Tải bản đầy đủ

Tiểu luận Nguyên lý khoa học và công nghệ môi trường: Nguyên lý bảo toàn độc chất trong chuỗi thức ăn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Khoa Môi Trường
-----------

Tiểu Luận môn: 

NGUYÊN LÝ KHOA HỌC VÀ 
CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG
PHẦN: NGUYÊN LÝ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Vấn đề: 
NGUYÊN LÝ BẢO TOÀN ĐỘC CHẤT TRONG CHUỖI THỨC ĂN


HÀ NỘI, 2015


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

MỤC LỤC


Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

1. KHAI NIÊM CHUÔI TH
́
̣
̃
ƯC ĂN VA HIÊU SUÂT SINH THAI
́
̀
̣
́
́
1.1. Chuỗi và lưới thức ăn
Chuỗi thức ăn là một dãy gồm nhiều loài sinh vật có quan hệ  dinh dưỡng với  
nhau, loài đứng trước là thức ăn của loài đứng sau. Mỗi loài được coi là một mắt xích 
trong chuỗi, vừa là sinh vật tiêu thụ  mắt xích phía trước nhưng cũng bị  sinh vật mắt  
xích phía sau tiêu thụ. Các chuỗi thức ăn co m
́ ắt xích chung tạo nên lưới thức ăn.
Cac vi du vê chuôi th
́ ́ ̣ ̀
̃ ức ăn va l
̀ ưới thưc ăn:
́

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 5




Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

Hình 1. Một số ví dụ về chuỗi, lưới thức ăn
Trong chuôi th
̃ ưc ăn gôm co 4 thanh phân sinh hoc: Cac nhân tô vô sinh (chât vô
́
̀
́
̀
̀
̣
́
́
́  
cơ, chât h
́ ưu c
̃ ơ, chê đô khi hâu), Sinh vât san xuât (cac sinh vât t
́ ̣
́ ̣
̣ ̉
́ ́
̣ ự dưỡng), Sinh vât tiêu
̣
 
thu (cac sinh vât di d
̣ ́
̣ ̣ ương) va sinh vât phân giai (vi sinh vât, nâm,…).
̃
̀
̣
̉
̣
́
Trong hệ sinh thái có hai loại chuỗi thức ăn:
­ Chuôi th
̃ ưc ăn băt đâu băng sinh vât san xuât: Các sinh v
́
́ ̀ ̀
̣ ̉
́
ật san xuât 
̉
́ → Các sinh  
vât tiêu thu 
̣
̣ → Cac sinh vât phân giai.
́
̣
̉
Vi du: Co 
́ ̣
̉ →  Tho ̉ → Cao 
́ → Vi sinh vât phân giai.
̣
̉
­ Chuỗi thức ăn băt đâu băng san phâm phân giai h
́ ̀ ̀
̉
̉
̉ ưu c
̃ ơ: Các san phâm h
̉
̉
ữu cơ 
→ Cac sinh vât tiêu thu 
́
̣
̣ → Cac sinh vât phân giai. 
́
̣
̉
Ví dụ: Mun 
̀ → giun đât 
́ → ga ̀→ Vi sinh vât phân giai.
̣
̉
1.2. Hiệu suất sinh thaí
Hiệu suất sinh thái là tỉ lệ phần trăm chuyển hóa năng lượng giữa các bậc dinh 
dưỡng trong hệ sinh thái. 
Cứ qua mỗi bậc thì đa số năng lượng mất đi, chỉ một phần nhỏ được sử  dụng  
để làm sinh khối cuả cá thể. Qua mỗi bậc dinh dưỡng, phần lớn năng lượng bị mất đi 

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 6


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

do chuyển thành nhiệt trong sự hô hấp. Cho nên hiêu suât sinh thái là r
̣
́
ất thấp. Chuỗi  
thức ăn càng dài (có nhiều bậc dinh dưỡng) thì năng lượng nhận ở cuối chuỗi càng ít.  
Nói một cách khác, hiệu suất sử  dụng bậc thức ăn trước trong quá trình chuyển hóa 
thành sinh khối của sinh vật bậc tiếp theo là rất thấp, nên chúng phải sử dụng một số 
lượng rất hơn sinh vật đứng trước nó trong chuỗi làm thức ăn trong quá trình sinh 
trưởng.
Hiệu suất sinh thái luôn nhỏ hơn 100% (chỉ khoảng 10% ). 
Vi du minh hoa vê hiêu suât sinh thai:
́ ̣
̣
̀ ̣
́
́

Hình 2.  Hiệu suất sinh thái
Gọi H (%) là hiệu suất sinh thái Qn là năng lượng ở bậc dinh dưỡng cấp n; Qn+ 


là bậc dinh dưỡng cấp n + 1. Vây H(%) = Q
̣
n+ 1/Qn x 100%.
Hiêu suât sinh thái có th
̣
́
ể được thể hiện qua:
- Hiêu suât đ
̣
́ ồng hóa (trong một bậc dinh dưỡng) = Đồng hóa (A)/Tiêu thụ (L) 
- Hiêu suât tăng tr
̣
́
ưởng = Năng suất (P)/Tiêu thụ (L) 
- Hiêu suât năng su
̣
́
ất = Năng suất (P)/ Đồng hóa (A) 
- Hiêu suât tiêu th
̣
́
ụ = Tiêu thụ ở bậc dd n (Ln)/Năng suất ở bậc dd n­1 (Pn­1)

