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 HỌCVÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAMHỌC 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 NGỌTChuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

Hà Nội, tháng…… năm 2019Tác 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 Vikhuẩn 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 bùngphát 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 sinhtrưởng 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 độcM 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

2.3.3 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 683.1.1 Hợp chất 7,8,9-trihydroxythymol (EfD4.7) 69

3.2.1 Đánh giá khả năng ức chế sinh trưởng VKL độc Microcystis aeruginosa TC3của các cao chiết tổng Mần tưới 86

3.2.6 Ảnh hưởng của cao chiết lên cấu trúc tế bào M aeruginosa TC3 và C vulgaris

3.3 Kết quả đánh giá tính an toàn của cao chiết thực vật Mần tưới (ảnh hưởng lênmột 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 trongmẫu nước hồ tự nhiên 127

3.4.1 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng ức chế của cao chiết lên mẫu nước hồ HoànKiếm 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

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

13C NMR Cộng hưởng từ hạt nhân 13C Carbon Nuclear MagneticResonance (13C-NMR)

1H NMR Cộng hưởng từ hạt nhân 1H Proton Nuclear MagneticResonance (1H-NMR)

EtOAc Dung môi etyl axetat Ethyl acetate solvent

HR-ESI- Phổ khối lượng phun mù điện High-resolution electrospray

correlation spectroscopyIE Hiệu quả ức chế sinh trưởng Inhibition efficiency

LC50 Nồng độ gây chết 50% Lethal Concentration, 50%

SEM Kính hiển vi điện tử quét Scanning Electron MicroscopeTEM Kính hiển vi điện tử truyền qua Transmission Electron

Microscopy

Trihydroxythymol đã được công bố trong tài liệu tham khảo [137]79Bảng 3.6 Số liệu phổ 13C NMR của hợp chất axit o- coumaric 80Bảng 3.7 Số liệu phổ 1H NMR của hợp chất axit o- coumaric 81Bảng 3.8 Số liệu phổ 1H NMR ( H và J) của EfD 10.3 và của kaempferol đã được

công bố83Bảng 3.9 Giá trị 1H NMR spectra ( Hvà J) của EfD 14.1 với 8,9-didydroxy -9

axetoxythymol đã được công bố84Bảng.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/mL93Bảng 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 500µg/mL 101Bảng 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 104Bảng 3.13 Giá trị LC50 của cao chiết tổng etanol Mần tưới tại 24 và 48 giờ 117Bảng 3.14 Giá trị DO và pH của mẫu phơi nhiễm cao chiết tổng etanol Mần tưới

tại 0 và sau 48h 119Bảng 3.15 Giá trị DO và pH của mẫu phơi nhiễm cao chiết etyl axetat Mần tưới tại0 và sau 48h 119Bảng.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 137Bảng.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 sunghoạt chất CuSO4 và cao chiết etanol và etyl axetat Mần tưới138Bảng.3.17 B Biến động của thông số thủy lý mẫu nước Hồ Láng quy mô 5L bổ sunghoạt chất CuSO4 và cao chiết etanol và etyl axetat Mần tưới138Bảng.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 tưới139Bảng.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 tưới139

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 MicroscopeBX51 48Hinh 2.3 Các tế bào M aeruginosa được phân lập trong phòng thí nghiệm chụpdưới kính hiển vi điện tử Microscope BX51 48Hình 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 50Hình 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] 18Hình 2.10 Các loài Microcystis ở hồ Láng (A-F) A - Microcystis aeruginosa

Kützing, B Microcystis flosaquae (Wittrock) Kirchner, C

-Microcystis novacekii (Komárek) Compère, D - -Microcystis smithiiKomárek & Anagnostidis, E - Microcystis viridis (Braun)

Lemmermann, F - Microcystis wesenbergii (Komárek) Komárek exKomárek 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 etylaxetat Mần tưới 60Hình 2.16 Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các cao chiết từ cây Mần tướilên sinh trưởng M.aeruginosa và Chlorella vulgaris 62Hình 2.17 Thực nghiệm đánh giá hoạt tính diệt VKL độc của các chất sạch phânlập từ cây Mần tưới 64Hình 2.18 Thực nghiệm đánh giá độc tố của cao chiết Mần tưới lên giáp xác D.magna64Hình 2.19 Thực nghiệm nghiên cứu mẫu bèo Lemna minor dưới ảnh hưởng củacao chiết Mần tưới 65Hình 2.20 Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của cao chiết Mần tưới lên mẫunước hồ tự nhiên quy mô phòng thí nghiệm 67Hình 2.21 Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của cao chiết Mần tưới lên mẫunước hồ tự nhiên quy mô ngoài trời 67Hình 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

lên sinh trưởng của M aeruginosa TC3 tính theo mật độ quang (tại bướcsóng 680 nm) 87Hình 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 88Hinh 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 mậtđộ tế bào (C) 91Hinh 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 độtế bào (C) 93Hình 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 quang95

Hình 3.23 Sinh trưởng của M.aeruginosa TC3 dưới tác dụng của cao chiết phânđoạn etyl axetat (A) và cao chiết phân đoạn nước (B) tính theo hàmlượng chlorophyll a 96Hình 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 97Hình 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 đoạnetyl axetat (A) và cao chiết phân đoạn nước (B) Mần tưới theo hàm

lượng chlorophyll a 99Hình 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 tếbào 100Hình 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 98Hình 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 mậtđộ tế bào (B) 106Hình 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 110Hình 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 chiếtetanol, B- cao chiết phân đoạn etyl axetat, C- cao chiết phân đoạnnước, 111Hình 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 6ngày, 10- sau 10 ngày) 113Hình 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 116Hình 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 116Hình 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 122Hình 3.36 Hình thái ngoài của cánh bèo L.minor sau 5 ngày phơi nhiễm cao

chiết tổng ethanol Mần tưới 123

điểm bắt đầu (T0) và sau 5 ngày (T5) 125Hình 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 HoànKiếm 127Hình 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 128Hình 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 HồLáng 130Hình 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 chiếtMần tưới 131Hình 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 135Hình 3.45 Mật độ tế bào thực vật phù du nghiên cứu trên mẫu nước Hồ Láng quymô ngoài trời ngày T0 (A) và ngày T10 (B) 136

