ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------------

KIỀU THỊ HÒA

NGHIÊN CỨU SỰ ỨC CHẾ PHÁT QUANG CỦA
VI KHUẨN Vibrio fischeri NHẰM PHÁT HIỆN ĐỘC TÍNH
CỦA NƯỚC SINH HOẠT NHIỄM MỘT SỐ
KIM LOẠI NẶNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2016




MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. ii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... ix
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .....................................................................4
1.1. Tổng quan về ô nhiễm kim loại nặng nguồn nƣớc sinh hoạt ở Việt Nam .......4
1.1.1. Các khái niệm liên quan ............................................................................4
1.1.2. Kim loại nặng và ảnh hưởng của chúng đến con người ...........................4
1.1.2.1. Cadimi (Cd) ........................................................................................4
1.1.2.2. Đồng (Cu)...........................................................................................5
1.1.2.3. Các kim loại khác ...............................................................................7

1.1.3. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng nguồn nước sinh hoạt ở Việt Nam .....9
1.1.3.1. Ô nhiễm kim loại nặng trong nƣớc mặt .............................................9
1.1.3.2. Ô nhiễm kim loại nặng trong nƣớc ngầm ........................................11
1.2. Một số phƣơng pháp phát hiện ô nhiễm kim loại nặng..................................13
1.2.1. Phương pháp hóa học đánh giá phát hiện ô nhiễm kim loại nặng .........13
1.2.1.1. Phƣơng pháp hấp phụ nguyên tử ngọn lửa F - AAS ........................13
1.2.1.2. Phƣơng pháp khối phổ plasma cảm ứng ICP - MS ..........................15
1.2.2. Phương pháp sinh học đánh giá độc tính kim loại nặng trong nước .....17
1.3. Một số đặc tính của Vibrio fischeri giúp đánh giá độc tính của nƣớc ...........19
1.3.1. Cấu trúc, hình thái và đặc điểm di truyền của vi khuẩn Vibrio fischeri .19

ii


1.3.1.1. Cấu trúc, hình thái ............................................................................19
1.3.1.2. Các đặc điểm di truyền qui định khả năng phát quang ....................20
1.3.2. Cơ chế liên quan đến khả năng phát quang của vi khuẩn Vibrio fischeri
...........................................................................................................................21
1.3.2.1. Cơ chế phát quang sinh học .............................................................21
1.3.2.2. Cơ chế tác động đến khả năng phát quang sinh học ........................22
1.3.3. Môi trường và các điều kiện nuôi cấy tối ưu Vibrio fischeri ..................23
1.3.3.1. Môi trƣờng nuôi cấy.........................................................................23
1.3.3.2. Các điều kiện nuôi cấy .....................................................................24
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................25
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu.....................................................................................25
2.2. Hóa chất và trang thiết bị ...............................................................................25
2.2.1. Hóa chất ..................................................................................................25
2.2.2. Máy móc và trang thiết bị .......................................................................26
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................27
2.3.1. Phương pháp lấy mẫu, phân tích và đánh giá chất lượng nước cấp sinh

hoạt ....................................................................................................................27
2.3.1.1. Phƣơng pháp lấy mẫu nƣớc..............................................................27
2.3.1.2. Phƣơng pháp phân tích và đánh giá chất lƣợng nƣớc ......................27
2.3.2. Phương pháp, kĩ thuật vi sinh .................................................................28
2.3.2.1. Kĩ thuật phân lập và sàng lọc vi khuẩn ............................................28
2.3.2.2. Các kĩ thuật cấy vi sinh ....................................................................29
2.3.2.3. Kĩ thuật chụp huỳnh quang và nhuộm Gram ...................................29
2.3.2.4. Kĩ thuật sinh học phân tử .................................................................29
iii


2.3.2.5. Phƣơng pháp nuôi cấy trên môi trƣờng lỏng ...................................32
2.3.2.6. Phƣơng pháp xác định tốc độ sinh trƣởng .......................................33
2.3.2.7. Phƣơng pháp xác định cƣờng độ phát quang ...................................33
2.3.2.8. Phƣơng pháp xác định mật độ tế bào ...............................................33
2.3.2.9. Phƣơng pháp xác định ảnh hƣởng của mật độ tế bào vi khuẩn tới
cƣờng độ phát quang .....................................................................................34
2.3.3. Phương pháp xác định độc tính kim loại nặng .......................................34
2.3.3.1. Xác định ảnh hƣởng của nồng độ kim loại đến cƣờng độ phát quang
.......................................................................................................................34
2.3.3.2. Xác định ảnh hƣởng hỗn hợp kim loại tới cƣờng độ phát quang ....35
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................................36
3.1. Kết quả chất lƣợng nƣớc sinh hoạt

tại một số đơn vị quân đội ..................36

3.2. Phân lập và xác định đặc điểm sinh học của chủng Vibrio fischeri ...............37
3.2.1. Kết quả phân lập và sàng lọc vi khuẩn từ nước đầm tôm .......................37
3.2.2. Hình thái, cấu trúc vi khuẩn Vf3 .............................................................38
3.2.3. Nhận dạng vi khuẩn bằng đọc trình tự đoạn gen mã hóa cho ARNr 16S

