Nghiên Cứu Độc Tố Cylindrospermopsin Của Vi Khuẩn Lam Tại Một Số Thủy Vực Ở Đắk Lắk

Luận án tiến sĩ phân tích xác định thành phần loài và khả năng sinh độc tố cylindrospermopsin của vi khuẩn lam trong một số, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng

• Tác giả: Ngô Thị Diễm My
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Thu Liên
• Trường học: Đại học Huế
• Chuyên ngành: Sinh học
• Đề tài: Nghiên Cứu Độc Tố Cylindrospermopsin Từ Vi Khuẩn Lam Ở Đắk Lắk
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Huế

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1.1. Giới thiệu về vi khuẩn lam
• 1.1.2. Đặc điểm chung vi khuẩn lam
• 1.1.3. Phân loại vi khuẩn lam
• 1.1.4. Độc tố cylindrospermopsin
• 1.1.4.1. Cấu trúc hóa học
• 1.1.4.2. Hàm lượng độc tố cylindrospermopsin trong các thủy vực trên thế giới
• 1.1.4.3. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên hàm lượng và sinh tổng hợp CYN
• 1.1.4.4. Quá trình tổng hợp độc tố cylindrospermopsin
• 1.1.4.5. Độc tính của cylindrospermopsin
• 1.1.5. Phương pháp xác định VKL có khả năng sinh độc tố CYN
• 1.1.5.1. Nhóm gen tham gia quá trình sinh tổng hợp độc tố CYN
• 1.1.5.2. Phương pháp nhận dạng, phân loại VKL có khả năng sinh độc tố CYN
• 1.1.5.3. Phương pháp xác định độc tố CYN
• 1.1.6. Tình hình nghiên cứu về độc tố CYN và các loài VKL có khả năng sinh độc tố CYN trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.1.6.1. Trên thế giới
• 1.1.7. Điều kiện tự nhiên chung của khu vực nghiên cứu
• 1.1.7.1. Vị trí địa lý
• 1.1.7.2. Đặc điểm các hồ chứa nghiên cứu
• 1.2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.2.1. Đối tượng, địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 1.2.1.1. Địa điểm nghiên cứu
• 1.2.1.2. Thời gian nghiên cứu
• 1.2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 1.2.2.1. Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa
• 1.2.2.2. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
• 1.2.2.3. Xử lý số liệu
• 1.3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 1.3.1. Thành phần loài VKL hồ Ea Nhái và hồ Buôn Phong, tỉnh Đắk Lắk
• 1.3.1.1. Thành phần loài VKL
• 1.3.1.2. Mô tả hình thái các loài VKL nghiên cứu
• 1.3.1.3. Các loài VKL có khả năng sinh ra độc tố trong hồ Ea Nhái và hồ Buôn Phong
• 1.3.1.4. Thể tích sinh học của các loài VKL và hàm lượng độc tố CYN trong hồ Ea Nhái và hồ Buôn Phong
• 1.3.1.4.1. Thể tích sinh học của các loài VKL và hàm lượng độc tố CYN trong hồ Ea Nhái
• 1.3.1.4.2. Thể tích sinh học của các loài VKL và hàm lượng độc tố CYN trong hồ Buôn Phong
• 1.3.1.5. Khả năng sinh độc tố của các chủng tảo phân lập
• 1.3.1.5.1. Kết quả phân lập và nuôi cấy
• 1.3.1.5.2. Hàm lượng độc tố CYN trong các chủng phân lập
• 1.3.1.5.3. Sự hiện diện của các gen liên quan đến sự tổng hợp độc tố CYN trong các chủng VKL
• 1.3.1.5.4. Mối tương quan giữa các gen tổng hợp độc tố và khả năng sinh độc tố CYN trong các chủng
• 1.3.1.6. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên sự biến động thể tích sinh học của các loài VKL sinh độc tố CYN và hàm lượng độc tố CYN trong hồ Ea Nhái và hồ Buôn Phong
• 1.3.1.6.1. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên sự biến động thể tích sinh học của các loài VKL sinh độc tố CYN và hàm lượng độc tố CYN trong hồ Ea Nhái
• 1.3.1.6.2. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường lên sự biến động thể tích sinh học của các loài VKL sinh độc tố CYN và hàm lượng độc tố CYN trong hồ Buôn Phong
• 2. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Cylindrospermopsin Từ Vi Khuẩn Lam Ở Đắk Lắk

