(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tác dụng ức chế của cao chiết cây Mần tưới (Eupatorium fortunei Turcz.) lên sinh trưởng của Vi khuẩn lam độc Microcystis aeruginosa Kutzing trong các thủy vực nước ngọt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

**********************

PHẠM THANH NGA
NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG ỨC CHẾ CỦA CAO CHIẾT
CÂY MẦN TƯỚI (EUPATORIUM FORTUNEI TURCZ.) LÊN
SINH TRƯỞNG CỦA VI KHUẨN
LAM ĐỘC MICROCYSTIS AERUGINOSA KUTZING
TRONG CÁC THỦY VỰC NƯỚC NGỌT
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 9.52.03.20

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hướng dẫn khoa học:
Hướng dẫn 1.

GS.TS. Đặng Đình Kim

Hướng dẫn 2.

TS. Lê Thị Phương Quỳnh

Hà Nội – 2019

LỜI CAM ĐOAN
Tôi, Phạm Thanh Nga, tác giả luận án tiến sỹ xin cam đoan đây là công trình
nghiên cứu của riêng tôi, không trùng lặp và sao chép với bất kì công trình khoa học
nào khác. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực, được các
đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào, chưa
từng được công bố trong công trình nào khác.
Hà Nội, tháng……..năm 2019
Tác giả luận án

Phạm Thanh Nga


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ......................................... 3
1.1. Vi khuẩn lam độc và hiện tượng phú dưỡng trong các thủy vực nước ngọt ........ 4
1.1.1. Vi khuẩn lam độc .............................................................................................. 4
1.1.2. Hiện tượng phú dưỡng và triển bùng nổ sinh khối VKL độc ........................... 6
1.1.3. Các biện pháp kiểm soát phát triển bùng nổ sinh khối VKL độc .................. 10
1.1.4. Phương pháp triển khai áp dụng ngoài thực tế tại các ao, hồ Việt Nam ............ 17
1.2. Sử dụng cao chiết thực vật và hoạt chất thiên nhiên để kiểm soát bùng nổ Vi
khuẩn lam độc ........................................................................................................... 20
1.2.1. Hoạt tính sinh học của cao chiết và các hợp chất thiên nhiên ...................... 20
1.2.2. Nghiên cứu điển hình sử dụng cao chiết, dịch chiết thực vật kiểm soát bùng
phát VKL độc............................................................................................................. 22
1.2.3. Một số nhóm hoạt chất có nguồn gốc thiên nhiên kiểm soát bùng nổ VKL ... 30
1.2.4. Cơ chế tác động của các cao chiết và các hợp chất thiên nhiên lên sinh
trưởng của VKL độc M. aeruginosa ......................................................................... 32
1.3. Cây Mần tưới Eupatorium fortunei .................................................................... 34

1.3.1. Sơ lược về cây Mần tưới Eupatorium fortunei................................................ 34
1.3.2. Thành phần hóa học và hoạt tính sinh học .................................................... 34
1.3.3. Hoạt tính sinh học của cây Mần tưới ............................................................. 42
1.3.4. Ứng dụng cao chiết cây Mần tưới để kiểm soát bùng phát sinh khối VKL độc
M. aeruginosa ........................................................................................................... 45
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 47
2.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 47
2.1.1. Cây Mần tưới Eupatorium fortunei ................................................................ 47
2.1.2. Vi khuẩn lam độc nước ngọt Microcystis aeruginosa Kützing ..................... 47
2.1.3. Loài tảo lục Chlorella vulgaris ...................................................................... 48
2.1.4. Bèo tấm Lemna minor .................................................................................... 49
2.1.5. Giáp xác Daphnia magna .............................................................................. 49
2.1.6. Quần thể thực vật phù du hồ Hoàn Kiếm và hồ Láng .................................... 50


2.2. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất.............................................................................. 50
2.2.1. Thiết bị và dụng cụ ......................................................................................... 50
2.2.2. Hóa chất ......................................................................................................... 50
2.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 51
2.3.1. Phương pháp xử lý mẫu thực vật, tạo cao chiết và phân lập các hợp chất sạch ...... 51
2.3.2. Phương pháp xác định cấu trúc các hợp chất sạch ....................................... 51
2.3.3. Phương pháp đánh giá sinh trưởng của VKL, tảo lục Chlorella vulgaris và
thực vật phù du .......................................................................................................... 51
2.3.4. Phương pháp quan sát hình thái tế bào VKL và Chlorella vulgaris [63] ...... 53
2.3.5. Phương pháp đánh giá độc tố của cao chiết lên Daphnia magna [135] ....... 53
2.3.6. Phương pháp đánh giá độc tố của cao chiết lên Lemna minor [22] ............. 54
2.3.7. Phương pháp phân tích chất lượng môi trường nước [17] ........................... 54
2.3.8. Phương pháp xử lý số liệu .............................................................................. 55
2.4. Mô tả thực nghiệm .............................................................................................. 55
2.4.1. Thực nghiệm xử lý mẫu thực vật, tạo cao chiết và phân lập chất sạch ......... 55

Quy trình phân lập các chất sạch từ cao chiết phân đoạn etyl axetate Mần tưới .. 59
2.4.2. Thực nghiệm nghiên cứu độc tính diệt VKL độc và tảo lục của các cao chiết ....... 62
2.4.3. Thực nghiệm đánh giá tính an toàn của cao chiết .......................................... 64
2.4.4. Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của cao chiết đối với mẫu nước hồ tự nhiên...... 66
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .............................. 67
3.1. Công thức cấu tạo các chất sạch được phân lập từ cây Mần tưới Eupatorium fortunei . 68
3.1.1. Hợp chất 7,8,9-trihydroxythymol (EfD4.7) .................................................... 69
3.1.2. Hợp chất 8,10-didehydro-7,9-dihydroxythymol(EfD4.8)............................... 75
3.1.3. Hợp chất 8,9,10- Trihydroxythymol (EfD5.1) ................................................ 79
3.1.4. Hợp chất o-Coumaric acid (EfD1.8).............................................................. 80
3.1.5. Hợp chất 4-(2-hydroxyethyl)benzaldehyde (EfD10.1) ................................... 81
3.1.6. Hợp chất kaempferol (EfD10.3) ..................................................................... 82
3.1.7. Hợp chất 8,10-dihydroxy-9-acetoxythymol (EfD14.1)................................... 83
3.2. Kết quả đánh giá khả năng ức chế sinh trưởng và diệt VKL độc, vi tảo của các
cao chiết và chất sạch được phân lập ........................................................................ 86
3.2.1. Đánh giá khả năng ức chế sinh trưởng VKL độc Microcystis aeruginosa TC3
của các cao chiết tổng Mần tưới ............................................................................... 86


