Khóa luận: Ảnh hưởng nano đồng và bạc đến vi khuẩn lam Microcystis aeruginosa

Nghiên cứu tác động của nano đồng và nano bạc đến sự phát triển của vi khuẩn độc Microcystis aeruginosa trong điều kiện phòng thí nghiệm.

• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Vật Liệu Nano Đồng Và Nano Bạc Đến Sinh Trưởng Và Phát Triển Của Chủng Vkl Độc Microcystis Aeruginosa Trong Điều Kiện Phòng Thí Nghiệm

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. PHẦN 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về VKL
• 1.1.1. VKL và độc tố VKL
• 1.1.2. Hiện tượng phú dưỡng các thủy vực
• 1.2. Một số phương pháp kiểm soát sự phát triển của VKL
• 1.2.1. Các phương pháp vật lý và cơ học
• 1.2.2. Các phương pháp sinh học
• 1.2.3. Các phương pháp hóa học
• 1.3. Vật liệu nano trong xử lý môi trường nước và vi tảo (Các loại vật liệu nano sử dụng trong xử lý môi trường và vi tảo)
• 2. PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.1.1. Chủng VKL độc Microcystis aeruginosa
• 2.1.2. Môi trường nuôi VKL độc Microcystis aeruginosa
• 2.1.3. Dụng cụ, hoá chất
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Chế tạo vật liệu nano đồng bằng phương pháp polyol
• 2.2.2. Chế tạo vật liệu nano bạc bằng phương pháp sử dụng chất khử NaBH4
• 2.2.3. Đánh giá đặc trưng vật lý của vật liệu nano chế tạo được thông qua phổ UV-VIS, TEM
• 2.2.4. Phương pháp nuôi cấy VKL trong phòng thí nghiệm
• 2.2.5. Xác định sinh trưởng VKL bằng phương pháp đếm tế bào
• 2.2.6. Xác định sinh trưởng qua đo mật độ quang (Đo OD)
• 2.2.7. Phương pháp xử lí số liệu
• 2.2.8. Bố trí thí nghiệm đánh giá sinh trưởng của VKL độc khi bị tác động bởi vật liệu nano Cu và Ag
• 3. PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả chế tạo vật liệu nano và một số đặc trưng của vật liệu nano chế tạo được
• 3.1.1. Đối với vật liệu nano đồng
• 3.1.2. Đối với vật liệu nano bạc
• 3.2. Đánh giá tác động của các vật liệu nano đồng và bạc lên sinh trưởng của chủng vi khuẩn lam độc Microcystis aeruginosa
• 3.2.1. Tác động của vật liệu nano đồng 3ppm, 5ppm, 10ppm đến sinh trưởng VKL Microcystis aeruginosa
• 3.2.2. Tác động của vật liệu nano bạc đến sinh trưởng VKL Microcystis aeruginosa
• 4. PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giải mã vật liệu nano Giải pháp mới diệt vi khuẩn lam độc

Sự phát triển của công nghệ nano đã mở ra một hướng đi đột phá trong việc xử lý ô nhiễm môi trường nước. Các vật liệu nano, đặc biệt là nano đồng và nano bạc, đang được nghiên cứu rộng rãi nhờ khả năng kháng khuẩn và diệt tảo vượt trội. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của hai loại vật liệu này đối với sự sinh trưởng và phát triển của chủng vi khuẩn lam độc Microcystis aeruginosa. Đây là loài vi khuẩn thường gây ra hiện tượng nở hoa nước và sản sinh độc tố nguy hiểm trong các thủy vực nước ngọt. Mục tiêu của nghiên cứu là chế tạo các vật liệu nano có kích thước tối ưu và xác định nồng độ hiệu quả để ức chế Microcystis aeruginosa trong điều kiện phòng thí nghiệm. Kết quả ban đầu cho thấy tiềm năng to lớn của công nghệ nano trong việc kiểm soát các vấn đề môi trường phức tạp, đặc biệt là hiện tượng phú dưỡng ngày càng trầm trọng. Việc sử dụng các hạt có kích thước nanomet giúp tăng diện tích tiếp xúc và khả năng phản ứng, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý so với các phương pháp hóa học truyền thống. Nghiên cứu cung cấp dữ liệu khoa học quan trọng, làm cơ sở cho việc phát triển các sản phẩm thương mại an toàn, hiệu quả, góp phần bảo vệ hệ sinh thái thủy sinh và sức khỏe con người.