Bảng 1. Năng suất và hiệu suất tiêu thụ của một số loại đồng cỏ điển hình

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 7


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

Do thất thoát năng lượng qua các bậc thức ăn nên chuỗi thức ăn thường không 
dài, thường chỉ  quan 5, 6 bậc dinh dưỡng và chuỗi thức ăn trên cạn thường dài hơn 
chuỗi thức ăn trong HST nước.
2. NGUYÊN LÝ BẢO TOÀN ĐỘC CHẤT TRONG CHUỖI THỨC ĂN
Ngoại trừ  các tác dụng độc cục bộ  tại vùng tiếp xúc, một chất độc chỉ  có thể 
gây ra thương tổn cho sinh vật khi nó được hấp thụ qua da, đường tiêu hóa, hô hấp,…
và cuối cùng được tích tụ  tại tế  bào sinh vật. Tại nơi này, các chất độc gây ra các  
phản ứng sinh hóa hay làm thay đổi các phản ứng sinh hóa trong tế bào, làm cho một  
số  hoạt động sinh lý tế  nào thay đổi, dẫn đến sự   ảnh hưởng lên toàn bộ  cơ  thể  sinh 
vật.
Nồng độ của chất độc trong cơ thể sinh vật phụ thuộc vào liều lượng tác động,  
nồng độ trong các cơ quan đích, thời gian tiếp xúc, phương thức xâm nhập, cũng như 
khả năng hấp thụ, phân bố, chuyển hóa và bài tiết trong cơ thể. Sự ảnh hưởng dài lâu 
của một chất độc với các mức độ  khác nhau có thể dẫn đến sự  thay đổi của cả  một 
quần thể sinh vật, cộng đồng sinh vật và nhiều hơn nữa là của cả hệ sinh thái.
Để tìm hiểu quá trình phức tạp này, người ta đã dung những khái niệm về sự di 
chuyển chất độc qua chuỗi dinh dưỡng ( food chain ), sự tích tụ các chất độc trong cơ 
thể sinh vật ( bioavailability),…
Các chất độc trong môi trường rất đa dạng, các phản  ứng với tế  bào cũng rất 
phức tạp, trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu đã phải đưa ra những chỉ  số tính  
toán đặc trưng như hệ số cô đọng sinh học BCF (Bio­concentration factor), hệ số tích 
tụ   sinh  học   BAF   (Bio­accmultion  factor0,   hệ   số   khuyêch  đại  sinh  học   BMF  (Bio­

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 8


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

magnification factor),… Những gía trị  này của các chất độc khác nhau thì khác nhau  
nhưng nó giải thích được chất độc tham gia vào quá trình tích tụ sinh học như thế nào.
2.1. Cơ chế độc chất xâm nhập vào cơ thể
Thông thường, một độc chất đi qua màng tế bào theo bốn cách sau:
*  Khuếch tán thụ động
­ Xu hướng thiết lập nên sự cân bằng động về nồng độ tồn tại hai bên màng tế 
bào.
­ Xảy ra đối với phần lớn các độc chất.
­ Tỷ  lệ  hấp thụ  phụ  thuộc sự  chênh lệch gradient nồng độ  ở  hai bên màng và  
tính ưa béo của độc chất.
­ Các dạng độc chất không bị  ion hóa có thể được hấp thụ  cao hơn so với các  
dạng ion hóa, do khả năng hòa tan tốt hơn trong chất béo.
* Thấm lọc qua lỗ trên màng tế bào
­ Nhờ  lực thủy tĩnh hoặc lực thẩm thấu, khi nước đi qua các lỗ  trên màng sẽ 
góp phần vận chuyển các độc chất
­ Quá trình thấm lọc phụ thuộc kích thước của lỗ trên màng và của các phân tử 
độc chất.
* Vận chuyển tích cực
­ Không phụ  thuộc vào gradient nồng độ  hay gradient điện hóa, sử  dụng năng 
lượng của quá trình trao đổi chất trong tế bào
­ Dựa trên cơ  chế  tạo phức giữa phân tử  độc chất và chất tải cao phân tử  tại  
một phía của màng, sau đó phức có thể  khuếch tán qua phía bên kia của màng và tại 
đây, phân tử  sẽ được giải phóng, còn chất tải quay trở lại vị trí ban đầu và quá trình  
lại được tiếp tục cho đến khi chất tải bị bão hòa.
­ Sự tạo phức được quyết định bởi cấu trúc, hình thể, kích thước, điện tích của  
phân tử  độc và chất tải. Hiện tượng kìm hãm và cạnh tranh cũng có thể  xảy ra giữa 
những phân tử có đặc tính tương tự nhau.
* Nội thấm bào

