Ảnh hưởng của sự tích tụ kim loại nặng lên sức khỏe sinh lý của cá mè (Hypophthalmichthys molitrix) ở lưu vực sông Nhuệ - Đáy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- VŨ TRIỆU ÁNH HỒNG ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG LÊN SỨC KHỎE SINH LÝ CỦA CÁ MÈ Hypophthalmichthys molitrix Ở L

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

VŨ TRIỆU ÁNH HỒNG

ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG LÊN SỨC KHỎE

SINH LÝ CỦA CÁ MÈ (Hypophthalmichthys molitrix )

Ở LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

VŨ TRIỆU ÁNH HỒNG

ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG LÊN SỨC KHỎE

SINH LÝ CỦA CÁ MÈ (Hypophthalmichthys molitrix)

Ở LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY

Chuyên ngành: Sinh Thái Học

Mã số: 60.42.01.20

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGÔ THỊ THÚY HƯỜNG PGS.TS LÊ THU HÀ

Hà Nội - 2015

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ LOÀI CÁ MÈ (Hypophthalmichthys molitrix) 3

1.1.1 Đặc điểm phân loại và phân bố 3

1.1.2 Một vài đặc điểm sinh học 4

1.1.3 Các cơ quan trong cá và các chỉ thị sinh học thường được sử dụng trong nghiên cứu độc học sinh thái ………5

1.2 ẢNH HƯỞNG CỦA KLN ĐỐI VỚI CÁ .……… 7

1.2.1 Sự tích lũy KLN trong cơ thể cá……… 7

1.2.2 Một số kim lọai nặng nghiên cứu và ảnh hưởng của chúng tới sức khỏe sinh lý của cá……… 5

1.3 HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KLN CỦA CÁC LƯU VỰC SÔNG, CÁC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM CỦA CÁC LƯU VỰC SÔNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ TỚI SỨC KHỎE SINH LÝ CỦA CÁ ……… 15

1.3.1 Hiện trạng ô nhiễm KLN của các LVS trong và ngoài nước……… 5

1.3.2 Nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm KLN của các LVS và ảnh hưởng của nó đến sức khoẻ sinh lý cá 5

1.4 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ….17

CHƯƠNG 2: ĐỊA ĐIỂM, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5

2.1 ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 19

2.2 PHƯƠNG PHÁP THU MẤU 5

2.3 CHUẨN BỊ MẪU PHÂN TÍCH 5

2.4 PHÂN TÍCH MẪU 5

2.4.1 Phân tích KLN 5

2.4.2 Phân tích protein 5

2.4.3 Phân tích glycogen 5

2.4.4 Phân tích GST 5

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 5

3.1 ĐÁNH GIÁ SỰ TÍCH TỤ KIM LOẠI NẶNG CỦA CÁ MÈ TRONG LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY 5 3.1.1 Sự biến động của hàm lượng KLN tích lũy trong các mô phân tích theo mùa 5 3.1.2 Sự biến động của hàm lượng KLN tích lũy trong các mô phân tích theo mặt cắt………5 3.2 ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG GLYCOGEN CỦA CÁ MÈ TRONG LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐÁY 33 3.2.1 Biến động của hàm lượng glycogen trong các mô phân tích theo mùa 33 3.2.2 Biến động của hàm lượng glycogen trong các mô phân tích theo mặt cắt… 34 3.3 ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG PROTEIN TỔNG SỐ CỦA CÁ MÈ TRONG LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY 34 3.3.1 Biến động của hàm lượng protein trong các mô theo mùa 5 3.3.2 Biến động của hàm lượng protein trong các mô theo mặt cắt 35 3.4 ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH ENZIM GST CỦA CÁ MÈ TRONG LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY……… 37 3.4.1 Biến động của GST trong các mô phân tích theo mùa 5 3.4.2 Biến động của GST trong các mô phân tích theo mặt cắt 5 3.5 MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA SỰ TÍCH TỤ KLN VỚI HÀM LƯỢNG GLYCOGEN, PROTEIN TỔNG SỐ VÀ HOẠT TÍNH GST CỦA CÁ MÈ TRONG LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY ………39 3.5.1 Tương quan giữa hàm lượng KLN với hàm lượng glycogen 39 3.5.2 Tương quan giữa hàm lượng KLN với protein tổng số 5 3.5.3 Tương quan giữa hàm lượng KLN với hàm lượng GST tính trên một gam trong lượng tươi 5 3.6 ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ TÍCH LŨY KLN ĐÓI VỚI SỨC KHỎE SINH LÝ CỦA CÁ MÈ TRONG LVS NHUỆ - ĐÁY……… 52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………55 TÀI LIỆU THAM KHẢO……….……….57 PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