1.1. Tổng quan về công nghệ nano trong xử lý môi trường nước

Công nghệ nano là lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng các vật liệu có kích thước từ 1 đến 100 nanomet. Ở kích thước này, vật liệu thể hiện những đặc tính vật lý và hóa học khác biệt so với dạng khối. Trong xử lý môi trường nước, các hạt nano kim loại như nano đồng (Cu) và nano bạc (Ag) được chú ý đặc biệt. Chúng có diện tích bề mặt riêng lớn, cho phép tương tác mạnh mẽ với các tế bào vi sinh vật. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng nano bạc có khả năng phá vỡ màng tế bào vi khuẩn, trong khi nano đồng có thể gây ra stress oxy hóa, dẫn đến tổn thương và tiêu diệt tế bào. Hướng tiếp cận này hứa hẹn khắc phục các nhược điểm của phương pháp hóa học truyền thống như sử dụng đồng sunphat, vốn có thể gây độc cho các sinh vật thủy sinh khác và để lại tồn dư trong môi trường.

1.2. Giới thiệu chủng vi khuẩn lam độc Microcystis aeruginosa

Microcystis aeruginosa là một trong những loài vi khuẩn lam độc phổ biến nhất trên toàn cầu, thường xuyên gây ra hiện tượng nở hoa nước tại các hồ, đập nước ngọt bị phú dưỡng. Loài này có khả năng sản sinh ra độc tố gan microcystin (MCs), một hợp chất peptide vòng có độc tính cao, gây tổn thương gan nghiêm trọng và được xem là tác nhân tiềm tàng gây ung thư. Sự bùng phát của M. aeruginosa không chỉ gây mất mỹ quan, làm suy giảm chất lượng nước mà còn đe dọa trực tiếp đến hệ sinh thái thủy sinh và sức khỏe cộng đồng khi con người sử dụng nguồn nước bị nhiễm độc tố. Việc tìm kiếm một giải pháp hiệu quả để kiểm soát sự sinh trưởng và phát triển của loài này là một yêu cầu cấp thiết.

II. Hiểm họa từ Microcystis aeruginosa và hiện tượng phú dưỡng

Hiện tượng phú dưỡng là tình trạng các thủy vực bị làm giàu quá mức bởi các chất dinh dưỡng, chủ yếu là nitơ và phốtpho. Nguồn dinh dưỡng này xuất phát từ nước thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp không qua xử lý. Đây là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự bùng phát của các loài tảo, đặc biệt là vi khuẩn lam độc. Microcystis aeruginosa là loài chiếm ưu thế trong các thủy vực phú dưỡng, hình thành nên các lớp váng xanh dày đặc trên mặt nước, gọi là hiện tượng nở hoa nước. Hậu quả của hiện tượng này vô cùng nghiêm trọng: làm giảm lượng oxy hòa tan (DO) trong nước, gây chết hàng loạt các loài thủy sinh; sản sinh các độc tố gan nguy hiểm như microcystin; cản trở hoạt động lọc nước của các nhà máy cấp nước. Các phương pháp kiểm soát truyền thống như vớt cơ học, sử dụng hóa chất (đồng sunphat, clo) thường tốn kém, hiệu quả không bền vững và có thể gây ô nhiễm thứ cấp. Do đó, việc nghiên cứu các giải pháp mới, an toàn và hiệu quả hơn như sử dụng vật liệu nano để ức chế sự sinh trưởng và phát triển của Microcystis aeruginosa là vô cùng cần thiết.

2.1. Nguyên nhân và hậu quả của hiện tượng nở hoa nước

Hiện tượng nở hoa nước xảy ra khi mật độ tế bào vi tảo, đặc biệt là vi khuẩn lam độc, tăng đột biến trong một thời gian ngắn. Nguyên nhân chính là do sự dư thừa dinh dưỡng (nitơ và phốtpho) từ các hoạt động của con người. Khi các tế bào tảo chết và phân hủy, chúng tiêu thụ một lượng lớn oxy hòa tan, tạo ra các vùng nước "chết", nơi các loài cá và sinh vật khác không thể tồn tại. Hơn nữa, sự hiện diện của các độc tố microcystin trong nước có thể gây ngộ độc cấp tính hoặc mãn tính cho động vật và con người thông qua chuỗi thức ăn hoặc tiếp xúc trực tiếp. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), việc tiếp xúc lâu dài với microcystin ở nồng độ thấp cũng làm tăng nguy cơ ung thư gan.

