Ảnh hưởng của ô nhiễm kim loại nặng lên sự biến động năng lượng dự trữ và hoạt tính enzyme glutathione S-transferase của cá Chép (Cyprinus carpio) và cá Rô Phi (Oreochromis niloticus) trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy

Ảnh hưởng của ô nhiễm kim loại nặng lên sự biến động năng lượng dự trữ và hoạt tính enzyme glutathione S-transferase của cá Chép (Cyprinus carpio) và cá Rô Phi (Oreochromis niloticus) trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy Vũ Thị Huyền Trang Trường Đại học Khoa học Tư nhiên Luận văn ThS. Chuyên ngành: Sinh thái học; Mã số: 60 42 20 Người hướng dẫn: TS. Ngô Thị Thúy Hường; PGS.TS. Lê Thu Hà Năm bảo vệ: 2013 Abstract: Đánh giá sự tích tụ KLN (Cu, Pb, Zn và Cd) trong mang, gan, thận của cá chép và cá rô phi theo mùa và theo mặt cắt trong khu vực nghiên cứu. Phân tích sự biến động của nồng độ protein và hoạt tính GST trong cùng mẫu cá phân tích kim loại nặng. Bước đầu xác định tương quan giữa nồng độ kim loại nặng tích tụ với nồng độ protein và hoạt tính GST trong cùng mẫu cá phân tích Keywords: Sinh thái học; Ô nhiễm kim loại nặng; Hoạt tính enzyme glutathione S-transferase; Cá Chép; Cá rô phi; Sông Nhuệ; Sông Đáy Content MỞ ĐẦU Kim loại nặng (KLN) là thành phần đặc trưng của các chất thải công nghiệp. Hiện nay, các ngành công nghiệp của Việt Nam đều đang ở giai đoạn đầu của sự phát triển và chưa có đủ các phương tiện cần thiết để giảm và loại trừ ảnh hưởng xấu của chất thải công nghiệp đến môi trường. Mặt khác, các chế tài về xử phạt môi trường còn chưa nghiêm. Do vậy, sự ô nhiễm kim loại nặng trong các thuỷ vực ngày càng trở nên trầm trọng. Các kim loại này khi được thải vào nước làm cho nước bị nhiễm bẩn, ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái và các loài sinh vật sống trong nước. Các kim loại nặng khi đã được phóng thích vào môi trường thì sẽ tồn tại lâu dài, tích tụ vào các mô sống của sinh vật qua chuỗi thức ăn mà ở đó con người là mắt xích cuối cùng. Các kim loại Cd, Pb, Cu, Zn đều là các kim loại có độc tính cao đối với sinh vật và con người nếu vượt quá ngưỡng cho phép. Mặc dù nồng độ các chất độc tích tụ trong cơ thể sinh vật chưa cao nhưng khi tồn tại và tích tụ lâu dài, chúng có thể làm tổn thương sinh vật ở các mức độ khác nhau hoặc thậm chí có thể gây chết. Với số dân lên tới hơn 10 triệu người từ 6 tỉnh, thành phố, đặc biệt có thủ đô Hà Nội 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, thêm vào đó là sự tăng nhanh về nhu cầu nuôi trồng, đánh bắt cũng như sử dụng thuỷ sản làm nguồn thực phẩm. Sự ô nhiễm KLN trong nước sông và bùn đáy có nguồn gốc từ sự rửa trôi trong nông nghiệp, chất thải sinh hoạt, làng nghề và đặc biệt là từ các nhà máy và các khu công nghiệp. Hiện trạng này 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. Tùy 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 (Basa và Rani, 2003) hoặc ảnh hưởng đến sức khoẻ sinh sản và sự phát triển bền vững của quần đàn cá tự nhiên cũng như nghề nuôi trồng thuỷ sản (NTTS). Hơn nữa, vấn đề về vệ sinh an toàn thực phẩm và sức khoẻ người tiêu dùng không được đảm bảo khi tiêu thụ các sản phẩm nhiễm độc KLN này. 