Sự phát triển của vi tảo nước ngọt trong phơi nhiễm với atrazine và cadimi

Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):299-306 Open Access Full Text Article Bài Nghiên cứu Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Liên hệ Đào Thanh Sơn, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Email: dao.son@hcmut.edu.vn Lịch sử  Ngày nhận: 07-12-2018  Ngày chấp nhận: 05-8-2019  Ngày đăng: 31-12-2019 DOI : 10.32508/stdjns.v3i4.609 Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM. Đây là bài báo công bố mở được phát hành theo các điều khoản của the Creative Commons Attribution 4.0 International license. Sự phát triển của vi tảo nước ngọt trong phơi nhiễm với atrazine và cadimi Lê Văn Phát, VõMinh Tân, Lê Nguyễn Hồng Sơn, Nguyễn Ngân Hà, Hoàng Phương Thảo, Võ Thị Mỹ Chi, Đào Thanh Sơn* Use your smartphone to scan this QR code and download this article TÓM TẮT Trong nhiều thập niên gần đây, những hoạt động của con người đóng gópmột lượng lớn các chất ô nhiễm như kim loại nặng, thuốc diệt cỏ vào thủy vực. Những chất ô nhiễm này gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng môi trường nước và sinh vật trong hệ sinh thái thủy vực, bao gồm vi tảo. Nghiên cứu này nhằm đánh giá tác động của atrazine trong thuốc diệt cỏ và kim loại cadimium (Cd) lên sự phát triển cũng như tốc độ tăng trưởng của 4 loài vi tảo Scenedesmus quadricauda, Scenedesmusprotuberans, Pediastrumduplex vàPseudanabaenamucicola. Chúng tôi nhận thấy rằng chất atrazine ở nồng độ từ 3–300 mg/L làm giảm sự phát triển của hai loài tảo S. quadricauda và P. mucicola. Tốc độ tăng trưởng của hai loài tảo này bị ức chế trong quá trình bị phơi nhiễm với 300 mg atrazine/L. Nồng độ 17–143 mg Cd/L ảnh hưởng không đáng kể lên sự phát triển và tốc độ tăng trưởng của P. duplex. Ngược lại, nồng độ 46–123 mg Cd/L, kích thích sự phát triển của S. protuberans vào ngày thứ 6 – 10 của thí nghiệm. Sự phát triển và tốc độ tăng trưởng của S. protuberans giảm khi phơi nhiễm với 607 mg Cd/L. Kết quả cho thấy vi tảo bị ảnh hưởng bởi độc tính mạnh của atrazine. Bên cạnh đó, loài P. duplex và S.protub erans thể hiện khả năng chịu đựng với Cd ở nồng độ lên đến 143 mg/L, là những ứng viên cho nghiên cứu về cải thiện sự nhiễmbẩn kim loại trong thủy vực. Từ khoá: vi tảo, atrazine, cadimium, sự chịu đựng, độc tính MỞĐẦU Atrazine là một trong những loại thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) bán chạy đứng đầu trên thế giới và được sử dụng chủ yếu trong nông nghiệp, thậm chí trong lâm nghiệp. Mỗi năm ước tính có đến 36 x106 kg atrazine được sử dụng tại các tiểu bang chuyên canh trồng cây ngô như Nebraska, Iowa, Hoa Kỳ 1. Bên cạnh đó, atrazine rất dễ dàng được phát tán và rửa trôi theo nước mưa. Hàng năm, khoảng 2,3x105 kg atrazine được trở lại môi trường từ những cơn mưa và băng tuyết tại Mỹ nhờ quá trình bay hơi và ngưng tụ2. Một nghiên cứu tại Mỹ và Châu Âu đã xác định rằng atrazine có thể phát tán xa gần 600 dặm tính từ vị trí mà nó được sử dụng và tồn tại trong môi trường với thời gian dài (chu kì bán rã > 200 ngày)3. Trong hơn 3 thập niên gần đây, thuốc BVTV được sử dụng phổ biến và gia tăng về hàm lượng trong nông nghiệp Việt Nam. Nồng độ thuốc BVTV tìm thấy trongmôi trường ở đồng bằng sông Cửu Long hơn 11 mg/L trong nước và hơn 520 mg/kg lắng đọng trong nền trầm tích4. Atrazine có khả năng hòa tan vào nước ở nồng độ 33 mg/L và trên thế giới nồng độ của hợp chất này trongmôi trường đã từng được ghi nhận lên đến 691 