...........................................................................................................................39
3.2.3.1. Tách chiết ADN hệ gen của chủng vi khuẩn Vibrio fischeri ...........39
3.2.3.2. Nhân bản đoạn gen mã hóa cho ARNr 16S của chủng vi khuẩn
Vibrio fischeri bằng PCR ..............................................................................40
3.2.3.3.Giải trình tự gen mã hóa cho ARNr 16S của chủng vi khuẩn Vibrio
fischeri ...........................................................................................................41
3.2.4. Nghiên cứu lựa chọn môi trường và điều kiện nuôi cấy Vibrio sp. Vf3..42
3.2.5. Ảnh hưởng mật độ tế bào tới cường độ phát quang của Vibrio sp. Vf3 .47

iv


3.3. Nghiên cứu sự ức chế phát quang của Vibrio sp. Vf3 bởi một số kim loại
nặng .......................................................................................................................48
3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ Cd2+ tới cường độ phát quang của Vibrio sp.
Vf3 và ngưỡng độc tính .....................................................................................49
3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ Cu2+tới cường độ phát quang của Vibrio sp. Vf3
và ngưỡng độc tính ............................................................................................51
3.3.3. So sánh độc tính của Cd2+, Cu2+ đối với Vibrio sp. Vf 3 ........................52
3.3.3.1. So sánh độc tính của Cd2+, Cu2+ đối với Vibrio sp. Vf3 thông qua
giá trị EC10 .....................................................................................................52
3.3.3.2. So sánh độc tính của Cd2+, Cu2+ đối với Vibrio sp. Vf3 thông qua
giá trị EC50 .....................................................................................................52
3.3.3.3. So sánh độc tính của Cd2+, Cu2+ đối với Vibrio sp. Vf3 thông qua
giá trị EC90 .....................................................................................................53
3.3.5. Ảnh hưởng của hỗn hợp Cu2+ và Cd2+ đến cường độ phát quang của
Vibrio sp. Vf3 ....................................................................................................53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................57
1. Tài liệu Tiếng Việt ............................................................................................57

2. Tài liệu Tiếng Anh ............................................................................................58

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Viết đầy đủ

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TCCP

Tiêu chuẩn cho phép

BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng

BYT

Bộ Y tế


RLU

(Relative Light Units) Đơn vị ánh sáng tƣơng đối

OD600

(Optical Density 600 nm) Mật độ quang học tại bƣớc sóng 600 nm

WHO

(World Health Organization) Tổ chức y tế thế giới

JECFA

(Joint Expert Committee of Food Additives) Ủy ban chuyên gia về
phụ gia thực phẩm