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. Tuy nhiên, 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 nghiên cứu về ảnh hưởng của ô nhiễm kim loại nặng lên sức khoẻ sinh lý của một số loài cá nước ngọt có giá trị kinh tế trong lưu vực sông Nhuệ-Đáy hầu như chưa được tiến hành. Chính vì vậy, việc nghiên cứu“Ảnh hưởng của ô nhiễm kim loại nặng lên sự biến động năng lượng dự trữ và hoạt tính enzyme glutathione S-transferase của cá chép (Cyprinus carpio) và cá rô phi (Oreochromis niloticus) trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy” là việc làm cần thiết, nhằm góp phần thúc đẩy và phát triển nghề NTTS bền vững, và phục vụ cho việc nâng cao nhận thức về an toàn vệ sinh thực phẩm của người dân. Nghiên cứu được thực hiện nhằm các mục tiêu sau: - Đánh giá sự tích tụ KLN (Cu, Pb, Zn và Cd) trong mang, gan, thận của cá chép và cá rô phi theo mùa và theo mặt cắt trong khu vực nghiên cứu. - Phân tích sự biến động của nồng độ protein và hoạt tính GST trong cùng mẫu cá phân tích kim loại nặng. - Bước đầu xác định tương quan giữa nồng độ kim loại nặng tích tụ với nồng độ protein và hoạt tính GST trong cùng mẫu cá phân tích. REFERENCES Tiếng Việt 1. Phạm Minh Anh. So sánh cá rô phi sản xuất bằng lai khác loài và siêu đực Oreochromis niloticus dòng Egypt-Swansea, 1999. 2. Đỗ Quý Hai (cb), Nguyễn Bá Lộc, Trần Thanh Phong, Cao Đăng Nguyên. Giáo trình hóa sinh. NXB Đại học Huế, 2008. 3. Nguyễn Văn Hảo và Ngô Sỹ Vân, 2001. Cá nước ngọt Việt Nam (tập 1) Họ cá chép Cyprinidae. NXBNN, 2001. 4. Dương Đức Tiến và Lê Hoàng Anh. Hiện trạng sông Nhuệ và nguồn lợi thuỷ sản. Tuyển tập báo cáo khoa học tại Hội thảo khoa học toàn quốc về NTTS, 2000. 5. Nguyễn Tấn Trịnh, Hà Ký, Bùi Đình Chung, Trần Mai Thiên và ctv. Nguồn lợi thuỷ sản Việt Nam. NXB Nông Nghiệp, 2006. 6. Phan Thị Vân và ctv. Đánh giá chất lượng môi trường nước sông Nhuệ, sông Đáy phục vụ nuôi trồng Thủy sản. Báo cáo nhiệm vụ gửi Bộ NN & PTNT, 2008. 7. Mai Đình Yên. Cá kinh tế nước ngọt Việt Nam. NXB khoa học và kỹ thuật, 1983. Tiếng Anh 8. Abdel-Fattah, M. El-Sayed. Tilapia culture. Edited by CABI Publishing, Cambridge, USA, 2006. 9. Abu Hilal, A.H., Ismail, N. S., Heavy metals in eleven common species of fish from the Gulf. Journal of Biological Sciences, 1 (1), pp. 13-18, 2008. 10. Action (UNEP/GPA), U.N.E.P.G.P.o., Why the marine environment needs protection from heavy metals. U.G. Offce, Editor 2004. 11. Ahmad, I., Pacheco, M., Santos, M. A.Enzymatic and non-enzymatic antioxidants as an adaptation to phagocyte-induced damage in Anguilla anguilla L. following insitu harbor water exposure. Ecotoxicology and Environmental Safety, 57, pp. 290-302, 2004. 12. Andrade, V.M., , Silva, J., Silva, F.R., Heuser, V.D. Dias, J. F., Yoneama, M. L., De Freitas, T. R. O. 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, pp. 459-468, 2004. 13. B., M.The isoenzymes of glutathione transferase. Advances in enzymology and related areas of Molecular biology, 57, pp. 357-417, 1985. 14. Barceloux. D.G. Barceloux. Copper. J. Toxicol. Clin. Toxicol, 37, pp. 217–237, 1999. 