Tài liệu Khóa luận thử nghiệm độc học của một số loại thuốc trừ sâu trên loài giun quế (perionyx excavatus, perrier.,1872) theo quy trình của oecd

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG PHAN VŨ THU HIỀN THỬ NGHIỆM ĐỘC HỌC CỦA MỘT SỐ LOẠI THUỐC TRỪ SÂU TRÊN LOÀI GIUN QUẾ (Perionyx excavatus Perrier., 1872) THEO QUY TRÌNH CỦA OECD Ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường Người hướng dẫn: Th.s. NGUYỄN VĂN KHÁNH Đà Nẵng, Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả khóa luận Phan Vũ Thu Hiền LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy Nguyễn Văn Khánh đã hướng dẫn cho tôi trong suốt thời gian qua. Đồng thời tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Sinh – Môi Trường và các bạn trường Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng đã tạo điều kiện và giúp đỡ để tôi hoàn thành khóa luận này. Đà Nẵng, tháng 4 năm 2018 Sinh viên: Phan Vũ Thu Hiền MỤC LỤC MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1 1. Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................................. 1 2.1. Mục tiêu tổng quát ....................................................................................................... 2 2.2. Mục tiêu cụ thể ............................................................................................................. 2 3. Ý nghĩa khoa học của đề tài ........................................................................................... 2 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................... 3 1.1. Tổng quan đối tượng nghiên cứu ............................................................................... 3 1.1.1. Loài giun sử dụng làm thí nghiệm .......................................................................... 3 1.1.2. Hóa chất thử nghiệm ................................................................................................ 4 1.2. Tình hình nghiên cứu sinh vật chỉ thị ô nhiễm môi trường đất .............................. 9 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ......................................................................... 9 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ........................................................................12 CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..14 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................14 2.2. Nội dung nghiên cứu ..............................................................................................14 2.3. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................14 2.3.1. Phương pháp hồi thu thập và tổng hợp tài liệu ...............................................14 2.3.2. Phương pháp nuôi giun Quế trong điều kiện thí nghiệm ...............................15 2.3.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm..........................................................................15 2.3.4. Phương pháp xử lý số liệu thống kê .................................................................18 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...............................................................19 3.1. Thí nghiệm thăm dò nồng độ....................................................................................19 3.2. Tỉ lệ tăng trưởng của giun Quế.................................................................................21 3.3. Thí nghiệm xác định LC50.........................................................................................24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................................................................................31 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................32 PHỤ LỤC……………....