Đánh giá ảnh hưởng và mức độ tích lũy của đồng, kẽm, cacdimi trên cây bèo tấm (LEMNA GIBBA l ) trong thử nghiệm độc cấp tính

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA MÔI TRƯỜNG - - KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG VÀ MỨC ĐỘ TÍCH LŨY CỦA ĐỒNG, KẼM, CACDIMI TRÊN CÂY BÈO TẤM (LEMNA GIBBA L.) TRONG THỬ NGHIỆM ĐỘC CẤP TÍNH Người thực hiên Lớp Khóa Chuyên ngành Giáo viên hướng dẫn : : : : : NGUYỄN HỒNG NHUNG GICTB 56 MÔI TRƯỜNG THS NGUYỄN THỊ THU HÀ HÀ NỘI - 2016 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp với đề tài: “Đánh giá ảnh hưởng mức độ tích lũy Đồng, Kẽm, Cadimi Bèo (Lemnagibba L.) thử nghiệm độc cấp tích” cơng trình nghiên cứu thân Những phần sử dụng tài liệu tham khảo khóa luận nêu rõ phần tài liệu tham khảo Các số liệu kết trình bày khóa luận hồn tồn trung thực, có sai sót em xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Sinh viên Nguyễn Hồng Nhung i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực tập thực khóa luận Phịng thí nghiệm môn Công nghệ môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, em hồn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp: “Đánh giá ảnh hưởng mức độ tích lũy Đồng, Kẽm, Cadimi Bèo (Lemnagibba L.) thử nghiệm độc cấp tích” Để hồn thành khóa luận này, ngồi nỗ lực thân, em nhận giúp đỡ nhiệt tình thầy cơ, bạn bè gia đình Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Thị Thu Hà, Giảng viên môn Công nghệ môi trường, khoa Môi trường, trực tiếp hướng dẫn bảo tận tình cho em suốt trình thực đề tài Em xin chân thành cám ơn cô Nguyễn Thị Khánh, anh Trần Minh Hồng cán quản lý Phịng thí nghiệm mơn Công nghệ môi trường, quý thầy cô giảng dạy môn Công nghệ môi trường giảng dạy tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trình học thực tập tốt nghiệp Em xin gửi lời tri ân sâu sắc tới quý thầy, khoa Mơi trường tận tình hướng dẫn, bảo kiến thức suốt trình em học tập Học viện Em xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể bạn bè, người thân, gia đình bên cạnh ủng hộ em suốt thời gian qua Kính chúc q thầy, dồi sức khỏe gặt hái nhiều thành công công tác sống Hà Nội, ngày 23 tháng năm 2016 Sinh viên: Nguyễn Hồng Nhung ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i iii DANH MỤC BẢNG LỜI CAM ĐOAN .i Bảng 1.1 Khối lượng phân tử khối lượng riêng số kim loại nặng .5 Bảng 1.2: Sự phát thải toàn cầu số kim loại nặng .7 Bảng 1.3 So sánh độc tính kim loại nặng sinh vật 10 Bảng 2.1: Môi trường nuôi cấy Bèo Hoagland-arnon 29 Bảng 2.2: Dãy thí nghiệm độc tính kim loại nặng Bèo 29 Bảng 3.4: Nồng độ ảnh hưởng (EC) kim loại đến Bèo .47 Bảng 3.5: Các dải nồng độ kim loại Đồng, Cadimi, Kẽm thử nghiệm mãn tính 50 Bảng 3.6: Nồng độ tối đa cho phép kim loại (MATC) .51 Bảng 3.7: Nồng độ kim loại sử dụng tính tốn BCF .53 iv DANH MỤC HÌNH 15 Hình 1.2: Bản đồ phân bố địa lý bèo năm 1986 15 Hình 3.2: Sự thay đổi tỷ lệ biểu Bèo tiếp xúc kim loại Đồng theo thời gian 42 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ASS Phương pháp phổ hấp thu nguyên tử (Atomic Absorption BCF Spectrometer) Hệ số tích lũy (Bioconcentration factor) EC Nồng độ ảnh hưởng cho sinh vật thí nghiệm (Effective FAO concentration) Tổ chức Lương thực & Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (Food and MACT Agriculture Organization) Nồng độ tối đa chấp nhận (Maximum Acceptable LOEC Toxicant Concentration) Nồng độ thử nghiệm thấp nhận