15. Begum. Carbofuran insecticide induced biochemical alterations in the liver and the muscle tissues of the fish Clarias batrachus (Linn.) and recovery response. Aquat. Toxicol, pp. 83–92, 66 (2004). 16. Board PG, C.M., Chelvanayagam G, Easteal S, Jermiin LS, Schulte GK, Danley DE, Hoth LR, Griffor MC, Kamath AV, Rosner MH, Chrunyk BA, Perregaux DE, Gabel CA, Geoghegan KF, Pandit J. Identification, characterization, and crystal structure of the Omega class glutathione transferases. J Biol Chem, 275 (32), pp. 24798-24806, 2000. 17. S. E. W.Bonga. The stress response in fish. Physiol. Rev, 77, 591-625, 1997. 18. Bruins MR, K.S., Oehme FW. Microbial resistance to metals in the environment. Ecotoxicol Environ Safe, 45, pp. 198-207, 2000. 19. Dautremepuits, C., Marcogliese ,D.J., Gendron, A. D., Fournier, M.,. Gill and kidney antioxidant processes and innate immune system responses of yellow perch (Perca flavescens) exposed to different contaminants in the St.Lawrence River Canada. Science of the Total Environment, 407, pp. 1055–1064, 2009. 20. DH, N. Microbial heavy metal resistance. Appl Microbiol Biotechno, 51, pp. 730-750, 1999. 21. Diana, J.S.,. An experimental analysis of the metabolic rate and food utilization of northern pike. Comp. Biochem. Physiol.; 71: 395-398, 1982. 22. Dierickx, P.J,. Hepatic glutathione S-transferases in rainbow-trout and their interaction with 2,4-dichlorophenoxy-acetic acid and 1,4-benzoquino. Comp. Biochem. Physiol. C., 82, pp. 495-500, 1985. 23. Dirr, H.W., Reinemer, P. and Huber, R.,. X-ray crystal structures of cytosolic glutathioneS- transferases. Implications for protein architecture, substrate recognition and catalytic function. Eur. J. Biochem. , 220, pp. 645-661, 1994. 24. Eaton, D.L., Bammler, T.K. Concise review of the glutathione S-transferases and their significance to toxicology. Toxicol. Sc, 49, pp. 156-164, 1999. 25. Fernandes, C., Fontaínhas-Fernandes, A., Ferreira, M., Salgado, M.A. Oxidative stress response in gill and liver of Lizasaliens, from the Esmoriz-Paramos Coastal Lagoon, Portugal. Archives o fEnvironmental Contamination and Toxicology, 55 (2), pp. 262–269, 2008. 26. Florence, T.M., Speciation of zinc in natural waters, in Zinc in the environment. J.O. Nriagu, Editor., Wiley: New York. p. 199-227, 1980. 27. Florence, T.M.a.G.E.B., Chemical speciatiolis in natural waters. CRC Crit. Rev. Anal. Chem. , 9, pp. 219-296, 1980. 28. Fournier, D., Bride, J. M., Poirie, M., Berge, J. B. and Plabb, F. W., Insect glutathione S- transferases. Biochemical characteristics of the major forms from housefies susceptible and resistant to insecticides. J. Biol. Chem., 267, pp. 1840-1845, 1992. 29. Habig, W.H., et al., Glutathione S-transferase. The fist enzymatic step in mercapturic acid formation. J. Biol. Chem., 249, pp. 7130-7139, 1974. 30. Hayat, S., .Javed, M., Razzao, S., Growth performance of metal stressed. Pakistan Veterinary. Journal, 27 (1), pp. 8-12, 2007. 