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 9


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

Thực chất là sự hấp thụ các phân tử độc bởi thực bào hoặc uống bào, đây là cơ 
chế quan trọng của quá trình bài tiết các độc chất có trong máu.
2.2. Hành trình của các độc chất trong cơ thể
Các độc chất, thông qua quá trình hấp thụ  (qua da, hô hấp, tiêu hóa) đi vào cơ 
thể, tại đây chúng được phân bố  theo máu đến các cơ  quan khác nhau. Khi độc chất 
tiếp xúc với các cơ quan trong cơ thể, ngoài việc tồn lưu, chúng còn có thể chịu sự tác  
động của ba quá trình sau:
- Chuyển hóa sinh học (biotransformation): Là quá trình thực hiện bởi các cơ 

quan giàu enzyme, chuyển hóa phân tử  độc chất thành các hợp chất khác, các sản 
phẩm phân hủy này thường (không phải trong mọi trường hợp) có độc tính kém hơn  
độc tính của chất ban đầu. Tuy nhiên nó không hiệu quả  với các độc chất ít bị  biển 
đổi sinh học.
- Đào thải: Là quá trình loại bỏ  khỏi cơ  thể  các độc chất không được tồn lưu  

hay chuyển hóa trong cơ thể và chỉ dễ dàng với các chất có chỉ số tích lũy thấp.
- Tạo các phức chất giữa độc chất và nơi nhận độc chất (receptor), khi độc chất 

tiếp xúc với cơ quan tiêu điểm.
2.2.1. Hấp thụ
Ngoại trừ  các chất độc phá hoại cấu trúc tế  bào (như  acid, kiềm mạnh), hầu  
hết các hóa chất độc không thể  hiện độc tính ngay tại điểm tiếp xúc với cơ  thể  mà  
phải trải qua quá trình hập thụ.
Là quá trình chất độc thấm qua màng tế  bào và xâm nhập vào máu. Việc hấp  
thụ  có thể  xảy ra qua đường tiêu hóa, hô hấp, da. Khi trong cơ  thể, chất độc được 
phân bố  và cư  trú  ở  một số cơ  quan, biến đổi thành các chất chuyển hóa rồi tích lũy  
lại hoặc bị đào thải ra bên ngoài theo nhiều con đường khác nhau.
Màng tế bào gồm hai lớp phân tử dày: Lớp bên trong chủ yếu chứa thành phần  
mỡ  và lớp bên ngoài chứa protein. Chỉ các chất độc có cấu trúc hóa học và tính chất  
vật lý phù hợp mới có thể xuyên qua lớp màng tế bào. Sau khi xuyên qua màng bảo vệ 
này, chất độc khuyêch tán vào các tổ chức bên trong cơ thể.
Quá trình hấp thụ  qua đường tiêu hóa có thể  xảy ra trong suốt độ  dài của dạ 
dày, ruột. Tuy nhiên, khả năng hấp thụ phụ thuộc vào pH, thành phần thức ăn. Nhiễm 

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 10


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

độc qua đường tiêu hóa xảy ra khi ăn, uống,… không hợp vệ  sinh. Các chất độc có  
trong thức ăn, nước uống vào đường tiêu hóa qua miệng, dạ  dày, ruột non, gan, qua 
đường tuần hoàn, đến các phủ tạng và gây nhiễm độc.
Trong trường hợp chất độc có thể  xâm nhập vào cơ  thể  qua nhiều đường thì 
khả  năng hấp thụ  sẽ khác nhau theo mỗi đường. Con đường xâm nhập chất độc vào 
cơ  thể  cũng đóng vai trò quan trọng trong sự  quyết định độc tính của một số  chất ô 
nhiễm.
2.2.2. Phân bố
Phân bố là quá trình vận chuyển chất độc sau khi đã xâm nhập vào máu đến các  
cơ quan trong cơ thể. Sau đó một số hóa chất có thể bị chuyển hóa, một số chất lại có 
thể tích lũy trong một số cơ quan.
Việc phân bố  chất độc trong cơ  thể  phụ  thuộc vào nhiều yếu tố: hấp phụ, khuyêch  
tán, khả năng tiếp nhận của tổ chức cơ thể, do vậy sự phân bố  chất độc không đồng 
đều ở các tổ chức cơ quan. Hấp phụ là yếu tố quan trọng trong quá trình phân bố chất  
độc.
2.2.3. Tích lũy sinh học của chất độc trong cơ thể
Tích lũy sinh học (bio­accumulation) là quá trình tích tụ các nguyên tố vi lượng, 
các chất ô nhiễm vào trong cơ  thể sinh vật thông qua sự  hấp thụ  bởi các sinh vật từ 
môi trường xung quanh mà chúng đang sống.
Việc tích lũy chất độc thường không xảy ra ngay tại các cơ quan đối tượng tấn 
công của chất độc mà tại các cơ quan có sự  phù hợp về  cấu trúc và tính chất lý hóa.  
Quá trình tích lũy chất độc là một trong các cơ chế bảo vệ của cơ thể. Tuy nhiên, khi  
sự  tích lũy trở  nên quá mức hoặc khi cơ  thể  phải chịu tác động của một số  yếu tố 
(stress, giảm mỡ,…) chất độc từ  nơi tích lũy sẽ  được phóng thích và gây tác hại đến 
cơ  thể. Tác hại này có thể  xảy ra tại nơi tích lũy chất độc (ví dụ  các kim loại nặng  
gây suy giảm chức năng của thận) hoặc ở các cơ quan tiêu điểm.
Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng lên sự tích lũy sinh học:
­ Chất độc càng bền (khả năng phân hủy kém) thì chỉ số tích lũy sinh học càng  
lớn
­ Chất độc có khả năng hòa tan trong mỡ cao sẽ có chỉ số tích lũy sinh học cao

