MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trường không khí, nước và đất đã trở thành vấn đề hàng đầu, gióng hồi chuông cảnh báo về sự suy giảm chất lượng cuộc sống và sức khỏe con người không chỉ ở 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 để sử dụng cho ăn uống và sinh hoạt kéo theo tỉ lệ tử vong và bệnh tật gia tăng vì sử dụng nguồn nước không đạt yêu cầu. Nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn đến ô nhiễm nguồn nước mặt như xả trực tiếp các nguồn nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt mà không qua xử lý hoặc lạm dụng quá mức phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật trong sản xuất nông nghiệp để nâng cao sản lượng lương thực đáp ứng sự gia tăng dân số thế giới trong những thập kỉ gần đây. Hậu quả dẫn đến gia tăng nguồn dinh dưỡng (chủ yếu là nitơ và photpho) trong các thủy vực gây nên hiện tượng phú dưỡng mà kéo theo là “tảo nở hoa” hoặc “nở hoa của nước”.
Sự nở hoa của nước bản chất là sự phát triển ồ ạt của Vi khuẩn lam (VKL) và vi tảo, có khả năng sản sinh độc tố kéo theo sự nhiễm độc và cái chết của thủy hải sản, động vật nuôi, động vật hoang dã và con người [1]. Sự nở hoa của nước thường gây ra những tác động xấu lên môi trường như làm đục nước, tăng giá trị pH, giảm hàm lượng oxy hòa tan, tăng độc tố đặc biệt là độc tố microcystin. Kết quả điều tra ở các thủy 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 ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật nuôi, động vật hoang dã do sử dụng nguồn nước có VKL độc.
Do đó ngăn ngừa và giảm thiểu sự phát triển bùng nổ của VKL 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 được nghiên cứu và áp dụng từ những phương pháp cơ học đơn giản như hớt váng, che sáng 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 có tính oxi hóa cao, các kim loại và nano kim loại. Những phương pháp này bên cạnh những ưu điểm dễ thấy như hiệu quả tác động nhanh, rõ rệt trong thời gian ngắn nhưng còn tồn tại những hạn chế như tốn kém kinh phí triển khai hoặc gây ra sự ô nhiễm môi trường thứ cấp, tác động không chọn lọc lên các loài sinh vật do đó gây suy giảm đa dạng sinh học đặc biệt sử dụng hóa chất sau một thời gian quan sát 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 chế sinh trưởng VKL đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu vì tính hiệu quả và 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 được chứng 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 Việt Nam 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 trong những năm tiếp theo [3].
Tuy nhiên đây mới chỉ là những nghiên cứu bước đầu khảo 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 Vi khuẩn 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. 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.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 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. 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.
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 phát sinh 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 nổ sinh khối VKL thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp truyền thống được áp dụng trước đây. Kết quả của luận án cung cấp cơ sở khoa học, chứng minh tính ưu việt khi áp dụng cao chiết thực vật như một hoạt chất ức chế và diệt chọn lọc VKL 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 ghi nhận 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 ghi nhận là thấp hơn so với M. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Vi khuẩn lam độc và hiện tượng phú dưỡng trong các thủy vực nước ngọt 1. Vi khuẩn lam độc (VKL) Vi khuẩn lam (Cyanobacteria, Cyanoprokaryota, Cyanophyta, Blue-green microalgae) là một trong những sinh vật xuất hiện trên Trái Đất cách đây hàng tỷ năm và mang nhiều tên gọi khác nhau trong quá trình nghiên cứu.
Từ năm 1854, Kopp đã coi vi khuẩn và tảo lam là một nhóm có chung nguồn gốc phát sinh. Theo 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 nay có khoảng 100 loài VKL độc nước ngọt thuộc 40 chi trong đó Microcystis đặc biệt là Microcystis aeruginosa, một trong những chi thường gặp nhất phổ biến nhất với tỉ lệ trên 75 % [1, 4]. Microcystis aeruginosa có dạng tập đoàn, dạng hình cầu hoặc mắt lưới với các khoảng trống giữa các tế bào, tế bào phân bố trong tập đoàn có dạng 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 chất nhân và nhiễm sắc thể. Màng tế bào cấu tạo từ murein một loại gluco aminopeptid trong tế bào chất có nhiều riboxom, có khả năng đồng hóa được N2 tự do và có khả năng quang hợp. Tế bào chứa sắc tố quang hợp và hấp thụ bước sóng từ 430-440 nm 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 từ 3-10 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 tế bào chất, có thể quan sát dưới kính hiển vi các hạt glycogen, giọt lipip, các hạt cyanophycin, các thể polyphosphate hay carboxysome. VKL chỉ sinh sản vô tính.
Các loài dạng sợi thường sinh sản bằng cách phân đoạn các trichome hoặc hình thành các đoạn tảo (hormogonia). Đoạn tảo là những đoạn sợi sinh sản phân biệt. Chúng được tạo thành nhờ chuyển động trượt và dần dần phát triển thành những trichome mới, các loài dạng sợi thường sinh sản bằng cách phân đoạn. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 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 số các loài VKL trong tế bào đều chứa không bào khí. Đó là các thể nội bào dạng túi chứa khí giúp điều khiển sự nổi của tế bào giúp cho chúng có ưu thế trong cạnh tranh ánh sáng và dinh dưỡng. VKL phân bố rộng, chúng có trong nước, đất, ở các nơi khô hạn, trên cây, băng tuyết. Độc tố VKL: Neurotoxin là nhóm các chất độc thần kinh, hợp chất độc hại nhất 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 đến 200 μg/kg, độc nhất phải kể đến Saxitoxin với LD50-24 h là 10 μg/kg, LD50 của nhóm Microcystin-LR là 50 μg/kg [6]. Microcystin là phân tử peptit có cấu trúc vòng, hiện nay ghi nhận hơn 80 loại biến thể cấu trúc, trong đó ba loại phổ biến nhất được trình bày tại hình 1.