Nghiên cứu sự tích tụ kim loại nặng của một số loài cá kinh tế nước ngọt và ảnh hưởng của chúng lên một số chỉ tiêu hóa sinh

DẠI HỌC QC GIA HÀ NỤI BÁO CÁO TỊNG KẾT KÉT QUẢ THỰC HIỆN ĐÈ TÀ I KH&CN CÁP ĐẠI H Ọ C QUỎC GIA Tên đề tài: Nghiên cửu tích tụ kim loại nặng m ột sẩ tồi nước tình hướng chúng lên m ột số chí tiêu hóa sinh Mà số đề tài: ỌG.12.10 Chù nhiệm dề tài: PGS.TS Lê Thu Ilà H Nội, 2015 M ụ c lụ c Trang PHẦN I THÔNG TIN CHUNG PHẦN II TỒNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u Đặt vấn đề 2 Mục tiêu Phương pháp nghiên cứu Tổng kết Ket nghiên cứu 4.1 Sự tích tụ kim loại nặng mơ thịt cá 4.2 Sự sinh trưởng cá sinh sổng môi trường cỏ kim loại nặng 4.3 Hoạt tính enzyme 10 4.3.1 Catalaza (CAT) 10 4.3.2 Glutathione S-Transferase (GST) 14 4.4 Ảnh hưởng p H đến tích tụ Pb mơ thịt cá rơ phi 17 4.5 Anh hưởng độ cứng tổng số đến tích tụ Pb mơ thịt cá rơ phi 18 Kết luận 18 Tài liệu tham khảo 19 Đánh giá kết đạt kết luận 21 Tóm tắt kết 21 PHÀN III SẢN PHÀM, CÔNG B ố VÀ KẾT QUẢ ĐÀO TẠO CÙA ĐỀ TÀI 23 PHÀN IV TỔNG HỢP KẾT QUẢ CÁC SẢN PHẨM KH&CN VÀ ĐÀO TẠO CỦA ĐỀ TÀI 26 PHẦN V TÌNH HÌNH s DỤNG KINH PHÍ 26 PHẦN V KIẾN NGHỊ 27 PHẦN VI PHỤ LỤC 27 Phụ lục Các số liệu có đề tài 1.1 Kết phân tích hàm lượng Pb, Cd, Cu mô thịt cá Hệ số BCF 1.2 Số liệu sinh trưởng cá 1.3 Hoạt tính CAT, GST 1.4 Ảnh hưởng pH 1.5 Ảnh hưởng độ cứng tổng số Phụ lục Minh chứng cơng trình cơng bố Phụ lục Minh chứng kết đào tạo Thạc sĩ Cử nhân Phụ lục Thuyết minh đề cương đề tài PHÀN I THÔNG TIN CHUNG 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu tích tụ kim loại nặng số loài cá kinh tế nước ảnh hưởng chúng lên số tiêu hóa sinh 1.2 Mã số: QG.12.10 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Chức danh, học vị, họ tên Đơn vị cơng tác Vai trò thực đề tài PGS.TS Lê Thu Hà Trường ĐHKHTN Chủ trì TS Phạm Thị Dậu Trường ĐHKHTN Thành viên i ThS Bùi Thị Hoa Trường ĐHKHTN Thành viên TS Nguyễn Thành Nam Trường ĐHKHTN Thành viên Phạm Thị Minh Uyên Trường ĐHKHTN HVCH (khóa 2011 -2 ) Trương Ngọc Hoa Trường ĐHKHTN Sinh viên (K54 QT Sinh học) Mai Thị Huệ Trường ĐHKHTN Sinh viên (K54 QT Sinh học) Nguyễn Thị Thu Trang Trường ĐHKHTN Sinh viên (K55 CN Sinh học) Nguyễn Thị Huyền Trường ĐHKIiTN Sinh viên (K55 CN Sinh học) 10 Tăng Thị Nhung Trường ĐHKHTN Sinh viên (K55 CN Sinh học) 11 Phạm Ngọc Luân Trường ĐHKHTN Sinh viên (K55 CN Sinh học) 1.4 Đơn vị chủ trì: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 1.5 Thòi gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 10 năm 2014 1.5.2 Gia hạn (nếu có): 03 tháng, đến tháng 01 năm 2015 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 10 năm 2012 đến tháng 01 năm 2015 1.6 Những thay đổi so vói thuyết minh ban đầu (nếu có): Thay đổi 01 đối tượng nghiên cứu: đổi từ cá Trắm cỏ (Ctenopharyngodon ideỉla) sang cá Trôi (Labeo rohita) 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 200 triệu đồng PHẦN II TỎNG QUAN KÉT QUẢ NGHIÊN c ứ u Đặt vấn đề Kim loại nặng coi chất “ô nhiễm bảo tồn” chúng khơng bị phân hủy bị phân hủy sau thời gian dài đưa vào nước Các chất tích luỹ thể sinh vật số khuyếch đại sinh học qua chuỗi thức ăn Những động vật ăn thịt nam mắt xích cuối chuỗi thức ăn cá, lại hấp thụ phần lớn chất ô nhiễm từ hệ sinh thái thuỷ vực đường tiêu hố, khả tích tụ sinh học lớn Nếu lồi cá sử dụng làm