…………………………………………………………..30 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT OECD Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế (Organization for Economic Cooperation and Development) LC50 Là nồng độ độc chất của môi trường xung quanh gây chết 50% số cá thể thử nghiệm trong một thời gian nhất định. BNN&PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn TLTT Tỉ lệ tăng trưởng WHO Tổ chức y tế thế giới DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hình Nội dung Trang Hình 1.1 Thuốc trừ sâu hoạt chất Carbosulfan 5 Hình 1.2 Thuốc trừ sâu hoạt chất Imidacloprid 6 Hình 1.3 Thuốc trừ sâu hoạt chất Cypermethrin 7 Hình 2.1 Giá bố trí lô thí nghiệm 17 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Tỷ lệ giun chết ở các nồng độ Carbosulfan trong thí nghiệm thăm dò tròn 7 ngày và 14 ngày Tỷ lệ giun chết ở các nồng độ Carbosulfan trong thí nghiệm thăm dò trong 7 ngày và 14 ngày Tỷ lệ giun chết ở các nồng độ Cypermethrin trong thí nghiệm thăm dò trong 7 ngày và 14 ngày Tỉ lệ tăng trưởng của Giun quế theo nồng độ imidacloprid trong 7 ngày và 14 ngày thử nghiệm Tỉ lệ tăng trưởng của Giun quế theo nồng độ Cypermethrin trong 7 ngày và 14 ngày thử nghiệm Tỉ lệ tăng trưởng của Giun quế theo nồng độ Cabosulfan trong 14 ngày thử nghiệm 19 20 20 21 22 23 Hình 3.7 Tỉ lệ giun chết theo nồng độ Imidacloprid trong 7 ngày 25 Hình 3.8 Tỉ lệ giun chết theo nồng độ Imidacloprid trong 14 ngày 25 Hình 3.9 Tỉ lệ giun chết theo nồng độ Cypermethrin trong 7 ngày 26 Hình 3.10 Tỉ lệ giun chết theo nồng độ Cypermethrin trong 14 ngày 26 Hình 3.11 Tỉ lệ giun chết theo nồng độ Carbosulfan trong 7 ngày 27 Hình 3.12 Tỉ lệ giun chết theo nồng độ Carbosulfan trong 14 ngày 28 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Độc học môi trường đang là vấn đề được quan tâm và nghiên cứu ở nước ta và trên toàn thế giới. Nghiên cứu về độc chất và những yếu tố ảnh hưởng đến tính độc tạo ra những chuẩn mực ban đầu, thiết lập tiêu chuẩn chất lượng môi trường, đánh giá và dự đoán nồng độ trong môi trường, nguy cơ hệ sinh thái và con người bị tác động mạnh mẽ bởi sự ô nhiễm ô trường. Trong những năm gần đây, việc sử dụng thuốc trừ sâu bừa bãi làm ảnh hưởng đến cả sinh vật có lợi và có hại, gây thiệt hại cho hệ sinh thái. Imidacloprid, Cabosulfan, Cypermethrin là những thuốc trừ sâu được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp Việt Nam. Các loại thuốc trừ sâu này có thể gây nguy hiểm cho nhiều sinh vật đất ngoài mục tiêu. Cần phải biết tác động độc hại của thuốc trừ sâu trước khi đưa những hợp chất này vào môi trường để dự đoán được tác động đến các sinh vật trên cạn. Giun đất được coi là sinh vật có lợi nhất cho nông nghiệp. Giun đất phổ biến ở nhiều loại đất và có thể chiếm 60 ± 80% tổng sinh khối đất. Giun Quế (Perionyx excavatus) là loài giun phổ biến ở Việt Nam. Loài này có kích thước nhỏ, mắn đẻ, chu kỳ sống ngắn, dễ nuôi trong phòng thí nghiệm. Không giống như các sinh vật đất khác được bảo vệ bởi lớp vỏ dày ở bên ngoài cơ thể, giun đất đặc biệt nhạy cảm với các chất hoá học đất. Điều này làm cho chúng trở thành một trong những sinh vật thích hợp nhất để thử nghiệm các hóa chất trong đất. Trên thế giới đã có rất nhiều các nghiên cứu về thử nghiệm độc học trên các loại giun và mang lại nhiều thành tựu. Một trong những nghiên cứu đầu tiên về độc hại sinh thái đất được thực hiện bởi Fox (1964) khảo sát sự thay đổi về số lượng của động vật không xương sống trên đồng cỏ khi tiếp xúc với thuốc diệt cỏ. Nghiên cứu đã cho thấy thuốc diệt cỏ đã làm thay đổi một cách bất thường số lượng