2.2. Hạn chế của các phương pháp xử lý vi khuẩn lam hiện tại

Các phương pháp kiểm soát Microcystis aeruginosa hiện nay bộc lộ nhiều hạn chế. Phương pháp vật lý như nạo vét bùn hay thu vớt sinh khối chỉ mang tính tạm thời và tốn kém. Phương pháp sinh học, như sử dụng các loài cá ăn tảo, có hiệu quả chậm và khó kiểm soát. Phổ biến nhất là phương pháp hóa học, sử dụng các chất diệt tảo như đồng sunphat. Tuy nhiên, việc sử dụng hóa chất ở nồng độ cao có thể tiêu diệt cả những loài tảo có lợi, gây độc cho cá và các sinh vật không phải mục tiêu. Ngoài ra, khi tế bào tảo bị vỡ đột ngột, một lượng lớn độc tố gan sẽ được giải phóng ồ ạt vào môi trường nước, làm tình hình trở nên nguy hiểm hơn. Những hạn chế này thúc đẩy nhu cầu tìm kiếm một giải pháp thay thế có tính chọn lọc cao, hiệu quả và thân thiện với môi trường.

III. Phương pháp Polyol Chế tạo nano đồng ức chế M

Để chế tạo vật liệu nano đồng có khả năng ức chế sự sinh trưởng và phát triển của Microcystis aeruginosa, nghiên cứu đã áp dụng phương pháp polyol kết hợp vi sóng. Đây là một phương pháp hiệu quả, cho phép tổng hợp các hạt nano có kích thước đồng đều và độ phân tán cao. Quy trình bắt đầu bằng việc điều chế tiền chất đồng oxalat (CuC2O4). Sau đó, tiền chất này được hòa tan trong glyxerol (đóng vai trò dung môi và chất khử) cùng với Polyvinylpyrrolidone (PVP) làm chất ổn định để ngăn chặn sự kết tụ của các hạt. Hỗn hợp phản ứng được gia nhiệt bằng lò vi sóng trong một khoảng thời gian được tối ưu hóa. Nghiên cứu đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt như thời gian phản ứng, tỷ lệ tiền chất/chất ổn định (CuC2O4/PVP) và nồng độ ban đầu. Kết quả cho thấy, điều kiện tối ưu để tạo ra các hạt nano đồng hình cầu với kích thước trung bình 11-14 nm là thời gian phản ứng 4 phút và tỷ lệ nồng độ CuC2O4/PVP là 1:90. Các hạt nano sau khi tổng hợp được đặc trưng hóa bằng phổ UV-Vis và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để xác nhận kích thước và hình thái.

3.1. Quy trình tổng hợp vật liệu nano đồng bằng phương pháp polyol

Quy trình tổng hợp vật liệu nano đồng bắt đầu bằng việc cân chính xác PVP và hòa tan trong glyxerol, sau đó khuấy từ và gia nhiệt đến 70°C. Tiếp theo, tiền chất đồng oxalat (CuC2O4) được thêm vào và tiếp tục khuấy để tạo hỗn hợp đồng nhất. Cuối cùng, hỗn hợp được đưa vào lò vi sóng ở chế độ 'high medium'. Năng lượng vi sóng giúp gia nhiệt nhanh và đồng đều, thúc đẩy quá trình khử ion Cu2+ thành các hạt nano đồng (Cu0). PVP đóng vai trò quan trọng trong việc bao bọc các hạt nano ngay khi chúng hình thành, ngăn chúng kết tụ lại thành các hạt lớn hơn. Việc tối ưu hóa các thông số như thời gian chiếu xạ và nồng độ PVP là yếu tố quyết định để thu được các hạt nano có kích thước nhỏ và phân bố đồng đều.

3.2. Thí nghiệm đánh giá tác động của nano đồng lên vi khuẩn lam

Để đánh giá hiệu quả ức chế, chủng Microcystis aeruginosa được nuôi cấy trong môi trường CB. Sau đó, vật liệu nano đồng được bổ sung vào các bình nuôi cấy ở các nồng độ khác nhau: 3 ppm, 5 ppm và 10 ppm. Một mẫu đối chứng không bổ sung nano đồng được duy trì song song để so sánh. Sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn lam được theo dõi trong 6 ngày. Các chỉ số được đo định kỳ bao gồm mật độ quang (OD) ở bước sóng 750nm và mật độ tế bào (đếm bằng buồng đếm Sedgewick-Rafter). Việc theo dõi cả hai chỉ số này giúp đưa ra đánh giá toàn diện và chính xác về mức độ ức chế của nano đồng đối với vi khuẩn lam độc.

