sinh vật chỉ thị

Trong đề tài này sẽ trình bày một số sinh vật bao gồm động vật, thực vật và vi sinh vật có khả năng chỉ thị đối với môi trường, phát hiện ra độc chất trong môi trường.. Lúc nàyvật chỉ th

Lời cám ơn

ôi trường là vấn đề nóng bỏng Sinh thái, tài nguyên môi trường đã và đang bị phá huỷ một cách nghiêm trọng từng ngày, từng giờ với tốc độ thoái hoá nhanh chóng.

M

Loài người ngày nay đang phải trả giá cho những gì mà các nước phát triển đã làm đối với môi trường cách đây hàng trăm năm Do vậy, nhân loại đã và đang ý thức được rằng, nếu các vấn đề môi trường không được xem xét, đánh giá đầy đủ và kỹ lưỡng thì tăng trưởng kinh tế và công nghiệp hoá với tốc độ hiện nay nhất định sẽ đi kèm với huỷ hoại môi trường.

Trong đề tài này sẽ trình bày một số sinh vật bao gồm động vật, thực vật và vi sinh vật có khả năng chỉ thị đối với môi trường, phát hiện ra độc chất trong môi trường.

Hy vọng rằng đề tài này phần nào cung cấp thêm những thông tin về nhu cầu bức xúc hiện nay.

Trong quá trình tìm hiểu đề tài, mặc dù đã cố gắng nhưng với lượng kiến thức còn hạn chế, bài tiểu luận này chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp chân thành của thầy để có sửa chữa những sai sót và nâng cao kiến thức để những đề tài sau được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên thực hiện Bùi Thị Mỹ Linh

Lời nói đầu

tưởng dùng sinh vật để làm chỉ thị cho tính chất môi trường sống của chúng phổbiến hiện nay, và từ indicator hoặc indicator species có thể sử dụng và được hiểutheo nhiều cách khác nhau

Ý

Thí dụ một số loài được biết là có nhu cầu riêng biệt với hàm lượng chất dinhdưỡng hoặc với mức độ oxy hoà tan trong thuỷ vực khác nhau Điều này khi được xácđịnh rõ sự hiện diện của các loài sống riêng biệt trong môi trường chúng sống sẽ phảnảnh điều kiện xác định hoặc các thông số về môi trường trong khoảng giới hạn chịuđựng của chúng Khái niệm vật chỉ thị này có thể phát triển hơn nữa không phải chỉ làsự ghi nhận đơn giản về sự hiện diện hoặc vắng mặt của loài

Một vài sinh vật chỉ thị tiếp tục tồn tại trong môi trường bị ô nhiễm nhưng phảichịu đựng những stress về vật lý làm cho tỉ lệ tăng trưởng giảm, khả năng sinh sản kémhoặc tập quán sống sẽ thay đổi Đây chính là một sự xét nghiệm sinh học của sự ônhiễm môi trường và cho phép chúng ta khám phá ra sự thay đổi và có thể ước lượngcưòng độ của nó, vật chỉ thị sẽ trở thành vật cảm quan sinh học cho sự nhiễm bẩn nàyhoặc được gọi là stressor

Khái niệm khác với từ biological indicator là khái niệm sinh vật tích luỹ vật chấttrong mô của chúng theo cách như thế nào đó phản ứng với các chất ô nhiễm Lúc nàyvật chỉ thị được thu và qua phân tích mô của chúng về mặt hoá học thì có thể ước lượngnồng độ môi trường tồn tại như sinh vật được gọi là bio-accummulators của các chấtnày và chúng thường có lợi riêng biệt khi các chất này có mức độ rất thấp trong môitrường

Chapter one: The general introduction bio – indicator( include: botany, animal,microorganism), the definitions, the concepts, and the particularity of them.

Chapter two: To present microorganism indicators, especially the kinds ofbacterial contaminated land and running water environmental indicators

Chapter three: To present botanical indicators and their clear – headed reactions

to poison

Chapter four: Similar to plants, animals also are the victims of pollution Thus,they can be used as the indicators

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU CHUNG

I. Vì sao phải giám sát, tìm chất chỉ thị môi trường :

Ô nhiễm môi trường là kẻ thù chung của nhân loại Nhiệm vụ chủ yếu củanhững người làm công tác bảo vệ môi trường là trừ bỏ ô nhiễm, làm cho môi trường trởthành trong sạch Muốn trừ bỏ ô nhiễm môi trường thì phải tìm hiểu, nắm vững nó, chỉcó như thế mới mới lập được những kế hoạch hữu hiệu và sử dụng biện pháp thích hợpđể trừ bỏ

Ô nhiễm môi trường có rất nhiều dạng, bao gồm ô nhiễm không khí, ô nhiễmnước, ô nhiễm tiếng ồn, ô nhiễm đất, ô nhiễm các chất thải … Sự ô nhiễm này có thểphân thành ô nhiễm có tính vật lý, tính hóa học và sinh học Nguồn gây nên ô nhiễmmôi trường và các chất ô nhiễm luôn luôn biến đổi Vì vậy muốn hiểu biết đúng vànắm vững bản chất sự ô nhiễm thì đó là điều không dễ

Để biết được chất gây ô nhiễm môi trường, con người phải giám sát, đo lườngmôi trường thông qua việc dùng những chất chỉ thị hay sinh vật chỉ thị Trên thế giớihiện nay chỉ thị môi trường đã và đang được sử dụng rộng rãi, nhờ đó ta có thể nghiêncứu được quy luật về nguồn gốc, phân bố, di chuyển và biến hóa của các chất gây ônhiễm môi trường, từ đó đưa ra những dự đoán về xu thế ô nhiễm hoặc xác định đượcđối tượng gây ô nhiễm cần khống chế, lấy đó làm căn cứ khoa học để nghiên cứu cácđối sách khống chế ô nhiễm và tiến hành quản lý môi trường

II Các định nghĩa, khái niệm:

1 Chỉ thị môi trường: ( Environmental Indicator)

Chỉ thị môi trường là một hoặc một tập hợp các thông số môi trường( tác nhânhóa, lý, sinh vật) chỉ ra đặc trưng nào đó của môi trường

Trong thực tế, một thành phần môi trường( đất, nước, không khí, sinh vật) baogồm vô số các thông số hóa, lý, sinh học Việc xác định, quan trắc tất cả các thông sốnày cũng không thể đánh giá được chất lượng môi trường nếu không dựa vào mộtthông số chủ đạo có giá trị chỉ thị

Dựa vào bản chất các hệ sinh thái, người ta nhận ra rằng sự xuất hiện tăng hoặcgiảm về nồng độ( hay cường độ) hoặc sự biến mất của một số thông số( hay tác nhân)đã cho phép xác định được đặc điểm của thành phần môi trường cần nghiên cứu Cáctác nhân đó được gọi là chỉ thị môi trường.

Để xác định mức độ ô nhiễm nguồn nước do các yếu tố độc hại( kim loại nặngvà các hóa chất độc vi lượng) nhiều khi ta không xác định được sự có mặt của chúngtrong nước( vì nồng độ quá thấp) nhưng có thể xác định qua sinh vật chỉ thị( vi khuẩn,động vật đáy, …) vì khả năng tồn lưu lâu dài của các hóa chất độc trong loài sinh vậtnày

2 Chỉ thị sinh thái môi trường( Environmental Elogical Indicator):

Chỉ thị sinh thái môi trường chuyên nghiên cứu về các khoa học lấy sinh vật( thực vật, động vật và vi sinh vật) làm chỉ thị cho tình trạng, mức độ trong lành hay ônhiễm, thích hợp hay không đối với sinh vật của môi trường sinh thái

3 Chỉ thị sinh học( Bioindicator):

Từ đặc điểm sinh học của nguồn nước tự nhiên, chúng ta thấy rõ là một số loàithủy sinh có thể phát triển tốt trong môi trường này nhưng lại kém hoặc không thể pháttriển trong môi trường khác Đây là cơ sở để lựa chọn chỉ thị sinh học để quan trắc chấtlượng nước và đánh giá tác động đến môi trường nước Vậy chỉ thị sinh học( biologicalindicator) là khoa học nghiên cứu một loài hoặc một sinh vật dùng để định mức chấtlượng hoặc sự biến đổi của môi trường

4 Chỉ thị vi sinh( Indicator Microorganisms):

Để đánh giá mức độ ô nhiễm nước do chất thải sinh hoạt, ngoài các thông sốhóa, lý ta chỉ cần quan trắc các vi sinh chỉ thị: E-coli, tổng Coliform và các vi sinh vậtgây bệnh( pathogen), trong đó E-coli là chỉ thị thường dùng nhất vì đặc trưng cho môitrường bị nhiễm phân và dễ xác định trong điều kiện thực địa

