiến thức nhƣ hôm
nay và cụ thể là những kết quả mà đề tài này phần nào thể hiện.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới TS. Ngô Thị Thúy Hƣờng, PGS.
TS. Lê Thu Hà đã tận tình hƣớng dẫn cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn.
Mặc dù trong quá trình thực hiện luận văn gặp nhiều khó khăn nhƣng các Cô đã
giúp đỡ, hƣớng dẫn và chỉ bảo chu đáo đã giúp tôi thêm kiến thức, sự nhiệt huyết,
niềm tin và cố gắng để hoàn thành nghiên cứu này.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các Thầy Cô trong PTN Sinh thái học
và Sinh học môi trƣờng đã tạo điều kiện về trang thiết bị, kỹ thuật để thực hiện các
thí nghiệm cho nghiên cứu này. Và cũng xin cảm ơn các anh, chị, bạn bè đang công
tác tại Viện Địa chất và Khoáng sản đã nhiệt tình tham gia, giúp đỡ trong việc thu
mẫu cũng nhƣ xử lý mẫu thí nghiệm.
Nghiên cứu này là một phần của đề tài đƣợc tài trợ bởi Quỹ Phát triển Khoa
học và Công nghệ Quốc gia (Nafosted), mã số 106.13-2011.04. Tôi xin trân trọng
cảm ơn Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (Nafosted) đã đầu tƣ và
tạo mọi điều kiện về kinh phí để chúng tôi có thể thực hiện nghiên cứu này.
Cuối cùng, tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những ngƣời đã
luôn quan tâm, theo sát, ủng hộ tôi để tôi có thêm nghị lực và tự tin hoàn thiện đề tài
này
Hà Nội, tháng 10 năm 2015
Học viên

Vũ Triệu Ánh Hồng


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU......................................................................... 3
1.1 TỔNG QUAN VỀ LOÀI CÁ MÈ (Hypophthalmichthys molitrix) .......................... 3
1.1.1 Đặc điểm phân loại và phân bố .................................................................................. 3
1.1.2 Một vài đặc điểm sinh học.......................................................................................... 4
1.1.3 Các cơ quan trong cá và các chỉ thị sinh học thƣờng đƣợc sử dụng trong nghiên
cứu độc học sinh thái .............. …………………………………………………………5
1.2 ẢNH HƢỞNG CỦA KLN ĐỐI VỚI CÁ. .……………………………………..7
1.2.1 Sự tích lũy KLN trong cơ thể cá…………………………………………….....7
1.2.2 Một số kim lọai nặng nghiên cứu và ảnh hƣởng của chúng tới sức khỏe sinh lý
của cá………………………………………………………………………………... .. 9
1.3 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KLN CỦA CÁC LƢU VỰC SÔNG, CÁC NGHIÊN
CỨU ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM CỦA CÁC LƢU VỰC SÔNG VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA
NÓ TỚI SỨC KHỎE SINH LÝ CỦA CÁ ………………………………............15
1.3.1 Hiện trạng ô nhiễm KLN của các LVS trong và ngoài nƣớc……………...........15
1.3.2 Nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm KLN của các LVS và ảnh hƣởng của nó đến sức
khoẻ sinh lý cá. ................................................................................................................... 16
1.4 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU...................................................….17
CHƢƠNG 2: ĐỊA ĐIỂM, ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
........................................................................................................................................... ..19
2.1 ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ........................................................................................ 19
2.2 PHƢƠNG PHÁP THU MẤU ..................................................................................... 20
2.3 CHUẨN BỊ MẪU PHÂN TÍCH................................................................................. 21
2.4 PHÂN TÍCH MẪU ...................................................................................................... 21
2.4.1 Phân tích KLN ........................................................................................................... 21
2.4.2 Phân tích protein........................................................................................................ 22

2.4.3 Phân tích glycogen .................................................................................................... 23
2.4.4 Phân tích GST ........................................................................................................... 24


2.5 PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU........................................................................... 24
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 26
3.1 ĐÁNH GIÁ SỰ TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG CỦA CÁ MÈ TRONG LƢU VỰC
SÔNG NHUỆ - ĐÁY......................................................................................................... 26
3.1.1 Sự biến động của hàm lƣợng KLN tích lũy trong các mô phân tích theo mùa ..... 26
3.1.2 Sự biến động của hàm lƣợng KLN tích lũy trong các mô phân tích theo mặt
cắt……………………………………………………………………………………30
3.2 ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG GLYCOGEN CỦA CÁ MÈ TRONG LƢU VỰC
SÔNG NHUỆ ĐÁY ........................................................................................................... 33
3.2.1 Biến động của hàm lƣợng glycogen trong các mô phân tích theo mùa ................. 33
3.2.2 Biến động của hàm lƣợng glycogen trong các mô phân tích theo mặt cắt…......34
3.3 ĐÁNH GIÁ HÀM LƢỢNG PROTEIN TỔNG SỐ CỦA CÁ MÈ TRONG LƢU
VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY .............................................................................................. 34
3.3.1 Biến động của hàm lƣợng protein trong các mô theo mùa..................................... 34
3.3.2 Biến động của hàm lƣợng protein trong các mô theo mặt cắt............................... 35
3.4 ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH ENZIM GST CỦA CÁ MÈ TRONG LƢU VỰC
SÔNG NHUỆ - ĐÁY…………………………………………………....................37
3.4.1 Biến động của GST trong các mô phân tích theo mùa ........................................... 37
3.4.2 Biến động của GST trong các mô phân tích theo mặt cắt ...................................... 37
3.5 MỐI TƢƠNG QUAN GIỮA SỰ TÍCH TỤ KLN VỚI HÀM LƢỢNG
GLYCOGEN, PROTEIN TỔNG SỐ VÀ HOẠT TÍNH GST CỦA CÁ MÈ TRONG
LƢU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY ........... ……………………………………………39
3.5.1 Tƣơng quan giữa hàm lƣợng KLN với hàm lƣợng glycogen ................................ 39
3.5.2 Tƣơng quan giữa hàm lƣợng KLN với protein tổng số .......................................... 41
3.5.3 Tƣơng quan giữa hàm lƣợng KLN với hàm lƣợng GST tính trên một gam trong
lƣợng tƣơi ............................................................................................................................ 48

3.6 ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA SỰ TÍCH LŨY KLN ĐÓI VỚI SỨC
KHỎE SINH LÝ CỦA CÁ MÈ TRONG LVS NHUỆ - ĐÁY…………………...52


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………55
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………….………………………………………….57
PHỤ LỤC


