Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Ảnh hưởng của sử dụng kết hợp thuốc bảo vệ thực vật hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến hoạt tính enzyme Cholinesterase cá lóc (Channa striata)

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:191

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm đánh giá ảnh hưởng của việc hỗn hợp hoạt chất Chlorpyrifos ethyl với Fenobucarb đến hoạt tính enzyme Cholinesterase ở não cá lóc và khả năng sử dụng ChE ở cá lóc như phương pháp sinh học để đánh giá sự phơi nhiễm của cá lóc với các thuốc bảo vệ BVTV chứa hoạt chất này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Ảnh hưởng của sử dụng kết hợp thuốc bảo vệ thực vật hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến hoạt tính enzyme Cholinesterase cá lóc (Channa striata)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN VĂN TOÀN ẢNH HƢỞNG CỦA SỬ DỤNG KẾT HỢP THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT HOẠT CHẤT CHLORPYRIFOS ETHYL VÀ FENOBUCARB ĐẾN HOẠT TÍNH ENZYME CHOLINESTERASE Ở CÁ LÓC (CHANNA STRIATA) LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÀ NƢỚC MÃ NGÀNH 9440303 Cần Thơ – 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ NGUYỄN VĂN TOÀN ẢNH HƢỞNG CỦA SỬ DỤNG KẾT HỢP THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT HOẠT CHẤT CHLORPYRIFOS ETHYL VÀ FENOBUCARB ĐẾN HOẠT TÍNH ENZYME CHOLINESTERASE Ở CÁ LÓC (CHANNA STRIATA) LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÀ NƢỚC MÃ NGÀNH 9440303 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN PGs. Ts. NGUYỄN VĂN CÔNG Cần Thơ - 2018
LỜI CẢM TẠ Lời cảm ơn đầu tiên, tôi xin chân thành gửi đến Thầy hƣớng dẫn PGs. Ts. Nguyễn Văn Công - ngƣời đã dìu dắt, động viên, giúp đỡ và hƣớng dẫn chuyên môn cho tôi những lời khuyên quý báu trong suốt thời gian học tập cũng nhƣ khi thực hiện nghiên cứu và viết luận án. Xin cảm ơn Thầy vì đã dành nhiều thời gian, công sức và luôn giúp em có đƣợc định hƣớng đúng đắn trong công việc cũng nhƣ trong học tập. Xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến TS. Phạm Văn Toàn – ngƣời đã góp ý cho tôi rất nhiều từ kinh nghiệm quý báu về phân tích thuốc BVTV và viết luận án cũng nhƣ hƣớng dẫn thực hiện chuyên đề nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý Thầy, Cô đã giảng dạy, hƣớng dẫn tôi học tập, nghiên cứu trong suốt thời gian qua. Trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu thực hiện luận án, tôi luôn đƣợc sự đồng hành và hỗ trợ của các Anh, Chị nghiên cứu sinh khóa 18, các học viên cao học và các sinh viên đại học chuyên ngành Khoa học Môi trƣờng. Các bạn đã không ngại khó khăn, thời gian để cùng tôi thực hiện các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ngoài đồng. Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc nhất đến tất cả mọi ngƣời. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban Chủ Nhiệm Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên thiên nhiên, Phòng Quản Lý Khoa Học và Khoa Sau Đại Học - Trƣờng Đại Học Cần Thơ đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi đƣợc học tập, nghiên cứu nâng cao trình độ trong những năm qua. Tôi cũng xin đƣợc gởi lời cảm ơn đến Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Hậu Giang đã tài trợ kinh phí và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt nghiên cứu. Sau cùng, tôi xin ghi nhớ và cảm ơn đến gia đình với tất cả tình yêu thƣơng, ủng hộ và khích lệ dành cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án nghiên cứu; đặc biệt là ba mẹ tôi, vợ con tôi. Nguyễn Văn Toàn i
TÓM TẮT Luận án “Ảnh hƣởng của sử dụng kết hợp thuốc bảo vệ thực vật hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến hoạt tính enzyme Cholinesterase cá lóc (Channa striata)” đƣợc thực hiện ở điều kiện phòng thí nghiệm và đồng ruộng từ tháng 8 năm 2012 đến tháng 12 năm 2016 nhằm đánh giá sự ảnh hƣởng riêng lẻ, phối trộn của hai hoạt chất trên đến enzyme ChE của cá lóc và khả năng sử dụng ChE ở cá lóc nhƣ phƣơng pháp sinh học để đánh giá sự phơi nhiễm của cá lóc với thuốc BVTV lân hữu cơ Chlorpyrifos ethyl và Carbamate Fenobucarb. Nội dung điều tra hiện trạng sử dụng thuốc BVTV ở một số vùng canh tác lúa ĐBSCL đƣợc thực hiện qua phỏng vấn 939 hộ dân trồng lúa ở 4 tỉnh Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp và Hậu Giang. Ảnh hƣởng đơn lẻ và phối trộn của thuốc BVTV chứa hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl đến hoạt tính ChE ở điều kiện phòng thí nghiệm đƣợc thực hiện ở bốn mức nồng độ 1%, 2%, 5% và 10% LC50-96 giờ và hỗn hợp giữa chúng cùng đối chứng đƣợc bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên. Ảnh hƣởng của phun Fenobucarb, Chlorpyrifos Ethyl hay kết hợp hai hoạt chất này đến ChE cá lóc đƣợc triển khai trên ruộng lúa vụ Hè Thu 2013 ở Phụng Hiệp, Hậu Giang. Kết quả nghiên cứu cho thấy có 232 tên thƣơng mại thuốc BVTV khác nhau đƣợc nông dân sử dụng và nhóm thuốc trừ côn trùng, trừ nấm bệnh là phổ biến nhất (60%). Trung bình thuốc BVTV đƣợc phun khoảng 6,0 lần/vụ; trong đó số lần phun thuốc trừ sâu bệnh là cao nhất (4,0 lần/vụ), kế đến là trừ cỏ, trừ ốc (1,0 lần/vụ). Đa số nông dân hỗn hợp nhiều loại thuốc trừ sâu với nhau hoặc thuốc trừ sâu với trừ bệnh cho một lần sử dụng. Trung bình có hơn 60% nông dân sử dụng thuốc ở liều cao hơn chỉ dẫn của nhãn thuốc. Ở điều kiện phòng thí nghiệm, hoạt tính ChE ở não cá lóc cỡ giống rất nhạy cảm với Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb. Ở nồng độ 0,54µg/L (2%LC50 – 96 giờ), Chlorpyrifos ethyl đã ức chế ChE từ 0,1% đến 20,0%. Trong khi ở nồng độ 36µg/L (1% LC50 – 96 giờ), Fenobucarb đã ức chế ChE từ 6,0% đến 16,1%. Hoạt chất Fenobucarb gây ức chế cao ChE ở cá lóc trong khoảng 1 – 12 giờ phơi nhiễm, tỷ lệ ức chế từ 53,8% – 57,8% ở nồng độ 10% LC50 – 96 giờ. Hoạt chất Chlorpyrifos ethyl gây ức chế cao ChE trong khoảng 24 – 60 giờ phơi nhiễm, tỷ lệ ức chế từ 48,1% – 58,9% ở nồng độ 10% LC50 – 96 giờ. Khi phối trộn Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb thì không làm tăng hay giảm tỷ lệ ức chế ChE cá lóc so với từng đơn chất nhƣng làm tăng thời gian ChE bị ức chế cao nên làm cá bị ảnh hƣởng nghiêm trọng hơn khi phơi nhiễm riêng lẻ từng hoạt chất. Kết quả thí nghiệm trên đồng ruộng cho thấy khi ii
sử dụng Mondeo 60EC (chứa hoạt chất Chlorpyrifos ethyl), Bascide 50EC (chứa hoạt chất Fenobucarb) hay kết hợp 2 loại thuốc này với liều lƣợng tối đa của khuyến cáo (0,8L/ha đối với Mondeo 60EC và 1,5L/ha đối với Bascide 50EC) đều làm ảnh hƣởng đến ChE cá lóc. Sử dụng đơn Bascide 50EC theo liều chỉ dẫn làm ức chế ChE trong não cá lóc từ 1,2% đến 28%. Sử dụng đơn Mondeo 60EC hay kết hợp Mondeo 60EC với Bascide 50EC không những làm chết cá mà còn ảnh hƣởng nghiêm trọng và lâu dài đến ChE; tỷ lệ ức chế lần lƣợt từ 22,4% đến 79,1% và từ 25,8% đến 86,2%. Đo ChE ở cá lóc có thể đánh dấu ảnh hƣởng do sử dụng Bascide 50EC cho lúa đến loài cá này trong giới hạn 3 ngày sau khi phun nhƣng đối với Mondeo 60EC hay kết hợp Mondeo 60EC với Bascide 50EC là hơn 14 ngày. Áp dụng đo ChE bằng kỹ thuật tái kích hoạt 2-PAM là phƣơng pháp tối ƣu nhất để quan trắc, cảnh báo nhiễm bẩn Chlorpyrifos ethyl sau 1 - 5 ngày phơi nhiễm. Từ khóa: Channa striata, Cholinesterase, Chlorpyrifos Ethyl, Fenobucarb, sử dụng kết hợp, Đánh dấu sinh học, ruộng lúa, tái kích hoạt iii
ABSTRACT This dissertation "Effects of applying mixture of insecticide chlorpyrifos ethyl and fenobucarb on cholinesterase (ChE) activity in snakehead fish (Channa striata)" was carried out from August, 2012 to December, 2016 at laboratory and rice field conditions to evaluate the effects of using single and mixture of these two active ingredients on activity of ChE in snakehead fish and the use of ChE in this fish species as a biomaker of exposure and effects from Organophosphate and carbamate pesticides. Status of pesticides use in rice cultivation areas in Mekong Delta was carried out through interviewing 939 rice farming farmers in four provinces, including Long An, Tien Giang, Dong Thap and Hau Giang. Effects of single and mixture of fenobucarb and chlorpyrifos ethyl on ChE of snakehead fish in the laboratory condition was conducted with four treatments, including 1%, 2%, 5% and 10% LC50-96h. Effects of single and mixture applying fenobucarb and chlorpyrifos ethyl for rice on ChE in snakehead fish living in rice paddy was conducted in Summer 2013 in Phung Hiep, Hau Giang province. The results showed that 232 trade names of pesticides have been used in rice cultivation; insecticides and fungicides were most common (60%). The averaged spraying frequency was 6.0 times per crop. In which, insecticides and fungicides are 4 times per crop; herbicides and snailicides is about 1.0 time per crop. The results also