mg/L5. Cadimium (Cd) là nguyên tố thường có trong nguồn nước thải của hoạt động công nghiệp (điện, chế tạo pin, nhuộm), nông nghiệp (phân bón), một số nguồn phát thải khác (in ấn) và được đánh giá là không có vai trò cần thiết trong quá trình trao đổi chất của thực vật6. Ở Việt Nam, theo nghiên cứu của Bùi Thị Nga và Nguyễn VănTho (2009), hàm lượng Cd trong trầm tích ở Cà Mau dao động trong khoảng 0,023 – 0,06 mg/kg vào mùa khô, và từ 0,027 – 0,093 mg/kg vào mùa mưa7. Theo Hà MạnhThắng và cộng sự (2013), đối với vùng đất bị ảnh hưởng của nước rỉ rác thì hàm lượng Cd trung bình từ 0,45 – 0,59 mg/kg và đối với vùng đất bị ảnh hưởng của công nghiệp hóa chất thì hàm lượng Cd có xu hướng tích lũy cao hơn, từ 0,61 –2,29 mg/kg đất8. Khi tiến hành nghiên cứu phản ứng của một số loài tảo nước ngọt với atrazine, Lockert và cộng sự (2006) đưa ra nhận định rằng không có ảnh hưởng đáng kể nào lên sự phát triển của tảo (Ankistrodesmus falcatus, Chlorella vulgaris ) ở nồng độ 10 mg/L5. Bên cạnh đó, các loài tảo khác nhau sẽ có khả năng chịu đựng khác nhau đối với atrazine (tại thử nghiệm, EC50 trong 96 giờ của các loài tảoChlorella vulgaris, Pseudokirchner- iella subcapitata, Scenedesmus acutus, Ankistrodesmus formosa, Navicula accomoda và Nitzschia sp. khi phơi Trích dẫn bài báo này: Phát L V, Tân V M, Sơn L N H, Ngân Hà N, Thảo H P, Chi V T M, Sơn D T. Sự phát triển của vi tảo nước ngọt trong phơi nhiễm với atrazine và cadimi. Sci. Tech. Dev. J. - Nat. Sci.; 3(4):299-306. 299 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):299-306 nhiễmvới atrazine được ghi nhận lần lượt là 172 mg/L, 118 mg/L, 45 mg/L, 261 mg/L, 164 mg/L và 412 mg/L)9. Trên thế giới, nhiều nghiên cứu về khả năng chịu đựng của vi tảo trong phơi nhiễm với kim loại, bao gồm Cd đã được thực hiện. Cụ thể trong nghiên cứu của Costa và cộng sự (2003)10 đã cho thấy Cd ở nồng độ 10 mg/L làm giảm 60% mật độ tảo Tetraselmis chuii, trong khi Cd với nồng độ 1,2 mg/L làm giảm 30% mật độ Spirulina maxima. Ngoài ra, kết quả của một số nghiên cứu đã cho thấy khả năng sử dụng một số vi tảo như đối tượng xử lý, cải thiện sự nhiễm bẩn kim loại trong môi trường bằng thực vật (phytore- mediation). Thí dụ hai loài vi khuẩn lam Microcys- tis aeruginosa và Spirulina sp. lần lượt có khả năng loại bỏ khoảng 90% và 3,7% Cd trong môi trường nước11,12, hoặc loài tảo lục Cladophora fracta có khả năng tích tụ 4.090mg Cd/g sau 8 ngày phơi nhiễm với 8 mg Cd/L 13. Ở Việt Nam, nghiên cứu về phản ứng của vi tảo nước ngọt có nguồn gốc trong nước, đối với kim loại còn chưa nhiều. Theo nghiên cứu của Đào Thanh Sơn và cộng sự (2017) về ảnh hưởng riêng lẻ của Cu và Cr (mỗi kim loại ở nồng độ 5 và 50 mg/L) lên loài vi tảo lục (Scenedesmus acuminatus v. biser- atus) cho thấy sự kìm hãm của hai kim loại này lên sự phát triển của vi tảo14. Trái lại, loài vi khuẩn lam Pseudanabaena mucicola phân lập từ miền Nam Việt Nam lại có khả năng chịu đựng và hấp thu kim loại Cr khỏi môi trường nước với tỷ lệ rất khả quan, 71% 15. Nghiên cứu này được tiến hành nhằm đánh giá tiềm năng sử dụng vi tảo nước ngọt có nguồn gốc từ Việt Namđể xử lý các chất ô nhiễm trongmôi trườngnước, cụ thể là atrazine và Cd. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Đối tượng nghiên cứu Bốn loài vi tảo nước ngọt bao gồm Pseudanabaena mucicola, Pediastrum duplex, Scenedesmus protuber- ans và Scenedesmus quadricauda (Hình 1) có nguồn gốc từ sông Sài Gòn, đã được phân lập, nuôi trong môi trường Z816, và dùng cho phơi nhiễm với chất ô nhiễm (Cd, atrazine). Các loài vi tảo được nuôi trong điều kiện phòng thí nghiệm dưới ánh sáng có cường độ khoảng 3000 Lux, chu kỳ sáng tối 12 h : 12 h, và nhiệt độ 27  1ºC17. Nhiệt độ trong phòng thí nghiệm được kiểm soát bằng máy lạnh (Panasonic, CU/CS-PU18VKH) hoạt động 24 h/24 h và nhiệt độ được ghi chép vào 9 h sáng và 3 h chiều hàng ngày, bằng cách đọc nhiệt độ trên nhiệt kế ngâm trong bình chứa nước, để gần các bình tảo trong thí nghiệm. Hóa chất tinh khiết atrazine và Cd (dung dịch cadmium nitrate, dùng cho thiết bị ICP/MS) được cung cấp bởi nhà sản xuất Merck (Đức). Dung dịch gốc (stock) của hai hóa chất này, trước khi pha loãng vào bình thí nghiệm, có nồng độ lần lượt là 1 g Cd/L và 1 g atrazine/L. Thiết kế thí nghiệm Thí nghiệm được tiến hành theo hướng dẫn của Muhaemin (2004)18 với một thay đổi nhỏ về thể tích dung dịch tảo trong thí nghiệm. Vi tảo được nuôi trong bình có thể tích 250 mL chứa 150 mL môi trường Z8. Ứng với mỗi nồng độ trong thí nghiệm, số lần lặp lại là 3 (n = 3;19). Trong l ô thí nghiệm đối chứng (control), vi tảo được nuôi trong môi trường không chứa chất ô nhiễm (atrazine hoặc kim loại Cd). Trong thí nghiệm phơi nhiễm vi tảo S. quadricauda và P. mucicola với atrazine, hóa chất này được pha vào trong môi trường Z8 với các nồng độ lần lượt là 3; 30 và 300 mg/L (được lần lượt ký hiệu là A3, A30 và A300). Kim loại (Cd) khi được vào môi trường Z8 để làm thí nghiệm, có thể không chính xác về nồng độ như mong muốn do một số yếu tố môi trường có ảnh hưởng đến sự hoàn tan của kim loại trong nước bao gồm pH, độ cứng, độ kiềm, hàm lượng chất hữu cơ hòa tan. Do đó, để đảm bảo tính chính xác hơn trong nghiên cứu, chúng tôi đã lấy mẫu (sub-sample) dung dịch tảo đã được pha Cd vào ngày bắt đầu thí nghiệm và tiến hành phân tích chỉ tiêu Cd2+ để xác định chính xác nồng độ Cd hòa tan trongmẫu. Trong thí nghiệm phơi nhiễm vi tảo với Cd, các nồng độ kim loại này được sử dụng (được xác định bằng phân tích hóa học với thiết bị AAS, Perkin Elmer, Hoa Kỳ) là 46; 123 và 607 mg Cd /L (được lần lượt ký hiệu là Cd 46, Cd 123 và Cd 607) đối với S. protubenrans và 17; 143 mg Cd /L (được lần lượt ký hiệu là Cd 17, Cd 143) đối với P. duplex. Mật độ vi tảo trong thí nghiệm được xác định vào ngày bắt đầu thí nghiệm và định kỳ hai ngày một lần, cho đến khi kết thúc thí nghiệm, ngày thứ 14. Cụ thể, khoảng 2 mL dung dịch vi tảo được lấy định kỳ, cố định bằng dung dịch Lugol20 và vi tảo được đếm bằng buồng đếm Sedgewick Rafter (PYSER-SGI, Anh). Riêng loài vi tảo P. mucicola được đếm bằng buồng đếm hồng cầu (Neubauer chamber, Đức) do kích thước của loài này khá nhỏ để có thể quan sát rõ ràng với buồng đếm Sedgwick Rafter (ở phóng đại 100 lần). Xử lý số liệu Tốc độ tăng trưởng (m) của vi tảo được tính toán theo công thức của Lobban (1988)21 như sau: m = (lnX2 – lnX1 )/ (t2– t1).Trong đó, X1 và X2 là mật độ vi tảo bắt đầu và sau khi kết thúc thí nghiệm, t2 và t1 là thời gian bắt đầu và kết thúc thí nghiệm. Tổng sốmẫu trong thí nghiệm là 384. 