NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH ĐỘC TÍNH CỦA NANO BẠC ĐỐI VỚI VI KHUẨN LAM MICROCYSTIS AERUGINOSA

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG
------------------------&-------------------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
“NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH ĐỘC TÍNH
CỦA NANO BẠC ĐỐI VỚI VI KHUẨN LAM
MICROCYSTIS AERUGINOSA”

Người thực hiện

: TRỊNH MINH SƠN

Lớp

: MTC

Khóa

: 57

Ngành

: MÔI TRƯỜNG

Giáo viên hướng dẫn : TS. ĐINH THỊ HẢI VÂN
TS. DƯƠNG THỊ THỦY

Hà Nội – 2016
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA MÔI TRƯỜNG

--------------------------&---------------------------


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
“NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ XÁC ĐỊNH ĐỘC TÍNH
CỦA NANO BẠC ĐỐI VỚI VI KHUẨN LAM
MICROCYSTIS AERUGINOSA”

Người thực hiện

: TRỊNH MINH SƠN

Lớp

: MTC

Khóa

: 57

Ngành

: MÔI TRƯỜNG

Giáo viên hướng dẫn : TS. ĐINH THỊ HẢI VÂN
TS. DƯƠNG THỊ THỦY
Địađiểm thực tập

: Phòng thủy sinh học - Viện CNMT
Viện Hàn Lâm KHCN Việt Nam

Hà Nội – 2016

2
2


MỤC LỤC

3


DANH MỤC VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
cs
DNA
DO
Ecoli
FE SEM
LPS
M.aeuginosa
MCs
PEG
PST
PVA
PVP
UV-vis

Tên đầy đủ
Cộng sự

Deoxyribo nucleotide
Dessoloved oxygen
Escherichia Coli
Field emission scanning electron microscopy
Lypopoly saccharides
Microcystis aeuginosa
Microcystin
Polyethylen Glycol
Paralytic Shellfish Poisons
Polyvinyl Alcohol
Polyvinyl pyrrolidon
Ultraviolet – visible spectroscopy

4


DANH MỤC HÌNH VẼ

5


DANH MỤC BẢNG BIỂU

6


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Việc gia tăng dân số, phát triển các ngành công nghiệp, nông nghiệp đã
và đang làm gia tăng nguồn dinh dưỡng (chủ yếu là nitơ và phốt pho) đáng kể

vào các thủy vực. Ô nhiễm dinh dưỡng diễn ra ngày càng nghiêm trọng tại các
thuỷ vực như sông, hồ, đầm nuôi trồng thuỷ sản,… luôn đi kèm với hiện
tượng nở hoa nước mà thực chất là sự phát triển mạnh mẽ của quần xã thực
vật nổi trong đó chủ yếu do vi khuẩn lam (VKL).
Ở Việt Nam, ô nhiễm môi trường nước mà chủ yếu là ô nhiễm chất hữu
cơ, chất dinh dưỡng, kéo theo bùng nổ thực vật nổi, trong đó có tảo độc đang
diễn ra rất phổ biến do tác động của các hoạt động của con người trong các
lưu vực sông, hồ... ..Tại các hồ như hồ Ba Bể, hồ Tây, hồ Hoàn Kiếm, hồ
Thác Mơ, hồ chứa Dầu Tiếng, hồ chứa Cấm Sơn, hồ chứa Núi Cốc,… đều
quan sát thấy sự hiện diện của vi khuẩn lam độc chủ yếu là các loài thuộc chi
Microcystis.
Vì vậy để ngăn ngừa, giảm thiểu tác động độc hại của tảo lam độc và độc
tố tảo lam, một số phương pháp kiểm soát đã được tiến hành bao gồm kiểm
soát bằng phương pháp vật lý, sinh học và hóa học. Tuy nhiên, mỗi phương
pháp sử dụng đều có ưu điểm và nhược điểm nhất định.
Trên thế giới việc sử dụng vật liệu nano để xử lý tảo đã được nghiên cứu
trong quy mô phòng thí nghiệm và bước đầu cho thấy hiệu quả ức chế sinh
trưởng một số loài tảo. Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi của kỹ
thuật tiên tiến này. Tác động của hạt nano đối với tảo lam bao gồm: loại bỏ
phốt pho sinh học, phá vỡ tế bào tảo lam, cố định độc tố microcysin và ngăn
chặn độc tố giải phóng ra môi trường. Cho đến nay, cơ chế tác động của vật
liệu nano lên một số sinh vật chưa được nghiên cứu nhiều. Sự tiếp xúc của
những loài tảo quang hợp nhân điển hình với nano có thể dẫn đến sự suy giảm
hàm lượng chất diệp lục, gây ra sự bất ổn về nhiễm sắc thể và xáo trộn quá
77


trình phân bào, liên quan tới dị tật về hình thái học ở bên trong sợi tảo. Trong
các hạt nano, nano bạc được chú ý bởi khả năng diệt khuẩn, nấm mốc và hoạt
tính sinh học của chúng.