3.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của cao chiết tổng etanol Mần tưới lên sinh trưởng
của Microcystis aeruginosa TC3 và Chlorella vulgaris ........................................ 89
3.2.3. Đánh giá ảnh hưởng của cao chiết phân đoạn lên sinh trưởng của
Microcystis aeruginosa TC3 và Chlorella vulgaris .................................................. 95
3.2.4. Đánh giá tiềm năng kiểm soát bùng nổ sinh khối Microcystis aeruginosa TC3
của cao chiết Mần tưới............................................................................................ 101
3.2.5. Đánh giá hoạt tính diệt Microcystis aeruginosa TC3 của các chất sạch .... 105
3.2.6. Ảnh hưởng của cao chiết lên cấu trúc tế bào M. aeruginosa TC3 và C. vulgaris..... 109
3.3. Kết quả đánh giá tính an toàn của cao chiết thực vật Mần tưới (ảnh hưởng lên
một số sinh vật khác)............................................................................................... 115
3.3.1. Ảnh hưởng của cao chiết đến giáp xác Daphnia magna ............................. 115

3.3.2. Ảnh hưởng của cao chiết đến bèo tấm Lemna minor ................................... 121
3.4. Bước đầu thử nghiệm ảnh hưởng của cao chiết lên sinh trưởng VKL độc trong
mẫu nước hồ tự nhiên .............................................................................................. 127
3.4.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng ức chế của cao chiết lên mẫu nước hồ Hoàn
Kiếm quy mô phòng thí nghiệm ............................................................................... 127
3.4.2. Kết quả thử nghiệm trên mẫu nước hồ Láng quy mô 5L tại phòng thí nghiệm .... 130
3.4.3. Kêt quả thử nghiệm trên mẫu nước hồ Láng quy mô ngoài trời .................... 134
3.4.4. Ảnh hưởng của cao chiết đến các thông số môi trường............................... 137
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 141
KIẾN NGHỊ ........................................................................................................... 142
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 142
PHỤ LỤC
1. Quyết định về việc công nhận trúng tuyển nghiên cứu sinh năm 2015
2. Quyết định về việc công nhận tên đề tài và người hướng dẫn
3. Danh mục các bài báo công bố của NCS
4. Danh mục các phổ của các chất sạch được phân lập từ cây Mần tưới


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU
13

C NMR

TIẾNG VIỆT
Cộng hưởng từ hạt nhân 13C

TIẾNG ANH
Carbon

Nuclear

Magnetic

Resonance (13C-NMR)
1

H NMR

Cộng hưởng từ hạt nhân 1H

Proton

Nuclear

Magnetic

Resonance (1H-NMR)
DO

Oxy hòa tan

Dissolved Oxygen

EC50

Nồng độ ảnh hưởng 50%

Half

maximal

effective

concentration
EtOAc

Dung môi etyl axetat

Ethyl acetate solvent

EtOH

Dung môi etanol

Ethanol solvent

HMBC

Heteronuclear

Multiple

Bond

Coleration
HR-ESI-

Phổ khối lượng phun mù điện High-resolution

MS

tử phân giải cao

HSQC

electrospray

ionisation mass spectrometry
Heteronuclear

single-quantum

correlation spectroscopy
IE

Hiệu quả ức chế sinh trưởng

Inhibition efficiency

IR

Phổ hồng ngoại

Infrared spectroscopy

LC50

Nồng độ gây chết 50%

Lethal Concentration, 50%

MeOH

Dung môi metanol

Methanol solvent

OD

Mật độ quang

Optical density

SEM

Kính hiển vi điện tử quét

Scanning Electron Microscope

TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua Transmission
Microscopy

TN

Tổng nitơ

Total nitrogen

TP

Tổng phốt pho

Total phosphorus

TVN

Thực vật nổi

Phytoplankton

VKL

Vi khuẩn lam

Cyanobacteria

W

Dung môi nước

Water solvent

Electron


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Hiệu suất tạo cao chiết tổng trong các dung môi khác nhau ...................68

Bảng 3.2. Hiệu suất tạo cao chiết phân đoạn từ cao chiết tổng ethanol Mần tưới ..68
Bảng 3.3. Hiệu suất tách chiết các chất sạch từ Mần tưới ............................................69
Bảng 3.4. Số liệu phổ NMR của hai chất EfD4.7 và EfD4.8: ...................................74
Bảng 3.5. Số liệu phổ 1H NMR (H và J) của EfD 10.1 và của hợp chất 8,9,10Trihydroxythymol đã được công bố trong tài liệu tham khảo [137] .....79
Bảng 3.6. Số liệu phổ 13C NMR của hợp chất axit o- coumaric ...............................80
Bảng 3.7. Số liệu phổ 1H NMR của hợp chất axit o- coumaric ................................81
Bảng 3.8. Số liệu phổ 1H NMR (H và J) của EfD 10.3 và của kaempferol đã được
công bố ..................................................................................................83
Bảng 3.9. Giá trị 1H NMR spectra (Hvà J) của EfD 14.1 với 8,9-didydroxy -9
axetoxythymol đã được công bố ............................................................84
Bảng.3.10. Hiệu qủa ức chế sinh trưởng của cao chiết etanol Mần tưới lên M.
aeruginosa và Ch. vulgaris tại nồng độ 200 và 500 µg/mL ..................93
Bảng 3.11. Hiệu quả ức chế sinh trưởng của cao chiết phân đoạn etyl axetat và cao chiết
phân đoạn nước lên M. aeruginosa và Ch. vulgaris tại nồng độ 200 và 500
µg/mL ...................................................................................................101
Bảng 3.12. Hiệu quả ức chế sinh sinh trưởng của chủng M. aeruginosa dưới ảnh
hưởng của CuSO4 5 µg/L và các cao chiết Mần tưới sau 72 giờ ........104
Bảng 3.13. Giá trị LC50 của cao chiết tổng etanol Mần tưới tại 24 và 48 giờ .......117
Bảng 3.14. Giá trị DO và pH của mẫu phơi nhiễm cao chiết tổng etanol Mần tưới
tại 0 và sau 48h....................................................................................119
Bảng 3.15. Giá trị DO và pH của mẫu phơi nhiễm cao chiết etyl axetat Mần tưới tại
0 và sau 48h .........................................................................................119
Bảng.3.16A. Biến động thông số thủy lý mẫu nước Hồ Hoàn Kiếm quy mô 5L bổ
sung hoạt chất CuSO4 và cao chiết etanol và etyl axetat Mần tưới ....137
Bảng.3.16B. Biến động của thông số thủy hóa mẫu nước Hồ Hoàn Kiếm quy mô 5L bổ
sung hoạt chất CuSO4 và cao chiết etanol và etyl axetat Mần tưới ........137


Bảng.3.17.A Biến động của thông số thủy lý mẫu nước Hồ Láng quy mô 5L bổ sung
hoạt chất CuSO4 và cao chiết etanol và etyl axetat Mần tưới.............138

Bảng.3.17 B. Biến động của thông số thủy lý mẫu nước Hồ Láng quy mô 5L bổ sung
hoạt chất CuSO4 và cao chiết etanol và etyl axetat Mần tưới.............138
Bảng.3.18.A. Biến động của thông số thủy lý mẫu nước Hồ Láng quy mô 300L bổ
sung hoạt chất CuSO4 và cao chiết etanol Mần tưới ..........................139
Bảng.3.18B. Biến động của thông số thủy lý mẫu nước Hồ Láng quy mô 300L bổ
sung hoạt chất CuSO4 và cao chiết etanol Mần tưới ...........................139


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1.

