Tài liệu Khảo sát ảnh sự hưởng của chất gây rối loạn nội tiết lên daphnia magna

Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh Chương 1: MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trường nói chung và nước thải nói riêng đang là một vấn đề thời sự thu hút rất nhiều sự quan tâm của các cơ quan chức năng và người dân. Hầu hết các nhà máy trên khắp thế giới hiện nay thường xử lý nước thải theo nguyên tắc “xả thẳng hay đổ bỏ”, dẫn đến việc nước thải không được qua xử lý hay xử lý rất sơ sài được thải ra môi trường một cách tràn lan. Nó không những làm ô nhiễm nguồn nước ở các kênh rạch, ao hồ,… tiêu diệt dần dần các hệ sinh vật trong nước, mà nó còn thấm vào gây ô nhiễm các mạch nước ngầm làm thiếu nước sạch cho sinh hoạt và sản xuất. Ở Việt Nam, tình hình ô nhiễm nguồn nước do các nhà máy gây ra càng ngày càng nghiêm trọng, làm cho số lượng các ao hồ bị ô nhiễm đang tăng đến mức báo động. Thậm chí nhiều nơi còn rơi vào tình trạng không thể phục hồi, không một loài thủy sinh nào có thể sống được như: kênh Nhiêu Lộc ở thành phố Hồ Chí Minh, sông Thị Vải ở Đồng Nai,… Các số liệu quan trắc chất lượng nước ở nước ta thông thường chỉ chú ý đến các yếu tố lý hóa như giá trị pH, COD, BOD, NH4, một số kim loại nặng (Cu, Zn, Cadium…), một số thuốc trừ sâu… nhưng chưa có nghiên cứu đánh giá về nồng độ của chất gây rối loạn hệ nội tiết hiện diện trong nguồn nước. Chất gây rối loạn nội tiết (Endocrine disruptors hay Endocrine disrupting chemical substances), viết tắt là EDs hay ECDs, là những chất có thể tồn tại trong đất, nước, không khí, khi xâm nhập vào cơ thể chúng làm rối loạn chức năng của hệ nội tiết gây tác động ảnh hưởng đến sức khỏe của người và động vật. Qua các tài liệu nghiên cứu đã cho thấy những hợp chất này có thể là nguyên nhân gây ra các bệnh ung thư ở người, làm giảm lượng tinh trùng ở nam giới, ung thư vú ở phụ nữ, gây quái thai,… Đối với hệ động vật SVTH: Nguyễn Duy Tân 1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh dưới nước có thể gây ảnh hưởng với nồng độ rất thấp (ng/l), làm biến đổi hình dạng và biến đổi giới tính ở cá… Trong những nghiên cứu gần đây của phòng CNBĐSH (ThS. Lê Thị Ánh Hồng) đã xây dựng phân tích được nồng độ chất gây rối loạn nội tiết và phân tích được nồng độ chất gây rối loạn nội tiết trên hệ thống kênh rạch Tp.HCM. Nhưng chúng tôi chưa đi sâu nghiên cứu ảnh hưởng của chất gây rối loạn nội tiết, đại diện là 17α-Ethynylestradiol và 17β-Estradiol lên thủy sinh động vật, cụ thể là Daphnia magna. Daphnia magna là thực phẩm của ấu trùng tôm, cá và là loài được sử dụng trong thử nghiệm độc tính đã được tiêu chuẩn hóa quốc tế, do đó được xem là loài có liên quan đến sinh thái cho việc ứng dụng để đánh giá chất gây rối loạn nội tiết trong môi trường. Vì những lý do đã nêu trên, chúng tôi xây dựng đề tài “Khảo sát sự ảnh hưởng của chất gây rối loạn nội tiết lên Dapnnia magna” để tìm hiểu sự ảnh hưởng của chất gây rối loạn nội tiết lên số lượng sống sót, sự phát triển và sự sinh sản của Daphnia magna. SVTH: Nguyễn Duy Tân 2 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tổng quan về chất gây rối loạn nội tiết [16],[25] 2.1.1. Khái niệm về hormone Hormone là các chất hóa học do các tế bào hay nhóm tế bào tiết trong cơ thể người và động vật sản sinh ra, được vận chuyển trong máu hay dịch não tủy đến điều khiển, đều hòa hoạt động của các tế bào hay các cơ quan nơi có các cơ quan thụ cảm hormone (hormone receptor). Sự kết hợp hormone và receptor mang tính đặc hiệu cao (tương tự khi ta muốn mở cửa phải dùng đúng chìa khóa vậy) và dẫn đến những quá trình sinh lý đặc thù cho mỗi loại hormone trong cơ thể. Để phát huy được tác dụng, các hormone phải kết hợp được với các receptor của chúng. Ví dụ: hormone sinh dục estrogen (chủ yếu do buồng trứng và nhau thai tiết ra) được vận chuyển đến kết hợp với receptor tại nhiều cơ quan như tử cung, âm đạo, tuyến vú, mô mỡ,… có tác dụng duy trì các đặc