5 Sinh vật chỉ thị( Bio-indicator):

Là những cá thể, quần thể hay quần xã có khả năng thích ứng hoặc rất nhạycảm với môi trường nhất định Các sinh vật chỉ thị có thể là 1 loài, 1 nhóm loài, có thểtương quan giữa các nhóm loài hoặc tổng số loài trong quần xã và chỉ số đa dạng.Chúng có thể chỉ thị về độ sạch, độ nhiễm bẩn của thủy vực( gắn liền với độ giàu,ngheo dinh dưỡng) chỉ thị về chất lượng nước: nước cứng, nước mềm, nồng độ muối, độnhiễm phèn, nhiễm độc

6 Loài chỉ thị( Indicator Species)

Là loài sinh vật được sử dụng trong khảo sát, đánh giá sự tồn tại của một số điềukiện môi trường vật lý

7 Cây chỉ thị( Indicator Plant):

Là những cây dùng để nhận biết mức độ môi trường Những cây này có đặc tínhsinh học thích nghi cao với điều kiện môi trường đặc biệt hoặc dễ bị chết, bị ảnh hưởng.Ngoài ra còn có động vật chỉ thị( Indicator Animals)

III Phân loại sinh vật chỉ thị:

Tùy theo các chỉ tiêu phân loại khác nhau mà người ta có bảng phân loại khácnhau

- Phân loại theo địa lý môi trường, người ta dùng các đại quần xã (Biomes) Vídụ có các đại quần xã sau đây: đại quần xã rừng nhiệt đới chỉ thị cho vùng khí hậunóng quanh năm; đại quần xã rừng rụng lá chỉ thị cho vùng á nhiệt đới; đại quần xãrừng lá kim( Taiga) chỉ thị cho vùng ôn đới, và đồng rêu bắc cực( Tunda) chỉ thị chovùng địa lý cực bắc

- Phân loại theo độ cao Chúng ta biết rằng, càng lên cao nhiệt độ càng thấp vànồng độ oxy càng loãng Vì vậy ở vùng nhiệt đới khi ở dưới chân núi là rừng nhiệt đớinhiều tầng che phủ 100% nhưng lên đến độ cao 1500m thì cây chỉ thị là những cây lánhọn xen cây rừng rụng lá của vùng á nhiệt đới còn lên cao 3000m là thực vật ôn đới

- Phân loại theo môi trường thành phần Ví dụ, chỉ thị môi trường đất, chỉ thị môitrường nước , chỉ thị môi trường không khí…

- Phân loại theo mức độ ô nhiễm của môi trường Người ta đã chia ra các mức chỉthị ô nhiễm, chỉ thị cho ô nhiễm trung bình, chỉ thị cho ô nhiễm nhẹ hoặc là chỉ thị chokhông ô nhiễm Với cách phân loại này, người ta sử dụng cả hai tiêu chí: một là loài cótính nhạy cảm hoặc thích nghi cao; hai là số lượng cá thể của loài đó Ví dụ, ô nhiễmhữu cơ nguồn nước, người ta dùng ecoli, một vi sinh vật rất thích nghi với điều kiện ônhiễm này và số lượng cá thể của chúng trong một đơn vị thể tích

- Phân loại theo ngành sinh vật Ví dụ, người ta phân ra: vi sinh vật chỉ thị, thựcvật chỉ thị, động vật chỉ thị

- Phân loại theo nhu cầu của sinh vật Một số sinh vật sống trong điều kiện theonhu cầu của nó, vì vậy khi người ta thấy sự có mặt của nó thì ta biết rằng trong môitrường có sẵn những vật chất mà sinh vật đó cần Ví dụ, với loài cây có nhu cầu rất caovới kim loại nặng trong đất và nước Khi thấy loại sinh vật này xuất hiện ta biết đượchiện trạng môi trường lúc đó Kỹ thuật tìm kiếm quặng uran là một ví dụ

IV Một số nguyên tắc khi sử dụng sinh vật chỉ thị:

Để có thể chọn sinh vật chỉ thị, chúng ta trước hết cần xác định là vấn đề chỉ thịcho điều gì? Khi sử dụng sinh vật chỉ thị, người ta cần căn cứ vào các đặc điểm sau:

- Vật chỉ thị dễ dàng định loại( readily identified) Dễ thu mẫu

- Tính thích nghi cao của loài sinh vật đó Ví dụ, cây năng( Eleocharis Dulcis)chịu được môi trường có độ phèn rất cao, pH có thể ở 2,5 hay là Ecoli có thể sống tốttrong môi trường nước ô nhiễm hữu cơ cao

- Có khả năng tích trữ chất ô nhiễm, đặc biệt là phản ánh mức độ môi trường vì sựphân bố của chúng liên quan đến mức độ ô nhiễm môi trường

- Dễ dàng nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, có tính biến dị thấp về mặt di truyềncũng như vai trò của chúng trong quần xã sinh vật

- Tính nhạy cảm với điều kiện môi trường thay đổi bất lợi hay có lợi cho sinh vật

Ví dụ, con tôm rất nhạy cảm khi điều kiện môi trường đất nước bị ô nhiễm phèn hay độphú dưỡng quá cao; khi ấy hoặc tôm sẽ chết hàng loạt hoặc bỏ đi nơi khác Hoặc là khimôi trường thuận lợi thì sếu cổ đỏ bay về sinh sống ở Tràm Chim, Đồng Tháp Nhưngcó thời kì trước đây, sếu đã bay đi nơi khác bởi vì điều kiện môi trường không thíchhợp

- Các loài sinh vật có độ thích ứng hẹp thường là vật chỉ thị tốt hơn loài thích ứngrộng Các loài này không nhiều trong hệ sinh thái quần xã Thí dụ, cây đước phát triểntốt ở môi trường rừng ngập mặn, nó chỉ thị cho mối trường ngập mặn Ngược lại, đốivới cây cỏ hôi, độ rộng muối lớn, thì không có khả năng làm chỉ thị cho môi trườngngập mặn

- Các loài có cơ thể lớn thường có khả năng làm chỉ thị tốt hơn những loài có cơthể nhỏ Bởi vì trong một dòng năng lượng nào đó, sinh khối lớn hay năng suất toànphần được duy trì tốt hơn nếu sinh khối đó thuộc về sinh vật lớn Tốc độ vòng đời cácsinh vật nhỏ có thể rất cao Vì vậy từng loài có mặt trong thời điểm nghiên cứu có thểkhông phải là sinh vật chỉ thị tối ưu

- Trước khi tách một loài ra khỏi loài kia hoặc sử dụng một loài nào đó làm sinhvật chỉ thị, cần phải xem xét các dấu hiệu thực nghiệm và tính chất từng yếu tố giớihạn

- Tỷ lệ số lượng của các loài và cả quần xã cũng cần chú ý trong khi xác địnhsinh vật chỉ thị Thường thì số lượng của chúng phát triển nó phản ánh đầy đủ tính thíchứng của sinh vật đối với môi trường Ví dụ, ở vùng nào cây mua phát triển mạnh, mọcđầy các đồi núi, ta biết ngay rằng ở môi trường đó đất hơi chua hoặc chua( pH = 4 - 5)

- Khi lựa chọn sinh vật chỉ thị chúng ta cần tìm hiểu ảnh hưởng của sự phát triểnsinh vật có lợi hay có hại cho môi trường sống của con người và môi trường sinh thái

Tổ hợp các chỉ thị môi trường trong đánh giá tác động đến các hệ sinh thái:

Một hệ sinh thái bao gồm các thành phần vô sinh( địa hình, đất, nước, thủy văn,không khí, khí hậu) và hữu sinh( vi sinh, sinh vật dưới nước, sinh vật trên cạn) Cácthành phần trong môi trường có quan hệ hỗ tương với nhau và chính chất lượng môitrường quyết định sự tồn tại và phát triển của sinh vật Do vậy bằng cách quan sát,phân tích tổ hợp các chỉ thị môi trường ta có thể xác định sơ bộ đặc điểm, năng suấtsinh học, trạng thái, xu hướng diễn biến và khả năng sử dụng của một hệ sinh thái haymột vùng sinh thái.