thực phẩm gây tác động đến sức khỏe cộng đồng [ 1] Kết khảo sát hàm lượng kim loại nặng nước số thủy vực nuôi cá địa bàn thành phố Hà Nội số tác giả cho thấy cho thấy nhiều thủy vực có hàm lượng số kim loại nặng Cu, Pb, Cd vượt QCVN 08:2008 [2, 3] Đây nguyên nhân gây tích tụ kim loại nặng thịt cá ni thủy vực Từ tài liệu tổng họp cho thấy Việt Nam hàu hết nghiên cứu dừng lại mức độ cung cấp số liệu hàm lượng kim loại nặng sinh vật nói chung cá nói riêng Hiện chưa có nghiên cứu sâu đánh giá hệ số tích tụ sinh học BCF kim loại nặng loài cá kinh tế, ảnh hường tích tụ kim loại nặng lên tốc độ tăng trưởng, hoạt tính số enzyme cá Xuất phát từ vấn đề tồn nói trên, chúng tơi thực đề tài “Nghiên cứu tích tụ kim loại nặng số loài cá kinh tế nước ảnh hường kim loại nặng lên số tiêu hóa sinh” để giải vấn đề Mục tiêu Đánh giá hệ số tích tụ kim loại nặng (Cd, Pb Cu) loài cá nước ngọt: cá rơ phi (Oreochromis niloticus), cá chép (Cyprinus carpiò) cá trơi (Labeo rohita) Phân tích ảnh hưởng yếu tố pH độ cứng tổng số (CaCƠ 3) nước tích tụ kim loại nặng (Pb) lồi cá Rơ phi (Oreochromis niloticus) Xác định mối quan hệ tích tụ sinh học kim loại nặng biến động số tiêu sinh hoá gan cá (Catalaza Glutathione S-Transferase) Phương pháp nghiên cứu Vât • liêu: • Cá thí nghiệm nhập từ Viện Nghiên cứu Thủy sản 1, Tỉnh Bắc Ninh Cá rơ phi có trọng lượng khoảng 7,81 ± l,31g- Cá chép có trọng lượng khoảng 9,56 ± 2,48 g Cá trơi có trọng lượng khoảng 4,65 ± l,42g Thiết kế th ỉ nghiệm Thí nghiêm sư tích tu kim loai Căn vào Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam chất lượng nước mặt bảo vệ đời sống thủy sinh (QCVN 08:2008/BTNMT) nồng độ kim loại nặng thí nghiệm thiết kế sau: Bảng 1: Nông độ kim loại nặng mơi trường nước thí nghiệm Nồng độ Pb (mg/1) Nồng độ Cd (mg/1) Nồng độ Cu (mg/1) 0 ± 0.001 ± 0.001 Be thí nghiệm ,02 * 0,005* 0,02 Bể thí nghiệm 0,05** ,01 ** 0,05 Bể thí nghiệm 0,20 0,05 ,2 * Bể Bể đố ichứng Ghi chú: * Giới hạn nồng độ kim loại nặng nước để bảo vệ đời sổng thủy sinh vật (A2) ** Giới hạn nồng độ kim loại nặng cho nước có yêu cầu chất lượng thấp (B2) (QCVN 08:2008/BTNMT, Bộ Tài nguyên Môi trường, 2008 [4]) Sau đưa cá phòng thí nghiệm, cá nuôi phục hồi sức khỏe khoảng thời gian 10 ngày trước đưa vào sống môi trường nước có kim loại nặng Cá ni mơi trường có kim loại nặng khoảng thời gian 60 ngày để thu mẫu phân tích Mật độ cá ni 40 - 45 con/ 100 lít Cá cho ăn thức ăn công nghiệp ngày lần thay nước ngày lần Thời gian thu mẫu cá để phân tích hàm lượng kim loại nặng, hoạt tính enzyme đo số sinh trưởng ngày, 15 ngày, 30 ngày, 45 ngày 60 ngày, số lượng mẫu thu đợt phân tích cá/ bể thí nghiệm Thí nghiêm sư thay đỗi pH, đỏ cứng tồng số đối vói sư tích tu Pb cá rỏ jQhị Trình tự ni cá thu mẫu phân tích kim loại nặng đo số sinh trưởng thực tương tự thí nghiệm tích tụ kim loại nặng Nồng độ Pb môi trường nước = 0,05 mg/1 Giá trị pH độ cứng tổng số bể thiết kế sau: Bảng Giá trị pH độ cứng tổng số mơi trường nước thí nghiệm Bể pH Độ cứng tổng số (ppm) 7,0 (đối chứng) 80 - 100 (đối chứng) Bể thí nghiệm 5,0 -6 Bể thí nghiệm 5,5 200 - 220 Bể thí nghiệm 6,0 300 - 330 Bể đối chứng Dung dịch đệm để tạo pH khác nhau: trộn X ml 0.2M NaOAc với y ml 0.2M HOAc CaC 03 sử dụng để tăng độ cứng nước, giảm độ cứng nước thiết bị lọc nước Phương pháp phân tích kim