động vật không xương sống trên đồng cỏ [16] … Ở Việt Nam phần lớn các nghiên cứu đều chỉ tập trung đến khu hệ giun đất, thành phần, sự phân bố loài hoặc chỉ thị chất lượng đất dựa vào độ đa dạng và khả năng tích lũy kim loại nặng của giun đất,…[3][5]. Hướng 2 dẫn 207 của OECD (1984) đã đưa ra quy trình về kiểm nghiệm các hoá chất trên giun đất Eisenia foetida [21]. Mức độ độc tính các hóa chất đối với các sinh vật thử nghiệm giữa vùng ôn đới và nhiệt đới là khác nhau [13], do đó các kết quả từ hệ sinh thái vùng ôn đới không thể trực tiếp áp dụng cho các hệ sinh thái nhiệt đới. Vì thế, việc sử dụng các loài nhiệt đới trong các thử nghiệm độc tính có thể góp phần đánh giá rủi ro đáng kể và đáng tin cậy của các hóa chất trong các khu vực này. Xuất phát từ cơ sở lý luận và thực tiễn trên tôi tiến hành chọn đề tài: “Thử nghiệm độc học của một số loại thuốc trừ sâu trên loài giun Quế (Perionyx excavatus, Perrier.,1872) theo quy trình của OECD” nhằm tạo tiền đề cho các nghiên cứu về phân tích, giám sát, cảnh báo sớm ô nhiễm môi trường đất ở Việt Nam. 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2.1. Mục tiêu tổng quát Thử nghiệm độc chất trên loài giun Quế (Perionyx excavatus) theo hướng dẫn 207 của OECD [21]. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Thử nghiệm độc học của ba loại thuốc trừ sâu Marsha 200SC (hoạt chất Carbosulfan), Stun 20SC (hoạt chất Imidacloprid), Cyperan 10EC (hoạt chất Cypermethrin) trên giun Quế theo bản hướng dẫn 207 của OECD. - Xác định nồng độ gây chết 50% cá thể thí nghiệm và tỉ lệ tăng trưởng của giun Quế (Perionyx excavatus) trong thời gian thử nghiệm. 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Kết quả nghiên cứu góp phần cung cấp dữ liệu thông tin để sử dụng trong đánh giá rủi ro sinh thái hệ sinh thái đất và dựa trên thử nghiệm để đánh giá độ độc của hóa chất tại Việt Nam. 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.1.1. Loài giun sử dụng làm thí nghiệm 1.1.1.1. Giun Quế Giun quế có tên khoa học là Perionyx excavatus (Perrier, 1872), chi Pheretima, họ Megascocidae. Loài này chủ yếu được tìm thấy ở các vùng nhiệt đới, đặc biệt là ở Châu Á, và cũng có mặt ở Châu Âu và Bắc Mĩ [18]. Giun Quế có kích thước tương đối nhỏ. Khi trưởng thành, chúng có độ dài vào khoảng 10-15 cm, thân hơi dẹt, bề ngang của con trưởng thành có thể đạt 1-2 mm, có màu từ nâu đỏ đến màu mận chín (tùy theo tuổi), màu nhạt dần về phía bụng, hai đầu hơi nhọn. Cơ thể giun có hình thon dài nối với nhau bởi nhiều đốt, trên mỗi đốt có một vành tơ. Giun quế nuốt thức ăn bằng môi ở lỗ miệng, lượng thức ăn mỗi ngày được nhiều nhà khoa học ghi nhận là tương đương với trọng lượng cơ thể của nó. Sau khi qua hệ thống tiêu hóa với nhiều vi sinh vật cộng sinh, chúng thải phân ra ngoài rất giàu dinh dưỡng, những vi sinh vật cộng sinh có ích trong hệ thống tiêu hóa này theo phân ra khỏi cơ thể. Đây là một nguyên nhân làm cho phân trùn có hàm lượng dinh dưỡng cao và có hiệu quả cải tạo đất tốt hơn ở dạng phân hữu cơ phân hủy bình thường trong tự nhiên. Giun Quế rất nhạy cảm, chúng phản ứng mạnh với ánh sáng, nhiệt độ, biên độ nhiệt cao, độ mặn và điều kiện khô hạn. Nhiệt độ thích hợp nhất với giun Quế trong khoảng từ 20-30o C, ở nhiệt độ khoảng 30 o C và độ ẩm thích hợp, chúng sinh trưởng và sinh sản rất nhanh . Ở nhiệt độ quá thấp, chúng sẽ ngừng hoạt động và có thể chết; hoặc khi nhiệt độ của luống nuôi lên quá cao, chúng cũng bỏ đi hoặc chết. Chúng có thể chết khi điều kiện khô và nhiều ánh sáng nhưng chúng lại có thể tồn tại trong môi trường nước có thổi Oxy. Trong tự nhiên, giun Quế thích sống nơi ẩm ướt và có độ pH ổn định, gần cống rãnh, hoặc nơi có nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy và thối rữa như trong các đống phân động vật, các đống rác hoai mục. Qua các thí nghiệm thực hiện, cho thấy chúng 4 thích hợp nhất vào khoảng 7.0-7.5, nhưng chúng có khả năng chịu đựng được phổ pH khá rộng, từ 4-9. Chúng rất ít có mặt trên các đồng ruộng canh tác, dù nơi đây có nhiều chất thải hữu cơ. Có lẽ vì tỷ lệ C/N của những chất thải này thường cao, không hấp dẫn và không đảm bảo điều kiện độ ẩm thường xuyên. 