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ANOVA

Phân tích phƣơng sai

BIOMARKER

Chỉ dấu (dấu ấn) sinh học

BSA

Bovin Serum Albumine

CAT

Catalase

CDNB

2,4-Dinitrochlorobenzene

DPBS

Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline

GSH

Glutathione

GST

Glutathione S–transferase

ICEM

International Centre for Environmental Management
(Trung tâm quốc tế về quản lý môi trƣờng)

KLN

Kim loại nặng

LVS

Lƣu vực sông

MARD
MS 222

Ministry of Agriculture and Rural Development
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

Thuốc gây mê Tricaine methanesulphonate

MC

Mặt cắt

MONRE

Ministry of Natural Resources and Environment
(Bộ Tài Nguyên và Môi trƣờng)
Nuôi trồng thủy sản

NTTS
ROS
SD
SEM

WHO

Reactive oxygen species
(Các chất hoạt động chứa oxy hay các gốc tự do ô xi hóa)
Standard Deviation (Độ lệch tiêu chuẩn)
Standard Error of Mean
(Sai số chuẩn hay độ lệch chuẩn của giá trị trung bình)
World Health Organization
( Tổ chức Y Tế Thế giới)


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Chuẩn bị dãy chuẩn glycogen...................................................................23

Bảng 3.1: Nồng độ của đồng, kẽm, cadimi, chì (mg/g) trong các cơ quan khác nhau
của cá mè thu thập từ lƣu vực sông Nhuệ - Đáy trong bốn mùa thu mẫu ………...27
Bảng 3.2: Nồng độ của đồng, kẽm, cadimi, chì (mg/g) trong các cơ quan khác nhau của cá
mè thu thập từ lƣu vực sông Nhuệ - Đáy trong bốn mặt cắt khác nhau…………….......31
Bảng 3.3: Tổng hợp các mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng glycogen và hàm lƣợng
KLN tích lũyở cá mè trên lƣu vực sông Nhuệ - Đáy……………………………....39
Bảng 3.4: Tổng hợp các mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng protein tổng số và hàm
lƣợng KLN tích lũy ở cá mè trên lƣu vực sông Nhuệ - Đáy………………...……..42
Bảng 3.5: Tổng hợp các mối tƣơng quan giữa nồng độ GST tính trên gam trọng
lƣợng tƣơi và nồng độ KLN tích lũy ở cá mè trên lƣu vực sôngNhuệ - Đáy……...48


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cá mè trắng Hoa Nam (Hypophthalmichthys molitrix) ..............................3
Hình 1.2: Cấu trúc phân tử của Glycogen. ................................................................11
Hình 1.3: Cấu trúc 4 bậc của Protein ........................................................................12
Hình 1.4: Tinh thể GST .............................................................................................14
Hình 2.1: Sơ đồ vùng nghiên cứu và vị trí thu mẫu trong LVS Nhuệ - Đáy ............20
Hình 3.1: Biến động của hàm lƣợng glycogen theo mùa ở cá mè trong LVS Nhuệ Đáy ............................................................................................................................33
Hình 3.2: Biến động hàm lƣợng glycogentheo mặt cắt ở cá mè trong LVS Nhuệ Đáy ............................................................................................................................34
Hình 3.3: Biến động của hàm lƣợng protein theo mùa ở cá mè trong LVS Nhuệ Đáy ............................................................................................................................36
Hình 3.4: Biến động của hàm lƣợng protein theo mặt cắt ở cá mè trong LVS Nhuệ Đáy……………………………………….......…………….....................................36
Hình 3.5: Biến động của hoạt tính GST (tính trên 1 g trọng lƣợng tƣơi) theo mùa ở
cá mè trong LVS Nhuệ - Đáy....................................................................................37
Hình 3.6: Biến động của hoạt tính GST (tính trên 1 g trọng lƣợng tƣơi) theo mặt cắt
ở cá mè trong LVS Nhuệ - Đáy.................................................................................38
Hình 3.7: Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng glycogen (mg/g) với hàm lƣợng Cd
(mg/kg ww) trong mang cá mè .................................................................................40
Hình 3.8: Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng glycogen (mg/g) với hàm lƣợng Pd
(mg/kg ww) trong gan cá mè ....................................................................................40

Hình 3.9: Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng glycogen (mg/g) với hàm lƣợng Cd
(mg/g) trong mang cá mè ở mặt cắt 5 .......................................................................41
Hình 3.10: Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng protein (mg/g) với hàm lƣợng Pb (mg/kg
ww) trong gan cá mè .................................................................................................43
Hình 3.11: Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng protein (mg/g) với hàm lƣợng Pb (mg/kg
ww) trong mang cá mè .............................................................................................43


Hình 3.12: Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng protein (mg/g) với hàm lƣợng Pb (mg/kg
ww) trong thận cá mè ................................................................................................44
Hình 3.13: Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng protein (mg/g) với hàm lƣợng Cu (mg/kg
ww) trong mang cá mè ..............................................................................................44
Hình 3.14: Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng protein (mg/g) với hàm lƣợng Cd (mg/kg
ww) trong mang cá mè ..............................................................................................45
Hình 3.15: Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng protein (mg/g) với hàm lƣợng Zn (mg/kg
ww) trong mang cá mè ở mặt cắt 3 ...........................................................................46
Hình 3.16: Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng protein (mg/g) với hàm lƣợng Cu (mg/kg
ww) trong mang cá mè ở mặt cắt 5 ...........................................................................46
Hình 3.17: Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng protein (mg/g) với hàm lƣợng Pb (mg/kg
ww) trong gan cá mè ở mặt cắt 5 ..............................................................................47
Hình 3.18: Sự tƣơng quan giữa hàm lƣợng protein (mg/g) với hàm lƣợng Pb
(mg/kg ww) trong thận cá mè ở mặt cắt 5 ................................................................47
Hình 3.19: Sự tƣơng quan giƣa hoat tính GST ((μmol/g/phút) với hàm lƣợng Pb
(mg/kg ww) trong gan cá mè ....................................................................................49
Hình 3.20: Sự tƣơng quan giữa hoat tính GST (μmol/g/phút) với hàm lƣợng Cu
(mg/kg ww) trong gan cá mè ....................................................................................49
Hình 3.21: Sự tƣơng quan giữa hoat tính GST (μmol/g/phút) với hàm lƣợng Cu
(mg/kg ww) trong mang cá mè .................................................................................50
Hình 3.22: Sự tƣơng quan giữa hoat tính GST (μmol/g/phút) với hàm lƣợng Pb
(mg/kg ww) trong mang cá mè ................................................................................51