MỞ ĐẦU

Ô nhiễm môi trường không khí, nước và đất đã trở thành vấn đề hàng đầu, giónghồi chuông cảnh báo về sự suy giảm chất lượng cuộc sống và sức khỏe con người không chỉở 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 đểsử dụng cho ăn uống và sinh hoạt kéo theo tỉ lệ tử vong và bệnh tật gia tăng vì sửdụng nguồn nước không đạt yêu cầu Nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn đến ônhiễm nguồn nước mặt như xả trực tiếp các nguồn nước thải công nghiệp, nước thảisinh hoạt mà không qua xử lý hoặc lạm dụng quá mức phân bón hóa học và thuốcbảo vệ thực vật trong sản xuất nông nghiệp để nâng cao sản lượng lương thực đápứng sự gia tăng dân số thế giới trong những thập kỉ gần đây Hậu quả dẫn đến giatăng nguồn dinh dưỡng (chủ yếu là nitơ và photpho) trong các thủy vực gây nênhiện tượng phú dưỡng mà kéo theo là “tảo nở hoa” hoặc “nở hoa của nước” Sự nởhoa của nước bản chất là sự phát triển ồ ạt của Vi khuẩn lam (VKL) và vi tảo, cókhả năng sản sinh độc tố kéo theo sự nhiễm độc và cái chết của thủy hải sản, độngvật nuôi, động vật hoang dã và con người [1] Sự nở hoa của nước thường gây ranhững tác động xấu lên môi trường như làm đục nước, tăng giá trị pH, giảm hàmlượng oxy hòa tan, tăng độc tố đặc biệt là độc tố microcystin Kết quả điều tra ở cácthủy 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 ảnhhưởng đến sức khỏe con người và động vật nuôi, động vật hoang dã do sử dụngnguồn nước có VKL độc Do đó ngăn ngừa và giảm thiểu sự phát triển bùng nổ củaVKL 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 đượcnghiên cứu và áp dụng từ những phương pháp cơ học đơn giản như hớt váng, chesáng 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

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 chếsinh trưởng VKL đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu vì tính hiệu quảvà 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 đượcchứng 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 ViệtNam 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 trongnhững năm tiếp theo [3] Tuy nhiên đây mới chỉ là những nghiên cứu bước đầukhảo 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 Vikhuẩn 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 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 phátsinh 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 nổsinh khối VKL thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp truyền thốngđược áp dụng trước đây Kết quả của luận án cung cấp cơ sở khoa học, chứng minhtính ưu việt khi áp dụng cao chiết thực vật như một hoạt chất ức chế và diệt chọn lọcVKL 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-7,9-trihydroxythymol) 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 ghinhận 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 ghinhận là thấp hơn so với M aeruginosa.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

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 naycó khoảng 100 loài VKL độc nước ngọt thuộc 40 chi trong đó Microcystis đặc biệtlà Microcystis aeruginosa, một trong những chi thường gặp nhất phổ biến nhất vớitỉ lệ trên 75 % [1, 4] Microcystis aeruginosacó dạng tập đoàn, dạng hình cầu hoặcmắt lưới với các khoảng trống giữa các tế bào, tế bào phân bố trong tập đoàn códạng 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 chấtnhân và nhiễm sắc thể Màng tế bào cấu tạo từ murein một loại gluco aminopeptidtrong tế bào chất có nhiều riboxom, có khả năng đồng hóa được N2 tự do và có khảnăng quang hợp Tế bào chứa sắc tố quang hợp và hấp thụ bước sóng từ 430-440nm 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 từ3-10 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 tếbào chất, có thể quan sát dưới kính hiển vi các hạt glycogen, giọt lipip, các hạtcyanophycin, các thể polyphosphate hay carboxysome.

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

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 sốcác loài VKL trong tế bào đều chứa không bào khí Đó là các thể nội bào dạng túichứa khí giúp điều khiển sự nổi của tế bào giúp cho chúng có ưu thế trong cạnhtranh ánh sáng và dinh dưỡng VKL phân bố rộng, chúng có trong nước, đất, ở cácnơi khô hạn, trên cây, băng tuyết.

Độc tố VKL: Neurotoxin là nhóm các chất độc thần kinh, hợp chất độc hạinhất 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 đến200 μg/kg, độc nhất phải kể đến Saxitoxin với LD50-24 h là 10 μg/kg, LD50 củanhóm Microcystin-LR là 50 μg/kg [6] Microcystin là phân tử peptit có cấu trúcvòng, hiện nay ghi nhận hơn 80 loại biến thể cấu trúc, trong đó ba loại phổ biến nhấtđược 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 gồmvi 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

của trứng [10] Đối với con người, gan là bộ phận bị ảnh hưởng nặng nề nhất, sauđó đến thận và đại tràng, thời gian tích tụ lâu dài có thể dẫn đến ung thư gan và ungthư trực tràng [11] Khả năng gây hại cho người đối với nguồn nước phục vụ cáchoạt 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 độchlorophyll 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 sửdụng cho quá trình làm giàu nước bởi các chất dinh dưỡng, đặc biệt là nitơ vàphotpho 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 khácnhau như nhóm nghèo dinh dưỡng (oligotrophic), dinh dưỡng trung bình(mesotrophic), phú dưỡng (eutrophic) và phì dưỡng (hypertrophic) [1] Hakanson đãgiới 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, nhómtrung 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 cânbằng nguồn dinh dưỡng đầu vào, chủ yếu là các nguồn nước thải chưa qua xử lý của hệsinh 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

Tại Việt Nam, theo các nghiên cứu gần đây, hầu hết các hồ Hà Nội và các tỉnhthành 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] tổngnitơ vô cơ trong các hồ được nghiên cứu ở Hà Nội dao động từ 0,34 -3,85 mg/L, P tổngtừ 0,23-1,77 mg/L Hàm lượng P tổng số trong các hồ nội đô tại Hà Nội trong quan trắcđều cao hơn so với một số hồ trên thế giới, như: hồ Dianchi (Trung Quốc) dao động0,09 - 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 cũngđược ghi nhận ở nhiều nghiên cứu khác như hồ Xuân Hương, Đà Lạt [18] với nồngđộ nitơ tổng cao nhất đo được là 27,8 mg/L và nồng độ P tổng cao nhất là 1,52mg/L Chính sự phú dưỡng của các hồ luôn ở mức cao khi gặp điều kiện nhiệt độthích hợp đặc biệt vào tháng 3, 4 hoặc tháng 9,10 thường xuyên dẫn đến hiện tượngphát 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 ngườidân bản địa ở các vùng Bắc Mỹ, châu Phi và châu Úc đã từ lâu nhận thức được tính độccủa VKL [6, 10, 19] Ngoài ra, các công trình nghiên cứu về bản chất hóa

đặc biệt Brazine ghi nhận hơn 100 bệnh nhân khi tiếp xúc với độc tố Những hồchứa 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 pháttriển bùng nổ tảo trong các tháng hè năm 2004 dẫn đến hiện tượng cá chết hàng loạtdo tích lũy hàm lượng độc tố microcystin cao đến 43 µg/L [22] Năm 2007 trongvườn quốc gia Kruger National Park cũng ghi nhận hậu quả nặng nề gây chết toànbộ 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 Loskopnăm 2014 Nhìn chung khu vực Châu Á- Thái Bình Dương, 54% hồ hoặc hồ chứa bịphú 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 đadạng sinh thái thủy vực mà còn gây những tổn thất về kinh tế, ví dụ tại Mỹ hậu quảcủa bùng nổ vi tảo làm tiêu tốn hằng năm hơn 2,2 tỉ USD [24].