1.1.1.2. Sự sinh sản và phát triển Giun Quế là sinh vật lưỡng tính - chúng có cả cơ quan sinh dục đực lẫn sinh dục cái. Đai và các lỗ sinh dục nằm ở phía đầu của cơ thể. Tuy nhiên chúng không thể tự thụ tinh cho nhau mà sinh sản thông qua việc thụ tinh chéo giữa 2 cơ thể khác nhau. Chúng sinh sản quanh năm và thời gian thành thục ngắn nên sản lượng giun nuôi thu được khá cao. Giun trưởng thành khi được bốn tuần tuổi và bắt đầu trồi lên mặt đất để giao phối. Kén được hình thành ở đai sinh dục, trong mỗi kén chứa từ 5-15 trứng, kén giun di chuyển dần về phía đầu và hơi nhú ra đất. Toàn bộ quá trình sinh sản diễn ra trong chiếc kén này. Đây là hình thức tiến hóa nhằm chống lại hiện tượng tự sinh sản. Sau 2-3 tuần, giun con tự chui ra theo đầu kén. Khi mới nở, giun con nhỏ như đầu kim, có màu trắng, dài khoảng 2-3 mm, sau 5-7 ngày cơ thể chúng sẽ chuyển dần sang màu đỏ và bắt đầu xuất hiện một vằn đỏ thẫm trên lưng. Khoảng từ 15-30 ngày sau, chúng trưởng thành và bắt đầu xuất hiện đai sinh dục, từ lúc này chúng bắt đầu có khả năng cặp đôi và sinh sản. Giun Quế sinh sản rất nhanh trong điều kiện khí hậu nhiệt đới tương đối ổn định và có độ ẩm cao. Cứ một tuần đẻ một lần, sau 3 tuần trứng nở, sau 3 tháng giun trưởng thành [25]. 1.1.2. Hóa chất thử nghiệm 1.1.2.1. Carbosulfan Hiện nay, trong số tất cả các loại thuốc trừ sâu, nhóm cacbamates được sử dụng phổ biến nhất vì trong số các chất thay thế, các chất nhóm organochlorin có vấn đề về tồn đọng lâu dài trong môi trường, các chất nhóm phosphat hữu cơ rất độc và gây ra một vấn đề về thần kinh. Carbosulfan được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp, có tác dụng tiếp xúc, vị độc và lưu dẫn. Trừ được nhiều loại sâu ăn lá, chích hút, sâu đục cành, đục trái, tuyến trùng hại rễ, …. Carbosulfan có độc tính cao đối với con 5 người thông qua đường uống và hít phải phơi nhiễm, và do đó có thể gây nguy hiểm nghiêm trọng cho những người tiếp xúc trực tiếp (trong sản xuất, nông nghiệp). Các nước Liên minh Châu Âu cấm sử dụng cabosulfan năm 2007 [11] . Trong hai thập kỷ qua, việc sử dụng carbosulfan trong nông nghiệp đã tăng lên rất nhiều. Do sử dụng rộng rãi và độc tính cao, nhiều trường hợp ngộ độc ở người, động vật, chim và cá được báo cáo trên toàn thế giới. Khi phơi nhiễm ở mức độ thấp carbofuran có thể gây ra sự thay đổi thoáng qua trong nồng độ hooc môn. Những thay đổi này có thể dẫn đến các vấn đề sinh sản nghiêm trọng sau khi tiếp xúc nhiều lần [17]. Các động vật thí nghiệm thực nghiệm, sau khi tiếp xúc bằng đường uống hoặc qua ruột với carbofuran, biểu hiện sự xuất hiện các dấu hiệu độc hại như chảy nước miếng, nhai, và chấn động trong vòng 5-15 phút. Ở người, khi vào máu sẽ ức chế men acetylcholinesterase, gây biểu hiện tăng tiết đàm nhớt, đau bụng, tiêu chảy, co đồng tử, tăng tiết đàm nhớt, chậm nhịp tim, hạ huyết áp, hôn mê, co giật, rung giật cơ, yếu cơ, suy hô hấp đưa đến tử vong nếu không điều trị kịp thời[13]. Hình 1. 