Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và sinh trưởng của cà rốt (Daucus Carota L.) và xà lách (Lactuca Sativa L.)

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

98
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và sinh trưởng của cà rốt (Daucus Carota L.) và xà lách (Lactuca Sativa L.) tìm hiểu về ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên sự nảy mầm, cường độ hô hấp của cây mầm cà rốt và xà lách và một số nội dung khác.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và sinh trưởng của cà rốt (Daucus Carota L.) và xà lách (Lactuca Sativa L.)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH ________________________________________ Quách Văn Lợi ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘC TỐ VI KHUẨN LAM LÊN SỰ NẢY MẦM VÀ SINH TRƯỞNG CỦA CÀ RỐT (Daucus carota L.) VÀ XÀ LÁCH (Lactuca sativa L.) LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh – 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH ________________________________________ Quách Văn Lợi ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘC TỐ VI KHUẨN LAM LÊN SỰ NẢY MẦM VÀ SINH TRƯỞNG CỦA CÀ RỐT (Daucus carota L.) VÀ XÀ LÁCH (Lactuca sativa L.) Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 60 42 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐÀO THANH SƠN TS. TRẦN THANH HƯƠNG Thành phố Hồ Chí Minh - 2015
LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được các tác giả công bố trong bất kì công trình nào. Các trích dẫn về bảng biểu, kết quả nghiên cứu của những tác giả khác; tài liệu tham khảo trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và theo đúng quy định. TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 03 năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Quách Văn Lợi
LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: TS. ĐÀO THANH SƠN, khoa Môi trường và Tài nguyên – Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ và tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn. TS. TRẦN THANH HƯƠNG, Bộ môn Sinh Lý thực vật – Đại học Khoa học Tự nhiên TP Hồ Chí Minh đã giảng dạy, tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Ban giám hiệu, phòng đào tạo Sau đại học, ban chủ nhiệm khoa Sinh học và bộ môn Sinh lý thực vật trường đại học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian học tập và làm luận văn ở trường. Các Thầy, Cô trong bộ môn sinh lý thực vật trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐH Quốc gia TPHCM đã hỗ trợ cho em trong suốt thời gian làm luận văn ở trường. Các Thầy, Cô trong hội đồng đã dành thời gian đọc và góp nhiều ý kiến cho luận văn của em. ThS. Nguyễn Thanh Sơn công tác tại phòng thí nghiệm Độc học môi trường – Viện Môi trường và Tài nguyên – ĐH Quốc gia TP Hồ Chí Minh đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn. ThS. Hồ Thị Mỹ Linh công tác tại phòng thí nghiệm Sinh lý Thực vật – Đại học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh đã giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn. Các bạn học viên lớp Sinh học thực nghiệm khóa 23 đã động viên, giúp đỡ tôi suốt quá trình làm luận văn. Cuối cùng, con xin cảm ơn gia đình đã luôn tạo điều kiện tốt nhất con trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. QUÁCH VĂN LỢI
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU ............................................................................................................1 Chương 1. TỔNG QUAN ..................................................................................3 1.1. Độc tố vi khuẩn lam .................................................................................3 1.2. Nghiên cứu về ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên thực vật trên thế giới .................................................................................................................5 1.3. Nghiên cứu về độc tố vi khuẩn lam ở việt nam .......................................7 1.4. Giới thiệu về cà rốt và xà lách ...............................................................10 1.1.1. Cây cà rốt ........................................................................................10 1.1.2. Cây xà lách ......................................................................................11 1.5. Phát triển của thực vật ...........................................................................11 1.6. Vai trò của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong sự nảy mầm và tăng trưởng của cây mầm .............................................................................13 Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................17 2.1. Vật liệu...................................................................................................17 2.1.1. Thực vật ..........................................................................................17 2.1.2. Độc tố vi khuẩn lam ........................................................................17 2.1.3. Vật liệu sử dụng cho sinh trắc nghiệm............................................17 2.2. Thiết kế thí nghiệm ................................................................................18 2.2.1. Khảo sát các biến đổi hình thái của hột trong quá trình nảy mầm..18
2.2.2. Ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên sự nảy mầm.....................18 2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên sự phát triển của cà rốt và xà lách .................................................................................................18 2.2.4. Đo cường độ hô hấp của cây mầm cà rốt và xà lách ......................19 2.2.5. Đo hoạt tính của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật có trong cây mầm xà lách và cà rốt..................................................................................19 2.2.6. Ảnh hưởng của sự phối hợp các chất điều hòa tăng trưởng thực vật và độc tố microcystin trên sự phát triển của cây mầm ......................................23 2.3. Xử lý số liệu ...........................................................................................23 2.4. Thời gian và nơi thực hiện đề tài ...........................................................23 Chương 3. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ............................................................24 3.1. Kết quả ...................................................................................................24 3.1.1. Các biến đổi hình thái trong quá trình nảy mầm.............................24 3.1.2. Ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên sự nảy mầm.....................26 3.1.3. Ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên sự phát triển của cây mầm cà rốt và xà lách .................................................................................................27 3.1.5. Sự thay đổi hoạt tính của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật dưới ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam...........................................................44 3.1.6. Ảnh hưởng kết hợp giữa độc tố vi khuẩn lam và chất điều hòa tăng trưởng thực vật lên sự phát triển của cây mầm ..................................................46 3.2. Thảo luận ...............................................................................................55 3.2.1. Ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam trên sự nảy mầm ...................55 3.2.2. Ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên sự tăng trưởng của cây mầm ...................................................................................................................56
3.2.3. Ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên khả năng hô hấp và tổng hợp các chất điều hòa tăng trưởng thực vật .......................................................58 3.2.4. Mối liên hệ giữa độc tố vi khuẩn lam và các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong sự phát triển của cây mầm ..............................................58 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ..............................................................................61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................62 PHỤ LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ABA: Abcisic acid ELISA: Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay GA3: Gibberellic acid HPLC: High Performance Liquid Chromatography IAA: Indole-3-acetic acid MC: Microcystin POD: Peroxidase SOD: Superoxide dismutase
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1. Tỉ lệ nảy mầm của hột cà rốt và xà lách ..................................... 27