IV. Cách dùng NaBH4 chế tạo nano bạc diệt vi khuẩn lam độc

Phương pháp khử hóa học sử dụng Natri borohydride (NaBH4) đã được lựa chọn để tổng hợp vật liệu nano bạc nhờ hiệu quả cao và khả năng kiểm soát tốt kích thước hạt. NaBH4 là một chất khử mạnh, có khả năng khử nhanh ion bạc (Ag+) thành các nguyên tử bạc (Ag0). Trong quy trình này, dung dịch bạc nitrat (AgNO3) được sử dụng làm nguồn cung cấp ion Ag+. Để ngăn ngừa sự kết tụ và ổn định các hạt nano bạc mới hình thành, các chất ổn định như chitosan và axit citric được thêm vào hỗn hợp phản ứng. Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát kỹ lưỡng ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ chất khử và ion bạc (NaBH4/Ag+) đến hình thái và kích thước của hạt nano. Kết quả cho thấy, tỷ lệ tối ưu là NaBH4/Ag+ = 0,3. Ở tỷ lệ này, các hạt nano bạc thu được có dạng hình cầu, kích thước nhỏ hơn 10 nm và độ phân tán rất tốt, được xác nhận qua ảnh chụp TEM. Các hạt nano bạc này sau đó được sử dụng trong các thí nghiệm để đánh giá khả năng ức chế sự sinh trưởng và phát triển của Microcystis aeruginosa.

4.1. Vai trò của chất khử NaBH4 và chất ổn định trong tổng hợp

Chất khử NaBH4 đóng vai trò then chốt trong việc chuyển hóa ion Ag+ thành bạc kim loại. Tốc độ phản ứng khử ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hình thành mầm và phát triển của hạt nano. Nếu nồng độ NaBH4 quá cao, quá trình khử diễn ra quá nhanh, dẫn đến việc các hạt nano dễ bị kết tụ. Ngược lại, nồng độ thấp sẽ làm giảm hiệu suất. Trong khi đó, chitosan và axit citric đóng vai trò là các chất "áo khoác", bao bọc bề mặt các hạt nano bạc, tạo ra lực đẩy tĩnh điện giữa chúng và ngăn cản chúng tiến lại gần nhau. Sự kết hợp hài hòa giữa chất khử và chất ổn định là bí quyết để tạo ra dung dịch keo nano bạc bền vững với kích thước hạt mong muốn.

4.2. Bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả của nano bạc

Tương tự như thí nghiệm với nano đồng, các bình nuôi cấy chủng Microcystis aeruginosa được chuẩn bị sẵn trong môi trường CB. Dung dịch nano bạc được bổ sung vào các bình với ba mức nồng độ: 50 ppm, 100 ppm và 150 ppm. Một mẫu đối chứng không chứa nano bạc cũng được thiết lập. Quá trình theo dõi sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn lam độc kéo dài trong 6 ngày. Các thông số chính được ghi nhận là mật độ quang (OD) và mật độ tế bào. Việc so sánh kết quả giữa các công thức thí nghiệm và mẫu đối chứng cho phép xác định rõ ràng mức độ ảnh hưởng và nồng độ hiệu quả của nano bạc trong việc kiểm soát Microcystis aeruginosa.

V. Kết quả Tác động của nano đồng bạc lên sinh trưởng VKL

Kết quả nghiên cứu cho thấy cả vật liệu nano đồng và nano bạc đều thể hiện khả năng ức chế mạnh mẽ sự sinh trưởng và phát triển của Microcystis aeruginosa. Đối với nano đồng, hiệu quả ức chế tăng dần theo nồng độ. Ở nồng độ 10 ppm, mật độ tế bào vi khuẩn lam giảm đáng kể so với mẫu đối chứng chỉ sau 4 ngày. Phân tích mật độ quang (OD) cũng cho kết quả tương tự, chứng tỏ nano đồng đã can thiệp hiệu quả vào quá trình quang hợp và phân chia tế bào của vi khuẩn lam độc. Trong khi đó, nano bạc thể hiện tác động còn mạnh mẽ hơn. Ngay cả ở nồng độ thấp nhất là 50 ppm, nano bạc đã cho thấy khả năng ức chế rõ rệt. Ở nồng độ 100 ppm và 150 ppm, sự phát triển của Microcystis aeruginosa gần như bị kìm hãm hoàn toàn trong suốt 6 ngày theo dõi. Dữ liệu từ Bảng 12 cho thấy giá trị OD ở các mẫu xử lý bằng nano bạc thấp hơn rất nhiều so với mẫu đối chứng. Những kết quả này khẳng định cơ chế tác động hiệu quả của các hạt nano kim loại lên tế bào vi khuẩn lam độc, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tiễn.

