VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU NANO ĐỒNG VÀ BẠC ĐẾN SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA CHỦNG VI KHUẨN LAM ĐỘC MICROCYSTIS AERUGINOSA TRONG ĐIỀU KIỆN PHÒNG THÍ NGHIỆM Giáo viên hướng dẫn : TS DƯƠNG THỊ THỦY Sinh viên thực : DƯƠNG NGỌC ANH Lớp : KSCNSH 11-02 Hà Nội, 2015 Khóa luận tốt nghiệp Khoa CNSH LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận này, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS.Dương Thị Thủy – Trưởng phòng Thủy sinh học môi trường – Viện Công nghệ môi trường – Viện Hàn lâm Khoa học Công Nghệ Việt Nam, người định hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện tốt để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Đồng thời, xin chân thành cảm ơn tập thể cô chú, anh chị cán phòng Thủy sinh học môi trường – Viện Công nghệ môi trường – Viện Hàn lâm Khoa học Công Nghệ Việt Nam bạn thực tập sinh tận tình bảo, hướng dẫn nhiệt tình giúp đỡ suốt trình thực tập phòng Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ban chủ nhiệm Khoa thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Sinh Học – Viện Đại Học Mở Hà Nội, đặc biệt thầy cô giáo dạy dỗ bảo nhiều kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt năm học vừa qua Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè người thân hết lòng giúp đỡ, động viên suốt trình học tập Trong trình thực đề tài, điều kiện thời gian trình độ hiểu biết thân hạn chế nên không tránh khỏi sai sót Vì vậy, mong nhận quan tâm, góp ý quý thầy cô bạn để khoá luận hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 19 ,tháng 05, năm 2015 Sinh viên Dương Ngọc Anh Dương Ngọc Anh Lớp 11 - 02 Khóa luận tốt nghiệp Khoa CNSH DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Một số đặc điểm VKL độc Microcystis aeruginosa thường gặp (Trần Thị Miên, 2006) 10 Bảng 2: Phân loại mức độ dinh dưỡng số môi trường nước Dodd cs (1998) 13 Bảng 3: Hệ thống phân loại Hakanson cs, 2007 14 Bảng 4: Thành phần môi trường CB 22 Bảng 5: Thành phần tỉ lệ chất tổng hợp vật liệu nano đồng theo thời gian phản ứng 25 Bảng 6: Các công thức thí nghiệm vật liệu nano đồng 3, 5, 10ppm 30 Bảng 7: Cách chuẩn bị vật liệu nano đồng 3, 5, 10ppm 30 Bảng 8: Các công thức thí nghiệm vật liệu nano bạc 31 Bảng 9: Cách chuẩn bị vật liệu nano bạc 50, 100, 150ppm 32 Bảng 10: Biến động mật độ quang OD công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đối chứng (mẫu VKL không bổ sung vật liệu nano) bước sóng 750nm 50 Bảng 11: Biến động mật độ tế bào VKL Microcystis aeruginosa công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đối chứng (mẫu VKL không bổ sung vật liệu nano) 53 Bảng 12: Biến động mật độ quang OD công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano bạc mẫu đối chứng không bổ sung vật liệu 54 Dương Ngọc Anh Lớp 11 - 02 Khóa luận tốt nghiệp Khoa CNSH DANH MỤC HÌNH Hình 1: Cấu trúc hóa học Microcystin Hình 2: Cấu trúc hóa học Nodularin Hình 3: Chủng VKL độc Microcystis aeruginosa KG phân lập nuôi cấy phòng Thủy sinh học Môi trường, Viện công nghệ Môi trường 11 Hình 4: Hiện tượng phú dưỡng hồ Xuân Hương (www.cesti.gov.vn) 12 Hình 5: Nuôi cấy VKL phòng điều kiện phòng thí nghiệm 28 Hình 6: Phổ XRD vật liệu đồng oxalat 33 Hình 7: Ảnh SEM vật liệu đồng oxalat 34 Hình 8: Ảnh dung dịch nano đồng nồng độ 100 ppm thời gian phản thay đổi: 35 Hình 9: Phổ UV-vis hạt nano đồng nồng độ 100 ppm chế tạo điều kiện thời gian phản ứng thay đổi: 35 Hình 10: Ảnh dung dịch nano đồng nồng độ 100 ppm chế tạo điều kiện nồng độ CuC2O4 /PVP thay đổi: 36 Hình 11: Phổ UV-vis hạt nano đồng nồng độ 100 ppm chế tạo điều kiện nồng độ CuC2O4 /PVP thay đổi: a) 1:45; b)1:60; c) 1:75; d) 1: 90; e) 1:105 ; f) 1:120 37 Hình 12: Ảnh nano đồng điều kiện nồng độ thay đổi từ: a) 100 ppm; b) 150 ppm; c) 200 ppm; d) 250 ppm; e) 300 ppm; f) 400 ppm 38 Hình 13: Phổ UV-vis hạt nano đồng điều kiện nồng độ thay đổi từ: a) 100 ppm; b) 150 ppm; c) 200 ppm; d) 250 ppm; e) 300 ppm; f) 400 ppm 39 Hình 14: Ảnh TEM hạt nano đồng nồng độ :a) 100 pm, b)300 ppm 40 Hình 15 Dung dịch nano Ag 100 ppm 41 Hình 16: Phổ UV – Vis với tỷ lệ nồng độ NaBH4 / Ag+ tăng dần: 41 Hình 17 Ảnh TEM dung dịch nano bạc 100 ppm 42 Hình 18: Dung dịch keo nano bạc nồng độ 100 ppm với nồng độ chitosan tương ứng 40 ppm,50 ppm,60ppm, 80ppm, 100 ppm, 150 ppm 200 ppm (từ trái qua phải) 43 Dương Ngọc Anh Lớp 11 - 02 Khóa luận tốt nghiệp Khoa CNSH Hình 19 