1. Thuốc trừ sâu hoạt chất Carbosulfan 6 1.1.2.2. Imidacloprid Imidacloprid là thuốc trừ sâu chloronicotinyl có tính hệ thống, thuộc nhóm neonicotinoids. Nó hoạt động bằng cách can thiệp vào việc truyền các xung thần kinh trong côn trùng, gây tắc nghẽn hệ thần kinh, dẫn đến tê liệt và tử vong. Loại thuốc trừ sâu này được sử dụng rộng rãi để kiểm soát các loại côn trùng như rệp, rầy trên lá, bọ trĩ, ruồi trắng,… Vào năm 1999, imidacloprid là thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Trên cơ sở các nghiên cứu trên động vật, nó được phân loại vào nhóm độc tính cấp II theo WHO [30]. Imidacloprid có độc tính gây chết thấp ở động vật có vú, chim và cá: LD50 của imidacloprid tại miệng chuột là 475 mg/kg [27]. Tiếp xúc liều cao có thể dẫn đến sự thoái hóa tinh hoàn, tủy xương, tuyến tụy, tử vong. Tiếp xúc miệng liều trung bình sẽ làm ảnh hưởng đến sự sinh sản, chậm phát triển. Nó có độc tính cấp tính cao đối với động vật không xương sống dưới nước, với giá trị EC = 0,037-0,155 ppm [27]. Trong đất, imidacloprid liên kết mạnh với chất hữu cơ. Khi không tiếp xúc với ánh sáng, imidacloprid phân hủy từ từ trong nước, và do đó có khả năng tồn tại trong nước ngầm trong một thời gian dài. Dựa trên độ hòa tan trong nước cao (0.5-0.6 g/L) và sự tồn đọng lâu dài, cả Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ và Cơ quan Quản lý Thiệt hại Hoa Kỳ tại Canada đều cho rằng imidacloprid có tiềm năng chảy tràn xuống nước mặt và ngấm vào nước ngầm. Do đó cảnh báo không áp dụng nó ở các khu vực có thấm nước, đặc biệt ở những nơi mặt nước nông [15]. Không có nghiên cứu nào được công bố liên quan đến con người bị phơi nhiễm imidacloprid. Ảnh hưởng của imidacloprid phụ thuộc vào liều lượng imidaclorid, thời gian và tần suất phơi nhiễm. 7 Hình 1. 2. Thuốc trừ sâu hoạt chất Imidacloprid 1.1.2.3. Cypermethrin Cypermethrin là thuốc trừ sâu thuộc nhóm pyrethroid tổng hợp, chúng được tổng hợp thành công vào năm 1974, là thuốc trừ sâu có phạm vi ứng dụng rộng trong nông nghiệp cũng như trong các sản phẩm tiêu dùng trong nhà như các sản phẩm diệt kiến và dán. Nó bị phân hủy dễ dàng trong đất và thực vật nhưng có thể duy trì hoạt tính trong hàng tuần khi được phun lên những bề mặt trơ trong nhà. Khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, nước và oxy, nó sẽ bị phân hủy nhanh hơn. Cypermethrin là hóa chất diệt côn trùng phổ rộng, nó giết cả côn trùng có lợi và động vật cũng như côn trùng gây hại. Cypermethrin tác dụng gây độc nhanh với hệ thần kinh của côn trùng. Con người tiếp xúc quá nhiều, cypermethrin có thể gây nôn mửa, đau đầu, yếu cơ, ra nhiều nước bọt, suy hô hấp cấp và tai biến. Trong cơ thể người, cypermethrin bị mất hoạt tính bởi enzym thủy phân tạo ra các chất chuyển hóa là các axit carboxylic, các axit này sau đó được loại trừ qua nước tiểu. Công nhân tiếp xúc với hóa chất này có thể được kiểm soát bằng cách đo hàm lượng các chất chuyển hóa trong nước tiểu, trong khi đó một vài trường hợp tiếp xúc quá liều có thể xác định bằng cách định lượng cypermethrin in máu hoặc huyết tương [22]. 8 Cypermethrin có thể gây độc đối với hệ sinh sản. Nếu phơi nhiễm với cypermethrin trong thời kỳ mang thai, chuột sẽ sinh ra con chậm phát triển. Với chuột đực phơi nhiễm cypermethrin, tỷ lệ tinh trùng không bình thường tăng lên. Nó gây hại hệ thống gen: khả năng không bình thường của nhiễm sắc thể tăng lên trong tủy xương và các tế bào lá lách khi chuột con đã nhiễm cypermethrin. Cypermethrin được phân loại là chất có thể gây ung thư vì nó gây ra sự gia tăng tần suất khối u phổi trong chuột cái. Cypermethrin có liên quan đến sự tăng nhân tế bào tủy xương ở cả chuột và người [8]. Mặc dù chưa có bằng chứng rõ ràng về tác hại của cypermethrin lên sức khỏe của con người, nhưng do chúng gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động sản xuất thủy sản và nông nghiệp nên ngày 16/01/2012 Bộ NN&PTNT đã ban hành Thông tư số 03/2012/TT-BNNPTNT cấm sử dụng cypermethrin trong sản xuất, kinh doanh thủy sản. Hình 1. 