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 11


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

­ Các cơ thể sinh vật khác nhau có chỉ  số tích lũy sinh học khác nhau với cùng  
một loại độc chất. Các sinh vật có hàm lượng mỡ ít hơn thì khả năng tích tụ sinh học 
các chất độc ít hơn
2.2.4. Sự khuyêch đại sinh học của độc chất qua chuỗi dinh dưỡng
Mọi cơ  thể  sinh vật đều chịu  ảnh hưởng của độc chất. Trong quá trình phát  
triển, chúng có thể  chịu  ảnh hưởng trực tiếp của độc chất hoặc gián tiếp qua chuỗi  
dinh dưỡng. Phần lớn các chất độc được sinh vật đào thải ra ngoài, một phần chất  
độc có khả năng tồn lưu trong cơ thể sinh vật. Theo chuỗi dinh dưỡng và quy luật vật 
chủ ­ con mồi, các chất độc tồn lưu đó có thể được chuyển từ  sinh vật này sang sinh 
vật khác và được tích lũy bằng những hàm lượng độc tố cao hơn theo bậc dinh dưỡng  
và thời gian sinh sống. Quá trình này được gọi là khuyêch đại sinh học của độc chất  
qua chuỗi dinh dưỡng.
Chuỗi  dinh  dưỡng  (food  chain)  là  con đường  truyền  năng lượng  (chất dinh  
dưỡng) từ  cơ thể sinh vật này đến cơ  thể sinh vật khác. Nếu tồn tại cơ  thể sinh vật  
của một mắt xích trong chuỗi dinh dưỡng nào đó có chất độc, chất này sẽ   được  
truyền sang cho sinh vật khác có bậc cao hơn, kế sau nó trong chuỗi dinh dưỡng.
Người ta gọi sự  khuyêch đại sinh học là hiện tượng một chất hiện diện trong  
hệ sinh thái đạt đến một nồng độ luôn luôn lớn hơn nồng độ mà nó phải có trong mắt 
xích của chuỗi dinh dưỡng.
Hiện tượng khuyêch đại sinh học được tạo ra khi độc chất tích tụ sinh học hiện  
diện tồn dư  rất nhiều mà lại phân hủy chậm. Mỗi khi đi qua một mức trong chuỗi 
dinh dưỡng, lượng tổng tồn dư  của chất ô nhiễm lại được chuyển vào loài ăn mồi ở 
mức dinh dưỡng trên đó và như  thế  chất ô nhiễm thông thường có thể  được tích tụ 
trong các mô mỡ. Do đó, nồng độ chất ô nhiễm này trong sinh vật ở mức trên cùng của 
chuỗi dinh dưỡng có thể rất cao so với nồng độ gặp trong môi trường.
2.2.5. Thải loại chất độc
Các loại chất độc sau khi hấp thu và phân bố trong cơ thể, theo thời gian đều bị 
đào thải ra khỏi cơ thể bằng nhiều cách:
­ Đào thải theo trình tự tự nhiên: đào thải qua đường hô hấp,đào thải qua đường  
tiêu hóa, đào thải qua nước bọt, đào thải qua sữa, đào thải qua da, đào thải qua thận,…

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 12


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

­ Đào thải do tác dụng nhân tạo như gây nôn, rửa dạ dày, tháo thụt, uống hoặc 
tiêm thuốc giải độc.
2.3. Nguyên lý bảo toàn độc chất trong chuỗi thức ăn 
2.3.1. Tích lũy sinh học – nguyên lý 2.24, 2.25
Chỉ có tính chất bền vững trong môi trường, thì các chất sẽ không gây nên vấn 
đề  gì cho môi trường. Nếu một chất không thể  xâm nhập vào bên trong cơ  thể  của 
sinh vật, thì nó sẽ không đem đến mối đe dọa nào. Một khi đã được hấp thu, mọi chất  
độc bất kỳ trong hệ sinh thái thường không mất đi qua hô hấp và bài tiết của sinh vật 
vì nó ít bị  biến chất sinh học hơn các hợp phần bình thường trong thức ăn mà được  
tích lũy trong cơ thể đến giới hạn có thể gây độc. Điều này có nghĩa là hệ số tinh của  
chất độc thường cao hơn các hợp phần bình thường trong thức ăn.
VD: DDT, DDE, kim loại nặng,….
Bảng 2. sự tích lũy DDT trong một số loài sinh vật
Các mức dinh dưỡng