Ví dụ, tại vùng dồng bằng Sông Cửu Long, chỉ cần quan sát sự hiện diện củacây dừa nước( Nipa fruiticans) cho ta biết đây là vùng thấp, ngập triều, nước bị nhiễmmặn một khoảng thời gian trong năm Sự có mặt cây bần( sonneratia spp.) cho ta biết ởđó là vùng ven sông, nhiễm mặn nhẹ; sự có mặt cây đước( Rhyzophyta spp.) cho ta biếtđây là vùng bãi lầy, thấp, nhiễm mặn trung bình đến cao; cây mắm( Avicennia spp.)chỉ vùng bãi bồi, độ mặn cao quanh năm; cây chà là nước ( phoenix paludosa) chỉ vùngđất cao nhưng nhiễm mặn

Tương tự như vậy, bằng cơ sở khoa học và kinh nhgiệm qua quan sát cấu hình,màu sắc đất, nước các loài cây cỏ, động vật, ta có thể xác định sơ bộ tính chất môitrường của một vùng sinh thái nông nghiệp ở đồng bằng, trung du hay cao nguyên

V Chọn lọc các sinh vật sử dụng cho việc quan trắc:

Các sinh vật có thể được chọn cho các mục đích quan trắc, thông thường dựatrên tốc độ phản ứng được đặt ra( Cairns 1973) hay dựa vào khả năng mẫn cảm vớinhững biến đổi về nhiệt độ

Đặc tính sinh học của sinh vật ảnh hưởng một cách mạnh mẽ đến nhiều loại môhình quan trắc sinh học hữu dụng, chẳng hạn như: sinh vật có đời sống ngắn, phản ứngkịp thời với những thay đổi môi trường còn các sinh vật có đời sống dài thì sự phản ứngsinh học của chúng có thể trải qua nhiều năm, nhiều thập kỷ và có thể qua nhiều thếkỷ Loài sinh vật có tốc độ trao đổi cao, và tốc độ tăng trưởng cao thì thường nhạy cảmtốt với các chất ô nhiễm hơn là những sinh vật có tốc độ trao đổi thấp Sinh vật tiềmsinh có thể chứa các chất ô nhiễm xâm nhập vào môi trường nhanh chóng, khi có sinhvật biến đổi dưới điều kiện biến đổi của môi trường Nhiều loài sinh vật ngừng sinh sảnkhi điều kiện bất lợi… Do vậy, những thay đổi về tốc độ thụ tinh sẽ là dấu hiệu của sựthay đổi môi trường

Ngay cả trong một loài thì một số sinh vật được coi là chỉ thị tốt hơn sinh vật kia.Thực vật có mao mạch là chỉ thị hiệu quả nhất cho ô nhiễm không khí bởi vì những loàithông thường không thường không có mao mạch ít nhạy cảm với các chất ô nhiễmkhông khí Ví dụ, chất độc của khói quang hóa ở California chưa được biết cho tới khi

nó được nhận ra ở sự biến đổi trên cây họ đậu, rau bina, và hình dạng lá cây Điều nàychứng tỏ có sự xuất hiện ozon( Middleton, 1956) Những biến đổi trên lá cỏ non chothấy có sự hiện diện của peroxyacetylnitrate( bedrow, 1955)…

Thực vật trên cạn như tảo, địa y thường rất nhạy cảm với chất ô nhiễm khôngkhí hơn cả thực vật có mao dẫn bởi vì chúng hấp thụ trực tiếp nước và chất dinh dưỡngtừ không khí và nước mưa Kết quả nồng độ các chất ô nhiễm và các chất độc cấp tínhsẽ vào cơ thể nhanh hơn thực vật có mao mạch

Một phương pháp đo lường chất ô nhiễm là dùng mật độ địa y, nó là sự tổng hợpcác loài các loài hiện có và cả họ hàng của loài này

Trong môi trường nước, tảo và vi khuẩn cyanobacteria là những sinh vật chỉ thịhữu dụng cho những thay đổi khác nhau, sự gia tăng các chất dinh dưỡng( phú dưỡnghóa) có thể được đánh giá nhờ vào sinh khối của tảo và nhiều loài vi khuẩn như:oscillatoria ở hồ Washington Tảo các và một số tảo khác có khả năng tích tụ kim loạinặng và các chất phóng xạ trong cơ thể của chúng

Động vật thân mềm được sử dụng như là là công cụ quan trắc trong môi trườngnước với mạng lưới quan trắc toàn cầu( Goldberg, 1978) Một số loài được sử dụng baogồm loài Mytius, Grasstrea, Ostrea ở các vùng khơi và duyên hải cửa sông LoàiGeukensia ở vùng ngập triều và Anodonta và họ hàng của nó ở các hồ nước ngọt, cửasông, suối Phần lớn người ta quan tâm về cách thức chất ô nhiễm vào tế bào động vậtnhuyễn thể và khả năng tồn tại lâu dài của nó Kim loại, thuốc trừ sâu và cáchydrocacbon cũng xâm nhập vào các mô mềm và nồng độ của chúng tăng nhanh và rồichúng tích tụ ở đó Hầu như công việc cần làm trước khi hiểu về nồng độ các chất trongmô mềm có thể được sử dụng một cách có hiểu quả để chỉ thị cho các biến động môitrường hiện tại và quá khứ

Sinh vật chỉ thị được xem như là các công cụ rất tốt để chỉ thị cho sự thay đổicủa môi trường trong khi các chức năng liên hệ giữa đột biến và những phản ứng đượcxác định Ngoài ra sinh vật còn có ích cho những trường hợp không biểu hiện rõ Nếucó một yếu tố nào trong hệ sinh thái bị suy giảm hay biến mất thì chúng ta phải quantâm đặc biệt đến nó; cần thiết phải tìm nguyên nhân, bởi vì môi trường tự nhiên biếnđổi rất nhanh chóng Các loài điển hình có thể biến mất ở một vùng sinh thái nào đó docon người hay do cạnh tranh giữa các sinh vật

Có nhiều cách để chọn đối tượng quan trắc Ví dụ, động vật ăn thịt bậc cao cókhả năng chống chịu cao với thuốc trừ sâu Điều đó có ý nghĩa quan trọng trong việcthay đổi môi trường Bởi vì những động vật này có phạm vi tìm mồi rất rộng lại có khảnăng tích lũy cao các vật chất, kể cả chất ô nhiễm Mặt khác, nhiều thành phần môi

trường được nhận biết từ kết quả phân tích cơ thể con mòng biển Do đó, mòng biểnđược sử dụng để kiểm soát ô nhiễm hóa chất, sâu và bướm cũng được sử dụng làm sinhvật chỉ thị môi trường qua tỉ lệ phân bố của nó Có sự thay đổi của số lượng cá thể, nhấtlà thay đổi màu sắc của bướm khi môi trường thay đổi nhất là về sắc tố Tiến hóa làmột sự chọn lọc tự nhiên, nơi có các chất gây ô nhiễm là một yếu tố qui định tỉ lêï sốngsót của một số loài và số lượng nguồn gen( Rette Well, 1973) Các nhà sinh vật, cácnhà độc chất còn sử dụng một số động vật có vú làm chỉ thị khi khảo sát ảnh hưởng củađộ độc đến con người( Buck, 1979; Harsh Black, 1984) Những phương pháp này rất có

ý nghĩa đối với các nhà sinh thái môi trường, nó còn giúp con người xác định các loàicó kích thước nhỏ, tỷ lệ sống ở những vùng thích hợp với chúng mà dân cư chiếm làmnơi cư trú

Chim là loài sinh vật tốt dùng để quan trắc sinh học bởi vì có sự liên quan đểnhận biết với số lượng lớn mà thành phần loài thì ít Phần lớn các loài quan sát nghiệp

dư hiểu nhiều và quan sát một cách thường xuyên Việc đếm và điều tra số lượng chimcon được tiêu chuẩn hóa chúng đã cung cấp giá ttị lâu dài và tuyệt vời về dạng phân bốbầy đàn

VI Các loài sinh vật chỉ thị:

Như đã trình bày ở trên, các loài sinh vật dùng làm sinh vật chỉ thị bao gồm cảđộng vật( động vật không xương sống, động vật có xương sống, động vật đáy, động vậtphù du), thực vật và vi sinh vật

CHƯƠNG II:

CHỈ THỊ VI SINH VẬT ( indicator microorganisms)

I. Khái quát về vi sinh vật :

Ô nhiễm trên thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng phần lớn là do những tậpquán phản vệ sinh, do các hoạt động nông nghiệp với những phương thức canh tác khácnhau và do cách thải bỏ không hợp lý các chất cặn bã vào lòng đất hay thải trực tiếpvào thủy vực, do những chất gây ô nhiễm từ không khí lắng xuống lòng đất Ởû nhữngnước công nghiệp phát triển, ô nhiễm đất thường do việc sử dụng phân bón hóa học,các chất điều hòa sinh trưởng, các thuốc bảo vệ thực vật… Trong khi đó, ở các nướcđang phát triển, ô nhiễm đất và các nguồn nước gây ra bởi những tác nhân sinh học nhưcác loài vi sinh gây bệnh và chúng luôn luôn tạo ra những tình trạng căng thẳng

Ô nhiễm bởi các tác nhân hóa học có độc tính đối với người và các loài sinh vậtkhác như DDT, PCB, Hg, Cd, Pb… thừơng được phân tích bằng con đường hóa học vớinhững thiết bị tinh vi Việc đánh giá độc tính của các chất này bằng vi sinh vật hiệnnay còn dựa trên các biện pháp sinh học, trong đó các sinh vật thường được dùng đểtrắc nghiệm độ độc thường là chó, khỉ, thỏ, chuột trắng, chuột lang, cá, thực vật… Trongvài năm gần đây, một phương pháp mới được sử dụng dựa trên cường độ phát huỳnhquang của loài vi khuẩn phát sáng ( phytobacteria) khi trộn lẫn với độc chất ở các nồngđộ khác nhau để xác định độ độc

