Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật môi trường: Đánh giá hàm lượng thuốc trừ sâu clo hữu cơ trong nước, trầm tích, thủy sinh vật tại cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai và thử nghiệm độc tính của DDTs lên phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương, cá medaka

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:173

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là xác định dư lượng thuốc trừ sâu OCPs trong nước, trầm tích, thủy sinh vật tại cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai và đánh giá độc tính của thuốc trừ sâu DDTs lên phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương (Crassostrea gigas), cá medaka (Oryzias latipes). Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật môi trường: Đánh giá hàm lượng thuốc trừ sâu clo hữu cơ trong nước, trầm tích, thủy sinh vật tại cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai và thử nghiệm độc tính của DDTs lên phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương, cá medaka

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Nguyễn Xuân Tòng ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG THUỐC TRỪ SÂU CLO HỮU CƠ TRONG NƯỚC, TRẦM TÍCH, THỦY SINH VẬT TẠI CỬA SÔNG SÀI GÒN – ĐỒNG NAI VÀ THỬ NGHIỆM ĐỘC TÍNH CỦA DDTs LÊN PHÔI, ẤU TRÙNG HÀU THÁI BÌNH DƯƠNG, CÁ MEDAKA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Nguyễn Xuân Tòng ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG THUỐC TRỪ SÂU CLO HỮU CƠ TRONG NƯỚC, TRẦM TÍCH, THỦY SINH VẬT TẠI CỬA SÔNG SÀI GÒN – ĐỒNG NAI VÀ THỬ NGHIỆM ĐỘC TÍNH CỦA DDTs LÊN PHÔI, ẤU TRÙNG HÀU THÁI BÌNH DƯƠNG, CÁ MEDAKA Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường Mã số: 9 52 03 20 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. Mai Hương 2. PGS. TS. Dương Thị Thủy Hà Nội – 2021
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung của luận án là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Mai Hương và PGS.TS. Dương Thị Thủy. Các số liệu và kết quả được nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Nguyễn Xuân Tòng
LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới TS. Mai Hương, Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội và PGS.TS. Dương Thị Thủy, Viện Công nghệ Môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn, sửa luận án và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành Bản luận án này. Tôi xin cảm ơn phòng quản lý Đào tạo Viện Công nghệ Môi trường, Học viện Khoa học và Công nghệ -Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành mọi thủ tục cần thiết trong quá trình làm nghiên cứu. Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự giúp đỡ hết sức nhiệt tình và quý báu của Viện Khoa học Công nghệ và Quản lý Môi trường – Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, Viện Vệ sinh Dịch tể Trung ương, Trung tâm Công nghệ Sinh học Thành phố Hồ Chí Minh, Trung Tâm Kiểm Định Và Khảo Nghiệm Thuốc Bảo Vệ Thực Vật Phía Nam, Phòng Độc học Sinh thái - Đại học Liege - Vương Quốc Bỉ. Tôi xin trân trọng cảm ơn. Tôi xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học đã giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu liên quan đến luận án cũng như đánh giá chất lượng luận án để luận án được hoàn thiện. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến những người thân yêu trong gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã luôn quan tâm, động viên, ủng hộ và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả luận án: Nguyễn Xuân Tòng
i MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................... i DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... iv DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. vi DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... viii MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .....................................................................5 1.1. Tổng quan về hóa chất BVTV .........................................................................5 1.1.1. Phân loại hóa chất BVTV .........................................................................5 1.1.2. Một số nhóm hóa chất BVTV chính .........................................................6 1.1.3. Nguồn gốc hóa chất BVTV trong môi trường ..........................................9 1.2. Tình hình nghiên cứu và hiện trạng tồn dư hóa chất BVTV, độc tính trong môi trường sinh thái thủy sinh ......................................................................................11 1.2.1. Tình hình nghiên cứu và hiện trạng sử dụng hóa chất BVTV trên thế giới ...........................................................................................................................11 