Nồng độ DDT mg/kg chất khô

Hệ số tích lũy

0,000003

1

Thực vật nổi

0,0005

116

Động vật nổi

0,04

13.000

Cá nhỏ

0,5

167.000

Cá lớn

2,0

667.000

Chim ăn cá

25,0

8.500.000

Nước

Vị trí đầu tiên cho việc hấp thu bao gồm màng phổi, mang, đường ruột. Da và 
các cấu trúc khác (vảy, lông mao, long vũ) có tác dụng bảo vệ cơ thể. Tuy nhiên, việc 

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 13


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

hấp thu một số  hóa chất qua da có thể  xảy ra. Các hóa chất phải xuyên qua lớp đôi 
lipid của màng để đi vào trong cơ thể.
Tiềm năng tích lũy sinh học các hóa chất có liên quan với sự hòa tan trong lipid 
của các chất. Môi trường nước là nơi mà tại đó các chất có ái lực với lipid xuyên qua  
tấm chắn giữa môi trường vô sinh và sinh vật. Bởi vì sông, hồ  và đại dương như  là  
các bể  lắng các chất và sinh vật thủy sinh chuyển một lượng lớn nước xuyên qua  
màng hô hấp của chúng (mang) cho phép tách một lượng vừa đủ  các hóa chất từ 
nước.Thủy sinh vật có thế tích lũy sinh học các hóa chất có ái lực với lipid và đạt đến  
nồng độ cao hơn nồng độ chất đó có trong môi trường.
Bảng 3. Sự tích lũy sinh học một số độc chất trong cá
Độc chất

Chỉ số tích lũy

DDT

127.000

TCDD

39.000

Endrin

6.800

Pentachlorobenzene

5.000

Lepthophos

750

Trichlorobenzene

183

Nguồn: LeBlanc, 1994, Environ. Sci. Technol., 28, 154­160.

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 14


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

Nguồn: Nghiên cứu sự tích lũy kim loại nặng Cadmium (Cd) và chì (Pb) của loài hến (Corbicula sp.)  
vùng cửa sông ở thành phố Đà Nẵng. Tạp chí khoa học công nghệ số 1 (30).2009

Hình 3. Sự tích lũy sinh học Cd (ppm)và chì (Pb) trong loài Hến
* Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy sinh học:
­ Tính bền vững trong môi trường của độc chất. Mức độ tích lũy của một chất 
trong môi trường được xác định bằng nồng độ của chất đó trong môi trường. Chất gây 
ô nhiễm dễ dàng bị đào thải ra khỏi môi trường thì thường không sẵn sàng cho tích lũy 
sinh học.
­ Tính tan trong lipid là một nhân tố  quyết định cho khả  năng tích lũy sinh học 
của một chất. Tuy nhiên, các chất có ái lực với lipid thường có xu hướng ngấm vào  
trong nền đáy, vì thế làm cho chúng ít sẵn sàngcho việc tích lũy sinh học. Ví dụ một số 
chất dễ dàng bị hấp thu bởi acid humiccó trong bùn đáy thì thường ít có khả  năng tích  
lũy sinh học trong cá.
­ Các cơ thể sinh vật khác nhau có chỉ  số tích lũy sinh học khác nhau với cũng  
một loại độc chất. Các sinh vật có hàm lượng mỡ ít hơn thì khả năng tích tụ sinh học 
các độc chất ít hơn.
* Sự tích lũy sinh học trong chuỗi thức ăn:
­ Các hóa chất có thể được chuyển vào chuỗi thức ăn từ sinh vật đến động vật  
ăn thịt. Đối với các chất hòa tan trong lipid, thì sự vận chuyển này có thể dẫn đến việc 
tăng nồng độ  hóa chất với mỗi mắc xích tiếp theo trong chuỗi thức ăn (phát tán sinh 
học). Một chất có thể  tích lũy sinh học bởi một nhân tố  của bất kể  nguồn chất lây 
nhiễm là nước hay thức ăn thì việc phát tán các chất  ở  mỗi mức dinh dưỡng sẽ  dẫn 
đến nồng độ cao hơn của chất đó trong mức cao của chuỗi thức ăn.

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 15


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

­  Điều đó cho thấy tích lũy sinh học độc chất điển hình từ  nước môi trường 
nước hơn là từ thức ăn và dường như không có một cá thể nào tích lũy độc chất ởcùng  
một mức độ từ cả 2 nguồn. 
­ Ví dụ: sự vận chuyển DDT trong chuỗi thức ănđã dẫn đến sự suy thoái nhiều 
quần thể chim ăn thịt. Điều này đã góp phần làm nên một quyết định là cấm sử dụng 
chất diệt côn trùng này.
* Khả năng gây độc
­  Tích lũy sinh học làm chậm quá trình biểu hiện độc tính của hóa chất. Lúc  
đầuđộc chất được tích lũy trong lipid, nhưng vẫn di chuyển đến mục tiêu.Khi lipid 
được sử dụng thì hóa chất này mới biểu hiện độc tính.Ví dụ, độc chất tích lũy trong  
lipid thường được di chuyển trong quá trình chuẩn bị cho sự sinh sản. Sự mất lipid có  
thể dẫn đến giải phóng các độc chất hòa tan trong lipid và làm cho chúng trở nên độc. 
Hệ quả này có thể dẫn đến sự chết của các cá thểtrưởng thành khi chúng tiến đến sự 
thành thục để sinh sản.
­ Các hóa chất hòa tan trong lipid cũng có thể được chuyển cho các thế hệ sau. 
Ví dụ, lipid có trong lòng đỏ của trứng hoặc trong sữa động vật có vú, có khả năng sự 
gây độc cho các thếhệ sau mà thế hệ bố mẹ không bị nhiễm độc bởi các hóa chất này.
2.3.2. Quan hệ của tích lũy sinh học và sự phát triển của sinh vật – nguyên  
lý 2.26 
Bảng 4. Giá trị phân tích và giá trị tính toán của hệ số tích lũy sinh học trong cá của  
một số hóa chất có khả năng chuyển hóa sinh học khác nhau