thấy ảnh hưởng NOEC (Lowest observed effects concentration) Nồng độ thử nghiệm cao không nhận thấy ảnh hưởng USEPA (No observed effects concentration) Cơ quan bảo vệ Môi trường Mỹ (United States Environmental WHO Protecti on Agency) Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Oganization) vi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Trong năm gần đây, giới đường phát triển mức tồn cầu hóa đề nhiễm môi trường đặt cấp thiết Tốc độ ô nhiễm ngày tăng nhanh, mức độ ngày trầm trọng ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái toàn cầu, chất xúc tác đẩy nhanh tốc độ nhiễm mơi trường dư thừa kim loại nặng môi trường Hầu hết kim loại nặng Pb, Hg, Cd, As, Cu, Zn, Fe, Cr, Co, Mn, Se, Mo tồn nước dạng ion Chúng phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, chủ yếu từ hoạt động công nghiệp Khác với chất thải hữu tự phân hủy đa số trường hợp, kim loại nặng phóng thích vào mơi trường tồn lâu dài Chúng tích tụ vào mô sống qua chuỗi thức ăn mà người mắt xích cuối Q trình bắt đầu với nồng độ thấp kim loại nặng tồn nước cặn lắng, sau tích tụ nhanh động vật thực vật sống nước Tiếp đến động vật khác sử dụng thực vật động vật làm thức ăn, dẫn đến nồng độ kim loại nặng tích lũy thể sinh vật trở nên cao Cuối sinh vật cao chuỗi thức ăn, nồng độ kim loại đủ lớn để gây độc hại Con người, xét theo quan điểm sinh thái, thường có vị trí cuối chuỗi thức ăn, người vừa thủ phạm vừa nạn nhân ô nhiễm kim loại nặng Việc loại trừ thành phần chứa kim loại nặng độc khỏi nguồn nước, đặc biệt nước thải công nghiệp mục tiêu môi trường quan trọng bậc phải giải Đã có nhiều giải pháp đưa nhằm loại bỏ kim loại nặng nước thải trước thải môi trường Bên cạnh phương pháp hóa - lý với ưu khơng thể phủ nhận người ta bắt đầu nghiên cứu sử dụng biện pháp sinh học nhiều lồi sinh vật có khả hấp thu kim loại nặng Xử lý kim loại nặng dựa tượng hấp thu sinh học (biosorption) giải pháp công nghệ tương lai Trong số sinh vật có khả đóng vai trị chất hấp thu sinh học (biosorbent) lồi Bèo (Lemna gibba L.) đặc biệt ý Bèo có tên khoa học Lemna gibba L nhóm thực vật mầm thủy sinh có phổ phân bố rộng với tốc độ sinh trưởng nhanh, có tiềm kinh tế cao Ngoài ra, Bèo thực vật thủy sinh ưa thích sử dụng để làm nguồn nước thải Chính đặc điểm khác biệt so với đối tượng thực vật khác mà Bèo ngày nhận quan tâm nghiên cứu nhà khoa học nhiều quốc gia giới Các nghiên cứu không tập trung vào việc giải mã gen mà giải nhiều vấn đề khác nghiên cứu chất trình hình thành chồi ngủ (turion), khả đáp ứng với điều kiện bất lợi quan trọng vai trò chúng sản xuất nhiên liệu sinh học, làm thực phẩm cho người, thức ăn cho chăn nuôi, xử lý nước thải… Việc tích tụ kim loại nặng vấn đề đáng quan tâm xử lý nước thải Tất lồi Bèo có khả hấp thụ tích lũy thể hàm lượng cao kim loại nặng Cd, Cr, Pb… Vì thế, chúng có tiềm to lớn việc sử dụng để xử lý nguồn nước thải khu vực bị ô nhiễm kim loại nặng công nghệ thuộc da, hầm mỏ… để hạn chế tối đa có mặt kim loại chuỗi thức ăn Theo nhiều cơng bố Bèo có khả hấp thụ Cd, N, Cr, Zn, Sr, Co, Fe, Mn, Cu, Pb, Al chí Au (FAO,1999) Khả hấp thụ Fe L minor mở triển vọng cho việc sử dụng Bèo để giải tượng nước nhiễm Fe khu vực mỏ than bỏ hoang (Teixeira S cs,2014) Bên cạnh đó, lồi cịn có khả hấp thụ Bo, As, Cd, Cu Si L gibba loài phù hợp để sử dụng xử lý nước thải sinh hoạt, đồng thời chúng cịn có hàm lượng protein carbonhydrate cao, phù hợp cho