31. Iqbal Ahmad, M.O., Ma ´rio Pacheco, Maria Ana Santos. Anguilla anguilla L. oxidative stress biomarkers responses to copper exposure with or without b-naphthoflavone pre- exposure. Chemosphere, 61, pp. 267 – 275, 2005. 32. Jakoby, W.B., The glutathione S-transferases: a group of multifunctional detoxification proteins. Adv. Enzymol. , 46, pp. 383-414, 1978. 33. Jakovlić, I. and J.-F. Gui. Recent invasion and low level of divergence between diploid and triploid forms of Carassius auratus complex in Croatia. Genetica, 139(6): p. 789-804, 2011. 34. Jenne, E.A., Chemical Modelling in Aqueous Systems, ed. E.A. Jenne., Washington DC: American Chemical Society, 1979. 35. Kikuchi T., Furuichi T., Hai H.T., Tanaka S.,. Assessment of heavy metal pollution in river water of Hanoi, Vietnam using multivariate analyses. Bull Environ. Contam. Toxicol. 83(4): 575-82, 2009. 36. Langston, R.W.Toxic effects of metals and the incidence of marine ecosystem. Furness, R.W., Rainbow, P.S., Eds. Heavy metals in the marine environment. CRC Press, New York; 128-142, 1989. 37. Larocque and Rasmussen. A.C.L. Larocque, P.E. Rasmussen. An overview of trace metals in the environment from mobilization to remediation. Environ. Geol., 33 (1998), pp. 85–90, 1998. 38. Leblanc, G.A. Hepatic vectorial transport of xeno 39. biotic. Chem. Biol. Inleract., 90, pp. 101-120, 1994. 40. Levine, S.L., Oris, J. T. CYP1A expression in liver and gill of rainbow trout following waterborne exposure: implications for biomarker determination. Aquatic Toxicology, 46, pp. 279-287, 1999. 41. Luckey, T.D., Venugopal, B. pT, a new classification system for toxic compounds. J Toxicol Environ Health, 2, pp. 633 – 638, 1977. 42. Mantoura, R.F.C.a.J.P.R.The analytical concentration of humic substances from natural waters. Anal. Chim. Acta, 76, pp. 97-106, 1975. 43. Martin, J.L.,. Thioredoxin-a fold for all reasons. Structure 3,pp. 245-250, 1995. 44. Monteiro, S.M., Rocha, E., Mancera, J. M., Fontaínhas-Fernandes, A., Souza, M. A stereo logical study of copper toxicity in gills of Oreochromis niloticus. Ecotoxicol. Environ. Safe., 72, pp. 213-223, 2009. 45. Muratozmen, A., F.Zehrakucukbay And R.Elifguler. Monitoring the Effects of Water Pollution on Cyprinus carpio in Karakaya Dam Lake, Turkey. Ecotoxicology, 15 (157- 169), pp, 2006. 46. Nedelkoska and Doran. T.V. Nedelkoska, P.M. Doran. Characteristics of heavy metal uptake by plant species with potential for phytoremediation and phytomining. Miner. Eng, pp. 549–561, 13 (2000). 47. Norman-López, A. and T. Bjørndal.Is tilapia the same product worldwide or are markets segmented? Aquaculture Economics & Management. 13(2): p. 138-154, 2009. 48. Olsvik, P.A., Gundersen, R., Andersen, R. A., Zachariassen, K. E. Metal accumulation and metallothionein in brown trout, Salmo trutta, from two norwegian rivers differently contaminated with Cd, Cu and Zn. Comp. Biochem. Physiol., 128 (C), pp. 189-201, 2001. 49. Orbea, A., Ortiz-Zarragoitia, M. , Sole , M., Porte, C., Cajaraville, M. Antioxidant enzymes and peroxisome proliferation in relation to contaminant body burdens of PAHs and PCBs inbivalve molluscs, crabs and fish from the Urdaibai and Plentzia estuaries (Bay of Biscay). Aquat. Toxicol., 58, pp. 75-98, 2005. 