3.Thuốc trừ sâu hoạt chất Cypermethrin 9 1.2. Tình hình nghiên cứu sinh vật chỉ thị ô nhiễm môi trường đất 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Ô nhiễm đất đã tăng lên đáng kể trong những thập kỷ qua do sử dụng nhiều thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu và phân bón trong nông nghiệp, hoạt động công nghiệp, chất thải đô thị và lắng đọng khí quyển, dẫn đến suy thoái do mất đất làm ảnh hưởng đến chất lượng môi trường nông nghiệp và môi trường đất. Bên cạnh việc quan trắc ô nhiễm trực tiếp bằng các phương pháp lý hóa, thì việc sử dụng các sinh vật chỉ thị mà cụ thể là sử dụng giun đất, đã được quan tâm nghiên cứu và mang lại nhiều thành tựu có ý nghĩa cho khoa học và thực tiễn. Trên thế giới, một trong những nghiên cứu khoa học đầu tiên về giun đất là của nhà tự nhiên học vĩ đại Charles Darwin, cuốn sách “Sự tạo tầng mùn thực vật nhờ các hoạt động của giun đất”(1881). Darwin kết luận rằng giun "đã đóng vai trò quan trọng hơn trong lịch sử của thế giới so với hầu hết mọi người lúc đầu giả định [10]. Từ đó cho đến nay, trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu về hình thái học, sinh thái học và độc học sinh thái của giun đất được thực hiện. Xét một số chỉ số sinh học có sẵn để đánh giá chất lượng đất, một chương trình nghiên cứu quốc gia được thành lập ở Pháp để phát triển các chỉ số này (2006 -2012), chương trình "Chỉ thị sinh học". Chương trình này đã kiểm tra 47 thông số sinh học (tức là vi sinh vật, động vật, thực vật) bao gồm giun đất, ở một số điểm khác nhau về sử dụng đất, loại ô nhiễm PAHs hoặc kim loại và mức độ ô nhiễm. Nghiên cứu này đề xuất một số mục tiêu nghiên cứu cho phương pháp tiếp cận theo dõi sinh học, dựa trên các kết quả của giun đất từ chương trình. Do đó các bộ mô hình giun đất khác nhau đã được thử nghiệm (ví dụ như sự phong phú, sinh khối, các loài và các cấu trúc chức năng, và các đặc điểm sinh thái) cũng như mức độ cơ thể (tức là đo mức biểu hiện gen mã hóa metallothionein trong giun đất) [18]. Trong nghiên cứu của Surindra Suthar (1996) thực hiện trong vùng bán khô cằn ở miền Bắc Ấn Độ cho thấy: chỉ số đa dạng của giun đất phụ thuộc nhiều vào hình thức quản lý đất canh tác của con người. Các giá trị của chỉ số sinh thái, ví dụ: Sự đa 10 dạng, sự phong phú về loài và tính đồng đều cho thấy áp lực của con người đối với các cộng đồng giun đất ở các vùng đất canh tác ở miền bắc Ấn Độ [24]. Ô nhiễm kim loại nặng đã được chứng minh làm giảm mật độ và sự đa dạng của nhiều nhóm động vật đất. Tuy nhiên, một số động vật đất có thể tích lũy đáng kể lượng kim loại nặng trong cơ thể của chúng mà không có bất kỳ ảnh hưởng rõ rệt nào đến sự sống còn của chúng [32]. Việc sử dụng giun đất như một chỉ thị sinh học về ô nhiễm kim loại nặng đã được nhiều tác giả ghi nhận. Bamgbose et al. (2000), trong một nghiên cứu về kim loại nặng ở bãi chứa ở Abeokuta, Nigeria, cho thấy hàm lượng kim loại tập trung ở giun đất thấp hơn trong đất, ngoại trừ Cd và Cr. Ông giải thích rằng có thể là do những thay đổi hóa học xảy ra trong đường ruột của giun đất trả lại các kim loại có ích cho cây trồng [9]. Như vậy, giun đất có khả năng chịu đựng ở nồng độ cao trong môi trường kim loại nặng độc hại, không hấp thụ kim loại, tích lũy nó dưới dạng không độc hoặc thải loại nó một cách hiệu quả. Ảnh hưởng của 5 kim loại (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) lên sự sống sót của giun đất Eisenia fetida (Savigny) đã được E. F. Neuhauser và cộng sự (1985) đánh giá bằng cách sử dụng phương pháp tiếp xúc và kiểm tra đất