sản xuất nhiên liệu sinh học (Verma R Suthar S,2014) Trước tình hình đó, tơi thực đề tài: “Đánh giá ảnh hưởng mức độ tích lũy Đồng, Kẽm, Cadimi Bèo (Lemnagibba L.) thử nghiệm độc cấp tích” Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá ảnh hưởng cấp tính mãn tính kim loại Đồng, Kẽm, Cadimi đến Bèo (Lemna gibba L.) - Xác định mức độ tích lũy kim loại Đồng , Kẽm , Cadimi Bèo (Lemnagibba ) Cách 40 năm, William Hillman có bình luận thuyết phục việc sử dụng Bèo - đối tượng thực vật thuộc họ Lemnaceae làm mơ hình cho nghiên cứu sinh học thực vật Chu kỳ sinh trưởng nhanh, kích thước thể nhỏ, cấu trúc đơn giản việc dễ dàng đánh dấu phóng xạ toàn thể ưu điểm vượt trội Bèo so với đối tượng thực vật khác Vì vậy, dựa luận điểm Hillman, Bèo sử dụng rộng rãi nghiên cứu sinh học thực vật giúp nhà khoa học khám phá trình sinh tổng hợp auxin đường đồng hóa sulfur từ thập niên 60 đến 80 kỷ XX (Lam E, Appenroth K.J, Michael T, Mori K, Fakhoorian T;2014) Trong thập kỷ vừa qua, vấn đề phát triển nông nghiệp bền vững yêu cầu cấp thiết để hạn chế tác động biến đổi khí hậu cung cấp nguồn thức ăn chăn nuôi Và lần nữa, Bèo lại quan tâm đến đối tượng thực vật mơ hình điểm khác biệt so với đối tượng thực vật khác Bèo sử dụng để xử lý nước thải, cung cấp nguồn nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu khí đốt sinh học với yêu cầu đất trồng (Lam E, Appenroth K.J, Michael T, Mori K, Fakhoorian T; 2014) 16 Hình 1.3: Số lượng cơng trình khoa học liên quan đến bèo thống kê ISI Web of Science (Nguồn: ISCDRA, 2015) b Các ứng dụng đại Bèo  Nguồn nhiên liệu sinh học Do tốc độ gia tăng dân số phát triển khu công nghiệp lớn nên nhu cầu lượng toàn giới tăng nhanh Dầu thơ khí tự nhiên (nhiên liệu hóa thạch), nguồn nhiên liệu với trữ lượng có hạn, cạn kiệt tương lai không xa Để đáp ứng cho nhu cầu nhiên liệu ngày tăng cao việc tìm nguồn nhiên liệu để thay vô cấp bách Ethanol, butanol biogas nguồn nhiên liệu mới, có khả tái sinh dần thay dầu thơ khí tự nhiên Trong vịng 10 năm qua, sản lượng bioethanol tăng nhanh đạt 85,2 triệu lít năm 2012 Nguồn nguyên liệu để sản xuất bioethanol đa dạng hạt ngô (ở Mỹ), củ cải đường (ở Brazil, Ấn Độ), khoai lang, khoai mì… Tuy nhiên, khơng phải nguồn ngun liệu tối ưu tốn 17 diện tích đất canh tác, gây ảnh hưởng môi trường (hiện tượng xói mịn đất) loại lương thực cho người gia súc (Cui W Cheng J.J, 2015) Với ưu điểm (thực vật thủy sinh, tốc độ sinh trưởng nhanh, phát triển mơi trường nước ô nhiễm, khả hấp thụ N, P cao, hàm lượng tinh bột nhiều…), Bèo lựa chọn tiềm làm nguồn nguyên liệu thay để sản xuất nhiên liệu sinh học Dưới số nghiên cứu khả ứng dụng Bèo sản xuất nhiên liệu sinh học: Sử dụng bèo để sản xuất bioethanol biobutanol: Bèo dễ nuôi trồng, chứa lượng nhỏ lignin, lại tích lũy thành phần cao lượng khác phần tinh bột dễ lên men (chiếm 4070% tổng sinh khối) (Wang W and Messing J, 2015) Với kỹ thuật nuôi trồng bèo nay, hàm lượng tinh bột tổng hợp nhờ trình quang hợp lớn, nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc hạn chế trình phân giải tinh bột (Cui W Cheng J.J, 2015) Các nghiên cứu bao gồm: (1) Sự thiếu hụt P, K N nguyên nhân làm giảm q trình dị hóa, từ gia tăng hàm lượng tinh bột tích lũy Năm 2009, Cheng Stomp nghiên cứu thấy cấy chuyển Bèo từ môi trường giàu dinh dưỡng sang mơi trường có nước máy hàm lượng tinh bột tích lũy S polyrhiza tăng lên từ 20-45,8% sau ngày; (2) Năm 2011, Cui