Cấu trúc hóa học của phân tử microcystin [7] ......................................5

Hình.1.2.

Bùng phát tảo nở hoa trên thế giới: A. Hồ Taihu, Trung Quốc. B. Hồ
Atitlan, Guatamala. C. Lake Erie, Mỹ - Canada. D. Ichetucknee
Springs, Florida, Mỹ. E and F. Hồ Taihu, Trung Quốc. G. Hồ Zaca,
California, Mỹ. H. and I. Sông St. Johns, Florida. Hồ J. Liberty,
Washington, Mỹ. K. Kênh Haarlem, Netherlands, L. Lagoon gần
sông St. Lucie Florida. [21] ...................................................................9

Hình 1.3.

Một số hồ tiêu biểu ở Việt Nam bùng phát tảo nở hoa [1, 29] ...........11

Hình 2.1.

Cây Mần tưới (Eupatorium fortunei) [115] .........................................47

Hình 2.2.

Tập đoàn M. aeruginosa chụp dưới kính hiển vi điện tử Microscope
BX51 ...................................................................................................48

Hinh 2.3.

Các tế bào M. aeruginosa được phân lập trong phòng thí nghiệm chụp
dưới kính hiển vi điện tử Microscope BX51 ......................................48

Hình 2.4.

C. vulgaris sử dụng trong phòng thí nghiệm ......................................48

Hình 2.5.

Lemna minor .......................................................................................49

Hình 2.6.

Daphnia magna ....................................................................................49

Hình 2.7.

Hồ Hoàn Kiếm ....................................................................................50

Hình 2.8.

Hồ Láng ...............................................................................................50

Hình 2.9.

Thành phần loài Microcystis trong hồ Hoàn Kiếm (a-e). dưới kính hiển
vi quang học (độ phóng đại 200 lần); (f). dưới kính hiển vi huỳnh quang
(độ phóng đại 1000 lần); a. Microcystis botrys; b. Microcystis
wessenbergii; c. Microcystis flos-aquae; d. Microcystis viridis; e và f.
Microcystis aeruginosa. [134] ..............................................................18

Hình 2.10.

Các loài Microcystis ở hồ Láng (A-F). A - Microcystis aeruginosa
Kützing, B - Microcystis flos-aquae (Wittrock) Kirchner, C Microcystis novacekii (Komárek) Compère, D - Microcystis smithii
Komárek & Anagnostidis, E - Microcystis viridis (Braun)
Lemmermann, F - Microcystis wesenbergii (Komárek) Komárek ex
Komárek ..............................................................................................19


Hình 2.11.

Quy trình tạo cao chiết tổng từ mẫu thực vật tươi ..............................55

Hình 2.11.

Chiết phân đoạn hexan từ cao tổng .....................................................56

Hình 2.12.

Chiết phân đoạn ethyl-axetat từ cao tổng ...........................................56

Hình 2.13.

Quy trình tạo cao chiết tổng từ mẫu thực vật trong quy mô phòng ....57

Hình 2.14.

Quy trình tạo cao chiết tổng từ mẫu thực vật trong quy mô phòng ....58

Hình 2.15.

Quy trình phân lập các hợp chất sạch từ cao chiết phân đoạn etyl
axetat Mần tưới ...................................................................................60

Hình 2.16.

Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các cao chiết từ cây Mần tưới
lên sinh trưởng M.aeruginosa và Chlorella vulgaris ...........................62

Hình 2.17.

Thực nghiệm đánh giá hoạt tính diệt VKL độc của các chất sạch phân
lập từ cây Mần tưới .............................................................................64

Hình 2.18.

Thực nghiệm đánh giá độc tố của cao chiết Mần tưới lên giáp xác D.
magna ...................................................................................................64

Hình 2.19.

Thực nghiệm nghiên cứu mẫu bèo Lemna minor dưới ảnh hưởng của

cao chiết Mần tưới ...............................................................................65

Hình 2.20.

Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của cao chiết Mần tưới lên mẫu
nước hồ tự nhiên quy mô phòng thí nghiệm .......................................67

Hình 2.21.

Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của cao chiết Mần tưới lên mẫu
nước hồ tự nhiên quy mô ngoài trời ....................................................67

Hình 3.1.

Cấu trúc hoá học và các tương tác HMBC chính của chất EfD4.7 .....69

Hình 3.2.

Phổ HR-ESI-MS của chất EfD4.7 .......................................................70

Hình 3.3.

Phổ 1H NMR của chất EfD4.7 ............................................................70

Hình 3.4.

Phổ 13C NMR của chất EfD4.7 ...........................................................71

Hình 3.5.

Phổ HSQC của chất EfD4.7 ................................................................72

Hình 3.6.

Phổ HMBC của chất EfD4.7 ...............................................................73

Hình 3.7.

Cấu trúc hoá học và các tương tác HMBC chính của chất EfD 4.8 ....75

Hình.3.8.

Phổ HR-ESI-MS của chất EfD4.8 .......................................................75

Hình.3.9.

Phổ 1H NMR của chất EfD4.8 ............................................................76

Hình 3.10.

Phổ 13C NMR của chất EfD4.8 ...........................................................76

Hình 3.11.

Phổ HSQC của chất EfD4.8 ................................................................77


Hình 3.12.

Phổ HMBC của chất EfD4.8 ...............................................................78

Hình 3.13.

Cấu trúc hợp chất EfD5.1 ....................................................................79

Hình 3.14.

Cấu trúc hợp chất EfD1.8 ....................................................................80

Hình 3.15.

Cấu trúc hợp chất EfD10.1 ..................................................................81

Hình 3.16.

Cấu trúc hợp chất EfD10.3 ..................................................................82

Hình 3.17.

Cấu trúc hợp chất EfD14.1 ..................................................................83

Hình 3.18.

Ảnh hưởng của cao chiết Mần tưới nồng độ 200 (A) và 500 µg/mL (B)
lên sinh trưởng của M. aeruginosa TC3 tính theo mật độ quang (tại bước
sóng 680 nm) ........................................................................................87

Hình 3.19.

Ảnh hưởng của cao chiết Mần tưới nồng độ 200 (A) và 500 µg/mL (B)

lên sinh trưởng của M. aeruginosa TC3 tính theo hàm lượng
chlorophyll a ........................................................................................88

Hinh 3.20.

Sinh trưởng của M.aeruginosa dưới tác dụng của cao chiết tổng etanol
Mần tướitính theo mật độ quang (A), hàm lượng chlorop hyll a (B) và mật
độ tế bào (C) .........................................................................................91

Hinh 3.21.

Sinh trưởng của C. vulgaris dưới tác dụng của cao chiết tổng etanol Mần
tưới tính theo mật độ quang (A), hàm lượng chlorophyll a (B) và mật độ
tế bào (C)..............................................................................................93

Hình 3.22.

Sinh trưởng của M. aeruginosa dưới tác dụng của cao chiết phân đoạn
etyl axetat (A) và cao chiết phân đoạn nước (B) tính theo mật độ quang
.............................................................................................................95

Hình 3.23.