Phổ UV – VIS nano Ag 100 ppm với tỷ lệchitosan tăng dần 43 Hình 20: Ảnh TEM dung dịch keo nano bạc nồng độ 100 ppm với nồng độ chitosan 80 ppmvà 200 ppm tương ứng sau 48 44 Hình 21: Dung dịch keo nano bạc nồng độ 100 ppm với nồng độ citric tương ứng 5% , 10 % , 15 % , 20 %, 40 % (từ trái sang phải) 45 Hình 22: Phổ UV – VIS nano Ag 100 ppm với nồng độ axit citric tăng dần 45 Hình 23: Ảnh TEM dung dịch nano bạc 100 ppm với nồng độ axit citric 15% 46 Hình 24: Dung dịch nano bạc với nồng độ bạc tăng dần từ 50 ppm, 100 ppm, 150 ppm, 200 ppm, 300 ppm tương ứng (từ trái qua phải) 46 Hình 25: Phổ UV- VIS dung dịch nano Ag với nồng độ 50 ppm (1), 100ppm (2), 150 ppm (3), 200 ppm (4), 250 ppm (5) 47 Hình 26: Ảnh TEM dung dịch nano bạc 100 ppm 300 ppm tương ứng 48 Hình 27 : VKL Microcystis aeruginosa phòng thí nghiệm- Phòng Thuỷ sinh học môi trường, Viện Công nghệ Môi trường 49 Hình 28: Biến động mật độ quang OD công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đối chứng (mẫu VKL không bổ sung vật liệu nano) bước sóng 750nm 51 Hình 29: Biến động mật độ quang tế bào công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đồng đối chứng (mẫu VKL không bổ sung vật liệu) 53 Hình 30: Biến động OD công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano bạc mẫu đối chứng không bổ sung vật liệu nano bạc 55 Dương Ngọc Anh Lớp 11 - 02 Khóa luận tốt nghiệp Khoa CNSH NHỮNG TỪ VIẾT TẮT VKL : Vi khuẩn lam DO : Dissolved Oxygen – Oxy hòa tan VTM : Vitamin SEM : Scanning electron microscopy TEM : Transmission electron microscopy LD50 : Lethal concentration50 – nồng độ gây chết 50% động vật thí nghiệm sau 24 SE : Độ lệch chuẩn T-N : Nitơ tổng số T-P : Photpho tổng số MC : Microcystins KG : Kẻ Gỗ Cu : Đồng Ag : Bạc tb : Tế bào a.a : Axit amin cs : Cộng Dương Ngọc Anh Lớp 11 - 02 Khóa luận tốt nghiệp Khoa CNSH MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1: Tổng quan VKL 1.1.1: VKL độc tố VKL 1.1.2: Hiện tượng phú dưỡng thủy vực 12 1.2: Một số phương pháp kiểm soát phát triển VKL 17 1.2.1: Các phương pháp vật lý học 17 1.2.2: Các phương pháp sinh học 18 1.2.3: Các phương pháp hóa học 19 1.3: Vật liệu nano xử lý môi trường nước vi tảo (Các loại vật liệu nano sử dụng xử lý môi trường vi tảo) 20 PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………………… 22 2.1: Đối tượng nghiên cứu 22 2.1.1: Chủng VKL độc Microcystis aeruginosa 22 2.1.2: Môi trường nuôi VKL độc Microcystis aeruginosa 22 2.1.3: Dụng cụ, hoá chất 23 2.2: Phương pháp nghiên cứu 23 2.2.1: Chế tạo vật liệu nano đồng phương pháp polyol 23 2.2.2: Chế tạo vật liệu nano bạc phương pháp sử dụng chất khử NaBH4 26 2.2.3: Đánh giá đặc trưng vật lý vật liệu nano chế tạo thông qua phổ UV-VIS, TEM, SEM 27 2.2.4: Phương pháp nuôi cấy VKL phòng thí nghiệm: 28 2.2.5: Xác định sinh trưởng VKL phương pháp đếm tế bào: 28 2.2.6: Xác định sinh trưởng qua đo mật độ quang (Đo OD) 29 2.2.7: Phương pháp xử lí số liệu: 29 2.2.8: Bố trí thí nghiệm đánh giá sinh trưởng VKL độc bị tác động vật liệu nano Cu Ag 29 PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 Dương Ngọc Anh Lớp 11 - 02 Khóa luận tốt nghiệp Khoa CNSH 3.1: Kết chế tạo vật liệu nano số đặc trưng vật liệu nano chế tạo 33 3.1.1: Đối với vật liệu nano đồng: 33 3.1.2: Đối với vật liệu nano bạc: 40 3.2: Đánh giá tác động vật liệu nano đồng bạc lên sinh trưởng chủng vi khuẩn lam độc Microcystis aenuginosa 48 3.2.1: Tác động vật liệu nano đồng 3ppm, 5ppm, 10ppm đến sinh trưởng VKL Microcystis aeruginosa 49 3.2.2: Tác động vật liệu nano bạc đến sinh trưởng VKL Microcystis aeruginosa 54 PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 4.1: Kết luận 57 4.2: Kiến nghị 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 Dương Ngọc Anh Lớp 11 - 02 MỞ ĐẦU Các thủy vực nước có ý nghĩa quan trọng việc điều tiết cung cấp nước cho hoạt động công nghiệp, nông nghiệp sinh hoạt người Ngoài ra, chúng mang ý nghĩa sinh thái quan trọng, môi trường sống sinh vật thủy sinh Trong vài thập kỉ gần đây, với phát triển nhanh chóng đất nước, ngành công nghiệp Việt Nam có tiến không ngừng số lượng nhà máy lẫn chất lượng sản phẩm Ngành công nghiệp nước đem lại lợi ích to lớn cho người dân, góp phần phát triển kinh tế chung đất nước Bên cạnh mặt tích cực phát triển ngành công nghiệp mang lại phải kể đến tác động tiêu cực Một tác động tiêu cực việc suy giảm chất lượng nước ao hồ thủy vực xả thải ạt không qua xử lý