1.2.2. Tình hình nghiên cứu và hiện trạng sử dụng hóa chất BVTV ở Việt Nam ...........................................................................................................................15 1.2.3. Độc tính của hóa chất BVTV ..................................................................19 1.3. Tổng quan về hàu Thái Bình Dương (Crassostrea gigas), cá medaka (Oryzias latipes) và ứng dụng trong đánh giá độc học sinh thái .........................................25 1.3.1. Tổng quan về hàu Thái Bình Dương (Crassostrea gigas) .......................25 1.3.2. Tổng quan về cá medaka (Oryzias latipes) .............................................26 1.3.3. Vai trò của hàu Thái Bình Dương (Crassostrea giagas) và cá medaka (Oryzias latipes) trong nghiên cứu độc học sinh thái........................................27 1.4. Tổng quan về khu vực nghiên cứu .................................................................29 1.4.1. Đặc điểm tự nhiên ...................................................................................29
ii 1.4.2. Đặc điểm kinh tế xã hội ..........................................................................31 1.4.3. Đặc điểm môi trường ..............................................................................32 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................34 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm .......................................................34 2.1.1 Hóa chất ...................................................................................................34 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị ......................................................................................35 2.2. Địa điểm lấy mẫu ...........................................................................................35 2.3. Các phương pháp lấy mẫu ..............................................................................40 2.3.1. Mẫu nước mặt .........................................................................................40 2.3.2. Mẫu trầm tích ..........................................................................................40 2.3.3. Mẫu sinh vật ............................................................................................40 2.4. Phương pháp phân tích mẫu ...........................................................................41 2.4.1. Phân tích các thông số hóa lý ..................................................................41 2.4.2. Xác định OCPs trong mẫu nước .............................................................41 2.4.3. Xác định OCPs trong mẫu trầm tích .......................................................41 2.4.4. Xác định OCPs trong mẫu sinh vật .........................................................43 2.5. Các phương pháp thử nghiệm trên phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương và cá medaka ..................................................................................................................43 2.5.1. Phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương ......................................................43 2.5.2. Phôi, ấu trùng cá medaka ........................................................................46 2.6. Các phương pháp đánh giá độc tính ...............................................................48 2.6.1. Xác định LC50, EC50 và tỷ lệ sống chết ...................................................48 2.6.2. Phương pháp phân tích qRT-PCR để đánh giá ảnh hưởng của hóa chất BVTV đến cá medaka ở mức độ sinh học phân tử ...........................................48 2.6.3. Các phương pháp quan sát hình thái, cấu tạo tế bào ...............................51 2.7. Xử lý thống kê số liệu ....................................................................................52 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ – THẢO LUẬN................................................................55
iii 3.1. Phân nhóm các địa điểm lấy mẫu...................................................................55 3.2. Hiện trạng OCPs trong nước và trầm tích ......................................................56 3.2.1. Các thông số hóa lý trong nước mặt và trầm tích ...................................56 3.2.2. Nồng độ OCPs trong nước ......................................................................57 3.2.3. Nồng độ OCPs trong trầm tích ................................................................64 3.2.4. Mối liên hệ giữa nồng độ OCPs trong nước và trong trầm tích ..............72 3.2.5. Đánh giá nguồn gốc ô nhiễm OCP bằng phân tích thành phần chính ....76 3.3. OCPs trong cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ ....................................................79 3.3.1. Nồng độ các OCPs trong sinh vật theo loài ............................................80 3.3.2. Nồng độ các OCPs trong sinh vật theo không gian (vị trí) .....................93 3.3.3. Nguồn ô nhiễm OCPs trong sinh vật ......................................................95 3.4. Đánh giá độc tính của DDTs ..........................................................................98 3.4.1. Độc tính của DDTs đến sinh trưởng của phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương ................................................................................................................98 3.4.2. Độc tính của DDT đến sinh trưởng của phôi cá medaka ......................117 3.4.3. Kết quả đánh giá hình thái, cấu trúc gan cá medaka .............................126 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................130 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ...............................................132 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................133 PHỤ LỤC .................................................................................................................... I
iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng anh Tiếng việt ADN Deoxyribonucleic Acid ANOVA Analysis Of Variance Phân tích phương sai BAF Bioaccumulation factor Hệ số tích lũy sinh học BDL Below Detectable Level Dưới mức có thể phát hiện BR-VT Bà Rịa – Vũng Tàu BVTV Bảo vệ thực vật CA Cluster analysis Phân tích cụm DCM Diclometan DDD Dichloro-Diphenyl-Dichloroethane Dichloro-Diphenyl- DDE Dichloroethylene Dichloro-Diphenyl- DDT Trichloroethane DMSO Dimethyl sulfoxit EC Electrical Conductivity Độ dẫn điện Nồng độ ảnh hưởng đến EC50 Effective Concentration 50% sinh vật phơi nhiễm Gas chromatography–mass GC/MS Sắc ký khí – khối phổ spectrometry Gas chromatography-electron Sắc ký khí – detector bẫy GC/ECD capture detector electron HCH Hexachlorocyclohexane KCN Khu công nghiệp KPH Không phát hiện Nồng độ gây chết 50% sinh LC50 Lethal Concentration vật bị phơi nhiễm Lowest Observed Effect Nồng độ thấp nhất có ảnh LOEC Concentration hưởng LOQ Limit of Quantitation Giới hạn định lượng
v Nồng độ cao nhất không có NOEC No Observed Effect Concentration ảnh hưởng Hóa chất Bảo vệ thực vật OCP Organochlorine Pesticides nhóm clo hữu cơ Principal Component Phân tích thành phần PCA/FA Analysis/Factor Analysis chính/Phân tích nhân tố PE Polyetylen Chất ô nhiễm hữu cơ khó POP Persistant Organic Pollutant phân hủy QCVN Quy chuẩn Việt Nam Real-Time Polymerase Chain Phản ứng tổng hợp chuỗi RT-PCR Reaction polymerase thời gian thực SE Standard error Sai số chuẩn SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét TB Trung bình TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TDS Total Dissolved Solids Tổng chất rắn hòa tan Kính hiển vi điện tử truyền TEM Transmission Electron Microscope qua TLTK Tài liệu tham khảo TN&MT Tài nguyên và Môi trường TOC Total Organic Carbon Tổng cacbon hữu cơ TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lững Tổ chức Tổ chức tế Thế WHO World Health Organization giới
vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1. Phân loại các loại hóa chất BVTV .................................................5 Bảng 1. 2. Phân loại hóa chất BVTV nhóm clo hữu cơ ...................................6 Bảng 1. 3. Ảnh hưởng của một số loại hóa chất BVTV phổ biến đến một số sinh vật thủy sinh ............................................................................................28 Bảng 1. 4. Các sông chính ở khu vực hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai .........30 Bảng 2. 1. Hỗn hợp chuẩn gốc OCPs ............................................................34 Bảng 2. 2. Các hóa chất dùng trong phân tích ..............................................34 Bảng 2. 3. Đặc điểm vị trí lấy mẫu ở cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai ............38 Bảng 2. 4. Kỹ thuật phân tích các thông số hóa lý mẫu nước mặt và trầm tích ...................................................................................................................................41 Bảng 2. 5. Bảng quy đổi hệ số Probit ............................................................48 Bảng 2. 6. Các cặp mồi phân tích Real-time PCR .........................................50 Bảng 2. 7. Cài đặt quy trình phân tích phản ứng Real-time PCR .................50 Bảng 3. 1. Chỉ tiêu lý – hóa nước tại thủy vực nghiên cứu ............................56 Bảng 3. 2. Chỉ tiêu lý – hóa trong trầm tích tại thủy vực nghiên cứu ............57 Bảng 3. 