Ở Việt Nam, hướng nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano trong diệt vi tảo
là hướng nghiên cứu còn mới và chưa được quan tâm nghiên cứu. Đề tài:
“Nghiên cứu chế tạo và xác định độc tính của nano Bạc đối với vi khuẩn
lam Microcystis aeruginosa”nhằm hướng tới sử dụng vật liệu nano này vào
việc xử lý hiện tượng nở hoa của VKL độc ở trong các thủy vực.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
o
o

Chế tạo vật liệu nano bạc.
Đánh giá ảnh hưởng của nano bạc đến sinh trưởng của VKL
M.aeruginosa.

Yêu cầu nghiên cứu


Chế tạo vật liệu nano bạc sử dụng NaBH4 làm chất khử với kích
thước hạt nhỏ hơn 10nm, hình cầu và có tỷ lệ NaBH4/Ag+ bằng



0,3.
Vật liệu nano bạc sẽ hạn chế sinh trưởng và phát triển của VKL
M.aeruginosa qua 10 ngày thí nghiệm.

88


PHẦN 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Vi khuẩn lam và tác động của độc tố của chúng trong môi trường

1.1.1. Hiện tượng nở hoa của VKL trong các thủy vực
1.1.1.1. Định nghĩa sự nở hoa của nước
Sự nở hoa của thực vật nổi được định nghĩa là “sự bùng nổ” đáng chú ý
và rất đặc thù của toàn bộ cộng đồng sinh vật, có tác động trực tiếp hoặc gián
tiếp đến các hệ sinh thái do những hậu quả của chúng như sự thay đổi màu
nước, làm giảm hàm lượng khí oxy hòa tan, làm cá và động vật không xương
sống bị chết hay gây ngộ độc cho người (Nguyễn Tác An, 1999).
Theo Odum, vào những khoảng thời gian nắng ấm kéo dài, nhiệt độ
tăng cao thích hợp với sự phát triển của tảo, ở một số thủy vực thường xuất
hiện những váng tảo nổi kết đám trên mặt nước. Hiện tượng này được gọi là
nở hoa của nước.
Hiện tượng nở hoa của nước là kết quả sự giàu dinh dưỡng của nước
hay còn gọi là sự phú dưỡng (Eutrophication) kết hợp với các điều kiện thời
tiết khí hậu thích hợp (Neilan và cs, 2013).
1.1.1.2. Các nguồn gốc gây hiện tượng nở hoa của nước.
+ Nước thải từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp.
Theo Zaimes và Schultz (2002), tải lượng các chất dinh dưỡng đổ vào
các hệ thủy văn có nguồn gốc từ nông nghiệp lớn hơn tải lượng dinh dưỡng
có nguồn gốc từ nguồn điểm thải. Ở Mỹ, vào những năm 1980 đất trồng trọt,
đồng cỏ và đất đồi đã góp phần chuyển tải 68% tổng P từ nguồn phát tán tới
môi trường nước mặt.
Ở Châu Âu, khoảng 37-82% tổng nitơ và 27-38% tổng phốtpho được
chuyển tải vào môi trường nước mặt từ các hoạt động nông nghiệp. Trong 270
dòng sông được quan trắc ở Đan Mạch, 94% tổng nitơ và 52% tổng phốtpho
có nguồn gốc từ nguồn thải phát tán, chủ yếu từ các hoạt động nông nghiệp.
99


Như vậy, có thể thấy rằng các hoạt động canh tác của con người có ảnh hưởng
lớn tới quá trình chuyển tải các chất dinh dưỡng từ đất vào môi trường nước

mặt.
Ở Việt Nam, cơ chế bơm tưới - tiêu phục vụ cho trồng lúa cũng khá
phức tạp. Nhu cầu sử dụng nước tưới của các cánh đồng lúa thường lớn gấp
5-6 lần so với các vùng đất trồng các loại cây nông nghiệp khác. Một số
nghiên cứu trước đâycho rằng thể tích nước tưới- tiêu đóng vai trò quan trọng
trong việc chuyển tải các chất dinh dưỡng vào hệ thống sông hồ. Phân bón
hóa học cho việc trồng rau và các loại cây hoa màu là khá lớn. Hàm lượng
nitrat, amoni, phốtpho tổng trong các mẫu nước thải từ các vùng đất trồng rau
và hoa màu khá cao so với các vùng đất rừng.
Theo quá trình rửa trôi, chảy tràn và xói mòn trong lưu vực, một lượng
khá lớn các chất dinh dưỡng từ phân bón dư thừa đặc biệt là hai nguyên tố N
và P bị đổ vào hệ thống nước mặt sẽ góp phần gây phú dưỡng là nguyên nhân
gây ra hiện tượng nở hoa của nước góp phần gây ô nhiễm môi trường.
+ Dư thừa thức ăn trong nuôi trồng thủy sản
Các hoạt động nuôi trồng thuỷ sản đã và đang gây ô nhiễm cho môi
trường nước hồ do nguồn thức ăn chăn nuôi. Trong quá trình nuôi, lượng thức
ăn dư thừa sẽ bị hoà tan và phân huỷ trong môi trường nước, làm gia tăng
hàm lượng các muối dinh dưỡng trong hồ. Thông thường động vật chỉ hấp thu
được 25 - 30% photpho trong thức ăn, số còn lại được thải ra môi trường.
Theo tính toán của cho diện tích ao nuôi 5,600 ha, sản lượng cá ước đạt
1,5×106 tấn thì lượng chất thải ra môi trường khoảng 106 tấn trong đó có
29×103 tấn nitơ, 9,5×103 tấn photpho (tính trên vật chất khô).