nhà máy, khu công nghiệp Hầu hết ao hồ, sông ngòi qua nhà máy, khu công nghiệp hay khu dân cư đông đúc Việt Nam bị ô nhiễm, đặc biệt ao hồ đô thị lớn Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh Những nguồn nước bị ô nhiễm có nồng độ muối dinh dưỡng chứa nitơ phốt cao nhiều lần cho phép, gây tượng phì dưỡng, nguyên nhân gây bùng phát phát triển vi tảo nói chung, có vi khuẩn lam (Cyanobacteria) hay gọi tảo lam Đây gọi tượng nở hoa nước (water bloom) Khoảng ¼ số loài tảo gây tượng nở hoa có khả sản sinh độc tố Chúng mối đe dọa, chí tàn phá khu hệ động, thực vật Cấu trúc hóa học độc tố tảo tự nhiên khác nhau, chúng không dễ bị phá hủy tiêu giảm trình đun nấu không ảnh hưởng đến mùi vị thực phẩm Vi khuẩn lam (VKL) nhóm chiếm ưu mẫu nước nở hoa thủy vực nước Các khảo sát tiến hành nhiều quốc gia giới cho thấy nhiều loài vi khuẩn lam gây nở hoa có khả sản xuất chất gây độc hay gọi độc tố vi khuẩn lam có tỷ lệ sinh độc tố cao, khoảng 50-90% Phần lớn (> 75%) VKL gây nở hoa thủy vực loài có khả sản sinh độc tố (Sinoven, 1996; Codd, 2005) Những độc tố Dương Ngọc Anh Lớp 11 - 02 xếp vào loại hợp chất độc có nguồn gốc sinh học có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ người, thuỷ sản, vật nuôi, động vật hoang dã,… ảnh hưởng tới hoạt động du lịch, thể thao nước Cho đến nay, 100 loài VKL thuộc 40 chi biết đến có khả gây độc, số chi Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon, Cylindrospermopsis, Lyngbya, Nostoc, Nodularia and Oscillatoria chi có nhiều loài gây độc Microcystis aeruginosa loài xuất hầu khắp thủy vực nước giới Ngoài việc gây nguy hiểm trực tiếp cho sinh vật thủy sinh gián tiếp tác động đến sức khỏe người, tảo nở hoa gây mĩ quan đô thị Vì vậy, vấn đề cấp bách đưa biện pháp nhằm kiểm soát, hạn chế loại bỏ tảo lam độc có nguồn nước thủy vực Trên thực tế có nhiều biện pháp đưa ra, từ học, vật lý đến hóa học, biện pháp nhiều mặt hạn chế Một hướng nghiên cứu khắc phục hạn chế phương pháp hóa học sử dụng vật liệu kích thước nano để diệt tảo mà lại không gây ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh Ở Việt Nam, việc nghiên cứu để đưa biện pháp ngăn ngừa phát triển tảo lam độc chưa trọng Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên, khuôn khổ khóa luận thực đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hưởng vật liệu nano đồng nano bạc đến sinh trưởng phát triển chủng VKL độc Microcystis aeruginosa điều kiện phòng thí nghiệm” nhằm mục tiêu chế tạo lựa chọn vật liệu nano xử lý tối ưu bùng phát vi khuẩn lam vi tảo; đánh giá tác động vật liệu nano chế tạo lên sinh trưởng phát triển chủng VKL độc Dương Ngọc Anh Lớp 11 - 02 Màu sắc dung dịch keo nano Ag thu đậm dần nồng độ dung dịch tăng chứng tỏ nồng độ Ag+ ảnh hưởng trực tiếp đến màu sắc dung dịch ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước hạt nano bạc có dung dịch Phổ UV – VIS với nồng độ nano Ag tăng dần từ 50 ppm – 300 ppm hình 25 Hình 25: Phổ UV- VIS dung dịch nano Ag với nồng độ 50 ppm (1), 100ppm (2), 150 ppm (3), 200 ppm (4), 250 ppm (5) Nhìn vào hình 25, pic hấp phụ cực đại nhọn có độ bán rộng hẹp, chứng tỏ hạt nano Ag thu có kích thước đồng Kết đo TEM hai mẫu đại diện 100 ppm 300 ppm hình 26 Mẫu dung dịch keo nano bạc có nồng độ 100 ppm 300 ppm kích thước hạt thu nhỏ tương đối đồng chủ yếu nhỏ 10 nm Tuy nhiên nano bạc nồng độ 300 ppm, hạt có kích thước lớn độ đồng so với mẫu nồng độ nano bạc 100 ppm Điều cho thấy nồng độ nano bạc dung dịch cao, hạt nano dễ có xu hướng keo tụ tạo thành hạt lớn Dương Ngọc Anh 47 Lớp 11 - 02 20 nm 20 nm Hình 26: Ảnh TEM dung dịch nano bạc 100 ppm 300 ppm tương ứng Sau tiến hành thí nghiệm, khảo sát lựa chọn, tổng hợp thành công dung dịch nano bạc 100, 300ppm, hạt bạc nanno thu được đo phổ UV – VIS chụp TEM có dạng hình cầu, kích thước nhỏ 10 nm điều kiện tối ưu là: tỷ lệ nồng độ NaBH4/Ag+ 0,3 nồng độ chitosan 80 ppm, giá trị pH chọn 5- nhiệt độ phản ứng trì nhiệt độ phòng 3.2: Đánh giá tác động vật liệu nano đồng bạc lên sinh trưởng chủng vi khuẩn lam độc Microcystis aenuginosa Chủng VKL Microcystis aeruginosa NC KG lưu giữ Phòng Thủy sinh học môi trường, Viện công nghệ môi trường sử dụng nghiên cứu Chủng VKL nói nuôi môi trường CB Chủng VKL M.aeruginosa KG có tập đoàn dạng nhầy, có hình dạng phong phú hình cầu hình cầu thon dài, hình nhẫn, phân thùy thường dạng mắt lưới với nhiều lỗ hổng tập đoàn Chất nhầy suốt, không màu Kích thước