300 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):299-306 Hình 1: Bốn loài vi tảo dùng cho thí nghiệm Pseudanabaena mucicola (Naumann et Huber-Pestalozzi) Schwabe 1964 (a), Pediastrum duplexMeyen 1829 (b), Scenedesmus protuberans Fritsch & Rich 1929 (c) và Scenedesmus quadricauda (Turpin) Brébisson in Brébisson & Godey 1835 (d). Thước đo = 20 mm. Phương pháp phân tích phương sai một nhân tố được sử dụng để kiểm tra sự khác biệt về tốc độ tăng trưởng của từng loài vi tảo trong lô đối chứng và phơi nhiễm với Atrazine và Cd bằng phầnmềm Sigma Plot (phiên bản 12.0). KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Sự phát triển của P. mucicola và S. quadri- cauda trong phơi nhiễm với atrazine Đường cong tăng trưởng của P.mucicola trong nghiên cứu cho thấy các lô thí nghiệm đối chứng (control), A3 và A30 (phơi nhiễm với atrazine) có cùng xu hướng thay đổi về mật độ vi tảo, tăng nhanh chóng trong 8 ngày đầu của thí nghiệm, sau đó đi vào pha ổn định rồi suy giảm (Hình 2 a). Sự khác biệt về mật độ vi tảo giữa lô đối chứng và lô phơi nhiễm A3 và A30 có ý nghĩa thống kê (p < 0,01) thể hiện rõ từ ngày thứ 4 cho đến khi kết thúc thí nghiệm, ngày thứ 14 (Hình 2a, Bảng 1). Trong khi đó, P. mucicola trong lô phơi nhiễm A300 bị ức chế quá trình gia tăng mật độ ngay từ những ngày đầu của phơi nhiễm, và mật độ vi tảo bị giảm thấp so với lô đối chứng. Vi tảo P. mucicola trong lô phơi nhiễm A300 gần như chết hết vào ngày cuối cùng của thí nghiệm (Hình 2a). Tương tự với loài P. mucicola, chiều hướng gia tăng mật độ của loài tảo lục S. quadricauda trong lô đối chứng (control) và hai lô A3 và A30 tăng dần trong suốt quá trình phơi nhiễm nhưng mật độ vi tảo trong hai lô này đều thấp hơn so với đối chứng vềmặt thống kê từ ngày thứ 2 đến ngày thứ 14. Trong lô thí nghiệm A300, vi tảo S. quadricauda dù không bị chết nhanh chóng như loài P. mucicola, nhưng trong 14 ngày phơi nhiễm, gần như không tăng trưởng, giữ mật độ tương đương hoặc thấp hơn so với ngày đầu của thí nghiệm (Hình 2b, Bảng 1). Mặc dù mật độ vi tảo P. mucicola và S. quadricauda ở trong lô A3 và A30 đều thấp hơn so với mật độ tảo trong lô đối chứng về mặt thống kê (Hình 2, Bảng 1). Tốc độ phân chia của các lô này (đối chứng, A3, A30) của loài P. mucicola có giá trị từ 0,125–0,161 lần/2 ngày, và của loài S. quadricauda là 0,084–0,096 lần/2 ngày. Bên cạnh đó, kết quả thí nghiệm cho thấy hầu như không có sự khác biệt về mặt thống kê trong tốc độ tăng trưởng giữa lô đối chứng và phơi nhiễm A3, A30 đối với cả hai loài vi tảo. Tuy nhiên, tốc độ tăng trường của loài P. mucicola trong lô A3 đối với thấp hơn lô đối chứng vềmặt thống kê (đối với P. mucicola, p-value giữa lô đối chứng và các lô A3, A30 lần lượt là 0,001 và 0,095;Hình 3a ; đối với S. quadricauda, p- value giữa lô đối chứng và các lô A3, A30 lần lượt là 0,06 và 0,221 ;Hình3b). Tuy nhiên, trong phơi nhiễm với nồng độ cao nhất của atrazine (A300), tốc độ phân chia của cả hai loài P. mucicola và S. quadricauda là âm, đạt giá trị lần lượt là -0,220 và -0,022 lần/2 ngày (p-value giữa lô đối chứng và A300 đối với cả hai loài tảo đều đạt giá trị <0,001 ). Điều này có thể do tảo bị chết, thể hiện ở mật độ tảo (trong A300) giảm thấp hơn so với ngày bắt đầu thí nghiệm (Hình 2), cho thấy độc tính mạnh của atrazine, ở nồng độ 300 mg/L, lên vi tảo. 301 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):299-306 Hình 2: Đường cong tăng trưởng của Pseudanabaena mucicola (a) và Scenedesmus quadricauda (b) trong phơi nhiễm với atrazine. “Control”: mẫu đối chứng Bảng 1: Bảng giá trị p-value thể hiện sự khác biệt vềmặt thống kêmật độ vi tảo Pseudanabaenamucicola và Scenedesmus quadricauda giữa đối chứng và phơi nhiễm với atrazine Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Pseudanabaena mucicola A3 0,078 0,079 0,011 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 A30 0,012 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 