điểm sinh dục của phụ nữ, các động vật cái và chức năng của các cơ quan trong hệ sinh dục, quy định các đặc tính liên quan đến sự khác biệt giới tính của các quá trình sinh lý, sinh hóa trong cơ thể. 2.1.2. Khái niệm về Estrogen Estrogen là một loại hormone do một số cơ quan sinh dục nữ tiết ra. Đó là từ tế bào vỏ trong và tế bào hạt của nang noãn (hay nang trứng), thể vàng (hay còn gọi là hoàng thể) và nhau thai. Các thành phần này đều nằm ở buồng trứng, riêng nhau thai có ở tử cung trong thời kỳ có thai. SVTH: Nguyễn Duy Tân 3 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh Estrogen tồn tại tự nhiên trong cơ thể ở ba dạng: 17β-estradiol (ký hiệu E2), estrone và estriol. Trong đó 17β-estradiol là estrogen được bài tiết nhiều nhất và có tác dụng sinh học mạnh nhất. Còn estriol là estrogen yếu nhất, nó là dạng chuyển hóa của 17β-estradiol và estrone. Cả ba loại đều có bản chất hóa học là steroid được tổng hợp từ cholesterol. Estrogen trong máu lưu hành dưới 3 dạng: dạng tự do (là dạng hoạt động), dạng gắn với một protein (để lưu hành trong máu), và cuối cùng là dạng liên hợp (để thải ra ngoài). Estrogen tự do khi đến tế bào đích (target cell) sẽ khuếch tán qua màng tế bào để đến kết hợp với một thụ thể (receptor) trong bào tương (hay còn gọi là tế bào chất) thành một phức hợp. Phức hợp này sẽ đi vào nhân tế bào, gây ra hai hiệu quả: sao chép DNA để nhân đôi tế bào và tăng tổng hợp RNA. Sau đó estrogen rời khỏi thụ thể và ra khỏi tế bào, thời gian lưu lại trong nhân tế bào tùy thuộc vào từng loại estrogen đó là hoạt tính mạnh hay yếu của mỗi loại estrogen. 2.1.3. Khái niệm về chất gây rối loạn hệ nội tiết Các chất gây rối loạn nội tiết (Endocrine Disruptors), là các chất xâm nhập vào cơ thể từ bên ngoài, hoạt động gần giống như các hormone trong hệ nội tiết và gây ra các xáo trộn chức năng sinh lý của các nội tiết tố. Các EDs được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất là những chất ảnh hưởng đến các hormone sinh dục nữ (estrogen), hormone sinh dục nam (androgen), hormone thể vàng (progesteron), hormone tuyến giáp (thyroid hormone), trong đó các chất ảnh hưởng tương tự hay ức chế estrogen được quan tâm nhiều hơn cả. SVTH: Nguyễn Duy Tân 4 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh 2.1.4. Nguồn gốc và nồng độ gây hại của các chất gây rối loạn nội tiết Các chất gây rối loạn nội tiết hiện diện ngay trong các phụ gia thực phẩm, trong mỹ phẩm, thuốc bảo vệ thực vật, trong đồ nhựa, trong nước sinh hoạt bị ô nhiễm, chúng có thể được sản xuất có chủ định để dùng trong công nghiệp hoặc là sản phẩm của quá trình biến đổi từ nhiều chất khác nhau. Sự xuất hiện của chúng từ nhiều nguồn khác nhau như:  Các hóa chất do con người sản xuất như phenol, dioxin, furan… Ước lượng có khoảng 539 chất đang tồn tại.  Các chất bảo vệ thực vật, các chất chống côn trùng và sinh vật gây hại, có khoảng 255 chất liên quan.  Dược phẩm và mỹ phẩm đã biết khoảng 58 chất .  Các chất vô cơ.  Các chất sử dụng trong sinh hoạt mà đặc biệt là các sản phẩm làm từ nhựa.  Các chất có nguồn gốc từ sinh vật, chủ yếu là các dẫn xuất steroids như:  Estrogen gồm các dẫn xuất chính như: estrone, 17β-estradiol, estriol  Androgen gồm các dẫn xuất chính như: testosterone, 5α- dihydrotestosterone… Tác động của các chất gây rối loạn nội tiết lên sinh vật như làm tỉ lệ trứng nở giảm dần, hiện tượng đực hóa ở những con cái và cái hóa ở con đực, hiện tượng thay đổi thời gian trưởng thành sinh sản, hiện tượng trọng lượng dạ con tăng bất thường ở chuột chưa trưởng thành, hiện tượng lưỡng tính ở cá. Những tổn thương vĩnh viễn ở chim và bộ gặm nhấm, sinh sản dị dạng ở động vật lưỡng cư và chim,… 17β-estradiol, ethinylestradiol và estrone là những chất thường được nghiên cứu nhiều hơn các hormone nữ khác bởi vì sự ảnh hưởng của chúng đối với động vật ở nồng SVTH: Nguyễn Duy Tân 5 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh độ rất thấp so với các chất