Luận án: Tích lũy, đào thải As, Cd, Pb và ảnh hưởng đến Cortisol cá Điêu Hồng

1 MỞ ĐẦU Hiện nay, sự gia tăng dân số cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp làm gia tăng lượng chất thải ra môi trường. Vì vậy, môi trường sống ngày càng bị ô nhiễm với mức độ nghiêm trọng. Sinh vật và nhất là các loài thuỷ sản sống trong môi trường ô nhiễm bị ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển. Không những vậy, các độc chất sẽ tích tụ trong cơ thể chúng và sẽ rất nguy hiểm nếu con người ăn phải thức ăn có nhiễm độc chất.

Vì thế, vấn đề nghiên cứu sự tích luỹ và đào thải độc chất cũng như ảnh hưởng của độc chất đến sự sinh trưởng phát triển của các loài thuỷ sản là hết sức quan trọng và đã được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Trong những thập niên gần đây, các nhà khoa học trên thế giới đã quan tâm nghiên cứu về sự tích luỹ và đào thải kim loại nặng cũng như sự ảnh hưởng của kim loại nặng đến hàm lượng sinh hóa (gluco, cortisol, glutathion, lipit, …) trong cơ thể sinh vật nhằm phản ánh phản ứng của cơ thể trước sự thay đổi của môi trường sống. Việt Nam là quốc gia đang phát triển nên vấn đề xử lý chất thải chưa được quan tâm đúng mức dẫn đến việc ô nhiễm môi trường là không thể tránh khỏi, nhất là ô nhiễm các kim loại nặng không có vai trò sinh học nhưng rất độc đối với con người như Cd, Pb và As. Các loài thuỷ sản sống trong môi trường ô nhiễm bị ảnh hưởng đến sản lượng và chất lượng.

Trong các loài thuỷ sản, cá Điêu hồng là loài rất được ưa chuộng làm thức ăn do chất lượng thịt cá và giá thành hợp lý. Tuy nhiên, việc đánh giá phản ứng của cá Điêu hồng do ảnh hưởng của kim loại Cd, Pb và As trong môi trường ô nhiễm và sự tích luỹ, đào thải các kim loại này chưa được nghiên cứu. Do đó, nghiên cứu sinh chọn đề tài: “Nghiên cứu quá trình tích luỹ - đào thải và ảnh hưởng của các kim loại nặng (As, Cd, Pb) đến hàm lượng cortisol trong cá Điêu hồng (Oreochromis sp.)” nhằm mục đích giải quyết các vấn đề sau: 2 - Tìm ra ngưỡng độc cấp tính (LC50 trong 96 giờ) của từng kim loại Cd, Pb và As để đánh giá độc tính của từng kim loại đối với cá Điêu hồng. - Tìm ra ảnh hưởng của các kim loại (Cd, Pb, As) trong nước ô nhiễm đến hàm lượng cortisol trong cá.

Đây là yếu tố chỉ mức độ căng thẳng sinh lý và oxy hóa của cá sống trong nước ô nhiễm kim loại nặng. Từ đó có thể đề xuất sử dụng cá làm chỉ thị sinh học để phát hiện kịp thời ô nhiễm nguồn nước do kim loại nặng. - Nghiên cứu quy luật hấp thu và đào thải kim loại nặng (Cd, Pb, As) trong gan, mang và thịt cá Điêu hồng sống trong môi trường ô nhiễm trên cơ sở đó khuyến cáo người nuôi cá có hướng nuôi thích hợp nhằm cung cấp nguồn cá sạch ra thị trường để đảm bảo sức khoẻ người tiêu dùng. Nội dung nghiên cứu của luận án 1.

Xác định ngưỡng độc cấp tính trong 96 giờ của Cd, Pb, As đối với cá Điêu hồng. Dựa trên giá trị LC50 trong 96 giờ, lựa chọn nồng độ kim loại nặng phù hợp để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo. Nghiên cứu quy luật tích luỹ và đào thải kim loại nặng trong cá Điêu hồng nuôi trong nguồn nước ô nhiễm và sau đó nuôi trong nguồn nước sạch. Nghiên cứu ảnh hưởng của kim loại nặng trong nước đến sự thay đổi hàm lượng cortisol trong cá.

Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu sẽ làm cơ sở khoa học trong lĩnh vực hoá học môi trường, độc chất môi trường, sử dụng chỉ thị sinh học để cảnh báo ô nhiễm môi trường và nguy cơ gây hại cho sức khỏe con người. - Đề tài góp phần xác nhận giá trị sử dụng của phương pháp xác định kim loại nặng (Cd, Pb, As) bằng thiết bị phổ nguyên tử và phương pháp xác định cortisol trong cá bằng thiết bị sắc ký lỏng pha đảo hiệu năng cao RP- HPLC-UV. - Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở khoa học cho những nghiên cứu về độc chất môi trường, kỹ thuật phân tích môi trường. 3 Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần cảnh báo những rủi ro, nguy cơ lan truyền kim loại nặng qua thực phẩm.

Giới thiệu các kim loại nặng Cd, Pb và As 1. Nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng trong nước 1. Nguồn tự nhiên trong đất Kim loại nặng là một trong những thành phần tự nhiên của lớp vỏ trái đất. Trong đá, chúng tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau.

Quặng kim loại nặng có thể ở dạng sunfua như sắt, asen, chì, chì-kẽm, coban, vàng, bạc và niken; hoặc ở dạng oxit như nhôm, mangan, selen và antimon. Một số tồn tại dưới dạng sunfua và oxit như sắt, đồng và coban. Quặng khoáng sản có xu hướng tồn tại theo kiểu nhóm nguyên tố, theo đó kim loại tồn tại dạng sulfua sẽ chủ yếu ở cùng với nhau, tương tự như vậy đối với các oxit. Do đó, sunfua chì, cadimi, asen và thủy ngân tự nhiên được tìm thấy cùng với sulfua sắt (pyrit, FeS2) và đồng (chalcopyrit, CuFeS2) [1].

Các kim loại trong đất sẽ đi trực tiếp vào môi trường nước thông qua sự phong hóa đá, sự bào mòn do nước, pH của nước thấp là nguyên nhân hòa tan một số kim loại nặng. Từ hoạt động nông nghiệp Quá trình sản xuất nông nghiệp góp phần gia tăng một lượng đáng kể hàm lượng kim loại nặng trong nước. Các loại hóa chất bảo vệ thực vật, các loại phân bón, đặc biệt là phân lân có chứa các kim loại nặng như As, Pb, Hg. Thuốc bảo vệ thực vật thường chứa nhiều kim loại nặng như: As, Pb, Hg.

Một số loại thuốc như: CuSO4, Zineb, Macozeb… chứa các kim loại nặng như Cu, Zn, Mn. Thông qua hoạt động phun, bón thuốc mà kim loại nặng có mặt trong nước [2-4]. Từ hoạt động công nghiệp Sự phát triển công nghiệp đang vượt quá sự phát triển của cơ sở hạ tầng. Hiện nay, các ngành công nghiệp đều đổ trực tiếp chất thải chưa được xử lý vào môi trường.

Kim loại nặng và độc tố là các thành phần đặc trưng của các chất thải công nghiệp. Theo kết quả quan trắc và phân tích môi trường, hàm lượng đồng, chì, 5 cadimi và coban,… ở các vùng nước ven biển gần các thị trấn và trung tâm công nghiệp lớn nhiều hơn so với mức tự nhiên của chúng trong nước biển. Hơn nữa, khí thải các nhà máy nhiệt điện, các lò hỏa táng, khí thải phương tiện giao thông chứa một lượng kim loại đi vào môi trường không khí và sau đó là môi trường nước [2, 5]. Hoạt động khai thác khoán sản cũng góp phần rất lớn vào việc thải các kim loại nặng vào môi trường nước [1, 6].