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Cây mầm mù tạt (Sinapis alba L.) sau 7 ngày xử lý với độc tố microcystin 5 Hình 1.2. Cây cải dầu sau 10 ngày xử lý với microcystin ở các nồng độ khác nhau .. 6 Hình 1.3. Cây cà rốt ..................................................................................................... 10 Hình 1.4. Cây xà lách .................................................................................................... 11 Hình 2.1. Sơ đồ ly trích các chất điều hòa tăng trưởng thực vật .................................. 21 Hình 3.1. Các giai đoạn trong quá trình nảy mầm của hột cà rốt ................................. 25 Hình 3.2. Các giai đoạn trong quá trình nảy mầm của hột xà lách .............................. 25 Hình 3.3. Sự thay đổi trọng lượng tươi của hột cà rốt và xà lách trong quá trình nảy mầm .................................................................................................................... 26 Hình 3.4. Chiều dài rễ cà rốt sau 2 ngày xử lý với độc tố vi khuẩn lam từ mẫu tạo váng .................................................................................................................... 28 Hình 3.5. Cây mầm xà lách 7 ngày sau khi xử lý với dịch chiết từ mẫu tạo váng (SCUM) chứa độc tố ở những nồng độ microcystin khác nhau ........................ 29 Hình 3.6. Cây mầm xà lách sau 7 ngày thí nghiệm với độc tố vi khuẩn lam từ dịch chiết mẫu tế bào in vitro .................................................................................... 30 Hình 3.7. Chiều dài rễ cà rốt ở những nghiệm thức khác nhau ................................... 31 Hình 3.8. Chiều dài rễ xà lách ở những nghiệm thức khác nhau ................................ 32 Hình 3.9. Chiều dài trụ hạ diệp cà rốt ở những nồng độ độc tố khác nhau .................. 34 Hình 3.10. Chiều dài trụ hạ diệp xà lách ở những nồng độ độc tố khác nhau ............. 35 Hình 3.11. Cây mầm xà lách 4 ngày sau khi xử lý với độc tố vi khuẩn lam từ dịch chiết mẫu tế bào in vitro ..................................................................................... 36 Hình 3.12. Trọng lượng tươi của cây mầm cà rốt ở các nồng độ độc tố khác nhau ..... 38 Hình 3.13. Trọng lượng tươi của cây mầm xà lách ở các nồng độ độc tố khác nhau... 39 Hình 3.14. Đường kính của cây mầm cà rốt và xà lách ở các nồng độ độc tố khác nhau ................................................................................................................... 40 Hình 3.15. Cường độ hô hấp của cây mầm cà rốt ở các nồng độ độc tố khác nhau ..... 42 Hình 3.16. Cường độ hô hấp của cây mầm xà lách ở các nồng độ độc tố khác nhau... 43
Hình 3.17. Hoạt tính của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong cây mầm cà rốt và xà lách 4 ngày ở các loại độc tố khác nhau ............................................. 45 Hình 3.18. Chiều dài rễ cà rốt sau khi xử lý với độc tố kết hợp chất điều hòa tăng trưởng thực vật ................................................................................................... 47 Hình 3.19. Chiều dài rễ xà lách sau khi xử lý với độc tố kết hợp chất điều hòa tăng trưởng thực vật .................................................................................................. 48 Hình 3.20. Chiều dài trụ hạ diệp cà rốt sau khi xử lý với độc tố kết hợp chất điều hòa tăng trưởng thực vật .................................................................................... 50 Hình 3.21. Chiều dài trụ hạ diệp xà lách sau khi xử lý với độc tố kết hợp chất điều hòa tăng trưởng thực vật .................................................................................... 51 Hình 3.22. Khối lượng cà rốt sau khi xử lý với độc tố kết hợp chất điều hòa tăng trưởng thực vật .................................................................................................. 53 Hình 3.23. Khối lượng xà lách sau khi xử lý với độc tố kết hợp chất điều hòa tăng trưởng thực vật .................................................................................................. 54
1 MỞ ĐẦU  Lí do chọn đề tài Việc gia tăng dân số, phát triển các ngành công nghiệp, nông nghiệp đã và đang làm gia tăng đáng kể các chất dinh dưỡng trong các thủy vực. Nguồn nước mặt giàu dinh dưỡng đặc biệt là nitơ và phospho, thường dẫn đến sự thay đổi của quần xã thực vật nổi và quần xã có xu hướng thống trị bởi vi khuẩn lam (hiện tượng nở hoa của vi khuẩn lam). Các chất dinh dưỡng (nitơ và phospho) là nguyên nhân chính gây nên hiện tượng phú dưỡng xảy ra ở hơn 54% hồ nước ngọt ở khu vực châu Á Thái Bình Dương trong nhiều năm trở lại đây. Nở hoa của vi khuẩn lam gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước như gây mùi khó chịu, làm giảm, cạn kiệt nguồn oxi hòa tan trong nước, làm giảm đa dạng sinh học. Nở hoa của vi khuẩn lam xuất hiện trong nhiều điều kiện môi trường, trong đó 25-75% các trường hợp nở hoa kèm theo sự hiện diện của độc tố vi khuẩn lam. Vi khuẩn lam