Đắk Lắk, với mạng lưới hồ chứa phong phú, đóng vai trò quan trọng trong cung cấp nước cho sinh hoạt và sản xuất. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu và hoạt động nông nghiệp đã gây ra phú dưỡng, thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn lam độc hại, đặc biệt là các loài sinh Cylindrospermopsin. Đây là một vấn đề đáng lo ngại vì độc tố Cylindrospermopsin có thể gây hại cho sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định thành phần loài vi khuẩn lam có khả năng sinh độc tố Cylindrospermopsin trong một số thủy vực ở Đắk Lắk, đánh giá rủi ro tiềm ẩn và xác định các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của chúng. Các nghiên cứu trước đây tại Đắk Lắk chủ yếu tập trung vào thành phần loài thực vật phù du mà chưa đi sâu vào nhóm vi khuẩn lam độc tố, đây là một khoảng trống cần được lấp đầy để bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý và kiểm soát sự phát triển của vi khuẩn lam độc hại.

1.1. Tầm Quan Trọng của Nghiên Cứu Độc Tố Cylindrospermopsin

Cylindrospermopsin là một độc tố vi khuẩn lam được quan tâm đặc biệt do khả năng phân bố rộng rãi và tác động độc hại lên nhiều cơ quan. Khác với các độc tố khác, Cylindrospermopsin có thể được giải phóng vào nước ngay cả khi tế bào còn nguyên vẹn, làm tăng nguy cơ phơi nhiễm. Nghiên cứu về Cylindrospermopsin trong nước ở Đắk Lắk là cần thiết để đánh giá mức độ ô nhiễm và đưa ra các biện pháp phòng ngừa.

1.2. Hiện Trạng Nghiên Cứu Vi Khuẩn Lam Tại Đắk Lắk

Mặc dù hiện tượng nước đổi màu và mùi khó chịu thường xuyên xảy ra trong mùa khô ở một số hồ chứa tại Đắk Lắk, các nghiên cứu về vi khuẩn lam độc hại và độc tố Cylindrospermopsin còn hạn chế. Nghiên cứu của Lê Thương (2010) đã quan sát thấy sự xuất hiện của các loài vi khuẩn lam sinh Cylindrospermopsin, nhưng chưa có dữ liệu cụ thể về hàm lượng độc tố Cylindrospermopsin trong hồ. Cần thiết phải có một chương trình giám sát sinh học hiệu quả để bảo vệ an toàn nguồn nước.

II. Nguy Cơ Ô Nhiễm Nguồn Nước Do Cylindrospermopsin Ở Đắk Lắk

Tình trạng ô nhiễm nguồn nước do vi khuẩn lam sinh độc tố Cylindrospermopsin ngày càng trở nên nghiêm trọng ở nhiều nơi trên thế giới, và Đắk Lắk không phải là ngoại lệ. Các hoạt động nông nghiệp không bền vững, xả thải sinh hoạt và công nghiệp không được kiểm soát đã góp phần làm tăng hàm lượng dinh dưỡng trong các hồ chứa, tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn lam phát triển mạnh mẽ. Biến đổi khí hậu, với các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán kéo dài, cũng làm gia tăng nguy cơ ô nhiễm Cylindrospermopsin. Sự hiện diện của Cylindrospermopsin trong hồ có thể ảnh hưởng đến sức khỏe của con người thông qua việc sử dụng nước uống, nước tưới tiêu và các hoạt động giải trí. Cần có các biện pháp giám sát Cylindrospermopsin và quản lý chặt chẽ để giảm thiểu nguy cơ.