Hình.1.2 Bùng phát tảo nở hoa trên thế giới: A HồTaihu, Trung Quốc B HồAtitlan,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]

Xuân Hương, Đà Lạt [18], Sông Hương, Huế [28] Kết quả nghiên cứu cho thấy tạicác hồ Ba Bể, Hồ Tây, Hồ Hoàn Kiếm, Hồ Thác Mơ, Hồ Núi Cốc, Hồ Láng, HồDầu 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 phíaBắc như Bắc Ninh, Hải Phòng, Nam Định, Bắc Cạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, BắcGiang, 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 phụthuộc vào thời gian và địa điểm lấy mẫu khoảng 0,02 x103 TB/L (vào mùa khô, hồSông 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 phátsinh khối VKL độc có thể được phân loại theo các tiêu chí khác nhau như: (1) nơiáp dụng (nước mặt hoặc trầm tích); (2) mục đích tác động ( tác động gián tiếp thôngqua giảm nồng độ các chất dinh dưỡng nitơ, photpho hoặc ức chế tiêu diệt trực tiếpcác loài VKL); (3) đặc tính của các phương pháp (phương pháp cơ học- vật lý,phương pháp hóa học, phương pháp sinh học [19].

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]

của tảo cũng như hạn chế quá trình phân hủy của chúng gây thiếu oxy Tuy nhiên việc chesáng để hạn chế quang hợp của các loài VKL độc cũng đồng thời làm ảnh hưởng đếnquang hợp của các loài thực vật nổi khác và từ đó làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến toàn bộlưới thức ăn trong hệ sinh thái [1] Sự bùng nổ của VKL có thể kiểm soát bằng việc xảnước hoặc pha loãng nước hồ (có hàm lượng chất dinh dưỡng thấp hơn) dẫn đến giảm nồngđộ 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 kiểmsoát 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 tínhchọn lọc vì tác động đến các loài VKL thông qua hệ thống không bào khí làm cho tế bàokhông 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 dụngtrong 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

tế bào đặc biệt là cấu trúc phân tử ADN, ảnh hưởng đến quá trình sao chép và tổng

hợp protein Sakai cho rằng hầu hết các tế bào M aeruginosa bị chết sau 6 ngày khi

bị chiếu sáng với bức xạ UV-C 600 mJ/cm2 [34] Tuy nhiên nhược điểm củaphương pháp này là sự tác động không chọn lọc vì ánh sáng cực tím phá hủy cấu

trúc tế bào không chỉ đối với loài M aeruginosa mà còn với tất cả các tế bào sống

khác trong hệ sinh thái nước ngọt.

1.1.3.3 Phương pháp hóa học

Sử dụng hợp chất của kim loại: Các hợp chất muối nhôm (nhôm sunphat

Al2(SO4)3, nhôm clorit AlCl3, polime polyaluminum chloride) có thể ảnh hưởng đếnVKL theo nhiều cách khác nhau như loại bỏ photpho, làm giảm chất dinh dưỡng trongmôi trường từ đó gián tiếp tác động lên VKL, hoặc tác động trực tiếp do hình thành cáchạt lơ lửng không tan gắn với VKL và sau đó lắng xuống đáy [35] Các muối sắt FeCl3,FeCl2, Fe2(SO4)3 được sử dụng rất rộng rãi để loại bỏ chất dinh dưỡng phốt pho trongnước mặt từ đó kiểm soát bùng nổ VKL Việc này được áp dụng ở hồ chứa Bautzen,Đức Trong những năm 1996, 1997, 113 và 99 tấn sắt bổ sung vào nước hồ đã làmgiảm phốt pho hòa tan trong nước hồ xuống 54 ÷ 72 % [36] Đồng là một trong nhữnghợp chất diệt tảo thông dụng nhất, thường ở dạng đồng sunphat CuSO4 5H2O hoặc cácsản phẩm thương mại như Cuprogarb 500, Cobre Sandoz BR, Clearigate, Cutrine-Plus

[37] Nhược điểm chung của phương pháp này là tính không chọn lọc, ví dụ nghiên cứuchỉ ra tác động mạnh lên các loài sinh vật khác không thuộc đối tượng tác động, đặc

biệt loài Daphnia (48-h EC50 = 0,013 mg Cu/L), cá Danio rerio (48-h LC50 = 0,063 mg

Cu/ L), sau đó là tảo lục Raphidocelis subcapitata (IC50 48h = 0,119 mg Cu/L) Nhượcđiểm tiếp là sự lắng đọng và tích lũy kim loại này trong trầm tích Việc sử dụng lặp đilặp lại để kiểm soát bùng nổ thực vật phù du có thể dẫn đến sự “nhờn thuốc”, làm phávỡ tế bào VKL dẫn đến giải phóng độc tố mirocystin

[38] hoặc làm giảm pH của nước hồ dẫn đến làm tăng tính độc của những kim loạikhác trong môi trường axit [39] Sử dụng các hợp chất có tính oxi hóa mạnh: H2O2 làmột hợp chất oxi hóa mạnh, từ năm 1986 được áp dụng để kiểm soát bùng nổ vi tảo