show that pesticides are often mixed together before spraying and more than 60% of households sprayed at concentrations above recommended doses. In the laboratory conditions, the activity of ChE in snakehead fish brains is very sensitive to Chlorpyrifos ethyl and Fenobucarb. At a concentration of 0.54 μg/L (2% LC50 - 96 hours), Chlorpyrifos ethyl inhibited ChE activity from 0.1% to 20.0%. While at 36 μg/L (1% LC50 - 96 hours), Fenobucarb suppressed ChE activity from 6.0% to 16.1%. Fenobucarb quick inhibit ChE within 1 - 12 hrs after exposure, the rate of inhibition from 53.8% to 57.8% at 10% LC50-96 hrs whereas Chlorpyrifos ethyl is 24 - 60 hrs with the rate of inhibition from 48.1% to 58.9% at 10% LC50-96 hrs. The study shown that no synergy or antagonist was found in term of ChE inhibition in snakehead fish as mixed these two ingredients but the duration of high ChE inhibition is longer. In rice field conditions, using Mondeo 60EC (containing Chlorpyrifos ethyl), Bascide 50EC (containing Fenobucarb) or combination of these two insecticides at the recommended maximum dose (0.8L/ha for Mondeo 60EC and 1.5L/ha for Basecide50C) maybe all cause severe and long- iv
term harmful on cholinessterase activity of snakehead fish. Using Bascide 50EC at the recommended maximum dose didn‟t cause seriously effect for snakehead fish, the rate of ChE inhibition from 1,2% - 28%. Using Mondeo 60EC and mixture Bascide 50EC with Mondeo 60EC at the recommended maximum doses didn‟t only lead to occur dead fish but also cause high and prolong ChE inhibition, the rate of inhibition from 22,4% - 79,1% (single Mondeo 60EC) and 25,8% - 6,2% (mixture), respectively. The measurement ChE activty of snakehead fish can be marked by the use of Bascide 50EC for ricefield within 3 days after spraying, but Mondeo 60EC or mixture of two these pesticides is more than 14 days. Applying 2-PAM re-activation technique after one day of exposure is the best method for monitoring and warning of organophosphate pesticide contamination. Key words: Channa striata, Cholinesterase, Chlorpyrifos Ethyl, Fenobucarb, Combination, Bio-marker, Rice field, Reactivation v
CAM KẾT KẾT QUẢ Tôi xin cam kết công trình nghiên cứu “Ảnh hƣởng của sử dụng kết hợp thuốc bảo vệ thực vật hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến hoạt tính enzyme cholinesterase ở cá lóc (Channa striata)” này là của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ luận văn cùng cấp nào trƣớc đây. Cần Thơ, ngày 20 tháng 8 năm 2018 Ngƣời hƣớng dẫn Nghiên cứu sinh PGs.Ts. Nguyễn Văn Công Nguyễn Văn Toàn vi
MỤC LỤC 1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU .............................................................................. 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 3 1.3 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 3 1.4 Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................ 4 1.5 Ý nghĩa của luận án .............................................................................................. 4 1.6 Điểm mới của luận án .......................................................................................... 4 2 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................... 5 2.1 Tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật ............................................................. 5 2.1.1 Tình hình sử dụng thuốc BVTV trên thế giới .................................................... 5 2.1.2 Tình hình sử dụng thuốc BVTV ở Việt Nam và Đồng Bằng Sông Cửu Long .. 7 2.1.2.1 Tình hình sử dụng thuốc BVTV ở Việt Nam ................................................. 7 2.1.2.2 Tình hình sử dụng thuốc BVTV ở Đồng Bằng Sông Cửu Long .................... 9 2.2 Sự phát tán của thuốc BVTV trong môi trƣờng và các yếu tố ảnh hƣởng ......... 11 2.2.1 Sự phát tán của thuốc BVTV trong môi trƣờng ............................................... 11 2.2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến dƣ lƣợng thuốc BVTV trong môi trƣờng .............. 12 2.3 Dƣ lƣợng thuốc BVTV trong môi trƣờng đất, nƣớc .......................................... 15 2.3.1 Dƣ lƣợng thuốc BVTV trong môi trƣờng đất .................................................. 15 2.3.2 Dƣ lƣợng thuốc BVTV trong môi trƣờng nƣớc ............................................... 16 2.4 Độc tính của thuốc BVTV và ảnh hƣởng khi phối trộn ..................................... 16 2.4.1 Độc tính của thuốc BVTV ............................................................................... 16 2.4.2 Ảnh hƣởng của sự hỗn hợp thuốc BVTV đến độc tính của thuốc BVTV ....... 18 2.5 Tổng quan về enzyme cholinesterase và các yếu tố ảnh hƣởng đến enzyme ... 20 2.5.1 Sơ lƣợc về Cholinesterase ................................................................................ 20 vii
