Ngoài mật độ tế bào thì mối liên hệ giữa tốc độ tăng trưởng của vi tảo và nồng độ phơi nhiễm thuốc BVTV cũng đã được quan tâm và sử dụng để đánh giá các tác động bất lợi của thuốc [r]
(1)ĐẠI HỌC SÀI GÒN OF SAIGON UNIVERSITY
Số 71 (05/2020) No 71 (05/2020)
Email: tcdhsg@sgu.edu.vn ; Website: http://sj.sgu.edu.vn/
ẢNH HƯỞNG CỦA THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT CHỨA HOẠT CHẤT CHLORPYRIFOS ETHYL LÊN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI TẢO
CHLORELLA VÀ SCENEDESMUS
Effects of pesticide containing Chlorpyrifos Ethyl on the growth of microalgae Chlorella and Scenedesmus
Nguyễn Thị Thanh Phụng(1), Nguyễn Văn Tài(2), PGS.TS Đào Thanh Sơn(3), ThS Võ Thị Mỹ Chi(4)
(1),(2),(3),(4)Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TP.HCM
TÓM TẮT
Hiện nay, việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật sản xuất nông nghiệp để lại dư lượng lớn môi trường nước dẫn đến cân hệ sinh thái thủy vực Trong nghiên cứu này, hai loài tảo lục Chlorella sp Scenedesmus protuberans phân lập từ Việt Nam, phơi nhiễm riêng lẻ đồng thời với thuốc bảo vệ thực vật chứa hoạt chất Chlorpyrifos Ethyl nồng độ 0, 5, 25 125 µg L-1 18 ngày Kết cho thấy, mật độ tốc độ tăng trưởng Chlorella sp
nuôi riêng lẻ với S protuberans môi trường chứa thuốc bảo vệ thực vật nồng độ 125 µg L-1 bị suy giảm so với đối chứng Ngược lại, điều kiện phơi nhiễm, hai thông số
này S protuberans lại cao so với đối chứng hầu hết ngày khảo sát Ngoài ra, mật độ tốc độ tăng trưởng Chlorella sp ghi nhận cao so với S protuberans ni chung hai lồi bình thí nghiệm Kết nghiên cứu góp phần cung cấp thơng tin hữu ích rủi ro thuốc bảo vệ thực vật đến hệ sinh thái thủy vực, đặc biệt vi tảo cho nhà quản lý nhà nghiên cứu mơi trường
Từ khóa: Chlorella sp., Chlorpyrifos Ethyl, mật độ, Scenedesmus protuberans, tốc độ tăng trưởng ABSTRACT
Nowadays the overuse of pesticides in agricultural production has left a huge residue of these contaminants in the water bodies consequently the aquatic ecosystem imbalance In the current study, the two green algae Chlorella sp and Scenedesmusprotuberans from Vietnam were exposed separately or together to the pesticide containing Chlorpyrifos Ethyl at concentrations of 0, 5, 25 and 125 g L-1
during 18 days The results revealed that when cultivating the two microalgae individually or simultaneously in the medium containing Chlorpyrifos Ethyl at concentrations of 125 g L-1, the density
and growth rate of Chlorella sp went down compared to the control Conversely, at the same exposed conditions, these parameters of S protuberans were higher than those of the control on most of the days Additionally, the density and growth rate of Chlorella sp were recorded to be higher than those of
S protuberans when they were incubated together These results could provide the useful information on the environmental risk of pesticides to the aquatic ecosystem, especially microalgae for the environmental managers and scientists
Keywords: Chlorella sp., Chlorpyrifos Ethyl, density, Scenedesmus protuberans, growth rate
(2)1 Giới thiệu