Oscilatoria rubescens trong liền 3 thập kỉ do có ưu điểm nổi bật là hiệu quả diệt tảo

cao, dễ bị phân hủy thành nước và oxi, không gây ảnh hưởng phụ đến môi trường và

hiểm đến người sử dụng Năm 2013, Fan và cộng sự chứng minh rằng khi tiếp xúc vớiKMnO4 với nồng độ 5 mg/L trong vòng 6 giờ, 26 % tế bào VKL bị phá vỡ, độc tốmicrocystin bị phân hủy còn 16 µg/L sau 7 giờ xử lý, thấp hơn nhiều so với của mẫuđối chứng (44 µg/L) [40] Cơ chế tác động của KMnO4 là phá vỡ tế bào VKL kéo theogiải phóng độc tố microcystin và phân hủy độc tố nhờ tính oxi hóa mạnh O3 cũng được

sử dụng vì tác động lên tế bào M aeruginosa bằng cách làm thay đổi tính thấm của

màng tế bào dẫn đến làm tế bào chết, ví dụ khi xử lý bằng Ozôn với nồng độ tăng từ 2mg/L đến 4 mg/L dẫn đến 32-41 % số tế bào bị phá vỡ [41] Nhược điểm của phương

pháp này là sự ức chế không có tính chọn lọc, khi giải phóng độc tố từ M aeruginosacó thể làm ảnh hưởng đến các loài sinh vật khác Sử dụng các hợp chất diệt cỏ: 2,4-D

(2,4-dichlorophenoxiacetic axit) là hợp chất diệt cỏ trong nông nghiệp đã được nghiêncứu để kiểm soát bùng nổ vi tảo độc M aeruginosa với giá trị IC50-96h là 71,20 mg/L

[42] Sự phơi nhiễm 2,4-D ảnh hưởng đến hàm lượng sắc tố quang hợp, thay đổi hoạt

tính enzyme cũng như siêu cấu trúc tế bào M aeruginosa từ đó làm giảm sinh khối rõrệt Tuy nhiên hóa chất này lại làm tăng quá trình tổng hợp độc tố microcystin Điều

này gây bất lợi đến các loài sinh vật khác và liên quan đến sự ô nhiễm hợp chất diệt tảotrong môi trường nước Glyphosate (N-(phosphonomethyl) glycine) và Fenoxaprop-p-ethyl - hai chất diệt cỏ được áp dụng để kiểm soát bùng nổ vi tảo độc trong hệ sinh tháinước ngọt [43] Nhưng các hóa chất diệt cỏ này lại gây ô nhiễm môi trường, sự tồn dưcủa chúng trong môi trường nước có thể gây lên ảnh hưởng không tốt cho những loài

thủy sinh khác trong hệ sinh thái nước ngọt Sử dụng vật liệu nano kim loại là một

hướng mới trong nghiên cứu kiểm soát ô nhiễm vi tảo độc Park và cộng sự chứngminh rằng vật liệu nano bạc được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học ức chế sinh

trưởng chọn lọc đối với VKL độc M aeruginosa tại nồng độ 1 mg/L với hiệu suất lên

đến 87 % [44] Theo

nghiên cứu của Sankar [45] vật liệu nano đồng được sinh tổng hợp từ dịch chiết của lá

cây O vulgare ức chế sinh trưởng đến VKL M aeruginosa lên đến 89,7 % so với mẫu

đối chứng Vật liệu nano sắt Feo cũng là một hướng quan tâm của nhiều nhà khoa họctrên thế giới Các hạt nano Feo có khả năng ức chế sinh trưởng hiệu quả, ngăn ngừa sựhình thành bùng phát VKL với giá trị EC50 là 50 mg/L do chúng có thể loại bỏ phốt phosinh học, phá hủy cấu trúc tế bào VKL, ngăn ngừa sự giải phóng microcystin từ đó gâychết tế bào [46] Mặc dù những ưu điểm của vật liệu nano được kể trên, nhưng việcnghiên cứu và ứng dụng vật liệu nano kiểm soát bùng nổ tảo nở hoa cần được nghiêncứu toàn diện và cẩn thận do độc tính và tính chất của vật liệu nano trong thực tế còn bịảnh hưởng bởi rất nhiều các yếu tố khác như khả năng giải phóng và hòa tan ion kimloại trong nước, khả năng hòa tan các hợp chất hữu cơ, khả năng tích tụ trong môitrường và trong các cơ thể sống [47, 48].

1.1.3.4 Phương pháp sinh học

Dùng chế phẩm vi sinh vật cạnh tranh dinh dưỡng: Vi sinh vật hữu ích thườngđược sử dụng bao gồm một số loài như: Lactobacillus plantarum, Lactobacillusacidophilus; Lactobacillus casei; Lactobacillus rhamnosus; Lactobacillusbulgaricus, Carnobacterium, Vibrio alginolyticus, Bacillus subtilis, Bacilluslicheniformis; Bacillus megaterium; Bacillus polymyxa, Actinomycetes,Nitrobacteria, Nitrosomonas [1] Kiểm soát bùng nổ thông qua động vật phù du sử

dụng VKL làm nguồn thức ăn bao gồm các động vật nguyên sinh, giáp xác và rất nhiều

các động vật nhỏ Khi bổ sung động vật phù du (Daphnia magna, CeriodaphniaBosmina sp và Daphnia similis) khiến mật độ các loài VKL trong mẫu giảm mạnh từđó góp phần kiểm soát bùng phát sinh khối [49] Cơ chế ức chế cảm nhiễm giữa cácloài sinh vật: Ức chế cảm nhiễm là mối quan hệ giữa các loài trong quần xã, trong đó

một loài trong quá trình sinh trưởng tiết ra các hoạt chất kìm hãm sự sinh trưởng và

phát triển của loài khác Các chất ngoại bào của vi sinh vật loài Aeromonas sp strainFM [50] là một ví dụ có thể gây ra những ức chế sinh trưởng lên M aeruginosa Caochiết, dịch chiết và hoạt chất diệt tảo có nguồn gốc thực vật: Thực vật dưới nước nhưStratiotes aloides [51], Myriophyllaceae spicatum [52],

1990 tới nay chứng minh tiềm năng sử dụng các hoạt chất diệt tảo có nguồn gốc tựnhiên và có thể triển khai ở quy mô lớn, tuy nhiên để có thể đưa vào thực tế và giảiquyết bài toán kinh tế thì vẫn còn đối mặt với nhiều thách thức và khó khăn [60].Vấn đề này sẽ được tác giả luận án trình bày và phân tích kỹ ở phần 1.2.