khác, với nồng độ 0.1ng/l ethinylestradiol hoặc 1ng/l 17βestradiol đã có thể gây nên những ảnh hưởng trên cá. Các nhà khoa học đang nghi ngờ các chất gây rối loạn nội tiết gây ra những ảnh hưởng trên người như làm giảm khả năng sinh sản, giảm lượng tinh trùng, gây hại cho hệ sinh sản cả nam và nữ, dậy thì sớm, gây ung thư vú ở nữ, ung thư hệ sinh sản nam và nhiều tác động khác. 2.1.5. Quá trình tác động của các chất gây rối loạn nội tiết lên sinh vật Cơ quan thụ cảm của các hormone estrogen, androgen, hormone tuyến giáp là các protein thành viên của liên nhóm cơ quan thụ cảm nhân. Chúng thực hiện được chức năng khi kết hợp được với hormone. Phức hợp hormone + receptor thông qua các yếu tố đáp ứng trên DNA (hormone response element) dẫn đến quá trình sao mã, giải mã của các gene đích và biểu hiện ở sự duy trì, phát triển và thực hiện chức năng của các cơ quan. Thật không may, những thụ quan này lại là những chiếc khóa có tính “chung chạ” nên có thể nhận những chiếc “chìa khóa rởm”. Các chất có khả năng trở thành những chiếc “chìa khóa rởm” này sau khi vào cơ thể người và động vật, theo máu đến kết hợp được với các cơ quan thụ cảm của hormone sẽ dẫn đến các trường hợp sau:  Bắt chước tác dụng của hormone  Cạnh tranh với hormone  Ức chế tác dụng của hormone SVTH: Nguyễn Duy Tân 6 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh 2.2. Tổng quan về thủy sinh động vật [5],[6],[7] 2.2.1. Các loại sinh vật ở thủy vực nước ngọt Thủy sinh vật nước ngọt rất đa dạng, và được phân bố khá rộng rãi. Tuy nhiên mỗi vùng địa hình đều có những loài thủy sinh đặc trưng riêng. Có thể phân biệt thành 3 vùng địa hình cảnh quan chủ yếu: vùng đồi núi, vùng đồng bằng và vùng đất ven biển. 2.2.1.1. Phân bố loài thủy sinh vật vùng đồi núi Vùng đồi núi có các thủy vực đặc trưng là sông, suối vùng núi, hồ tự nhiên và nhân tạo. Trong các sông suối vùng núi thường thấy phát triển các loài tảo nước ngọt ôn đới như Ulothrix zonata, Strotonostoc commune fulvaceum, Hapalosiphon welvvischii, Phormidium subcapitatum, Oscillatoria granulate, Lyngbya truncicola, Ceratoneis arcus,… hoặc ở các loài ưa nước chảy như Cladophora glomerata, C.rhifoides, Ulothrix tenerrina, Chaetomorpha sp. Trên tảng của chúng có các loài bì sinh như Chamaesiphon incrustans, Cocconeis placentula. Giữa các tảng đá trên sông suối, thường gặp các tập đoàn Nostochopsislobatus. Bên bờ suối hay sông còn thường gặp các dạng tảo sợi như Spirogyra rhifoides,… Ở trong các hồ tự nhiên thì thành phần loài tảo nước ngọt đặc trưng bởi sự phong phú của tảo silic, trong đó có các tảo bám như Gomphonema constrictum, Cocconeis placentula và các loài nhiệt đới khác. Thành phần thực vật nổi trong hồ chứa chủ yếu là tảo lam, tảo silic và tảo lục. Thành phần loài cá nước ngọt vùng núi có các loài đặc trưng như: Cyprinus multitaeniata, Lissochilus laocaiensis, Altigena lemassoni, Onychostoma gelarchi và các loài khác thuộc giống này, Leptobarbus hoevenii, Bagarius yarreli, Gymnostomus lepturus, Daniops namuensis, Garra laichowensis, Channa asiatia và các loài thuộc giống Gastromyzon, Sinogastromyzon,… SVTH: Nguyễn Duy Tân 7 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh Đặc trưng thành phần loài động vật không xương sống các thủy vực vùng núi đồi thể hiện cả ở cấu trúc quần xã, với sự phong phú các nhóm loài ấu trùng, côn trùng ở nước như Ephemeroptera, Trichoptera, Plecoptera, các loài cua núi họ Potamidae, các giống Ranguna, Potemiscus, Orientalia, ốc suối với các giống Thiaridae, Semisucospira, Sulcospira, Antimelania,… 2.2.1.2. Phân bố thủy sinh vật các thủy vực vùng đồng bằng Các thủy vực vùng đồng bằng đặc trưng bởi phần hạ lưu các sông lớn, các sông đào, kênh rạch, đầm ao, ruộng lúa nước. Chế độ nước tĩnh hoặc nước chảy chậm, độ trong thấp, nền đáy mềm bùn, cát là những đặc điểm cơ bản cả các thủy vực vùng đồng bằng. Những đặc điểm này có liên quan chặt chẽ đến đặc điểm cấu trúc quần xã cũng như