IARC

(International Agency for Research on Cancer) Tổ chức ung thƣ
thế giới

F - AAS

(Flame Atomic Absorption Spectrometry) Phƣơng pháp hấp phụ
nguyên tử ngọn lửa

ICP - MS

(Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry) Phƣơng pháp

khối phổ plasma cảm ứng

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Bệnh itai - itai và cấu trúc xương ...............................................................5
Hình 1. 2: Hàm lượng sắt trong nước giếng khoan, giếng đào ở nông thôn ..........12
Hình 1. 3: Cấu trúc tế bào vi khuẩn Vibrio fischeri ................................................20
Hình 1. 4: Trình tự gen 16S rARN của Vibrio fischeri tại ngân hàng gen ..............20
Hình 1. 5: Vùng gen qui định khả năng phát quang của Vibrio fischeri .................21
Hình 1. 6: Cơ chế điều hòa phát quang sinh học của Vibrio fischei .......................22
Hình 1. 7: Cơ chế tác động đến khả năng phát quang của Vibrio fischeri gây ra bởi
hai độc chất ..............................................................................................................23
Hình 2. 1: Máy Delta Tox II ……………………………………………..………..26
Hình 2. 2: Máy ICP - MS ………………………………………………………....26
Hình 2. 3: Chu trình nhiệt trong kĩ thuật PCR gen 16S rARN……………..…..…31
Hình 3. 1: Phân lập và cấy zic zac vi khuẩn trong môi trường Photobacterium ......38
Hình 3. 2: Ảnh chụp huỳnh quang Vf3 ......................................................................39
Hình 3. 3: Ảnh nhuộm Gram Vf3 ..............................................................................39
Hình 3. 4: Điện di kiểm tra trên gel agarose 1% của ADN tổng số .........................40
Hình 3. 5: Điện di kiểm tra trên gel agarose 1% đối với sản phẩm PCR đoạn gen
16S rARN của chủng vi khuẩn nghiên cứu................................................................41
Hình 3.6: So sánh trình tự đoạn gen 16S rARN của Vf3 với trình tự đoạn gen 16S
rARN của Vibrio fischeri ...........................................................................................42
Hình 3. 7: Đồ thị tương quan giữa tốc độ sinh trưởng (thể hiện qua giá trị OD600,
đơn vị A) và cường độ phát quang (thể hiện qua giá trị photon light, đơn vị RLU)
của Vibrio sp. Vf3 trong Photobacterium và MT K 2% ............................................43

vii



Hình 3. 8:Vibrio sp. Vf3 được nuôi lỏng trên MT K 2% (trái), Photobacterium
(phải) sau 23h ...........................................................................................................45
Hình 3. 9: Mức độ phát quang của Vibrio sp. Vf3 trong môi trường Photobacterium
và MT K 2%, sau 23h ................................................................................................46
Hình 3. 10: Ảnh hưởng mật độ tế bào tới cường độ phát quang của Vibrio sp. Vf 3
...................................................................................................................................47
Hình 3. 11: Sự ảnh hưởng của Cd2+ đến cường độ phát quang của Vibrio sp. Vf3 .49
Hình 3. 12: Sự ảnh hưởng của Cu2+ đến cường độ phát quang của Vibrio sp. Vf3 .51
Hình 3. 13: Ảnh hưởng của hỗn hợp kim loại đến cường độ phát quang của Vibrio
sp. Vf3 (nồng độ Cd2+ là 2,5 mg/l và nồng độ Cu2+ thay đổi từ 0,5 - 60mg/l)..........54
Hình 3. 14: So sánh ảnh hưởng của hỗn hợp hai kim loại và tác động của CuSO4 tới
khả năng phát quang của Vibrio sp. Vf3 ...................................................................55

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1: Hàm lượng sắt, mangan trong mẫu trà đen và trà xanh ........................ 15
Bảng 1. 2: Giá trị EC50 trong thử nghiệm độc học của D.magna với kim loại nặng
trong nước ................................................................................................................ 18
Bảng 2. 1: Thành phần phản ứng PCR gen 16S rARN của vi khuẩn…………… 30
Bảng 3.1: Chất lượng nước sinh hoạt tại một số đơn vị quân đội……………….37
Bảng 3. 2: Kết quả theo dõi quá trình sinh trưởng của các khuẩn lạc ..................... 38
Bảng 3.3: Mật độ tế bào vi khuẩn Vibrio sp. Vf 3 trong các môi trường nuôi cấy ... 46
Bảng 3. 4: Giá trị EC10 (mg/l) của Cu2+ và Cd2+ đối với Vibrio sp. Vf3 .................. 52
Bảng 3. 5: Giá trị EC50 (mg/l) của Cu2+ và Cd2+ đối với Vibrio sp. Vf3 .................. 53
Bảng 3.6: Giá trị EC90 (mg/l) của Cu2+ và Cd2+ đối với Vibrio sp. Vf3 ................... 53