Hình 3.23: Sự tƣơng quan giữa hoat tính GST (μmol/g/phút) với hàm lƣợng Pd
(mg/kg ww) trong gan cá mè vào mùa thu ................................................................51
Hình 3.24: Sự tƣơng quan giữa hoat tínhGST (μmol/g/phút) với nồng độ Pb (mg/kg
ww) trong gan cá mè ở mặt cắt 5 ..............................................................................52


MỞ ĐẦU
Công cuộc công nghiệp hóa là nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm gia
tăng. Sự phát triển trong hoạt động công nghiệp đang vƣợt xa so với sự phát triển
của cơ sở hạ tầng. Hiện nay, rất nhiều nhà máy xí nghiệp đổ trực tiếp chất thải chƣa
đƣợc xử lý vào môi trƣờng, một bộ phận khác có qua xử lý nhƣng chƣa triệt để, gây
ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trƣờng.
Sông Nhuệ và sông Đáy đi qua 5 tỉnh gồm: Hà Nội (bao gồm cả Hà Tây cũ),
Hòa Bình, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình. Hiện có tới 700 nguồn thải công nghiệp,
sản xuất thủ công nghiệp làng nghề, trong đó có nhiều nguồn nƣớc chứa các chất
nguy hại và khó phân hủy nhƣ kim loại nặng (KLN), dầu mỡ, dung môi hữu cơ đổ
vào hai con sông này. Riêng tại Hà Nội mỗi ngày lƣợng nƣớc thải đổ ra sông, hồ
xấp xỉ 800.000 m3/ngày đêm [59]. Còn tại Hà Tây cũ - địa phƣơng có nhiều làng
nghề nổi tiếng - hầu nhƣ chƣa đƣợc quy hoạch tổng thể và xây dựng hệ thống xử lý
nƣớc thải. Theo Bộ Tài nguyên - Môi trƣờng, nƣớc sông Nhuệ đoạn chảy qua Hà
Nội đã ô nhiễm nặng nề. Hiện trạng này không những ảnh hƣởng đến sức khỏe con
ngƣời mà còn tác động tiêu cực đến môi trƣờng sinh thái tại khu vực và tới nghề
nuôi trồng thủy sản (NTTS). Với số dân lên tới hơn 10 triệu ngƣời sống trong lƣu
vực sông (LVS) Nhuệ - Đáy, nên hoạt động kinh tế xã hội nói chung, nông nghiệp
và thuỷ sản nói riêng gắn liền với LVS là rất lớn. Hơn nữa nhu cầu về nuôi trồng và
đánh bắt thuỷ sản ngày càng tăng cao.
Kim loại nặng (Cu, Pb, Cd, Zn…) là một trong các thành phần đặc trƣng của
các chất thải công nghiệp. Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong
đa số trƣờng hợp, các KLN khi đã đƣợc thải vào môi trƣờng thì sẽ tồn tại lâu dài.
Do vậy, ô nhiễm do KLN là một mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khoẻ con

ngƣời và sự cân bằng của hệ sinh thái. Các kim loại này khi thải vào nƣớc làm cho
nƣớc bị nhiễm bẩn, làm thay đổi một số tính chất hoá lý và làm ảnh hƣởng đến môi
trƣờng sinh thái. Sự ô nhiễm KLN trong nƣớc sông và bùn đáy có thể dẫn tới sự tích
tụ sinh học trong các loài cá tự nhiên và các loài cá nuôi lấy nguồn nƣớc từ sông.

1


Tuỳ theo mức độ tích tụ, nó có thể có tác động xấu tới sức khoẻ sinh lý của cá (ức
chế và gây rối loạn miễn dịch, mất cân bằng nội tiết hoặc bị stress về mặt sinh lý),
làm thay đổi các thông số sinh hoá trong các mô và máu [13], ảnh hƣởng đến sức
khoẻ của quần đàn cá tự nhiên cũng nhƣ nghề NTTS. Hơn nữa, vấn đề về vệ sinh an
toàn thực phẩm và sức khỏe ngƣời tiêu dùng không đƣợc đảm bảo khi tiêu thụ các
sản phẩm nhiễm độc KLN này. Sự ô nhiễm KLN trong các dòng sông và LVS đã và
đang đƣợc cho là vấn đề toàn cầu và gây ảnh hƣởng trực tiếp đến đời sống của cá và
các loài thuỷ sinh vật.
Trƣớc tình trạng ô nhiễm ngày càng gia tăng trong LVS, Chính phủ và một số
cơ quan hữu quan đã tiến hành nghiên cứu và đánh giá hiện trạng môi trƣờng trên
hệ thống sông Nhuệ - Đáy cũng nhƣ hiện trạng môi trƣờng nƣớc phục vụ NTTS.
Những nghiên cứu đó chủ yếu chú trọng vào việc đánh giá mức độ ô nhiễm do tác
động của các nhà máy, làng nghề, nƣớc thải sinh hoạt, dựa vào tiêu chuẩn nƣớc sinh
hoạt, nƣớc dùng cho NTTS và nƣớc thải. Trong khi đó, những đánh giá về sự tích tụ
sinh học và ảnh hƣởng của các chất thải độc hại nhƣ KLN trên các loài thuỷ sinh
vật, cụ thể là loài cá mè (Hypophthalmichthys molitrix), trong LVS này hầu nhƣ
chƣa đƣợc tiến hành. Cá mè là loài cá kinh tế, là đối tƣợng nuôi phổ biến và cũng là
cá tự nhiên của LVS này. Chính vì vậy, việc nghiên cứu: “Ảnh hƣởng của sự tích tụ
kim loại nặng lên sức khỏe sinh lý của cá mè (Hypophthalmichthys molitrix) ở lƣu
vực sông Nhuệ- Đáy” là việc cần thiết. Đề tài nghiên cứu đƣợc thực hiện với 3 mục
tiêu:
+ Đánh giá đƣợc mức độ tích tụ một số KLN (Cd, Pb, Cu và Zn) trong mang,

gan, thận và cơ thịt của cá mè trong LVS Nhuệ - Đáy.
+ Đánh giá đƣợc sự biến động của các chỉ tiêu sinh hóa (GST, protein,
glycogen) trong các mô nghiên cứu của cá mè trên LVS Nhuệ - Đáy.
+ Xác định đƣợc mối tƣơng quan giữa sự biến động các chỉ tiêu sinh hóa
(GST, protein, glycogen) với sự tích tụ của một số KLN (Cu, Zn, Cd và Pb) của cá
mè trên LVS Nhuệ - Đáy.