Chemical

Khả năng chuyển 
hóa sinh học

Hệ số tích lũy sinh học
Dự đoán

Xác định

Chlordane

Thấp

47900

38000

PCB

Thấp

36300

42600

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 16


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

Mirex

Thấp

21900

18200

Pentachloro­phenol

Cao

4900

780

Tris(2,3­dibromo­
propyl)phosphate

Cao

4570

3

Nguồn: Mackay, 1982. Environ. Sci. Technol.,16,274­278

Các độc chất được tích lũy trong cơ thể sinh vật, không những không được đào 
thải và còn gia tăng về lượng do trong quá trình sinh trưởng và phát triển sinh vật tiêu  
thụ  ngày càng nhiều thức ăn cả  về  mặt tần số  và lượng, nên độc chất được tích tụ 
ngày một nhiều qua thời gian và có mối quan hệ gần như tuyến tính với  kích thước và 
khối lượng của sinh vật (sinh khối của sinh vật được chuyển khối không hoàn toàn từ 
sinh vật  ở  bậc thức ăn trước nhưng lại kèm theo sự  chuyển khối toàn vẹn của độc 
chất).
Theo Lê Huy Bá (giáo trình Độc học môi trường cơ  bản) thông thường thì sự 
tích lũy kim loại nặng trong cơ thể các loài động vật nhuyễn thể tỷ lệ thuận với kích 
thước và khối lượng. Một số trường hợp có sự thay đổi riêng, tùy thuộc đặc điểm của  
từng loài. Có những loài trong giai đoạn còn non chịu tác động mạnh và tích lũy lớn  
kim loại nặng trong cơ thể, có loài trong thời gian sống có thể đào thải hoặc ngăn cản  
sự nhiễm độc kim loại nặng vào cơ thể, do đó cơ thể càng trưởng thành thì khả năng  
tích lũy kim loại nặng giảm dần.
Theo nghiên cứu tích lũy kim loại nặng chì (Pb) và Cadmium (Cd) ở loài sò lông 
(Anadara subcrenata Lischke) và ngao dầu (Meretrix meretrix Linnaeus) vùng cửa sông,  
TP. Đà Nẵng của Phạm Thị Hồng Hà, Nguyễn Văn Khánh và Lê Thị Quế (2008).

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 17


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

Bảng 5. Kim loại nặng Pb, Cd (µg/g : tính theo khối lượng tươi) tích lũy ở loài Sò lông  
(Anadara subcrenata L.) và Ngao dầu (Meretrix meretrix L.)
Sò lông (Anadara subcrenata L.)
Khu vực

Cửa sông Hàn

Cửa sông Cu Đê

Cửa sông Hàn

Cửa sông Cu Đê

Pb (/g)

Cd (µg/g)

TB  SD

TB  SD

 (n=4)
0,99  0,19a
0,23  0,02 a
15 – 35 (n=4)
0,78  0,13 a
0,16   0,03b
<15 (n=4)
0,24  0,12 c
0,13   0,02 b
Trung bình (n=12)
0,67   0,36 A
0,21   0,04 A
>35 (n=4)
0,76  0,09 a
0,17   0,01 a
15 – 35 (n=4)
0,49   0,05 b
0,14   0,01 b
<15 (n=4)
0,29   0,09 c
0,09   0,01 c
Trung bình (n=12)
0,51   0,21 B
0,12   0,03 B
Ngao dầu (Meretrix meretrix L.)

 (n=4)
15 – 35 (n=4)
<15 (n=4)
Trung bình (n=12)
>35 (n=4)
15 – 35 (n=4)
<15 (n=4)
Trung bình (n=12)

Pb (µg/g)
TB  SD

Cd (µg/g)
TB  SD

1,90 0,13 a
1,65 
1,22 0,09 c
1,59  0,31 C
1,47  0,13 a
1,23   0,21 a
1,04   0,15 c
1,25   0,24 C

0,25  0,02 a
0,19 0,01 b
0,18  0,01 b
0,17  0,05 AB
0,15   0,03 a
0,13   0,01 a
0,10   0,03 a
0,13   0,04 B

Ghi chú:  Các giá trị  trung bình có cùng chữ  cái (a,b,c) hoặc (A,B,C) không có sự 
khác nhau có ý nghĩa, so sánh theo loài và theo khu vực nghiên cứu

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 18


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

Hình 1: Tương quan giữa KLN Pb và Cd tích lũy với kích thước và khối lượng của loài  
Sò lông (Anadara subcrenata L.)