Công cuộc công nghiệp hóa là nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm gia tăng Sự phát triển trong hoạt động công nghiệp đang vượt xa so với sự phát triển của cơ sở hạ tầng Hiện nay, rất nhiều nhà máy xí nghiệp đổ trực tiếp chất thải chưa được xử lý vào môi trường, một bộ phận khác có qua xử lý nhưng chưa triệt để, gây

ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường

Sông Nhuệ và sông Đáy đi qua 5 tỉnh gồm: Hà Nội (bao gồm cả Hà Tây cũ), Hòa Bình, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình Hiện có tới 700 nguồn thải công nghiệp, sản xuất thủ công nghiệp làng nghề, trong đó có nhiều nguồn nước chứa các chất nguy hại và khó phân hủy như kim loại nặng (KLN), dầu mỡ, dung môi hữu cơ đổ vào hai con sông này Riêng tại Hà Nội mỗi ngày lượng nước thải đổ ra sông, hồ xấp xỉ 800.000 m3/ngày đêm [59] Còn tại Hà Tây cũ - địa phương có nhiều làng nghề nổi tiếng - hầu như chưa được quy hoạch tổng thể và xây dựng hệ thống xử lý nước thải Theo Bộ Tài nguyên - Môi trường, nước sông Nhuệ đoạn chảy qua Hà Nội đã ô nhiễm nặng nề Hiện trạng này không những ảnh hưởng đến sức khỏe con người mà còn tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái tại khu vực và tới nghề nuôi trồng thủy sản (NTTS) Với số dân lên tới hơn 10 triệu người sống trong lưu vực sông (LVS) Nhuệ - Đáy, nên hoạt động kinh tế xã hội nói chung, nông nghiệp

và thuỷ sản nói riêng gắn liền với LVS là rất lớn Hơn nữa nhu cầu về nuôi trồng và đánh bắt thuỷ sản ngày càng tăng cao

Kim loại nặng (Cu, Pb, Cd, Zn…) là một trong các thành phần đặc trưng của các chất thải công nghiệp Khác với các chất thải hữu cơ có thể tự phân hủy trong

đa số trường hợp, các KLN khi đã được thải vào môi trường thì sẽ tồn tại lâu dài

Do vậy, ô nhiễm do KLN là một mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khoẻ con người và sự cân bằng của hệ sinh thái Các kim loại này khi thải vào nước làm cho nước bị nhiễm bẩn, làm thay đổi một số tính chất hoá lý và làm ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Sự ô nhiễm KLN trong nước sông và bùn đáy có thể dẫn tới sự tích

tụ sinh học trong các loài cá tự nhiên và các loài cá nuôi lấy nguồn nước từ sông

Tuỳ theo mức độ tích tụ, nó có thể có tác động xấu tới sức khoẻ sinh lý của cá (ức chế và gây rối loạn miễn dịch, mất cân bằng nội tiết hoặc bị stress về mặt sinh lý), làm thay đổi các thông số sinh hoá trong các mô và máu [13], ảnh hưởng đến sức khoẻ của quần đàn cá tự nhiên cũng như nghề NTTS Hơn nữa, vấn đề về vệ sinh an toàn thực phẩm và sức khỏe người tiêu dùng không được đảm bảo khi tiêu thụ các sản phẩm nhiễm độc KLN này Sự ô nhiễm KLN trong các dòng sông và LVS đã và đang được cho là vấn đề toàn cầu và gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của cá và các loài thuỷ sinh vật