có thể tiết ra những hợp chất thứ cấp trong đó có các độc tố. Độc tố vi khuẩn lam có nhiều loại khác nhau, trong đó microcystin là độc tố có cường độ mạnh và phổ biến nhất, với hơn 80 dạng đồng phân khác nhau đã được xác định. Sự có mặt của những độc tố này trong các thủy vực gây ảnh hưởng xấu đến những sinh vật sống trong thủy vực đó. Bên cạnh đó, việc sử dụng những nguồn nước có chứa những loại độc tố này nhằm phục vụ cho mục đích sinh hoạt có thể có những ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Ngoài ra, khi sử dụng cho hoạt động tưới tiêu trong nông nghiệp cũng có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật, từ đó làm ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. Nhiều nghiên cứu về độc tính của độc tố vi khuẩn lam trên thế giới đã được tiến hành, tuy nhiên công bố về độc tính vi khuẩn lam và độc tố của chúng có nguồn gốc Việt nam thì vẫn còn rất khiêm tốn, rời rạc, những nghiên cứu chủ yếu tập trung vào động vật, trong khi đó ảnh hưởng của thực vật vi khuẩn lam lên thực vật thì vẫn chưa được quan tâm, nghiên cứu sâu. Do đó, đề tài “Ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên
2 sự nảy mầm và sinh trưởng của cà rốt (Daucus carota L.) và xà lách (Lactuca sativa L.)” được đề xuất, với nguồn độc tố vi khuẩn lam lấy từ hồ Dầu Tiếng – hồ chứa cung cấp nước sinh hoạt và nông nghiệp cho một số tỉnh Đông Nam Bộ. Theo những nghiên cứu gần đây cho thấy hàm lượng microcystin trong nước hồ khá cao, do đó việc sử dụng nước hồ Dầu Tiếng chứa đựng mối nguy hiểm tiềm tàng đối với mùa màng và sức khỏe con người.  Mục đích nghiên cứu Khảo sát ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam từ hồ Dầu Tiếng lên sự nảy mầm và phát triển của cây cà rốt và xà lách.  Giới hạn - phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên sự nảy mầm và phát triển của hột cà rốt và xà lách ở giai đoạn tăng trưởng trong khoảng thời gian 7 ngày tuổi trong điều kiện phòng thí nghiệm.  Ý nghĩa khoa học Đóng góp thêm kiến thức về sự tác động của độc tố vi khuẩn lam có nguồn gốc Việt Nam lên sự nảy mầm và phát triển ở cà rốt và xà lách.  Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của đề tài sẽ góp phần đánh giá độc tính sinh thái của vi khuẩn lam có nguồn gốc từ Việt Nam, khả năng ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam từ hồ Dầu Tiếng lên sản lượng nông nghiệp (cà rốt, xà lách) ở địa phương khi sử dụng nước hồ làm nước tưới trực tiếp cho cây trồng.
3 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Độc tố vi khuẩn lam Vi khuẩn lam (cyanobacteria, cyanoprokaryota, cyanophyta, blue-green algae), còn có tên là tảo lam. Chúng là một trong những sinh vật xuất hiện sớm nhất trên Trái đất và tồn tại qua hàng tỉ năm. Vi khuẩn lam hầu như có mặt ở khắp mọi nơi, có khả năng chống chịu cao hơn so với thực vật đối với các điều kiện bất lợi như nhiệt độ cao, ánh sáng thấp, cạn kiệt dinh dưỡng...[33]. Vi khuẩn lam là những sinh vật chưa có màng nhân, và có khả năng quang tự dưỡng vô cơ và dùng H 2 O làm chất cho điện tử trong quá trình quang hợp. Vi khuẩn lam chứa chlorophyll a và các sắc tố như phycocyanin, phycobiliprotein. Một số loài có sắc tố đỏ phycoerythrin, chúng phối hợp với sắc tố lục tạo nên màu nâu. Vi khuẩn lam có thể đơn bào hoặc đa bào dạng sợi, không di động hoặc di động bằng cách trườn (gliding), một số loài có túi khí (gas vesicles). Nhiều loài có dị bào (heterocysts) và có khả năng cố định nitơ... Vi khuẩn lam sống đơn lẻ hoặc liên kết với nhau tạo thành các tập đoàn hình cầu hoặc các bó sợi lớn, có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Chúng phát triển trong các môi trường khác nhau, từ nước ngọt đến nước mặn, thậm chí sống trên đất ẩm hoặc cộng sinh trên các loài thực vật bậc cao thuộc họ đậu [33]. Trong thủy vực, vi khuẩn lam có thể chiếm đến 99,8% tổng mật độ thực vật phù du. Đồng thời chúng có thể dễ dàng nở hoa trong nhiều điều kiện môi trường trên khắp thế giới và ước tính khoảng 25 – 75% những nở hoa vi khuẩn lam có kèm theo độc tố. Vi khuẩn lam nở hoa có thể hủy hoại cảnh quan, ô nhiễm môi trường nước vì chúng gồm nhiều loài có thể sản sinh độc tố, ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước. Hơn 60 loài vi khuẩn lam có độc tố đã được liệt kê thuộc các giống như Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon, Planktothrix, Cylindrospermopsis, Anabaenopsis, Nostoc, Raphidiopsis, Nodularia. Một chủng vi khuẩn lam có thể sản sinh ra nhiều loại độc tố, ngược lại một loại độc tố có thể được tạo ra bởi nhiều loài vi khuẩn lam có độc [16].