2.1. Ảnh Hưởng Của Phú Dưỡng Lên Sự Phát Triển Vi Khuẩn Lam

Phú dưỡng, do dư thừa dinh dưỡng như nitơ và photpho, là nguyên nhân chính dẫn đến sự bùng phát của vi khuẩn lam. Các hoạt động nông nghiệp sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu hóa học không hợp lý, cùng với nước thải sinh hoạt và công nghiệp, đã làm tăng lượng dinh dưỡng trong các hồ chứa ở Đắk Lắk. Tình trạng này tạo điều kiện lý tưởng cho vi khuẩn lam phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là các loài sinh Cylindrospermopsin.

2.2. Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu Đến Độc Tố Vi Khuẩn Lam

Biến đổi khí hậu, với các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán kéo dài, làm giảm lượng nước và tăng thời gian tồn lưu nước trong các hồ chứa. Điều này thúc đẩy quá trình phú dưỡng và tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn lam phát triển. Nhiệt độ tăng cao cũng có thể làm tăng độc tính của Cylindrospermopsin, gây ra những tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Theo Huisman và cs., sự ấm lên toàn cầu sẽ kích thích sự nở hoa của nhóm loài vi khuẩn lam độc hại theo hướng tăng cả tần suất, cường độ và thời gian.

2.3. Nguy Cơ Tiềm Ẩn Đối Với Sức Khỏe Cộng Đồng Tại Đắk Lắk

Sự hiện diện của Cylindrospermopsin trong nguồn nước có thể gây ra nhiều nguy cơ cho sức khỏe cộng đồng. Tiếp xúc với độc tố Cylindrospermopsin thông qua nước uống, nước tưới tiêu hoặc các hoạt động giải trí có thể gây ra các vấn đề về gan, thận, phổi và hệ thần kinh. Cần có các biện pháp xử lý Cylindrospermopsin hiệu quả để bảo vệ sức khỏe của người dân Đắk Lắk.

III. Phân Tích Cylindrospermopsin và Thành Phần Loài Ở Đắk Lắk

Để đánh giá chính xác nguy cơ ô nhiễm Cylindrospermopsin, việc phân tích Cylindrospermopsin và xác định thành phần loài vi khuẩn lam là vô cùng quan trọng. Nghiên cứu này tập trung vào việc thu thập mẫu từ các hồ chứa ở Đắk Lắk, sau đó tiến hành phân tích trong phòng thí nghiệm để xác định các loài vi khuẩn lam có khả năng sinh độc tố Cylindrospermopsin và đo lường hàm lượng độc tố trong nước. Các phương pháp phân tích Cylindrospermopsin hiện đại như HPLC-MS/MS được sử dụng để đảm bảo độ chính xác và độ nhạy cao. Kết quả phân tích sẽ cung cấp thông tin quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm Cylindrospermopsin và đưa ra các biện pháp phòng ngừa và xử lý Cylindrospermopsin phù hợp.

3.1. Phương Pháp Phân Tích Cylindrospermopsin Trong Phòng Thí Nghiệm

Các phương pháp phân tích Cylindrospermopsin bao gồm sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) kết hợp với khối phổ (MS/MS) là lựa chọn hàng đầu. Phương pháp này cho phép định lượng chính xác hàm lượng Cylindrospermopsin trong mẫu nước. Trước khi phân tích, mẫu nước cần được xử lý để loại bỏ các tạp chất và làm giàu Cylindrospermopsin. Việc chuẩn hóa quy trình phân tích Cylindrospermopsin là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.