Ô nhiễm bởi các tác nhân sinh học chủ yếu là các vi sinh vật gây bệnh có nguồngốc từ phân, chủ yếu là những vi sinh vật sau:

- Trực khuẩn Shigella dysenteriae gây bệnh lỵ

- Trực khuẩn Salmonella typhi gây bệnh thương hàn

- Trực khuẩn Salmonella Paratyphi gây bệnh phó thương hàn

- Phẩy khuẩn Vibrio cholera gây bệnh tả

Từ năm 1962, người ta phát hiện thêm một tác nhân gây dịch tả trên thế giớikhông còn là Vibrio cholera cổ điển nữa mà do Vidrio eltor gây bệnh tả, có khả năngsống dai dẳng hơn V Cholera

Hệ vi sinh vật đường ruột và vi sinh vật gây bệnh trong nước thải:

Trong phân người và phân gia súc có rất nhiều vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn.Trong đó có những vi khuẩn không gây bệnh và vi khuẩn gây bệnh Các vi khuẩnkhông gây bệnh là những vi sinh vật hoại sinh, như Enterbacterium mà chúng ta đã đềcập đến ở trên Các vi khuẩn gây bệnh, như phẩy khuẩn tả Vibrio, vi khuẩn lỵ Shigella,

vi khuẩn thương hàn Samonella và phó thương hàn, v.v.) có thể có trong nước khi bịnhiễm phân Trong thực tế khó có thể xác định tất cả các loại vi khuẩn này có trongtừng mẫu nước vì công việc tốn khá nhiều thời gian và phức tạp Vì vậy, trong công tácgiảm sát ô nhiễm về vi sinh vật gây bệnh hoặc kiểm tra vệ sinh của nước người ta chọn

vi sinh vật chỉ thị Chỉ cần xác định chỉ thị ta có thể kết luận nước có bị nhiễm phân huỷkhông và nước có thể có hoặc không có những vi sinh vật gây bệnh đường ruột

Có ba nhóm vi sinh vật chỉ thị ô nhiễm phân:

- Nhóm Caliform đặc trưng là Escherichia coli( E coli)

- Nhóm Streptococci đặc trưng là Streptococcus faecalis

- Nhóm Clostridia khử sunfit đặc trưng là Clostridium perfringens

Sự có mặt của các vi khuẩn này chỉ ra rằng nước bị nhiễm phân Như vậy cónghĩa là có thể có vi khuẩn gây bệnh đường ruột trong nước và ngược lại

Trong ba nhóm này thì E.coli hay được dùng nhất, vì:

- Chúng là nhóm vi sinh vật đại biễu quan trọng nhất trong việc đánh giá vệsinh nguồn nước và có đầy đủ các tiêu chuẩn của loại vi sinh chỉ thị lý tưởng

- Chúng có thể xác định trong điều kiện thực địa với những phương pháp tươngđối đơn giản và tin cậy

- Xác định Coliform dễ hơn các nhóm khác: đối với Streptocacci cần phải giữnhiệt lâu hơn, còn Clostridia phải tiến hành ở 80°C và phải lên men hai lần

Xác định E.coli và kết quả thể hiện bằng hai cách tính: chuẩn coli và chỉ số coli.Chuẩn coli (coli titre) là số mililit nước có một tế bào E.coli và chỉ số coli (coli index)là số tế bào coli có trong 1 ml nước

Các loài vi khuẩn trên tồn tại trong đất bị nhiễm phân tươi, thời gian tồn tại củacác loài này trong các loại môi trường đất, nước có khác nhau tùy theo đặc tính củaloài, thành phần của đất, nước… Nhìn chung thời gian tồn tại của chúng có thể từ 2 đến

4 tuần hoặc hơn nữa Ngoài các loại vi sinh gây bệnh ra, còn phải kể đến các loài kísinh trùng khác nhau như giun, sán, amid cũng tồn tại trong môi trường bị nhiễm phân

Việc xác định các nguồn nước và đất sử dụng cho mục đích nông nghiệp không

bị nhiễm các loài sinh vật gây bệnh trên là cần thiết Công việc này chỉ có thể thựchiện được bằng con đường chỉ thị sinh học thông qua việc nuôi cấy và xác định trênnhững môi trường dinh dưỡng đặc trưng cho từng loài, do đó rất khó khăn, tốn kém vàthời gian dài( thường từ 1 đến 2 tuần) Hơn nữa, vì là các sinh vật sống nên chúng cókhả năng sinh sản trong đường tiêu hóa của người và gây bệnh dù chúng hiện diện mộtlượng rất nhỏ Việc xác định những loài này với một lượng nhỏ là một việc vô cùngkhó khăn Bên cạnh đó, chúng ta cũng có những vi sinh vật khác cũng sống trongđường tiêu hóa của người và động vật máu nóng, không gây bệnh và có ưu điểm là xácđịnh dễ dàng, nhanh chóng hơn các loài gây bệnh và được các nhà khoa học sử dụngchúng như là những sinh vật chỉ thị cho sự ô nhiễm phân Nếu đất và nước không bị ônhiễm phân thì xem như chúng an toàn cho sinh hoạt và cho nông nghiệp

II Vi khuẩn Coliform :

Những nhóm vi khuẩn được xếp vào nhóm coli là các loài được tìm thấy trongcác vật liệu bị nhiễm phân Nhóm này có dạng chung được gọi là Coliform Trongđường tiêu hóa của những sinh vật sơ sinh không có nhóm này nhưng hệ vi sinh đườngruột này nhanh chóng phát triển khi trẻ hấp thụ thức ăn Những thí nghiệm cho thấy 1gram phân của bất kì người trưởng thành nào cũng chứa một lượng từ 5 đến 500 triệuhoặc hơn nửa số tế bào vi khuẩn Coliform

Theo Minkevich, trong phân của những loài chim có sự tiếp xúc với người cũngtìm thấy có sự hiện diện của coliform, trong khi những loài chim hoang dại lại khôngphát hiện thấy những loài vi khuẩn này Ông cũng khám phá ra một quan điểm quantrọng: trong các mẫu đất bị nhiễm phân trong một thời gian lâu, các chủng vi khuẩn cóphản ứng citrate dương chiếm ưu thế trong nhóm coliform Trong trường hợp có mẫuđất bị nhiễm phân tươi, E-coli là loại chiếm ưu thế trong nhóm coliform

III. Escherichia Coli ( còn được gọi là trực khuẩn đại tràng, chiếm tới 80% tổng

số vi sinh vật sống trong ruột người):

Loại này được khám phá năm 1885 bởi Escherich và được đặt tên là bacteriumcoli Năm 1888, Macé sử dụng loại vi khuẩn này như một tác nhân trực tiếp chỉ thị ônhiễm phân và gián tiếp chỉ thị cho các nguồn nước bị nhiễm các vi sinh vật đườngruột Sau đó loài vi khuẩn này được đổi tên thànhEscherichia coli và xếp vào họEnterobacteriaceae( Bergey’s, 1974) E-coli được tìm thấy trong đường tiêu hóa củangười và các động vật máu nóng và như vậy chúng sẽ hiện diện trong phân của cácloài này và có mối liên hệ nhất định đối với các sinh vật gây bệnh trên Theo

Minkevich( 1949), E.coli chỉ phát triển trong các loài động vật có sự tiếp xúc với ngườivà hiếm khi thấy chúng xuất hiện trong các loài động vật hoang dại.

E.coli được xác định trong phòng thí nghiệm với thời gian từ 3 đến 5 ngày ởnhiệt độ 44 – 450C Việc xác định E.coli được thực hiện một cách dễ dàng

Hình 1: Escherichia Coli

IV Streptococcus:

Sống trong đường tiêu hóa của người và động vật máu nóng có loại vi khuẩnhình cầu mà người ta gọi là Enterococcus Đó là loại cầu khuẩn không sinh bào tử, đôikhi có dạng kéo dài thường hiện diện dưới dạng chuỗi và được xếp vào genusStreptococcus Gần như chỉ thị ô nhiễm phân bằng Streptococcus faecalis và một sốloài khác như S.Faecium, S.bovis, S.equinus được xem là quan trọng nhất S.faecalischiếm ưu thế trong phân người, trong khi đó ở gia súc là S.Faecium, ở cừu là S.bovis, ởngựa là S.equinus, ở những động vật hoang dại như bò sát, hầu hết là S.faecium

Những loài vi khuẩn này chuyển từ những loại đất ô nhiễm vào thực vật Bề mặtcỉa những thực vật phát triển trên những vùng đất này sẽ bị nhiễm các loài enterococci

Từ khi khám phá ra các loài enterococci có thể được sử dụng để làm sinh vật chỉthị cho các điều kiện vệ sinh môi trường, trong đó bao gồm cả đất, người ta nhanhchóng sử dụng chúng để phát triển những ô nhiễm do con người và các loài động vậtgây ra Nhiều nhà khoa học cho rằng enterococci có thể dùng làm sinh vật chỉ thị ônhiễm cho môi trường, đặc biệt là môi trường nước Theo Randall( 1956), enterococciphong phú trong nước thải và trong đất ô nhiễm, rất hiếm khi tìm chúng trong đấtkhông bị ô nhiễm