5.1. Phân tích hiệu quả ức chế của các nồng độ nano đồng

Dữ liệu biến động mật độ quang (OD) và mật độ tế bào cho thấy rõ mối tương quan giữa nồng độ nano đồng và hiệu quả ức chế. Tại ngày thứ 6, mẫu đối chứng có mật độ tế bào đạt đỉnh, trong khi các mẫu xử lý với nano đồng 3 ppm, 5 ppm, và 10 ppm có mật độ thấp hơn đáng kể. Đặc biệt, công thức 10 ppm thể hiện sự khác biệt rõ rệt nhất, cho thấy đây là nồng độ có tác dụng diệt tảo mạnh. Cơ chế có thể là do ion Cu2+ giải phóng từ bề mặt hạt nano gây ra stress oxy hóa, làm hỏng các cấu trúc quan trọng như màng tế bào và hệ thống quang hợp của Microcystis aeruginosa.

5.2. Đánh giá tác động vượt trội của vật liệu nano bạc

So với nano đồng, nano bạc cho thấy hiệu quả ức chế Microcystis aeruginosa nhanh và mạnh hơn ở các nồng độ thử nghiệm. Biểu đồ biến động OD (Hình 30) cho thấy đường cong tăng trưởng của vi khuẩn lam trong các mẫu xử lý bằng nano bạc (50, 100, 150 ppm) gần như đi ngang, khác biệt hoàn toàn so với đường cong tăng trưởng dốc đứng của mẫu đối chứng. Điều này chứng tỏ nano bạc không chỉ làm chậm mà còn gần như ngăn chặn hoàn toàn sự phát triển của vi khuẩn lam độc. Tác động mạnh mẽ này được cho là do khả năng của nano bạc trong việc phá vỡ cấu trúc màng tế bào và ức chế các enzyme thiết yếu, dẫn đến cái chết nhanh chóng của tế bào.

VI. Tiềm năng ứng dụng nano đồng bạc trong xử lý nước sạch

Nghiên cứu này đã chứng minh thành công hiệu quả của vật liệu nano đồng và nano bạc trong việc ức chế sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn lam độc Microcystis aeruginosa. Kết quả mở ra một hướng đi đầy hứa hẹn cho việc kiểm soát hiện tượng nở hoa nước và giảm thiểu rủi ro từ độc tố gan trong các thủy vực. Với hiệu quả cao ở nồng độ thấp, việc sử dụng vật liệu nano có thể giúp giảm lượng hóa chất cần thiết, từ đó giảm thiểu tác động tiêu cực đến hệ sinh thái. Tương lai của công nghệ này nằm ở việc phát triển các phương pháp ứng dụng thực tế, chẳng hạn như tích hợp nano vào các vật liệu lọc, tạo ra các chế phẩm phun trực tiếp lên mặt nước hoặc cố định chúng trên các chất mang để tăng hiệu quả và khả năng thu hồi. Tuy nhiên, trước khi triển khai trên quy mô lớn, cần có thêm các nghiên cứu sâu hơn về tác động lâu dài của nano đồng và nano bạc đối với các sinh vật khác trong chuỗi thức ăn và khả năng tích lũy sinh học của chúng trong môi trường, đảm bảo sự phát triển bền vững và an toàn.

6.1. Hướng phát triển sản phẩm diệt tảo từ vật liệu nano

Từ kết quả nghiên cứu, có thể phát triển các sản phẩm diệt tảo thế hệ mới dựa trên nano đồng và nano bạc. Các sản phẩm này có thể ở dạng dung dịch keo đậm đặc, dễ dàng pha loãng và phun lên các khu vực bị nở hoa nước. Một hướng khác là tẩm các hạt nano lên các vật liệu xốp như zeolite hoặc than hoạt tính. Cách làm này không chỉ giúp phân tán đều nano trong nước mà còn dễ dàng thu hồi sau khi xử lý, hạn chế phát tán ra môi trường. Việc kết hợp cả nano đồng và nano bạc cũng có thể tạo ra hiệu ứng hiệp đồng, tăng cường hiệu quả diệt tảo và giảm nồng độ sử dụng của từng kim loại.