10


+ Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt được đổ vào hệ thống thoát nước chung và không
qua xử lý. Đây là một trong những nguồn chính gây hiện tượng nở hoa của
nước. Nếu như nguồn nitơ chủ yếu được thải từ nước thải sản xuất nông

nghiệp thì nguồn phốt pho chủ yếu lại từ nước thải sinh hoạt.
Gia tăng dân số và đô thị hóa trong tương lai sẽ gây ô nhiễm môi
trường và đặc biệt là ô nhiễm nguồn nước nếu không xây dựng hệ thống thu
gom nước thải và các trạm xử lý nước thải trong tương lai.
+ Ảnh hưởng từ các hoạt động du lịch
Tình trạng các khách sạn đổ thải thẳng ra môi trường ảnh hưởng không
nhỏ tới chất lượng nước mặt. Tại các trung tâm du lịch lớn thu hút nhiều du
khách và đặc biệt là vào các mùa lễ hội trong năm thì tại đây đã có những
biểu hiện ô nhiễm từ các hoạt động du lịch. Thông thường tại những vùng
nước mặt tiếp nhận các nước thải trực tiếp từ cống khai thác của khách sạn,
nhà hàng hàm lượng các chất dinh dưỡng thường có giá trị cao hơn hẳn so với
các vị trí khác, trong đó hàm lượng N và P cao hơn hẳn so với các thông số
quan trắc khác.
1.1.1.3. Các nguyên nhân dẫn đến hiện tượng nở hoa của nước
+ Nồng độ các chất sinh dưỡng trong thủy vực cao (đặc biệt là các
muối đa lượng Nito và Photpho)
Hai nguyên tố nitơ và phốtpho, đặc biệt là các muối đa lượng của nitơ
và phốtpho, thường là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phú dưỡng, làm
bùng nổ sinh trưởng thực vật, mà trong đó chủ yếu là các loài tảo độc hại và
cỏ dại (Blomqvist và cs, 1994). Các nguyên tố này có mặt trong môi trường
nước hoặc là do nguồn ngoại lai, bao gồm nước thải sinh hoạt đô thị, nước
thải công nghiệp, nước rửa trôi đất canh tác, khai thác khoáng sản trong lưu
11


vực và nước thoát sau mưa,… hoặc là do nguồn nội tại có sẵn trong thủy
vực, là sản phẩm của quá trình quang hợp, trao đổi chất và năng lượng trong
chu trình sống của các loài thủy sinh trong thủy vực.
+ Cường độ chiếu sáng cao.
VKL có thể chịu đựng dải ánh sáng khá rộng và nhu cầu ánh sáng của

VKL thay đổi rất lớn phụ thuộc từng loài. Trong khi một số loài có thể sống
ở điều kiện chiếu sáng chỉ vài µmol/m2.s, một số loài khác lại có thể chịu
đựng được ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp. Ánh sáng điều chỉnh khả năng
quang hợp của VKL và hoạt động hô hấp của chúng (Philips và cs, 1995).
Đối với một số loài VKL, ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong sự phát
triển của chúng, mặc dù mỗi loài có tốc độ tăng trưởng tối đa ứng với một
giá trị cường độ ánh sáng tối ưu.
Ánh sáng là yếu tố môi trường cần thiết cho sinh trưởng của VKL, tuy
nhiên, ánh sáng quá cao khi được các sắc tố hấp thu có thể dẫn đến việc sinh
ra các gốc ôxy hoạt tính làm chết VKL.Để có thể thích nghi với những thay
đổi ánh sáng trong môi trường VKL sử dụng một số cơ chế như thay đổi độ
nổi hoặc thay đổi cấu trúc của bộ máy quang hợp. Ngoài ra, để tránh tác
động có hại của cường độ ánh sáng quá cao, đặc biệt là của bức xạ tia cực
tím, VKL sử dụng cơ chế điều chỉnh DNA hiệu quả cả ngoài ánh sáng lẫn
trong tối, sản sinh ra các enzyme superoxide dismutase để giảm tác động độc
có hại của các gốc tự do, tổng hợp carotenoid và các hợp chất lọc tia UV
hoặc tiết ra những chất nhầy ngoại bào,... (Rapala, 1998).
Cường độ ánh sáng và chất lượng ánh sáng không chỉ tác động lên sinh
trưởng, quá trình phân chia tế bào, quá trình biệt hoá tế bào mà còn ảnh
hưởng đến quá trình tạo độc tố trong tế bào VKL.Một số nghiên cứu cho
thấy cường độ ánh sáng thấp (<10µmol/m 2.s) làm giảm độc tính gan hay
hàm lượng microcystins nội bào của M.aeruginosa trong khi sinh trưởng của

12


Oscillatoria agardhii dưới cường độ ánh sáng cao (≥ 50 µmol/ m 2.s) lại gây
giảm hàm lượng microcystins tới 2 - 2,5 lần. Hàm lượng microcystins trong
tế bào của hai chủng Anabaena spp tăng lên khi hàm lượng P tăng, nhưng lại
giảm đi dưới tác động kết hợp của nhiệt độ cao (25 -30 oC) và ánh sáng cao