3.2. Xác Định Thành Phần Loài Vi Khuẩn Lam Bằng Phương Pháp Phân Tử

Bên cạnh phương pháp hình thái truyền thống, phương pháp phân tử dựa trên phân tích DNA được sử dụng để xác định thành phần loài vi khuẩn lam một cách chính xác. Kỹ thuật PCR (phản ứng chuỗi polymerase) được sử dụng để khuếch đại các đoạn gen đặc trưng của các loài vi khuẩn lam, sau đó tiến hành giải trình tự gen để xác định loài. Phương pháp này cho phép phát hiện cả những loài vi khuẩn lam khó nhận biết bằng phương pháp hình thái.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Cylindrospermopsin tại Hồ Ea Nhái Đắk Lắk

Nghiên cứu tại hồ Ea Nhái, Đắk Lắk, cho thấy sự hiện diện của một số loài vi khuẩn lam có khả năng sinh độc tố Cylindrospermopsin, trong đó loài Raphidiopsis mediterranea là phổ biến nhất. Hàm lượng Cylindrospermopsin trong hồ biến động theo mùa, đạt đỉnh vào mùa khô khi nhiệt độ cao và hàm lượng dinh dưỡng tăng. Kết quả này cho thấy nguy cơ ô nhiễm Cylindrospermopsin tại hồ Ea Nhái là có thật và cần có các biện pháp giám sát Cylindrospermopsin chặt chẽ. Mối tương quan giữa các yếu tố môi trường và sự phát triển của Raphidiopsis mediterranea cũng được xác định, giúp dự đoán nguy cơ bùng phát vi khuẩn lam.

4.1. Sự Biến Động Theo Mùa Của Cylindrospermopsin Và Raphidiopsis mediterranea

Hàm lượng Cylindrospermopsin trong hồ Ea Nhái có xu hướng tăng vào mùa khô, trùng với thời điểm Raphidiopsis mediterranea phát triển mạnh mẽ. Điều này cho thấy mối liên hệ chặt chẽ giữa sự phát triển của loài vi khuẩn lam này và sự gia tăng độc tố Cylindrospermopsin. Các yếu tố như nhiệt độ, ánh sáng và hàm lượng dinh dưỡng có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của Raphidiopsis mediterranea và sự sinh tổng hợp Cylindrospermopsin.

4.2. Ảnh Hưởng Của Các Yếu Tố Môi Trường Lên Độc Tố Cylindrospermopsin

Nghiên cứu cho thấy có mối tương quan giữa hàm lượng Cylindrospermopsin và các yếu tố môi trường như nhiệt độ, pH, hàm lượng nitơ và photpho. Nhiệt độ cao và hàm lượng dinh dưỡng cao có thể thúc đẩy sự phát triển của Raphidiopsis mediterranea và tăng cường quá trình sinh tổng hợp Cylindrospermopsin. Cần có các biện pháp kiểm soát dinh dưỡng để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn lam và giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm Cylindrospermopsin.

V. Nghiên Cứu Cylindrospermopsin tại Hồ Buôn Phong Đắk Lắk

Tại hồ Buôn Phong, nghiên cứu xác định được loài Raphidiopsis raciborskii và Anabaena sp. có khả năng sinh độc tố Cylindrospermopsin. Tương tự như hồ Ea Nhái, hàm lượng Cylindrospermopsin cũng biến động theo mùa, đạt đỉnh vào mùa khô. So với hồ Ea Nhái, nồng độ Cylindrospermopsin trung bình tại hồ Buôn Phong thấp hơn, nhưng vẫn đủ để gây ra lo ngại về an toàn nguồn nước. Nghiên cứu cũng tập trung vào việc phân lập và nuôi cấy các chủng vi khuẩn lam từ hồ Buôn Phong để xác định khả năng sinh độc tố Cylindrospermopsin của chúng.

5.1. Phân Bố Của Raphidiopsis raciborskii Và Anabaena sp. Ở Hồ Buôn Phong

Raphidiopsis raciborskii và Anabaena sp. là hai loài vi khuẩn lam phổ biến tại hồ Buôn Phong, cả hai đều có khả năng sinh độc tố Cylindrospermopsin. Sự phân bố của hai loài này có thể khác nhau tùy thuộc vào điều kiện môi trường. Raphidiopsis raciborskii thường phát triển mạnh mẽ trong điều kiện nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh, trong khi Anabaena sp. có thể thích nghi với điều kiện ánh sáng yếu hơn.