Hình 2: Streptococcus

V Clostridium Perfringens:

Một vài loài vi sinh vật kị khí như Clostridium perfringens cũng sống trongđường tiêu hóa của người và các động vật giống như coliform Người ta cũng không tìmthấy loài này trong vùng đất sạch, điều này cũng có nghĩa là Clostridium perfringenscó thể được sử dụng làm sinh vật chỉ thị cho sự ô nhiễm phân

Các phân tích về C.Perfringens trong phân người cho thấy loài này hiện diệntrong phân trẻ sơ sinh chỉ vài ngày tuổi Ở trẻ 3 ngày tuổi, người ta tìm thấy 3-4% lượngmẫu phân có chứa, còn ở người trưởng thành, lượng mẫu tính lên đến 98% Loài nàycũng hiện diện trong phân của động vật Do đó nó có thể dùng làm sinh vật chỉ thị vềmặt vệ sinh cho các loại môi trường, trong đó bao gồm cả đất

C.perfringens được Welch và Nuthal miêu tả vào năm 1892, là loại trực khuẩngam dương sinh bào tử, kích thước nhỏ, thường tồn tại thành từng cặp, không di động,đôi khi tạo thành capsules, bào tử của chúng có dạng hình trứng, thường được tạo thànhtrong một thời gian dài, khi mà điều kiện môi trường trở nên không thuận lợi NhiềuC.perfringens sản sinh độc có ngoại bào, điều này có thể gây ra các ngộ độc thựcphẩm

Khác với các loài, vi sinh đường ruột không sinh bào tử nhanh chóng chết trongmôi trường mới, các loài C.Perfringens có thể tồn tại lâu trong môi trường và như vậy,chúng có thể được dùng làm chỉ thị cho sự ô nhiễm đã lâu hay mới gần đây Nhữngmẫu đất có chứa cả hai dang coliform và C.perfringens là những mẫu mới nhiễm phân

Những nghiên cứu sinh thái học về C.perfringens do các nhà sinh vật học ởMoldavlan đã thống nhất rằng C.perfringens có thể phát triển trong đất và hầu hếtchúng đều ở dạng tế bào dinh dưỡng hay bào tử của loài này trái ngược với đất dùnglàm nông trại hay đất đô thị Như vậy, việc xác định độ ô nhiễm của đất phải dựa vàomật độ của C.perfringens, chứ không đơn thuần chỉ dựa vào sự hiện diện của chúng

Hình 3: Clostridium perfringens

VI. Vi sinh vật trong nước thải:

Vi sinh vật có trong nước thải chiếm đa số về loài và số cá thể trong tập đoànsinh vật của nước thải Nước thải càng bẩn càng phong phú vi sinh vật, chủ yếu là vikhuẩn Vi khuẩn là sinh vật đơn bào có kích thước từ 0,5 đến 5 µm Vi khuẩn có hìnhque, hình cầu hoặc sợi xoắn Chúng sống đơn lẻ từng tế bào hoặc liên kết thành chuỗihoặc xếp hình khối vuông Vi khuẩn đóng vai trò đặ biệt quan trọng trong các quá trìnhphân huỷ các chất hữu cơ có trong nước Chúng có ý nghiã rất lớn trong hệ sinh tháicủa Trái đất Tuỳ thuộc vào phương thức dinh dưỡng vi khuẩn được chia làm hai nhóm:

dị dưỡng và tự dưỡng

Vi khuẩn dị dưỡng (heterotriphic):sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn cơ chất

cacbon và năng lượng torng các quá trình sinh tổng hợp Trong nhóm này lại chia thànhcác vi khuẩn hiếu khí (aerobic) cần oxy trong quá trình phân huỷ các chất hữu cơ đểsinh trưởng và phát triển Các vi khuẩn kỵ khí hay yếm khí (anaerobic) không cần oxytự do để phát triển chúng có thể sử dụng oxy liên kết trong các hợp chất như gốc nitrat,sunfat,… các vi khuẩn hiếu khí hoặc kỵ khí tuỳ tiện (facultative) có thể sống trong điềukiện có hoặc không có oxy tự do

Phân huỷ các chất hữu cơ ở vi khuẩn được mô tả đơn giản như sau:

• Ở vi khuẩn hiếu khí: Chất hữu cơ + O2  CO2 + H2O + năng lượng

• Ở vi khuẩn yếm khí: chủ yếu trong nước ô nhiễm được tập trung lớn nhất tạinơi có nồng độ oxi thấp nhất

Chất hữu cơ + NO

-3  CO2 + N2 + năng lượngChất hữu cơ + SO42-  CO2 + H2S + năng lượng

Chất hữu cơ  axit hữu cơ + SO2 + CH4↑ + CO2↑+ năng lượng

Năng lượng được giải phóng trong quá trình biến đổi hoá sinh được sử dụng vào tổnghợp tế bào mới, phát triển tăng sinh khối và một phần thoát ra ở dạng nhiệt

Vi khuẩn tự dưỡng (autotrophic): có khả năng oxy hoá chất vô cơ để thu năng

lượng vàsử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho các quá trình sinh tổng hợp Trong nhómnày có vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn sắt…

Các vi khuẩn nitrit có quá trình tự dưỡng theo phương trình sau:

Các vi khuẩn sắt oxy hoá sắt tan trong nước thành sắt không tan:

Fe2+

(tan) + O2  Fe3+

(không tan) + năng lượng

Các vi khuẩn Leptpthitrix và Crenothrix làm kết tủa sắt thành Fe(OH)3 có màuvàng đỏ

Các vi khuẩn lưu huỳnh có khả năng chịu đượv pH thấp, oxy hoá H2S thành axitsunfuric H2SO4 gây ăn mòn đường ống, các công trình xây dựng ngập nước

Nấm, nấm mốc và nấm men:

Nhóm này ít hơn vi khuẩn và phát triển mạng trong vùng nước tù Chúng là các

vi khuẩn sinh vật dị dưỡng và hiếu khí Các loài nấm (kể cả nấm mốc) có khả năngphân huỷ các chất hữu cơ, nhiều loài nấm phân huỷ được các hợp chất xenluloza,hemixenluloza và đặc biệt là lignin Nấm men phân huỷ các chất hữu cơ bị hạn chếnhưng có thể lên men được một số đường thành các ancol, axít hữu cơ, glyxerin,… trongđiều kiện kỵ khí và phát triển tăng sinh khối trong điều kiện hiếu khí

Virus: Loại siêu vi khuẩn cực nhỏ sống ký sinh ở tế bào vật chủ, nhờ những chất

trao đổi của vật chủ mà xây dựng các hợp chất protein và axit nucleic cho mình Vìvậy, virut là tác nhân gây ra một số bệnh cho người và gia súc Trong nước thải cónhiều loại virut Các virút của vi khuẩn gọi là thực khuẩn thể (bacteriophae) Khi vắngtế bào vi khuẩn chủ thì thực khuẩn thể vẫn tồn tại khá lâu ở trong nước Vì vậy, nếutìm thấy thực khuẩn thể trong nước ta có thể suy ra sự có mặt của vi khuẩn gây bệnhtương ứng đã hoặc đang tồn tại

Trong nước thải tỷ lệ nước chiếm tới 99% (sau khi đã vớt bỏ hết phần rắn) Visinh vật trong nước thải thường có mặt các vi sinh vật đường ruột, vi sinh vật đất, pHcủa nước thải thường ở vùng trung tính (loại trừ các nguồn thải từ các xí nghiệp thải bỏaxit hoặc kiềm), nhiệt độ tuỳ thuộc vào mùa (khoảng 15 – 35°C) Các chất rắn đã loạibỏ, như sôi đá, thuỷ tinh, phần đặc cáu còn lại của nước thải thì xenluloza chiếm tới50%

Vi sinh vật hoại sinh trong nước thải:

Để đánh giá ô nhiễm nguồn nước do nước thải sinh hoạt, dựa vào sự xuất hiệncủa 3 nhóm vi sinh vật chỉ thị sau:

- Nhóm Faecal Coliform: đặc trưng là Escherichia Coli( E.Coli) là loại khuẩnđường ruột( FE)

- Nhóm streptococci: đặc trưng là Streptococci: đặc trưng là StreptococcusFaecal – liên cầu trong phân.