3. Nồng độ của OCP (µg/L) trong nước ở hai mùa..........................58 Bảng 3. 4. Thành phần của DDT (%) trong nước theo mùa ..........................59 Bảng 3. 5. Thành phần của HCHs (%) trong nước theo mùa ........................60 Bảng 3. 6. Nồng độ các OCPs (µg/L) trong mẫu nước mặt được thu thập từ nghiên cứu ở các khu vực khác nhau trên thế giới ........................................60 Bảng 3. 7. Nồng độ của OCPs (µg/L) trong nước ở hai nhóm ......................61 Bảng 3. 8. Thành phần của tổng DDTs (%) trong nước theo nhóm ..............62 Bảng 3. 9. Thành phần của HCHs (%) trong nước theo nhóm ......................63 Bảng 3. 10. Nồng độ của OCPs (µg/kg) trong trầm tích theo hai mùa .........64 Bảng 3. 11. Thành phần của tổng DDTs (%) trong trầm tích theo mùa........65 Bảng 3. 12. Thành phần của tổng HCHs (%) trong trầm tích theo mùa .......68 Bảng 3.13. Nồng độ các OCPs (µg/kg) trong mẫu trầm tích được thu thập từ các khu vực khác nhau trên thế giới ..............................................................69
vii Bảng 3. 14. Nồng độ của OCPs (µg/kg) trong trầm tích ở hai nhóm ............70 Bảng 3. 15. Thành phần của tổng DDTs (%) trong trầm tích theo nhóm......70 Bảng 3. 16. Thành phần của tổng HCHs (%) trong trầm tích theo nhóm .....71 Bảng 3. 17. Tương quan giữa dư lượng OCPs trong nước với các chỉ tiêu hóa lý .....................................................................................................................72 Bảng 3. 18. Tương quan giữa dư lượng OCPs trong trầm tích với chỉ tiêu hóa lý .....................................................................................................................72 Bảng 3. 19. Tương quan OCPs với những nhân tố tiềm ẩn (VF) hình thành từ phân tích PCA/FA trong hai mùa và hai nhóm ..............................................76 Bảng 3. 20. Đặc điểm sinh học của cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ ...............79 Bảng 3. 21. Nồng độ các OCPs (µg/kg) trong mô các loài cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ các nước trên thế giới ................................................................92 Bảng 3. 22. Nồng độ DDTs, dieldrin và OCPs (µg/kg) trong các mẫu cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ theo vị trí ở cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai.............93 Bảng 3. 23. Hệ số tải trọng của các thông số OCPs đối với các nhân tố khác nhau được hình thành từ phân tích PCA/FA..................................................96 Bảng 3. 24. Các giá trị giới hạn NOEC, LOEC và EC50 sau 2 giờ hàu Thái Bình Dương phơi nhiễm với DDTs trong nước............................................100 Bảng 3. 25. Các giá trị giới hạn NOEC, LOEC và LC50 sau 24 giờ phơi nhiễm với DDTs trong nước....................................................................................102 Bảng 3. 26. Giá trị NOEC, LOEC và EC50 của DDTs trong trầm tích đối với sự chậm phát triển phôi hàu .........................................................................106 Bảng 3. 27. Các giá trị NOEC, LOEC và LC50 của DDTs trong trầm tích đối với sự tử vong của phôi, ấu trùng hàu .........................................................108 Bảng 3. 28. Tỷ lệ tử vong của phôi cá medaka sau 24, 48, 72 và 96 giờ phơi nhiễm DDT ...................................................................................................118 Bảng 3. 29. Giá trị LC50 của DDTs tại các thời điểm 24, 48, 72 và 96 giờ phơi nhiễm ............................................................................................................120
viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Cấu trúc của o,p–DDE, p,p–DDE, o,p–DDD, p,p–DDD, o,p–DDT và p,p–DDT ......................................................................................................7 Hình 1. 2. Cấu trúc của hexachlorobenzene ....................................................7 Hình 1. 3. Cấu trúc hóa học của endosulfan....................................................7 Hình 1. 4. Cấu trúc hóa học của aldrin và dieldrin .........................................8 Hình 1. 5. Cấu trúc hóa học của endrin ...........................................................9 Hình 1. 6. Thị trường phân phối mỗi loại hóa chất BVTV.............................11 Hình 1. 7. Tình hình nhập khẩu hóa chất BVTV ở Việt Nam giai đoạn 2010 – 2014 ................................................................................................................16 Hình 1. 8. Số lượng hóa chất BVTV được phép sử dụng trong nông nghiệp ở Việt Nam .........................................................................................................17 Hình 1. 9. Con đường di chuyển của POP trong môi trường ........................20 Hình 1. 