ix


MỞ ĐẦU
Hiện nay ở nƣớc ta, hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong nƣớc sinh hoạt
ngày một phổ biến và diễn biến theo chiều hƣớng phức tạp. Hiện trạng này đƣợc
phản ánh thông qua hàm lƣợng các kim loại nặng nhƣ đồng, chì, cadimi, asen,…
trong nƣớc của các sông, suối, ao, hồ,… nơi cấp nƣớc dùng cho sinh hoạt cao hơn
tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Bên cạnh đó, ô nhiễm kim loại nặng trong nƣớc sinh
hoạt gây hại cho sinh vật và ảnh hƣởng nghiêm trọng tới sức khỏe con ngƣời.
Tính đến nay, có hai nhóm phƣơng pháp cơ bản phát hiện độc chất kim loại,
đó là phƣơng pháp truyền thống và phƣơng pháp hiện đại. Phƣơng pháp truyền
thống đã sử dụng cá, bo bo (McFetters, 1983; Wang, 1991), tảo, Daphnia magna,…
để xác định độc tính đơn kim loại. Phƣơng pháp này đơn giản, dễ thực hiện và
không tốn kém. Tuy nhiên kết quả thu đƣợc từ phƣơng pháp chƣa định tính, định
lƣợng từng kim loại cụ thể. Bên cạnh đó, các phƣơng pháp hiện đại nhƣ quang phổ
hấp thụ nguyên tử (AAS), khối phổ plasma cảm ứng (ICP - MS),... đã phân tích
chính xác đƣợc từng kim loại cụ thể với độ nhạy cao nhƣng đòi hỏi máy móc, trang
thiết bị hiện đại và chƣa áp dụng ngoài điều kiện phòng thí nghiệm. Để khắc phục
đƣợc hạn chế đó, trên thế giới đã sử dụng vi khuẩn Vibrio fischeri dƣới dạng test,
kit (để đánh giá độc tính của nƣớc) ở ngoài phòng thí nghiệm (nhờ vào khả năng
phát quang của vi khuẩn).
Trên thế giới, các nhà khoa học Mỹ đã chế tạo thành công bộ thuốc thử
Microtox, có thành phần chính là Vibrio fischeri dạng đông khô. Tuy nhiên, bộ
thuốc thử cần đƣợc bảo quản ở nhiệt độ thấp (-15 oC đến -25oC), vì thế ở ngoài hiện
trƣờng, việc bảo quản gặp nhiều khó khăn. Ở Việt Nam, việc sử dụng vi khuẩn
đƣợc tiêu chuẩn hóa trong TCVN 6831:2010 và đƣợc đề cập trong nhiều nghiên
cứu. Trong đó, Đỗ Thị Lan Chi năm 2006, đã xác định đƣợc độc tính đơn kim loại
nặng trong bùn thải công nghiệp bằng bộ thuốc thử Microtox. Tuy nhiên, ở nƣớc ta
hiện nay các nghiên cứu đánh giá độc tính trong nƣớc qua bộ thuốc thử chỉ áp dụng

trong điều kiện phòng thí nghiệm (bằng thiết bị đọc ánh sáng Microtox Model 500

1


Analyzer), chƣa đánh giá đƣợc độc tính của hỗn hợp kim loại và không chủ động
trong nguồn thuốc thử khá đắt đỏ đó.
Đồng thời, nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng Vibrio fischeri thƣờng có trong nƣớc
biển và nƣớc đầm tôm. Vì vậy, việc chủ động tạo nguồn vi khuẩn từ trong tự nhiên
để phát hiện nhanh kim loại nặng trong nƣớc sinh hoạt là điều cần thiết và có ý
nghĩa thực tiễn. Do đó tên đề tài luận văn đƣợc lựa chọn là: “Nghiên cứu sự ức chế
phát quang của vi khuẩn Vibrio fischeri nhằm phát hiện độc tính của nước sinh
hoạt nhiễm một số kim loại nặng”.
Mục tiêu của đề tài:
- Đánh giá chất lƣợng nƣớc sinh hoạt ở một số đơn vị quân đội
- Phân lập và xác định đặc điểm sinh học của vi khuẩn Vibrio fischeri
- Đánh giá ảnh hƣởng của một số kim loại nặng hòa tan trong nƣớc đến sự
phát quang của vi khuẩn Vibrio fischeri làm cơ sở để chế tạo kit phát hiện nhanh
độc tính của nƣớc sinh hoạt bị ô nhiễm kim loại nặng
Đối tượng nghiên cứu: vi khuẩn phát quang Vibrio fischeri, nƣớc cấp sinh
hoạt tại một số đơn vị quân đội và mẫu nƣớc chứa Cd2+, Cu2+ tự tạo.
Phạm vi nghiên cứu: xác định các điều kiện phân lập và nuôi cấy để tạo nguồn
vi khuẩn Vibrio fischeri; đánh giá sự ức chế phát quang vi khuẩn Vibrio fischeri
trong nguồn nƣớc chứa Cd2+, Cu2+ tự tạo trong phòng thí nghiệm.
Nội dung nghiên cứu:
- Khảo sát mẫu nƣớc dùng trong sinh hoạt ở một số đơn vị quân đội
- Phân lập, xác định các đặc điểm sinh học của Vibrio fischeri từ đầm nuôi tôm
- Xác định các điều kiện nuôi cấy, tạo nguồn vi khuẩn Vibrio fischeri dùng cho
nghiên cứu
- Xác định ảnh hƣởng của một số kim loại nặng tới khả năng phát quang của

Vibrio fischeri
Địa điểm nghiên cứu
Phòng Công nghệ Hóa sinh - Viện Công nghệ mới/Viện Khoa học và Công
nghệ quân sự.