Ơ nhiễm mơi trường nước những vấn đề nghiêm trọng đáng lo ngại trên tồn cầu Sự gia tăng khơng ngừng việc sử dụng hóa chất lĩnh vực cơng nghiệp, nông nghiệp chăn nuôi đang gây sức ép cho mơi trường nước Trong đó, thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) được xem chất gây ô nhiễm đáng lo ngại thơng dụng những tác động khó lường chúng đến hệ sinh thái thủy vực [1] Dư lượng quá trình sử dụng thuốc BVTV vào mơi trường nước gây tác động bất lợi đến sinh vật (ví dụ: vi tảo, vi giáp xác, cá, tôm) gây cân hệ sinh thái [2], [3]
Vi tảo đóng vai trị quan trọng thiết yếu hệ sinh thái thủy vực, chúng có chức sản xuất oxy, giảm nồng độ chất ô nhiễm cung cấp thức ăn cho sinh vật bậc cao [4], [5], [6] Vì thế, những tác động bất lợi thuốc BVTV lên vi tảo có khả làm phá hủy cấu trúc và chức hệ sinh thái thủy vực sự suy giảm lượng oxy hòa tan cạn kiệt nguồn thức ăn cho sinh vật bậc cao [2] Các nghiên cứu trước giới đã ghi nhận độc tính thuốc BVTV đối với vi tảo đặc biệt cao so với sinh vật khác hệ sinh thái thủy vực (như vi giáp xác, động vật không xương sống cá) [3], [7] Kết nghiên cứu Agirman cộng (2014) ghi nhận suy giảm mật độ tốc độ tăng trưởng vi tảo Chlorella vulgaris phơi nhiễm với loại thuốc BVTV chứa hoạt chất Dichlorvos, Diazinon, Trifluralin và Paraquat nồng độ từ - 20 g L-1 trong ngày thí nghiệm [3] Tương tự, tiếp xúc với thuốc BVTV chứa hoạt chất Paraquat nồng độ từ 0,05 - 3,2 mg L-1,
tốc độ tăng trưởng vi tảo Scenedesmus acutus bị ức chế suốt thời gian thí nghiệm [8] Cũng lồi vi tảo S acutus, thí nghiệm phơi nhiễm thuốc BVTV chứa thành phần diazinon, azoxystrobin hay flusilazole với nồng độ rất thấp (1 - 32 g L-1) ghi nhận những tác động ức chế đến sinh trưởng và phát triển vi tảo [9], [10] Không tác động ức chế đáng kể tốc độ tăng trưởng của vi tảo, thuốc BVTV làm giảm hiệu suất quang hợp nồng độ chlorophyll-a của vi tảo Spirulina platensis [11] Tuy nhiên, ảnh hưởng bất lợi thuốc BVTV lên vi tảo có khác biệt loài, phụ thuộc vào đặc điểm lồi vi tảo, mơi trường sống đặc biệt thành phần hoạt chất loại thuốc BVTV [1], [3], [9], [11]
(3)người suy hô hấp tim ngừng đập, giảm cân nặng sơ sinh, giảm chu vi vịng đầu trẻ sơ sinh có mẹ phơi nhiễm hay suy giảm nội tiết tố sinh sản [14]
Việt Nam nước nông nghiệp, sử dụng lượng thuốc BVTV rất lớn hàng năm, nhiên nghiên cứu về tác động thuốc BVTV lên hệ sinh thái đặc biệt vi tảo có nguồn gốc từ Việt Nam hạn chế [15], [16] Vì vậy, nghiên cứu có mục tiêu đánh giá ảnh hưởng thuốc BVTV với thành phần hoạt chất Chlorpyrifos Ethyl, loại thuốc dùng phổ biến đồng sông Cửu Long nay, đến phát triển của hai loài vi tảo Chlorella sp
Scenedesmus protuberans (S protuberans) có nguồn gốc Việt Nam ni chúng riêng lẻ đồng thời, góp phần cung cấp thêm thông tin sở khoa học cho cơng tác quản lý kiểm sốt việc sử dụng thuốc BVTV
2 Vật liệu phương pháp
2.1 Vật liệu
Thuốc BVTV sử dụng cho nghiên cứu này dạng thương phẩm, có nhãn hiệu VITASHIELD chứa hoạt chất chủ yếu là Chlorpyrifos Ethyl với nồng độ 400g L-1 Để tiến hành thí nghiệm, thuốc BVTV được pha với môi trường nhân tạo Z8 [17] thành dung dịch có nồng độ mg Chlorpyrifos Ethyl L-1 sau bảo quản nhiệt độ 25oC phịng thí nghiệm trong điều kiện không ánh sáng Cùng với đó, hai lồi vi tảo sử dụng cho nghiên cứu này, bao gồm Chlorella sp (Hình 1a.) và S protuberans (Hình 1b.) phân lập từ kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè (Thành phố Hồ Chí Minh) Vi tảo ni trì tăng sinh khối môi trường nhân tạo Z8 điều kiện phịng thí nghiệm với nhiệt độ 25 ± 1oC, cường độ ánh sáng khoảng 3.000 Lux, chu kỳ sáng tối 12h:12h [18].