thành phần loài, tập hợp loài thủy sinh vật vùng đồng bằng. Trong các sông vùng đồng bằng, các loài tảo nhiệt đới phát triển mạnh như Oscillatoria perornata, O. prienceps, Phormidium mucosum, Lyngbya aestuarii, Cymbella japonica, Achnanthes crenulata, Nitzschia obtuse, Epithema cistula,… Nhìn chung thành phần loài và cả số lượng tảo vùng đồng bằng cũng đều nhiều hơn vùng núi. Các nhóm tảo lục, tảo lam phát triển mạnh nhất, tảo silic, tảo giáo, tảo mắt kém phát triển hơn. Thành phần loài tảo ở ruộng lúa nước vùng đồng bằng chủ yếu là tảo lam, các loài tảo nhiệt đới và cận nhiệt đới, các chi Anabaena, Nostoc, Aulosira, Gloeotrichia, Aphanothece,… Khác với vùng núi, thành phần cá nước ngọt vùng đồng bằng ít mang tính chất đặc trưng hơn, với nhiều loài có phân bố rộng, các loài cá nuôi và một số loài cá di cư từ biển vào theo vụ mùa sinh sản, thường thấy các loài: Coilia grayi, Altigena lemassoni, Megalobrama terminali, Hemiculter leucisculus,… Ở các kênh rạch cũng thấy các loại cá khá đặc trưng cho từng vùng như ở miền Nam Việt Nam có các loài: cá chép, cá măng sữa (Chanos), cá tra (Pangasinus), cá chạch sông (Mastacembelus), cá sặc (Pristolepsis), cá bống tượng (Oxyeleotris), cá lịch (Symbranchus),… SVTH: Nguyễn Duy Tân 8 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh Đặc trưng phân bố động vật không xương sống nước ngọt vùng đồng bằng thể hiện ở cả cấu trúc tập hợp loài và thành phần loài. Ở các thủy vực vùng đồng bằng khác với vùng núi là có sự phong phú các nhóm giáp xác chân chèo Copepoda – Calanoida, Cladocera, Rotatoria trong động vật nổi, và các nhóm Oligochaeta, Polychaeta, Amphipoda, Tanaidacea, tôm Palaemonidae, ốc Viviparidae, Bithyniidae, Pilidae, Assimineidae, trai Unionnidae trong động vật đáy. 2.2.1.3. Phân bố thủy sinh vật vùng cửa sông Thành phần loài vùng nước lợ cửa sông mang tính chất hỗn hợp, bao gồm cả các loài nước lợ, nước mặn và nước ngọt, thay đổi theo sự biến đổi độ mặn theo mùa. Trong thành phần tảo các thủy vực nước lợ, thường gặp các nhóm tảo nước lợ chính như: Microcystis litoralis, M. salina, Spirulina subsala, Microcoleus chthonoplastes, Oscillatoria margaritifera, Ceratium falcatum, Synedra tabulate, Surirella ovalis, Gracilaria verruccosa, Enteromorrpha intestitalis. Ngoài ra còn có thể gặp các loài tảo biển di nhập vào theo nước biển như các nhóm tảo Chaetoceros, Bidduphia, Coscinodiscus, Skeletonema, Bacteriastrum, Rhizosolema,… nhiều khi vào rất sâu trong nội địa. Trong thành phần cá vùng nước lợ có các loài như: cá đối (Mugil cephalus), các loài cá biển di cư vào mùa sinh sản như: cá mòi Clupanondon thrissa, cá cháy Macruna reevesii, Anguilla japonica, Coilia grayi và cả các loài cá nước ngọt có phân bố rộng như: Cyprinus carpio, Carassius auratus, Hypophthalmicthys harmandi, Hemiculter leucisculus, Hilsa kanagurata, H. toil, Ilisha dussunmisri,… Thành phần các động vật không xương sống ở vùng nước lợ rất đa dạng, có thể phân biệt 3 nhóm sinh thái khác nhau: SVTH: Nguyễn Duy Tân 9 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh  Các loài nước lợ chính thức: sống thường xuyên ở nước lợ hoặc di nhập vào vùng nước ngọt ở phía trên: Brachionus plicatilis (Rotatoria), các loài Schmackeria, Pseudodiaptomus (Copepoda – Calanoida), các loài Corophium, Grandidierlla, Eohaustorius (Amphipoda),…  Các loài động vật biển di nhập tạm thời vào vùng nước lợ, sống ở đó tới thời gian sinh sản, điển hình là nhóm tôm he Penaeidae (Metapenaeus ensis, Penaeus merguiensis, P.monodon).  Các loài nước ngọt di nhập vào vùng nước lợ trong mùa mưa, nước nhạt: trong đó có các nhóm trùng bánh xe Rotatoria, giáp xác chân chèo Copepoda – Calanoida, râu ngành Cladocera, tôm nước ngọt, giun ít tơ Oligochaeta, trai ốc nhỏ như Melanoides tuberculatus, Semyla tortanella. 