10. Các con đường phơi nhiễm của các hợp chất POP trong môi trường .............................................................................................................21 Hình 1. 11. Sơ đồ minh họa cách DDT sinh học tạo ra trong chuỗi thức ăn. Nồng độ trong nước chỉ bằng 3×10−6 phần triệu có thể đạt tới 10 triệu lần so với nồng độ ở các loài săn mồi đầu chuỗi thức ăn ........................................24 Hình 1. 12. Cấu tạo của hàu Thái Bình Dương (Crassostrea gigas) ............25 Hình 1. 13. Cấu tạo cá medaka cái (a) và đực (b) .........................................27 Hình 2. 1. Bản đồ mô tả các vị trí lấy mẫu nước và trầm tích .......................37 Hình 2. 2. Bản đồ mô tả các vị trí lấy mẫu sinh vật .......................................38 Hình 2. 3. Sơ đồ tóm tắt quy trình xử lý mẫu trầm tích .................................42 Hình 2. 4. Sơ đồ tổng hợp các bước bổ sung và rửa giải trầm tích ...............44 Hình 2. 5. Sơ đồ tách trứng và tinh trùng từ hàu bố mẹ ................................45 Hình 2. 6. Sơ đồ thử nghiệm sinh học trên hàu Thái Bình Dương ................46 Hình 2. 7. Quy trình thực hiện đánh giá độc tính của DDT với cá medaka ..47 Hình 2. 8. Quy trình tóm tắt chuẩn bị mẫu và phân tích Real-time PCR ......49 Hình 2. 9. Sơ đồ nghiên cứu chung của luận án.............................................54
ix Hình 3. 1. Biểu đồ phân tích cụm trên không gian các vị trí lấy mẫu ...........55 Hình 3. 2. Sự thay đổi nồng độ của DDTs và thành phần trong các mẫu trầm tích ..................................................................................................................67 Hình 3. 3. Mối tương quan giữa nồng độ DDTs và HCHs trong nước và trầm tích ..................................................................................................................73 Hình 3. 4. Mối tương quan giữa nồng độ aldrin, heptachlor, dieldrin và endrin trong nước và trầm tích ..................................................................................75 Hình 3. 5. Hai OCPs được trích xuất khi thực hiện PCA/FA cho toàn bộ dữ liệu ..................................................................................................................78 Hình 3. 6. Nồng độ của OCPs trong cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ .............80 Hình 3. 7. Nồng độ của HCHs trong cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ .............82 Hình 3. 8. Phân tích thành phần HCHs trong cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ ...................................................................................................................................83 Hình 3. 9. Nồng độ của DDTs trong cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ .............85 Hình 3. 10. Phân tích thành phần DDTs trong cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ ...................................................................................................................................86 Hình 3. 11. Nồng độ của endosulfans trong cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ..88 Hình 3. 12. Nồng độ của heptachlor, aldrin, dieldrin, endrin trong cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ..................................................................................90 Hình 3. 13. Nồng độ của (a) DDTs, (b) dieldrin và (c) OCPs trong cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ được thu thập trong sông chính và sông phụ ..........94 Hình 3. 14. Phân tích thành phần (a) HCHs và (b) DDTs trong hai khu vực ...................................................................................................................................95 Hình 3. 15. Nhóm cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ được kiểm tra dựa trên phân tích PCA/FA ...................................................................................................97 Hình 3. 16. Biểu đồ thể hiện tỷ lệ phân bào của phôi hàu Thái Bình Dương sau 2 giờ phơi nhiễm với DDTs trong môi trường nước biển nhân tạo ...............99 Hình 3. 17. Biểu đồ thể hiện phương trình hồi quy của tỷ lệ phôi chậm phát triển sau 2 giờ phơi nhiễm với DDTs trong nước (p < 0,0001)...................100 Hình 3. 18. Biểu đồ thể hiện tỷ lệ phần trăm phôi, ấu trùng tử vong (Mean ± SE) sau 24 giờ phơi nhiễm với DDT trong nước biển nhân tạo ..................101