Hình Chlorella sp (a) Scenedesmus protuberans (b) quan sát kính hiển vi Optika B-150 độ phóng đại 100 – 1000 lần
2.2 Thiết kế thí nghiệm
Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng thuốc BVTV đến phát triển vi tảo được tiến hành theo hướng dẫn Muhaemin (2004) với vài thay đổi nhỏ [19] Theo đó, thí nghiệm phơi nhiễm với thuốc BVTV lên loài vi tảo
(4)tất bình tương đương Thí nghiệm kéo dài 18 ngày điều kiện phịng thí nghiệm trình bày phần [18] Suốt thời gian thí nghiệm, để xác định mật độ vi tảo bình thí nghiệm qua các giai đoạn lượng nhỏ mẫu vi tảo (2 mL) bình thí nghiệm lấy với tần suất ngày/lần Mẫu vi tảo được cố định dung dịch Lugol [20] ngay sau lấy tiếp xác định mật độ buồng đếm Sedgewick Rafter kính hiển vi [18] Ngồi ra, một thí nghiệm khác tiến hành tương tự trộn loài vi tảo (Chlorella
sp S protuberans) với nuôi
trong bình, nồng độ (đối chứng) 125 µg L-1 Thí nghiệm được thực với lần lặp (n=3) tiến hành 12 ngày điều kiện phịng thí nghiệm nêu
2.3 Xử lý số liệu
Tốc độ tăng trưởng (µ) vi tảo tính tốn theo cơng thức: µ = (ln X2 – ln X1)/(t2 – t1) [21] Trong đó: X1, X2 mật độ tế bào vi tảo thời điểm ngày thứ t1 và t2 (số tế bào mL-1); t1, t2 là thời gian thí nghiệm (ngày) Ngồi ra, phần mềm Sigma Plot (phiên 12.0) được sử dụng để đánh giá khác biệt thống kê mật độ tốc độ tăng trưởng của lồi vi tảo lơ phơi nhiễm so với đối chứng phương pháp phân tích phương sai yếu tố (one-way anova)
3 Kết thảo luận
3.1 Ảnh hưởng thuốc bảo vệ thực vật lên mật độ vi tảo
Kết thí nghiệm ghi nhận khác biệt mang tính thống kê mật độ tế bào số thời điểm lô phơi nhiễm đối chứng hai loài vi tảo được đề cập
Đối với Chlorella sp., phơi nhiễm
với thuốc BVTV nồng độ 25 125 µg L-1, vi tảo có khả tăng trưởng Tuy nhiên, ngày bắt đầu thí nghiệm, mật độ tế bào lô phơi nhiễm và đối chứng tương đương (khoảng 90000 tế bào mL-1) hai ngày sau đó, mật độ tế bào lơ phơi nhiễm thấp hơn so với đối chứng (Hình 2a.)
Trái lại, với mật độ khởi đầu tất các lơ thí nghiệm vào khoảng 7000 tế bào mL-1, mật độ vi tảo S protuberans lô phơi nhiễm nồng độ cao (125 µg L-1) ghi nhận cao so với đối chứng hầu hết ngày khảo sát Trong đó, hai nồng độ phơi nhiễm thấp (5 25 µg L-1), gần không ghi nhận khác biệt mang tính thống kê mật độ vi tảo lơ phơi nhiễm đối chứng (Hình 2b.)
Ngoài ra, tất nồng độ phơi nhiễm, hai loài vi tảo tiếp tục sinh trưởng khơng có ức chế hay suy giảm số lượng tế bào so với thời điểm ban đầu suốt thời gian thí nghiệm
Nghiên cứu trước Agirman cộng (2014) [3] ghi nhận suy giảm mật độ tế bào đáng kể vi tảo C vulgaris phơi nhiễm loại thuốc BVTV chứa thành phần Diazinon, Paraquat, Dichlorvos Trifluralin nồng độ 1-20 µg L-1 ngày Như vậy, với thành phần Chlorpyrifos Ethyl, thuốc BVTV sử dụng thí nghiệm ảnh hưởng đến phát triển của hai loài vi tảo Chlorella sp S protuberans so với tác động loại thuốc BVTV chứa thành phần Diazinon, Paraquat, Dichlorvos và Trifluralin lên vi tảo C.vulgaris Điều
(5)điểm loài vi tảo Kết phù hợp với ghi nhận Ma cộng (2004) [1], theo lồi vi tảo lục
Scenedesmus quadricauda có biểu phản ứng đa dạng, bị ức chế kích thích tăng trưởng nghiên cứu phơi nhiễm cấp tính 21 loại thuốc BVTV khác Mặt khác, nồng độ phơi nhiễm (125 µg L-1), so với lơ đối chứng loài vi tảo, mật độ tế bào của Chlorella sp bị suy giảm, mật độ S protuberans lại gia tăng Điều cho thấy ảnh hưởng khác biệt loại thuốc BVTV