1.1.3.5 Các phương pháp kiểm soát bùng phát VKL độc tại Việt Nama Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

Năm 2010, Nguyễn Thị Hoài Hà và cộng sự đã nghiên cứu khả năng phân giải

độc tố của Microcystis sp bằng vi khuẩn Sphingomonas saccharolytica N7 được phân

lập từ hồ Hoàn Kiếm [26] Kết quả cho thấy Sphingomonas asaccharolytica N7 có hoạt

tính phân giải microcystin tương đối tốt Thời gian bán phân hủy đối với nồng độ

microcystin ban đầu 10 μg/L của chủng Sphingomonas N7 là 3, 4 giờ Tuy nhiên

nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm mà chưa nghiên cứu sự phânhủy độc tố ở mẫu nước hồ tự nhiên Năm 2013, Nguyễn Tiến Đạt và cộng sự đã chứng

minh cao chiết từ cây Mần tưới có độc tố chọn lọc lên VKL M aeruginosa Nhưng tác

giả chưa khảo sát ảnh hưởng của cao chiết thực vật đến các loài sinh vật khác trong môitrường, chưa đánh giá ảnh hưởng lên các thông số thủy lý, thủy hóa của mẫu nước cũng

như chưa lý giải cơ chế ảnh hưởng của cao chiết lên tế bào M aeruginosa Sử dụng vậtliệu nano để kiểm soát bùng nổ vi tảo độc M aeruginosa được Dương Thị Thủy và cs

triển khai trong quy mô phòng thí nghiệm năm 2015 [61] Nhóm nghiên cứu đã khảosát ảnh hưởng của nano bạc, nano đồng, nano titandioxit và nano sắt lên sinh trưởng

của M aeruginosa Kết quả cho thấy nano đồng tại nồng độ 1 mg/L có khả năng ức chếsinh trưởng chọn lọc lên đối tượng M aeruginosa so với Ch vulgaris Mặc dù vậynghiên cứu cũng chưa đánh giá toàn diện về mức độ an toàn sinh thái của vật liệu lên

các đối tượng khác trong môi trường Hoặc sử dụng các loài thực vật như Bèo tây, Raumuống, Bèo tấm, Ngổ…để hạ hàm

lượng nitơ hoặc phốt pho trong nước có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng của thủyvực từ đó gián tiếp kiểm soát bùng phát sinh khối VKL [62]

1.1.4 Phương pháp triển khai áp dụng ngoài thực tế tại các ao, hồ Việt Nam

Tại Việt Nam, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng để kiểm soátbùng nổ sinh khối VKL Phương pháp xử lý ban đầu là dùng vợt vải màn, vớt vángtảo chết, mỗi lần vớt có thể thu được từ 6-8kg, sau đó được đem chôn xuống đất vàdùng vôi bột để khử trùng Thời gian đầu các nhà môi trường đã sử dụng hoạt chấtđồng CuSO4 để diệt tảo, nhưng gây ảnh hưởng đến các loài khác nên sau đó hạnchế Tại Đà Lạt, năm 2010 áp dụng phương pháp thay nước ở hồ Xuân Hương đểxử lý tảo độc nhưng gây lãng phí tài nguyên nước, phá hủy hệ thủy sinh tự nhiên,ảnh hưởng đến các trầm tích trong hồ [63] Tại Hà Nội, Hồ Hoàn Kiếm hay còn gọilà Hồ Gươm được các nhà quản lý và các nhà môi trường quan tâm hơn cả vì là nơicung cấp nước, điều hòa không khí cho thành phố, đồng thời là nơi gắn liền vớitruyền thuyết văn hóa của người Việt Trong những năm gần đây, gia tăng các chấtdinh dưỡng đã khiến nơi đây thường xuyên xảy ra hiện tượng bùng nổ tảo, trong đó

phổ biến là các nhóm loài VKL (chiếm đến 80-90%) trong đó chi Microcytis chiếmtỉ lệ cao nhất, số lượng tế bào chi tảo Scenedesmus và các chi khác ngành tảo lục và

tảo mắt, tảo silic chiếm tỉ lệ không đáng kể (nhỏ hơn 1%) [25, 26, 64] Theo công

bố của Dương Thị Thủy và cộng sự, thành phần loài của chi Microcystis trong hồHoàn Kiếm rất đa dạng tập trung các loài như Microcystis botrys; Microcystiswessenbergii; Microcystis flos-aquae; Microcystis viridis, M aeruginosa (Hình

1.4) Hai dạng Microcystin MC-RR, MC-LR được xác định trong các mẫu nước vớinồng độ khá cao dao động từ 2,08 đến 46,00 µg MC/L và mẫu nước nở hoa đạt0,11-0,18 µg MC/mg khối lượng khô

Hình 1.4 Thành phần loài Microcystis trong hồ Hoàn Kiếm (a-e) dướikính 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 [65]

Năm 2009, trong khuôn khổ hợp tác khoa học Việt - Đức, thành phố Hà Nộiđã tiến hành việc hút bùn thử nghiệm tại hồ Hoàn Kiếm nhằm cải thiện môi trườngnước hồ, loại bớt VKL độc và tạo điều kiện tốt hơn cho loài rùa quý hiếm sinh sống[1] Năm 2011, sử dụng sóng siêu âm bằng thiết bị Z9i-S100 đặt ngầm dưới mặtnước hồ Gươm vận hành liên tục trong 14 ngày đêm làm cho VKL chết hàng loạt,nổi thành từng đám trên mặt hồ và sau đó lắng xuống đáy hồ Tuy nhiên phươngpháp này chỉ xử lý được một phần diện tích nhỏ mặt hồ.

Tương tự như hồ Hoàn Kiếm, mức độ phú dưỡng của hồ Láng luôn ở mức caodo đây là nơi tập trung nguồn nước thải sinh hoạt của khu dân cư và bệnh viện.

Trong mẫu nước hồ Láng thành phần các chi Microcystis cũng chiếm ưu thế, thànhphần thực vật nổi trong hồ bao gồm chủ yếu là M aeruginosa Kützing, M flos-aquae (Wittrock) Kirchner, M novacekii (Komárek) Compère, M smithii Komárek& Anagnostidis, M viridis (Braun) Lemmermann, M wesenbergii [hình 1.5] Mậtđộ tập đoàn Microcystis thay đổi theo thời gian và địa điểm Hiện tượng

“tảo nở hoa” và tạo lớp váng tảo trên bề mặt rõ nhất vào thời điểm tháng 6 khi đó

mật độ tập đoàn Microcystis lên đến (17,17 ± 3,81) × 103 tập đoàn/mL Tuy nhiênhiện thành phố cũng chưa có những biện pháp cải tạo phù hợp.