x Hình 3. 19. Biểu đồ thể hiện phương trình hồi quy của tử lệ phôi, ấu trùng tử vong sau 24 giờ phơi nhiễm với DDT trong nước (p < 0,001) ....................102 Hình 3. 20. Biểu đồ thể hiện tỷ lệ phần trăm phôi chậm phát triển (Mean ± SE) sau 24 giờ phơi nhiễm với DDT trong trầm tích ..........................................105 Hình 3. 21. Biểu đồ thể hiện phương trình hồi quy của tỷ lệ phôi chậm phát triển sau 2 giờ phơi nhiễm với DDTs trong trầm tích (p < 0,0001) ............105 Hình 3. 22. Biểu đồ thể hiện tỷ lệ phần trăm phôi, ấu trùng tử vong (Mean ± SE) sau 24 giờ phơi nhiễm với DDT trong trầm tích ...................................107 Hình 3. 23. Biểu đồ thể hiện phương trình hồi quy của tỷ lệ phôi và ấu trùng tử vong sau 24 giờ phơi nhiễm với DDTs trong trầm tích ...........................107 Hình 3. 24. Kết quả chụp SEM hình thái cấu trúc phôi hàu Thái Bình Dương C. gigas trong môi trường nước biển nhân tạo sau 24 giờ ..........................110 Hình 3. 25. Kết quả chụp TEM cấu trúc bào quan phôi hàu Thái Bình Dương C. gigas trong môi trường nước biển nhân tạo ở mẫu đối chứng (không phơi nhiễm với DDTs) sau 24 giờ ........................................................................111 Hình 3. 26. Kết quả chụp TEM cấu trúc bào quan phôi hàu Thái Bình Dương C. gigas trong môi trường nước biển nhân tạo ở mẫu thử nghiệm (phơi nhiễm với 1 g/L DDTs) sau 24 giờ .......................................................................112 Hình 3. 27. Kết quả chụp SEM hình thái cấu trúc phôi hàu Thái Bình Dương C. gigas trên môi trường trầm tích sau 24 giờ .............................................113 Hình 3. 28. Kết quả chụp TEM cấu trúc bào quan phôi hàu Thái Bình Dương C. gigas ở mẫu trầm tích đối chứng (không phơi nhiễm với DDTs) sau 24 giờ ......................................................................................................................114 Hình 3. 29. Kết quả chụp TEM cấu trúc bào quan phôi hàu Thái Bình Dương C. gigas ở mẫu trầm tích thử nghiệm (phơi nhiễm với DDTs ở nồng độ 1mg/kg) sau 24 giờ .....................................................................................................115 Hình 3. 30. Biến động tỷ lệ tử vong của phôi cá medaka sau 24, 48, 72 và 96 giờ phơi nhiễm với 0; 0,04; 0,08; 0,12; 0,16; 0,2 và 0,24 μg/L hóa chất BVTV DDT ..............................................................................................................119 Hình 3. 31. Đồ thị tương quan giữa liều phản ứng và % tỷ lệ tử vong và nồng độ DDTs .......................................................................................................121
xi Hình 3. 32. Độc tính của DDTs đến phôi cá medaka O. latipes, những khiếm khuyết hình thái điển hình ............................................................................122 Hình 3. 33. Biểu hiện của 3 gen p53, rara1 và wnt trên phôi cá medaka sau khi phơi nhiễm với 1700 g/L DDTs bằng phương pháp Real-time PCR ...123 Hình 3. 34. Biểu hiện của 3 gen p53, rara1 và wnt trên phôi cá medaka sau khi phơi nhiễm với 1500 và 1700 g/L DDTs bằng phương pháp Real-time PCR ..............................................................................................................124 Hình 3. 35. Kết quả phân tích sự thành công của Real-time PCR và chu kỳ định lượng (Cq) ............................................................................................124 Hình 3. 36. Cấu trúc tế bào gan cá medaka đối chứng (không phơi nhiễm với DDTs 1g/L) sau 24 giờ ..............................................................................127 Hình 3. 37. Cấu trúc tế bào gan cá medaka thử nghiệm (phơi nhiễm với DDTs 1g/L) sau 24 giờ; nu – hạt nhân; hn – nhân hepatocyte s; ly – lysosome .128
1 MỞ ĐẦU Hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) là những chất cần thiết cho sự phát triển và bảo quản cây trồng thông qua việc kiểm soát dịch hại trong nông nghiệp thương mại hiện đại [1]. Hóa chất BVTV nhóm clo hữu cơ (OCPs) được sử dụng rộng rãi trên thế giới trong nhiều thế kỷ qua để kiểm soát sâu bọ, nấm và các loài côn trùng khác nhau nhằm tăng năng suất sản xuất và bảo vệ sức khỏe cộng đồng, phòng chống muỗi gây bệnh sốt rét [2]. Các chất ô nhiễm hữu cơ gốc OCPs có trong môi trường nước xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau như nước thải công nghiệp, nông nghiệp và đô thị, lắng đọng khí quyển, hoạt động ven biển, vận chuyển hàng hải và sự cố tràn dầu [3]. Trên toàn cầu, OCPs bị nghiêm cấm hoặc hạn chế sử dụng từ một vài thập kỷ trước do khả năng gây độc của chúng. Tuy bị cấm nhưng OCPs vẫn được phát hiện ở nhiều môi trường khác nhau, như trong các đại dương, các vùng biển, trong nước và trầm tích, trong không khí. Quá trình phơi nhiễm với các hóa chất này trong môi trường có ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái và sự phát triển của các sinh vật thủy sinh. Các loài cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ là đối tượng đại diện cho sự tích