4 Dựa trên độc tính ảnh hưởng lên động vật, độc tố vi khuẩn lam được theo làm 5 nhóm như sau: (i) độc tố gan (hepatoxins) bao gồm: microcystins, nodularins; (ii) độc tố thần kinh (neurotoxins) bao gồm: anatonxin-a, anatoxin-a(S), homoanatoxin-a; (iii) độc tố gây ngứa da, tiêu chảy: aplysiatoxins, debromoaplysiatoxin; (iv) nhóm độc tố tế bào: cylindrospermopsin (gây đột biến nhiễm sắc thể hay đứt gãy DNA); (v) nội độc tố lipopolysaccharides. Ngoài ra, hàng trăm hợp chất có hoạt tính sinh học đã được tìm thấy trong nhiều chi vi khuẩn lam như Microcystis, Planktothrix, Oscillatoria, Aphanizomenon, Anabaeba, Cylindrospermopsis, Nostoc, Nodularia, Lyngbya, Schizothrix, Plectonema, Westiellopsis, Scytonema và Hapalosiphon [33]. Độc tố microcystin (MC) dùng thí nghiệm được tạo ra từ nhiều chi vi khuẩn lam khác nhau như: Microcystis, Anabaena, Planktothrix, Nostoc, Anabaenopsis, Hapalosiphon, Arthrospira fusiformis, Annamia toxica, Merismopedia tenuissima, Leptolyngbya boryana. MC là cấu trúc dạng vòng phổ biến, được mô tả là một heptapeptide dạng vòng chứa D- và L-amino acid cộng với N-methylldehydroalanine và một nhóm β-amino acid duy nhất bên cạnh, acid 3-amino-9-methoxy-2-6,8- trymethyl-10-phenyldeca-4,6-dienoic. Những đồng phân của MC khác nhau cơ bản ở hai L-amino acid, và khác nhau thứ hai là sự hiện diện hoặc biến mất của nhóm methyl trên acid D-erythro-β-methylaspartic (D-MeAsp) và/hoặc N-methyldehydroalanine (Mdha) [33]. Cơ chế gây độc của microcystins liên quan chặt chẽ với quá trình ức chế protein phosphatases 1 và 2A. Sự ức chế protein này dẫn đến quá tải quá trình phosphoryl hóa của những cấu trúc dạng sợi, sau đó bộ xương tế bào bị thoái hóa và phá vỡ cấu trúc tế bào. Sự co rút của tế bào gan từ những tế bào lân cận và những mao mạch hình sin làm máu trở nên ức đọng trong những mô gan. Kết quả sau cùng là phá hủy những mô gần đó, bộ phận bị hư hại và gây xuất huyết [33].