- Nhóm Clostridia khử sulfit, đặc trưng là Clostridium – perfringues

Sự có mặt của các vi sinh vật này chỉ ra rằng nước đã bị nhiễm phân Trong banhóm đó, Faecal Coliform thường được phân tích vì chúng là nhóm vi khuẩn dễ xácđịnh Khi phân tích các chỉ tiêu vi sinh nếu tỉ số FE/FS = 4 thì kết luận nguồn nước đóđã bị ô nhiễm bởi phân người, và nếu FE/FS = 1 thì kết luận ô nhiễm bởi phân độngvật

Sự có mặt của Coliform trong nước được dùng làm dấu hiệu về khả năng tồn tạicủa các vi sinh vật gây bệnh khác hay nói cách khác Coliform là một chỉ tiêu đánh giámức độ nhiễm bẩn của nguồn nước

Nồng độ oxi trong nước tăng thì các loài đặc trưng của nước không bị ô nhiễmlại chiếm ưu thế

- Nghiên cứu của Whitton cho thấy loại Cladophora glomerata phát triển mạnhtrong môi trường giàu dinh dưỡng nhưng lại có nồng độ cao của các kim loại nặng

- Còn theo Choluoky, các hợp chất hữu cơ có chứa Nitrogen bổ sung thêm sựphát triển phong phú của Nitschiathernalis đặc trưng cho điều kiện yếu khí

Các vi sinh vật trong nước thải là các thể hiếu khí hoặc kỵ khí và có cả nhữngloài hiếu khí tuỳ tiện (hay là hiếu khí không bắt buộc) Phần lớn chúng là những visinh vật dị dưỡng hoại sinh: Enterbacterium, Streptococcus nhiễm từ phân, Clostridium,Cytophaga, Micrococcus, Psedomonas, Spirochaeta, Bacillius, Lactobacillus,Achromobacter, các loài nấm, nấm men, tảo, v.v Chúng có khả năng phân huỷ các hợpchất hữu cơ có trong nước

Hình 4: EnterococciTrên thành và đáy cống rãnh thấy các vi khuẩn thuộc giống Sphaterotillus,Crenothrix, Beggiatoa phát triển thành cục nhầy Nước thải có ánh nắng chiếu còn thấy

có vi khuẩn dạng sợi Rhodobacterium Đôi khi người ta còn gọi loài vi khuẩn này là “nấm của nước thải” còn nấm thực ở đây thường gặp là Saprolegnia và Leptolimus.

Tất cả các vi sinh vật này đều có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ có trongnước thải Đối với từng loại nước thải với hàm lượng các chất hữu cơ khác nhau sẽ ảnhhưởng đến thành phần tập đoàn vi sinh vật và số lượng của chúng có trong nước thải.Pseudomonus hầu như có thể đông hoá được mọi chất hửu cơ và sống lâu trong môitrường Có thông báo khoa học cho biết, một số chủng thuộc giống này có khả năngphân huỷ polyvinylancol (một polyme của rượu vinylic dùng để hò vải sợi tổng hợp ởcác nhà máy dệt) Vì vậy, giống Pseudomonas là vi sinh vật đầu tiên phải kể đến trongquá trình phân huỷ các chất hữu cơ của các công trình vệ sinh và nước thải Các giốngAlcaligenes và Flavobactercum cũng quan trọng gần như Pseudomunas Ơû nơi nào cóchất hữu cơ protein cần phân huỷ là có mặt của hai giống này

VII. Vi sinh vật trong đất phèn:

Một số tác giả cho rằng trong môi trường đất phèn có Thiobacillus thiodans,Thiobacillus Femorxidans Trong đó những vi khuẩn Antothrops có vài loài sống được

ở độ pH= 2, lấy năng lượng từ phản ứng oxi hóa khử trong quá trình tạo phèn HayThiobacillus Ferorxidans có vai trò xúc tác trong quá trình oxi hóa khử Fe2+ thành Fe3+

VIII Vi sinh vật trong không khí:

Bảng 1:Phân loại độ sạch không khí theo vi sinh vật( VSV) HF( Safir, 1951)

Không khí Lượng VSV trong 1m3 không khí

Tổng số VSV Cầu khuẩn Tổng số VSV Cầu khuẩn

CHƯƠNG III:

THỰC VẬT CHỈ THỊ

( Botanical indicator)

I. Thực vật dùng làm sinh vật chỉ thị:

Phương pháp này dựa vào sự nhạy cảm của thực vật đối với môi trường sống Ởđây chúng đề cập đến sự nhạy cảm của sinh vật đối với sự dư thừa chất dinh dưỡng vàsự nhạy cảm của sinh vật đối với chất độc

Nếu bạn quan sát kỹ những cây chung quanh sẽ phát hiện thấy hiện tượng kỳ lạ:đó là lá của một số loài cây có đốm màu vàng, màu nâu, thậm chí là màu đen to nhỏkhác nhau Vì sao lá cây lại có đốm như vậy:

Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học chứng tỏ: lá cây xuất hiện các đốm là

do ô nhiễm không khí ngày càng nghiêm trọng gây nên Các nhà máy hoá chất, luyệnkim, xi măng, gang thép, nhiệt điện; các phương tiện giao thông ô tô, tàu hoả đã thảivào không khí một lượng lớn khí độc như khí sunfua, florua cacbon, clo, amoni, etylen,khí ôzôn và các hợp chất của chúng khiến cho một số loài cây bị tổn thương nghiêmtrọng Những đốm xuất hiện trên lá chứng tỏ loài cây này đã bị không khí ô nhiễm gâytổn thương

Lá cây là cơ quan trao đổi khí, trực tiếp tiếp xúc với không khí cho nên nhữngchất ô nhiễm không khí gây tổn thương cho cây chủ yếu biểu hiện trên lá Vì “phảnứng” của các loại cây đối với ô nhiễm không khí khác nhau, cho nên những chứngtrạng tổn thương xuất hiện trên lá cũng khác nhau Đốm bệnh do khí Sunfua gây nênphần nhiều xuất hiện giữa các gân lá viền các đốm bệnh rất rõ ràng, nhất là những lànon mới duỗi ra rất nhạy cảm Những đốm bệnh do florua cacbon gây ra nên phầnnhiều ở đầu nhọn cuối lá hoặc đường viền lá, những lá non bị bệnh thì đường viền cácđốm thường có màu đỏ hoặc màu nâu đậm Những đốm bệnh do khí clo gây nên chủyếu xuất hiện giữa các gân lá, đườnh viền các đốn bệnh mờ nhoè hoặc là một khu quáđộ Những đốm bệnh do khí ôzôn gây nên chủ yếu xuất hiện ở mặt lá, là những đốmnhỏ li ti tập trung gần nhau, còn những đốm bệnh do axit nitric, peoxit acetyl gây nênthường xuất hiện những đốm màu trắng hoặc màu vàng ở mặt sau lá Chúng ta có thể

căn cứ các chứng trạng lá cây bị tổn thương để phán đoán sự ô nhiễm của khu vực nàythuộc loại ô nhiễm gì và mức độ nghiêm trọng đến đâu.

lường ô nhiễm môi trường?

Hơn 50 năm trước trong cánh rừng cam và bưởi ở bang California Mỹ, trên láxuất hiện nhiều đốm bệnh kỳ lạ Về sau lá biến thành màu vàng và rụng, khiến cho rấtnhiều cam và bưởi bị chết Các chuyên gia sau khi phân tích đã tìm thấy nguyên nhânlà khí thải ô tô trong thành phố đã làm chết cam và bưởi Hàng ngàn, hàng vạn ô tôtrong thành phố mỗi ngày thải vào không khí một lượng lớn các hoá chất Nitrorua vàcác hợp chất Hydrocacbon, dưới tác dụng của tia tử ngoại đã sinh ra : “mù khói quanghoá học”, làm chết cam và bưởi Về sau các nhà khoa học còn nhiều lần phát hiện thấyloài cây rất nhạy cản đối với ô nhiễn môi trường Họ thông qua quan sát phản ứng củacây có thể xác định được một cách chính xác môi trường có bị ô nhiễm hay không Dođó người ta xem cây cối là “ người lính giám sát và đo lường” ô nhiễm môi trường

Các nhà khoa học thông qua quan sát lâu dài phát hiện thấy: loài cây khác nhaucó khả năng chịu đựng các chất khí độc khác nhau Có một số loài cây dưới tác dụngcủa khí độc cành lá bị khô héo, chết dần, nhưng một số loài cây ngược lại cành lá vẫnxum xuê và còn phát triển như cũ Chúng ta có thể căn cứ vào sự khác biệt này đểchọn một số loài cây chỉ thị nhằm giám sát và đo lường môi trường Ví dụ, tại mộtthành phố Nam Kinh( Trung Quốc), một lần người ta tình cờ phát hiện vào mùa xuân,khi cây tuyết tùng mọc cành mới, lá kim của nó bỗng ngã màu vàng rồi khô đi Sau khiđiều tra, người ta mới biết được là do một nhà máy cạnh đó đã thải ra quá nhiều khíthải sinh ra Tuyết tùng là loài cây rất mẫn cảm Vì vậy ngày nay, hễ thấy tuyết tùngcó hiện tượng trên, người ta biết ngay là xung quanh đó đã bị ô nhiễm, vì thế người tagọi tuyết tùng là máy cảnh báo ô nhiễm không khí rất tốt

ô nhiễm môi trường?