2.2.2. Hiện trạng ô nhiễm một số thủy vực nước ngọt và sự ảnh hưởng đến thủy sinh vật 2.2.2.1. Hiện trạng ô nhiễm một số thủy vực nước ngọt Hiện trạng ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vi sinh vật và ô nhiễm các chất dinh dưỡng đang phổ biến tại hầu hết các thủy vực tiếp nhận nước thải của các đô thị như các kênh mương tiêu thoát tại các đô thị lớn. Sự ô nhiễm bởi một số các chất độc hiện đang diễn ra tại một số cơ sở sản xuất công nghiệp tập trung tại các đô thị như khu công nghiệp Việt Trì, khu công nghiệp Sài Gòn – Biên Hòa,… Tại các vùng xung quanh cửa cống đổ nước thải vào các hồ, các chất dinh dưỡng có hàm lượng cao nhất, cũng tại khu vực gần cửa cống, nước màu đen sủi bọt, lượng oxy thường thấp, thậm chí không còn oxy, môi trường nước yếm khí. Loại nước thải này phức tạp về thành phần. Tùy theo loại công nghiệp mà nước thải có thể chứa nhiều chất hữu cơ chưa phân hủy (nhà máy thực phẩm), nhiều sợi cellulose, sude (nhà máy giấy), sản phẩm dầu hỏa, muối độc vô cơ và hữu cơ (nhuộm, thuộc da, hóa chất, luyện kim, than đá). Hậu quả là các muối dinh dưỡng nitơ bị khử SVTH: Nguyễn Duy Tân 10 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh thành NH3, hàm lượng khí H2S, CH4 cao, hàm lượng COD, BOD cũng rất cao làm cho các hồ này bị ô nhiễm dinh dưỡng, một số khu vực hồ xung quanh các cửa cống nước thải đổ vào bị ô nhiễm hữu cơ. Một số sông bị ô nhiễm hữu cơ khá nặng. Biểu thị đặc trưng ô nhiễm hữu cơ là chỉ số COD rất cao, các giá trị DO rất thấp, nhiều chỗ không còn oxy ngay ở khối nước tầng mặt. Môi trường kỵ khí dường như xảy ra liên tục, các sản phẩm của chu trình kỵ khí là vi sinh vật coliforms phát triển, các khí H2S, CH4 có hàm lượng rất cao gây mùi khó chịu cho khu vực hai bên bờ sông. Bên cạnh nước thải, vật thải của các khu công nghiệp lớn và tập trung thì tại một số làng nghề truyền thống trên vùng lưu vực các sông lớn, tình trạng chất lượng nước đang có diễn biến xấu do nước thải chưa được xử lý của các làng nghề thải ra các thủy vực tự nhiên, gây ra những tác động nhất định đến chất lượng môi trường nước. Trong đó, thủy vực tiếp nhận trực tiếp nước thải bị ô nhiễm nặng nề nhất, thậm chí chất lượng nước ngầm cũng bị ảnh hưởng. Loại trừ những sự cố giao thông sông biển, ô nhiễm dầu đã có những biểu hiện ở hầu hết vùng nước ở các khu vực cửa sông, cảng biển, luồng lạch, giao thông thủy. Nhiều nơi, hàm lượng dầu vượt quá giới hạn cho phép. Tại các loại hình đầm phá ven biển, nếu xem xét các yếu tố thủy lý hóa, thì chất lượng môi trường nước cũng chưa tới mức giới hạn nhưng nếu xem xét về các yếu tố khác như động lực thủy văn thay đổi do tác động tự nhiên (bồi lấp, thay đổi độ mặn…) và nhân tác (sử dụng cho nuôi thủy sản, đặc biệt nuôi thâm canh, khai thác nguồn lợi…) đã làm thay đổi cảnh quan, suy giảm chất lượng nguồn lợi, gia tăng tốc dộ diễn thế sinh thái đầm phá. Hiện tượng phì dưỡng: trong tổng lượng các nguồn thải vào hồ, nguồn dinh dưỡng tiềm năng chủ yếu là phosphor và nitơ được lưu tâm đến nhiều nhất, bởi hai nguồn này là cơ sở vật chất ban đầu, là xuất phát điểm quyết định chất lượng môi trường nước và trầm tích đáy. Trong điều kiện cân bằng, các chất dinh dưỡng này được hấp thu để trở thành SVTH: Nguyễn Duy Tân 11 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh sinh khối của các chuỗi thức ăn tự nhiên trong quá trình biến đổi vật chất và năng lượng của hệ sinh thái hồ. Nếu vượt quá khả năng hấp thụ của hệ sinh thái thì nguồn dinh dưỡng thừa này sẽ là nguyên nhân gây nên tình trạng phì dinh dưỡng hay ô nhiễm hữu cơ thủy vực. Hậu quả là xảy ra các hiện tượng yếm khí môi trường nước với các sản phẩm kèm theo là NH3, NO3, PO4, H2S, vi khuẩn coliforms,… Lượng dinh dưỡng vô cơ N, P kể trên, nếu phát triển quá mạnh thường gây hiện tượng nở hoa thực vật nổi, đồng thời làm giảm sự đa dạng sinh học và hạn chế phát triển các đối tượng thủy sinh vật có ích khác trong thủy vực. 2.2.2.2. Ảnh hưởng của ô nhiễm đến thủy sinh vật Giữa môi trường và cơ thể sống có mối tương tác chặt chẽ với nhau. Trong thủy vực, môi trường nước tác động đến thủy sinh vật, ngược lại, cơ thể sống có những đặc tính phản ứng một cách tự nhiên để phù hợp với điều kiện sống hoặc những biến đổi về điều kiện môi trường. Chất lượng môi trường nước, kiểu ô nhiễm hay mức độ ô nhiễm của môi trường nước sẽ tác động tới thủy sinh vật theo các chiều hướng như sau:  Làm giảm sự đa dạng (thành phần loài) đồng thời làm giảm mật độ, sinh khối.  