5 1.2. Nghiên cứu về ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam lên thực vật trên thế giới Kurki-Helasmo và Meriluoto (1998) đã nghiên cứu về tác động của MC lên sự phát triển của hột giống mù tạt (Sinapis alba L.) sau 7 ngày xử lý độc tố ở những nồng độ khác nhau. Dạng đồng phân MC-RR ức chế sự phát triển của cây con và hình thành những cây con dị dạng ở nồng độ MC ≥ 5,0 μg/mL. MC-LR ức chế quá trình khử phospho của những protein bên trong cây dẫn đến những rối loạn trong sự phát triển rễ và những bộ phận khác. Đặc điểm của những cây con bị ức chế sự kéo dài rễ và lá non [21]. Pfugmacher (1998) cho rằng MC gây ức chế chuyển hóa và phát triển thực vật sau khi cho hấp thu MC bởi một số loài cây thủy sinh. Hình 1.1. Cây mầm mù tạt (Sinapis alba L.) sau 7 ngày xử lý với độc tố microcystin (MC); từ trái sang: 20 mg MC/L; đối chứng; 5 mg MC/L (Kurki-Helasmo và Meriluoto, 1998). McElhiney (2001) đã khảo sát sự ức chế của MC ảnh hưởng lên sự phát triển của thực vật, bằng cách cho xử lý những cây trồng trên giá thể là khăn giấy. Thí
6 nghiệm cho thấy MC ức chế sự phát triển cây khoai tây và mù tạt dưới điều kiện phòng thí nghiệm. Cây Solanum tuberosum có chứa chất diệp lục bị ức chế bởi MC- LR ở nồng độ 0,005 và 0,05 μg/mL. Độc tố có ảnh hưởng rất ít trên cây 18 ngày tuổi, tuy nhiên khi cho xử lý với độc tố, cây con có bộ rễ kém phát triển, làm giảm 30% lượng nước hấp thu so với những cây không xử lý. Xử lý MC qua nước tưới chứa độc tố vi khuẩn lam đe dọa đến chất lượng và sản lượng vụ mùa trong canh tác [30]. Trong một khảo sát khác, dịch chiết chứa độc tố vi khuẩn lam nở hoa thu từ hồ Dianchi ở tây nam Trung Quốc được dùng để đánh giá ảnh hưởng của MC lên cây cải dầu (Brassica napus) và cây lúa (Oryza sativa). Thí nghiệm được tiến hành trong khoảng nồng độ dịch chiết (0; 0,024; 0,12; 0,6 và 3μg MC-LR/ml). Nghiên cứu chỉ ra rằng sự xử lý MC ức chế sự phát triển của lúa và hột cải, tuy nhiên, MC có tác dụng ức chế mạnh mẽ trên cây cải dầu hơn cây lúa về tỉ lệ nảy nầm của hột và chiều cao cây con. MC ức chế đáng kể sự dài ra của rễ gốc của cây cải dầu và cây lúa con. Sử dụng ELISA, MC được kiểm tra từ dịch chiết của cây cải dầu và cây lúa con bị nhiễm, chỉ ra rằng khả năng hấp thụ của thực vật xử lý MC thông qua hút nước có thể gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe [13]. Hình 1.2. Cây cải dầu sau 10 ngày xử lý với microcystin ở các nồng độ khác nhau; từ trái sang: 3; 0,6; 0,12; 0,024; 0 mg/L (Chen và cs., 2004)
7 Chen và cộng sự (2004) đã nghiên cứu ảnh hưởng của MC lên hoạt động của enzyme kháng oxi hóa superoxide dismutase (SOD) và peroxidase (POD) của cây cải dầu (Brassica napus) và cây lúa (Oryza sativa). Sau 10 ngày thí nghiệm, cho kiểm tra hoạt tính SOD và POD của cây lúa và cây cải dầu cho thấy MC có ảnh hưởng xấu lên hoạt tính của SOD và POD trên cây cải dầu. Hoạt tính của SOD giảm khi nồng độ MC tăng lên. Xác định hoạt tính của POD và SOD cho thấy nồng độ MC cao dẫn đến quá tải oxi hóa. Ngược lại, MC thúc đẩy hoạt động POD trên cây cải dầu, hoạt động của POD ở nồng độ 3 μg/mL được tăng cường rõ rệt. So sánh cây cải dầu và cây lúa xử lý cho thấy phản ứng khác nhau trong hoạt động của SOD và POD. MC ở nồng độ thấp (0,024 – 0,12 μg/mL) gây gia tăng hoạt tính của SOD trong cây lúa, trong khi đó sự gia tăng rất ít ở nồng độ độc tố cao hơn (0,6 – 3 μg/mL) [13]. Peuthert