Sinh trưởng của M.aeruginosa TC3 dưới tác dụng của cao chiết phân
đoạn etyl axetat (A) và cao chiết phân đoạn nước (B) tính theo hàm
lượng chlorophyll a .............................................................................96

Hình 3.24.

Sinh trưởng của M.aeruginosa dưới tác dụng của cao chiết phân đoạn

etyl axetat (A) và cao chiết phân đoạn nước (B) theo mật độ tế bào ..97

Hình 3.25.

Sinh trưởng của C.vulgaris dưới ảnh hưởng của cao chiết phân đoạn etyl
axetat (A) và cao chiết phân đoạn nước (B) tính theo mật độ quang......98


Hình 3.26.

Sinh trưởng của C.vulgaris dưới ảnh hưởng của cao chiết phân đoạn
etyl axetat (A) và cao chiết phân đoạn nước (B) Mần tưới theo hàm
lượng chlorophyll a .............................................................................99

Hình 3.27.

Sinh trưởng của C. vulgaris dưới ảnh hưởng của cao chiết phân đoạn
etyl axetat (A) và cao chiết phân đoạn nước (B) tính theo mật độ tế
bào .....................................................................................................100

Hình 3.28.

Sinh trưởng của chủng M. aeruginosa trong vòng 72 giờ tác dụng của
các cao chiết Mần tưới Tính theo mật độ quang ................................98

Hình 3.29. Sinh trưởng của chủng M.aeruginosa dưới tác dụng của các chất sạch
sau 72 giờ tính theo mật độ quang bước sóng 680 nm (A) và theo mật
độ tế bào (B) ......................................................................................106
Hình 3.30.

Cấu trúc siêu hiển vi của tế bào M.aeruginosa TC3 (A) và C.vulgaris
(B) dưới kính hiển vi điện tử truyền qua ...........................................110

Hình 3.31.

Ảnh hưởng của cao chiết lên cấu trúc siêu hiển vi của tế bào M.
aeruginosa TC3 dưới kính hiển vi điện tử truyền qua (A- cao chiết
etanol, B- cao chiết phân đoạn etyl axetat, C- cao chiết phân đoạn
nước, ..................................................................................................111

Hình 3.32.

Ảnh hưởng của cao chiết lên cấu trúc siêu hiển vi của tế bào
C.vulgaris dưới kính hiển vi điện tử truyền qua (A- cao chiết etanol,
B- cao chiết ethyl axetat, C- cao chiết nước, 3- sau 3 ngày, 6-sau 6
ngày, 10- sau 10 ngày) ......................................................................113

Hình 3.33.

Tỷ lệ cá thể sống/chết của D.magna sau 24 giờ (A) và 48 giờ (B) phơi
nhiễm với cao chiết tổng etanol Mần tưới.........................................116

Hình 3.34.

Tỷ lệ cá thể sống/chết của D.magna sau 24 giờ và 48 giờ phơi nhiễm
với cao chiết etyl axetat Mần tưới .....................................................116

Hình 3.35.

Ảnh hưởng của cao chiết tổng etanol (A) và phân đoạn etyl axetat

Mần tưới (B) lên tổng số cánh bèo L.minor ......................................122

Hình 3.36.

Hình thái ngoài của cánh bèo L.minor sau 5 ngày phơi nhiễm cao
chiết tổng ethanol Mần tưới ..............................................................123


Hình 3.37.

Hình thái ngoài của cánh bèo L.minor sau 5 ngày phơi nhiễm cao
chiết tổng phân đoạn etyl axetat Mần tưới ........................................123

Hình 3.38.

Sinh khối tươi của bèo L.minor dưới tác động của cao chiết etanol (A) và
cao chiết phân đoạn etyl axetat Mần tưới (B) tại thời điểm bắt đầu (T0)
và sau 5 ngày (T5) ..............................................................................124

Hình 3.39.

Hàm lượng sắc tố quang hợp của bèo L.minor dưới tác động của cao
chiết etanol (A) và cao chiết phân đoạn etyl axetat Mần tưới (B) tại thời
điểm bắt đầu (T0) và sau 5 ngày (T5) .................................................125

Hình 3.40.

Sự biến đổi sinh khối thực vật nổi (theo hàm lượng chlorophyll a) của mẫu
đối chứng, mẫu CuSO4 và mẫu bổ sung cao chiết trong mẫu nước hồ Hoàn
Kiếm ..................................................................................................127

Hình 3.41.

Biến động mật độ tế bào thực vật phù du nghiên cứu trên mẫu nước hồ
Hoàn Kiếm ngày T0 (A) và T10 (B) dưới ảnh hưởng của các cao chiết
Mần tưới ............................................................................................128

Hình 3.42.

Sự biến đổi sinh khối thực vật nổi (theo hàm lượng chlorophyll a) của
mẫu đối chứng, mẫu CuSO4 và mẫu bổ sung cao chiết trong nước Hồ
Láng ...................................................................................................130

Hình 3.43.

Biến động mật độ tế bào thực vật phù du nghiên cứu trên mẫu nước
Hồ Láng ngày T0 (A) và T10 (B) dưới ảnh hưởng của các cao chiết
Mần tưới ............................................................................................131

Hình 3.44.

Sự biến đổi sinh khối thực vật nổi (theo hàm lượng chlorophyll a) của
mẫu etanol Mần tưới trong nước Hồ Hoàn Láng quy mô ngoài trời 135

Hình 3.45.

Mật độ tế bào thực vật phù du nghiên cứu trên mẫu nước Hồ Láng quy
mô ngoài trời ngày T0 (A) và ngày T10 (B) .....................................136

1
MỞ ĐẦU
Ô nhiễm môi trường không khí, nước và đất đã trở thành vấn đề hàng đầu, gióng
hồi chuông cảnh báo về sự suy giảm chất lượng cuộc sống và sức khỏe con người
không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều nơi trên thế giới. Ô nhiễm nguồn nước mặt là
đặc biệt nghiêm trọng khi nhiều nơi trên thế giới người dân không có nước sạch để
sử dụng cho ăn uống và sinh hoạt kéo theo tỉ lệ tử vong và bệnh tật gia tăng vì sử
dụng nguồn nước không đạt yêu cầu. Nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn đến ô nhiễm
nguồn nước mặt như xả trực tiếp các nguồn nước thải công nghiệp, nước thải sinh
hoạt mà không qua xử lý hoặc lạm dụng quá mức phân bón hóa học và thuốc bảo vệ
thực vật trong sản xuất nông nghiệp để nâng cao sản lượng lương thực đáp ứng sự
gia tăng dân số thế giới trong những thập kỉ gần đây. Hậu quả dẫn đến gia tăng nguồn
dinh dưỡng (chủ yếu là nitơ và photpho) trong các thủy vực gây nên hiện tượng phú
dưỡng mà kéo theo là “tảo nở hoa” hoặc “nở hoa của nước”. Sự nở hoa của nước bản
chất là sự phát triển ồ ạt của Vi khuẩn lam (VKL) và vi tảo, có khả năng sản sinh độc
tố kéo theo sự nhiễm độc và cái chết của thủy hải sản, động vật nuôi, động vật hoang
dã và con người [1]. Sự nở hoa của nước thường gây ra những tác động xấu lên môi
trường như làm đục nước, tăng giá trị pH, giảm hàm lượng oxy hòa tan, tăng độc tố
đặc biệt là độc tố microcystin. Kết quả điều tra ở các thủy vực nước ngọt cho thấy
trong các loài VKL độc gây hiện tượng nở hoa nước thì Microcystis aeruginosa chiếm
đến 90% và sản sinh ba loại độc tố nguy hiểm là độc tố gan (hepatotoxins), độc tố
thần kinh (neurotoxins) và độc tố gây dị ứng da. Điều nghiêm trọng là tần suất xuất
hiện các loài VKL độc ngày càng tăng làm ảnh hưởng đến sức khỏe con người và
động vật nuôi, động vật hoang dã do sử dụng nguồn nước có VKL độc. Do đó ngăn
ngừa và giảm thiểu sự phát triển bùng nổ của VKL độc là vấn đề quan trọng cần phải
được quan tâm.
Các phương pháp xử lý ô nhiễm môi trường nước gây ra bởi VKL độc đã được
nghiên cứu và áp dụng từ những phương pháp cơ học đơn giản như hớt váng, che
sáng hay pha loãng nước hồ đến các phương pháp lý - hóa như dùng sóng siêu âm,
sử dụng ánh sáng cực tím, hoặc sử dụng các hợp chất hóa học diệt tảo, các hợp chất