2.5.2 Cơ chế ảnh hƣởng của thuốc BVTV đến ChE ................................................. 22 2.5.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính Cholinesterase ........................................ 24 2.5.3.1 Nhiệt độ ........................................................................................................ 24 2.5.3.2 Giới tính và tuổi ............................................................................................ 25 2.5.3.3 Giữa các bộ phận trong cơ thể ...................................................................... 25 2.5.3.4 Điều kiện trữ mẫu ......................................................................................... 25 2.5.4 Phƣơng pháp tái kích hoạt enzyme ChE bằng 2-PAM và pha loãng mẫu ....... 26 2.5.4.1 Các phƣơng pháp tái kích hoạt đối với ChE ................................................. 26 2.5.4.2 Ý nghĩa của áp dụng kỹ thuật tái kích hoạt phục hồi ChE ............................... 27 2.5.5 Những nghiên cứu trong và ngoài nƣớc có liên quan đến sử dụng ChE ......... 29 2.6 Giới thiệu về cá lóc (Channa striata) .................................................................. 35 2.6.1 Phân loại ........................................................................................................... 35 2.6.2 Phân bố và phát triển ........................................................................................ 35 2.7 Giới thiệu về hai hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl đƣợc sử dụng trong nghiên cứu ....................................................................................................... 36 2.7.1 Hoạt chất Fenobucarb ...................................................................................... 36 2.7.2 Hoạt chất Chlorpyrifos ethyl ............................................................................ 37 2.8 Giới thiệu vùng nghiên cứu trong khảo sát tình hình sử dụng thuốc BVTV ..... 40 3 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................ 42 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...................................................................... 42 3.2 Sinh vật thí nghiệm ............................................................................................ 42 3.3 Vật tƣ, thiết bị và hóa chất sử dụng.................................................................... 42 3.3.1 Vật tƣ và thiết bị ............................................................................................... 42 3.3.2 Thuốc bảo vệ thực vật sử dụng cho thí nghiệm ............................................... 43 3.3.3 Hóa chất sử dụng để phân tích ChE ................................................................. 44 3.4 Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................... 44 viii
3.4.1 Nội dung 1: Khảo sát tình hình sử dụng thuốc BVTV ở một số vùng canh tác lúa ở ĐBSCL............................................................................................................. 44 3.4.2 Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hƣởng của phối trộn thuốc BVTV Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến ChE ở cá lóc trong điều kiện phòng thí nghiệm............... 45 3.4.3 Nội dung 3: Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hƣởng của phối trộn thuốc BVTV Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến ChE ở cá lóc ngoài đồng ruộng .................. 47 3.5 Xử lý mẫu và phân tích ChE, tái kích hoạt ........................................................ 48 3.6 Tính hoạt tính ChE, tỷ lệ ức chế và xử lý kết quả .............................................. 50 3.6.1 Xác định hoạt tính ChE .................................................................................... 50 3.6.2 Xác định tỷ lệ ức chế:....................................................................................... 