Đương nhiên, thực vật lên tiếng cảnh báo không thể giống như ta kéo còi báođộng được, mà chúng lấy những thương tổn của bản thân để kêu gọi mọi người phảicảnh giác Thông thương, những chất khí độc trong không khí thông qua các lỗ lá câyxâm nhập vào cây Do đó một khi gặp khí có hại thì trước hết lá cây bị làm tổn hại,trên lá cây xuất hiện những đốm bệnh mắt thường có thể nhìn thấy được Ví dụ, khíSunfua gây đốm bệnh xuất hiện giữa các gân lá, hình thành từng điểm hoặc từng đốm;còn khí clo gây những đốm tập trung ở đầu nhọn cuối lá hoặc viền quang lá, đốm bệnhhình tròn hoặc hình dài Những chất khí có hại khác gây nên chứng bệnh cũng rất khác

nhau Do đó cây cối không những mách bảo với chúng ta không khí có bị ô nhiễm haykhông mà còn có thể phản ánh mức độ ô nhiễm thuộc dạng nào.

Vì các loài cây khác nhau nhạy cảm với các chất ô nhiễm khác nhau, cho nênđối với những loài cây đặc biệt nhạy cảm với chất ô nhiễm nào đó ra có thể dùng nóđể giám sát và đo lường đối với loại ô nhiễm ấy Ngày nay người ta đã tìm thấy rấtnhiều loài cây nhạy cảm đặc biệt, có thể dùng để làm cây chỉ thị các chất ô nhiễmkhông khí Ví dụ, cây táo, anh đào hay cây huyền linh một tương đối nhạy cảm với khísunfurơ, cây thuốc lá, cây tử kim hương đối nhạy cảm với khí Florua; cây hướng dương,đại mạch tương đối nhạy cảm với khí florua; cây Tử mọc mục xá, cà rốt, v.v có thểgiám sát khí sunfua, cây uất kim hương, hạnh, mai, bồ đào có thể giám sát và đo lườngkhí Flo; táo, đại mạch, đào, ngô, hành tây tương đối nhạy cảm, có thể giám sát và đolường khí Clo Ngoài ra có một số loài cây như cây chân vịt có thể giám sát và đolường ô nhiễm và bức xạ Cây chân vịt, bình thường lá có màu xanh lam, nếu bị ônhiễm bức xạ tuy ở nồng độ rất thấp lá cũng vẫn biến thành màu đỏ

Có người lo rằng độ nhạy giám sát và đo lường của cây kém hơn máy Thực rarất nhiều loài cây có độ nhạy cảm đối với các chất gây ô nhiễm rất cao Ví dụ độ nhạycủa cây tử hoa mục xá đối với khí sunfua rất mạnh Khi nồng độ khí sunfua trongkhông khí chỉ đạt 3 phần mười triệu thì cây đó đã xuất hiện đốm bệnh rõ rệt, còn conngưởi chỉ khi nồng độ khí sunfua trong không khí vượt quá 3% mới cảm thấy được Lấy

ví dụ, khi nồng độ khí flo trong không khí chỉ cần đạt 40 phần nghìn tỉ thì lá cây kiếmlan trong vòng 3 giờ đã xuất hiện đốm bệnh Độ nhạy của nó cao đến mức con ngườiphải ngạc nhiên Một ví dụ khác, khi nồng độ của Sunfua dioxid đạt đến mức 0,3.10-6

thì những thực vật mẫn cảm trở thành kẻ bị hại, nếu nồng độ ở mức 1.10-6 con ngườimới ngửi thấy mùi đó, ở mức 10.10-6 mới dẫn tới ho, chảy nước mắt Do đó lợi dụngnhững loài thực vật mẫn cảm để cảnh báo ô nhiễm có thể tránh làm nguy hại đến sứckhỏe của con người

Nếu bạn muốn thử xem nơi bạn ở có bị ô nhiễm Flour không, bạn hãy thử trồngmấy chậu lan xương và thường xuyên theo dõi sự phát triển của chúng, nếu thấy đầu lávà hai bên rìa lá xuất hiện các dải màu vàng nhạt và phần bị tổn này khác rất rõ ràng

so với các phần khác thì có thể nói rằng không khí nơi bạn ở đã bị ô nhiễm Flour rồi vànhư vậy cần phải cảnh giác Thông thường khi nồng độ của chất này ở mức 0,005.10-6,loài lan này sẽ xuất hiện các triệu chứng trên rồi, nếu nồng độ đến mức 8.10-6 là banđầu có hại tới con người, cho nên khi đã được cây lan này cảnh báo, ta vẫn còn kịp ápdụng các biện pháp chống ô nhiễm

Trong khoa học môi trường, dùng cây để giám sát và đo lường đã trở thành mộtmôn khoa học, thu hút được sự quan tâm của con người Tác dụng giám sát và đo lường

ô nhiễm môi trường của thực vật đang ngày càng phát huy tác dụng lớn hơn

II Sự nhạy cảm của thực vật với chất độc:

Các chất độc trong không khí như: SO2, NOx, các khí halogen, amoniac và cácchất khác xâm nhập vào không khí chủ yếu từ các hoạt động của người và gây độc chothực vật qua sự trao đổi khí cũng như qua sự ngưng tụ nước mưa, sương và bụi trên bềmặt chồi lá Sau khi hấp thụ các chất độc từ khí, tác động độc hại tùy thuộc vào liềulượng và thời gian tác động Nhìn chung, sự tổn thương đa dạng, tức là cùng một chấtđộc gây nên những triệu chứng độc hoàn toàn khác nhau ở thực vật khác nhau Nhữngdấu hiệu tổn thương có thể là: tích lũy độc chất trong thực vật, làm giảm hay gia tănghoạt tính của men nào đó, đình trệ quá trình quang hợp, phá hủy sinh trưởng, …

Các loài khác nhau không nhạy cảm như nhau đối với độc khí Trong các thựcvật thân thảo thì cỏ ba lá bị tổn thương nặng nhất đối với SO2, một số giống Tulip nhạycảm với HF Những loài này có thể dùng làm những sinh vật chỉ thị cho nồng độ gâythương tổn của một số khí độc

Nhạy cảm với các SO2, HF là các loài rêu, địa y và một số nấm bệnh thực vật.Cùng một nồng độ SO2 có thể gây hại cho thực vật bậc cao sẽ gây nên sự phá hủy hôhấp, phá hủy chloorpgyll và kìm hãm sự sinh trưởng tạo ra sự tổn thương của địa y cùngvới cá thể nơi chúng bám Ở những vùng nhiễm bẩn tối đa, địa y không thể sống đượctạo thành những “hoang mạc địa y” tùy thuộc vào khoảng cách của nguồn SO2 và chỉ ởvùng sạch ta mới có thể tìm thấy thảm địa y trên những chòi cây, vách đá

Ngoài những thực vật nhạy cảm cao được dùng làm sinh vật chỉ thị, người ta cònsử dụng những thực vật bền vững nhờ vào khả năng chịu đựng lớn của mình với chất ônhiễm làm chỉ thị tích lũy Nghiên cứu độ bền vững của những thực vật này có một ýnghĩa thực tiễn trong việc gieo trồng ở các vùng nông nghiệp, và ở những nơi trồngdày, nơi có khả năng tổn thương xảy ra như trường hợp của những cây gỗ lá thườngxanh chịu tác động độc hại thường xuyên của khí SO2, đặc biệt tăng cao vào mùa đông

do việc sử dụng lò sưởi ở các nước ôn đới

III. Mía – Vệ sĩ bảo vệ môi trường :

Mía ngoài hấp thụ một số chất, một số khoáng chất trong đất chủ yếu còn hấpthụ khí CO2 trong không khí Mía hằng ngày có thể hấp thụ một lượng khí CO2 cao gấpđôi so với cây lúa, hơn nữa nó có thể hấp thụ CO2 ở nồng độ cao Khí CO2 trong khôngkhí trong điều kiện bình thường nồng độ chỉ khoảng 300ppm nó vẫn có thể hấp thụđược Còn cây lúa khi nồng độ CO2 thấp 50 ppm thì không thể hấp thụ được Mùa hènóng nực cây mía thậm chí hấp thụ khí CO2 với nồng độ mấy ngàn ppm Vì lượng hútvào lớn nên cây mìa ngoài hấp thụ khí CO2 do mình thải ra nó còn hấp thụ một lượnglớn khí CO2 chung quanh để thoả mãn nhu cầu của bản thân, hơn nữa khi tự sản sinh ra(thức ăn) cần thiết nó còn giải phóng ra khí O2.