tập đoàn đa dạng lên tới vài mm Tế bào hình cầu kéo dài màu lam nhạt, chứa nhiều không bào khí Kích thước – µm Dương Ngọc Anh 48 Lớp 11 - 02 Hình 27 : VKL Microcystis aeruginosa phòng thí nghiệm- Phòng Thuỷ sinh học môi trường, Viện Công nghệ Môi trường Sau điều chế thành công vật liệu nano đồng bạc, tiến hành đánh giá ảnh hưởng vật liệu lên sinh trưởng phát triển chủng VKL độc Microcystis aeruginosa KG Để đánh giá tốc độ tăng trưởng chủng VKL Microcystis aeruginosa KG sử dụng phương pháp đo mật độ quang (OD) bước sóng 750nm đếm số lượng tế bào Trong nghiên cứu này, sinh khối hay tốc độ tăng trưởng sử dụng thỉ để đánh giá tác dụng ức chế vật liệu nano 3.2.1: Tác động vật liệu nano đồng 3ppm, 5ppm, 10ppm đến sinh trưởng VKL Microcystis aeruginosa 3.2.1.1: Đánh giá sinh trưởng VKL Microcystis aeruginosa qua phép đo mật độ quang OD Phương pháp kiểm tra mật độ quang học tảo hay sử dụng để xác định sinh trưởng tảo Về lý thuyết, ánh sáng qua môi trường nước có chứa tế bào vi sinh vật, ánh sáng bị tán xạ lượng ánh sáng tán xạ Dương Ngọc Anh 49 Lớp 11 - 02 dùng để biểu thị hàm lượng sinh khối có mặt môi trường nước Điều có nghĩa số lượng tế bào tỉ lệ với tán xạ ánh sáng, mật độ tế bào cao xuất hiện tượng tán xạ nhiều lần (tức số lượng tế bào tỉ lệ thuận với ánh sáng tán xạ khoảng mật độ định) Phương pháp đo mật độ quang học cho kết nhanh, cho biết khối lượng sinh khối tảo môi trường nuôi cấy, thuận tiện dùng nghiên cứu sàng lọc vật liệu nano Sinh trưởng VKL đánh giá thông qua xác định sinh khối chúng phương pháp đếm tế bào, đo mật độ quang Thông qua sinh trưởng VKL, tác động vật liệu nano diệt kích thích phát triển tảo đánh giá Tuy nhiên, phương pháp có độ sai lệch định Sinh trưởng chủng VKL tác động vật liệu nano đồng nồng độ 3ppm, 5ppm, 10ppm đối chứng (môi trường nuôi VKL không bổ sung vật liệu nano đồng) trình bày bảng 10 hình 28 sau Bảng 10: Biến động mật độ quang OD công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đối chứng (mẫu VKL không bổ sung vật liệu nano) bước sóng 750nm OD bước sóng 750nm (Giá trị OD trung bình ± SE) Tên mẫu T0 T4 T6 Đối chứng (CB+ Ma) 0.025 ± 0,003 0.042 ± 0,004 0.066 ±0,004 Cu [10ppm]-polyol-CB+Ma 0.059 ± 0,009 0.047 ± 0,002 0.002 ± 0,002 Cu [5ppm]-polyol-CB+Ma 0.019 ± 0,003 0.027 ± 0,001 0.012 ± 0,001 Cu [3ppm]-polyol-CB+Ma 0.020 ± 0.002 0.028 ± 0,02 0.043 ± 0,003 Chú thích: SE độ lệch giá trị lặp lại so với giá trị trung bình Dương Ngọc Anh 50 Lớp 11 - 02 Hình 28: Biến động mật độ quang OD công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đối chứng (mẫu VKL không bổ sung vật liệu nano) bước sóng 750nm Qua số liệu từ bảng 10 hình 28 cho thấy, mật độ quang mẫu đối chứng mẫu bổ sung vật liệu nano đồng có khác biệt rõ rệt lớn Mẫu đối chứng (không bổ sung vật liệu nano đồng) tốc độ tăng trưởng chủng VKL tỷ lệ thuận theo thời gian, đạt giá trị cao ngày kết thúc thí nghiệm (T6) với OD đạt giá trị 0.066 ±0,004 Trong đó, môi trường nuôi cấy có bổ sung vật liệu nano đồng nồng độ 3ppm, 5ppm 10 ppm, tốc độ tăng trưởng chủng VKL Microcystis aeruginosa chậm không tăng trưởng Mật độ quang OD công thức thí nghiệm có bổ sung vật liệu nano đồng 3ppm thời điểm ban đầu (T0) OD = 0.020 ± 0.002 đến ngày kết thúc thí nghiệm OD tăng nhẹ đạt 0.043 ± 0,003 Trong đó, công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đồng nồng độ 5ppm 10 ppm cho quy luật chung Mật độ quang ngày kết thúc thí nghiệm (T6) thấp so với thời điểm T0 Nhìn chung, vật liệu nano đồng dải nồng độ: 3ppm, 5ppm, 10ppm có khả ức chế sinh trưởng phát triển VKL Microcystis aeruginosa Tuy nhiên, vật liệu nano đồng với nồng độ 10 ppm ức chế sinh trưởng Dương Ngọc Anh 51 Lớp 11 - 02 mà có khả gây chết tế bào VKL M.aeruginosa (OD giảm gần ngày thu mẫu cuối cùng) Vật liệu nano đồng nồng độ 5ppm 3ppm ức chế sinh trưởng VKL tốt (OD giảm ½ so với ngày vật liệu 5ppm, OD tăng nhẹ vật liệu nano 3ppm) 3.2.1.2: Đánh giá sinh trưởng VKL Microcystis aeruginosa qua phương pháp đếm tế bào Đa số loài tảo đơn bào có kích thước micromet, chúng quan sát thấy kính hiển vi quang học Phương pháp truyền thống dùng để kiểm tra mật độ tảo mẫu nước phương pháp đếm tế bào trực tiếp kính hiển vi quang học Thông thường, mL mẫu lấy sau đưa vào buồng đếm tế bào (Sedgewick Rafter có dung tích 1ml với 1000 ô đếm), để lắng mẫu đếm số lượng tế bào kính hiển vi có độ phóng đại 200 lần Kết số lượng tế bào tảo có 1ml mẫu, từ so sánh, đánh