50 3.6.3 Xác định tỷ lệ tái kích hoạt ChE: ..................................................................... 50 3.6.4 Xử lý kết quả .................................................................................................... 51 4 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 53 4.1 Nội dung 1: Hiện trạng sử dụng thuốc BVTV ở một số vùng canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long ....................................................................................... 53 4.1.1 Các loại thuốc sử dụng trên đồng ruộng ở các vùng nghiên cứu ..................... 53 4.1.1.1 Các loại thuốc trừ côn trùng sử dụng ở vùng nghiên cứu ............................ 54 4.1.1.2 Các loại thuốc trừ bệnh sử dụng ở vùng nghiên cứu .................................... 56 4.1.1.3 Các loại thuốc trừ cỏ sử dụng ở vùng nghiên cứu ........................................ 57 4.1.1.4 Các loại thuốc trừ ốc sử dụng ở vùng nghiên cứu ........................................ 57 4.1.1.5 Các loại thuốc trừ chuột và thuốc điều hòa sinh trƣởng ............................... 58 4.1.2 Tần suất và liều lƣợng thuốc BVTV sử dụng trong canh tác lúa..................... 58 4.1.2.1 Tần suất phun thuốc BVTV trong canh tác lúa ............................................ 58 4.1.2.2 Liều lƣợng sử dụng thuốc BVTV ................................................................. 61 4.2 Nội dung 2: Ảnh hƣởng của phối trộn thuốc BVTV Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến ChE ở cá lóc trong điều kiện phòng thí nghiệm ............................ 63 4.2.1 Nhiệt độ, DO, pH trong thời gian phơi nhiễm thuốc BVTV ........................... 63 ix
4.2.2 Nồng độ thuốc Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl trong bố trí thí nghiệm ..... 65 4.2.3 Ảnh hƣởng của phối trộn hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến ChE ở cá lóc trong điều kiện phòng thí nghiệm ............................................................... 66 4.2.4 Nhiệt độ, DO, pH trong thời gian phục hồi trong nƣớc máy ........................... 76 4.2.5 Phục hồi ChE trong nƣớc máy sau khi phơi nhiễm với Chlorpyrifos ethyl, Fenobucarb và hỗn hợp hai hoạt chất này trong điều kiện phòng thí nghiệm .......... 77 4.2.6 Khả năng tái kích hoạt ChE sau khi xử lý bằng 2-PAM của hỗn hợp hai hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb trong điều kiện phòng thí nghiệm .............. 80 4.3 Nội dung 3: Ảnh hƣởng của sử dụng phối trộn thuốc BVTV Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb cho lúa đến ChE ở cá lóc sống trên ruộng lúa ................................ 86 4.3.1 Nhiệt độ, pH, DO trong thời gian thí nghiệm .................................................. 86 4.3.2 Nồng độ Fenobucarb, Chloryrifos Ethyl trong nƣớc ruộng sau khi phun thuốc . .......................................................................................................................... 88 4.3.3 Ảnh hƣởng của sử dụng Bascide 50EC (hoạt chất Fenobucarb) và Mondeo 60EC (hoạt chất Chlorpyrifos ethyl) cho lúa đến ChE trong não cá lóc sống trên ruộng ......................................................................................................................... 89 4.3.4 Khả năng tái kích hoạt hoạt tính ChE của cá lóc trên đồng ruộng ................. 93 4.3.4.1 Khả năng tái kích hoạt hoạt tính ChE của cá lóc bằng 2PAM khi phun Mondeo 60EC (hoạt chất Chlorpyrifos ethyl) trên ruộng lúa....................... 93 4.3.4.2 Khả năng tái kích hoạt hoạt tính ChE của cá lóc bằng 2PAM và pha loãng khi phun hỗn hợp thuốc Bascide 50EC (hoạt chất Fenobucarb) và Mondeo 60EC (hoạt chất Chlorpyrifos ethyl) ............................................................ 95 4.3.5 Đánh giá tổng hợp ảnh hƣởng của Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl lên cá lóc .......................................................................................................................... 97 4.3.6 Đề xuất khả năng áp dụng đo ChE để cảnh báo nhiễm bẩn thuốc BVTV ....... 98 5 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT................................................... 102 5.1 Kết luận ............................................................................................................ 102 5.2 Đề xuất .............................................................................................................. 103 x
DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1: Ƣớc tính chi phí sử dụng thuốc BVTV trên thị trƣờng thế giới và Mỹ (đơn vị tính: triệu đôla) ........................................................................................................ 5 Bảng 2.2: Ƣớc tính khối lƣợng hoạt chất thuốc BVTV sử dụng trên thế giới và Mỹ (đơn vị tính: triệu pound hoạt chất) ............................................................................. 6 Bảng 2.3: Tình hình nhập khẩu hóa chất BVTV tại Việt Nam gần đây ...................... 8 Bảng 2.4: Số lƣợng hoạt chất đƣợc phép sử dụng ở Việt Nam từ 2007 - 2016 .......... 8 Bảng 2.5: Danh mục thuốc BVTV đƣợc phép sử dụng ở Việt Nam năm 2016 .......... 9 Bảng 2.6: Thống kê công tác thanh kiểm tra cơ sở kinh doanh thuốc BVTV ở các tỉnh phía Nam giai đoạn 2006 - 2011 .......................................................................... 9 Bảng 2.7: Chi phí thuốc BVTV và số lần phun ở Việt Nam và các nƣớc khác ........ 10 Bảng 2.8: Phân loại độc tính thuốc BVTV theo LC50 ............................................... 17 Bảng 2.9: Giá trị LC50 – 96 giờ của một số loài cá phổ biến ở ĐBSCL .................. 17 Bảng 2.10: Tổng quan 4 tỉnh Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp và Hậu Giang, 2014 .................................................................................................................................... 41 Bảng 3.1:Số hộ đƣợc phỏng vấn tình hình sử dụng thuốc BVTV trong canh tác lúa 44 Bảng 3.2: Tóm tắt thông tin bố trí và theo dõi thí nghiệm ........................................ 46 Bảng 3.3: Tóm tắt thông tin bố trí và theo dõi thí nghiệm trên ruộng ....................... 47 Bảng 4.1: Chủng loại thuốc BVTV sử dụng ở các vùng nghiên cứu ........................ 53 Bảng 4.2: Tỷ lệ % theo nhóm tần suất phun ở các vùng nghiên cứu ....................... 60 Bảng 4.3: Liều lƣợng sử dụng thuốc BVTV ở các vùng nghiên cứu (tỷ lệ %) ......... 61 Bảng 4.4: Tỷ lệ (%) phối trộn thuốc BVTV trƣớc khi phun ở các vùng nghiên cứu 62 Bảng 4.5: Các yếu tố môi trƣờng trong thí nghiệm ................................................... 64 Bảng 4.6: Nồng độ Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl trong thí nghiệm .................. 65 Bảng 4.7: Bảng phân tích phƣơng sai xem xét tác động của Fenobucarb, Chlorpyrifos ethyl và thời gian phơi nhiễm tác động đến hoạt tính ChE .................. 66 xi
Bảng 4.8: Các yếu tố môi trƣờng trong thí nghiệm xác định ảnh hƣởng của Fenobucarb lên hoạt tính ChE của cá lóc (Channa striata) khi ra nƣớc máy ........... 76 Bảng 4.9: Nhiệt độ, pH, DO và mực nƣớc trên ruộng phun Fenobucarb ................ 87 Bảng 4.10: Nồng độ (g/L) thuốc trong nƣớc trên các ruộng thí nghiệm ................. 88 Bảng 4.11: So sánh nhạy cảm của ChE với Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl và thời gian phục hồi sau phơi nhiễm trong điều kiện phòng thí nghiệm ............................. 97 Bảng 4.12: So sánh ảnh hƣởng của việc sử dụng các thuốc đến ChE cá lóc ............ 98 xii
DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Lƣợng thuốc BVTV sử dụng ở Ấn Độ giai đoạn 2005 – 2010 ................... 7 Hình 2.2: Sự lƣu chuyển của thuốc BVTV trong môi trƣờng nƣớc .......................... 12 Hình 2.3: Phản ứng thủy phân acetylcholine bởi AChE ............................................ 21 Hình 2.4: Cơ chế hoạt động của ChE trong điều kiện bình thƣờng (a) và khi sinh vật bị phơi nhiễm thuốc BVTV (b) .................................................................................. 22 Hình 2.5: Sự tƣơng tác giữa Acetylcholine (I), Carbaryl (gốc Carbamate) (II) và Chlorpyrifos-oxon (III) tại các vị trí dẫn truyền AChE.............................................. 23 Hình 2.6: Hoạt chất 2-PAM gắn vào AChE bị ức chế (2.6a) và loại bỏ chất ức chế để tái kích hoạt (2.6b) ..................................................................................................... 26 Hình 2.7: Cơ chế lão hóa liên kết OP - AChE (2.7a) và AChE bị lão hóa (2.7b) ...... 27 Hình 2.8: Số lƣợng tên thƣơng mại thuốc BVTV có chứa hoạt chất Fenobucarb đƣợc ban hành thay đổi qua các năm giai đoạn 2011 - 2016.............................................. 37 Hình 2.9: Các quá trình chính xảy ra trong sự trao đổi chất Chlorpyrifos ethyl ...... 