Không có cây cối thì quả đất sẽ đầy khí CO2 làm cho con người chết nghẹt, hàmlượng O2 trong không khí không phải từ ban đầu 0,05% tăng đến 21% như ngày nay,quả đất cũngkhông thể biến thành một hành tinh có sự sống Điều đó có công lao củacây mía (ăn rất nhiều) khí CO2

Cây hấp thụ một số chất khí có hại cho cơ thể người như: florua, hydro cacbon,khí clo và clorua cũng có tính đề kháng rất mạnh Nó còn có thể tận dụng chất thải củanhà máy giấy làm phân, từ đó mà giảm thấp sự ô nhiễm môi trường do các nhà máygiấy gây nên

Qua đó có thể thấy mía không chỉ là loại hoa quả ưa thích của con người mà cònlà vệ sinh bảo vệ cho sự trong sạch của môi trường

IV Cây ngân hoa có thể làm sạch không khí:

Cây ngân hoa đẹp đẽ nguyên là loài cây xanh quang năm Dáng cây đẹp, lámàu bạc xám đung đưa trước gió, màu bạc lấp lánh trông rất vui mắt Cây ngân hoavốn gốc ở Ôstrâylia, những năm 20 của thế kỷ này, Trung Quốc nhập giống trồng.Ngày ngay, cây ngân hoa đã trở thành cây trồng vỉa hè ở các đường phố phương Namvà là loại cây xanh chủ yếu trồng trong các nhà máy

Cây ngân hoa có năng lực hấp thụ và đề kháng rất mạnh đối với khói, bụi trongthành phố và những chất khí độc hại của nhà máy Những cây ngân hoa mọc gần ốngkhói, tuy bị khói than ô nhiễm nhưng lá cây vẫn không bị bệnh gì Ngân hoa trồng ở vỉahè, hai bên đường nhựa, lá lông nhung của nó sau khi hấp thụ bụi bậm, bùn đất, đượcnước mưa rửa sạch vẫn xanh tốt như thường Theo xác định ngân hoa đối với các chấtflorua, hidrocacboc và clorua hydrocacbon có năng lực đề khán rất mạnh, một mẫu câyngânhoa có thể hấp thụ 11,8 kg florua hydro cacbon hoặc 13,7 mg khí cloruahydrocacbon Sức đề kháng của cây ngân hoa đối với khí sunfua cũng rất mạnh Trồngloại cây này trong bồn ở phân xưởng sản xuất axit sunfuric có nồng độ khí sunfua cao 3tháng, cây vẫn ra lá bình thường Ở nhà máy sản xuất axit sunfuric loại vừa trong phạm

vi 200 – 500 m trong nguồn ô nhiễm khí sunfua, loài cây khác rất khó sống nhưng câyngân hoa vẫn phát triển bình thường Tuyệt chiêu của cây ngân hoa không phải như thếmà còn có thể chống lại khí clo rất độc.

Thí nghiệm chứng tỏ trong phạm vi 10 – 20 m phía dưới ống khói nhả khói Clo,cây ngân hoa sau 20 ngày vẫn giữ được tán lá mà không hề bị rụng

Có thể thấy rõ cây ngân hoa là cây làm sạch không khí rất tốt Nó quả là loạicây xanh trồng ở thành phố và các khu công nghiệp rất thích hợp

V. Sự phú dưỡng và hậu quả :

Phú dưỡng là hiện tượng tảo lam, tảo lục phát triển quá mức trong nước ngọt.Trong sông, hồ, khi các loài tảo phát triển thì hình thành một tầng tảo màu xanh rấtdày, nó xuất hiện từng mảng màu xanh gọi là “hoa nước”, hiện tượng này phát sinh ởbiển người ta gọi là “triều đỏ” Những loài tảo này nhả ra chất độc màu xanh đậm cóthể giết hết cá Sau khi tảo chết đi, trong quá trình rữa nát và phân giải, cần tiêu haomột lượng oxi lớn tan trong nước khiến cho nước bị thối “Hoa nước” không những pháhoại nguồn nước mà còn ảnh hưởng đến cảnh quan mặt nước

Sông, hồ, mặt biển và các cửa sông phát sinh “hoa nước” là kết quả nước bịgiàu dinh dưỡng, đó là biểu hiện nước bị ô nhiễm Trong điều kiện bình thường, trongđất, bề mặt thường chứa các chất dinh dưỡng cần thiết cho loài cây phát triển Nhữngchất này trôi theo nước mưa, qua nước bề mặt xâm nhập vào nguồn nước, các loài sinhvật trong nước hấp thụ những chất này để sinh sôi nảy nở Trong điều kiện tự nhiên,các chất dinh dưỡng Nitơ, Photpho ở trạng thái cân bằng nhưng hoạt động của conngười ngày càng gia tăng, sản xuất nông nghiệp dùng một lượng phân bón hóa học,nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp đổ vào các sông, hồ khiến cho các chấtdinh dưỡng trong môi trường nước tăng lên nhanh chóng Sự tích lũy các chất dinhdưỡng này trong nước chỉ trong một thời gian ngắn sẽ trở nên phú dưỡng khiến cho cácloài tảo thừa cơ sinh sôi nảy nở, khiến cho hệ thống sinh thái thủy sinh bị phá hoạinghiêm trọng Người ta gọi đó là hiện tượng “phú dưỡng” quá mức

Theo các nhà khoa học xác định, nước giàu dinh dưỡng vào những mùa có ánhsáng mặt trời và nhiệt độ thích hợp, số lượng các loài tảo có thể đạt tới mức một triệu

cơ thể trong một lít nước, trong đó thường tảo lam, tảo lục chiếm ưu thế Khi đó mặtnước sẽ xuất hiện từng đám “hoa nước” do các loài tảo gây nên

VI Hiện tượng sương mù quang hóa:

Tháng 9 năm 1955( ở Lusanca - thành phố lớn thứ ba của My)õ do không khí bị ônhiễm khí thải ô tô nghiêm trọng, cộng với nhiệt độ không khí hơi cao, nồng độ khóimù quang hoá học ở thành phố Lusanca đã đạt đến 6,5 phần triệu Sương mù quanghóa học ngoài có hại cho sức khỏe con người, còn gây nên bệnh tật cho gia cấm, giasúc và hoa màu, khiến các chế phẩm cao su bị lão hoá, làm cho các công trình kiếntrúc và máy móc nọ hoen gỉ Trong thời gian thành phố Lesanca bị sương mù, vùng rau

ở ngoại ô từ màu xanh biến thành màu nâu, không ai dám ăn, sản lượng hoa quả và cácnông sản khác giảm thấp, hàng loạt cây cối lá xanh biến thành màu vàng, ¼ cánh rừnghàng vạn mẫu do cành lá bị khô héo mà chết

Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp và số lượng ô tô tăng lên, từ đóvề sau nhiều thành phố trên thế giới đã phát sinh ra sự kiện sương mù quang hoá họctương tự

Sương mù quang hoá học đã làm cho mọi người phải quan tâm Ngày nay trênthế giới có không ít thành phố đặt những thiết bị đo lường chuyên dụng, có thể do tìnhtrạng ô nhiễm của không khí và tình hình khí tượng bất cứ lúc nào, để khi cần thiết thìtìm biện pháp ngăn ngừa hiện tượng sương mù quang hoá học phát sinh

VII Chỉ thị môi trường không khí : (tác hại của ô nhiễm khí đối với thực vật)

Tác hại cấp tính: vài nguy hại thể hiện rõ trên phiến lá mỏng, thường tác độngphá hủy Plasmolysit và gân của lá Sự phá hủy các lá mỏng và khô mà ta gọi làNECROSIS

Tổn hại lâu dài: là kết quả do sự biểu hiện kéo dài ở mức độ ô nhiễm thấp vàthường thấy được sự đổi màu diệp lục tố cùng với sự phá hủy diệp lục và khí khổng thểhiện rõ tác hại của nó lên trên cơ thể thực vật

Sự thay đổi màu: nâu tối, đen, màu đỏ không bình thường hoặc vết đỏ( chấm đỏ)của các sắc tố

Trạng thái cây: tác hại dạng ẩn có thể biểu hiện trong quá trình phát triển, sựsuy yếu biểu hiện ở kích thước trong tăng trưởng, ở ngọn biểu hiện dạng xoắn, phìnhto; sự trương nơ ûhoặc tàn lụi của hoa thường dẫn đến sinh ra dị dạng, sự phát triểnkhông đồng đều của cuống lá và phiến lá gây ra hiện trạng xoắn lá và dị dạng ở phiếnlá Ta có bảng sau:

Bảng 2: Aûnh hưởng chất ô nhiễm không khí đến thực vật:

(Trần Hữu Uyển,2001)

Chất ô

nhiễm

Nguồn Aûnh hưởng đến

dạngù của lá

Thời kìcủa lá

Aûnhhưởngđến mộtphần lá

Liều gâyhại

(microgam/m3)

Thờigiangâyhại ( h)

O3 Phản ứng

quang hóa

Vết đốm, mấtmàu Các vếtngăn cản sự pháttriển, tạo cácphân tử chất

Lá già, láđang pháttriển kểcả lá non

Tuổitrungbình

Thịt(thớ) lá 4700 4

Tuổitrungbình củacây

Chót lá và rìa lá

bị ( rám) cháy luctố làm rụng lá vàgiảm năng suất

Trưởngthành Thịt lá,biểu bí

và thớlá

Câytrưởngthành

liệu ô tô

Rụng hoa chè vàkhông nở hoa Kỳ trổhoa Tất cả 60 2