2
có tính oxi hóa cao, các kim loại và nano kim loại. Những phương pháp này bên cạnh
những ưu điểm dễ thấy như hiệu quả tác động nhanh, rõ rệt trong thời gian ngắn
nhưng còn tồn tại những hạn chế như tốn kém kinh phí triển khai hoặc gây ra sự ô
nhiễm môi trường thứ cấp, tác động không chọn lọc lên các loài sinh vật do đó gây
suy giảm đa dạng sinh học đặc biệt sử dụng hóa chất sau một thời gian quan sát thấy
hiện tượng nhờn thuốc và vì thế chúng bị hạn chế triển khai ở quy mô thực tế. Do đó
phương pháp sinh học dùng các cao chiết có nguồn gốc thực vật để ức chế sinh trưởng
VKL đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu vì tính hiệu quả và thân thiện
với môi trường.
Cây Mần tưới Eupatorium fortunei Turcz., thuộc họ Cúc (Asteraceae) là loài cây
cỏ lâu năm, được sử dụng trong dân gian như một loại thuốc chữa bệnh và được chứng
minh hoạt tính kháng khuẩn trong nhiều nghiên cứu khác nhau. Năm 2013, Nguyễn
Tiến Đạt và cộng sự đã tiến hành khảo sát và so sánh hoạt tính diệt VKL độc M.
aeruginosa của nhiều loại cao chiết từ các loài thực vật khác nhau tại Việt Nam cho
thấy cao chiết cây Mần tưới có hiệu quả nhất để kiểm soát bùng nổ VKL độc [2]. Kết
luận này được khẳng định bởi các công bố của Phạm Thanh Nga trong những năm tiếp
theo [3]. Tuy nhiên đây mới chỉ là những nghiên cứu bước đầu khảo sát hoạt tính diệt
VKL độc của cao chiết cây Mần tưới.
Từ những lý do trên đề tài luận án tiến sỹ: “Nghiên cứu tác dụng ức chế của

cao chiết cây Mần tưới (Eupatorium fortunei Turcz.) lên sinh trưởng của Vi
khuẩn lam độc Microcystis aeruginosa Kutzing trong các thủy vực nước ngọt”
đã được lựa chọn để thực hiện.
Luận án đã đặt ra mục tiêu như sau: Tạo được cao chiết thực vật ức chế hiệu quả
sinh trưởng của Vi khuẩn lam độc Microcystis aeruginosa. Luận án có tính chất kế
thừa kết quả của những nghiên cứu trước và sẽ giải quyết nhiều vấn đề còn tồn tại.
Luận án đã đặt ra những nội dung như sau:

1. Xây dựng quy trình tạo cao chiết tổng, cao chiết phân đoạn, các chất sạch
phân lập từ cây Mần tưới.
2. Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng ức chế của cao chiết tổng Mần tưới lên sinh
trưởng của M. aeruginosa và đánh giá an toàn sinh thái.


3
3. Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng ức chế của cao chiết phân đoạn etyl axetat
và cao chiết phân đoạn nước Mần tưới lên sinh trưởng của M. aeruginosa và đánh giá
an toàn sinh thái.
4. Nghiên cứu phân lập và đánh giá hoạt tính diệt VKL độc M.aeruginosa của
07 hợp chất hóa học được phân lập từ cây Mần tưới.
5. Nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng cao chiết để kiểm soát bùng nổ Vi khuẩn
lam trong các mẫu nước hồ tự nhiên.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận án
Ô nhiễm môi trường nước, đặc biệt hiện tượng phú dưỡng kéo theo sự bùng phát
sinh khối VKL với việc giải phóng độc tố microcystin đã nhận được nhiều sự quan tâm,
nghiên cứu trong thời gian gần đây. Sử dụng cao chiết từ thực vật để kiểm soát bùng nổ
sinh khối VKL thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp truyền thống
được áp dụng trước đây. Kết quả của luận án cung cấp cơ sở khoa học, chứng minh tính
ưu việt khi áp dụng cao chiết thực vật như một hoạt chất ức chế và diệt chọn lọc VKL
độc để kiểm soát bùng phát sinh khối VKL độc.
Tính mới của luận án
- Tách chiết được 02 chất mới (7,8,9 - trihydroxythymol và 8,10-didehydro-7,9trihydroxythymol) và đánh giá tác động của 02 chất này lên M. aeruginosa trong dải
nồng độ từ 1,0 µg/mL đến 50,0 µg/mL với hiệu quả ức chế sinh trưởng ghi nhận từ
39,1÷41,2 % và 20,0 – 25,0 %, tương ứng sau 72 giờ.
- Bước đầu ghi nhận khả năng ức chế sinh trưởng M. aeruginosa ≥ 90 % tại
nồng độ 500 µg/mL ở quy mô phòng thí nghiệm và hiệu quả trên 60 % ở quy mô
ngoài trời với mẫu nước hồ tự nhiên. Độc tính của cao chiết tổng etanol Mần tưới đối
với Daphnia magna và Lemna minor ghi nhận là thấp hơn so với M. aeruginosa.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU


4
1.1. Vi khuẩn lam độc và hiện tượng phú dưỡng trong các thủy vực nước ngọt
1.1.1. Vi khuẩn lam độc (VKL)
Vi khuẩn lam (Cyanobacteria, Cyanoprokaryota, Cyanophyta, Blue-green
microalgae) là một trong những sinh vật xuất hiện trên Trái Đất cách đây hàng tỷ năm
và mang nhiều tên gọi khác nhau trong quá trình nghiên cứu. Từ năm 1854, Kopp đã
coi vi khuẩn và tảo lam là một nhóm có chung nguồn gốc phát sinh. Theo những đặc
điểm hình thái khác nhau, VKL được chia làm 4 bộ, Chlorococcales, Oscillatoriales,
Nostocales và Stigonematales. Theo các tài liệu công bố, hiện nay có khoảng 100 loài
VKL độc nước ngọt thuộc 40 chi trong đó Microcystis đặc biệt là Microcystis
aeruginosa, một trong những chi thường gặp nhất phổ biến nhất với tỉ lệ trên 75 %
[1, 4]. Microcystis aeruginosa có dạng tập đoàn, dạng hình cầu hoặc mắt lưới với
các khoảng trống giữa các tế bào, tế bào phân bố trong tập đoàn có dạng hình cầu,
màu xanh nhạt, xếp chồng lên nhau.
Cấu trúc cơ thể, hình dạng và kích thước: Trong phân loại hiện đại, VKL và vi
khuẩn có nhiều những nét chung như sinh vật chưa có nhân điển hình, chỉ có chất
nhân và nhiễm sắc thể. Màng tế bào cấu tạo từ murein một loại gluco aminopeptid
trong tế bào chất có nhiều riboxom, có khả năng đồng hóa được N2 tự do và có khả
năng quang hợp. Tế bào chứa sắc tố quang hợp và hấp thụ bước sóng từ 430-440 nm
và từ 660-680 nm [5]. Ngược lại với vi tảo nhân thật, VKL không có màng nhân mà
chỉ có lớp màng peptidoglycan và chứa ribosom loại 70 S [1]. Chi Microcystis thường
tồn tại dưới dạng tập đoàn gồm hàng nghìn tế bào riêng lẻ có kích thước từ 3-10 µm
dao động phụ thuộc vào từng loài.
Dinh dưỡng và sinh sản: Phần lớn VKL là những cơ thể quang tự dưỡng hiếu
khí. VKL có khả năng dự trữ các chất dinh dưỡng thiết yếu và đồng hóa bên trong
tế bào chất, có thể quan sát dưới kính hiển vi các hạt glycogen, giọt lipip, các hạt

cyanophycin, các thể polyphosphate hay carboxysome.
VKL chỉ sinh sản vô tính. Các loài dạng sợi thường sinh sản bằng cách phân
đoạn các trichome hoặc hình thành các đoạn tảo (hormogonia). Đoạn tảo là những
đoạn sợi sinh sản phân biệt. Chúng được tạo thành nhờ chuyển động trượt và dần
dần phát triển thành những trichome mới, các loài dạng sợi thường sinh sản bằng
cách phân đoạn.


5
Phân bố VKL: Sự phân bố của VKL phụ thuộc vào nhiều yếu tố thủy văn và
khí hậu của từng vùng đặc biệt là điều kiện dinh dưỡng của môi trường sống. Đa số
các loài VKL trong tế bào đều chứa không bào khí. Đó là các thể nội bào dạng túi
chứa khí giúp điều khiển sự nổi của tế bào giúp cho chúng có ưu thế trong cạnh
tranh ánh sáng và dinh dưỡng. VKL phân bố rộng, chúng có trong nước, đất, ở các
nơi khô hạn, trên cây, băng tuyết.
Độc tố VKL: Neurotoxin là nhóm các chất độc thần kinh, hợp chất độc hại nhất
do VKL sản sinh ra và chúng can thiệp vào hệ thần kinh, gây tê liệt các cơ quan hô
hấp, gây tử vong chỉ sau vài phút tác động. Độc tố LD50-24 h (Lethal dose, 50%) của
các nhóm là khác nhau nhưng nhìn chung là rất độc dao động từ 10 đến 200 μg/kg,
độc nhất phải kể đến Saxitoxin với LD50-24 h là 10 μg/kg, LD50 của nhóm
Microcystin-LR là 50 μg/kg [6]. Microcystin là phân tử peptit có cấu trúc vòng, hiện
nay ghi nhận hơn 80 loại biến thể cấu trúc, trong đó ba loại phổ biến nhất được trình
bày tại hình 1.1 [7]. Microcystin có thể được tạo ra từ các loài thuộc chi Microcystis,
Anabaena, Nostoc, Oscillatoria và Hapalosphon.

Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của phân tử microcystin [7]
VKL và độc tố của nó ảnh hưởng đến tất cả các loài trong hệ sinh thái bao gồm
vi khuẩn, tảo, động thực vật phù du, nhóm động vật không xương sống ở nước đặc
biệt nhóm loài Daphnia bao gồm gây độc cấp tính (trong vòng 48h) và mãn tính (sau
21 ngày). Tại nồng độ thấp microcystin hòa tan trong nước không gây ảnh hưởng độc

6
hại đến D. magna nhưng phơi nhiễm lâu hơn tại nồng độ cao có thể dẫn đến chết vì
microcystin đã được tích tụ trong D. magna ức chế sự hoạt động của enzyme
photphatase [8, 9]. Độc tố VKL còn ảnh hưởng tới các loài cá như Misguruns
mizolepis, Leuciscus cephalus, Danio rerio, Oryzias latipes, Oncorhynchus mykiss.
Nồng độ gây độc dao động từ 0,5 đến 50 μg MC-LR làm giảm 50% khả năng sống
sót, 25% khối lượng, gây tử vong bất thường, quái thai ở cá con, giảm khả năng nở
của trứng [10]. Đối với con người, gan là bộ phận bị ảnh hưởng nặng nề nhất, sau đó
đến thận và đại tràng, thời gian tích tụ lâu dài có thể dẫn đến ung thư gan và ung thư
trực tràng [11]. Khả năng gây hại cho người đối với nguồn nước phục vụ các hoạt
động giải trí từ 20.000 tế bào VKL/mL (tức hơn 10 µg/L nồng độ chlorophyll a). Khi
tăng mật độ lên đến 20.000 – 50.000 tế bào/mL (10 - 50 µg/L nồng độ chlorophyll a)
VKL tác động rõ rệt và trên 100.000 tế bào/mL gây nguy hiểm cho con người, động
vật nuôi và động vật hoang dã [6].
1.1.2. Hiện tượng phú dưỡng và phát triển bùng nổ sinh khối VKL độc
1.1.2.1. Hiện tượng phú dưỡng
Hiện tượng phú dưỡng (Eutrophication) là một thuật ngữ sinh thái được sử dụng
cho quá trình làm giàu nước bởi các chất dinh dưỡng, đặc biệt là nitơ và photpho dẫn
đến sự phát triển bùng nổ các loại VKL và vi tảo [12, 13]. Năm 1931, Naumann lần
đầu tiên đưa ra phân loại các hồ theo các cấp độ dinh dưỡng khác nhau như nhóm
nghèo dinh dưỡng (oligotrophic), dinh dưỡng trung bình (mesotrophic), phú dưỡng
(eutrophic) và phì dưỡng (hypertrophic) [1]. Hakanson đã giới thiệu hệ thống phân
loại các mức độ dinh dưỡng khác nhau dựa trên các chỉ tiêu như độ trong, hàm lượng
chlorophyll a, nitơ tổng, photpho tổng và VKL trong các môi trường nước ngọt (độ
muối: từ 0 đến 5%o), nước lợ (độ muối từ 5 đến 20 %o) và nước mặn (độ muối: > 20
%o) thành các nhóm nghèo dinh dưỡng, nhóm trung dưỡng, nhóm phú dưỡng và nhóm
phì dưỡng [13, 14].
Nguyên nhân ban đầu của hiện tượng phú dưỡng được xác định là do mất cân

bằng nguồn dinh dưỡng đầu vào, chủ yếu là các nguồn nước thải chưa qua xử lý của
hệ sinh thái, từ đó tạo ra ưu thế cạnh tranh của một số loài. Bên cạnh yếu tố dinh
dưỡng, hiện tượng phú dưỡng trong môi trường nước cũng chịu ảnh hưởng mạnh mẽ