giá mật độ tế bào tăng hay giảm qua thời điểm lấy mẫu để đánh giá sinh trưởng tảo Đây phương pháp tương đối đơn giản trực tiếp để xác định sinh trưởng tảo Tuy nhiên, nhược điểm phương pháp tốn thời gian, có tính chủ quan cao (phụ thuộc vào người thực hiện) Do đó, sử dụng phương pháp vào việc kiểm tra khả ức chế sinh trưởng tảo, kết thường mang tính chủ quan cao, số lượng mẫu lớn tiêu tốn thời gian Biến động mật độ VKL Microcystis aeruginosa mẫu thử nghiệm bổ sung vật liệu nano đồng nồng độ 3ppm, 5ppm, 10ppm mẫu đối chứng (mẫu VKL không bổ sung vật liệu nano) trình bày bảng 11 hình 29 : Dương Ngọc Anh 52 Lớp 11 - 02 Bảng 11: Biến động mật độ tế bào VKL Microcystis aeruginosa công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đối chứng (mẫu VKL không bổ sung vật liệu nano) Mật độ tế bào VKL (106tb/mL) (Giá trị trung bình ± SE) Tên mẫu T0 T4 T6 Đối chứng (CB + Ma) 193,1 ± 1,1 609,3 ± 109,7 568.3 ± 57,8 Cu[10ppm]+CB+Ma 193,1 ± 1,1 305,7 ± 212,3 163.2 ± 27,2 Cu[5ppm]+CB+Ma 193,1 ± 1,1 224.6 ± 112,0 371,2 ± 89,4 Cu[3ppm]+CB+Ma 193,1 ± 1,1 203,3 ± 10,69 61,3 ± 23,1 Hình 29: Biến động mật độ quang tế bào công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đồng đối chứng (mẫu VKL không bổ sung vật liệu) Từ số liệu (bảng 11) đồ thị (hình 29) ta thấy, mật độ tế bào mẫu đối chứng (không bổ sung vật liệu nano đồng) mẫu bổ sung vật liệu có chênh lệch lớn Mẫu đối chứng, từ ngày T0 đến ngày kết thúc thí nghiệm (T6), mật độ tế bào VKL liên tục tăng trưởng, đạt giá trị cực đại 609,3x106tb/L Dương Ngọc Anh 53 Lớp 11 - 02 Trong đó, mật độ tế bào VKL công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano nồng độ 3, 10ppm giảm tăng nhẹ nồng độ 5ppm Mật độ tế bào công thức thí nghiệm chứa vật liệu nano đồng 5ppm có xu hướng tăng nhẹ từ 193.1x106 tb ngày T0 lên 371,2x106 tb ngày T6 Hai công thức thí nghiệm lại chứa vật liệu nano đồng 3ppm 10ppm cho quy luật chung Mật độ VKL công thức đạt giá trị cực tiểu ngày kết thúc thí nghiệm Mật độ VKL ngày T0 công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đồng 3ppm 10ppm 193,1x106 tb Đến ngày T6, giảm xuống 163,3x106 tb (giảm 29,8 x106 tb ) công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đồng 3ppm 23,1x106 tb công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đồng 10ppm (giảm 170 x106 tb) Nhìn chung, mật độ tế bào VKL công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano đồng có xu hướng giảm tăng nhẹ so với mẫu đối chứng không bổ sung vật liệu Chứng tỏ, vật liệu nano đồng nồng độ 3, 5, 10 ppm có khả ức chế trình sinh trưởng phát triển VKL Microcystis aeruginosa Tuy nhiên, vật liệu nano đồng với nồng độ 3ppm có hiệu hẳn Kết phù hợp với kết phương pháp đo OD 3.2.2: Tác động vật liệu nano bạc đến sinh trưởng VKL Microcystis aeruginosa Để đánh giá tác động vật liệu nano bạc nồng độ 3ppm, 5ppm, 10ppm đến sinh trưởng VKL Microcystis aeruginosa , sử dụng phương pháp đo mật độ quang OD thu kết thể bảng 12 hình 30 đây: Bảng 12: Biến động mật độ quang OD công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano bạc mẫu đối chứng không bổ sung vật liệu OD bước sóng 750nm (Giá trị OD trung bình ± SE) Tên mẫu T0 T4 T6 Đối chứng (CB + Ma) 0.02 ± 0,002 0.04 ± 0,001 0.06 ± 0,004 Ag[50ppm]-khử-CB+Ma 0.04 ± 0,004 0.03 ± 0,010 0.05 ± 0,011 Ag[100ppm]-khử-CB+Ma 0.03 ± 0,0003 0.04 ± 0,008 0.03 ± 0,001 Ag[150ppm]-khử-CB+Ma 0.04 ± 0,004 0.04 ± 0,006 0.04 ± 0,005 Dương Ngọc Anh 54 Lớp 11 - 02 Hình 30: Biến động OD công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano bạc mẫu đối chứng không bổ sung vật liệu nano bạc Qua số liệu từ bảng 12 hình 20 ta thấy, mật độ quang mẫu đối chứng không bổ sung vật liệu nano bạc với mẫu bổ sung vật liệu nano bạc có chênh lệch nhẹ Mật độ quang học mẫu đối chứng liên tục tăng từ ngày T0 đến ngày kết thúc thí nghiệm, đạt giá trị maximum 0,0642 ±0,0040 Trong đó, công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano bạc nồng độ 50ppm, 100ppm, 150ppm tốc độ tăng trưởng VKL Microcystis aeruginosa giảm gần không tăng Mật độ quang công thức thức nghiệm bổ sung vật liệu nano bạc 100ppm 150ppm theo qui luật chung Mật độ quang từ ngày bắt đầu thí nghiệm đến ngày kết thúc gần không tăng, dao động khoảng 0,03 ÷ 0,04 Tuy nhiên, mật độ quang công thức thí nghiệm bổ sung vật liệu nano bạc 50ppm lại giảm nhẹ vào ngày T4 (0.0290 ±0,0110), sau tốc độ sinh trưởng VKL Microcystis aeruginosa tăng lên đạt maximum vào