2


Đóng góp mới của đề tài
Phân lập và tạo thành công nguồn vi khuẩn Vibrio fischeri từ nƣớc đầm tôm.
Đồng thời, xác định đƣợc ảnh hƣởng của Cd2+ và Cu2+ đến khả năng phát quang của
Vibrio fischeri.
Ứng dụng thực tiễn của đề tài
Các kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở giúp chế tạo kit phát hiện nhanh
độc tính của nƣớc sinh hoạt. Trong đó, kit phát hiện sử dụng một kim loại là chất
chuẩn có ngƣỡng độc tính ổn định ở mức trung bình và đƣợc nghiên cứu phổ biến.
Nồng độ gây suy giảm 50% khả năng phát quang của vi khuẩn (hay giá trị EC50)
của chất chuẩn đƣợc sử dụng làm giá trị tiêu chuẩn để đánh giá độc tính với các
mẫu nƣớc sinh hoạt.

3


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan về ô nhiễm kim loại nặng nguồn nƣớc sinh hoạt ở Việt Nam
1.1.1. Các khái niệm liên quan
Kim loại nặng là những kim loại có khối lƣợng riêng lớn hơn 5g/cm3 [2].
Một số kim loại nặng (nhƣ sắt, selen, molypden, đồng, mangan, coban, bo,
stronti,… [34]) ở hàm lƣợng nhất định là nguyên tố vi lƣợng cần thiết cho cơ thể
sống. Tuy nhiên, khi hàm lƣợng vƣợt quá giới hạn cho phép thì chúng sẽ gây độc

cho sinh vật.
Nƣớc sinh hoạt là nƣớc sử dụng cho mục đích sinh hoạt thông thƣờng không
sử dụng để ăn uống trực tiếp hoặc chế biến thực phẩm tại các cơ sở chế biến (theo
QCVN 02:2009/BYT về chất lƣợng nƣớc sinh hoạt).
Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc là sự thay đổi tính chất vật lý, hóa học và sinh học
của nƣớc, gây ra các tác động bất lợi cho sự tồn tại và phát triển của con ngƣời cũng
nhƣ các sinh vật khác [18].
1.1.2. Kim loại nặng và ảnh hưởng của chúng đến con người
1.1.2.1. Cadimi (Cd)
Cadimi thuộc nhóm IIB trong bảng tuần hoàn và nguyên tố này là một trong
những kim loại quí hiếm. Trong vỏ Trái đất cadimi phân bố rải rác ƣớc tính đƣợc
hàm lƣợng trung bình là 0,11mg/kg [2]. Ngoài ra, cadimi còn phân bố trong cặn
lắng nƣớc sông, nƣớc biển và trong không khí [2].
Trong môi trƣờng khác nhau, cadimi tồn tại ở các dạng hợp chất khác nhau.
Thông thƣờng trong môi trƣờng ôxi hóa, cadimi tồn tại dƣới dạng các hợp chất nhƣ
CdO, CdCO3, Cd3(PO4)2. Trong môi trƣờng khử, cadimi tồn tại chủ yếu dƣới dạng
hợp chất CdS [10]. Tuy nhiên, trong môi trƣờng kiềm, chúng dễ dàng bị thuỷ phân.
Cadimi phát thải vào môi trƣờng có nguồn gốc tự nhiên và nguồn gốc nhân
tạo. Các hoạt động có nguồn gốc tự nhiên bao gồm hoạt động núi lửa (hàng năm
phát thải trung bình 0,5x103 tấn [2]), hoạt động tạo bụi biển (hàng năm phát thải
trung bình 0,1x103 tấn [2]), hoạt động xói mòn (hàng năm phát thải trung bình

4


15x103 tấn [32]). Các hoạt động có nguồn gốc nhân tạo bao gồm: khai thác và chế
biến quặng, đốt nhiên liệu hóa thạch và xử lí chất thải. Các hoạt động này tập trung
ở các khu đô thị và khu công nghiệp [32].
Tổ chức ung thƣ thế giới (IARC) đã xếp cadimi và hợp chất của nó vào nhóm
2A (có khả năng gây ung thƣ cho ngƣời) [10]. Tuỳ vào mức độ phơi nhiễm, ngƣời

nhiễm độc cadimi có thể bị thủng vách ngăn mũi, bị tổn thƣơng thận dẫn đến
protein niệu, bị ảnh hƣởng tới máu, tim mạch, nội tiết,... và có nguy cơ bị ung thƣ
phổi [25]. Đặc biệt, khi phơi nhiễm cadimi trong thời gian dài, con ngƣời có thể bị
bệnh itai - itai (gây những cơn đau đớn vô cùng trong xƣơng sống và thận). Theo
nghiên cứu của Dokmecia và cộng sự năm 2009 [25] chứng minh bệnh lý này là do
hiện tƣợng mất khoáng chất cao, gây ảnh hƣởng nghiêm trọng tới hệ xƣơng. Hình
1.1 minh họa cho bệnh itai - itai bắt nguồn từ thƣợng lƣu sông Jinzu tại Nhật Bản.