Làm thay đổi cấu trúc khu hệ thủy sinh vật.  Làm bùng nổ mật độ sinh khối, sinh vật nổi (nở hoa thực vật nổi), sinh vật đáy.  Làm biến dạng cấu tạo cơ thể (cấu trúc nội quan, màu sắc, gene…), sự tích lũy các chất gây độc quá mức bình thường. Một số các thủy vực tiếp nhận nước thải ở các tỉnh phía Bắc Việt Nam bị ô nhiễm dinh dưỡng hoặc nặng hơn, bị ô nhiễm hữu cơ, thành phần loài thủy sinh vật kém phong phú thể hiện ở thành phần loài ít, mật độ cũng như sinh khối thấp. Tại các thủy vực bị ô nhiễm hữu cơ nặng dường như không thấy các nhóm thủy sinh vật phổ biến (sinh vật nổi, tôm cua, trai ốc, cá), thậm chí nhóm ấu trùng côn trùng Chironomidae là nhóm có thể thích ứng với điều kiện môi trường giàu dinh dưỡng hoặc ô nhiễm hữu cơ cũng đã ít gặp SVTH: Nguyễn Duy Tân 12 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh mà chỉ còn các nhóm vi sinh vật hoại sinh trong điều kiện yếm khí và nấm. Cũng tương tự, các thủy vực tự nhiên như ao, mương dùng để ngâm đay ở Hưng Yên, các thủy vực tiếp nhận nước thải xưởng làm giấy chỉ có các loại sinh vật kỵ khí Closterium và ấu trùng Diptera, không thấy các nhóm thủy sinh vật phổ biến khác. Ô nhiễm bên cạnh gây ra sự suy giảm đa dạng sinh học còn gây nên sự suy giảm mật độ cũng như sinh khối các nhóm thủy sinh vật. Hầu hết các thủy vực bị ô nhiễm hữu cơ đều có mật độ và sinh khối thủy sinh vật thấp hơn so với các thủy vực không bị ô nhiễm hoặc mới bị ô nhiễm dinh dưỡng với mức độ thấp. Tại các thủy vực phì dưỡng, trong thời kỳ nở rộ thực vật nổi, một số loài tảo, đặc biệt sự nở hoa thực vật nổi, một số loài tảo, đặc biệt tảo lam lấm Microcystic trong quá trình phát triển có sản sinh ra những độc tố gây hại trực tiếp ngay cho các loài sinh vật khác. Một số các đầm nuôi ven biển bị tác động của thủy triều đỏ (sự nở rộ của loài tảo giáp có tính độc), thủy triều xanh (nở rộ tảo silic) đã gây bệnh hoặc làm chết hàng loạt các đối tượng nuôi như tôm he, cua, cá. Các nhóm sinh vật tự nhiên khác ở vùng cửa sông, ven biển cũng bị ảnh hưởng tiêu cực của thủy triều đỏ. Sau thời kỳ nở rộ thực vật nổi, lượng lớn tảo bị chết hàng loạt gây mùi khó chịu. Tảo chết chìm xuống đáy hồ với một khối lượng lớn sau sự nở rộ, tạo thành một lượng chất dinh dưỡng tích lũy trong trầm tích đáy. Một số chất dinh dưỡng vô cơ dễ bị phân hủy được khoáng hóa trong chu trình trao đổi vật chất đã làm suy giảm lượng oxy tầng đáy, gây nên điều kiện yếm khí tầng đáy và những sản phẩm độc hại (khí H2S, khí methane,… các loại vi sinh vật kỵ khí Clostridium, nấm…) gây chết một số loài thủy sinh vật khác. Những hiện tượng ô nhiễm hữu cơ như trên một mặt gây chết hàng loạt các nhóm động vật bậc cao, mặt khác cũng góp phần làm giảm mức độ đa dạng sinh học, làm thay đổi cấu trúc thành phần cũng như tỉ lệ số lượng các nhóm thủy sinh vật. SVTH: Nguyễn Duy Tân 13 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh Sự ô nhiễm môi trường bên cạnh ảnh hưởng đến cấu trúc thành phần, mức độ đa dạng, mật độ và sinh khối các nhóm thủy sinh vật mà còn gây tác động tiêu cực tiềm tàng khác là biến đổi chất lượng của những cá thể trên cơ sở tích tụ các chất gây độc như một số kim loại nặng, các hóa chất bảo vệ thực vật trong các cơ quan nội tạng của một số loài cá, thân mềm, giáp xác. Các tia phóng xạ ngoài tác hại gây chết, chúng còn ảnh hưởng đến sự phát triển của sinh vật ở giai đoạn đầu như đẻ sớm, không phát triển hết các giai đoạn của thai,… 2.3. Daphnia magna [1],[10],[13],[30] 2.3.1. Đặc điểm hình thái, sinh lý Daphnia magna là loài giáp xác nước ngọt thuộc họ Cladocera. Nó phân bố ở