39 Hình 3.1: Cá lóc (Channa striata) sử dụng trong nghiên cứu ................................... 42 Hình 3.2: Thuốc BVTV Mondeo 60EC và Bascide 50EC sử dụng cho thí nghiệm .... 43 Hình 4.1: Tần suất xuất hiện các hoạt chất thuốc trừ sâu ở các vùng nghiên cứu..... 55 Hình 4.2: Tần suất xuất hiện các hoạt chất trừ bệnh ở các vùng nghiên cứu ............ 56 Hình 4.3: Tần suất sử dụng các hoạt chất trừ cỏ ở các vùng nghiên cứu .................. 57 Hình 4.4: Tần suất sử dụng các gốc thuốc trừ ốc ở các vùng nghiên cứu ................. 58 Hình 4.5: Tần suất phun các loại thuốc BVTV ở vùng nghiên cứu .......................... 59 Hình 4.6: Tỷ lệ ức chế hoạt tính ChE (% so với đối chứng) trong não cá lóc (TB ± SE) sau khi phơi nhiễm với Fenobucarb, Chlorpyrifos Ethyl hay kết hợp hai hoạt chất theo thời gian ở mức nồng độ 1% LC50 - 96 giờ. T .......................................... 67 Hình 4.7: Tỷ lệ ức chế hoạt tính ChE (% so với đối chứng) trong não cá lóc (TB ± SE) sau khi phơi nhiễm với Fenobucarb, Chlorpyrifos Ethyl hay kết hợp hai hoạt chất theo thời gian ở mức nồng độ 2% LC50 - 96 giờ. ............................................. 69 xiii
Hình 4.8: Tỷ lệ ức chế hoạt tính ChE (% so với đối chứng) trong não cá lóc (TB ± SE) sau khi phơi nhiễm với Fenobucarb, Chlorpyrifos Ethyl hay kết hợp hai hoạt chất theo thời gian ở mức nồng độ 5%LC50 - 96 giờ.. ............................................. 70 Hình 4.9: Tỷ lệ ức chế hoạt tính ChE (% so với đối chứng) trong não cá lóc (TB ± SE) sau khi phơi nhiễm với Fenobucarb, Chlorpyrifos Ethyl hay kết hợp hai hoạt chất theo thời gian ở mức nồng độ 10%LC50 - 96 giờ. ............................................ 73 Hình 4.10: Hoạt tính ChE (% so với đối chứng) trong não cá lóc (TB ± SE) sau khi phơi nhiễm với Fenobucarb, Chlorpyrifos ethyl hay hỗn hợp theo thời gian ở mức nồng độ 5%LC50 - 96 giờ đƣợc cho ra môi trƣờng nƣớc máy. ................................ 77 Hình 4.11: Hoạt tính ChE (% so với đối chứng) trong não cá lóc (TB ± SE) sau khi phơi nhiễm với Fenobucarb, Chlorpyrifos Ethyl hay kết hợp hai hoạt chất theo thời gian ở mức nồng độ 10%LC50 - 96 giờ đƣợc cho ra môi trƣờng nƣớc máy.. .......... 78 Hình 4.12: Hoạt tính ChE trong não cá lóc (TB±SE, n=6) trƣớc và sau khi xử lý bằng 2-PAM ở hỗn hợp 2 hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl ở mức nồng độ 1% LC50 -96 giờ. ................................................................................................. 81 Hình 4.13: Hoạt tính ChE trong não cá lóc (TB±SE, n=6) trƣớc và sau khi xử lý bằng 2-PAM ở hỗn hợp 2 hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl ở mức nồng độ 2% LC50 -96 giờ.. ................................................................................................ 82 Hình 4.14: Hoạt tính ChE trong não cá lóc (TB±SE, n=6) trƣớc và sau khi xử lý bằng 2-PAM ở hỗn hợp 2 hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl ở mức nồng độ 5% LC50 -96 giờ. ................................................................................................. 83 Hình 4.15: Hoạt tính ChE trong não cá lóc (TB±SE, n=6) trƣớc và sau khi xử lý bằng 2-PAM ở hỗn hợp 2 hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl ở mức nồng độ 10% LC50 -96 giờ. ............................................................................................... 84 Hình 4.16: Hoạt tính ChE trong não cá lóc sống trên các ruộng phun đơn và kết hợp Bascide 50EC và Mondeo 60EC. .............................................................................. 90 Hình 4.17: Hoạt tính ChE cá lóc so với trƣớc khi xử lý với 2-PAM trong phun đơn lẻ Mondeo 60EC cho lúa. ............................................................................................... 94 Hình 4.18: Hoạt tính ChE cá lóc so với trƣớc khi xử lý với 2-PAM và pha loãng mẫu trong phun hỗn hợp Bascide 50EC và Mondeo 60EC cho lúa. ................................... 96 Hình 4.19: Quy trình áp dụng đo ChE trong cảnh báo nhiễm bẩn và ảnh hƣởng của thuốc BVTV gốc lân hữu cơ đến sinh vật ............................................................... 