2


CHƢƠNG 1:
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ LOÀI CÁ MÈ (Hypophthalmichthys molitrix)
1.1.1. Đặc điểm phân loại và phân bố
Cá mè trắng Hoa Nam (Hypophthalmichthys molitrix): là một loài cá thuộc họ
Cá chép. Nó đƣợc nuôi đầu tiên ở Trung Quốc. Loài này đƣợc nhập vào ít nhất vào
88 quốc gia trên thế giới. Cá đƣợc nhập vào Việt Nam năm 1958 và hiện đã trở
thành đối tƣợng nuôi và cũng trở thành cá tự nhiên của một số sông trong cả nƣớc
[57].
Phân loại khoa học:
Giới: Animalia
Ngành: Chordata
Lớp: Actinopterygii (lớp cá xƣơng)
Bộ: Cypriniformes
Họ: Cyprinidae
Giống: Hypophthalmichthys
Loài: Hypophthalmichthys molitrix
(Valenciennes, 1844)

Hình 1.1: Cá mè trắng Hoa Nam (Hypophthalmichthys molitrix)

(Nguồn ảnh: Ngô Thị Thúy Hƣờng)

3


Thân cá dẹp bên. Đầu to bình thƣờng. Mắt ở thấp phía dƣới trục đầu. Khoảng
cách hai mắt rộng. Lỗ mũi gần mõm hơn mắt. Hàm dƣới hơi nhô hơn hàm trên.
Không có râu. Miệng ở phía dƣới to và rộng. Mõm tù hai bên xiên chéo lên trên.
Màng mang không dính liền với eo mang mà hai bên phải trái liền với nhau. Lƣợc
mang dài, xếp sít nhau thành một tấm màng, có nhiều lỗ. Lƣờn bụng nổi lên rõ ràng
và hoàn toàn từ eo mang đến hậu môn. Vẩy tròn nhỏ, mỏng, dễ rụng. Đƣờng bên
hoàn toàn, phần trƣớc cong xuống đến cuống đuôi đi vào giữa. Bóng hơi hai ngăn,
ngăn trƣớc to và ngắn, ngăn sau nhỏ. Khởi điểm của vây lƣng sau khởi điểm vây
bụng, vây bụng chƣa đạt tới vây hậu môn, vây hậu môn cung hình chữ U. Vây đuôi
chia thuỳ sâu. Lƣng và phía trên thân thẫm, bụng trắng bạc, các vây xám nhạt [44].
Cá đã phát tán ra tự nhiên và trở thành cá tự nhiên của nhiều sông trên miền
Bắc trong đó có sông Nhuệ - Đáy [5]. Cá đƣợc lai tạo với cá mè trắng Việt Nam
trong quá trình sản xuất giống nhân tạo.
1.1.2 Một vài đặc điểm sinh học
Cá sống ở tầng giữa và tầng trên, bơi lội nhanh nhẹn gần mặt nƣớc. Thức ăn
chủ yếu là tảo, sinh vật phù du, giáp xác nhỏ. Cƣờng độ thức ăn cũng thay đổi theo
mùa, mùa hè cá có cƣờng độ ăn mồi tăng. Nhiệt độ nƣớc thích hợp cho cá mè trắng
biến thiên từ 20-32oC. Khi nhiệt độ nƣớc dƣới 15oC cá ăn kém hẳn; cá ngừng ăn khi
nhiệt độ xuống dƣới 8oC. Cá mè trắng Hoa Nam phản ứng nhanh với những thay
đổi về pH. Cá sẽ bị chết ngay pH thấp dƣới 4 hoặc trên 10,2. Nhu cầu ôxy sẽ giảm
và nhu cầu trao đổi chất cũng giảm nhanh khi pH giảm đến 6. Thực nghiệm cho
thấy giá trị pH thích hợp cho sự sinh trƣởng và phát triển của cá mè trắng là 7-8.
Tính ăn của cá mè trắng Hoa Nam liên quan mật thiết với hàm lƣợng ôxy hoà tan.
Khi hàm lƣợng ôxy trên 2,24 mg/l cá sinh trƣởng bình thƣờng. Khi ôxy giảm xuống
thấp dƣới 2 mg/l, tiêu thụ thức ăn của cá giảm đi đáng kể và khi dƣới 1,1 mg/l thì cá

mè trắng bắt đầu nổi đầu và ngừng ăn. Cá nổi đầu mạnh khi ôxy hoà tan ở mức 0,5
mg/l và cá chết hẳn khi ôxy hoà tan dƣới 0,35 mg/l [57].

4


Cá có kích cỡ lớn, lớn nhất đạt 20-30kg. Cá lớn nhanh, nhất là ở giai đoạn 1-4
tuổi. Sau khi thành thục tốc độ tăng trƣởng của cá chậm hơn. Ở cỡ cá hƣơng, cá mè
trắng Hoa Nam trung bình mỗi ngày dài thêm 1,2 mm và nặng thêm 0,01-0,02 g. Từ
cỡ cá hƣơng lên cá giống, cứ 10 ngày cá lại tăng thêm chiều dài đƣợc một lần và
khối lƣợng bình quân tăng mỗi ngày là 4,19g [57].
Cá có sức sinh sản lớn, dễ cho đẻ nhân tạo, tốc độ lớn nhanh, thức ăn rẻ tiền
hoặc dễ kiếm và có sẵn trong thuỷ vực. Mùa vụ sinh sản của cá là từ tháng 3 đến
tháng 6 nhƣng tập trung nhất vào giữa tháng 4 và tháng 5. Cá thành thục ở năm thứ
3 (2+ tuổi), tuy nhiên tuổi thành thục tự nhiên của cá có một số thay đổi tùy thuộc
theo điều kiện của từng địa phƣơng. Bãi đẻ của cá phân bố rất rộng trên sông. Cá đẻ
vào cuối mùa xuân và đầu mùa hè, khi nhiệt độ lên cao. Nhiệt độ nƣớc cho cá đẻ
biến thiên trong khoảng 18-30oC. Cá đẻ trứng trôi nổi. Cá cái kích cỡ 2kg dài 670880mm có thể đẻ lƣợng trứng 120.000 - 200.000 trứng; cá cái nặng 10 kg đẻ
khoảng 300.000 trứng. Kích cỡ của cá đực bắt đầu thành thục nhỏ hơn cá cái và
phía trƣớc gai cứng của vây ngực thƣờng có khía răng cƣa rất rõ. Ở cá cái thì chỉ
gần cuối tia vây ngực mới có cấu tạo này [9].
1.1.3. Các cơ quan trong cá và các chỉ thị sinh học thƣờng đƣợc sử dụng trong
nghiên cứu độc học sinh thái
Nồng độ chất gây ô nhiễm, cụ thể là KLN trong môi trƣờng nƣớc, có liên quan
mật thiết với nồng độ trong cơ thể sinh vật, cụ thể là cá, tại các mô (gan, thận,mang,
cơ...). Hàm lƣợng KLN trong các mô của cơ thể phụ thuộc rất nhiều vào sự hấp thu
từ thức ăn, môi trƣờng, kích cỡ cá và đặc điểm di truyền của các loài.
Mang là một cơ quan hô hấp của cá, có chức năng lọc ôxi trong nƣớc cung cấp
cho cơ thể và thải bỏ cacbonic ra khỏi cơ thể cá. Cấu trúc vi mô của mang cho thấy
cơ quan này có diện tích bề mặt tiếp xúc với môi trƣờng ngoài cực kì lớn. Diện tích

bề mặt lớn này đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với cá vì hàm lƣợng ôxi hòa tan
chứa trong nƣớc cực kì nhỏ. Ngoài ra tốc độ khuếch tán của ôxi trong nƣớc chậm
hơn 10.000 lần so với không khí. Nhƣ vậy, việc dùng một cơ quan dạng túi giống