Trước tình trạng ô nhiễm ngày càng gia tăng trong LVS, Chính phủ và một số

cơ quan hữu quan đã tiến hành nghiên cứu và đánh giá hiện trạng môi trường trên

hệ thống sông Nhuệ - Đáy cũng như hiện trạng môi trường nước phục vụ NTTS Những nghiên cứu đó chủ yếu chú trọng vào việc đánh giá mức độ ô nhiễm do tác động của các nhà máy, làng nghề, nước thải sinh hoạt, dựa vào tiêu chuẩn nước sinh hoạt, nước dùng cho NTTS và nước thải Trong khi đó, những đánh giá về sự tích tụ sinh học và ảnh hưởng của các chất thải độc hại như KLN trên các loài thuỷ sinh

vật, cụ thể là loài cá mè (Hypophthalmichthys molitrix), trong LVS này hầu như

chưa được tiến hành Cá mè là loài cá kinh tế, là đối tượng nuôi phổ biến và cũng là

cá tự nhiên của LVS này Chính vì vậy, việc nghiên cứu: “Ảnh hưởng của sự tích tụ

kim loại nặng lên sức khỏe sinh lý của cá mè (Hypophthalmichthys molitrix) ở lưu

vực sông Nhuệ- Đáy” là việc cần thiết Đề tài nghiên cứu được thực hiện với 3 mục tiêu:

+ Đánh giá được mức độ tích tụ một số KLN (Cd, Pb, Cu và Zn) trong mang, gan, thận và cơ thịt của cá mè trong LVS Nhuệ - Đáy

+ Đánh giá được sự biến động của các chỉ tiêu sinh hóa (GST, protein, glycogen) trong các mô nghiên cứu của cá mè trên LVS Nhuệ - Đáy

+ Xác định được mối tương quan giữa sự biến động các chỉ tiêu sinh hóa (GST, protein, glycogen) với sự tích tụ của một số KLN (Cu, Zn, Cd và Pb) của cá

mè trên LVS Nhuệ - Đáy

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ LOÀI CÁ MÈ (Hypophthalmichthys molitrix)

1.1.1 Đặc điểm phân loại và phân bố

Cá mè trắng Hoa Nam (Hypophthalmichthys molitrix): là một loài cá thuộc họ

Cá chép Nó được nuôi đầu tiên ở Trung Quốc Loài này được nhập vào ít nhất vào

88 quốc gia trên thế giới Cá được nhập vào Việt Nam năm 1958 và hiện đã trở thành đối tượng nuôi và cũng trở thành cá tự nhiên của một số sông trong cả nước [57]

Phân loại khoa học:

Giới: Animalia Ngành: Chordata Lớp: Actinopterygii (lớp cá xương)

Loài: Hypophthalmichthys molitrix

(Valenciennes, 1844)

Hình 1.1: Cá mè trắng Hoa Nam (Hypophthalmichthys molitrix)

(Nguồn ảnh: Ngô Thị Thúy Hường)

Thân cá dẹp bên Đầu to bình thường Mắt ở thấp phía dưới trục đầu Khoảng cách hai mắt rộng Lỗ mũi gần mõm hơn mắt Hàm dưới hơi nhô hơn hàm trên Không có râu Miệng ở phía dưới to và rộng Mõm tù hai bên xiên chéo lên trên Màng mang không dính liền với eo mang mà hai bên phải trái liền với nhau Lược mang dài, xếp sít nhau thành một tấm màng, có nhiều lỗ Lườn bụng nổi lên rõ ràng

và hoàn toàn từ eo mang đến hậu môn Vẩy tròn nhỏ, mỏng, dễ rụng Đường bên hoàn toàn, phần trước cong xuống đến cuống đuôi đi vào giữa Bóng hơi hai ngăn, ngăn trước to và ngắn, ngăn sau nhỏ Khởi điểm của vây lưng sau khởi điểm vây bụng, vây bụng chưa đạt tới vây hậu môn, vây hậu môn cung hình chữ U Vây đuôi chia thuỳ sâu Lưng và phía trên thân thẫm, bụng trắng bạc, các vây xám nhạt [44]

Cá đã phát tán ra tự nhiên và trở thành cá tự nhiên của nhiều sông trên miền Bắc trong đó có sông Nhuệ - Đáy [5] Cá được lai tạo với cá mè trắng Việt Nam trong quá trình sản xuất giống nhân tạo

1.1.2 Một vài đặc điểm sinh học

Cá sống ở tầng giữa và tầng trên, bơi lội nhanh nhẹn gần mặt nước Thức ăn chủ yếu là tảo, sinh vật phù du, giáp xác nhỏ Cường độ thức ăn cũng thay đổi theo mùa, mùa hè cá có cường độ ăn mồi tăng Nhiệt độ nước thích hợp cho cá mè trắng biến thiên từ 20-32oC Khi nhiệt độ nước dưới 15oC cá ăn kém hẳn; cá ngừng ăn khi nhiệt độ xuống dưới 8o