A300 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 Scenedesmus quadricauda A3 0,678 0,001 0,014 0,001 0,001 0,001 0,001 0,011 A30 0,684 0,001 0,001 0,001 0,001 0,006 0,006 0,025 A300 0,072 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 Seguin và cộng sự (2001) 9 đã nghiên cứu và cho thấy loài tảo lục khác nhau có độ nhạy rất khác nhau với cùng một loại thuốc bảo vệ thực vật, atrazin. Cụ thể giá trị 96h-EC50 của các loài Pseudokirchneriella subcapitata, Scenedesmus acutus và Chlorella vulgaris lần lượt là 118, 45 và 173 mg/L. Từ kết quả trong thí nghiệm này, chúng tôi ghi nhận sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về mật độ gia tăng và tỷ lệ phân chia của vi tảo lục S. quadricauda và vi khuẩn lam P. muci- cola có nguồn gốcViệtNamvới thuốc diệt cỏ atrazine. Điều này cho thấy hai loài vi tảo trong nghiên cứu có độ nhạy cao hơn tảo silic vì sự phát triển và tốc độ phân chia của chúng bị ức chế mạnh mẽ trong phơi nhiễm với 300 mg/L của atrazine (Hình 3 vàHình 4). Như vậy, trong trường hợp sử dụng thuốc BVTV thường xuyên với liều lượng cao, khả năng hiện diện của atrazine trong môi trường có thể đủ lớn ( thí dụ > 300 mg atrazine/L5) để gây ảnh hưởng tiêu cực lên vi tảo, nhóm sinh vật sản xuất trong thủy vực, dẫn đến sự mất cân bằng trong hệ sinh thái thủy vực. Seguin và cộng sự (2001)9 đã ghi nhận sự thay đổi lớn cấu trúc quần xã thực vật phù du theo thời gian dưới tác động của atrazine (nồng độ từ 2–30 mg atrazine/L). Do đó, cần có nghiên cứu tương tự về động thái của thực vật phù du ngoài tự nhiên ở Việt Nam (thí dụ: khu vực Đồng bằng sông Cửu Long) dưới ảnh hưởng của việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật trong sản xuất nông nghiệp. Kết quả này, theo hiểu biết của chúng tôi, đóng góp thêm thông tin về đáp ứng của hai loài thực vật phù du nước ngọt (S. quadricauda, P. muci- cola ) trong phơi nhiễm với atrazine trong điều kiện phòng thí nghiệm. 302 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):299-306 Hình3: Tốcđộphânchia củaPseudanabaenamucicola (a) vàScenedesmusquadricauda (b) trongphơinhiễm với atrazine. Control: đối chứng.a aDấu * thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,001) giữa lô phơi nhiễm và lô đối chứng (control) theo phép thửANOVA one way (p < 0,001) Sựphát triển củaS.protuberansvà P.duplex trong phơi nhiễm với cadimium Trong phơi nhiễm với Cd, sự phát triển của S. pro- tuberans (Cd46, Cd123) và P. duplex (Cd17, Cd143) tương tự như trong lô đối chứng (Hình 4, Bảng 2), dẫn đến tốc độ phân chia của hai loài vi tảo lục này giữa lô đối chứng (0,103 lần/2 ngày đối với S. protu- berans, 0,109 lần/2 ngày đối với P. duplex ) và lô phơi nhiễm (0,076–0,095 lần/2 ngày đối với S. protuberans, 0,105 – 0,127 lần/2 ngày đối với P. duplex ). Ngoài ra, không có sự khác biệt về mặt thống kê trong tốc độ phân chia giữa lô đối chứng và phơi nhiễm Cd tại các nồng độ nêu trên đối với cả hai loài vi tảo (đối với S. protuberans, p-value giữa lô đối chứng và các lô Cd46, Cd123 lần lượt là 0,694 và 0,055; đối với P. du- plex, p-value giữa lô đối chứng và các lô Cd17, Cd143 lần lượt là 0,65 và 0,068) (Hình 5). Riêng phơi nhiễm với Cd ở nồng độ 607 mg/L, vi tảo S. protuberans suy giảm sức sống từ ngày thứ 8 của thí nghiệm và mật độ của loài này giảm thấp cho đến ngày thứ 14 của thí nghiệm (Hình 4a). Kết quả dẫn đến tốc độ phân chia của S. protuberans có giá trị khá thấp (0,016 lần/2 ngày), khác biệt về mặt thống kê so với lô đối chứng (0,103 lần/2 ngày, p-value đạt giá trị <0,001,Hình 5b). Nhiều kim loại vi lượng (như Zn, Cu, Co, Mn, V) ở nồng độ thấp là rất cần thiết cho sự phát triển của thực vật nói chung và vi tảo nói riêng. Sự hiện diện của nhiều kim loại vi lượng kích thích sự phát triển mạnh hơn cho vi tảo, bao gồm cả việc tổng hợp nhiều hợp chất thứ cấp6. Tuy nhiên Cd là yếu tố không cần thiết cho sự phát triển của vi tảo 16. Mặc dù vậy, một số loài vi tảo (Spirulina spp., Cladophora spp., Chlorella spp., Cyclotella spp.) có khả năng chịu đựng và phát triển ổn định trong môi trường có các kim loại không cần thiết và có khả năng gây độc (như Cd, Hg, Pb). Trong nghiên cứu hiện tại, hai loài vi tảo lục S. protu- berans và P. duplex phát triển bình thường (so với đối chứng) ở nồng độ Cd lên đến 143 mg/L (Hình 4 và 5). Hai loài vi tảo có nguồn gốc Việt Nam, P. duplex và Scenedesmus acuminatus v. biseratus có thể sống ổn định trong phơi nhiễm với kim loại Cr ở nồng độ lần lượt lên đến 224 và 500 mg/L14,15. Ngoài ra, chủng vi khuẩn lam Pseudanabaena mucicola phân lập từ hồ Dầu Tiếng, tỉnh Tây Ninh đã cho thấy khả năng chịu đựng Cr ở nồng độ trên 1000 mg/L và có thể hấp thu Cr lên đến 71%15. Do đó, khả năng chịu đựng kim loại Cd của S. protuberans và P. duplex cho thấy tiềm năng hấp thuCd trongmôi trường nước của hai loài vi tảo này, và điều này cần được xác minh trong những nghiên cứu kế tiếp. KẾT LUẬN Lần đầu tiên, bốn chủng vi tảo có nguồn gốc Việt Nam, Scenedesmus quadricauda, Scenedesmus protu- berans, Pediastrum duplex và Pseudanabaena muci- cola, được dùng cho nghiên cứu độc học sinh thái với hai chất ô nhiễm là atrazine và Cd. Nồng độ thấp của atrazine (3–30 mg/L) không ảnh hưởng lên sự phát triển của vi tảo. Tuy nhiên, nồng độ cao của chất này (300 mg/L) ức chế mạnh mẽ sự tăng trưởng và tốc độ 303 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):299-306 Hình 4: Đường cong tăng trưởng của Scenedesmus protuberans (a) và Pediastrum duplex (b) trong phơi nhiễm với Cd. Control: đối chứng Bảng 2: Bảng giá trị p-value thể hiện sự khác biệt vềmặt thống kêmật độ vi tảo Scenedesmus protuberans và Pediastrum duplex giữa đối chứng và phơi nhiễm với Cd Ngày 0 Ngày 2 Ngày 4 Ngày 6 Ngày 8 Ngày 10 Ngày 12 Ngày 14 Scenedesmus protuberans Cd46 0,169 0,100 0,944 0,030 0,006 0,012 0,018 0,940 Cd123 0,082 0,015 0,728 0,008 0,001 0,118 0,706 0,116 Cd607 0,035 0,002 0,400 0,011 0,003 0,442 0,001 0,005 Pediastrum duplex Cd17 0,099 0,682 0,036 0,035 0,196 0,089 0,323 0,012 Cd143 0,358 0,767 0,391 0,846 0,163 0,034 0,004 0,027 phân chia của cả vi khuẩn lam (P.mucicola) và tảo lục (S. quadricauda). Hai loài tảo lụcP. duplex và S. protu berans có khả năng chịu đựng với Cd ở nồng độ lên đến 142 mg/L. Nghiên cứu hiện trường về tác động của thuốc bảo vệ thực vật, bao gồm atrazine, lên quần xã thực vật phù du là cần thiết để đánh giá sự cân bằng của hệ sinh thái thủy vực dưới ảnh hưởng của hoạt động sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam. Bên cạnh đó, thử nghiệm khả năng hấp thu kim loại Cd của vi tảo có nguồn gốc Việt Nam nên được tiến hành để góp phần cho việc phát triển công nghệ sinh học trong cải thiện/ xử lý môi trường ô nhiễm kim loại nặng, một cách thân thiện, an toàn và hiệu quả. XUNGĐỘT LỢI ÍCH Nhóm tác giả cam kết không có sự xung đột lợi ích. ĐÓNGGÓP CỦA TÁC GIẢ LêVăn Phát : thực hiện thí nghiệm phơi nhiễm vi tảo với thuốc diệt cỏ; Võ Minh Tân : tham gia thực hiện thí nghiệm phơi nhiễm vi tảo với kim loại; LêNguyễnHồngSơn : thamgia thực hiện thí nghiệm phơi nhiễm vi tảo với kim loại; Nguyễn NgânHà : đếmmẫu vi tảo và ghi chép thông tin thí nghiệm trong nghiên cứu; Hoàng Phương Thảo : đếm mẫu vi tảo và ghi chép thông tin thí nghiệm trong nghiên cứu; VõThịMỹ Chi : Xử lý số liệu và tham gia viết bài; Đào Thanh Sơn : đưa ra ý tưởng, hướng dẫn triển khai và chỉnh sửa bài viết. TÀI LIỆU THAMKHẢO 1. Hayes TB, Khoury V, Narayan A, Nazir M, Park A, Adame LBT, et al. Atrazine induces complete feminization and chemical castration in male African clawed frogs (Xenopus laevis). Pro- ceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2010;107(10):4612–4617. 304 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 3(4):299-306 Hình 5: Tốc độ phân chia của Scenedesmus protuberans (a) và Pediastrum duplex (b). Control: đối chứng.a aDấu * thể hiện sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p < 0,001) giữa lô phơi nhiễm và lô đối chứng (control) theo phép thửANOVA one way (p < 0,001) 2. Thurman E, Cromwell A. Atmospheric transport, deposition, and fate of triazine herbicides and their metabolites in pris- tine areas at Isle Royale National Park. Environ Sci Technol. 2000;34:3079–3085. 3. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR). Public Health Service. 2003;Toxicological Profile for Atrazine. 4. ToanPV, Sebesvari Z, BlasingM, Rosendahl I, Renaud FG. Pesti- cidemanagement and their residues in sediments and surface and drinking water in the Mekong Delta. Science of the Total Environment. 2013;452:28–39. 5. Lockert CK, Hoagland KD, Siegfried BD. Comparative sensitiv- ity of freshwater algae to atrazine. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 2006;76:73–79. 6. Graneli E, Turner JT. Ecology of harmful algae. Ecological Stud- ies 189. Springer 413; 2006. 7. Nga B, Tho N. Sự ô nhiễm As, Cd trong trầm tích, đất và nước tại vùng ven biển tỉnh Cà Mau. Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ. 2009;12:15–24. 8. Thắng H, Ngân H, Hà D, Thành P, ThơmN. Kết quả nghiên cứu hàm lượng Cd trong đất tại một số vùng nguy cơ ô nhiễm do chất thải đô thị và công nghiệp . Tạp chí Khoa học và Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam. 2013;3:1–6. 9. Seguin F, Leboulanger C, Rimet F, Druart JC, Brard A. Ef- fects of atrazine and nicosulfuron on phytoplankton in sys- tems of increasing complexity. Arch Environ Contam Toxicol. 2001;40:198–208. 10. Costa A, Franca FP. Cadmium interactionwithmicroalgal cells, cyanobacterial cells, and seaweeds: toxicology and biotech- nological potential forwastewater treatment. MarineBiotech- nology. 2003;5:149–156. 11. Chen JZ, Tao XC, Xu J, Zhang T, Liu ZL. Biosorption of lead, cad- mium andmercury by immobilized Microcystis aeruginosa in a column. Process Biochemistry. 2005;40(12):3675–3679. 12. Chojnacka K, Chojnacka A, Gorecka H. Biosorption of Cr3+, Cd2+ and Cu2+ ions by blue-green algae Spirulina sp.: kinet- ics, equilibrium and the mechanism of the process. Chemo- sphere. 2005;59:75–84. 13. Lamai C, Kruatrachue M, Pokethitiyook P, Upatham ES, Soon- thornsarathool V. Toxicity and accumulation of lead and cad- mium in the filamentous green alga Cladophora fracta (O.F. Muller ex Vahl) Kutzing: A Laboratory Study. Science Asia. 2005;31:121–127. 14. Sơn D, Tân V, Chi V. Ảnh hưởng của đồng và crôm lên sự phát triển của vi tảo lục Scenedesmus acuminatus var. biseratus Reinsch. Kỷ yếu hội nghị Khoa học Toàn quốc về Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật lần thứ 7. 