khắp các nơi với rất nhiều loài. Có khoảng 150 loài được tìm thấy ở Bắc Mỹ, và ở Châu Âu Daphnia cũng tồn tại với số lượng tương tự. Bên cạnh đó, ở Châu Á và Châu Phi cũng có rất nhiều loài Daphnia, ví dụ như: Daphnia lumholtzi được tìm thấy rất nhiều ở Châu Phi. Trong các loại Daphnia thì Daphnia magna tuy không phân bố rộng rãi nhưng được biết đến nhiều nhất, do nó là nguồn thức ăn lý tưởng cho các loài ấu trùng cá, và được sử dụng rất nhiều trong các nghiên cứu về độc học và xử lý nước thải hữu cơ. 2.3.1.1. Hình thái SVTH: Nguyễn Duy Tân 14 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh Hình 2.1 – Daphnia magna D.magna có cơ thể hình bầu dục, có vỏ giáp bọc ngoài, phân đốt cơ thể không rõ ở bề ngoài. Nó có hai râu gấp đôi gồm hai nhánh phát triển lớn, có kích thước dài gần bằng một nửa cơ thể. Con đực có kích thước nhỏ hơn con cái, râu lớn hơn, đuôi bụng dài hơn và hình dạng của chân trước như cái càng dùng để gắp thức ăn. D.magna cái trưởng thành có kích thước bề rộng khoảng 3 – 5mm, D.magna đực là 2mm. Cơ thể của D.magna có thể chia thành 3 phần: đầu, ngực và bụng, cả ba phần đều không phân đốt rõ rệt. Toàn cơ thể được bọc trong vỏ giáp trơn và trong suốt, gồm hai mảnh trái, phải dính nhau về phía lưng và về phía bụng. Phần đầu vỏ giáp kéo dài về phía trước thành chùy nhọn, phần sau của vỏ giáp đầu, phía lưng thường có các lỗ đầu, gồm lỗ chính và lỗ bên. Ở gốc râu, hai bên đầu có nếp gấp của vỏ giáp tạo thành gở bên đầu. Phần thân vỏ giáp có thể phân biệt: cạnh lưng, cạnh bụng, cạnh sau. Cạnh bụng vỏ giáp có viền gai hay tơ. Cạnh sau vỏ giáp liên tục với cạnh bụng, đuôi vỏ giáp thường kéo dài thành núm. Phần ngực nằm trong vỏ giáp, không phân đốt rõ, có 4 – 6 đôi chân ngực. Phần bụng kéo dài thành đuôi bụng, không có phần phụ, lỗ hậu môn đổ ra cạnh trên ở gốc SVTH: Nguyễn Duy Tân 15 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh đuôi bụng. Ở phần gốc đuôi bụng trước hậu môn, thường có núm lồi nhỏ, có hai tơ dài, ngay phía trên có các phần lồi đuôi bụng hình dải lớn. Ngay trước hậu môn còn có núm trước hậu môn. Cạnh trên đuôi bụng (thường dễ lầm là cạnh dưới khi đặt con vật theo tư thế thẳng đứng) thường có hang gai đuôi bụng. Mặt bên đuôi bụng có khi có hàng gai hay tơ bên mọc thành từng đám hay thành dãy song song với cạnh trên. Đầu ngọn đuôi bụng có vuốt ngọn. Phần đầu có râu I, đôi râu II, đôi hàm trên đôi hàm dưới I và II. Râu I thường nhỏ, hình que không phân đốt, mọc ở gần ngọn chùy, đầu ngọn có túm tơ cảm giác. Râu II lớn, gồm phần gốc và 2 nhánh ngọn phân đốt, nhánh lưng hay nhánh trên và nhánh bụng hay nhánh dưới. Hình 2.2 – Cấu tạo của Daphnia magna SVTH: Nguyễn Duy Tân 16 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh 1. Râu 2. Mắt 3. Miệng 4. Râu nhỏ 5. Môi trên 6. Shell gland 7. Thoracic appendage 8. Postabdominal claw 9. Hậu môn 10. Postabdomen 11. Túi ấp trứng 12. Vỏ giáp 13. Tim 14. Thực quản Hình 2.3 – Phần đầu và đuôi của D.magna 2.3.1.2. Đặc điểm sinh lý D.magna có thể sống ở dãy nhiệt độ 18 – 250C, nhưng nó phát triển nhất ở nhiệt độ tối thích là 21 ± 10C và pH = 7.2 – 8.5 với hàm lượng oxy trong nước 7 – 8 mg/l. Chúng chỉ có thể sống trong môi trường nước ngọt với hàm lượng muối không được phép vượt quá 4.0 ppt, và nồng độ muối trong khoảng 1.5 – 3.0 ppt là thích hợp nhất. D.magna rất nhạy cảm với môi trường nước nghèo dinh dưỡng hoặc bị nhiễm độc. Khi môi trường có sự thay đổi bất thường thì có sự xuất hiện của trứng đen trong túi ấp, những trứng này nở ra con đực hay con cái sẽ chuyển thành con đực, và các con đực này sẽ chết. Môi trường chứa halogen như clo hay flo rất độc đối với D.magna, thậm chí nó bị ảnh hưởng nhiều hơn rất nhiều so với loài cá. Chúng cũng rất nhạy cảm trong môi SVTH: Nguyễn Duy Tân 17 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh trường có chứa các ion kim loại như natri, kali, magie, canxi, đồng và chì, nếu hàm lượng các chất này trong nước quá cao có