5.2. So Sánh Hàm Lượng Cylindrospermopsin Giữa Hai Hồ Ea Nhái Và Buôn Phong

Hàm lượng Cylindrospermopsin trung bình tại hồ Buôn Phong thấp hơn so với hồ Ea Nhái, điều này có thể do sự khác biệt về thành phần loài vi khuẩn lam, điều kiện môi trường và hoạt động quản lý. Tuy nhiên, ngay cả nồng độ thấp Cylindrospermopsin cũng có thể gây ra tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Cần có các biện pháp giám sát Cylindrospermopsin thường xuyên để đảm bảo an toàn nguồn nước tại cả hai hồ.

VI. Giải Pháp và Hướng Dẫn Xử Lý Cylindrospermopsin Ở Đắk Lắk

Để bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng ở Đắk Lắk, cần có các giải pháp toàn diện để xử lý Cylindrospermopsin. Các biện pháp bao gồm kiểm soát nguồn dinh dưỡng, sử dụng công nghệ xử lý Cylindrospermopsin hiệu quả và nâng cao nhận thức cộng đồng. Việc kiểm soát nguồn dinh dưỡng có thể đạt được thông qua quản lý chất thải nông nghiệp và sinh hoạt. Các công nghệ xử lý Cylindrospermopsin như lọc than hoạt tính, oxy hóa nâng cao và xử lý bằng tia cực tím có thể được sử dụng để loại bỏ độc tố khỏi nước. Đồng thời, cần tăng cường giám sát Cylindrospermopsin để phát hiện sớm các trường hợp ô nhiễm và có biện pháp ứng phó kịp thời.

6.1. Kiểm Soát Nguồn Dinh Dưỡng Để Ngăn Chặn Vi Khuẩn Lam

Kiểm soát nguồn dinh dưỡng là biện pháp quan trọng nhất để ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn lam. Cần có các quy định chặt chẽ về quản lý chất thải nông nghiệp, bao gồm việc sử dụng phân bón hợp lý và hạn chế xả thải trực tiếp vào nguồn nước. Xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp là cần thiết để loại bỏ các chất dinh dưỡng trước khi xả vào hồ chứa.

6.2. Các Phương Pháp Xử Lý Cylindrospermopsin Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp xử lý Cylindrospermopsin hiệu quả, bao gồm lọc than hoạt tính, oxy hóa nâng cao và xử lý bằng tia cực tím. Lọc than hoạt tính là phương pháp đơn giản và hiệu quả để loại bỏ Cylindrospermopsin khỏi nước. Oxy hóa nâng cao sử dụng các chất oxy hóa mạnh như ozone hoặc hydrogen peroxide để phân hủy Cylindrospermopsin. Xử lý bằng tia cực tím có thể phá vỡ cấu trúc phân tử của Cylindrospermopsin, làm mất độc tính của nó.

6.3. Tăng Cường Giám Sát Cylindrospermopsin và Nâng Cao Nhận Thức

Tăng cường giám sát Cylindrospermopsin là cần thiết để phát hiện sớm các trường hợp ô nhiễm và có biện pháp ứng phó kịp thời. Cần thiết lập một mạng lưới giám sát trên toàn tỉnh Đắk Lắk, bao gồm việc thu thập mẫu nước định kỳ và phân tích hàm lượng Cylindrospermopsin. Nâng cao nhận thức cộng đồng về nguy cơ ô nhiễm Cylindrospermopsin và các biện pháp phòng ngừa là rất quan trọng để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Đắk Lắk là một tỉnh nằm trên địa bàn Tây Nguyên Việt Nam với nhiều vùng đất ngập nước có cấu trúc và nguồn gốc khác nhau (MOSTE, 2001). Nơi đây được mệnh danh là “Xứ sở của hồ” với phần lớn trong số chúng là hồ chứa. Bên cạnh vai trò tự nhiên của hồ như điều hòa khí hậu, điều tiết dòng chảy, hồ còn là nguồn cung cấp nước mặt chủ yếu cho các hoạt động sống như: cung cấp nước uống, nước sinh hoạt, chăn nuôi, trồng trọt, nuôi trồng thủy sản và dịch vụ du lịch (Sở NN&PTNN Đắk Lắk, 2018). Gần đây, do biến đổi khí hậu, Đắk Lắk đã xuất hiện những hiện tượng thời tiết cực đoan như: mưa lớn trong một thời gian ngắn, khô hạn kéo dài khắc nghiệt đã làm giảm lượng nước và tăng thời gian tồn lưu nước trong hệ thống hồ chứa.