Nước thải ngành khai thác khoán sản chứa một lượng lớn kim loại nặng. Nguồn gốc do hoạt động sinh hoạt của con người Một nguyên nhân khác gây nên sự ô nhiễm là do nước thải sinh hoạt của con người. Nước thải sinh hoạt thường trực tiếp thải vào môi trường mà không qua bất kỳ hình thức xử lý nào. Theo nghiên cứu của Phan Văn duyệt (2000), ở một số vùng, nhiều người đã lén cho thạch tín xuống những giếng không dùng nữa để yểm Tĩnh Thần, tức Thần Giếng.

Trước khi đổ đất lấp trũng xây nhà, người ta đã đổ thạch tín xuống để Yểm Thần Giếng, trấn Thuỷ Tề, Hà Bá. Việc này đã thành một tập tục không rõ từ đời nào truyền lại, từ đó, asen đi vào nước ngầm [7]. Độc tính của kim loại nặng Độc tính của các tác nhân đối với sinh vật được thể hiện qua các thông số: a) Liều lượng độc: Là đại lượng biểu thị độ lớn của tác nhân gây độc như hóa chất, vật lý, sinh học. Liều lượng độc có thể được biểu diễn qua đơn vị khối lượng hay thể tích chất độc trên một đơn vị khối lượng cơ thể sinh vật (mg, g/kg khối lượng cơ thể hoặc mL/kg).

Nồng độ trong không khí được biểu diễn qua đơn vị khối lượng hay thể tích trên phần triệu thể tích không khí (ppm hay miligam, gam/m3 không khí). Nồng độ trong nước có thể biểu diễn qua đơn vị ppm, ppb. b) Ngưỡng độc cấp tính là ngưỡng độc tính được xác định bằng nồng độ của một hóa chất, một tác nhân gây độc lên một nhóm sinh vật thử nghiệm trong thời gian ngộ độc ngắn, trong điều kiện có kiểm soát. Để đánh giá độc tính cấp và ngưỡng độc, người ta có thể dùng các đại lượng sau để đánh giá: 6 - LD50 (lethal dose 50%): Liều gây chết trung bình của một hóa chất ở một liều đơn.

Liều lượng gây chết 50% quần thể sinh vật trong một điều kiện thí nghiệm cụ thể trong một khoảng thời gian xác định thông qua tiếp xúc trực tiếp với chất gây độc. LD50 thường được sử dụng đối với động vật sống trên cạn. - LC50 (lethal concentration 50%): Nồng độ gây chết 50% quần thể sinh vật trong một điều kiện thí nghiệm cụ thể trong một khoảng thời gian xác định thông qua tiếp xúc trực tiếp với chất gây độc. LC50 thường dùng để đánh giá độc tính của chất độc dạng lỏng hòa tan trong nước hoặc bụi trong môi trường không khí và được đo bằng microgram (hoặc mg) của tác nhân gây độc cho mỗi lít dung dịch hoặc phần triệu (ppm), trong không khí hoặc nước.

LC50 càng nhỏ, độc tính của hóa chất càng lớn. LC50 được sử dụng trong việc so sánh các độc tính, giá trị LC50 không thể ngoại suy trực tiếp từ một loài này cho một loài khác hoặc cho con người. Giá trị LD50, LC50 được thực hiện trong vòng 24 đến 96 giờ và được thử nghiệm trên một loại chất nhất định để xác định nồng độ. Thời gian cũng được ghi cùng với liều lượng gây chết: LC50 24 giờ, LC50 48 giờ, LC50 72 giờ, LC50 96 giờ.

Thông số ngưỡng độc cấp tính thường sử dụng nhất cho cá là LC50 trong 96 giờ. Để xác định ngưỡng độc cấp tính, một phương pháp thử nghiệm thông dụng là xây dựng một thí nghiệm để tìm ra mối quan hệ giữa nồng độ chất thử và phần trăm cá thể bị ngộ độc từ đó xây dựng đường cong nồng độ gây chết. Từ đường cong này, LC50 được quan sát, tính toán hay nội suy [8, 9]. Các yếu tố môi trường ngoài ảnh hưởng đến độc tính: - Nhiệt độ môi trường: Có thể làm tăng, giảm hay không ảnh hưởng đến độc tính của hóa chất tùy thuộc vào loại độc tố, loài sinh vật và điều kiện tác động cụ thể.