ngày kết thúc thí nghiệm đạt 0.0460 ±0,0107 Dương Ngọc Anh 55 Lớp 11 - 02 Nhìn chung, vật liệu nano bạc nồng độ 50ppm, 100ppm, 150ppm có khả ức chế sinh trưởng VKL Microcystis aeruginosa Mật độ quang công thức thí nghiệm không tăng tăng nhẹ bổ sung vật liệu nano bạc nồng độ 50ppm, 100ppm, 150ppm chứng tỏ vật liệu nano bạc dải nồng độ có tác dụng kìm hãm sinh trưởng phát triển chủng VKL Microcystis aeruginosa Dương Ngọc Anh 56 Lớp 11 - 02 PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1: Kết luận Từ kết nghiên cứu trình bày phần 2, rút số kết luận sau: - Đã chế tạo vật liệu nano đồng sử dụng phương pháp polyol kết hợp vi sóng nồng độ CuC2O4 : PVP = : 90 lò vi sóng với thời gian phút Với điều kiện này, ta điều chế vật liệu nano đồng có kích thước 11-14nm - Đã tạo vật liệu nano bạc sử dụng chất khử NaBH4 với tỷ lệ nồng độ NaBH4/Ag+ 0,3; nồng độ chitosan 80 ppm, giá trị pH chọn 5- nhiệt độ phản ứng trì nhiệt độ phòng - Các vật liệu nano đồng dải nồng độ bạc có khả ức chế sinh trưởng chủng VKL Microcystis aeruginosa KG điều kiện phòng thí nghiệm nồng độ 3ppm, 5ppm 10 ppm vật liệu nano đồng 50 ppm, 100 ppm 150ppm vật liệu nano bạc 4.2: Kiến nghị Sau tiến hành thí nghiệm đánh giá tác động vật liệu nano đồng bạc lên sinh trưởng phát triển chủng VKL Microcystis aeruginosa KG điều kiện phòng thí nghiệm nồng độ 3ppm, 5ppm 10 ppm vật liệu nano đồng 50 ppm, 100 ppm 150ppm vật liệu nano bạc, đưa kiến nghị sau: Mở rộng sàng lọc vật liệu nano có hoạt tính ức chế tảo độc Các nồng độ thấp vật liệu nano nói cần triển khai Ứng dụng vật liệu nano có tác dụng việt VKL độc quy mô lớn Cần đánh giá tác động, độc tính vật liệu nano đối tượng có ích khác Dương Ngọc Anh 57 Lớp 11 - 02 TÀI LIỆU THAM KHẢO Baun, A., Hartmann, N.B., Grieger, K., Kusk, K.O., 2008 Ecotoxicity of engineered nanoparticles to aquatic invertebrates: a brief review and recommendations for future toxicity testing Ecotoxicology 17, 387-395 Blomqvist P., Petterson A., Hyenstrand P., 1994 Ammonium-nitrogen: a key regulatory factor causing dominance of non-nitrogen-fixing cyanobacteria in aquatic systems Archive fur Hydrobiology 132: 141-161 Cattaneo, A.G., Gornati, R., Chiriva-Internati, M., Bernardini, G., 2009 Ecotoxicology of nanomaterials: the role of invertebrate testing Invertebrate Survival Journal 6, 78-97 Chen J., Zhang DW., Xie P., Wang Q., Ma ZM., 2009a Simultaneous determination of microcytin contaminations in various vertebrates (fish Turtle duck and water bird) from a large eutrophic Chinese lake Lake Taihu with toxic Microcytis blooms Science of the Total Environment 407: 3317-3322 Chorus I., Falconer IR., Salas HJ., Battram J., 2000 Health caused by freshwater cyanobacteria in recreational water Journal of Toxicology and Enviromental Health 3: 323-347 Chorus I., Battram J., 1999 Toxic cyanobacteria in water A guide to their public health consequences Monitoring and management.E and F.N Spon London and New York Pp 416 Codd GA., Lindsay J., Young F.M., Morrison LF., Metcalf JS., 2005 Harmful Cyanobacteria, from mass mortalities to management measures In: Huisman J., Matthijs H.C.P., Visser PM (Eds) Harmful Cyanobacteria Springer Dordrecht: 123 Codd GA., 2000 Cyanobacterial toxin The perception of water quality and the prioritization of eutrophication control Ecological Engineering16: 51-60 Đặng Đình Kim, Dương Thị Thuỷ, Nguyễn Thị Thu Liên, Đào Thanh Sơn, Lê Thị Phương Quỳnh, Đỗ Hồng Lan Chi, 2014 Vi khuẩn lam độc nước Dương Ngọc Anh 58 Lớp 11 - 02 10 Farré, M., Gajda-Schrantz, K., Kantiani, L., Barceló, D., 2009 Ecotoxicity and analysis of nanomaterials in the aquatic environment Analytical and Bioanalytical Chemistry 393, 81-95 11 Hakanson L., Bryhn AC., Hytteborn JK., 2007 On the issue of limiting nutrient and predictions of cyanobacteria in aquatic systems Sci Total Environ 379(1): 89108 12 Handy, R.D., Henry, T.B., Scown, T.M., Johnston, B.D., Tyler, C.R., 2008 Manufactured nanoparticles: their uptake and effects onfishda mechanistic analysis Ecotoxicology 17, 396-409 13 Heinlaan, M., Ivask, A., Blinova, I., Dubourguier, H.C., Kahru, A., 2008 Toxicity of nanosized and bulk ZnO, CuO and TiO2 to bacteria Vibriofischeriand crustaceans Daphnia magnaandThamnocephalus platyurus Chemosphere 71, 13081316 14 Kahru, A., Dubourguier, H.C., 2010 From ecotoxicology to nanoecotoxicology Toxicology 269, 105e119 15 Karjanailen M., Paakkonen