và Pflugmacher (2010) tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của MC-LR đến tocopherol trong cây mầm Alfalfa (Medicago sativa). Trong nghiên cứu này tác động của MC-LR và mẫu dịch chiết thô Microcystis (Mic-CE) chứa MC-LR với tocopherol và mẫu gen của Homogentisate phytyltransferase (HPT), bao gồm sự tổng hợp tocopherol, được khảo sát trên cây mầm Medicago sativa. Xử lý trong môi trường với nồng độ thích hợp cho thấy Mic-CE tác động đến tocopherols ở nồng độ thấp hơn với độc tố tinh khiết. Sự thay đổi trong 3 ngày xử lý với 0,5 μg/L MC-LR và Mic-CE cho thấy sự gia tăng mạnh mẽ α- và β-tocopherol, trong khi ảnh hưởng trên β- tocopherol mạnh hơn nhiều so với trên α-tocopherol. HPT mRNA tăng lên sau 24 và 27 giờ xử lý với MC-LR. Do đó, kết quả cho thấy dù ở nồng độ thấp trong nước nhưng độc tố vi khuẩn lam lại có ảnh hưởng mạnh với tocopherol trong cây mầm M. sativa, vì vậy gây stress cho cây trồng [34]. 1.3. Nghiên cứu về độc tố vi khuẩn lam ở việt nam Vi khuẩn lam và độc tố MC trong các thủy vực nước ngọt Việt Nam đã được ghi nhận. Sự bùng phát vi khuẩn lam và hiện diện độc tố của chúng xảy ra với cường độ và tần suất ngày càng cao hơn [18]. Tuy nhiên những công bố về độc tính của vi
8 khuẩn lam và độc tố vi khuẩn lam có nguồn gốc Việt Nam lên sinh vật còn vẫn còn ở những bước đầu tiên trong nghiên cứu. Công trình nghiên cứu về vi khuẩn lam và độc tố microcystin tại hồ núi Cốc (Thái Nguyên) vào năm 2011 cho thấy vi khuẩn lam là nhóm chiếm ưu thế trong quần xã thực vật nổi ở hồ Núi Cốc. Nhóm vi khuẩn lam sản sinh độc tố gan Microcystis là thành phần chính trong các mẫu nước và các mẫu tạo váng thu tại hồ Núi Cốc với hàm lượng độc tố dao động trong khoảng 0,11-0,52 µg/L và 48-1699 µg/L tương ứng. Việc phát hiện các loài vi khuẩn lam và độc tố của chúng cho thấy nguy cơ ô nhiễm từ các loài tảo gây hại và độc tố tại hồ Núi Cốc. Nghiên cứu cũng cho thấy khả năng ảnh hưởng đến sức khỏe con người khi sử dụng nguồn nước này cung cấp nước sinh hoạt. Do vậy, cần đưa vi khuẩn lam và độc tố của chúng vào chương trình quan trắc chất lượng nước tại các thủy vực [6]. Trong nghiên cứu về hình thái và khả năng sinh độc tố cylindrospermopsin được thực hiện tại một số thủy vực ở Việt Nam vào năm 2011 đã phân lập được 28 chủng vi khuẩn lam có khả năng sinh độc tố Cylindrospermopsin, thuộc các chi Cylindrospermopsis, Aphanizomenon, Anabaena và Raphidiopsis. Phân tích hình thái và thăm dò khả năng sinh độc tố bằng phương pháp ELISA cho thấy có 14 chủng phát hiện có độcc tố cylindrospermopsin trong mẫu nuôi cấy, điều này có thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người trong thủy vực [6]. Nghiên cứu của Đào Thanh Sơn và cộng sự (2013) về sự ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam thu từ mẫu tạo váng (scum) thu từ hồ Dầu Tiếng lên các giai đoạn phát triển của phôi cá ngựa vằn, cho thấy có sự giảm tỷ lệ trứng nở sau khi cho trứng cá xử lý với mẫu chứa độc tố MC ở nồng độ 50µg/L và mẫu dịch chiết của vi khuẩn lam Arthrospira không chứa MC. Với nồng độ cao MC (200 µg/L) thì có sự giảm mạnh về tỷ lệ trứng nở. Ngoài ra, tỷ lệ tử vong của cá sau khi nở cũng tăng lên sau 11 ngày xử lý mặc dù được nuôi ở môi trường không chứa độc tố. Bên cạnh đó, nghiên cứu này cũng ghi nhận những dị dạng khác thường của phôi cá trong quá trình phát triển khi xử lý với độc tố [17].