(2 - 100 µmol/ m2.s) (Rapala, 1998).
+ Nhiệt độ nước ấm.
Nhiệt độ nước được cho là một trong các yếu tố môi trường quan trọng
nhất ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật phù du trong các hệ thủy sinh.
Nhiệt độ nước có ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của các nhóm
tảo có sự khác biệt rõ rệt.
Nghiên cứu trước đây cho thấy tốc độ tăng trưởng của một số loài VKL
thường tăng theo nhiệt độ chỉ trong một phạm vi nhiệt độ nhất định và tốc độ
tăng trưởng phụ thuộc vào nhiệt độ của các loài VKL khác nhau khác biệt
(NEIS, 1997). Một số loài VKL có tốc độ sinh trưởng, hoạt động quang hợp
và hô hấp ở nhiệt độ tối ưu cao hơn so với những thực vật phù du khác. Theo
nhiều tác giả, nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng của một số chi VKL là khoảng
20-32oC và nhiệt độ cao trong thuỷ vực có thể là yếu tố chủ yếu quyết định
sự phát triển vượt trội của chúng (Rapala, 1995; Ressom và cs, 1994;
Crayton, 1993). Ví dụ, Wang và cs (2008) đã quan sát thấy nhiệt độ nước từ
24 đến 30°C là cần thiết cho nở hoa của VKL trong hồ Taihu, Trung Quốc.
Microcystis bắt đầu tăng trưởng và nổi lên trên mặt nước khi nhiệt độ
nước đạt 15°C và có thể chiếm ưu thế trong hệ thủy sinh tại nhiệt độ 25°C
hoặc cao hơn (Robarts, 1987).Robson và Hamilton, 2003 quan sát thấy
M.aeruginosa phát triển nhanh chóng ở nhiệt độ cao (20°C - 35°C)
(Robarts, 1987). Các cuộc khảo sát tại hồ Erie cho thấy tảo độc Microcystis
và hàm lượng độc tố của nó cũng cao hơn trong những tháng ấm hơn (Rinta,
2009).

13


Như vậy các yếu tố môi trường, nhiệt độ được coi là một trong những
yếu tố môi trường quan trọng nhất quyết định sự phát triển lấn át của VKL
trong thủy vực.

+ Thời gian lưu của nước và sự phân tầng nhiệt của nước.
Sự xáo trộn trong cột nước liên quan đến nhiệt độ và sự phân tầng có
vai trò nhất định trong sự sinh trưởng và phát triển của VKL. Phân tầng
trong cột nước dẫn đến giảm các chất dinh dưỡng sẵn có trên lớp bề mặt và
tạo điều kiện thích hợp cho VKL có không bào khí chuyển động. VKL chứa
không bào khí như Microcystis, và một số loài khác thường gây nở hoa
nước, do chúng có khả năng cạnh tranh cao so với các nhóm thực vật nổi
khác nhờ có không bào khí mà chúng có thể điều chỉnh vị trí trong cột nước
và có thể sử dụng các chất dinh dưỡng từ lớp đáy hồ giàu dinh dưỡng và ánh
sáng mặt trời ở tầng mặt nước để quang hợp(Reynolds, 2000). Thông
thường, những VKL có tế bào tương đối lớn hay ở dạng tập đoàn như
Microcystis thường sinh trưởng tốt trong những hồ nước tĩnh có sự phân
tầng lâu dài, trong khi những VKL nhỏ hơn thường sinh trưởng dễ dàng
trong những thuỷ vực xáo trộn nhẹ.
Đối với những hồ nghèo dinh dưỡng, môi trường nước hồ tồn tại ở
dạng hiếu khí quanh năm, sự thay đổi nhiệt độ theo mùa không dẫn đến hiện
tượng phân lớp theo nồng độ oxi. Ngược lại, đối với hồ giàu dinh dưỡng,
chất hữu cơ kết tủa xuống đáy, cột nước trong hồ được phân lớp theo nhiệt
độ: lớp nước ấm bên trên là vùng hiếu khí còn lớp nước lạnh bên dưới là kị
khí. Giữa hai lớp nước này tồn tại một vùng có nhiệt độ thay đổi rất nhanh
gọi là vùng biến nhiệt và trong vùng này ít khi xảy ra sự hòa trộn giữa hai
lớp nước. Vào mùa xuân và thu, lớp nước hiếu khí bên trên và lớp nước kị
khí bên dưới sẽ thay đổi vị trí do nhiệt độ và trọng lượng riêng thay đổi, dẫn
đến có hiện tượng hòa trộn giữa hai lớp nước. Sau khi xảy ra sự hòa trộn thì

14


các vi khuẩn và tảo có khả năng di chuyển theo cột nước và tìm môi trường
sống thích hợp nhất cho chúng.

1.1.1.4. Ảnh hưởng của độc tố VKL đên môi trường sinh thái.

Hình 1.1. Hiện tượng phú dưỡng trong môi trường nước
(nguồn:lincoln.ne.gov)
a.