Hình 1.1: Bệnh itai - itai và cấu trúc xương [25]
Cadimi (Cd) thâm nhập vào cơ thể bằng nhiều con đƣờng khác nhau (qua tiếp
xúc, tiêu hóa,…). Chúng đƣợc bài tiết một phần nhờ thận và phần còn lại cũng đƣợc
tích lũy tại đây trong thời gian dài (thời gian bán huỷ kéo dài 20 - 30 năm [10]).
Tổ chức y tế Thế giới (WHO) khuyến cáo lƣợng cadimi tối đa đƣa vào cơ thể
hàng tuần có thể chịu đựng đƣợc là 0,007 mg/kg trọng lƣợng.
1.1.2.2. Đồng (Cu)
Đồng là kim loại màu chuyển tiếp có số hiệu nguyên tử 29, nguyên tử khối
63,54. Trong thạch quyển, đồng tồn tại ở hai dạng đơn chất (đồng kim loại) và hợp
chất (quặng pirit đồng (CuFeS2), quặng malachit [CuCO3. Cu(OH)2],… ) [11].

5


Hiện nay, đồng phát thải vào môi trƣờng chủ yếu qua các hoạt động của con
ngƣời. Môi trƣờng không khí tiếp nhận đồng dƣới dạng bụi hạt từ các hoạt động sản
xuất công nghiệp và nông nghiệp nhƣ: khai thác và chế biến quặng, tái chế và sản
xuất mĩ nghệ, sản xuất và sử dụng thuốc bảo vệ thực vật,… Môi trƣờng nƣớc tiếp
nhận đồng từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và đời sống sinh
hoạt của con ngƣời. Môi trƣờng nƣớc tại các vùng cửa sông đƣợc tích tụ bởi lƣợng
lớn đồng sunfat (có khi lên đến 50 - 100 µg/l) bắt nguồn từ các chế phẩm diệt tảo
mà con ngƣời sử dụng. Thông thƣờng, hàm lƣợng đồng trong nƣớc cấp sinh hoạt

không vƣợt quá 1,3 mg/l [20]. Tuy nhiên, do thói quen sử dụng vật dụng chứa nƣớc
có mối hàn đồng, đã làm gia tăng hàm lƣợng đồng trong nƣớc. Môi trƣờng đất tiếp
nhận đồng thông qua quá trình lắng đọng, trầm tích đồng trong không khí và trong
nƣớc.
Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng, đồng là nguyên tố vi lƣợng cần cho sự tồn tại và
phát triển của sinh vật [39]. Chúng là thành phần thiết yếu tham gia cấu trúc lên một
số enzyme. Vì vậy, đối với ngƣời có khẩu phần ăn thiếu nguyên tố vi lƣợng này thì
sức đề kháng thấp hơn mức trung bình, thậm chí còn có thể bị thiếu máu. Tuy
nhiên, nếu hàm lƣợng đồng vƣợt ngƣỡng cho phép, nó có thể trở thành chất độc,
ảnh hƣởng không tốt tới hệ tiêu hóa và hệ thần kinh. Trong nghiên cứu của Raffaele
và cộng sự năm 2016 [44] đã xét nghiệm nồng độ đồng trong gan, nhận thấy nồng
độ này vƣợt quá 250 µg/g (trọng lƣợng gan) sẽ gây ra bệnh Wilson ở ngƣời. Đây là
căn bệnh liên quan đến rối loạn trao đổi chất đồng. Thông thƣờng, những ngƣời
mắc bệnh này sẽ bị tổn thƣơng gan và rối loạn chức năng hệ thần kinh. Bao gồm các
biểu hiện lâm sàng của bệnh ở gan nhƣ viêm gan, suy gan và xơ gan [29].
Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã khuyến cáo lƣợng đồng tiếp nhận tối
đa hàng ngày có thể chịu đựng đƣợc trong độ tuổi 18 - 70 với nam giới là 0,9 mg/kg
thể trọng và nữ giới là 1 mg/ kg thể trọng [38].