nhân tạo. Không có sự khác biệt về độc tính giữa các muối kim loại khác nhau (acetate, clorua, nitrat và sulfat) trong năm kim loại này khi sử dụng phương pháp tiếp xúc. Trong thử nghiệm tiếp xúc, thứ tự độc tính, từ độc hại đến ít độc nhất là Cu > Zn > Ni ≈ Cd > Pb. Sự căng thẳng đối với số lượng giun đất thể hiện qua việc giảm khối lượng, tăng lên khi nồng độ muối kim loại ngày càng gia tăng. Nghiên cứu này chỉ ra rằng: Giun đất có thể là một công cụ quan trắc sinh học phù hợp để giúp đo hiệu quả của kim loại trong chất thải được thêm vào đất và việc tiếp xúc của giun đất với các phép thử đất nhân tạo có thể đo được các tác động sinh học [14]. Đã có rất nhiều nghiên cứu độc học về giun đất trên thế giới, điển hình là Shiping (2006) đã tiến hành thử nghiệm đánh giá độc tính của đất bị nhiễm chlorpyrifos bằng ba phương pháp kiểm tra khác nhau trên loài giun đất Eisenia fetida: thử nghiệm độc học cấp tính, mãn tính và dựa vào hành vi trốn chạy. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng đối với chlorpyrifos, nồng độ độc chất gây ra phản ứng trốn chạy lớn hơn nhiều so 11 với nồng độ ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của giun trong thử nghiệm mãn tính. Điều này chứng minh được giun đất, điển hình là loài Eisenia fetida không có khả năng trốn chạy khỏi đất bị ô nhiễm trước khi bị ảnh hưởng vì thế nên tiếp xúc liên tục với thuốc trừ sâu ở nồng độ cao [32]. Thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động nông nghiệp và ảnh hưởng đến các loài động vật không xương sống. Gần đây, các loài động vật không xương sống và dư lượng thuốc trừ sâu trong đất đã được nghiên cứu, nhưng chi phí phân tích cao và số lượng lớn thuốc trừ sâu trên thị trường đã đặt ra những vấn đề thực tiễn nghiêm trọng. Theo Wang và các cộng sự (2015), thuốc trừ sâu neonicotinoid như imidacloprid, acetamiprid, nitenpyram, clothianidin, và thiacloprid là độc hại đối với giun đất có thể ức chế đáng kể khả năng sinh sản, hoạt động xenlulaza trong E.fetida và cũng làm hỏng các tế bào biểu bì và ruột giữa của giun đất [28]. De Silva và cộng sự (2009) đã nghiên cứu hành vi tránh nắng được đề xuất như một phương pháp nhanh và hiệu quả về chi phí để đánh giá ảnh hưởng của thuốc trừ sâu đối với giun đất. Tuy nhiên, các loài nhiệt đới hiếm khi được sử dụng trong các thử nghiệm tránh. Các thử nghiệm tránh được đã được thực hiện với Perionyx excavatus, một loài nhiệt đới, và Eisenia andrei là những loài tiêu chuẩn, sử dụng chlorpyrifos và carbofuran trong đất tự nhiên và nhân tạo. Giun đất tiếp xúc với nồng độ 1-900 (chlorpyrifos) và 1-32 (carbofuran) mg a.i. kg đất khô trong một hệ thống hai buồng trong điều kiện nhiệt đới (26 ± 2 ° C, 48 giờ). Không có sự khác biệt đáng kể đã được tìm thấy trong các kiểm nghiệm kiểm soát so sánh hai loại đất sử dụng, cho thấy loại đất không ảnh hưởng đến sự phân bố của giun. Các kết quả cho thấy độ nhạy của E. Andrei cao hơn P. excavatus [13]. Do đó, các thử nghiệm tránh giun đất nên được sử dụng cẩn thận khi áp dụng như một công cụ để đánh giá rủi ro thuốc trừ sâu ở vùng nhiệt đới. Thử nghiệm tránh giun đất chỉ có thể thay thế các xét nghiệm sống còn như là một công cụ sàng lọc ban đầu để đánh giá rủi ro. 12 1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam Ở Việt Nam, từ những năm 60 của thế kỷ XX đã có những nghiên cứu về hệ thống các loài giun đất nhưng chủ yếu tập trung đến thành phần loài, đặc điểm phân bố và các khu hệ giun đất ở Việt Nam, điển hình như nghiên cứu của Phạm Thị Hồng Hà, Huỳnh Thị Kim Hối, Trần Bá Cừ, Tống Kim Thuần, … [5] đã cung cấp về thành phần loài, đặc điểm phân bố và thêm nhiều loài giun đất mới trên các vùng đất