Ảnh hưởng của hiện tượng nở hoa tảo độc, tảo hại tới động vật thủy sản
Hiện tượng nở hoa của tảo có thể làm một số chỉ số môi trường biến

động lớn, DO và pH sẽ biến động rất lớn. Khi tàn lụi, sự phân hủy do vi
khuẩn hay do tác động hóa học đều tiêu hao một lượng Oxy đáng kể và thải ra
các khí độc.
Hiện tượng nở hoa của tảo có thể làm một số chỉ số môi trường biến
dộng lớn, DO và pH sẽ biến động rất lớn. Khi tàn lụi, sự phân hủy do vi
khuẩn lam hay do tác động hóa học đều tiêu hao một lượng Oxy đáng kể và
thải ra các khi độc cho các sinh vật sống trong môi trường, gây hại cho hệ
sinh vật đáy.

15


Độc tố sinh ra từ các loài tảo độc có thể làm thương tổn mang, ảnh
hưởng đến hoạt động hô hấp của động vật thủy sinh (ĐVTS), có thể gây hiện
tượng xuất huyết, vỡ mạch máu hay tác động tới hệ thần kinh của ĐVTS. Có
nhiều loại độc tố khác nhau được tiết ra từ các loại tảo khác nhau và trong
nhiều trường hợp cơ chế và đặc tính gây độc của các độc tố này chưa được
làm sáng tỏ. Tuy vậy, một số độc tố đã được nhận biết và hầu hết chúng đều
gây độc cho cá (Ichthyotoxic), trong đó loại gây độc cho hệ thống thần kinh
(Neurotoxins) thường gặp nhất.
Hiện tượng tảo độc, tảo hại nở hoa còn có tác hại làm tăng hàm lượng

ion kim loại nặng trong nước biển, thông qua quá trình trao đổi ion kim loại
của các tế bào tảo. Người ta đã quan sát được mối quan hệ giữa sự nở hoa của
tảo độc, hại với các loại ion Fe, Cd, Cu, Hg, và Pb trong tầng nước mặt (Đỗ
Thị Hòa và cs, 2015).
Trong những năm gần đây, người ta đã quan sát được nhiều hiện tượng
nở hoa của tảo độc gây chết trực tiếp các đối tượng nuôi thủy sản như cá, giáp
xác, động vật thân mềm. Sự nở hoa của tảo có tiên mao Gymnodinium breve
đã gây ra tỷ lệ chết rất lớn cho ĐVTS tại Mexico. Một số độc tố của tảo cò
tồn tại trong chuỗi thức ăn của thủy vực và gây chết một số lượng lớn cá tự
nhiên khi chúng sử dụng zooplankton (động vật phù du) làm thức ăn, tại vùng
ven biển Bắc Đại Tây Dương của nước Mỹ. Hiện tượng chết của cá nước lợ
nuôi và tự nhiên (Cá đối-Mugil spp) do sự nở hoa của tảo Prymnesium sp
cũng đã được quan sát ở các vùng nước lợ ở Châu Âu và Trung Đông. Hiện
tượng nở hoa tảo silic thuộc giống Chaetocross đã liên quan tới hiện tượng
chết của cá hồi nuôi trên biển. Người ta cũng quan sát được hiện tượng chết
của cá đuôi vàng (Seriola quinqueradiota) do sự nở hoa của tảo Chatonelle
antiqua; Hoặc hiện tượng chết của cá Coregonus lavaretus do sự nở hoa của
tảo Ceratium hirundinella ở Philipine (Đỗ Thị Hòa và cs, 2015)

16


Độc tố tiết ra từ các loài tảo độc cũng ảnh hưởng rất lớn đến đời sống
của giáp xác và động vật thân mềm ngoài tự nhiên và nuôi trồng thủy sản,
trong thực tế không hiếm gặp hiện tượng động vật 2 vỏ (Bivalvia) bị chết
hàng loạt liên quan tới tảo độc. Khi con người sử dụng những động vật bị chết
do ngộ độc làm thức ăn, độc tố có thể ảnh hưởng tới sức khỏe con người, ở
dạng nhẹ thì gây dị ứng, ở dạng nặng thì có thể gây tử vong.
b.

Các dạng độc tố của VKL
VKL có khả năng tổng hợp các chất thứ cấp rất đa dạng. Các chất thứ

cấp do VKL sinh ra có độc tính được gọi là độc tố (độc tố VKL-cyanotoxins)
hoặc các chất có hoạt tính sinh học khác như khả năng chống vi rút, chống
ung thư, kháng nấm, các chất ức chế enzyme,… Độc tố VKL là nhóm độc tố
tự nhiên, rất đa dạng về cấu trúc hóa học và độc tính. Cho đến nay, độc tố
VKL được xếp thành nhiều nhóm khác nhau tùy theo quan điểm và lĩnh vực
nghiên cứu. Dựa trên cơ chế gây độc, các độc tố VKL được chia thành 5
nhóm chính: độc tố về thần kinh (anatoxin-a, anatoxin-a(s), homoanatoxin-a,
PSPs), độc tố về gan (microcystins, nodularin), độc tố tế bào
(cylindrospermopsin), độc tố gây dị ứng (lyngbyatoxin-a, aplysiatoxins) và
nội độc tố (lipopolysacccharide endotoxin) (Sinoven và cs, 1999; Codd và cs,
2005). Dựa trên cấu trúc hoá học độc tố VKL có thể được chia thành 3 nhóm
chính (bảng 1.1).