cộng công bố điều kiện nhiệt độ thấp thời gian chiếu sáng kéo dài gia tăng tích lũy tinh bột S polyrhiza Cụ thể, nhiệt độ ban ngày khơng thay đổi nhiệt độ thấp vào ban đêm kích thích tích lũy tinh bột Ngược lại, hàm lượng tinh bột không khác biệt điều kiện thay đổi nhiệt độ ban ngày giữ nguyên nhiệt độ ban đêm; 18 (3) Năm 1976, McLaren Smith nghiên cứu thấy rằng: sau ngày nuôi cấy L minor mơi trường có mặt 10-6M ABA trọng lượng tươi giảm 60% sinh khối khô tăng 220% tinh bột sinh khối khô tăng gần 500% Su cộng (2014) Bèo chất có tiềm q trình lên men tác động nấm men chúng khơng chuyển hóa thành ethanol mà cịn tạo alcohol cao lượng khác để sản xuất nhiên liệu sinh học Bên cạnh đó, việc thử nghiệm sản xuất sinh khối quy mô lớn thực Năm 2011, Cui cs xây dựng hệ thống nuôi thu sinh khối Bèo để sản xuất ethanol North Carolina, Mỹ Năm 2012, Farrell nuôi Bèo đầm rộng 23 thấy rằngtrong điều kiện thiếu dinh dưỡng hàm lượng tinh bột gia tăng từ >10% lên đến trung bình 19% Các yếu tố cần quan tâm nuôi trồng là: mật độ Bèo, thời gian thu hoạch bổ sung dinh dưỡng Sử dụng Bèo để sản xuất khí sinh học (biogas): sử dụng q trình lên men kỵ khí chất thải nơng nghiệp chăn ni để sản xuất khí sinh học nghiên cứu từ nhiều năm Năm 1996, Clack thấy bổ sung thêm Bèo giá thể lên men làm gia tăng đáng kể lượng khí sinh học tạo (hơn 44% so với đối chứng) Triscari cộng cho thấy cần bổ sung 0,5-2,0% Bèo tổng lượng khí sinh học methanol gia tăng lớn, bổ sung 2% gia tăng khơng cịn tiếp tục Nghiên cứu Huang cộng (2013) tiếp tục khẳng định vai trò bèo trình lên men tạo biogas Trong nghiên cứu mình, Cu T.T.T cộng (2015) tiến hành đề tài khảo sát hình thành biogas từ nguồn nguyên liệu phổ biến Việt Nam: phân gia súc, chất thải lò mổ, phế phụ phẩm nông nghiệp… Kết nghiên cứu cho thấy,S polyrhiza cho hàm lượng CH4 (340 l/kg) cao so với cỏ (220 l/kg) rau muống (110,6 l/kg) 19  Xử lý nước thải Nước nguồn tài nguyên thiên nhiên có hạn, nhu cầu nước phục vụ cho người sản xuất nông nghiệp ngày tăng Bên cạnh đó, việc sử dụng mức phân bón thuốc bảo vệ thực vật sản xuất nơng nghiệp dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngầm Thực trạng thiếu hụt nguồn nước sinh hoạt trực tiếp ảnh hưởng đến tỷ người toàn giới Việc sử dụng số loài thực vật thủy sinh có khả hấp thụ chuyển hóa chất nước thải xem liệu pháp sinh học có nhiều hứa hẹn để giải vấn đề ô nhiễm nước thải tái sử dụng nguồn nước (Muradov N cs ,2014) Do có khả sinh trưởng môi trường nước thiếu oxy hấp thụ chất dinh dưỡng cần thiết PO43- NO3- nên Bèo sử dụng có hiệu cho việc xử lý nước thải Vì thế, loài thực vật sử dụng phương pháp phân tích sinh học để đánh giá chất lượng nước, để xử lý loại nước thải bị nhiễm kim loại nặng (Appenroth K.J Crawford D.J Les D.H,2015) Việc tích tụ kim loại nặng vấn đề đáng quan tâm xử lý nước thải Tất lồi Bèo có khả hấp thụ tích lũy thể hàm lượng cao kim loại nặng Cd, Cr, Pb… Vì thế, chúng có tiềm to lớn việc sử dụng để xử lý nguồn nước thải khu vực bị ô nhiễm kim loại nặng công nghệ thuộc da, hầm mỏ… để hạn chế tối đa có mặt kim loại chuỗi thức ăn Theo nhiều cơng bố bèo có khả hấp thụ Cd, N, Cr, Zn, Sr, Co, Fe, Mn, Cu, Pb, Al chí Au (FAO,1999) Khả hấp thụ Fe L minor mở triển vọng cho việc sử dụng bèo để giải tượng nước nhiễm Fe khu vực mỏ than bỏ hoang (Teixeira S cs,2014), Bên cạnh đó, lồi cịn có khả hấp thụ Bo, As, Cd, Cu Si L gibba loài phù hợp để sử dụng xử lý nước