6


1.1.2.3. Các kim loại khác
Asen (As)
Asen là nguyên tố phổ biến chiếm 0,00005% khối lƣợng vỏ trái đất với hàm
lƣợng xếp thứ 20 trong tự nhiên, thứ 14 trong nƣớc biển và thứ 12 trong cơ thể
ngƣời [1]. Asen phân bố chủ yếu trong đất. Dƣới tác động của quá trình phong hóa,
asen bị khuếch tán vào trong môi trƣờng nƣớc.
Qua nghiên cứu của Phan Thị Thu Hằng năm 2008 [10] nhận thấy, asen tồn tại
ở cả hai dạng vô cơ và hữu cơ. Asen vô cơ có hai dạng chính là asenic có hóa trị (V)

tồn tại trong môi trƣờng giàu ôxi và asenat có hóa trị (III) tồn tại trong môi trƣờng
nghèo ôxi. Ngoài ra, asen cũng tồn tại dƣới dạng hợp chất hữu cơ nhƣ: axit
dimetylasenic (DMAA), axit metylasonic (MMAA),…
Asen đƣợc phát thải vào môi trƣờng thông qua các hoạt động tự nhiên (nhƣ các
hoạt động của núi lửa, sự xói mòn của các loại đá, cháy rừng,…) và các hoạt động
nhân tạo (nhƣ sản xuất công nghiệp và nông nghiệp).
Độc tính của các hợp chất asen với sinh vật dƣới nƣớc đƣợc xác định tăng theo
dãy: asin> asenic > asenat > hợp chất asen hữu cơ. Asen và các hợp chất của nó
đƣợc IARC xếp vào nhóm 1 (các chất có nguy cơ rất cao gây ung thƣ). Nghiên cứu
của Sabine Martin và cộng sự [59] cho rằng con ngƣời phơi nhiễm asen ở mức độ
thấp có thể bị buồn nôn, ói mửa, nhịp tim bất thƣờng, tổn thƣơng mạch máu và có
cảm giác "kim châm" ở tay chân; phơi nhiễm ở mức độ thấp nhƣng kéo dài có thể
xuất hiện các chấm đen, mụn cóc ở da, trong lòng bàn tay, bàn chân thậm chí khắp
cơ thể và phơi nhiễm asenic có thể gây ung thƣ da, phổi, gan và bàng quang. Asen
có ba cơ chế gây độc chính là: làm đông keo protein, tạo phức với asen (III) và phá
hủy quá trình photpho hóa.
Tổ chức y tế thế giới (WHO) đã khuyến cáo lƣợng asenic vô cơ đƣa vào cơ thể
hàng tuần (PTWI) chịu đựng đƣợc dƣới 0,015 mg/kg trọng lƣợng [38].

7


Thủy ngân (Hg)
Trong tự nhiên, thủy ngân tồn tại ở hai dạng hợp chất vô cơ và hữu cơ. Trong
đó, hóa trị I và II là hai dạng hóa trị thƣờng gặp nhất của chúng.
Ở ngƣời bị phơi nhiễm thủy ngân, thần kinh trung ƣơng và thận là những cơ
quan đích chính bị tác động. Tùy theo mức độ nhiễm độc thủy ngân mà ngƣời bệnh
có các triệu chứng nhƣ dễ bị kích thích, cáu gắt đồng thời kèm theo biểu hiện về rối
loạn tiêu hóa, viêm lợi và có thể dẫn tới tử vong. Ủy ban chuyên gia về Phụ gia
Thực phẩm (JECFA) khuyến cáo về lƣợng tiếp nhận hàng tuần mà cơ thể có thể