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 19


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

Hình 4. Tương quan giữa KLN Pb và Cd tích lũy với kích thước và khối lượng của loài  
Ngao dầu (Meretrix meretrix L.)
2.3.3. Khuếch đại sinh học
Mọi cơ  thể  sinh vật đều chịu  ảnh hưởng của độc chất. Trong quá trình phát  
triển, chúng có thể  chịu  ảnh hưởng trực tiếp của độc chất hoặc gián tiếp qua chuỗi  
dinh dưỡng. Phần lớn các chất độc được sinh vật đào thải ra ngoài, một phần chất  
độc có khả  năng tồn lưu trong cơ  thể sinh vật. Theo chuỗi thức ăn, các chất độc tồn  
lưu đó có thể  được chuyển từ  sinh vật này sang sinh vật khác và được tích lũy bằng  
những hàm lượng độc tố  cao hơn theo bậc dinh dưỡng và thời gian sinh sống. Quá  
trình này được gọi là khuếch đại sinh học của độc chất qua chuỗi dinh dưỡng. 
Chuỗi  dinh  dưỡng  (food  chain)  là  con đường  truyền  năng lượng  (chất dinh  
dưỡng) từ  cơ thể sinh vật này đến cơ  thể sinh vật khác. Nếu tồn tại cơ  thể sinh vật  
của một mắt xích trong chuỗi dinh dưỡng nào đó có chất độc, chất này sẽ   được  
truyền sang cho sinh vật khác có bậc cao hơn, kế  sau nó trong chuỗi dinh dưỡng.  
Khuếch đại sinh học là hiện tượng một chất hiện diện trong hệ sinh thái đạt đến một  
nồng độ  luôn luôn lớn hơn nồng độ  mà nó phải có trong mắt xích của chuỗi dinh 
dưỡng.
Những loại chất độc có khó bị  đào thải thường tích lũy trong mô của sinh vật  
tiêu thụ như các kim loại nặng, các chất hữu cơ khó phân hủy ( POPs) , PCBs  và các  
loại độc chất khác thường gây hại tới cơ  thể  sinh vật nhưng thông qua hiệu  ứng  
khuếch đại trên chuỗi thức ăn mà sẽ  gây tác hại lớn hơn tới các loài sinh vật  ở  cuối  
chuỗi dinh dưỡng.  Một ví dụ  đơn giản về  sự  khuếch đại sinh học của độc chất là 
trường hợp khi dùng thuốc trừ  chuột Klerat (Brodifacoum)  ở  Mai xá, Vụ  bản, Nam  
Định năm 1987 đã thấy rằng chuột bị  chết vì thuốc, bị  mèo ăn, mèo cũng bị  chết do  
thuốc có trong xác chuột. Mèo mẹ   bị  ngộ  độc Klerat, cho mèo con bú sữa, mèo con  
cũng bị chết vì thuốc.

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 20


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

 Hình 5 . Độc chất (DDT) tăng dần theo chuỗi thức ăn 
Một   nghiên   cứu   điển   hình   mà   các   nhà   khoa   học   Mỹ   (G.M.Worster   và   P.A 
Isnacson) nghiên cứu từ những năm 1967 về sự khuếch đại sinh học của DDT tại vùng 
biển nước Mỹ. Đầu tiên, người ta thấy rằng quần thể cá Cormoran đang bị  suy giảm  
bất thường. Khi tìm nguyên nhân cá chết, người ta thấy rằng nồng độ  DDT trong cá  
tới 26,4ppm. Tuy vậy, khi phân tích DDT trong nước biển thì nồng độ  DDT rất nhỏ 
0,00005ppm. Nhưng khi họ tiến hành xét nghiệm theo chuỗi thức ăn lại giải thích rất  
rõ ràng loài cá này thường ăn một loại cá là Merganser. Khi phân tích DDT trong cá này  
thấy hàm lượng DDT là 22,8ppm. Tiếp tục theo hướng này, người ta tìm thấy DDT 
trong trứng cá Osprey là 13,8, trong Herring Gun (cá ăn cá nhỏ) là 6,0ppm và Heron –  
một lọai cá nhỏ  hay bị  Herring Gun ăn là 3,57ppm, trong cá ăn phiêu sinh thực vật 
Pikeran là 1,33ppm và trong thực vật phiêu sinh Sheepshead minnow tại vùng biển này 
là 0,94ppm. 
Bảng 6. Hàm lượng DDT trong chuỗi thức ăn vùng ven biển Mỹ