thải sinh hoạt, 20 đồng thời chúng cịn có hàm lượng protein carbonhydrate cao, phù hợp cho sản xuất nhiên liệu sinh học (Verma R Suthar S,2014) Zhao cộng (2015) so sánh tiềm ứng dụng dòng bèo thuộc chi khác để xử lý nước thải pilot thử nghiệm vòng năm Kết nghiên cứu cho thấy, dịng bèo có ưu điểm riêng khác biệt: (1) Lemna japonica 0223 Landoltia punctata 0224 sinh trưởng quanh năm, S polyrhiza 0225 Wolffia globosa 0222 lại không sống sót điều kiện lạnh; (2) L japonica 0223 có sinh khối khơ, hàm lượng protein thơ, amino acid tổng số phốt cao nhất, khả tích lũy N P tổng số cao; (3) Trong điều kiện nghèo dinh dưỡng L punctata 0224 có hàm lượng tinh bột, sinh khối khơ khả tích lũy tinh bột cao nhất; (4) S polyrhiza 0225 W globosa 0222 có tỷ lệ hàm lượng flavonoid tổng số cao Vì thế, dựa kết nghiên cứu này, lựa chọn dịng bèo phù hợp cho mục đích sản xuất Ví dụ: L japonica 0223 dịng có khả xử lý nước thải sản suất sinh khối tốt nhất, L punctata 0224 lại đối tượng thích hợp để sản xuất tinh bột Nguồn thực phẩm cho người thức ăn chăn nuôi Vì có hàm lượng N, P, K số chất khống protein cao, Bèo ni trồng để cung cấp nguồn dinh dưỡng quan trọng phần ăn lợn, cá gia cầm (FAO, 1999) Các thử nghiệm cho thấy, bèo sử dụng thay cho đậu nành cá phần ăn gà trống, gà mái gà Gà mái sử dụng 40% bèo phần hàng ngày cho trứng nhiều với chất lượng tốt hơn.( Skillicorn P cs,1993) 21 1.3 Phương pháp thử nghiệm độc tính của kim loại thủy sinh vật 1.3.1 Nguyên lý phương pháp thử nghiệm độc tính Theo Lê Quốc Tuấn (2010), độc chất học môi trường ngành khoa học nghiên cứu “số phận” ảnh hưởng hóa chất mơi trường Độc chất học mơi trường chia thành chuyên ngành: độc chất học sức khỏe mơi trường đơck chất học sinh thái Trong đó, độc học sinh thái liên quan đến ngành nghiên cứu ảnh hưởng độc chất lên nhiều loại sinh vật cấu thành nên hệ sinh thái từ vi sinh vật động vật ăn thịt Để đánh giá ảnh hưởng hóa chất mơi trường cần phải sử dụng kiến thức chuyên ngành nhiều ngành khoa học khác Mục đích cuối đánh giá giải thích ảnh hưởng hóa chất có mặt môi trường (đánh giá khứ nguy hại) dự đốn ảnh hưởng hóa chất trước chúng thải vào môi trường (đánh giá tiềm nguy hại) Hóa chất gây nên mối nguy hiểm cho mơi trường thường có đặc điểm sau: bền vững mơi trường, dễ tích lũy thể độc tính cao Mối quan hệ liều lượng hợp chất độc tính hợp chất vấn đề quan trọng độc học độc chất môi trường Paracelsus (1493-1541) – người đặt tảng cho độc học người mô tả mối quan hệ này, đó, ơng viết: “ Mọi hóa chất có tính độc, khơng có chất không độc Một liều lượng phân biệt chất độc với loại thuốc”, nguyên tắc độc học để đánh giá mức độ độc, sử dụng công cụ gọi dấu hiệu sinh học (biomarker) bao gồm dạng: + Phơi nhiễm (Exposure) sử dụng biểu sinh vật tiếp xúc với hóa chất (từ khơng khí, nước, dược phẩm, thức ăn ) đó, biểu thay đổi thành phần hóa học máu, tế bào Nghiên cứu dạng sử dụng kết thống kê tự nhiên ( ví dụ đối tượng người) nhiên nghiên cứu ảnh hưởng tới người sinh vật môi trường Nghiên cứu sử dụng đồng thời nồng độ thể nồng độ môi trường phơi nhiễm 22 + Đáp ứng ( Response) sử dụng biểu bên sinh vật bị ảnh hưởng hóa chất (từ thay đổi sinh lý, hành vi bị bệnh) Do đó, có nhiều loại biểu cần liệt kê xác định nghiên cứu (ví dụ: tăng giảm chức enzym, chức trao đổi chất, cấu trúc hình thái tế bào, bệnh học, ) + Mẫn cảm (Susceptibitily) sử dụng thay đổi nồng độ enzyme chuyển trạng thái enzyme