loại nặng Nước máy dùng để làm môi trường nuôi cá Kim loại nặng bể thí nghiệm có nguồn gốc từ loại muối Pb(NƠ 3)2, CuSƠ Cd(NƠ 3)2 Mầu thịt cá chuẩn bị để phân tích kim loại nặng thực dựa phương pháp Gerstmann Frank cải tiến Ngô Thị Thúy Hường (2010) [5], trình tự bước tiến hành sau: Thêm ml HNO 65% 0,5 ml HC1 30% vào mẫu mô Để mẫu nhiệt độ phòng khoảng thời gian 24h (trong tủ hút khí độc), sau cho thêm 200 |il H 2O vào mẫu tiếp tục để nhiệt độ phòng 5h trước phá mẫu Mầu vơ hóa với nhiệt độ 40°c vòng 1h sau tăng lên 120°c vòng 3h tới mẫu vơ hóa hồn tồn (mẫu trong, khơng có bọt khí) Sau mẫu vơ hóa, mẫu pha loãng với nước cất đến 20 ml lọc bàng màng xenlu-lô 0,45 Ịim Hàm lượng kim loại nặng đo máy ICP-MS (Inductively-coupled plasma mass spectrometry ELAN® 9000; Perkin-Elmer SCIEX, Waltham, MA, USA) Viện Địa chất, Viện khoa học công nghệ Việt Nam Phương pháp đánh giá tốc đô sinh trưởng cá Các số đánh giá tốc độ sinh trưởng cá bao gồm: - Tổng chiều dài thể (cm) - Chiều dài tiêu chuẩn (cm) - Chiều sâu thể (cm) - Trọng lượng (g) Phương pháp phân tích Catalaia Hoạt tính Catalaza (CAT) gan cá xác định máy quang phổ theo phương pháp Beers Sizer (1952) [7] Một đơn vị catalase phân hủy 1,0 |iM H 2O2 thành oxy nươc phút pH nhiệt độ 25°c Sự phân hủy H 2O xác định thông qua giảm độ hấp thụ bước sóng 240 nm Phương pháp phân tích G lutathione S-Transferase Hoạt tính Glutathione S-Transferase (GST) gan cá xác định bàng máy quang phổ bước sóng 340 nm theo phương pháp Habig cộng [6 ]: sử dụng lchloro 2,4 dinitrebenzene (CDNB) làm dung dịch đệm Hoạt tính GST tính tốn cách sử dụng hệ số tắt CDNB: 9.6 m M ^cm ' thể số mol GSH-CDNB bị thủy phân phút, 1mg protein Phân tích số liệu Số liệu biểu diễn với giá trị trung bình ± SEM (n = 5) sử dụng phần mềm GraphPrism để vẽ đồ thị Phương pháp phân tích phương sai ANOVA (Two way factor) sử dụng để đánh giá nghĩa thống kê sai khác hàm lượng kim loại nặng thịt cá, hoạt tính GST Catalaza gan cá so sánh số liệu bể đối chứng với bể thí nghiện bể thí nghiệm với Hệ số BCF (Bioconcentration fator) tính theo cơng thức: BCF = nồng độ độc tố thể sinh vật / nồng độ trung bình độc tố mơi trường Tổng kết Kết nghiên cứu 4.1 S ự tích tụ kim loại nặng mơ thịt cá (Phụ lục 1.1 phụ lục 2.1 2.2) Chì cadimi loại kim loại khơng có vai trò sinh học cá (khơng ngun tố sinh học), đồng lại thành phần cần thiết cho cấu tạo hoạt động số enzyme cá (nguyên tố sinh học) Nhiều nghiên cứu kim loại không nguyên tố sinh học kim loại nguyên tố sinh học gây ảnh hưởng độc đến trình sinh lý, q trình sinh hóa, sinh sản, sinh trưởng khả sống sót lồi cá [8] 4.1.1 Sự tích tụ chì (Pb) Hàm lương Pb mô thỉt cá Nồng độ Pb Ẹ:-:-| Đối chừng Nồng độ Pb 0ỈĨ3) ĐỔI chứng ỈM Ì 0,02 mg/l ESS 0,02 mg/l r~1 0,05 mg/l B 0,05 mg/l 0,20 mg/l 0,20 mg/l 15 30 45 60 15 30 45 Thời gian p h i nhiễm (ngày) Thời gian phơi nhiểm (ngảy) cn c -ỉ N ồng đ ộ Pb ES3 Đổi chứng 0.02 mg/l f ~ l 0,05 my/l ^ 0,20 mg/l Hình Biến động hàm lượng Pb mơ thịt cá theo thòi gian (a cá rô phi; b cá chép; c cá trôi) Thời gian phơi nhiễm (ngày) Hàm lượng Pb mô thịt loài cá nghiên cứu thể hình 1, phụ lục 1.1 (mục 1) Kết cho thấy bể đối chứng hàm lượng Pb mơ thịt cá khơng tăng (p>0,05) Trong hàm lượng Pb mô thịt cá sống bể thí nghiệm có xu hướng tăng theo thời gian phơi nhiễm loài cá nghiên cứu (p