5


nhƣ phổi để lấy ôxi tỏ ra kém hiệu quả hơn rất nhiều với việc dùng hệ thống mang,
với cơ cấu bơm giúp nƣớc chảy một chiều từ đầu này qua đầu kia của mang [49].
Đây là cơ sở cho thấy khi tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong môi trƣờng thì mang
sẽ phản ứng sớm hơn gan, thận và thực sự là một chỉ thị môi trƣờng có ý nghĩa.
Chức năng của gan đƣợc thực hiện bởi tế bào gan. Cơ quan này đóng một vai
trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa và một số các chức năng khác trong cơ
thể nhƣ dự trữ glycogen, tổng hợp protein huyết tƣơng và thải độc [21]. Vì vậy, gan
là một sự lựa chọn phù hợp cho các nghiên cứu độc học do gan là cơ quan không
thể thay trong quá trình chuyển hóa các chất lạ (xenobiotics) cũng nhƣ vô hiệu hóa
và thải độc các chất gây ô nhiễm mà cơ thể đã hấp thụ [12].
Thận là một bộ phận quan trọng của hệ tiết niệu, có chức năng hằng định nội
môi nhƣ điều chỉnh các chất điện phân, duy trì sự ổn định axit-bazơ, và điều
chỉnh huyết áp. Các quả thận đóng vai trò là bộ lọc máu tự nhiên trong cơ thể, và
các chất thải, các chất độc theo niệu quản đƣợc dẫn đến bàng quang để thải ra
ngoài. Trong việc tạo ra nƣớc tiểu, các quả thận bài tiết các chất thải nhƣ urê, axit
uric và amoniac; thận cũng có nhiệm vụ tái hấp thụ nƣớc, glucose, và các axít amin
[45]. Vì thận liên quan đến sức khỏe sinh lý và thải độc của cơ thể sinh vật nên nó
đã từng đƣợc sử dụng trong đánh giá sức khỏe môi trƣờng .
* Dấu ấn sinh học (Biomarker):
Biomarker hay “dấu ấn sinh học” là một đặc tính sinh hóa, sinh lý học, hình
thái học, hoặc mô học đƣợc sử dụng để nói lên sự phơi nhiễm hoặc ảnh hƣởng của
chất độc đối với sinh vật. Biomarker có thể đơn thuần là chất hóa học, nhƣ glucose
là dấu ấn của bệnh tiểu đƣờng, hoặc phân tử protein nhƣ các kháng thể (antibody) là

dấu ấn của bệnh nhiễm trùng, và gen hay DNA marker là dấu ấn cho các bệnh liên
quan đến di truyền [4].
Sự căng thẳng trong cơ thể có thể đƣợc gây ra bởi các nguyên nhân tự nhiên
hoặc do tiếp xúc với các yếu tố độc hại. Khi cơ thể tiếp xúc với các yếu tố độc hại
nhƣ kim lọai nặng (Cd, Cu, Zn, Pb…) trong một thời gian dài, với liều lƣợng nhất
định thì cơ thể sẽ có những phản ứng, gây ra ứng kích oxi hóa hay stress oxi hóa.

6


Hậu quả của ứng kích ôxi hóa ở mức độ nhẹ tế bào có thể tự xử lý đƣợc sự nhiễu
loạn và khôi phục lại trạng thái ban đầu. Tuy nhiên, ứng kích ôxi hóa ở mức độ
nặng hơn có thể giết chết tế bào, thậm chí việc ôxi hóa ở mức độ trung bình cũng có
thể khơi mào quá trình tự hủy của tế bào còn ứng kích mức nặng hơn thì khiến tế
bào bị hoại tử và chết [37].
Một số nghiên cứu trƣớc đây cho rằng các chỉ số sinh hóa trong máu cá và các
loại mô có thể đƣợc sử dụng nhƣ các chỉ thị của việc nhiễm độc KLN bởi vì những
thông số này có thể thay đổi khi cá bị phơi nhiễm với KLN [12]. Trong nghiên cứu
ảnh hƣởng của của sự ô nhiễm KLN tới sức khỏe sinh lý của cá, các dấu ấn sinh học
nhƣ sự trao đổi năng lƣợng (protein, glycogen), các biến đổi sinh hoá do tress ôxi
hoá (oxidative stress) nhƣ Glutathione (GSH), glutathione S-transferase (GST),
superoxide dismutase (SOD) và catalase (CAT), v.v., phản ánh sự có mặt và tác
động của KLN đối với tình trạng sinh lý cá. Do đó, chúng là những chỉ thị sinh học
(ở mức độ phân tử) quan trọng trong việc nghiên cứu đánh giá tác động của ô nhiễm
KLN trong môi trƣờng nƣớc đối với các loài cá sống trong đó.
Vì những lý do trên, nên trong nghiên cứu này protein, glycogen, enzim GST
trong một số loại mô (mang, gan, thận) của cá mè đã đƣợc lựa chọn để nghiên cứu
sự ảnh hƣởng của KLN đến tình trạng sinh lý của loài cá này.
1.2 ẢNH HƢỞNG CỦA KIM LOẠI NẶNG ĐỐI VỚI CÁ
1.2.1 Sự tích lũy kim loại nặng trong cơ thể cá

Các khu công nghiệp và đô thị bị ô nhiễm với một loạt các hóa chất có thể
đƣợc chuyển đổi thành các hợp chất độc hại. Điều kiện môi trƣờng không phải là
tĩnh và ảnh hƣởng của con ngƣời đã tác động đáng kể tới cá ở các LVS, gây ra
những thay đổi có hại tới môi trƣờng bằng cách thải các hóa chất xuống LVS, và hệ
thống NTTS. Đặc biệt sự ô nhiễm các KLN tại các LVS nói chung đã thu hút sự
chú ý của các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới [24]. KLN không thể bị phá hủy
thông qua phân hủy sinh học. Khi tiếp xúc với nồng độ cao hơn, các cơ quan của
động vật thủy sinh có thể tích lũy KLN [39, 46]. Quá trình này bắt đầu với những
nồng độ rất thấp của các KLN tồn tại trong nƣớc hoặc cặn lắng, rồi sau đó đƣợc tích