Điều này sẽ thúc đẩy quá trình phú dưỡng bên trong hệ thống hồ. Bên cạnh đó, việc thay đổi diện tích và mục đích sử dụng đất, canh tác nông nghiệp không hợp lí xung quanh vùng lưu vực đã đưa vào hồ một lượng lớn dư lượng phân bón và thuốc trừ sâu hóa học. Cùng với lượng nước thải sinh hoạt, đây được xem là nguyên nhân làm suy giảm chất lượng nước, gây ra hiện tượng phú dưỡng trong các thủy vực dạng hồ ở Đắk Lắk. Hiện tượng này dẫn đến tăng độ đục, tăng hàm lượng dinh dưỡng và tăng sinh khối thực vật phù du, đặc biệt là nhóm loài vi khuẩn lam (VKL) độc hại.

Trên thế giới, hiện tượng phú dưỡng trong các thủy vực nước ngọt dạng hồ cùng với sự ấm lên toàn cầu đã kích thích sự nở hoa của nhóm loài VKL độc hại theo hướng tăng cả tần suất, cường độ và thời gian (Huisman và cs. Một số chi VKL sinh độc tố có khả năng hình thành hiện tượng nở hoa (CyanoHABs) gây thiệt hại lớn về kinh tế, phá vỡ hệ sinh thái và tạo ra các loại độc tố tự nhiên giải phóng trực tiếp vào môi trường nước (GonzálezPleiter và cs. Bên cạnh microcystin (MC), cylindrospermopsin (CYN) là một trong những loại độc tố VKL được nghiên cứu phổ biến do khả năng phân bố toàn cầu, khả năng tích lũy sinh học và gây độc tính trên nhiều cơ quan ở người và động vật (gan, thận, phổi, tim, tuyến ức, lá lách, tuyến thượng thận, ruột…) (Flores-Rojas và cs., 2019; Svirčev và cs., 2019; Scarlett và cs., 2020; Wang và cs. Phần lớn độc tố VKL tồn tại chủ yếu trong nội bào và được giải phóng ra ngoài khi tế bào bị vỡ.

Nhưng riêng với độc tố CYN, phần lớn 1 lượng độc tố được giải phóng vào môi trường nước khi tế bào con nguyên vẹn. Bên cạnh đó, CYN có tính ổn định hóa học cao, tan mạnh trong nước và tốc độ phân hủy chậm dưới ảnh hưởng của các yếu tố phi sinh học trong tự nhiên (Mecaft và cs., 2014; Stefanova và cs. Điều này có thể làm tăng nguy cơ tiếp xúc và hấp thụ độc tố của các loài sinh vật thủy sinh, gây ra nhiều rủi ro tiềm ẩn và khó khăn trong việc sử dụng và quản lý nguồn nước. Gần đây, hiện tượng nước đổi màu, xuất hiện mùi khó chịu thường xuyên xảy ra vào mùa khô trong một số hồ chứa trên địa bàn tỉnh Đắk Lắk.

Bên cạnh đó, sự xuất hiện của nhóm loài VKL sinh độc tố CYN đã được quan sát thấy trong một số hồ chứa nơi đây nhưng chưa có dữ liệu về độc tố (Lê Thương, 2010). Những thủy vực này đòi hỏi một chương trình giám sát sinh học hiệu quả. Tuy nhiên, những nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào điều tra thành phần loài thực vật phù du; biến động cấu trúc quần xã thực vật phù du (Lê Thương, 2010; Dao, 2016). Chưa có các công trình nghiên cứu về nhóm loài VKL độc và khả năng sinh độc tố CYN của nhóm loài này trong các thủy vực ở Đắk Lắk.