C Cá mè trắng Hoa Nam phản ứng nhanh với những thay đổi về pH Cá sẽ bị chết ngay pH thấp dưới 4 hoặc trên 10,2 Nhu cầu ôxy sẽ giảm

và nhu cầu trao đổi chất cũng giảm nhanh khi pH giảm đến 6 Thực nghiệm cho thấy giá trị pH thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của cá mè trắng là 7-8 Tính ăn của cá mè trắng Hoa Nam liên quan mật thiết với hàm lượng ôxy hoà tan Khi hàm lượng ôxy trên 2,24 mg/l cá sinh trưởng bình thường Khi ôxy giảm xuống thấp dưới 2 mg/l, tiêu thụ thức ăn của cá giảm đi đáng kể và khi dưới 1,1 mg/l thì cá

mè trắng bắt đầu nổi đầu và ngừng ăn Cá nổi đầu mạnh khi ôxy hoà tan ở mức 0,5 mg/l và cá chết hẳn khi ôxy hoà tan dưới 0,35 mg/l [57]

Cá có kích cỡ lớn, lớn nhất đạt 20-30kg Cá lớn nhanh, nhất là ở giai đoạn 1-4 tuổi Sau khi thành thục tốc độ tăng trưởng của cá chậm hơn Ở cỡ cá hương, cá mè trắng Hoa Nam trung bình mỗi ngày dài thêm 1,2 mm và nặng thêm 0,01-0,02 g Từ

cỡ cá hương lên cá giống, cứ 10 ngày cá lại tăng thêm chiều dài được một lần và khối lượng bình quân tăng mỗi ngày là 4,19g [57]

Cá có sức sinh sản lớn, dễ cho đẻ nhân tạo, tốc độ lớn nhanh, thức ăn rẻ tiền hoặc dễ kiếm và có sẵn trong thuỷ vực Mùa vụ sinh sản của cá là từ tháng 3 đến tháng 6 nhưng tập trung nhất vào giữa tháng 4 và tháng 5 Cá thành thục ở năm thứ

3 (2+ tuổi), tuy nhiên tuổi thành thục tự nhiên của cá có một số thay đổi tùy thuộc theo điều kiện của từng địa phương Bãi đẻ của cá phân bố rất rộng trên sông Cá đẻ vào cuối mùa xuân và đầu mùa hè, khi nhiệt độ lên cao Nhiệt độ nước cho cá đẻ biến thiên trong khoảng 18-30oC Cá đẻ trứng trôi nổi Cá cái kích cỡ 2kg dài 670-880mm có thể đẻ lượng trứng 120.000 - 200.000 trứng; cá cái nặng 10 kg đẻ khoảng 300.000 trứng Kích cỡ của cá đực bắt đầu thành thục nhỏ hơn cá cái và phía trước gai cứng của vây ngực thường có khía răng cưa rất rõ Ở cá cái thì chỉ gần cuối tia vây ngực mới có cấu tạo này [9]

1.1.3 Các cơ quan trong cá và các chỉ thị sinh học thường được sử dụng trong nghiên cứu độc học sinh thái

Nồng độ chất gây ô nhiễm, cụ thể là KLN trong môi trường nước, có liên quan mật thiết với nồng độ trong cơ thể sinh vật, cụ thể là cá, tại các mô (gan, thận,mang, cơ ) Hàm lượng KLN trong các mô của cơ thể phụ thuộc rất nhiều vào sự hấp thu

từ thức ăn, môi trường, kích cỡ cá và đặc điểm di truyền của các loài

Mang là một cơ quan hô hấp của cá, có chức năng lọc ôxi trong nước cung cấp cho cơ thể và thải bỏ cacbonic ra khỏi cơ thể cá Cấu trúc vi mô của mang cho thấy

cơ quan này có diện tích bề mặt tiếp xúc với môi trường ngoài cực kì lớn Diện tích

bề mặt lớn này đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với cá vì hàm lượng ôxi hòa tan chứa trong nước cực kì nhỏ Ngoài ra tốc độ khuếch tán của ôxi trong nước chậm hơn 10.000 lần so với không khí Như vậy, việc dùng một cơ quan dạng túi giống