Hình 1.5 Các loài Microcystis ở hồ Láng (A-F) A - Microcystis aeruginosaKützing, 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

Năm 2012, xử lý ô nhiễm hồ Trúc Bạch, Hà Nội được Bộ Khoa học và Côngnghệ tài trợ Quy trình xử lý nước hồ và bùn đáy bao gồm các công nghệ hoạt hóanước, sử dụng thực vật thủy sinh, các chất khoáng hoạt hóa, chế phẩm diệt vi tảo, chếphẩm vi sinh và khuyến khích cộng đồng cùng tham gia Điểm nổi trội của dự án là sửdụng các công nghệ thân môi trường [1] Năm 2017, hồ Hoàn Kiếm Hà Nội đã đượcnạo vét toàn bộ bùn ở để giảm hàm lượng dinh dưỡng trong hồ, từ đó dẫn đến hạn chếsự bùng nổ tảo tuy nhiên lại làm ảnh hưởng đến hệ thực vật trong hồ Trồng các loàithực vật thủy sinh (bèo tây, bèo cái, rau muống, bèo tấm, cải xoong ) là

bằng vi sinh vật hữu hiệu Dưới tác động của vi sinh, mùi hôi thối sẽ được giảmđáng kể và cải thiện điều kiện nuôi trồng thủy sản cho hồ mà không phải nạo vét,thay nước hồ Năm 2013, Viện Công nghệ môi trường - Viện Hàn lâm Khoa họcCông nghệ Việt Nam chủ trì thực hiện Dự án xây dựng mô hình xử lý ao hồ bị ônhiễm do nước thải sinh hoạt và chăn nuôi ở vùng nông thôn bằng chế phẩm vi sinh(Biomix 2) sinh tại Hà Nam Sau hơn 1 năm triển khai dự án kết quả cho thấy, nướccác ao, hồ đã trong xanh trở lại, không còn mùi hôi, các kim loại nặng đã được xửlý, diệt được VKL độc và các vi sinh vật gây bệnh [66] Tuy nhiên để có thể thànhcông bằng việc dùng chế phẩm, cần phải kết hợp đồng thời nhiều phương pháp khácnhư nạo vét lòng hồ, sục khí bổ sung khí O2 và thiết kế các bè thủy sinh Ngoài rathời gian áp dụng còn ngắn, chưa đánh giá được tính hiệu quả lâu dài và ảnh hưởngđến các loài sinh vật khác Các phương pháp nói chung vẫn trong thời gian thửnghiệm và chưa kiểm chứng sự tác động với môi trường thủy sinh Vì thế trongnhiều năm nay, bài toán giải quyết dứt điểm hiện tượng “tảo nở hoa” tại các thủyvực Việt Nam vẫn chưa có lời giải hiệu quả.

1.2.Sử dụng cao chiết thực vật và hoạt chất thiên nhiên để kiểm soát bùng nổVKL độc

1.2.1 Hoạt tính sinh học của cao chiết và các hợp chất thiên nhiên

Trong vòng hai thập kỉ gần đây, xu hướng quay lại sử dụng các sản phẩm cónguồn gốc thiên nhiên bao gồm các hợp chất của phenolics, carotenoid, anthocyanin vàtocopherols để phòng, trị bệnh, chăm sóc sức khỏe trong mỹ phẩm làm đẹp, để khángkhuẩn và kháng nấm trở nên phổ biến [67] Các loài thực vật có thể tạo ra một lượnglớn hợp chất hóa học có hoạt tính sinh học đa dạng, là nguồn nguyên liệu phong phúcung cấp các chất chống oxy hóa, như các hợp chất vitamin A, C, E và phenolic

như flavonoid, tannin và lignin [68] Những hoạt chất này giúp giảm tổn thương vàkìm hãm quá trình oxy hóa trong thực phẩm bằng cách trì hoãn hoặc ức chế quátrình oxy hóa gây ra bởi các gốc tự do chứa oxy Beta carotene, axit ascorbic vànhiều phenolics đóng vai trò quan trọng trong việc trì hoãn lão hóa, giảm viêm vàngăn ngừa một số bệnh ung thư Ngoài ra các hợp chất sinh học phân lập từ thực vậtcòn có tính kháng khuẩn, chống đông máu, chống oxy hóa, chống ung thư Theo cácnghiên cứu được công bố hoạt tính sinh học của các cao chiết, các hợp chất hóa họctừ thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dung môi tách chiết, công nghệ táchchiết, phân lập chất sạch, nhiệt độ, ánh sáng….

Ảnh hưởng của dung môi

Các nhà khoa học đã chứng minh ảnh hưởng của các dung môi lên quá trìnhtách chiết, phân lập các hợp chất hóa học từ các phần khác nhau của thực vật (thân,rễ, lá) do đó ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học như khả năng diệt khuẩn, diệt nấmhoặc điều trị các tế bào ung thư [69-71] Ví dụ dung môi axetone và dung môi N, Ndimethylformamide (DMF) phù hợp để chiết xuất các hợp chất chống oxy hóa trongkhi dung môi metanol hiệu quả hơn khi tách phân lập các hợp chất phenol từ quả óc

với hàm lượng hơn so với cao chiết khác trong dung môi axetone, cồn và metanol[72] Theo Qiao phân đoạn etyl axetat ức chế sinh trưởng mạnh các vi sinh vật, đặc

biệt là Pseudomonas aeruginosa và Bacillus subtilis (với nồng độ ức chế thấp nhất

ghi nhận là 125 μg/mL và 62,5 μg/mL), trong khi phân đoạn cồn và dầu hỏa, nướcthì chỉ đạt được mức gây ức chế trung bình và yếu [70].

Quy trình công nghệ tạo cao chiết và tinh sạch các hợp chất từ thực vật

Lựa chọn quy trình công nghệ và các phương pháp để tinh sạch hợp chất từ thựcvật là một nhiệm vụ quan trọng trong hóa học các hợp chất thiên nhiên để thu đượchiệu xuất tổng hợp cao cũng như tìm kiếm được các hoạt chất quý hiếm Bên cạnh đóloại bỏ dung môi còn tồn đọng trong cao chiết là khâu quan trọng góp phần giảm ảnhhưởng độc hại của dung môi trong mẫu khi tiến hành thực nghiệm, đặc biệt là các thửnghiệm về độc tính trên các loài sinh vật Ngày nay, máy cô quay chân không thườngđược sử dụng rộng rãi để loại bỏ dung môi khỏi cao chiết bằng phương pháp bay hơi

đến quá trình sinh sản của cá bằng cách tác động gián tiếp đến nội tiết tố [74].