6.2. Thách thức và định hướng nghiên cứu trong tương lai

Mặc dù rất tiềm năng, việc ứng dụng rộng rãi vật liệu nano vẫn đối mặt với một số thách thức. Mối quan tâm hàng đầu là độc tính tiềm tàng của chúng đối với các sinh vật không phải mục tiêu và sự tích lũy trong môi trường. Các nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc đánh giá vòng đời của các hạt nano trong hệ sinh thái thủy sinh, từ sự phát tán, biến đổi hóa học cho đến tác động lên các cấp dinh dưỡng khác nhau. Ngoài ra, việc tối ưu hóa quy trình sản xuất để giảm chi phí và nâng cao tính ổn định của sản phẩm cũng là một định hướng quan trọng để công nghệ này có thể được áp dụng rộng rãi trong thực tiễn quản lý và bảo vệ tài nguyên nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Các thủy vực nước ngọt có ý nghĩa quan trọng trong việc điều tiết và cung cấp nước cho các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt cùa con người. Ngoài ra, chúng còn mang ý nghĩa sinh thái quan trọng, là môi trường sống của các sinh vật thủy sinh. Trong một vài thập ki gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của đất nước, ngành công nghiệp Việt Nam cũng đã có những tiến bộ không ngừng cả về số lượng các nhà máy lẫn chất lượng sàn phẩm. Ngành công nghiệp trong nước đã đem lại những lợi ích to lớn cho người dân, góp phần phát triến nền kinh tế chung của đất nước.

Bên cạnh những mặt tích cực do sự phát triền cùa các ngành công nghiệp mang lại thì cũng phải kể đến những tác động tiêu cực. Một trong những tác động tiêu cực đó là việc suy giám chất lượng nước trong các ao hồ thủy vực do sự xá thài ồ ạt không qua xử lý của các nhà máy, khu công nghiệp. Hầu hết các ao hồ, sông ngòi đi qua các nhà máy. khu công nghiệp hay các khu dân cư đông đúc ở Việt Nam đều bị ô nhiễm, đặc biệt là các ao hồ trong các đô thị lớn như.

Hà Nội và Thành phô Hô Chí Minh. Những nguồn nước bị 0 nhiêm này có nông độ các muối dinh dưỡng chứa nitơ và phot pho cao hơn rất nhiều lần cho phép, gây ra hiện tượng phì dưỡng, là nguyên nhân gây bùng phát sự phát triến cũa vi táo nói chung, trong đó có vi khuẩn lam (Cyanobacteria) hay còn gọi là tảo lam. Đây được gọi là hiện tượng nở hoa nước (water bloom). Khoáng 'A trong số các loài tào gây hiện tượng nở hoa có khá năng sán sinh độc tố.

Chúng đang là mối đe dọa, thậm chí có thề tàn phá khu hệ động, thực vật. Cấu trúc hóa học của các độc tố tào trong tự nhiên rất khác nhau, nhưng chúng không dễ bị phá húy hoặc tiêu giám trong quá trình đun nấu và cũng không ành hường đến mùi vị cùa thực phấm. Vi khuẩn lam (VKL) là nhóm chiếm ưu thế trong các mẫu nước nở hoa trong các thúy vực nước ngọt. Các kháo sát tiến hành ở nhiều quốc gia trên thế giới cho thấy nhiều loài vi khuấn lam gây nở hoa có khả năng sán xuất ra các chất gây độc hay còn gọi là độc tố vi khuẩn lam và có tỷ lệ sinh ra độc tố khá cao, khoáng 50-90%.

Phần lớn (> 75%) VKL gây nờ hoa tại các thúy vực là các loài có khả năng sãn sinh độc tố (Sinoven. Những độc tố này Dương Ngọc Anh Lớp 11 - 02 được xếp vào loại các hợp chất rất độc có nguồn gốc sinh học và có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người, thuỷ sản, vật nuôi, động vật hoang dã,. cũng như ánh hường tới các hoạt động du lịch, thẻ thao dưới nước. Cho đen nay, hơn 100 loài VKL thuộc 40 chi được biết đến có khả năng gây độc, trong số đó các chi Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon, Cylindrospermopsis, Lyngbya, Nostoc, Nodularia and Oscillatoria là những chi có nhiều loài gây độc nhất.