17


Bảng 1.1. Các nhóm độc tố do các chi VKL khác nhau sản sinh

Các cơ quan
Nhóm độc tố

của động vật bị

Chi VKL sản sinh độc tố

tác động
Cyclic peptides

Microcystins

Gan

Microcystis, Anabaena,
Planktothrix (Oscillatoria),
Nostoc, Anabaenopsis,

Nodularin
Alkaloids
Anatoxin-a

Aphanocapsa
Nodularia

Gan
Khớp thần kinh

Anabaena, Planktothrix
(Oscillatoria),

Aplysiatoxins
Cylindrospermopsin

Aphanizomenon
Lyngbya, Schizothrix, Planktothrix
Cylindrospermopsis,

Da
Gan

s

Aphanizomenon,

Lyngbyatoxin-a
Saxitoxins

Umezakia
Lyngbya
Anabaena, Aphanizomenon,

Da, dạ dày ruột
Sợi thần kinh

Lyngbya,
Cylindrospermopsis
LPS
Lipopolysaccharides Gây khó chịu Tất cả các cyanobacteria
đến các mô tiếp
xúc với độc tố
Nguồn: (Hoogenboezem và cs, 2005)
c.

Vi khuẩn lam Microcystis aeruginosa và độc tố Microcystin
+ Microcystis aeruginosa

18

M.aeruginosa có tập đoàn dạng hình cầu hoặc mắt lưới với các khoảng
trống ở giữa các tế bảo. Tế bào phân bố tong tập đoàn có dạng hình cầu, màu
xanh nhạt, xếp chồng lên nhau với nhiều aerotopes dày đặc, đường kính mỗi
tế bào từ 3,7 – 6 µm. Bao nhầy không màu, không bền nên tế bào dễ vỡ ra
khỏi tập đoàn. Loài được tìm thấy phổ biến trong các thủy vực nước ngọt, lợ
ưu dưỡng; phân bố toàn cầu, chỉ vắng mặt ở vùng cực và cận cực.
M.aeruginosaphân bố phổ biến trong các thủy vực ngọt ưu dưỡng ở
Việt Nam và là loài chính gây hiện tượng nở hoa nước ở các thủy vực này.
Một số chủng phân lập từ Việt Nam đã được xác định là có khả năng sinh độc
tố microsystin (Nguyễn TTL và cs, 2007b).

Hình 1.2. Microcystis aeruginosa

Nguồn: Nguyễn Thị Thu Liên cung cấp.

19


Bảng 1.2. Độc tố của chi Microcystis

Loài

Độc tố hoặc ảnh hưởng Môi
trường Tài liệu tham
của độc tố
sống
khảo
Microcystis
Microcytins
Nước ngọt

Carmlehael và
aeruginosa
cs, 1988
Microcystis
Microcytins
Nước ngọt
Henriksen,
botrys
1996
Microcysits
Microcytins
Nước ngọt,
Sabour và cs,
ichthyoblabe
nước lợ
2002
Microcystis
Microcytins
Nước ngọt,
Watanabe và
viridis
nước lợ
cs, 1988
Microcystis
Microcytins
Nước ngọt
Yasuno và cs,
wesenbergii
1995
(Cronber và Annadotter, 2006)

+ Độc tố gan Microcystin (MCs)
Microcystin là độc tố VKL được phát hiện trong hầu hết các thủy vực
nước ngọt và nước lợ khắp nơi trên thế giới. Cho đến nay, đây là độc tố được
nghiên cứu nhiều nhất. Microcystin là độc tố gan gồm 7 axit amin, trong đó 2
axit amin cuối cùng của dãy peptide nối liền nhau tạo thành vòng. Cấu trúc
chung của microcystin là Cyclo – (D – alanine 1 – X2 – D-MeAsp3-Z4-Adda5D-glutamate6-Mdha7)

20


Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của microcystin
(vanApeldoorn và cs.2007)

Cho đến nay, hơn 90 dạng cấu trúc của MCs đã được xác định. Dạng
độc tố phổ biến thường gặp nhất là microcystin-LR. MCs rất bền và không bị
tác động bởi các phản ứng thủy phân, oxy hóa khử trong điều kiện môi trường
thông thường tại các thủy vực. MCs có thể tồn tại trong môi trường nước thủy
vực khoảng 1 tuần. Hơn nữa, chúng có thể tồn tại lâu hơn ở điều kiện nước
lọc hoặc khử ions .MCs bị phân hủy chậm trong điều kiện nhiệt độ cao
khoảng 40oC với pH < 1 hoặc pH > 9 (Neilan và cs, 2013).
Độc tố MCs có thể gây tổn thương tế bào gan (phá vỡ cấu trúc tế bào
gan, mất cấu trúc thể xoang, tăng trọng lượng gan do xuất huyết và gây sốc sự
vận chuyển máu, rối loạn nhịp tim đến chết ở động vật.
1.1.2. Các phương pháp xử lý vi khuẩn lam
1.1.2.1. Phương pháp hóa học
Xử lý nước nở hoa bằng các chất diệt tảo cũng thường được sử dụng.
Các chất này hoặc là giết chết tảo, hoặc là ức chế sinh trưởng của tảo. Hạn
chế của những chất này là tác động không chọn lọc do vậy chúng gây chết