7


tụ nhanh trong các động vật và thực vật sống trong nƣớc. Tiếp đến là các động vật
khác sử dụng các thực vật và động vật này làm thức ăn, dẫn đến nồng độ các KLN
đƣợc tích lũy trong cơ thể sinh vật trở nên cao hơn. Cuối cùng ở sinh vật cao nhất
trong chuỗi thức ăn, nồng độ kim loại sẽ đủ lớn để gây ra các tác động độc hại.
Chúng tích tụ vào các mô sống qua chuỗi thức ăn mà ở đó cá chính là mắt xích cuối
trong hệ sinh thái thủy vực, hay nói xa hơn con ngƣời chính là mắt xích cuối cùng
trong mạng lƣới thức ăn. KLN tích lũy trong các mô của cá kích thích phản ứng oxi
hóa khử tạo ra các gốc tự do hay các dạng ôxi hóa hoạt động (ROS) có thể dẫn đến
stress oxy hóa, do đó, gây ra những thay đổi sinh hóa và hình thái trong các loài
động vật thủy sinh [55]. Trong số các loài động vật thủy sinh thì các loài cá là
những mục tiêu chính của ô nhiễm KLN.
Một vài đặc điểm rất quan trọng về KLN cần đƣợc lƣu tâm. Thứ nhất, ảnh
hƣởng của một chất nào đó lên một hệ thống sống luôn luôn phụ thuộc vào nồng độ
sẵn có của nó trong tế bào. Do đó, không có chất nào luôn luôn là chất gây độc. Thứ
hai, trong số các ion kim loại, có một số rất cần thiết cho sự tồn tại, sinh trƣởng và
phát triển của sinh vật. Ví dụ, một số kim loại nhƣ coban, đồng, sắt, kali, magiê,
natri, kẽm và niken là những kim loại thiết yếu, đóng vai trò là nguyên tố vi lƣợng,

sử dụng trong quá trình oxi hóa khử, ổn định các phân tử thông qua tƣơng tác tĩnh
điện, là thành phần của các enzim khác nhau, tham gia vào quá trình điều hoà áp
suất thẩm thấu. Các kim loại khác nhƣ Cd, Hg, và Pb là những kim loại không cần
thiết, cho đến nay chƣa ghi nhận chức năng sinh học nào của chúng và chúng có
khả năng gây độc rất cao cho sinh vật. Các kim loại không thiết yếu này gây độc
bằng cách thay thế vị trí gắn kết vốn là vị trí của các kim loại thiết yếu trong các
enzim hoặc bằng cách gắn với nhóm phối tử. Ví dụ, Hg2+, Cd2+, Pb2+ và Ag2+ ức chế
hoạt động của enzim bằng cách gắn vào nhóm SH của protein [18].Cả kim loại thiết
yếu và không thiết yếu khi ở nồng độ cao đều có thể phá hỏng màng tế bào, thay đổi
hoạt tính của các enzim, làm gián đoạn chức năng tế bào, và phá hỏng cấu trúc của
ADN [23].

8


Do các đặc tính về khả năng gây độc,khả năng tồn tại bền vững trong môi
trƣờng tự nhiên cũng nhƣ sự tích lũy sinh học của các KLN mà chúng đang là một
mối đe dọa nghiêm trọng đối với các sinh vật sống và các hệ sinh thái trong tự
nhiên.
1.2.2. Ảnh hƣởng của một số kim loại nặng tới sức khỏe sinh lý của cá
Cađimi (Cd): là một KLN độc, có trong tự nhiên với nồng độ thấp đƣợc khám
phá ra từ năm 1917, nhƣng từ 1930 mới đƣợc sử dụng với một số lƣợng đáng kể.
Sản lƣợng Cd trên tế giới là 18000 đến 25000 tấn/ năm [61]. Cd có rất nhiều ứng
dụng trong các lĩnh vực nhƣ chất quang dẫn, chất bán dẫn, pin, đèn chân không,
điện… Do có nhiều ứng dụng và con ngƣời chỉ thu hồi đƣợc 10% Cd đã sử dụng,
nên một lƣợng lớn Cd bị thất thoát vào trong môi trƣờng [60]. Chính vì thế ta có thể
thấy rằng có sự quá tải quá lớn của hệ sinh thái và làm ảnh hƣởng nặng nề tới môi
trƣờng và các sinh vật sống trong môi trƣờng đó. Cd và các hợp chất của nó có
trong danh sách đen của công ƣớc London về cấm thải các chất độc ra sông và biển.
Nguyên tố này và hợp chất của nó là những chất cực độc thậm chí chỉ với nồng độ

thấp, chúng sẽ tích lũy sinh học trong cơ thể cũng nhƣ trong các hệ sinh thái. Cd
can thiệp vào các phản ứng của các enzime chứa kẽm. Kẽm là một nguyên tố quan
trọng trong các hệ sinh học, nhƣng cadimi, mặc dù rất giống với kẽm về phƣơng
diện hóa học, nhƣng không thể thay thế cho kẽm trong các vai trò sinh học đó. Cd
cũng có thể can thiệp vào các quá trình sinh học có chứa magiê và canxi theo cách
thức tƣơng tự. Cd không có lợi ích sinh học đƣợc biết đến nào [61].
Chì (Pb): là một kim loại mềm, nặng, độc hại và có thể tạo hình. Pb có màu
trắng xanh khi mới cắt nhƣng bắt đầu xỉn màu thành xám khí tiếp xúc với không
khí. Pb dùng trong xây dựng, ắc quy chì, đạn, và là một phần của nhiều hợp kim.
Khi tiếp xúc ở một mức độ nhất định, Pb là chất độc đối với động vật cũng nhƣ con
ngƣời. Nó gây tổn thƣơng cho hệ thần kinh và gây ra rối loạn não. Phơi nhiễm ở
nồng độ cao cũng gây ra rối loạn máu ở động vật, là chất độc thần kinh tích tụ trong
mô mềm và trong xƣơng [10].