J., Peltonen H., Sipia V., Valtonen T., Viitasalo M., 2008 Nodularin concentrations in Baltic sea zooplankton and fish during a cyanobacterial bloom Mar Biol 155: 483-491 16 Klaine, S.J., Alvarez, P.J.J., Batley, G.E., Fernandes, T.F., Handy, R.D., Lyon, D.Y., Mahendra, S., McLaughlin, M.J., Lead, J.R., 2008 Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects Environmental Toxicology and Chemistry 27, 1825-1851 17 Komárek J., Anagnostidis K., 1989 Modern approach to the classification system of cyanophytes Nostocales Arch Hydrobiol Suppl 82: 247-345 18 Komárek J., Anagnostidis K., 1999 Cyanoprocaryota, Teil,Chroococcales – In: Ettl, H., G Gartner, H Heynig & D.Mollenhauer (eds): Susswasserflora von Mitteleuropa 19/1: 1-548 Gustav Fischer Verlag, Jena 19 Lâm Minh Triết, 2005 Sinh thái môi trường ứng dụng (applied environmental ecology) Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Dương Ngọc Anh 59 Lớp 11 - 02 20 Le Thi Phuong Quynh, G Billen, J Garnier, S Thery, C Fezard and Chau Van Minh (2005),Nutrient (N, P) budgets for the Red River basin (Vietnam and China) Global Biogeochemical Cycles Vol 19(2): 1-16 21 Le Thi Phuong Quynh, Ho Tu Cuong, Duong Thi Thuy and Dang Dinh Kim, (2014) Nutrient budgets (N and P) for the Nui Coc reservoir basin (North Vietnam) Agricultural Water Management 142: 152–161 22 Lovern, S.B., Klaper, R., 2006.Daphnia magnamortality when exposed to titanium dioxide and fullerene (C60) nanoparticles Environmental Toxicology and Chemistry 25, 1132-1137 23 Marsalek B., Jancula D., Marsalkova E., Mashlan M., Safarova K., Tucek J., Zboril R, (2012) Multimodal Action and Selective Toxicity of Zerovalent Iron Nanoparticles against Cyanobacteria Environmental science and technology Environ Sci Technol, 46 (4): 2316–2323 24 Naumann E., 1919 Nagra synpunkter angaende limnoplanktons okologi Med sarskild hansyn till flyplankton Svensk Botanisk Tidskrift 13: 51-58(In Swedich) 25 Neilan BA., Pearson LA., Muenchhoff J., Moffitt MC., Dittmann E., 2013 Environmental conditions that influence toxin biosynthesis in cyanobacteria Environ Microbiol 15: 1239-1253 26 Nghiêm Xuân Anh, Lê Thị Phương Quỳnh, Vũ Hữu Hiếu, Dương Thị Thuỷ Đặng Đình Kim 2010 Ô nhiễm hữu môi trường nước hệ thống sông Đáy – Nhuệ: trạng nguyên nhân Tạp chí Khoa học Công nghệ, Tập 48(4A): 376 - 382 27 Nguyễn Thị Hoài Hà (2008) Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu đặc điểm sinh học thăm dò khả phân giải độc tố mộtsố chủng Microcystis phân lập hồ Hoàn Kiếm, Hà Nội” Đại học quốc gia Hà nội, 78 trang 28 Nguyễn Thị Phương Phong, 2011 29 Nguyễn Thị Thu Liên, 2007 Planktic cyanobacteria From freshwater localities in Thừa Thiên-Huế province, Việt Nam PhD thesis, Copenhagen 30 Nguyễn Tiến Đạt., Dương Thị Thủy., Lê Thị Phương Quỳnh., Hồ Tú Cường., Vũ Thị Nguyệt., Phạm Thanh Nga., Đặng Đình Kim., (2013) Nghiên cứu tác dụng Dương Ngọc Anh 60 Lớp 11 - 02 diệt Vi khuẩn lam độc số dịch chiết thực vật Tạp chí Hóa học 51(2C) 737739 31 Park M., Han M., Ahn C., Kim H., Yoon B., Oh H., 2006 Growth inhibition of bloom-forming cyanobacterium Microcytys aeruginosa by rice straw extract Lett Appl Microbiol 43: 307-312 32 Phạm Thị Mai, Phạm Tiến Đức, Vũ Thị Lan Anh, Nguyễn Thị Hoài Hà, (2008) Đánh giá biến động số lượng theo mùa theo tầng nước vi khuẩn lam Microcystis aeruginosa hồ Hoàn Kiếm, Hà Nội, Tạp chí Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội Khoa học Tự nhiên Công nghệ 24 số 15 Tr 125 – 128 33 Sinoven K., 1996 Cyanobacteria toxins toxin product.Phycologia35: 12-24 34 Stewart KM., Rohlich GA., 1967 Eutrophication – a review Publication no 34 S9cramento California Water Quality Control Board 188pp 35 Trần Thị Miên, 2006 36 Trần Văn Tựa (2011) Nghiên cứu, đánh giá trạng ô nhiễm môi trường nước tảo độc hồ Núi Cốc (Thái Nguyên); đề xuất giải pháp quản lý tổng hợp nước hồ” Báo cáo tổng kết đề tài độc lập cấp nhà nước 37 Vollenweider RA., 1968 Scientific fundermentals of the eutrophication of lakes and flowing waters With particular reference to nitrogen and phosphorus as factors in eutrophication Organisation for Economic Cooperation and Development Paris 159pp 38 Welch I., Barrett P., Gibson M., Ridge L., 1990 Barley straw as an inhibitor of algal growth Studies in Chesterfield Canal J off Appl Phycol 2: 231-239 39 Zhang H., Yu ZL., Xiao X., Wang X., Zhang FY., 2011 Isolation Identification and characterization of phytoplankton-lytic bacterium CH-22 against Microcytis aeruginosa Limnologica 41(1): 70-77 40 www.cesti.gov.vn Dương Ngọc Anh 61 Lớp 11 - 02 [...]