lũy chất gây ô nhiễm trong hệ sinh thái cửa sông và ven biển vì chúng là những loài ăn lọc nên có khả năng tích tụ nhiều hóa chất trong mô. Hơn nữa, đây là những nhóm loài có giá trị thặng dư thương mại cao về sản phẩm thủy, hải sản nên việc trích xuất được nguồn gốc sản phẩm và xác định được giới hạn chất ô nhiễm là mối quan tâm của cộng đồng. Sự tồn tại lâu dài và độc tính của các hóa chất gốc OCPs đối với sinh vật sống đã thúc đẩy hầu hết các nước trên thế giới phát triển các kế hoạch và chiến lược quốc gia để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng chống lại mối đe dọa từ các hợp chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (POPs). Vì vậy, cần có các biện pháp để ngăn chặn sự xuất hiện và tác dụng độc hại của các hóa chất độc hại này. Mặt khác, ở Việt Nam dù đã bị cấm từ vài thập kỷ trước nhưng một số OCPs đã được sử dụng trước đây trong một thời gian dài vẫn có thể tồn lưu trong môi trường với các nồng độ khác nhau. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để khảo sát, đánh giá hiện trạng ô nhiễm OCPs và tác động khác nhau của chúng tới các hệ sinh thái thủy sinh như nghiên cứu của Minh và cộng sự [4] chỉ ra rằng nồng độ DDTs trong trầm tích thu nhận ở các kênh rạch tại TP HCM cao hơn nhiều so với những vị trí khác trong vùng nghiên cứu. Điều này cho thấy rằng ô nhiễm OCPs có thể xuất phát
2 từ các khu vực dân cư và khu công nghiệp. Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng ở phần hạ lưu của hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai nồng độ của DDTs và HCHs trong trầm tích giảm dần theo thời gian [4]. Hoài và cộng sự [5] đã phát hiện nồng độ của tổng DDTs trong trầm tích lấy từ một số sông ở Hà Nội cao hơn các địa điểm khác ở Việt Nam. Do đó, các tác giả cho rằng DDTs đã được sử dụng bất hợp pháp và sau đó được thải ra môi trường trong khu vực nghiên cứu. Vì vậy, hiện trạng ô nhiễm OCPs tại các khu vực do ảnh hưởng của việc xả thải các chất ô nhiễm từ khu vực xung quanh cần phải nghiên cứu thêm. Gần đây, các khu vực đô thị và công nghiệp phát triển nhanh chóng có thể là các nguồn ô nhiễm OCPs tiềm ẩn kết hợp với việc sử dụng OCPs trái phép ở phía thượng nguồn làm cho nồng độ OCPs tăng lên trong nước mặt và trầm tích phía hạ lưu hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai [4]. Do đó, nghiên cứu về ô nhiễm OCPs trong nước mặt, trầm tích và các loài sinh vật vùng cửa sông có ý nghĩa khoa học và tính thời sự cao. Vì vậy, đề tài “Đánh giá hàm lượng thuốc trừ sâu clo hữu cơ trong nước, trầm tích, thủy sinh vật tại cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai và thử nghiệm độc tính của DDTs lên phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương, cá medaka” đã được lựa chọn thực hiện ở vùng cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai trong hai năm 2017 – 2018. ✓ Mục tiêu của luận án Luận án có mục tiêu tổng thể là: Nghiên cứu, xác định dư lượng thuốc trừ sâu clo hữu cơ trong nước, trầm tích, thủy sinh vật tại cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai và đánh giá độc tính của thuốc trừ sâu DDTs lên phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương (Crassostrea gigas), cá medaka (Oryzias latipes). Mục tiêu cụ thể là: - Xác định hiện trạng ô nhiễm OCPs trong nước mặt và trầm tích cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai và đánh giá nguồn gốc gây ô nhiễm. - Xác định mức độ ô nhiễm OCPs trong cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ khu vực cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai và đánh giá nguồn gốc gây ô nhiễm. - Đánh giá độc tính của hóa chất DDTs lên sinh trưởng của phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương (Crassostrea gigas) và cá medaka (Oryzias latipes). ✓ Nội dung nghiên cứu của luận án Khảo sát hiện trạng ô nhiễm thuốc trừ sâu OCPs trong nước, trầm tích ở cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai theo mùa và theo nhóm.
3 Khảo sát hiện trạng ô nhiễm thuốc trừ sâu OCPs trong cá, nhuyễn thể hai mảnh vỏ và xác định nguồn gốc ô nhiễm ở cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai. Đánh giá độc tính của thuốc trừ sâu đến sinh trưởng của phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương (Crassostrea gigas) và cá medaka (Oryzias latipes) thông qua việc xác định LC50/EC50 và quan sát ảnh hưởng đến hình thái phôi, ấu trùng. ✓ Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Sự tồn dư của các hợp chất hữu cơ khó phân hủy POPs như các hoạt chất OCPs trong nước, trầm tích ở cửa sông và ven biển - khu vực tập trung chính cho nuôi trồng thủy, hải sản ở nước ta đã nhận được nhiều sự quan tâm, nghiên cứu trong thời gian qua. Đề tài đã nghiên cứu đánh giá độc tính của các hợp chất