cùng nồng độ lên loài vi tảo khác nhau Ngun nhân giải thích các lồi vi tảo khác có độ nhạy khả thích ứng khác chất ô nhiễm môi trường [1], [3] Vì thế, thuốc BVTV với thành phần Chlorpyrofos Ethyl thí nghiệm vừa có biểu ức chế gia tăng mật độ của vi tảo Chlorella sp., vừa có tác động kích thích gia tăng mật độ tế bào vi tảo S protuberans nồng độ 125 µg L-1 Điều cho thấy vi tảo Chlorella sp nhạy với thuốc BVTV chứa Chlorpyrifos Ethyl hơn so với S protuberans
Hình Mật độ Chlorella sp đối chứng (Ch0), phơi nhiễm nồng độ 25 µg L-1 (Ch25) 125 µg L-1 (Ch125) (a); mật độ S protuberans đối chứng (Sc0), phơi nhiễm nồng độ µg L-1 (Sc5), 25 µg L-1 (Sc25) 125 µg L-1 (Sc125) (b) Chữ “x,
y” thể khác biệt thống kê (p < 0,05) lô phơi nhiễm nồng độ 25 125 µg L-1 so với đối chứng hai loài vi tảo
3.2 Ảnh hưởng thuốc bảo vệ thực vật đến tốc độ tăng trưởng
Ảnh hưởng thuốc BVTV với thành phần Chlorpyrifos Ethyl
(6)của vi tảo Chlorella sp thấp so
với đối chứng suốt 10 ngày đầu ngày kết thúc thí nghiệm (Hình 3a.) Kết quả tương tự ghi nhận nghiên cứu trước đây, tốc độ tăng trưởng của vi tảo Chlorella pyrenoidosa
Merismopedia sp bị suy giảm gia tăng nồng độ phơi nhiễm với Chlorpyrifos từ đến 150 mg L-1 thời gian phơi nhiễm 24 96 [22]
Bên cạnh đó, tốc độ tăng trưởng vi tảo S protuberans phơi nhiễm với Chlorpyrifos Ethyl nồng độ 125 µg L-1 cao so với đối chứng số thời điểm, nhiên nồng độ 25 µg L-1 khơng ghi nhận điều (Hình 3b.) Trong nghiên cứu trước cũng ghi nhận tốc độ tăng trưởng vi tảo C. vulgaris không bị suy giảm so với
đối chứng phơi nhiễm với thuốc BVTV nồng độ lên đến 25 µg L-1 [23] và 200 µg L-1 S. quadricauda [24] Ngồi mật độ tế bào mối liên hệ tốc độ tăng trưởng vi tảo nồng độ phơi nhiễm thuốc BVTV quan tâm và sử dụng để đánh giá tác động bất lợi của thuốc BVTV đến vi tảo nghiên cứu trước Theo đó, giống như chế tác động đến gia tăng mật độ vi tảo, tác động thuốc BVTV lên vi tảo cũng phụ thuộc nhiều vào đặc điểm khác nhau loài vi tảo thành phần hoạt chất thuốc BVTV thảo luận phần [1], [3], [25] Do đó, tương tự với gia tăng mật độ, có tác động khác thuốc BVTV đến tốc độ tăng trưởng vi tảo Chlorella sp S protuberans nghiên cứu
Hình Tốc độ tăng trưởng vi tảo Chlorella sp (a) S protuberans (b) phơi nhiễm với Chlorpyrifos Ethyl thuốc BVTV nhiều nồng độ Các ký hiệu chữ viết
(7)3.3 Mật độ tốc độ tăng trưởng hai loài vi tảo phơi nhiễm đồng thời
Trong tự nhiên, hai loài vi tảo
Chlorella sp S protuberans có thể tồn
tại nhau, thí nghiệm phơi nhiễm với diện đồng thời hai loài vi tảo này với thuốc BVTV nồng độ được tiến hành Kết cho thấy, bình thí nghiệm chứa loài vi tảo, tốc độ tăng trưởng mật độ vi tảo Chlorella sp. cao so với vi tảo S. protuberans phơi nhiễm không phơi nhiễm với thuốc BVTV suốt 12 ngày thí nghiệm (Hình 4) Tương tự với kết thí nghiệm phơi nhiễm riêng lẻ loài vi tảo, mật độ tốc độ tăng trưởng Chlorella sp lô phơi nhiễm thấp so với lơ đối chứng (Hình 4a., 4b.) Mặt khác, mật độ tế bào
S protuberans lô phơi nhiễm lại không khác biệt so với đối chứng tuần đầu thí nghiệm Tuy nhiên, sau đó, mật độ S protuberans lô phơi nhiễm được ghi nhận cao so với đối chứng (Hình 4a.) Như vậy, kết thí nghiệm này tương đồng với thí nghiệm phơi nhiễm thuốc BVTV loài riêng lẻ
Chlorella sp S protuberans Ngồi ra, kết thí nghiệm rằng, khả chịu đựng thích nghi vi tảo
S protuberans đối với thuốc BVTV cao
hơn so với vi tảo Chlorella sp., cùng điều kiện sinh trưởng vi tảo
Chlorella sp có khả tăng trưởng nhanh mạnh so với vi tảo S. protuberans Các kết vài công