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng việt

1 Bộ Tài nguyên và môi trường (2006), Báo cáo môi trường quốc gia năm 2006 -

Hiện trạng môi trường nước 3 lưu vực sông: Cầu, Nhuệ - Đáy, hệ thống sông Đồng Nai, Hà Nội

2 Bộ Y tế (2007), Quy chuẩn giới hạn tối đa ô nhiễm sinh học và hóa học trong

thực phẩm - QĐ 46/2007/QĐ-BYT, Hà Nội

3 Phạm Thị Trân Châu, Đỗ Ngọc Liên, Nguyễn Huỳnh Minh Quyên (2010), Hóa

sinh học các phân tử lớn trong hệ thống sống, NXB Giáo dục, Hà Nội

4 Nguyễn Thái Sơn (2007), Biomarker: Dấu ấn sinh học và giải pháp cho chẩn

đoán, trị liệu tương lai, Tokyo- Japan

5 Dương Đức Tiến và Lê Hoàng Anh (2000), Tuyển tập báo cáo khoa học tại Hội

thảo khoa học toàn quốc về Nuôi trồng thủy sản - Hiện trạng sông Nhuệ và nguồn lợi thuỷ sản, Hà Nội

6 Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên (2008), Giáo trình sinh hóa

học Động vật, NXB Nông nghiệp, Hà Nội

7 Nguyễn Thị Hồng Vân (2014), Đánh giá sự tích tụ kim loại nặng (Cd, Pb, Cu và

Zn) của cá chép (Cyprinus carpio) và cá rô phi (Oreochromis niloticus) trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

8 Phan Thị Vân và ctv (2008), Báo cáo nhiệm vụ gửi Bộ NN & PTNT - Đánh giá

chất lượng môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy phục vụ nuôi trồng Thủy sản,

Hà Nội

9 Trần Văn Vỹ (1999), Kỹ thuật nuôi cá mè trắng, mè hoa, NXB Nông nghiệp, Hà

Nội

Tiếng Anh

10 Agency for Toxic Substances and Disease Registry (2012), Lead Toxicity

11 Allocati N., Federici L., Masulli M., Di Ilio C (2009), "Glutathione transferases

in bacteria" FEBS J., 276 (1), pp 58–75

12 Andrade V M., Silva J., Silva F R., Heuser V D, Dias J F, Yoneama M L, De Freitas T R O (2004), “Fish as bioindicators to assess the effects of pollution in two southern Brazilian rivers using the Comet assay and micronucleus test

Environ”, Mol Mutage, 44 (5), pp 459-468

13 Basa, Siraj, P.; Usha Rani, A., (2003), “Cadmium induced antioxidant defense

mechanism in freshwater teleost Oreochromis mossambicus (Tilapia)”, Eco

Toxicol Environ Saf., 56 (2), pp 218 – 221

14 Begum A., Ramaiah M., Khan H I., Veena K., (2009), “Heavy metals

pollution and chemical profile of Cauvery river water”, J Chem 6(1), pp.47-52

15 Bonwick G A., Fielden, P R., Davies, D.H (1991),“Hepatic metallothionein

levels in roach (Rutilus rutilus) continuously exposed to water-borne cadmium Comp”, Biochem Physiol, 99, pp.119–125

16 Bradford M.M (1976), A rapid and sensitive method for quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding,

Anal Biochem, 72, pp 249–254

17 Broadley, M R., White, P J., Hammond, J P., Zelko I., Lux A (2007), “Zinc

in plants”, New Phytologist, 173 (4), pp.677

18 Bruins M R , Oehme F W (2000), “Microbial resistance to metals in the

environment”, Ecotoxicol Environ Saf, 45 (3), pp.198-207

19 Charkhabi A H., Sakizadeh M., Rafiee G (2005), “Seasonal fluctuation in

heavy metal pollution in Iran´s Siahroud River-A Preliminary Study”, Environ

Sci.Pollut., 12 (5), pp.264-270

20 Connie W B., Christine S R (2009), Nutrition and Health - Handbook of

Clinical Nutrition and Aging, Springer, pp 151

21 Cotran R., Ramzi S., Kumar M, Vinay K (2005), Robbins and Cotran

pathologic basis of disease, Elsevier Saunders, pp 878

22 Dan’Azumi S., Bichi M H (2010), “Industrial pollution and heavy metals

profile of Challawa river in Kano, Nigeria”, Sci Environ, San, pp 264-270