khác nhau, trải dài trên ba khu vực Bắc, Trung, Nam của Việt Nam. Phạm Thị Hồng Hà (2010) đã nghiên cứu đa dạng các loài giun đất ở Đà Nẵng và phát hiện được đã phát hiện được 75 loài giun đất, thuộc 8 giống và 4 họ trên địa bàn thành phố Đà Nẵng. Việc nghiên cứu thành phần góp thêm dẫn liệu vào khu hệ giun đất ở Việt Nam và là cơ sở cho các ứng dụng trong cải tạo môi trường đất ở thành phố Đà Nẵng [5]. Bên cạnh đó, việc sử dụng giun đất để quan trắc, đánh giá chất lượng môi trường cũng đã được tiến hành. Nguyễn Văn Khánh, và cộng sự (2012) đã nghiên cứu khả năng sử dụng chỉ số đa dạng của giun đất làm chỉ thị đánh giá chất lượng đất canh tác rau ở thành phố Đà Nẵng. Kết quả chỉ ra rằng, các chỉ số sinh học và chỉ số lý hóa có mức độ tương quan từ mức thấp đến trung bình, trong đó, chỉ tiêu sinh khối giun đất có tương quan thuận ở mức trung bình đến tương đối chặt với %Pts và %OM, nghiên cứu cho thấy rằng có thể sử dụng chỉ số sinh khối giun đất để đánh giá về hàm lượng dinh dưỡng P và chất hữu cơ trong đất trồng rau [3]. Giun đất thường được sử dụng trong nghiên cứu về độc tính sinh thái đất do chúng dễ dàng xử lý và đo các thông số chu kỳ sống khác nhau, trong quá trình tích tụ và bài tiết kim loại và phản ứng sinh hóa. Giun đất nuốt một lượng lớn đất và do đó tiếp xúc với kim loại nặng qua ruột cũng như qua da, do đó tập trung các kim loại nặng từ đất trong cơ thể của chúng. Phạm Thị Hồng Hà và cộng sự (2010) cũng đã đánh giá hàm lượng Cd và Pb tích lũy trong môi trường đất và trong các loài giun đất (Giống Pheretima) ở khu công nghiệp Hòa Khánh, thành phố Đà Nẵng. Qua nghiên cứu cho thấy loài giun đất giống Pheretima có khả năng tích lũy cao hàm lượng Cd và Pb trong cơ thể, mức độ tích lũy phản ánh được hàm lượng Cd và Pb có trong môi 13 trường. Do đó có thể sử dụng giun đất trong giống Pheretima để đánh giá ô nhiễm kim loại Cd và Pb [6]. Theo Lê Huy Bá, Lê Thanh Hải (1999) khi nghiên cứu ảnh hưởng của các loại thuốc trừ sâu trên cây cà chua và bắp cải tại Hóc Môn và Củ Chi lên 6 đối tượng động vật không xương sống trong đất đã đưa ra kết luận rằng thuốc trừ sâu đã có tác động mạnh mẽ, làm giảm số lượng động vật không xương sống có ích trong đât canh tác của 6 đối tượng điều tra (6 Bộ: Bộ giun đất, Bộ đuôi nguyên thủy, Bộ đuôi bật, Bộ hai đuôi, Bộ rết nâu chẻ, Bộ rết tơ). Đặc biệt là Bộ giun đất, ở tầng đất 0 – 10 cm, trên ruộng phun thuốc theo quy trình an toàn, sau phun thuốc 15 ngày, số lượng giun đất giảm 46 -90% [2]. Độc tính của các loại thuốc trừ sâu tích lũy trong cơ thể sinh vật và giảm sự sinh sản cũng như phát triển của chúng, tích lũy dần qua chuỗi thức ăn và gây chết các loài sinh vật tiêu thụ. Nghiên cứu của Huỳnh Thị Kim Hối (2000) về khảo sát ảnh hưởng của thuốc trừ sâu Wofatox và Bassa lên quần xã giun đất, đã nhận xét: Khi sử dụng nồng độ trung bình phổ dụng của Wofatox và Bassa pha loãng 10 lần, giun đất di chuyển xuống các lớp đất sâu hơn. Việc sử dụng hóa chất trừ sâu có tác động rõ rệt tới hoạt động sinh thái của giun đất, ở nồng độ pha loãng 5 lần. Lúc này sau khi di chuyển xuống các lớp đất sâu, giun đất giảm các hoạt động rõ rệt và giảm phản ứng khi chạm vào cơ thể chúng [1]. Việc sử dụng giun đất làm sinh vật chỉ thị cũng như thử nghiệm độc học sinh thái ở Việt Nam còn rất mới mẻ, có khá ít các nghiên cứu trên mảng giám sát sinh học để đánh giá tác động của thuốc BVTV ở vùng nhiệt đới và các đánh giá thường dựa vào dữ liệu từ điều kiện khí hậu vùng ôn đới. Vì vậy, việc nghiên cứu phản ứng sinh học của giun đất với độc chất là cần thiết để tạo tiền đề cho các nghiên cứu về phân tích, giám sát, cảnh báo sớm ô nhiễm môi trường đất ở Việt Nam.