ô nhiễm gốc OCPs trong hệ sinh thái cũng như tác động của các chất này đến sự phát triển của cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ. Kết quả phân tích, đánh giá là cơ sở dữ liệu tham khảo cho các nghiên cứu về tồn lưu hóa chất OCPs trong môi trường sinh thái và thủy sinh vật. Các cơ quan môi trường và các tỉnh thượng nguồn sông Sài Gòn – Đồng Nai xem xét các kết quả nghiên cứu như một nguồn dữ liệu hỗ trợ để xác định được nguồn phát thải, đánh giá chất lượng nước và định hướng cấp phép xả thải vào nguồn nước. ✓ Điểm mới của luận án Bước đầu xác định được phân bố hàm lượng một số thuốc trừ sâu gốc OCPs trong nước, trầm tích và thủy sinh vật tại khu vực cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai với nồng độ DDTs, HCHs, aldrin, heptachlor, dieldrin, và endrin lần lượt là 0,137 µg/L; 0,107; 0,008; 0,009; 0,007 và 0,019 µg/L (thời điểm mùa khô) và là 0,301; 0,292; 0,067; 0,040; 0,024 và 0,027 µg/L (thời điểm mùa mưa). Nồng độ trong mẫu nước của nhóm 1 cao hơn nhiều so với nhóm 2 lần lượt là 0,139; 0,151; 0,029; 0,018 và 0,008 µg/L. Nồng độ OCPs tích lũy trong cá bống bớp > trai > vẹm xanh > ngao > hàu và có giá trị lần lượt 19,519 µg/kg; 19,212 µg/kg; 14,320 µg/kg; 12,376 µg/kg và 9,297 µg/kg. Đã đánh giá được độc tính của DDTs lên phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương và cá medaka khi phơi nhiễm với 0; 0,1; 1; 10 và 100 g/L DDTs trong môi trường nước và 0; 0,01; 0,05; 0,1; 0,5; 1; 5 mg/kg DDTs trong môi trường trầm tích với LC50 ghi nhận tương ứng là 66,88 g/L và 1,1 mg/kg DDT. LC50 gây tử vong 50% phôi lần lượt là 4,62 g/L và 0,3 mg/kg DDT. Kết quả SEM, TEM, qRT-PCR ở mô sinh vật chứng tỏ tác động của DDTs đã làm thay đổi cấu trúc hình thái phôi, ấu trùng hàu
4 và cá cũng như biến đổi sinh học phân tử ba gen p53, rara1 và wnt khi thử nghiệm trên cá medaka. ✓ Bố cục của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, phụ lục và tài liệu tham khảo, nội dung của luận án được trình bày trong 3 chương với bố cục như sau: Chương 1: Tổng quan về hóa chất BVTV, nguồn gốc ô nhiễm chính trong nghiên cứu và tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến nội dung luận án. Chương 2: Phương pháp nghiên cứu, lấy mẫu, kỹ thuật chiết tách phân tích, phương pháp đánh giá độc tính (LC50, EC50); phương pháp đánh giá ảnh hưởng ở mức độ phân tử (qRT – PCR), phương pháp phân tích hình thái phôi hàu (SEM và TEM). Chương 3: Phần kết quả và thảo luận tập trung vào 3 nội dung kết quả chính: (i) Xác định hiện trạng ô nhiễm OCPs trong nước và trầm tích; (ii) Nồng độ ô nhiễm và nguồn gốc ô nhiễm của OCPs trong cá và nhuyễn thể hai mảnh vỏ; (iii) Đánh giá độc tính của DDTs lên phôi, ấu trùng hàu Thái Bình Dương (Crassostrea gigas), cá medaka (Oryzias latipes).
5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về hóa chất BVTV Hóa chất BVTV được chuyển nghĩa từ thuật ngữ tiếng Anh “pesticide” có nghĩa là thuốc trừ côn trùng gây hại. Tuy nhiên, hiện nay khái niệm này được mở rộng cho nhiều loại hóa chất sử dụng trong trồng trọt bao gồm cả thuốc điều hòa sinh trưởng, thuốc rụng lá và thuốc trừ cỏ [6]. Hóa chất BVTV là bất kỳ chất hoặc hỗn hợp các chất được sử dụng để tiêu diệt, đẩy lùi, hoặc kiểm soát địch hại, bao gồm cả côn trùng, nhuyễn thể hai mảnh vỏ, động vật gặm nhấm, nấm, vi khuẩn và cỏ dại [7]. Trong Luật Bảo vệ và Kiểm dịch thực vật [8] định nghĩa hóa chất BVTV là chất hoặc hỗn hợp các chất hoặc chế phẩm vi sinh vật có tác dụng phòng ngừa, ngăn chặn, xua đuổi, dẫn dụ, tiêu diệt hoặc kiểm soát sinh vật gây hại thực vật; điều hòa sinh trưởng thực vật; bảo quản thực vật; làm tăng độ an toàn, hiệu quả cây trồng khi sử dụng hóa chất. Tổng hợp các luận điểm này cho thấy hóa chất BVTV được hiểu là các chất độc hóa học hay chất độc tự nhiên dùng để diệt trừ, ngăn chặn, phòng ngừa, xua đuổi, dẫn dụ, hoặc kiểm soát các loài sinh vật gây hại thực vật. Do hóa chất BVTV có nhiều tính chất hóa lý khác nhau, cấu tạo hóa học, ứng dụng và độc chất nên được chia thành các loại khác nhau. 1.1.1. Phân loại hóa chất BVTV Hóa chất BVTV có thể phân theo các cách khác nhau như theo mục đích sử dụng, mức độ độc tính, đặc điểm lý hóa học hay phương thức hoạt động của chúng, tuy nhiên phân loại dựa trên mục đích sử dụng là phổ biến nhất [9] (Bảng 1.1). Bảng 1. 1. Phân loại các loại hóa chất BVTV Phân loại Ví dụ Thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm, thuốc diệt chuột, Mục đích sử dụng thuốc diệt tảo, thuốc diệt giun Cực độc (nhóm Ia), độc tính cao (nhóm Ib), độc tính trung bình Mức độ độc tính (nhóm II), độc tính nhẹ (nhóm III), gần như không có độc (U) Hợp chất hữu cơ thiên nhiên, hợp chất vô cơ, nhóm clo hữu cơ, Cấu tạo hóa học nhóm phosphor hữu cơ, nhóm pyrethroid