chịu đựng đƣợc đối với thủy ngân là 5 µg/kg trọng lƣợng cơ thể [55].
Chì (Pb)
Từ xa xƣa chì đƣợc biết tới với nhiều ứng dụng trong đời sống, đặc biệt trong
xã hội hiện đại, chì vẫn đƣợc sử dụng dùng cho công nghiệp hàn xì, công nghệ sản
xuất ắc qui,... Đặc biêt, tetraethyl và tetramethyl chì là hai hợp chất đƣợc ứng dụng
nhiều trong lĩnh vực chống kích nổ và làm phụ gia trong xăng. Tuy nhiên, việc sử
dụng chì làm phụ gia trong xăng tiểm ẩn nhiều rủi ro cho nên một số quốc gia đã
nghiêm cấm sử dụng chì trong lĩnh vực này.
Paulo và cộng sự năm 2015 [60] cho rằng nhiễm độc chì có thể khiến con
ngƣời bị mắc các bệnh liên quan đến hệ tuần hoàn (nhƣ máu, tim mạch), hệ bài tiết
(nhƣ thận), hệ tiêu hóa, hệ xƣơng và hệ thần kinh. Cơ chế gây độc của chì đƣợc biết
tới là các tác động lên hệ thống enzyme, đặc biệt là enzyme vận chuyển hydro. Tổ
chức Y tế Thế giới (WHO) đã khuyến cáo lƣợng tiếp nhận hàng tuần có thể chịu
đựng đƣợc đối với chì là 0,025 mg/kg trọng lƣợng cơ thể ngƣời.
Sắt (Fe)
Sắt là một nguyên tố vi lƣợng cần thiết đối với ngƣời. Chúng tham gia vào cấu
trúc hemoglobin giúp vận chuyển oxy trong máu. Tuy nhiên ở hàm lƣợng cao, sắt trở
nên dƣ thừa so với nhu cầu của cơ thể. Lúc này, con ngƣời có thể mắc bệnh lí ứ sắt
khiến chức năng của các mô, cơ quan tích lũy sắt bị rối loạn. Ngoài ra, thói quen sử
dụng ống dẫn nƣớc bằng sắt đã làm tăng hàm lƣợng sắt trong nƣớc (bởi sự hòa tan
của nguyên tố này). Hơn nữa, nƣớc bị nhiễm sắt đƣợc nhận biết qua hiện tƣợng

8


chuyển màu nƣớc (từ không màu sang màu đỏ) sau khi tiếp xúc với không khí. Hiện
tƣợng trên là do sự ôxi hóa của ôxi trong không khí biến ion Fe2+ thành ion Fe3+.
Theo JECFA lƣợng sắt tiếp nhận tối đa hàng ngày con ngƣời có thể chịu đựng đƣợc
là 0,8 mg/kg thể trọng.
Crom (Cr)

Trong môi trƣờng crom có hai dạng hóa trị thƣờng gặp là crom (III) và crom
(VI). Crom xâm nhập vào cơ thể ngƣời chủ yếu qua đƣờng tiêu hóa từ nguồn thực
phẩm tiếp nhận hàng ngày. Sự hấp thụ crom trong cơ thể phụ thuộc vào trạng thái
oxy hóa trị của hợp chất đó, ví dụ nhƣ: crom (VI) đƣợc hấp thu ở dạ dày và ruột
nhiều hơn crom (III).
Các hợp chất crom (VI) có thể gây viêm loét da, xuất hiện mụn cơm, viêm gan,
viêm thận, thủng vách ngăn giữa hai lá mía, ung thƣ phổi,… Lƣợng tiếp nhận tối đa
hàng ngày cơ thể trƣởng thành có thể chịu đựng đƣợc là 25 mg/ngày (đối với phụ
nữ) và 35 mg/ngày (đối với đàn ông) [38].
Kẽm (Zn)
Kẽm là nguyên tố vi lƣợng cần thiết giúp nâng cao sức đề kháng ở ngƣời. Tuy
nhiên, khi vƣợt ngƣỡng cho phép thì các muối của chúng đều trở nên độc. Ngƣời
ngộ độc kẽm thƣờng có các triệu chứng sau: cảm thấy miệng có vị kim loại sau đó
bị đau bụng, mạch chậm, co giật và có thể bị tử vong. Sử dụng ống dẫn nƣớc bằng
kẽm sẽ làm gia tăng hàm lƣợng nguyên tố này trong nƣớc uống. Theo JECFA lƣợng
kẽm tiếp nhận tối đa hàng ngày cơ thể chịu đựng đƣợc là 1 mg/kg thể trọng.
1.1.3. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng nguồn nước sinh hoạt ở Việt Nam
Hiện nay ở nƣớc ta nƣớc mặt và nƣớc ngầm là hai nguồn nƣớc chính cung
cấp cho nhu cầu sinh hoạt của ngƣời dân nông thôn, miền núi hoặc đƣợc sử dụng
bởi con ngƣời trong các hoạt động dã ngoại.
1.1.3.1. Ô nhiễm kim loại nặng trong nước mặt
Ở nƣớc ta, nguồn nƣớc mặt dùng trong sinh hoạt đang có nguy cơ bị ô nhiễm
bao gồm cả ô nhiễm kim loại nặng. Nguồn nƣớc bị ô nhiễm là do tiếp nhận nƣớc
thải từ các hoạt động sản xuất, tái chế và các loại hình kinh doanh dịch vụ cũng nhƣ

9