Ánh sáng

Ánh sáng ảnh hưởng đến cấu trúc của các hợp chất thiên nhiên từ đó ảnhhưởng đến hoạt tính kháng khuẩn của chúng [59] Các cao chiết thực vật thườngđược bảo quản trong bóng tối, tránh ánh sáng hoặc ánh nắng tác động trực tiếp [55].

1.2.2 Nghiên cứu điển hình sử dụng cao chiết, dịch chiết thực vật kiểm soát bùngphát VKL độc

1.2.2.1 Dịch chiết từ rơm lúa mạch Hordeum vulgare

Nghiên cứu sử dụng rơm lúa mạch (Hordeum vulgare) như một hoạt chất diệt tảo,

kiểm soát sự bùng phát sinh khối thực vật phù du được triển khai từ đầu những năm1990 Gibson và cộng sự sử dụng dịch chiết phân hủy rơm lúa mạch để ức chế sinh

trưởng của các loài Cladophorag lomerata, Chlorella vulgaris và Selenastrumcapricornutum với hiệu quả ức chế lên đến 63 % sau 6 tháng triển khai tại 20 0C [76].Khi mẫu rơm được xử lý nhiệt bằng cách hấp thanh trùng, tác giả không quan sát thấykhả năng ức chế Nguyên nhân gây ra sự ức chế sinh trưởng theo Gibson là do các hợphợp chất phenolic đặc biệt là tannin được giải phóng ra từ quá trình phân hủy

yếm khí rơm Tuy nhiên, Pillinger phản biện cho rằng 3 loài nấm như Pycnidiophoradispersa Clum (IMI 346597) và Z leucotricha (Speg.) Mall & Cain,Cladorrhinumfoecundissimum Sacc & Marchal được sinh ra trong quá trình phân hủy

hiếu khí rơm là nguyên nhân chính gây ra sự ức chế này [77] Năm 1993, Jonathan lặp

lại thí nghiệm trên M aeruginosa dưới tác dụng của dịch chiết phân hủy rơm ghi nhận

hiệu quả ức chế lên đến 95 % khi dùng 2,57 g sinh khối khô/m3[78] Theo Jonathan vàPillinger, các hợp chất phenolic như axit p-coumaric, axit ferulic, axit tannic, đặc biệt làcác hợp chất quinones như 2,6-dimethoxyphenol,2,6-dimethoxy-p-benzoquinon đóng

vai trò quan trọng tạo nên hoạt tính diệt khuẩn của mẫu rơm Năm 1996, Everall triểnkhai thử nghiệm dịch chiết rơm lên mẫu nước hồ thực tế với tỉ lệ 25 g/m3 và bước đầughi nhận những kết quả khả quan Thực nghiệm cũng khẳng định việc ứng dụng dịchchiết rơm lên mẫu nước hồ không làm ảnh hưởng đến chất lượng của nguồn nước cũngnhư ổn định các điều kiện lý hóa của hệ sinh thái [79]

Tuy nhiên năm 2003, Boylan chứng minh những hạn chế của phương pháp nàynhư hiệu quả ức chế chỉ quan sát được sau 8-9 tuần triển khai, những tuần sau sinh khốithực vật phù du tiếp tục tăng mạnh đến tuần thứ 14 thì không còn quan sát được vai tròức chế của dịch chiết [80] Ngoài ra trong suốt 12 tuần tác giả không quan sát thấy sựkhác biệt sinh khối thực vật phù du giữa hai mẫu thực nghiệm bổ sung rơm với tỉ lệ 15và 60 g/m3 Sự khác biệt hiệu quả ức chế của dịch chiết rơm so với kết quả của Everall,là do hàm lượng oxy hòa tan trong mẫu vì oxy đóng vai trò quan trọng thúc đẩy quátrình phân hủy rơm lúa mạch [79] Khi hàm lượng oxy hòa tan thấp đã làm giảm hiệuquả ức chế sinh trưởng của rơm lúa mạch lên các loài thực vật phù du Ferrier và cộngsự triển khai mẫu dịch chiết lên 12 loài VKL nước ngọt Các tác giả này thu được banhóm kết quả khác nhau như ức chế mạnh lên sinh trưởng cả ba loài VKL độc nước

ngọt trong đó có loài M aeruginosa, nhưng lại kích thích sinh trưởng hoặc không thể

hiện ảnh hưởng ức chế lên đối tượng khác Triển khai với 6 mẫu nước hồ tự nhiên,Ferrier và cộng sự cho rằng không có sự khác biệt giữa mẫu đối chứng và mẫu thựcnghiệm và kết luận rằng dịch chiết của rơm lúa mạch không có hiệu quả để kiểm soátbùng nổ sinh khối TVN trong các hệ sinh thái [81].

chiết không làm ảnh hưởng nhiều đến hoạt tính của dịch chiết, đồng thời khẳng địnhvai trò của các hợp chất phenolic với khối lượng phân tử dao động từ 1000 đến 3000Da trong hiệu quả diệt VKL Mặc dù rơm lúa mạch là đối tượng được nghiên cứuchi tiết và toàn diện nhất trong một thời gian dài bởi nhiều nhà khoa học khác nhau,nhưng các kết quả nghiên cứu được công bố còn chưa có sự thống nhất về hoạt tính

ức chế lên M aeruginosa, chưa đưa ra sự giải thích thỏa đáng về cơ chế tác động

của cao chiết lên tế bào VKL cũng như những ảnh hưởng đến các thông số thủy hóavà thủy lý của môi trường.chưa được nghiên cứu.

1.2.2.2 Cao chiết từ rơm lúa gạo Oryza sativa

Rơm lúa gạo cũng là một đối tượng được các nhà khoa học quan tâm và nghiêncứu như một tác nhân phòng chống bùng nổ VKL độc, đặc biệt là ức chế sinh trưởng

M.aeruginosa Park và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của cao chiết metanol củarơm lúa gạo lên sinh trưởng của M aeruginosa với các nồng độ khác nhau từ 0,1

đến 10 mg/L, đồng thời đánh giá hoạt tính diệt tảo của 7 hợp chất hóa học (nồng độ0,01 và 0,1 mg/L) được phân lập từ rơm trong 8 ngày thực nghiệm [75] Kết quảchứng minh hiệu quả ức chế sinh trưởng của cao chiết lên đến 98 % tại nồng độ 10mg/L và axit salicylic có hoạt tính diệt tảo cao nhất so với các chất còn lại, sự trộnlẫn các hợp chất ví dụ như axit p-coumaric, axit salicylic và axit benzoic với nồngđộ 0,01 mg/L gây ức chế đến 60 %, cao hơn hẳn so với sự ức chế sinh trưởng VKLcủa từng chất riêng lẻ Sự ảnh hưởng của cao chiết lên các tế bào VKL ở dạng đơn

lẻ mạnh mẽ hơn khi VKL tồn tại dưới dạng các tập đoàn M aeruginosa [83].