7
và đồng thời bởi các điều kiện ngoại cảnh như các tính chất thuỷ lý, thuỷ hoá của cột
nước, nhiệt độ nước; cường độ chiếu sáng, pH, hàm lượng CO2.
Nghiên cứu tại một số hồ ở Thái Lan cho thấy hàm lượng các chất dinh dưỡng
thay đổi theo quy luật mùa khô cao hơn mùa mưa: hồ Nong Han (NO3- là 1,50 và
0,62 mgN/L; PO43- là 0,43 và 0,11 mg P/L); hồ Kwan Phayao (NO3- là 1,70 và 0,19
mgN/L); hồ Bung Boraped (NO3- là 1,4 và 0,55 mgN/L; PO43- là 0,51 và 0,051
mgP/L). Hồ Dianchi (Trung Quốc) là hồ phú dưỡng với sự nở hoa của tảo quan sát
thấy rõ rệt và chất lượng nước của hồ: nito tổng (TN): 1,20 - 8,70 mg/l và photpho
tổng (TP): 0,09 - 0,79 mg/L. Nghiên cứu này cho rằng chất lượng nước hồ bị ô nhiễm
nặng trong giai đoạn 1996 - 2003, là thời kì đô thị hóa ở thành phố Tây An, Trung
Quốc. Hồ Kojima (Nhật Bản), chất lượng nước là COD: 10 mg/l, TN: 1,8 mg/L, TP:
0,21 mg/L [15].
Tại Việt Nam, theo các nghiên cứu gần đây, hầu hết các hồ Hà Nội và các tỉnh
thành khác của Việt Nam ở trạng thái phú dưỡng, hàm lượng các chất dinh dưỡng
(NH4+ ; NO3- ; PO43-mg/L) dao động ở các hồ khác nhau như hồ Ba Mẫu (8 – 10; 3
– 5; 7,3 – 10 mg/L) ), hồ Giảng Võ (7 – 10; 2 – 10; 3,2 - 6 mg/L) ); hồ Ngọc Khánh
(8 – 9; 30 – 40; 3,2 – 5 mg/L) [16]. Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Bích Ngọc [17]
tổng nitơ vô cơ trong các hồ được nghiên cứu ở Hà Nội dao động từ 0,34 -3,85 mg/L,
P tổng từ 0,23-1,77 mg/L. Hàm lượng P tổng số trong các hồ nội đô tại Hà Nội trong
quan trắc đều cao hơn so với một số hồ trên thế giới, như: hồ Dianchi (Trung Quốc)
dao động 0,09 - 0,79 mg/L; hồ Tega (Nhật Bản) là 0,1 mg/L; hồ Ypakarai (Mỹ) dao
động 0,15 – 0,3 mg/L. Sự suy giảm chất lượng nước hồ ở trạng thái phú dưỡng cũng
được ghi nhận ở nhiều nghiên cứu khác như hồ Xuân Hương, Đà Lạt [18] với nồng
độ nitơ tổng cao nhất đo được là 27,8 mg/L và nồng độ P tổng cao nhất là 1,52 mg/L.

Chính sự phú dưỡng của các hồ luôn ở mức cao khi gặp điều kiện nhiệt độ thích hợp
đặc biệt vào tháng 3, 4 hoặc tháng 9,10 thường xuyên dẫn đến hiện tượng phát triển
bùng nổ sinh khối VKL hay hiện tượng “nở hoa nước”.
1.1. 2.2.Hiện tượng bùng nổ sinh khối VKL độc
a. Hiện tượng bùng nổ sinh khối VKL độc trên thế giới
Nở hoa của tảo gây hại đã được biết đến cách đây từ hơn 2000 năm. Những
người dân bản địa ở các vùng Bắc Mỹ, châu Phi và châu Úc đã từ lâu nhận thức được
tính độc của VKL [6, 10, 19]. Ngoài ra, các công trình nghiên cứu về bản chất hóa


8
học, đặc tính gây độc của các hoạt chất phân lập từ các mẫu nước nở hoa ngày càng
gia tăng. Sự ô nhiễm và bùng nổ tảo xảy ra thường xuyên hơn ở các quốc gia trên thế
giới, trong đó ghi nhận ít nhất 25% trường hợp có sự giải phóng độc tố microcystin
với nồng độ trên 10 µg/L, có tác động tiêu cực đến các loài thủy hải sản và sức khỏe
con người khi sử dụng [20]. Ở các quốc gia Châu Phi như Angola (2008), Lesotho
(2009), Botswana (2010) cũng công bố xuất hiện bùng nổ tảo độc, đặc biệt Brazine
ghi nhận hơn 100 bệnh nhân khi tiếp xúc với độc tố. Những hồ chứa nước lớn khác
trên thế giới như hồ Taihu (Trung Quốc) đến hồ Erie (America) xuất hiện tường xuyên
tảo nở hoa nước [21]. Hồ Krugersdrift, South Africa phát triển bùng nổ tảo trong các
tháng hè năm 2004 dẫn đến hiện tượng cá chết hàng loạt do tích lũy hàm lượng độc
tố microcystin cao đến 43 µg/L [22]. Năm 2007 trong vườn quốc gia Kruger National
Park cũng ghi nhận hậu quả nặng nề gây chết toàn bộ sinh vật hoang dã do sử dụng
nước đầm Nhlangezwane để uống với nồng độ độc tố cao đến 20000 µg/L. Bùng nổ
các loài Microcystis cũng đã được quan sát thấy tại trong hồ Midmar
(Pietermaritzburg, KwaZulu Nata) năm 2007, tại Hồ chứa Loskop năm 2014. Nhìn
chung khu vực Châu Á- Thái Bình Dương, 54% hồ hoặc hồ chứa bị phú dưỡng, tỉ lệ
này tại Châu Âu, Châu Phi, Bắc và Nam Mỹ là 53, 28, 48 và 41% [23]. Ảnh hưởng
bùng phát tảo không chỉ gây thiệt hại về người, ảnh hưởng đến đa dạng sinh thái thủy
vực mà còn gây những tổn thất về kinh tế, ví dụ tại Mỹ hậu quả của bùng nổ vi tảo

làm tiêu tốn hằng năm hơn 2,2 tỉ USD [24].