thể làm cho chúng tê liệt và chết. Do vậy chúng thường được nuôi trong môi trường nước đã được kiểm tra và đạt tiêu chuẩn an toàn. D.magna có thể ăn rất nhiều các loại thức ăn khác nhau nhưng nguồn thức ăn chính của nó là các loại tảo đơn bào tươi, vi khuẩn, nấm men,… Nguồn thức ăn của D.magna ảnh hưởng rất nhiều đến màu sắc của nó. Nếu thức ăn của nó là tảo nó sẽ có màu xanh trong suốt, nếu nó ăn vi khuẩn thì sẽ có màu hồng cam… Bên cạnh đó màu sắc của cơ thể nó cũng phụ thuộc rất nhiều vào môi trường. Trong môi trường có hàm lượng oxy thấp, D.magna có xu hướng tạo ra nhiều hemoglobulin để nâng cao sự hấp thụ oxy trong nước và làm cho cơ thể nó có màu đỏ, trong môi trường có hàm lượng oxy cao nó có xu hướng có màu vàng. D.magna chủ yếu sinh sản theo kiểu trinh sản (con mẹ chỉ đẻ ra con cái) hơn là sinh sản hữu tính. Điều này đảm bảo cho việc đồng nhất giới tính. Tuy nhiên, D.magna chỉ có thể sinh sản theo kiểu này khi trong môi trường đạt những điều kiện thuận lợi về nguồn thức ăn, nhiệt độ,… Những con D.magna con trưởng thành sau 7 – 8 ngày. Sau khoảng 2 tuần thì D.magna con có thể sinh sản, trung bình mỗi con đẻ khoảng 10 con con, sự phát triển của trứng có thể quan sát trực tiếp qua cơ thể mẹ. Con cái tiếp tục sinh sản thường trong khoảng 3 ngày và chậm nhất là sau 4 ngày, nó sinh sản khoảng 20 lần trong suốt cuộc đời của nó (thông thường con cái thường đẻ ít hơn 100 con trong suốt cuộc đời của nó), con cái có thể sinh sản trong 2 tháng. Khi lượng thức ăn hiếm hay có độc tố thì trong túi ấp sẽ xuất hiện các trứng đen. Những trứng này sẽ phát triển thành con con đực với kích thước nhỏ, và chia ra các mảnh giáp xác nhỏ có hình dạng khớp lưng màu nâu tối hoặc màu đen. Khi đó, con cái sẽ không còn hình thức sinh sản vô tính nữa mà sẽ chuyển sang hình thức sinh sản hữu tính, nghĩa là có sự giao phối giữa con đực và con cái, và sự đồng nhất giới tính sẽ mất đi. Nếu SVTH: Nguyễn Duy Tân 18 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh điều kiện quá khắc nghiệt, con cái sẽ không đẻ ra con con và sẽ đẻ ra các trứng đen này, những trứng này có thể tồn tại trong điều kiện khắc nghiệt và khả năng chống chịu với ảnh hưởng môi trường khá tốt nếu các ao nước nuôi chúng bị khô cạn và thậm chí chúng vẫn có thể tồn tại trong băng. Khi điều kiện sống được cải thiện, các trứng bắt đầu nở ra con con (tất cả đều là cái) và các con đực chết hoàn toàn. Hình 2.4 – Vòng sinh sản của D.magna SVTH: Nguyễn Duy Tân 19 Đồ án tốt nghiệp GVHD: ThS. Võ Thị Kiều Thanh 2.3.2. Ứng dụng  Thức ăn cho ấu trùng cá và một vài loài thủy sinh D.magna được biết đến nhiều từ khi thú chơi cá cảnh bắt đầu phát triển ở các nước châu Âu, do D.magna là một loại thức ăn cho cá rất có giá trị dinh dưỡng. D.magna có hàm lượng protein chiếm 50% tổng chất khô của cơ thể, ở con trưởng thành lượng chất béo chiếm 20 – 27%, ở con non 4 – 6% do vậy nó cung cấp cho cá và các loài thủy sinh khá đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết. Hơn nữa, ở các nước ôn đới, điều kiện nuôi chúng khá dễ dàng và khả năng sinh sản, phát triển của nó tương đối nhanh. Hiện nay, tại một số nước ở châu Âu và Singapore, D.magna đang được kinh doanh rất nhiều để làm thức ăn cho cá cảnh, chúng được bán dưới dạng sống, dạng đông lạnh và cả loại đã sấy khô thành viên.  Thử nghiệm độc tính Do đặc điểm sinh sản của nó là sinh sản vô tính, khi gặp điều kiện bất lợi thì sẽ xuất hiện trứng đen trong túi ấp và sẽ nở ra thành con đực, D.magna cũng có những thay đổi rõ rệt để phản ứng lại với độc tố của môi trường nên D.magna được sử dụng rất nhiều để đánh giá thử nghiệm độc tính của môi trường nước. Bên cạnh đó, nó có cấu tạo khá đơn giản, thời gian phát triển tương đối nhanh chỉ từ 7 – 8 ngày, sau khoảng 2 tuần thì nó có thể sinh sản với một số lượng lớn khoảng 10 – 30 con trong một lần sinh sản nên có thể đáp ứng được các yêu cầu về số lượng sinh vật để bố trí thí nghiệm. SVTH: Nguyễn Duy Tân 20