Ngoài ra, thuật ngữ xác định phản ứng quần thể ( thay cá thể) Trước tiên cần thảo luận rõ ràng biểu chất độc đến sinh vật bao gồm: biểu hóa sinh, biểu sinh lý biểu bệnh lý sau gọi chung biểu gia tăng liều lượng gia tăng Tuy nhiên, phần lớn chất độc tất sinh vật có biểu giống tất quan sinh vật có biểu giống Ở cá thể quan theo dõi ảnh hưởng chất độc có khơng (được xác định xác suất xuất kiện biểu hiện) gọi đáp ứng hữu hạn (quantal) Trong trường hợp này, tăng liều lượng đồng nghĩa với việc tăng tỷ lệ sinh vật thử nghiệm thể phản ứng a Độc cấp tính Độc cấp tính định nghĩa độc tính diễn thời gian phơi nhiễm ngắn Độc cấp tính mơi trường thường liên quan đến tai nạn (ví dụ: rị rỉ hóa chất vào sông tai nạn tàu chở hóa chất) bất cẩn việc sử dụng hóa chất (ví dụ: phun hóa chất máy bay không mục tiêu) Các giới hạn xả thải đưa dựa vào chất thải công nghiệp chất thải sinh hoạt, tuân thủ, thường thành công việc bảo vệ sinh vật vùng tiếp nhận khỏi bị độc tính cấp Độc cấp tính chất mơi trường xác định qua thí nghiệm với lựa chọn lồi đại diện hệ thống sinh thái (ví dụ: động vật có vú, 23 chim,cá, động vật khơng xương sống, thực vật có mạch, tảo Cụ thể, USEPA yêu cầu kiểm nghiệm độc cấp tính với loài nước nước mặn khác (16 kiểm nghiệm) bao gồm cá, động vật không xương sống, thực vật thành lập tiêu chuẩn chất mơi trường nước Sinh vật thử nghiệm lưu môi trường tiếp xúc ngắn hạn với chất độc có nồng độ khác nhau, thời gian lưu 24h, 48h, 96h tùy loại b Độc mãn tính Độc mãn tính định nghĩa độc tính kết phơi nhiễm lâu dài sinh vật độc chất Độc tính lâu dài thường liên quan đến trình sinh sản, đột biến, nội tiết rối loạn chức phát triển Tuy nhiên, phơi nhiễm mãn tính dẫn đến chết trực tiếp không quan sát q trình phơi nhiễm cấp tính Ví dụ, phơi nhiễm mãn tính xủa chất lực cao với lipid dẫn đến tích lũy sinh hoăc chất đến nồng dộ gây chết sinh vật Hoặc, di chuyển chất độc có lực với lipid thành phần lipid trình sinh sản dẫn đến chết Về lý thuyết, điều quan trọng nhận tất chất gây nên độc tính cấp nồng độ đủ cao, khơng gây nên độc tính mãn tính 1.3.2 Phương pháp tiến hành thử nghiệm độc tính Để tiến hành đánh giá độc tính chất độc định, tiến hành lựa chọn sinh vật thử nghiệm Theo Lê Văn KHoa (2007), sinh vật thử nghiệm phải đảm bảo phần lớn tiêu chí sau: phổ biến, thông dụng, rẻ tiền dễ kiếm tự nhiên; có nhiều dẫn liệu đặc diểm sinh lý, sinh sản tự nhiên; có vịng đời ngắn Thử nghiệm tiến hành tiếp xúc nhân tạo chất độc, quan sát biểu ngộ độc sinh vật thời gian đó, đánh giá chi tiết sau thời gian tiếp xúc chất độc (phản ứng sinh lý, hóa sinh) sau lập đường cong liề lượng – phản ứng, xác định thong số đánh giá mức độ Trong đó: 24 Liều lượng: đơn vị tiếp xúc hóa chất sinh vật biểu diễn nồng độc liều lượng tiếp xúc; Nồng độ tiếp xúc: khối lượng/thể tích môi trường tiếp xúc; Liều lượng tiếp xúc: khối lượng/trọng thể; khối lượng/diện tích bề mặt tiếp xúc Phản ứng: biểu một vài phận toàn thể sinh vật trước chất gây kích thích; Mối quan hệ liều lượng phản ứng: định lượng ảnh hưởng việc tiếp xúc chất độc với biểu sinh vật thử nghiệm Để xác định độc cấp tính, phương pháp thử nghiệm thơng dụng xây dựng thí nghiệm mà kết xác định (nghĩa phản hồi tồn phần hay khơng: chết hay khơng ) suy luận Mối quan hệ nồng độ chất thử phần trăm cá thể bị ngộ độc xác định đường cong ngộ độc gây chết xác lập Kết thử nghiệm ngắn hạn cho thấy phần trăm cá thể sinh bị giết