9


Đồng (Cu): Đồng là nguyên tố vi lƣợng rất cần thiết cho các loài động, thực
vật bậc cao. Các ion đồng(II) tan trong nƣớc với nồng độ thấp có thể dùng làm chất
diệt khuẩn, diệt nấm.. Với nồng độ thấp, nó là một vi chất dinh dƣỡng đối với cá nói
riêng, và hầu hết các thực vật và động vật bậc cao nói chung; nhƣng khi nồng độ ion
đồng đủ lớn, các ion này gây những hậu quả xấu tới sức khỏe sinh lý của động vật.
Nơi tập trung đồng chủ yếu trong cơ thể động vật là gan, cơ và xƣơng [30].
Kẽm (Zn): Kẽm là nguyên tố cần thiết duy trì sự sống của thực vật[17], động
vật [48] và vi sinh vật [56]. Kẽm đƣợc tìm thấy trong gần 100 loại enzym đặc biệt,
có vai trò là các ion cấu trúc trong yếu tố phiên mã và đƣợc lƣu trữ và vận chuyển ở
dạng thionein kim loại [20]. Nó là kim loại chuyển tiếp phổ biến thứ 2 trong sinh
vật sau sắt, là kim loại duy nhất có mặt trong tất cả các lớp enzym [17]. Kẽm là vi
chất cần thiết cho sức khỏe, tuy nhiên nếu hàm lƣợng vƣợt quá mức cần thiết sẽ có
hại cho sức khỏe. Hấp thụ quá nhiều kẽm làm ngăn chặn sự hấp thu đồng và sắt

[29]. Ion kẽm tự do trong dung dịch là chất có độc tính cao đối với thực vật, động
vật không xƣơng sống, và cả động vật có xƣơng sống. Một thí nghiệm gần đây cho
thấy 6 micromol giết 93% Daphnia trong nƣớc [42].
1.2.2.1 Ảnh hưởng của kim loại nặng tới nguồn năng lượng dự trữ trong cá
(protein và glycogen)
a) Glycogen
Glycogen là polysaccarit gồm các monosaccarit là glucose, đƣợc coi là “tinh
bột” ở động vật. Glycogen có chứa 2 liên kết α -D 1,4 glucoside và αD 1,6 glucoside, nhƣng khác với tinh bột, glycogen có sự phân nhánh nhiều [3, 62].

10


Hình 1.2: Cấu trúc phân tử của Glycogen
(Nguồn ảnh: Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L, 2002)
Về mặt sinh học, glycogen là nguồn năng lƣợng quan trọng của cá, và là
nguồn năng lƣợng chính cho các vận động. Nó đƣợc dự trữ chủ yếu trong gan và
trong các tế bào cơ, một lƣợng nhỏ đƣợc tìm thấy trong thận và lƣợng nhỏ hơn đƣợc
tìm thấy trong thần kinh đệm. Mặc dù phần trăm glycogen dự trữ trong tế bào cơ là
1-2%, ít hơn nhiều so với trong gan nhƣng tổng lƣợng dự trữ trong tế bào cơ lại lớn
hơn do khối lƣợng cơ lớn hơn. Glycogen ở gan sẽ đƣợc phân rã và chuyển trực tiếp
vào máu tới tất cả các cơ quan, còn glycogen trong cơ bắp chỉ có thế sử dụng bởi cơ
bắp [6].
Năng lƣợng từ glycogen sinh ra khi phân tách từng phân tử riêng lẻ với tác
động của enzim glycogen phosphorylase - xúc tác quá trình phân giải glycogen
thành glucose:
+ Ở trạng thái không hoạt động enzym này ở dạng "b" (dạng hai dimer tách rời
nhau).
+ Ở trạng thái hoạt động (khi có tín hiệu cần đƣờng) hai dimer tổ hợp lại thành
tetramer (dạng "a"). Khi nhu cầu giải phóng glucose giảm, tetramer lại tách
thành hai dimer, enzym trở lại dạng không hoạt động.

Ảnh hưởng của kim loại nặng tới nguồn dự trữ glycogen trong cá
Glycogen là nguồn năng lƣợng quan trọng của cá. Khi cá cần năng lƣợng,
glycogen sẽ đƣợc huy động đầu tiên tạo năng lƣợng để tham gia vào các quá trinh

11


sống của cơ thể. Khi cá bị nhiễm độc kim loại, cá cần các enzim thải độc, và cũng
rất cần năng lƣợng để cung cấp cho quá trình thải độc. Vì vậy có sự gia tăng nhu
cầu năng lƣợng liên quan tới sự căng thẳng do chất độc gây ra. Hay chính là giảm
lƣợng glycogen trong mô và tăng lƣợng gluco trong máu để cung cấp năng lƣợng
cho quá trình thải độc [3, 33]. Vậy hàm lƣợng glycogen cũng là một biomarker
quan trọng để nghiên cứu ảnh hƣởng của KLN lên cá.
b) Protein
Protein (Protid hay Đạm) là một hợp chất đại phân tử, tạo thành từ rất nhiều
các đơn phân là các axit amin. Axit amin đƣợc cấu tạo bởi ba thành phần: một là
nhóm amine (-NH2), hai là nhóm cacboxyl (-COOH) và cuối cùng là nguyên tử
cacbon trung tâm đính với 1 nguyên tử hyđro và nhóm biến đổi R quyết định tính
chất của axit amin. Ngƣời ta đã phát hiện ra đƣợc tất cả 20 axit amin. Chúng kết
hợp với nhau thành một mạch dài nhờ các liên kết peptide (gọi là chuỗi
polypeptide). Các chuỗi này có thể xoắn cuộn hoặc gấp theo nhiều cách để tạo
thành các bậc cấu trúc không gian khác nhau của protein [3, 38].

Hình 1.3: Cấu trúc 4 bậc của Protein (Nguồn ảnh: LadyofHats, 2008)

12


Chức năng sinh lý của protein: là cấu trúc nâng đỡ cơ thể, xúc tác sinh học
(enzim, điều hòa hoạt động sinh lý( hoocmon), vận chuyển các chất, dự trữ chất