21

không chỉ tảo mà còn cả các thủy sinh vật khác. Thậm chí, ngay cả khi có hợp
chất nào đó có tác động chọn lọc lên tảo thì hậu quả của việc sử dụng những
chất này cũng còn là vấn đề cần bàn cãi như khả năng tiết độc tố ra môi
trường từ sinh khối tảo bị diệt, hoặc sự thiếu ôxy do quá trình phân hủy sinh
khối này gây ra dẫn đến việc cá chết hàng loạt… Bởi vậy giải pháp này
thường được thực hiện vào thời điểm đầu mùa khi tảo chưa tạo nước nở hoa.
Mặc dù có nhiều hạn chế, đôi khi đây là giải pháp duy nhất để lựa chọn, đặc
biệt là tại những hồ phì dưỡng (hypereutrophic) có lượng P trong đầu vào quá
cao. Do đó, việc tiếp tục tìm kiếm những chất diệt tảo có tác động chọn lọc và
ít tác dụng xấu lên môi trường nước là nhiệm vụ rất cần thiết.
Các tác nhân diệt tảo:
a.

Các chất vô cơ và hữu cơ

Đồng (Cu) ở dạng CuSO4.5H2O thường được sử dụng để diệt tảo do
khả năng ức chế quang hợp, quá trình hấp thu P và cố định N 2. Ưu thế của giải
pháp này là Cu tác động lên VKL mạnh hơn lên tảo lục, gây tác động nhanh
và giá thành tương đối thấp, tuy nhiên giải pháp này có nhiều hạn chế do các
tác động xấu lên môi trường như đã nêu ở trên.
Thông thường sinh trưởng của tảo bị ức chế ở nồng độ 5-10 µg/l, tuy
nhiên tại hiện trường để diệt tảo nồng độ này cao hơn nhiều ( > 1mg/l), đôi
khi trong trường hợp nở hoa nước mạnh nồng độ Cu tới 30-300mg/l cũng
không đạt hiệu quả mong muốn (Lam và cs, 1995). Do vậy giải pháp này
cũng rất ít được ứng dụng.
b.

Các chất vô cơ khác

Nhiều chất vô cơ khác như AgNO3 (nồng độ 0,04mg/l); permanganate
kali (KMnO4 nồng độ 1-3 mg/l) và hypochlorit natri (NaOCl nồng độ 0,51,5mg/l) có tác động diệt tảo,tuy nhiên cũng giống như CuSO 4chúng không
chỉ tác động lên tảo mà còn cả các thủy sinh vật khác nên ít được sử dụng.
Một nghiên cứu gần đây cho thấy H 2O2 là hợp chất có triển vọng để diệt tảo
22


trong thủy vực với nồng độ 0,3-5 mg/l do có khả năng tác động chọn lọc lên
VKLmà không ảnh hưởng tới cá, TVTS hay tảo lục hoặc các sinh vật thủy
sinh khác và giá thành tương đối rẻ. Hạn chế khi sử dụng hợp chất này là thời
gian tác động ngắn (Lam và cs, 1995; Schrader, 1998).
c.

Các chất kết lắng

Khi sử dụng một số chất kết lắng như muối nhôm, calcicite hay vôi tôi
các tế bào VKL sẽ tạo thành các cụm tảo, bị loại khỏi cột nước và chìm xuống
đáy nhưng khác với các chất diệt tảo chúng không bị chết hay bị phân hủy
nên không tiết độc tố ra môi trường. Hạn chế của giải pháp này là sự không
triệt để và VKL có thể phát triển trở lại sau vài tuần.
d.

Các chất quang nhạy (Photosensitizers)

Một trong những hướng phát triển các chất diệt sinh vật (biocides) gần
đây là việc sử dụng các chất quang nhạy (photosensitizers). Hiệu ứng quang
phân ly dựa trên việc sử dụng các chất hợp quang nhạy, khi bị chiếu sáng sẽ
sản ra hàng loạt loại ôxy phản ứng (reactive oxygen species - ROS) có hoạt
tính diệt sinh vật như ôxy dạng đơn thể (1O2); gốc superoxide (O2 •-); H2O2,

gốc perhydroxy (HOO-) và gốc hydroxyl (OH •). Trong tự nhiên nhiều hợp
chất có tác động giống như các chất quang nhạy như chlorophyll tự do, các
chất mùn… Hầu hết các ROS đều tác động không chọn lọc. Thử nghiệm trên
hơn 40 dẫn xuất khác nhau cho thấy chúng có độc tính cao đối với cả tảo lam
lẫn tảo lục ở nồng độ dưới 1mg/L. Việc phát triển những ROS có hoạt tính lên
VKL và thích hợp cho sử dụng tại các thủy vực là một thách thức lớn cho
những nghiên cứu trong tương lai.
e.