Về tính an toàn sinh thái khi sử dụng cao chiết rơm như hoạt chất diệt tảo,

Park và cộng sự đã chứng minh cao chiết O sativa thể hiện sự ức chế có chọn lọc

lên loài VKL độc so với các loài khác không thuộc đối tượng tác động như tảo lục

(Ankistrodesmus convolutus và Scenedesmus quadricauda) và giáp xác (Daphnia

magna) thể hiện tính thân thiện và hứa hẹn sử dụng như một hoạt chất diệt tảo tiềmnăng [84] Các hoạt chất hóa học phân lập từ cao chiết của O sativa cũng được cácnhà khoa học quan tâm và đánh giá hiệu quả ức chế lên M aerugionsa Ateeque và

cộng sự đã thử nghiệm 5 chất sạch (nồng độ 1, 10 và 100 mg/L) lên sinh trưởng của

M.aeruginosa và ghi nhận hiệu quả ức chế cao nhất 92,6 % tại nồng độ 100 mg/L

của hoạt chất oleioyl-β-D-arabinoside sau 6 ngày thực nghiệm [85] Tuy nhiên kết quảtriển khai thử nghiệm cao chiết rơm lúa gạo lên các mẫu nước hồ tự nhiên cũng như triểnkhai thử nghiệm quy mô ngoài trời cũng chưa được công bố Các tác giả cũng chưa đưara được cơ chế tác động của cao chiết rơm lúa mạch cũng như của các hoạt chất lên sinh

trưởng của M aeruginosa.

1.2.2.3 Cao chiết nước từ các loài cây họ Anh túc Papaveraceae

Mặc dù nghiên cứu về hiệu quả sử dụng cao chiết từ các loài cây họPapaveraceae lên sinh trưởng M aeruginosa không được nhiều nhà khoa học quantâm như hai đối tượng trên, tuy nhiên kết quả nghiên cứu khả quan và toàn diện củaJancula và cộng sự năm 2007 [55] trở thành một ví dụ tiêu biểu cho phương phápứng dụng cao chiết thực vật để kiểm soát sự bùng nổ thực vật phù du nói chung và

sinh trưởng M aeruginosa nói riêng trong các hệ sinh thái nước ngọt Cao chiết

nước của rễ 5 loài cây Anh túc có khả năng kiểm soát tốt quá trình sinh trưởng của

M aeruginosa với giá trị EC50 dao động từ 57,11 đến 870,92 mg/L, trong đó là hailoài Dicranostigma lactucoides (EC50 55,81 mg/L) và Chelidonium majus (EC50

57,11 mg/L) có tính kháng VKL tốt nhất tiếp theo là các loài Sanguinariacanadensis (EC50 122,01 mg/L, Stylophorum lasiocarpum (EC50 161,69 mg/L) và

Macleaya microcarpa (EC50 870,92 mg/L).

Để đánh giá độ an toàn sinh thái khi sử dụng cao chiết như hoạt chất diệt tảocụ thể nghiên cứu sự tác động của cao chiết lên các loài sinh vật khác, hai loài tảo

Pseudokirchneriella subcapitata và Scenedesmus quadricauda, động vật phù du

Daphnia magna và bèo tấm Lemna minor được lựa chọn Đây là những loài sinh vật có

lợi rất nhạy cảm với sự ô nhiễm của môi trường và là đối tượng được sử dụng trongnghiên cứu đánh giá độc chất Trong 5 loại cao chiết từ 5 loài cây họ Anh túc

Papaveraceae nói trên, cao chiết từ C majus được quan tâm hơn vì độc tính của

nhiên để đánh giá ảnh hưởng ức chế của các cao chiết này lên nhóm TVN trong đó

Actinastrum sp., Dictyosphaerium sp., Mougotia sp., Nitzschia sp., Planktothrixagardhii là những loài chiếm ưu thế Sau 10 ngày thí nghiệm, tính theo phươngpháp đo hàm lượng chlorophyll a, giá trị EC50 của cao chiết lên thực vật phù du là87,71 mg/L, cao hơn với giá trị EC50 trên VKL và vi tảo Để giải thích nguyên nhângây ra sự ức chế sinh trưởng của cao chiết các loài cây Họ Anh túc lên VKL, nhómtác giả đã tiến hành phân tích thành phần và tỉ lệ các alkaloids có trong 5 loại caochiết Thực nghiệm cho thấy magnoflorine và coptisine được tìm thấy với tỉ lệ cao

nhất trong cao chiết của C majus với hiệu suất là 0,345 và 1,372 % theo sinh khối

khô Các hợp chất enzo[c]phenanthridine alkaloids này có thể là nguyên nhân gây ra

khả năng ức chế sinh trưởng M aeruginosa.

Mặc dù nhóm tác giả đã lựa chọn được cao chiết C majus trong 5 cao chiết

thử nghiệm vì tiềm năng diệt VKL độc và an toàn đối với các loài khác trong môitrường, đã phân tích thành phần hóa học để giải thích hoạt tính diệt khuẩn của cáccao chiết này, tuy nhiên tác giả chưa đánh giá được ảnh hưởng của cao chiết đến cácthông số môi trường khi áp dụng ở quy mô nước đầm hồ tự nhiên, chưa đánh giá

ảnh hưởng của cao chiết lên siêu cấu trúc tế bào M aeruginosa để đưa ra cơ chế giải

thích ảnh hưởng của cao chiết phù hợp.

1.2.2.4 Cao chiết từ cây keo Acacia mearnsii

Năm 2012, Zhou và cộng sự nghiên cứu cao chiết từ cây keo đen để kiểm soát sựbùng nổ VKL và các loài thực vật phù du trong mẫu nước hồ thực tế [86] Mô hìnhnghiên cứu được triển khai dưới hai hình thức – mô hình thí nghiệm thời gian ngắn –đánh giá vai trò của cao chiết ức chế bùng nổ VKL trong trường hợp khẩn cấp (1 tháng)và mô hình thí nghiệm thời gian dài (1 năm) - đánh giá ảnh hưởng của cao chiết lênchất lượng môi trường nước cũng như hiệu quả kiểm soát bùng nổ vi tảo độc