50. Organization, F.a.A. Fisheries & Aquaculture: Cultured Aquatic Species Information Programme – Cyprinus carpio.2 51. Playle, R.C.Modelling metal interactions at fish gills. Science of the Total Environmental Pollution, 219, pp. 147-163, 1998. 52. Reynders, H., Verbotes, L., Gelders, M., De Coen, W. M., Blust, R .Accumulation and effects of metals in caged carp and resident roach along a metal pollution gradient. Sci.TotalEnviron., 391, pp. 82–95, 2008. 53. Santos, M.A., Pacheco, M., Ahmad, I.,. Anguilla anguilla L. Antioxidants responses to insitu bleached kraft pulp mill effluent outlet exposure. Environment International, 30, pp. 301–318, 2004. 54. Sastry, K.V., Rao, D.R. Effects of mercuric chloride on some biochemical and physiological parameters of the freshwater murrel Channa punctatus. Environ. Res., 1984; 34: 343-350, 1984. 55. Skidmore J. Respiration and osmoregulation in rainbow trout with gill damage by zinc sulphate. 9. exp. Biol. 52, 481, 1970. 56. Slatinskf I, S.M., Havelkovi M, Svobodovi Z,. Biochemical markers of aquatic pollution in fish – glutathione S-transferase. Folia Vet Lat, 52, pp. 129-134, 2008. 57. Stomiñska, I., Jezierska, B.,. The effect of Heavy metals on post embryonic development of common carp, Cyprinus carpio L. Archives of Polish Fisheries, 8 (1), pp. 119-128, 2000. 58. Tessier, A.a.P.G.C.C.Partitioning of trace metals in sediments: relationships with bioavailability. Hydrobiologia, 149, pp. 43-52, 1987. 59. UNEP, Assessment of the present state of pollution by Cadmium, Copper, Zinc and Lead in the Mediterrane, 1986. 60. Van Bladeren, P.J.,Glutathione conjugation as a bioactivation reaction. Chem. Biol. Interact., 129, pp. 61-76, 2000. 61. Vinodhini R, N.M.,. Biochemical changes of antioxidant enzymes in common carp (Cyprinus carpio L.) after heavy metal exposure. Turk J Veter Sci, 33 (4), pp. 273- 278, 2009. 62. WHO, Inorganic lead. Environmental Health Criteria, 165, pp, 1992. 63. WHO, Cadmium. Environmental Health Criteria, 1992. 64. Wilce , M.C.J.a.P., M. W.Structure and function of glutathione S-transferases. Biochim. Biophys. Acta, 1205, pp. 1-18, 1994. 65. Wilce, M.C.J., Board, P. G., Feil, S. C. and Parker, M. W.,. Crystal structure of a theta - class glutathione transferase. EMBO J, 14, pp. 2133 – 2143, 1995. 66. Witeska, M., Jezierska, B., Chaber, J. The influence of cadmium on common carp embryos and larvae. Aquaculture, 1995; 129: 129-132, 1995. 67. Yang, Y., Cheng, J,2., Singhal, S. S., Saini, M., Pandya, U., Awasthi, S. et al,. Role of glutathion S-transferases in protection against lipid peroxidation: overexpression of hgsta2-2 in k562 cells protects against hydrogen peroxide-induced apoptosis and inhibits jnk and caspase 3 activation. J. Biol. Chem, 276, pp. 19220-19230, 2011. 68. Yi YJ, Yang ZF, Zhang SH. Ecological risk assessment of heavy metals in sediment and human health risk assessment of heavy metals in fishes in the middle and lower reaches of the Yangtze River basin. Environ Pollute 159:2575–2585, 2011.