hay bất động nồng độ thử, LC50, EC50 ghi nhận quan sát, tính tốn hay nội suy Các thử nghiệm độc cấp tính chất xác định thông qua đánh giá đại lượng LD, LC, ED, EC Các đại lượng suy từ đường cong biểu diễn liều lượng đáp ứng - LD (Lethal Dose): liều lượng gây chết, đơn vị mg/kg - LC (Lethal Concentration): Nồng độ gây chết, đơn vị mg/l - ED (Effective Dose): liều lượng gây ảnh hưởng, mg/kg - EC (Effective Concentration): nồng độ gây ảnh hưởng, mg/l Từ đồ thị ví dụ cho ta thấy đường cong đáp ứng với trục tung biểu diễn % đáp ứng gây chết, trục hoành biểu diễn liều lượng Từ đường cong đáp ứng ta suy liều lượng gây chết LD50=100mg/kg Thông thường đại lượng kèm với thong số: thời gian thí nghiệm, sinh vật sử dụng thí nghiệm, phần trăm (%) đáp ứng Trong đó: thời gian phơi nhiễm chất độc 24h, 48h 96h; phần trăm đáp ứng lấy mức 0%, 25 10%, 50%, 90%, 99% Tuy nhiên giá trị mức 50% sử dụng nhiều Ngồi tiêu chí đánh giá số khái niệm khác sử dụng thử nghiệm độc tính bao gồm có : IC50 (inhibitory concentration) TC50 (Toxic Concentration) nồng độ gây ức chế gây ngộ độc 50% sinh vật thử nghiệm 1.3.3 Hiện trạng thử nghiệm độc tính kim loại nặng Trên giới tính đến nhiều nghiên cứu đánh giá động thực vật độc tính kim loại nặng kim loại Cadimi, Đồng, Kẽm, Chì,… Tuy nhiên, đặc trưng nghiên cứu đề đánh giá ảnh hưởng nồng độ kim loại tiếp xúc kim loại người nên kết nghiên cứu chủ yếu giá trị Liều gây chết 50% sinh vật thử nghiệm kim loại Nghiên cứu trọng đến sinh vật bậc cao (lớp thú) chuột nhắt, chuột đồng, thỏ, lợn, chó, linh trưởng… Trong đó, kết nghiên cứu tổng hợp tổ chức y tế đầy đủ mức độ kim loại nghiên cứu với động vật bậc cao Ví dụ, tổ chức kiểm sốt phịng ngừa bệnh dịch (CDC) tổng hợp lại với nồng độc Cadimi bảng vào thể động vật độc chúng gây chết 50% số động vật thử nghiệm sau vài phút Từ đó, có nhiều phép nội suy cho phép tính nồng độ gây độc nồng độ an toàn Cd nước sinh vật thử nghiệm Hiện nay, phần lớn nghiên cứu tập trung đánh giá độ độc tính kim loại nặng đến sức khỏe, đối tượng thử nghiệm thường loài cạn Do đó, giá trị LD50 thường xác định hon so với LC50 ( thiên nghiên cứu độc chất sinh thái) Thử nghiệm độc tính mơi trường nước chất độc nói chung kim loại nặng nói riêng tiến hành nhiều từ năm 1960 đem lại nhiều thành tựu đáng kể Các sinh vật thử nghiệm thường sử dụng vi khuẩn lam, bèo hoa dâu ( thực vật) daphnia, cá, lưỡng Tải FULL (file word 74 trang): bit.ly/37M4XoW Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net 26 cư… (đối với động vật) Nhiều tổ chức giới công bố thủ tục thử nghiệm loại sinh vật (ASTM, OECD, USEPA) 27 Chương ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Đối tượng sinh vật thử nghiệm loài Bèo Tấm (Lemna gibba L.) thu nhập thủy vực khơng nhận nguồn thải công nghiệp Các cá thể giai đoạn trưởng thành, khoẻ mạnh, có kích thước đồng đều, để ổn định cách nuôi môi trường nuôi cấy Bèo Tấm (Hoagland-Arnon, 1950) hai ngày trước thử nghiệm - Đối tượng hóa chất muối kim loại Cu2+, Zn2+, Cd2+ sử dụng dạng: + CuSO4.5H2O + 3CdSO4.8H2O + ZnSO4.7H2O - Phạm vi nghiên cứu: Thử nghiệm độc cấp tính quy mơ phịng thí nghiệm với thời gian ngày; Thử nghiệm mãn tính quy mơ phịng thí nghiệm với thời gian 30 ngày 2.2 Nội dung nghiên cứu - Đánh giá ảnh hưởng cấp tính mãn tính kim loại Đồng, Kẽm, Cadimi đến bèo (Lemna gibba L.) - Xác định mức độ tích lũy kim loại Đồng , Kẽm , Cadimi Bèo (Lemnagibba L.) 