9 Một số loài vi khuẩn lam mặc dù không sản sinh độc tố MC và cylindrospermopsin, nhưng dịch chiết của chúng với hàm lượng 10 mg trọng lượng khô/L, có ảnh hưởng xấu đến những đáp ứng sinh hóa trong cơ thể Daphnia magna, cụ thể là làm gia tăng hoạt tính của các enzyme chuyển hóa sinh học đặc biệt là catalase. Ngoài ra trong nghiên cứu này, nhóm tác giả cũng làm thí nghiệm khảo sát sự thay đổi hành vi của D. magna khi nuôi trong môi trường có chứa các loài vi khuẩn lam không sản sinh MC và cylindrospermopsin với mật độ 400.000 tế bào/mL. Kết quả cho thấy hành vi của Daphnia magna bị thay đổi (hoạt động bơi, vị trí trong cột nước). Những thay đổi về sinh lý và hành vi gây ra hiện tượng stress, có thể làm giảm tổng hiệu suất của nhóm động vật phù du trong điều kiện tiếp xúc mãn tính ở môi trường thực tế. Ảnh hưởng cấp tính của Microcystis aeruginosa ở hồ Dầu Tiếng lên vi giáp xác được Đào Thanh Sơn và cộng sự thực hiện năm 2013. Nghiên cứu cho thấy hàm lượng microcystin từ chủng M. aeruginosa lên đến 3733 µg/g trọng lượng khô. Kết quả đánh giá ảnh hưởng cấp tính (LC 50 -24h) của các chủng M. aeruginosa lên ba loài vi giáp xác Daphnia magna, Ceriodapnia cornuta, Moina dubia lần lượt là 6,7x106, 8,9x106, 4,4x106. Theo nhóm tác giả, đây là công bố đầu tiên về ảnh hưởng cấp tính của M. aeruginosa lên ba loài vi giáp xác Daphnia magna, Ceriodapnia cornuta, Moina dubia [14]. Công bố đầu tiên về ảnh hưởng của độc tố vi khuẩn lam có nguồn gốc Việt Nam lên thực vật được tiến hành trên ba loài họ cải: cải bẹ trắng (Brassica rapa- chinensis), cải misome Nhật (Brassica narinose), cải xà lách soong Pháp (Nasturtium officinale). Xử lý hột giống với mẫu mẫu tạo váng và dịch chiết từ mẫu tạo váng thu ở hồ Dầu Tiếng (chủ yếu là các loài Microcystis). Theo dõi chiều dài rễ, thân mầm và trọng lượng cây mầm cho thấy có sự giảm trọng lượng tươi chiều dài rễ và thân mầm so với lô thí nghiệm đối chứng không có độc tố. Ngoài ra, sự thay đổi hình dạng lá, màu sắc lá so với mẫu đối chứng cũng được ghi nhận ở loài Brassica rapa-chinensis [15].