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 21


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

(Nguồn: G.M.Worster và P.A Isnacson, tạp chí Science 156, 1967, trang 821)
Khuếch đại sinh học khiến độc chất di chuyển và tích tụ với lượng lớn tại các  
bậc thức ăn cuối của chuỗi gây tác động tiêu cực đến thành phần và chất lượng cá thể 
của loài, thậm chí có thể  gây tác động tới hệ  sinh thái sinh vật, đặc biệt nguy hiểm  
hơn khi mắt xích cuối cùng trong chuỗi thức ăn ngày nay chính là con người, việc  
khuếch đại trong chuỗi và tích tụ  lại trong cơ thể người gây tác động xấu không chỉ 
cho thế hệ hiện tại mà còn ảnh hưởng đến cả các thế hệ sau này.
3. BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA TÍCH LŨY ĐỘC CHẤT 
Để giải quyết vấn về sự tích lũy độc chất và hiểu rõ sự di chuyển của mỗi độc  
chất trong mỗi loại chuỗi thức ăn khác nhau là một vấn đề  khó khăn. Bởi chỉ  có tính  
chất bền vững trong môi trường, thì các chất sẽ  không gây nên vấn đề  gì cho môi  
trường. Nếu một chất không thể  xâm nhập vào bên trong cơ  thể  của sinh vật, thì nó  
sẽ không đem đến mối đe dọa nào. Một khi đã được hấp thu, hóa chất được tích lũy  
trong cơ thể đến giới hạn có thể gây độc, biểu hiện ra bên ngoài, và chỉ khi đó chúng  
ta mới có thể  phát hiện được, cũng thời điểm đó thì mắt xích phía trên trong chuỗi  
thức ăn, hay chính chúng ta đã tích lũy một lượng đáng kể  độc chất khi sử  dụng các 
sinh vật đó làm thức ăn.
Việc giải quyết vấn đề  này đòi hỏi: phát hiện ra nguồn ô nhiễm, nguồn cung  
cấp độc chất ra môi trường vô cơ và đề ra các biện pháp tối ưu xử lý bằng cách cô lập  
các cân bằng vật chất cho các thành phần và các nguyên tố độc chất.
Ví dụ  để  giải quyết cho vấn đề  tích lũy độc chất DDT trong chuỗi thức ăn 
trong môi trường nước, cần phải xác định: 

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 22


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

­ Thông tin về  cân bằng độc chất: gồm các số  liệu về  các nguồn thải, chất 
lượng nguồn nước, DDT trong sinh vật…
Xác định nguồn gốc ô nhiễm do đâu và hàm lượng của chúng:
+ Do chất thải từ hoạt động sản xuất công nghiệp 
+ Dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật sử dụng trong nông nghiệp…….
­ Xác định hành vi của độc chất ô nhiễm trong môi trường
­ Xác định chuỗi thức ăn (chuỗi di chuyển) cơ bản của độc chất trong hệ  sinh 
thái

Hình 6. Sự gia tăng nồng độ độc chất trong chuỗi thức ăn sinh thái. 
(1) là nồng độ  độc chất trong môi trường nước. Sự  tích lũy sinh học độc chất từ  cả  
môi trường nước và nguồn thức ăn. Số  có vòng tròn là nồng độ  độc chất trong các  
cấu thành của chuỗi thức ăn; số đi kèm theo với mũi tên là nồng độ  độc chất chuyển  
từ cấu thành này đến cấu thành khác.

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 23


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

Điều đó cho thấy tích lũy sinh học độc chất điển hình từ môi trường nước hơn  
là từ thức ăn và dường như không có một cá thể nào tích lũy độc chất ở cùng một mức 
độ từ cả 2 nguồn. 
- Đánh giá  ảnh hưởng của độc chất (ngưỡng gây độc, cơ  chế  gây độc,..) đến 

sinh vật tại mỗi bậc dinh dưỡng và tới con người.
- Cô lập chất ô nhiễm theo mỗi bậc thức ăn, hoặc đa dạng lưới thức ăn sao  

cho bậc dinh dưỡng có thể  bị  tích lũy có nhiều hơn một lựa chọn bậc dinh dưỡng  
trước đó làm thức ăn. 
- Biện pháp chính là xử  lý hay giảm thiểu phát thải độc chất ra ngoài môi  

trường tại các nguồn ô nhiễm.
- Tuyên truyền, phổ  biến về  tác động của động chất, thay đổi tập quán dinh 

dưỡng của một số địa phương tại các vùng có tích lũy sinh học cao các độc chất.

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 24


Bài tiểu luận môn: Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Thị  Hồng Hà, Nguyễn Văn Khánh và Lê Thị  Quế  ­ Nghiên cứu tích lũy kim  
loại nặng chì (Pb) và Cadmium (Cd)  ở  loài sò lông (Anadara subcrenata Lischke) và  
ngao dầu (Meretrix meretrix Linnaeus) vùng cửa sông, TP. Đà Nẵng.
[2] Lưu Đức Hải, Bài giảng Nguyên lý Khoa học và Công nghệ Môi trường
[3] Nguyễn Trần Oánh, Nguyễn Văn Viên, Bùi Trọng Thủy, Giáo trình sử dụng thuốc  
bảo vệ thực vật, Đại học Nông Nghiệp Hà Nội, 2007, (43).
[4] Vũ Trung Tạng – Giáo trình cơ sở Sinh thái học, Nxb Giáo dục, 2009
[5]  Trần Duy Vinh­ Nghiên cứu sử  dụng Ngao dầu (Meretrix meretrix L.) và Hến  
(Corbicula sp.) để đánh giá mức độ ô nhiễm Thủy Ngân (Hg) ở khu vực cửa Đại, TP.  
Hội An.

Nhóm 13 – Lớp K22 Cao học Môi trường

 25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×