... Các vật liệu như TiO2, Ag, ZnO và Cu thường được sử dụng trong các nghiên cứu đánh giá độc tính Dương Ngọc Anh 20 Lớp 11 - 02 của vật liệu nano lên các sinh vật Mặc dù có tác động của hạt nano bạc lên các đối tượng vi khuẩn, nấm và tế bào của động vật có vú đã được đề cập đến trong nhiều nghiên cứu Tuy nhiên, tác động của nano bạc lên sự phát triển của VKL chưa được nghiên cứu nhiều Theo Marsalek và. .. ÷ 800C/ 24h đếnkhô ↓ Bột nano đồng oxalat * Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến kích cỡ hạt nano đồng Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng (thời gian trong lò vi sóng) đến đặc trưng vật lý của vật liệu nano đồng Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới đặc trưng vật lý của vật liệu nano đồng, chúng tôi đã chế tạo vật liệu nano đồng với thời gian phản ứng thay đổi từ 3 phút 30s đến 5 phút... thấy trong các công trình công bố gần đây Dương Ngọc Anh 21 Lớp 11 - 02 PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1: Đối tượng nghiên cứu 2.1.1: Chủng VKL độc Microcystis aeruginosa Đối tượng nghiên cứu gồm chủng VKL Microcystis aeruginosa độc đã được phân lập từ hồ Kẻ Gỗ được lưu giữ tại Phòng Thủy sinh học môi trường, Viện công nghệ môi trường Chủng VKL Microcystis aeruginosa trong phòng thí nghiệm. .. tảo của rơm rạ được biết đến từ những năm 1960, theo Park và cs, 2006, sinh trưởng của VKL Microcystis aeruginosa bị ức chế bởi dịch chiết rơm dao động trong khoảng 0,1-10 mGL-1 Ngoài rơm rạ, một số loài sồi hay keo cũng có khả năng ức chế sự phát triển và sinh trưởng của các loài VKL 1.3: Vật liệu nano trong xử lý môi trường nước và vi tảo (Các loại vật liệu nano sử dụng trong xử lý môi trường và vi... Marsalek và cs, 2012 vật liệu nano sắt có khả năng phá hủy và ngăn ngừa hình thành nở hoa của VKL Tác động của hạt nano này đối với VKL bao gồm: loại bỏ phốtpho sinh học, phá vỡ tế bào VKL , cố định độc tố microcystin và ngăn chặn độc tố giải phóng ra môi trường Cho đến nay, cơ chế tác động của vật liệu nano lên một số sinh vật chưa được nghiên cứu nhiều Tuy nhiên trong một số nghiên cứu một vài giả thuyết... tìm ra tỉ lệ để chế tạo vật liệu nano đồng Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ tiền chất đồng oxalat (CuC2O4) đến đặc trưng vật lý của nano đồng Khi đã tìm được thời gian phản ứng và tỉ lệ CuC2O4/PVP tối ưu, tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ tiền chất tới đặc trung vật lý của nano đồng từ đó tìm ra nồng độ nano đồng tối ưu Thí nghiệm khảo sát được bố trí với thời gian phản ứng và tỉ lệ CuC2O4/PVP tối... giới thiệu hình ảnh chủng VKL độc Microcystis aeruginosa sản sinh độc tố microcystin, là loại độc tố được nghiên cứu nhiều nhất hiện nay: Dương Ngọc Anh 10 Lớp 11 - 02 Hình 3: Chủng VKL độc Microcystis aeruginosa KG được phân lập và nuôi cấy tại phòng Thủy sinh học Môi trường, Viện công nghệ Môi trường * Độc tố VKL Microcystins: Hiện tượng nở hoa của các loài VKL độc chủ yếu là do các chi Microcystis, ... ứng bề mặt, tính khả dụng sinh học, tính bền ở MT của các vật liệu nano Tác động của hạt nano tới một số sinh vật trong nước được công bố trong một số công trình nghiên gần đây của (Baun và cs, 2008; Handy và cs, 2008; Klaine và cs, 2008; Cattaneo và cs, 2009; Farré và cs 2009; Kahru và Dubourguier, 2010) Đặc biệt là tác động độc hại của hạt nano TiO2 đến một số loài động vật giáp xác như Daphnia magna,... diệt tảo và khắc phục nhược điểm của các biện pháp nêu trên là sử dụng các vật liệu kim loại kích thước nano như Cu, Ag, Fe, TiO2 để diệt trừ tảo Theo Chang va cs (2014), sử dụng vật liệu nano silicate từ nguồn khoáng tự nhiên có khả năng ức chế sinh trưởng của VKL Microcystis aeruginosa và có hiệu quả cao trong việc loại bỏ độc tố MC-LR Vật liệu nano silicate gây ức chế sinh trưởng đối với M aeruginosa. .. CuC2O4/PVP 25 Lớp 11 - 02 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ổn định đến đặc trưng vật lý của nano đồng Sau khi tìm ra thời gian phản ứng tối ưu, chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chất ổn định tới đặc trưng vật lý của vật liệu nano đồng Để khảo sát, tiến hành chế tạo vật liệu nano đồng với tỉ lệ CuC2O4/PVP thay đổi từ 1:45, 1: 60, 1: 75, 1: 90, 1: 105, 1:120 trong thời gian phản ứng tối