dinh dƣỡng…
+ Thiếu protein: dẫn đến thiếu dinh dƣỡng, dễ mắc các bệnh phù thũng, loạn nhịp
tim, sức đề kháng kém, ăn không ngon, cơ bắp teo lại, khớp xƣơng rã rời...
+ Thừa protein : protein thay thế trong cơ thể sẽ sản sinh ra amin, nƣớc tiểu chứa
chất azote, trong đó amoniac là chất có hại, phải trải qua xử lí giải độc ở gan mới có
thể từ thận bài tiết ra ngoài, ăn nhiều protein sẽ gây hại cho gan và thận.
* Ảnh hưởng của kim loại nặng tới nguồn dự trữ protein trong cá
Hàm lƣợng KLN tăng cao sẽ gây độc. Trong hầu hết các trƣờng hợp, sự giảm
sút của protein dự trữ đƣợc cho là do sự gia tăng nhu cầu năng lƣợng liên quan tới
sự căng thẳng do chất độc gây ra [41]. Hàm lƣợng protein giảm có thể là do quá
trình hydroxyl hóa protein giải phóng axit amin tự do, một dạng năng lƣợng cần
thiết cho sản sinh năng lƣợng thông qua chu trình Krebs trong phản ứng căng thẳng
[51]. Sự đồng thuận chung của các nhà khoa học cho rằng KLN gây trở ngại đến
các hoạt động sinh lý của protein, bằng cách tạo thành một phức hợp với các nhóm
chức trong mạch bên hoặc bằng cách thay thế các ion kim loại cần thiết, cản trở quá
trình gấp protein và protein tổng hợp [40]. Do đó, hàm lƣợng protein dự trữ trong
các mô là một biomarker quan trọng để nghiên cứu ảnh hƣởng của KLN lên cá.
1.2.2.2 Ảnh hưởng của kim loại nặng lên hoạt tính của enzim glutathione Stransferase (GST) trong cá
* Cấu trúc - chức năng
Glutathione S - transferase (còn gọi là GST) là enzim nội bào chủ chốt ở giai
đoạn thứ hai của quá trình thải độc [11, 52,54]. Các locus mã hóa cho enzim GST
bao gồm 1 họ các gen lớn nằm trên ít nhất bảy nhiễm sắc thể [58, 61]. Họ GST
(GSTs)

gồm 3 siêu họ: các cytosolic, ty thể, microsome – gọi là MAPEG

(Membrane - Associated Proteins in Eicosanoid and Glutathione metabolism)

13

protein[54]. Trong khi các lớp từ các siêu họ cytosolic của GSTs có hơn 40% trình
tự tƣơng đồng , các lớp khác có thể có ít hơn 25%. GST cytosolic đƣợc chia thành
13 lớp dựa trên cấu trúc của chúng: anpha, beta, epsilon, delta, zeta, theta, mu, nu,
pi, sigma, phi, tau và omega. GSTs ty thể trong lớp kappa. Các MAPEG siêu họ của
GSTs microsome bao gồm các phân nhóm đƣợc chỉ I-IV. [11].

Hình 1.4: Tinh thể GST
(Nguồn ảnh: David Sheehan, sử dụng chƣơng trình Rasmol)
Chức năng chính của GST là xúc tác cho các phản ứng kết hợp của
tripeptide glutathione (γ-glu-cys-gly) và các chất nền ái điện tử có nguồn gốc từ
bên ngoài (chất lạ) [24]. Khi cơ thể sống thƣờng xuyên tiếp xúc với các chất lạ,
những chất này sẽ tích tụ dần trong cơ thể và có thể gây độc, thậm chí là gây ung
thƣ. Lúc này cơ thể sinh vật sẽ sản sinh ra một cơ chế sinh học hiệu quả để chống
lại độc tính của các chất lạ khi chúng xâm nhập vào cơ thể, ví dụ nhƣ cô lập, làm
sạch, xúc tác chuyển hóa sinh học các chất [28, 36, 46]. Quá trình giải độc có thể
đƣợc chia thành ba pha chính, trong pha II, enzyme xúc tác sự kết hợp của chất lạ
với một hợp chất hòa tan trong tế bào, nhƣ GSH, UDP-glucuronicacid hoặc glycine.
Các GST tạo điều kiện cho sự tấn công ái lực hạt nhân (nucleophilic attack) của
glutathione trên bề mặt của các chất nền ái điên tử (electrophilic) bằng cách gắn
glutathione vào vị trí hoạt động G, và chất nền ái điện tử vào vị trí hoạt động H của
GST, và chuyển chất nền cho các vùng lân cận của GSH [28]. Cùng lúc, nhóm SH

14


của GSH (tham gia trong phản ứng đó) đƣợc kích hoạt. Trong quá trình phản ứng
kết hợp, một liên kết thioether đƣợc hình thành giữa gốc cysteine của glutathione và
chất nền ái điện tử, và kết quả thƣờng là một sản phẩm ít hoạt động và dễ hòa tan
hơn [28]. Phản ứng đƣợc xúc tác bởi GST giữa glutathione và chất nền ái điện tử

này đƣợc coi là bƣớc đầu tiên hƣớng tới sự tổng hợp các acid mercapturic, tạo điều
kiện thuận lợi cho việc loại bỏ các chất lạ khỏi cơ thể [28]. Mặc dù các GST chủ
yếu tham gia vào quá trình giải độc, nhƣng trong một số trƣờng hợp, chúng cũng
xúc tác cho các phản ứng để kích hoạt độc tố và các chất gây ung thƣ [28].
* Ảnh hưởng của KLN tới hoạt tính GST trong cá
Hoạt động của GST đã đƣợc nghiên cứu ở gan, thận, và mang của các loài
sinh vật khác nhau (trong cả phòng thí nghiệm và trong thực tế) [53]. Có sự liên
quan giữa sự tăng độ tích tụ KLN trong các mô cá đặc biệt là trong gan với hàm
lƣợng enzim GST [31]. Nguyên nhân chủ yếu là do khi cơ thể sinh vật bị phơi
nhiễm KLN thì cần có quá trình thải độc để chống lại chất độc tích tụ trong cơ thể.
Vì vậy hoạt tính enzim GST là chỉ thị an toàn phù hợp.
1.3 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KLN CỦA CÁC LƢU VỰC SÔNG, CÁC
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM CỦA CÁC LƢU VỰC SÔNG VÀ ẢNH
HƢỞNG CỦA NÓ TỚI SỨC KHỎE SINH LÝ CỦA CÁ
1.3.1 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng của các lƣu vực sông trong và ngoài
nƣớc
Ô nhiễm các dòng sông và LVS là một vấn đề của tất cả các nƣớc đang phát
triển, trong khi đó ở các nƣớc phát triển vấn đề này đã đƣợc giải quyết từ những
năm của thập kỷ 80, thế kỷ trƣớc. Sự suy giảm chất lƣợng nƣớc do các chất thải
sinh hoạt và công nghiệp đã đƣợc đề cập đến trong rất nhiều tài liệu, ấn phẩm. Ví
nhƣ sự ô nhiễm KLN (Pb, Cr, Zn) của sông Cauvery River (Ấn Độ) đƣợc cho là do
các chất thải từ nông nghiệp, công nghiệp và các hoạt động khác của cƣ dân sống
quanh sông gây ra [14]. Theo báo cáo về môi trƣờng Quốc gia năm 2006 của Bộ
Tài Nguyên môi trƣờng, LVS của 3 hệ thống sông chính của Việt Nam là LVS Cầu,

15