Vì vậy, “Xác định thành phần loài và khả năng sinh độc tố cylindrospermopsin của vi khuẩn lam trong một số thủy vực ở Đắk Lắk” bên cạnh cung cấp thành phần loài VKL có khả năng sinh độc tố CYN, kết quả sẽ làm cơ sở cho việc dự báo nguy cơ ô nhiễm, rủi ro tiềm ẩn của các loài VKL độc trong vấn đề sử dụng và quản lý nguồn nước. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá sự đa dạng về thành phần loài VKL và VKL có khả năng sinh độc tố CYN trong hồ Ea Nhái và hồ Buôn Phong ở Đắk Lắk. Đánh giá rủi ro tiềm ẩn của nhóm loài VKL có khả năng sinh độc tố CYN trong hồ Ea Nhái và hồ Buôn Phong ở Đắk Lắk. Xác định nhân tố môi trường ảnh hưởng đến sự biến động quần thể VKL có khả năng sinh độc tố CYN trong hồ Ea Nhái và hồ Buôn Phong.

Nội dung nghiên cứu Xác định thành phần loài VKL và VKL có khả năng sinh độc tố CYN trong hồ Ea Nhái và hồ Buôn Phong ở Đắk Lắk. Phân tích sự biến động theo mùa thể tích sinh học của nhóm loài VKL có khả năng sinh độc tố CYN và hàm lượng độc tố CYN trong hồ Ea Nhái và hồ Buôn Phong. 2 Phân lập và xác định khả năng sinh độc tố CYN của các chủng thông qua xác định sự hiện diện của gen liên quan đến sự sinh tổng hợp độc tố CYN và hàm lượng độc tố của các chủng VKL phân lập được trong hai hồ nghiên cứu. Xác định mối tương quan giữa các điều kiện môi trường tự nhiên và sự hiện diện của các loài VKL có khả năng sinh độc tố CYN trong hồ Ea Nhái và hồ Buôn Phong ở Đắk Lắk.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Cung cấp danh lục thành phần loài VKL và VKL có khả năng sinh độc tố CYN trong hai hồ Ea Nhái và hồ Buôn Phong ở Đắk Lắk, góp phần bổ sung vào danh lục thành phần loài VKL và VKL có khả năng tạo độc tố này trong các thủy vực ở Việt Nam. Đánh giá sự biến động quần thể VKL sinh độc tố CYN và hàm lượng độc tố CYN trong hai hồ. Từ đó xác định yếu tố môi trường chính kiểm soát sự sinh trưởng quần thể VKL sinh độc tố CYN trong tự nhiên để có biện pháp kiểm soát và kiềm chế sự phát triển bùng phát của nhóm loài VKL độc này. Kết quả cung cấp cơ sở cho việc dự báo nguy cơ ô nhiễm cũng như đề xuất biện pháp quản lý nhóm loài VKL độc hại, góp phần bảo vệ nguồn tài nguyên nước, bảo vệ sức khoẻ cộng đồng.

Những điểm mới của luận án Là công trình đầu tiên công bố về thành phần loài VKL có khả năng sinh độc tố CYN trong hồ Ea Nhái, Đắk Lắk. Thành phần loài VKL và VKL có khả năng sinh độc tố CYN hồ Buôn Phong, Đắk Lắk. Lần đầu tiên cung cấp dữ liệu về hàm lượng độc tố CYN trong tự nhiên, hàm lượng độc tố và gen sinh tổng hợp độc tố CYN trong các chủng VKL phân lập từ hồ Ea Nhái và hồ Buôn Phong ở Đắk Lắk. Xác định được các nhân tố môi trường chính (P-PO4, N-NH4, TP, TN và nhiệt độ) ảnh hưởng đến sự biến động quần thể VKL sinh độc tố CYN trong hai thủy vực này.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu về vi khuẩn lam 1. Đặc điểm chung vi khuẩn lam Vi khuẩn lam là sinh vật nhân sơ, tế bào chưa có nhân chính thức và một số bào quan. Đặc biệt, VKL thiếu lục lạp thay vào đó chất diệp lục cho quá trình quang hợp được chứa trong các thylakoid đơn giản, nơi diễn ra các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng của quá trình quang hợp (ngoại trừ Gloeobacter spp.