Microcystis aeruginosa là loài xuất hiện ờ hầu khắp các thúy vực nước ngọt trên thế giới. Ngoài việc gây nguy hiếm trực tiếp cho các sinh vật thúy sinh và gián tiếp tác động đến sức khỏe cùa con người, tào nờ hoa còn gây mất mĩ quan trong các đô thị. Vì vậy, van đề cấp bách là đưa ra các biện pháp nham kiểm soát, hạn chế và loại bó tào lam độc có trong nguồn nước thủy vực. Trên thực tế đã có khá nhiều biện pháp được đưa ra, từ cơ học, vật lý đến hóa học, nhưng các biện pháp này đều còn nhiều mặt hạn chế.

Một hướng nghiên cứu mới khắc phục được hạn chế cũa các phương pháp hóa học đó là sử dụng các vật liệu kích thước nano để vần diệt được táo mà lại không gây ánh hưởng đến các sinh vật thủy sinh. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu để đưa ra các biện pháp ngăn ngừạ^sự phát triển qua tảo lam độc vẫn chưa được chú trọng. Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên, trong khuôn khổ khóa luận này tôi thực hiện đề tài nghiên cứu: “Nghiên cún ảnh hưỏng của vật liệu nano đồng và nano bạc đến sinh trưởng và phát triền của chủng VKL độc Microcystis aeruginosa trong điều kiện phòng thí nghiệm” nhàm mục tiêu chế tạo và lựa chọn được vật liệu nano xừ lý tối ưu bùng phđt vi khuẩn lam và vi táo; đánh giá tác động của vật liệu nano chê tạo được lên sự sinh trường và phát triển của chung VKL độc. Dưong Ngọc Anh 2 Lóp 11 - 02 PHẦN 1: TÓNG QUAN 1.1: Tổng quan về VKL 1.1: VKL và dộc tố VKL 1.1: Dặc tính sinh học của VKL Vi khuân lam (VKL) hay Tào lam là nhóm vi sinh vật bao gồm các cơ thế tiền nhân đa bào hay đơn bào có chlorophyll a và tiến hành quá trình quang hợp liên quan đến hệ quang hóa I và 11 (Castcnholz và Waterbury, 1989).

* Phân loại: Theo những đặc điềm hình thái khác nhau, VKL được chia thành 4 bộ: Chlorococcales, Oscillatoriales, Nostocales và Stigonematales (Theo Anagnostidis và Komárek, 1985. 1988, 1990:Komárek và Anagnostidis, 1986, 1989). Bộ Chlorococcales bao gồm những loài VKL đơn bào hay đa bào dạng tập đoàn, không hình thành sợi. Tuy nhiên một số dạng phức tạp thì có tán phân cực và xuất hiện những te bào biệt hóa.

Sự phân chia tế bào xảy ra ở trên 1, 2 hay nhiều mặt.hợn\'iện Đại học Mơ Hà Nội - Bộ Oscillatoriales bao gồm những loài dạng sợi, sự phân chia tế bào chi xảy ra ớ trên 1 mặt phăng vuông góc với chiều dài cúa sợi. Chúng không có te bào dị hình (heterocyte) hay bào tứ màng dày (akinete). - Bộ Nostocales bao gồm những loài dạng sợi với những tế bào phân chia chi trong 1 mặt phăng vuông góc với chiều dài cùa sợi. Chúng có tế bào dị hình bào tử màng dày.

Chi có thế có sự phân nhánh giá. - Bộ Stigonematales bao gồm những loài dạng sợi có tế bào dị hình, bào tứ màng dày và phân nhánh thật. * Phân bố trong tự nhiên: Phàn lớn VKL là những cơ thê quang tự dưỡng hiếu khí. Quá trình sông dõi hỏi nước, co2, các chất vô cơ và ánh sáng thông qua quá trình quang hợp (Tuy nhiên, có một số loài có khâ năng tồn tại 1 thời gian dài trong bóng tối).VKL cũng có khả năng sống dị dưỡng rõ rệt (Fay, 1965).

Nhờ những sắc tố bên ngoài cùa bộ máy quang hợp được dùng đề hấp thu tia từ ngoại, làm tăng cường sự phù hợp của chúng với môi trường đất nên VKL Dương Ngọc Anh 3 Lớp 11 - 02 thường là thực vật đầu tiên xâm chiếm những mánh đất khô cần như đất và đá. Môi trường nước ao hồ và biển là nơi sống ưa thích của chúng. Chúng có thề sống trong môi trường nước ngọt, mặn, lợ hay trong các suối nước nóng, lạnh và cà trong môi trường không có loài tâo nào ton tại (Đặng Đình Kim, Dương Thị Thúy và cs ,2014). VKL có khá năng đặc biệt đế có thế sống được ở những nơi khấc nghiệt như tro núi lửa, hoang mạc và đá (Jaag, 1945; Dor và Danin, 1996).Chúng có thể mọc xen vào các kẽ đá đế phá vờ các tàng đá lớn (Đặng Đình Kim.