9

Hình.1.2. Bùng phát tảo nở hoa trên thế giới: A. Hồ Taihu, Trung Quốc. B. Hồ Atitlan,
Guatamala. C. Lake Erie, Mỹ - Canada. D. Ichetucknee Springs, Florida, Mỹ. E and F.
Hồ Taihu, Trung Quốc. G. Hồ Zaca, California, Mỹ. H. and I. Sông St. Johns, Florida. Hồ
J. Liberty, Washington, Mỹ. K. Kênh Haarlem, Netherlands, L. Lagoon gần sông St. Lucie
Florida. [21]


10
b. Hiện tượng phát triển bùng nổ sinh khối VKL độc tại Việt Nam
Ở Việt Nam, nghiên cứu VKL độc mới được tiến hành trong hai thập niên trở
lại đây. Nhiều công bố ghi nhận sự phát triển bùng nổ của VKL trong hệ sinh thái
nước ngọt ở nhiều thành phố và tỉnh thành khác nhau, như hồ Dầu Tiếng, Bình
Dương [7], hồ Hoàn Kiếm, Hà Nội [25, 26], hồ Núi Cốc, Thái Nguyên [27], hồ
Xuân Hương, Đà Lạt [18], Sông Hương, Huế [28]. Kết quả nghiên cứu cho thấy tại
các hồ Ba Bể, Hồ Tây, Hồ Hoàn Kiếm, Hồ Thác Mơ, Hồ Núi Cốc, Hồ Láng, Hồ
Dầu Tiếng, …đều quan sát thấy sự hiện diện của VKL độc chủ yếu là các loài thuộc
chi Microcystis [18]. Tại các thủy vực nghiên cứu tại Hà Nội và một số tỉnh phía
Bắc như Bắc Ninh, Hải Phòng, Nam Định, Bắc Cạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Bắc
Giang, Hà Tây, Hoà Bình và Hà Tĩnh, mật độ thực vật nổi (TVN) khá cao [1]. Hàm
lượng chlorophyll a (là chỉ số sinh khối TVN dao động từ 0,17 g/L (hồ Sông Rác)
đến 5,43 µg/L (hồ Đại Lải). Mật độ VKL tại những hồ này thay đổi rất lớn phụ
thuộc vào thời gian và địa điểm lấy mẫu khoảng 0,02 x103 TB/L (vào mùa khô, hồ
Sông Rác) đến 3,121x103 TB/L (mùa khô, hồ Đồng Mô). Tỷ lệ VKL không độc, ví
dụ Spirulina, là không đáng kể trong quần thể VKL. Tại những hồ đã khảo sát có
diện tích mặt nước lớn, ví dụ hồ Hòa Bình và hồ Núi Cốc hiện tượng nở hoa nước

thường gặp với hàm lượng chlorophyll a trung bình trong cả năm là 1,25 g/L và
1,05 g/L, tương ứng [1] (hình 1.3).
1.1.3. Các biện pháp kiểm soát phát triển bùng nổ sinh khối VKL độc
Các phương pháp để ngăn ngừa, giảm thiểu ảnh hưởng có hại của sự bùng phát
sinh khối VKL độc có thể được phân loại theo các tiêu chí khác nhau như: (1) nơi áp
dụng (nước mặt hoặc trầm tích); (2) mục đích tác động ( tác động gián tiếp thông qua
giảm nồng độ các chất dinh dưỡng nitơ, photpho hoặc ức chế tiêu diệt trực tiếp các loài
VKL); (3) đặc tính của các phương pháp (phương pháp cơ học- vật lý, phương pháp hóa
học, phương pháp sinh học [19].


11

Hồ Hoàn Kiếm, Hà Nội

Hồ Văn Quán, Hà Nội

Hồ Xuân Hương, Đà Lạt

Hồ Núi Cốc, Thái Nguyên (Ảnh

Hồ Thành Công Hà Nội

Hồ Giảng Võ, Hà Nội

Hình 1.3. Một số hồ tiêu biểu ở Việt Nam bùng phát tảo nở hoa [1, 29]


12
1.1.3.1. Phương pháp cơ học

Đây là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện tuy nhiên có tính thủ công và thường
chỉ có hiệu quả tức thời. Tại thời điểm “tảo nở hoa”, VKL phát triển dày đặc kín mặt hồ
và làm hồ nước đổi màu cũng như làm các loài thực vật khác không có khả năng tiếp cận
nguồn ánh sáng. Sử dụng các công cụ như vợt, lưới, lọc nước có thể thu được lớp tảo bề
mặt từ đó có thể kiểm soát được quá trình bùng nổ [1]. Hoặc che sáng giúp hạn chế sự
sinh trưởng của tảo cũng như hạn chế quá trình phân hủy của chúng gây thiếu oxy. Tuy
nhiên việc che sáng để hạn chế quang hợp của các loài VKL độc cũng đồng thời làm ảnh
hưởng đến quang hợp của các loài thực vật nổi khác và từ đó làm ảnh hưởng nghiêm
trọng đến toàn bộ lưới thức ăn trong hệ sinh thái [1]. Sự bùng nổ của VKL có thể kiểm
soát bằng việc xả nước hoặc pha loãng nước hồ (có hàm lượng chất dinh dưỡng thấp
hơn) dẫn đến giảm nồng độ chất dinh dưỡng và tăng tỷ lệ trao đổi nước [30].
1.1.3.2. Phương pháp vật lý
Thay đổi pH: Nghiên cứu cho thấy giá trị pH bằng 9, M. aeruginosa có tốc độ
sinh trưởng tốt nhất, nhưng pH cao hơn có thể gây độc cho chính loài này và tại pH
là 5 làm sinh trưởng của M. aerguginosa giảm rõ rệt. Tuy nhiên sử dụng pH thấp để
kiểm soát bùng nổ vi tảo độc thì đồng thời cũng ảnh hưởng đến các loài sinh vật khác
[31]. Dùng siêu âm: Sóng siêu âm với tần số lớn hơn 20 kHz được sử dụng để kiểm
soát bùng nổ VLK M. aeruginosa vì có thể gây ra sự tổn thương về cấu trúc và chức
năng tế bào [4, 32]. Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là thân thiện với môi
trường và có tính chọn lọc vì tác động đến các loài VKL thông qua hệ thống không
bào khí làm cho tế bào không có khả năng nổi trên bề mặt, chìm xuống đáy. Lee và
cộng sự quan sát thấy khi sử dụng sóng siêu âm công suất 120 W, tần số 28 kHz sau
3 giây 80 % tổng số M. aeruginosa bị chìm xuống, sau 30 giây lên đến 100 % . Ngoài
ra sóng siêu âm còn có thể phân hủy độc tố microcystin - LR do M. aeruginosa thải
ra môi trường từ đó hạn chế ảnh hưởng độc hại đến các loài xung quanh. Nhược điểm
của phương pháp này đó là cường độ siêu âm sử dụng trong phòng thí nghiệm khá
cao, tốn kém khi triển khai ở thực tế với quy mô lớn và hiệu quả ức chế thấp vì 87 %
tế bào có thể phục hồi sau 60 giờ [4]. Sử dụng ánh sáng cực tím: Tia cực tím đặc biệt
là tia cực tím sóng ngắn (UV-C tại bước sóng λ= 254 nm) [33] có hiệu quả cao trong việc
kiểm soát bùng nổ VKL M. aeruginosa. Tia UV-C gây ra những tổn hại nghiêm trọng