Tế bào phân làm hai vùng, vùng trung bào chất chứa yếu tố di truyền và vùng sắc bào chất chứa các bảng quang hợp (thylakoid). Các bảng quang hợp chứa các sắc tố chlorophyll a, 𝛽-caroten, xanthophyll và phycobiliprotein. Với nhóm tảo có sắc tố chlorophyll b thì không có sắc tố phycobiliprotein và các bảng quang hợp dính thành cặp đôi. Chất dự trữ là tinh bột VKL.

Ngoài ra, ở tế bào chất còn gặp các hạt phycocyanin tích trữ protein, các hạt volutin dự trữ phosphate và thể carboxy chứa enzyme Rubisco. Vi khuẩn lam xuất hiện ở dạng đơn bào, tập đoàn hoặc đa bào dạng sợi. Tế bào VKL có thể có hình cầu, hình elip, hình thùng, hình trụ, hình nón hoặc hình đĩa. Chúng không có roi và thành tế bào cấu tạo bằng peptidoglican giống vi khuẩn.

Tuy nhiên, nhiều loài ở dạng sợi, thể hiện khả năng di chuyển lượn, cơ chế của chúng vẫn chưa được hiểu đầy đủ (Chorus và Welker, 2021). Ngoài hình thức dinh dưỡng chủ yếu là quang tự dưỡng, VKL còn có khả năng quang dị dưỡng, dị dưỡng, sử dụng các chất hữu cơ có trong môi trường dưới dạng nguồn năng lượng bổ sung. VKL có khả năng cố định nitrogen của không khí thông qua tế bào dị hình (heterocyte). Quá trình còn được gọi là diazotrophy liên quan đến nitrogenase, các enzyme có khả năng khử nitrogen không khí thành amoni.

Tế bào dị hình là những tế bào chuyên biệt, có vách dày và có các nốt cực ở phần tiếp xúc giữa tế bào dị hình và tế bào dinh dưỡng. Vi khuẩn lam không có sinh sản hữu tính, chỉ sinh sản dinh dưỡng phân đôi tế bào hay tảo đoạn và sinh sản vô tính bằng nội bào tử và ngoại bào tử. Bào tử nghỉ (akinete) cũng được hình thành để giúp VKL vượt qua được điều kiện bất lợi của môi trường. Akinete được đặc trưng bởi kích thước lớn hơn so với tế bào sinh dưỡng.

4 Thành tế bào có nhiều lớp, thường chứa các hạt glycogen và cyanophycin. Sự hình thành và nảy mầm của bào tử nghỉ được kích hoạt bởi các điều kiện môi trường. Vị trí, số lượng và sự phân bố của các dị bào và bào tử nghỉ là những đặc điểm hình thái quan trọng của loài và chi. Cấu tạo tế bào vi khuẩn lam (Hoek và cs.

Phân loại vi khuẩn lam Cũng như tất cả các sinh vật, tiêu chí quan trọng để phân loại VKL trong hệ thống phân loại là các mối quan hệ phát sinh loài. Mối quan hệ này phản ánh sự phân nhóm của các sinh vật trong các đơn vị phân loại. Đơn vị phân loại (Taxon) là nhóm các sinh vật cụ thể có chung một tổ tiên tiến hóa và có thể ở bất cứ bậc phân loại nào như: bộ, họ, chi, loài và dưới loài. Đối với VKL, việc phân loại còn phức tạp vì có hai hệ thống danh pháp phân loại khác nhau cùng tồn tại: Bộ luật danh pháp Quốc tế về tảo, nấm và thực vật (ICN) và Bộ luật danh pháp Quốc tế về vi khuẩn (ICNB).