Dương Thị Thúy và cs ,2014). VKL có thế sống cộng sinh với thực vật và động vật như: nam, rêu, dương xi, cây hạt trần và hạt kín (Rai, 1990). VKL là một trong những sinh vật tiên phong trên Trái đất. Chúng có thế là sinh vật sàn xuất chất hữu cơ chú yếu và là những cơ thế đầu tiên thài oxygen vào khí quyên.

* Cấu trúc CO' thể, chức năng và lối sống: Nghiên cứuỊCấu, t^c pợ iỊ^ẹ: bằng.ính hiến Ý quang học và điện tử. Hình thái cơ bán bao gồm đơn bào, đa bào dạng tập đoàn hay dạng sợi. Ờ bộ Chroococcales đơn bào, có tế bào hình cầu, oval hay hình trụ.Te bào con tách ra khói tế bào mẹ bàng cách phân dôi. Các tế bào con sau khi sinh ra có thẻ tích tụ lại vào trong một tập đoàn không đều và được giữ lại nhờ khối nhầy trong suốt quá trình sinh trường để tạo thành tập đoàn.

Bộ Chamaesiphonales, bào tứ ngoại bào được náy ra từ đau trên cúa tế bào. Còn trong bộ Pleurocapsales là kiều nhân đôi cơ bàn bới một loạt quá trình phân đôi liên tiếp đế chuyến một tế bào mẹ thành nhiều tế bào con (Đặng Đình Kim. Dương Thị Thúy và cs ,2014). Hình thái sợi là kết quà của sự phân chia tế bào lặp đi lặp lại trong một mặt phang theo hướng vuông góc với trục chính của sợi.

cấu trúc đa bào bao gồm một chuỗi các tế bào được gọi là Trichome (Trichome có thế duỗi thẳng hay cuộn xoắn). Bộ Oscillatoriales, các Trichome không theo thứ tự. không phân nhánh, bao gồm các tế bào giống hệt nhau. Các bộ còn lại thì có bộ Trichome gồm các tế bào không đong nhất.

Các tế bào sinh dưỡng có thể dược biệt hóa thành tế bào dị hình và các bào tư màng dày đe nuôi dường cơ thế trong điều kiện bất lợi. Dương Ngọc Anh 4 Lớp 11 - 02 VKL chỉ sinh sán vô tính. Các loài dạng sợi thường sinh sãn bàng cách phân đoạn các Trichome hoặc hình thành các đoạn tào. VKL không có màng nhân, chi có lớp màng peptidoglycan và chứa ribosome 70S (Bryan, 1994).

Sac tố quang hợp của VKL ở trong các thylakoid nam tự do trong tế bào chất, gần bề mặt tế bào. Màu săc tế bào biến động từ xanh lam sang đõ tím. Màu xanh của chlorophyll a thường bị che bởi các carotenoit (Beta-caroten,.) và các sắc tố phụ như phycocyanin, allophycocyanin, phycoerythrin. Các sac tố hợp lại trong các phycobilisome.

xếp thành hàng trên bề mặt thylakoid (Douglas. Tat cả các VKL đều chứa chlorophyll a và phycocyanin. VKL có kiểu quang dường thài oxygen qua hai hệ quang hóa SPI và SPI1 trong bộ máy quang hợp. Khá năng sinh trưởng quang hợp liên tục trong điều kiện có oxygen cùng với việc có nước cung cấp electron cho quá trình khứ co2, đã làm cho VKL có thế có mặt ờ mọi vung sinh thái (Whitton, 1992).

VKL có thế sản sinh ra các sắc tố khác cần thiết đề hấp thu ánh sáng hiệu quà nhất trong mọi điều kiện sống. VKL có khă năng dụ trữ và, đồng hóa cas chất dinh dường thiết yếu bên trong tế bào chất. Các the vùi dề thay trong te bào chất có thế quan sát qua kính hiến vi điện tử là các hạt glycogen, giọt lipid, các hạt cyanophycin, các thể polyphosphate hay carboxysome (Fay và Van Baalcn, 1987). Sản phâm dược tích lũy dưới điều kiện thiếu chất dinh dưỡng nào đó.