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Thí nghiệm 1: thí nghiệm độc cấp tính a Phương pháp bố trí thí nghiệm - Bèo sau thu thập thủy vực nuôi môi trường dinh dưỡng nhân tạo theo bảng 2.1 28 Bảng 2.1: Môi trường nuôi cấy Bèo Hoagland-arnon Tên hóa chất Ca(NO3)2 khơng ngậm nước KH2PO4 KNO3 MgSO4.7H2O Hàm lượng (g/l) 0,82045 0,13609 0,50555 0,24076 Nguồn: Hoagland-Arnon (1950) - Sau vớt Bèo cân cân phân tích để vào thí nghiệm, mật độ Bèo thí nghiệm: 10g Bèo/l mơi trường - Dải nồng độ kim loại thí nghiệm nghiên cứu trình bày bảng 2.2: Bảng 2.2: Dãy thí nghiệm độc tính kim loại nặng Bèo Kim Loại Cu2+ Cd2+ Zn2+ 0 0,005 0,005 0,005 Dải nồng độ (ppm) 0,05 0,5 50 500 0,05 0,5 50 500 005 0,5 50 500 5000 5000 5000 - Các điều kiện thí nghiệm chung: • Thí nghiệm tiến hành với điều kiện: chế độ chiếu sáng cường độ ánh sáng tự nhiên; thống khí • Thể tích thí nghiệm: lít mơi trường thí nghiệm • Số lần lặp lại: lần Tải FULL (file word 74 trang): bit.ly/37M4XoW Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net b Phương pháp đánh giá kết - Theo dõi tiêu • Kích thước lá: sử dụng thước đo vật lý, đo khoảng rộng Mỗi mẫu chọn 10 cây, đo lấy số liệu chung bình • Chiều dài rễ: sử dụng thước đo vật lý, đo từ đầu rễ phía giáp với cuống đễn đầu rễ lại Mỗi mẫu chọn 10 cây, đo lấy số liệu trung bình 29 • Khối lượng Bèo thí nghiệm: vớt tất Bèo thí nghiệm lên, để khơ nước, cân cân thí nghiệm Cân xong lại thả Bèo vào mơi trường giống cũ • Màu lá: quan sát trực tiếp mắt, so sánh màu sắc với mẫu đối chứng • Đếm số lượng cây: chọn 10 thí nghiệm, đếm số lấy kết trung bình • Đếm số bị ảnh hưởng: thí nghiệm lấy tất Bèo khoảng có diện tích 5x5 (cm), đếm số lượng Bèo đó, số Bèo bình thường số Bèo bất thường - Tần suất số lần lặp lại: quan sát đo đạc tối thiểu 10 cá thể thí nghiệm/cơng thức sau khoảng thời gian định:0 giờ; 12 giờ: 24 giờ; 36 giờ; 48 giờ; 72 giờ; 96 thí nghiệm • Đánh giá biểu sinh vật thử nghiệm Biểu Bèo thử nghiệm bao gồm dạng: Biểu bình thường: màu xanh non đặc trưng; kích thước lá, khối lượng lá, số nhánh Bèo tăng ( theo Alonso Camargo, 2011) Biểu bị ảnh hưởng: màu bị chuyển màu, bị đốm, thâm mép lá; kích thước, khối lượng số nhánh tăng không đáng kể so với mẫu trắng; hoại tử quan; chết (theo Alonso Camargo, 2011); Biểu bị ngộ độc: bị màu xanh hồn tồn (hoại tử mơ lá); hoại tử quan khác; kích thước, khối lượng số nhánh giảm so với ban đầu chết (theo Siriwan Jantataeme cộng sự, 1996) Biểu tử vong (chết): cá thể bị chết sau thời gian thử nghiệm Toàn kết biểu sinh vật thử nghiệm biểu diễn dạng tỷ lệ phần trăm biểu tổng số cá thể thử nghiệm • Tốc độ sinh trưởng Bèo thí nghiệm theo ngày tính công thức: Tốc độ sinh trưởng (g/m2/ngày) = Khối lượng Bèo mẫu ngày Diện tích thí nghiệm 30 4217537 ... ? ?Đánh giá ảnh hưởng mức độ tích l? ?y Đồng, Kẽm, Cadimi Bèo (Lemnagibba L. ) thử nghiệm độc cấp tích? ?? Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá ảnh hưởng cấp tính mãn tính kim loại Đồng, Kẽm, Cadimi đến Bèo. .. loại Đồng, Kẽm, Cadimi đến bèo (Lemna gibba L. ) - Xác định mức độ tích l? ?y kim loại Đồng , Kẽm , Cadimi Bèo (Lemnagibba L. ) 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Thí nghiệm 1: thí nghiệm độc cấp tính. . .L? ??I CAM ĐOAN Em xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp với đề tài: ? ?Đánh giá ảnh hưởng mức độ tích l? ?y Đồng, Kẽm, Cadimi Bèo (Lemnagibba L. ) thử nghiệm độc cấp tích? ?? cơng trình nghiên