2017;7:1898–1904. 15. Dao TS, Le N, Vo MT, Vo T, Phan TH, Bui T. Growth and metal uptake capacity of microalgae under exposure to chromium. Journal of Vietnamese Environment. 2018;9(1):38–43. 16. Kotai J. Instructions for preparation ofmodified nutrient solu- tion Z8 for algae. Norwegian Institute for Water research Oslo B-11/69. J, editor; 1972. 17. Dao TS, Cronberg G, Nimptsch J, Do-Hong LC, Wiegand C. Toxic cyanobacteria from Tri An Reservoir. Nova Hedwigia. 2010;90:433–448. 18. Muhaemin M. Toxicity and bioaccumulation of lead in Chlorella and Dunaliella. Journal of Coastal Development. 2004;8:27–33. 19. APHA, editor. Standard methods for the examination of wa- ter and wastewater. Washington, DC: American Water Works Association and Water Environment Federation; 2012. 22nd Edition. 20. Sournia A. Phytoplanktonmanual. UNESCO, UK. 1978;p. 251– 260. 21. Lobban C, Chapman DJ, Kremer BP. Experimental phycology. Cambridge University Press; 1988. 305 Science & Technology Development Journal – Natural Sciences, 3(4):299-306 Open Access Full Text Article Research Article Ho Chi Minh City University of Technology, VNUHCM, Vietnam Correspondence Dao Thanh Son, Ho Chi Minh City University of Technology, VNUHCM, Vietnam Email: dao.son@hcmut.edu.vn History  Received: 07-12-2019  Accepted: 05-8-2019  Published: 31-12-2019 DOI : 10.32508/stdjns.v3i4.609 Copyright © VNU-HCM Press. This is an open- access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license. Development of freshwater microalgae under exposure to atrazine and cadmium Le Van Phat, VoMinh Tan, Le Nguyen Hong Son, Nguyen Ngan Ha, Hoang Phuong Thao, Vo Thi My Chi, Dao Thanh Son* Use your smartphone to scan this QR code and download this article ABSTRACT During the latest decades, human activities have contributed a large number of pollutants such as heavy metals, herbicides into water bodies. These pollutants cause negative effects on the aquatic environment and organisms in aquatic ecosystems, includingmicroalgae. This study aimed to eval- uate the impacts of the herbicide atrazine and the metal Cd on development and growth rate of four freshwater microalgae, Scenedesmus quadricauda, Scenedesmus protuberans, Pediastrum du- plex, and Pseudanabaenamucicola. We found that atrazine at the concentrations from 3–300 mg/L caused the reduction of development of S. quadricauda and P. mucicola. The growth rate of these twomicroalgaewas inhibited upon exposure to 300 mg/L of atrazine. The Cd at the concentrations of 17–143 mg/L slightly influenced the development and growth rate of P. duplex. In contrast, the concentrations of 46–123 mg Cd/L, enhanced the development of S. protuberans between the 6th and 10th day of incubation. The development and growth rate of S. protuberans decreased exposed to 607 mg Cd/L. The current study evidenced the potent toxicity of atrazine to microalgae. Besides, the microalgae species P. duplex and S. protuberans showed their tolerance to Cd at the concentra- tion up to 143 mg/L. Hence they would be potential candidates for phytoremediation in relation to metal contamination in water bodies. Key words: microalgae, atrazine, cadmium, tolerance, toxicity Cite this article : Van Phat L, Minh Tan V, Nguyen Hong Son L, Ngan Ha N, Phuong Thao H, Thi My Chi V, Thanh Son D.Development of freshwatermicroalgae under exposure to atrazine and cadmium. Sci. Tech. Dev. J. - Nat. Sci.; 3(4):299-306. 306