Các chất hữu cơ

Nhiều chất diệt cỏ hữu cơ có hoạt tính độc cao đối với VKL như
Reglone A, nồng độ 2-4mg/l; simazin, 0,5mg/l; Diuron nồng độ 0,5 mg/l hay
paraquat, nồng độ 0,026 mg/l…Những chất hữu cơ này có ưu thế là có khả
năng bị phân hủy bằng sinh học do vi khuẩn (biodegradability). Tuy nhiên
23


việc sử dụng những chất này không an toàn cho môi trường và về mặt độc tố
học, hơn nữa chúng cũng tác động không chọn lọc và có giá thành cao
(Cooke, 2005).
f.

Các hợp chất và vật liệu tự nhiên

Có nhiều hợp chất và nguyên liệu tự nhiên có hoạt tính diệt tảo hoặc ức
chế sinh trưởng của tảo. Một số thực vật thủy sinh như Miriophyllum
spicatumtiết ra các chất có hoạt tính cảm nhiễm qua lại và ức chế sinh trưởng
của VKL. Tuy nhiên, lượng các chất này có đủ để ức chế sinh trưởng của tảo
trong toàn hồ không lại là vấn đề còn cần tranh luận (Berger, 2003; Nakai,

2005).
Rơm đại mạch: sau 4-6 tuần phân hủy hiếu khí khi ngâm trong nước
tiết ra các chất ức chế tảo.Dịch chiết từ rơm đại mạch phân hủy chứa hàm
lượng lignin cao và ức chết sinh trưởng của Microcystis aeruginosa ngay cả ở
nồng độ pha loãng 0,005% (Ball và cs, 2001).Các hợp chất polyphenol và
phenol tạo thành từ lignin bị phân hủy hiếu khí được coi là các tác nhân có
hoạt tính diệt tảo và tác động ức chế tảo không phải là của một hợp chất đơn
lẻ nào, mà có hiệu ứng tổng hợp của các tác nhân khác nhau trong hệ thống
hợp lại. Khi ứng dụng giải pháp này tại các nhánh hồ trong thủy vực nhỏ, các
lồng được nhồi đầy rơm đại mạch được thay từng mùa trong hai năm liên tiếp,
sinh trưởng của VKL bị ức chế và đạt giới hạn cho phép ngay cả trong các hồ
phú dưỡng.
Dịch chiết từ lá các loại tùng bách, lá sồi, hay rơm lúa.cũng có tác dụng
ức chế sinh trưởng của tảo (Park và cs, 2010). Sinh trưởng của M.aeruginosa
bị ức chế mạnh bởi dich chiết từ rơm lúa ở nồng độ từ 0,01 đến 10 mg/l do tác
động hợp lực của các hợp chất phenol khác nhau trong rơm lúa .Dịch chiết từ
vỏ quýt tươi cũng ức chế đáng kể sinh trưởng của M.aeruginosa trong phòng
thí nghiệm (Chen và cs, 2004).

24


Các chất tách chiết khác: hàng trăm hợp chất tách chiết từ thực vật bậc
cao, tảo, VKL hay vi khuẩn có hoạt tính diệt hoặc ức chế sinh trưởng của tảo.
Những hợp chất này thường là các alcaloids, phenols, polyphenols, quinones,
terpens, các axit hữu cơ....Nhiều hợp chất được tách chiết từ chính VKL như
cyanobacterin, nostocyclamid hay nostocarboline được tách chiết từ Nostoc.
Ưu thế của những chất này là chúng có nguồn gốc và khả năng phân hủy tự
nhiên. Nhiều hợp chất có tác dụng độc đối với tảo ở nồng độ rất thấp, bởi vậy
cũng ít độc đối với các cơ thể khác. Tuy nhiên những hợp chất này vẫn chỉ

đang được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm mà chưa được đưa vào ứng
dụng trong thực tiễn, bởi vậy chúng là những hợp chất có khả năng ứng dụng
trong tương lai và cần có nhiều nghiên cứu để làm sáng tỏ khả năng sử dụng
chúng trong thực tế.
Trên đây là tổng quan các phương pháp kiểm soát sự phát triển bùng
phát của VKL tại các thủy vực nước ngọt đã được nghiên cứu, thử nghiệm
hay ứng dụng trên thế giới. Mặc dù hiện có nhiều biện pháp khác nhau để
kiểm soát sự phát triển của VKL tại các thủy vực, tính hiệu quả của mỗi
phương pháp lại do nhiều yếu tố quyết định (kiểu và kích thước của thủy vực,
thời gian lưu của dòng nước, mức độ dinh dưỡng và dòng chảy dinh dưỡng
vào thủy vực, các thông số thủy lý, thủy hóa của thủy vực, chất lượng và hàm
lượng cặn lắng, thời vụ, nguồn cá….). Không có phương pháp nào là chung
cho mọi thủy vực. Kinh nghiệm ở nhiều nơi trên thế giới cho thấy sự kết hợp
một số phương pháp cả tại lưu vực sông lẫn xử lý trong hồ đem lại kết quả tốt
hơn nhiều so với việc sử dụng một phương pháp đơn lẻ. Mặt khác, việc lựa
chọn sử dụng hay kết hợp sử dụng những phương pháp nào lại phụ thuộc rất
nhiều vào khả năng tài chính của từng quốc gia cũng như tầm quan trọng của
thủy vực đối với quốc gia đó.

25