101 xiv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AChE Acetylcholinesterase BChE Butyrylcholinesterase BVTV Bảo vệ thực vật CE Chlorpyrifos ethyl ChE Cholinesterase ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long DO Dissolved Oxygen: Nồng độ oxy hòa tan trong nƣớc DT50 Disappearance times: Thời gian bán phân huỷ et al. và ctv. Cộng tác viên FE Fenobucarb Koc Organic carbon partition coefficient: Hệ số riêng phần carbon hữu cơ Kow Octanol/water partition coefficient: Hệ số riêng phần octanol/ nƣớc LC50 Lethal Concentration: Liều lƣợng gây chết 50% sinh vật thí nghiệm ở môi trƣờng không khí hoặc môi trƣờng nƣớc LD50 Lethal Dose: Liều lƣợng gây chết 50% sinh vật thí nghiệm ở môi trƣờng rắn LoD Limit of detection: Giới hạn phát hiện mL, L Mililít, Lít (đơn vị đo lƣờng thể tích) N/A Not available: dữ liệu không xác định ng/L Nanogram/Liter TP Thành phẩm µg/L Microgram/Liter N_NS Ngày_nƣớc máy NPH Ngƣỡng phát hiện WHO World Health Organization: Tổ chức y tế thế giới xv
1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng canh tác nông nghiệp trọng điểm của cả nƣớc với trên 4,3 triệu ha đất canh tác lúa và hơn 750 ngàn ha đất nuôi trồng thủy sản và cung cấp hơn 55% sản lƣợng lúa cả nƣớc (Niên giám thống kê, 2016). Năm 2000, diện tích lúa ĐBSCL là hơn 3,9 triệu ha với sản lƣợng 16,7 triệu tấn thì các năm 2005, 2010, 2015 dù diện tích lúa tăng không đáng kể, dao động từ 0,97 – 1,09 lần nhƣng sản lƣợng lúa tăng rất cao, lần lƣợt tăng 1,2, 1,3 và 1,5 lần (Niên giám thống kê, 2006, 2016). Để đạt đƣợc điều đó ngoài cải tiến kỹ thuật canh tác thì các biện pháp thâm canh, tăng vụ đã đƣợc áp dụng, tăng cƣờng sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV), giúp kìm hãm sâu bệnh, bảo vệ mùa màng. Đó là những lợi ích trƣớc mắt của thuốc BVTV mà chúng ta có thể thấy đƣợc. Tuy nhiên, mặt trái của thuốc BVTV là sự tác động tiêu cực đến sức khoẻ của ngƣời dân trồng lúa, tiêu diệt các loài thiên địch và các sinh vật khác. Khi phun thuốc BVTV trên đồng ruộng thì có trên 50% lƣợng thuốc rơi xuống đất và nƣớc (Lê Huy Bá và Lâm Minh Triết, 2005), làm ô nhiễm môi trƣờng đất, nƣớc và gây độc cho sinh vật, đặc biệt là các loài cá sẽ chịu ảnh hƣởng rất lớn. Mặc dù các nhóm thuốc BVTV đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay (lân hữu cơ, carbamate, cúc tổng hợp, …) không tồn tại lâu trong môi trƣờng nhƣng có tính độc cấp tính rất cao cho động vật có xƣơng sống và không xƣơng sống (Fulton and Key, 2001). Tổng hợp nhiều thông tin, Edwards et al., (1997) cho rằng có nhiều nguyên nhân làm giảm sản lƣợng cá trong tự nhiên, bao gồm việc thay đổi từ canh tác lúa một vụ/năm sang lúa nhiều vụ/năm, sử dụng thuốc BVTV cũng nhƣ việc khai thác quá mức của con ngƣời … Khi phun thuốc BVTV trên ruộng lúa, nông dân thƣờng hỗn hợp hai hoặc nhiều loại thuốc nhằm tiết kiệm công phun thuốc và diệt đƣợc nhiều đối tƣợng gây hại (Phạm Văn Toàn, 2013). Dù phun riêng lẻ từng hoạt chất hay hỗn hợp cho cây trồng nhƣng sau cùng các hoạt chất này cùng tồn tại trong thành phần môi trƣờng. Do đó, sinh vật trong thực tế thƣờng chịu tác động của nhiều độc chất khác nhau. Sự phối trộn độc chất có thể làm (i) giảm (tác động đối kháng), (ii) tăng (tác động hợp lực) hay (iii) không ảnh hƣởng đến độc tính so với trƣờng hợp riêng lẻ (Trần Văn Hai, 2005; Zeliger, 2008). 1
Trong canh tác lúa ở ĐBSCL, thuốc BVTV hoạt chất Chlorpyrifos ethyl (nhóm Lân hữu cơ) và Fenobucarb (nhóm Carbamate) thƣờng đƣợc sử dụng phổ biến. Tuy nhiên kết quả từ những nghiên cứu gần đây cho thấy Chlorpyrifos ethyl đƣợc sử dụng phổ biến hơn Fenobucarb (Phạm Văn Toàn, 2013). Theo nhà sản xuất thì hai loại hoạt chất này có mục đích sử dụng khác nhau; hoạt chất Fenobucarb chuyên trị rầy, bọ xít; hoạt chất Chlorpyrifos ethyl chuyên trị các loại sâu đục thân, đục bẹ và sâu cuốn lá. Do đó, hai loại hoạt chất này luôn đƣợc sử dụng trong canh tác lúa khi có các nhóm dịch hại xuất hiện (Phạm Hữu Nghị, 2012). Trong danh mục thuốc BVTV cho phép sử dụng năm 2016 có đến 775 hoạt chất với 1.678 tên thƣơng mại khác nhau. Trong đó có 159 tên thuốc có chứa Chlorpyrifos Ethyl (dạng đơn chất và phối trộn) và 39 tên chứa hoạt chất Fenobucarb (dạng đơn chất và phối trộn) (TT 03/2016/TT-BNNPTNT). Dạng phối trộn hoạt chất Fenobucarb với Chlorpyrifos ethyl đƣợc sử dụng rất phổ biến, trên thị trƣờng cũng có các sản phẩm phối trộn sẵn nhƣ: Visa 5GR, Rockfos 550EC, Babsac 600EC, 750EC, Fenfos 650EC, Super Kill Plus 550EC. Cá lóc (Channa striata) sống ở nhiều loại hình thủy vực, trong đó có đồng ruộng (Trƣơng Thủ Khoa và Trần Thị Thu Hƣơng, 1993), nơi mà thuốc BVTV thƣờng xuyên đƣợc sử dụng. Vào mùa mƣa, cá thƣờng tìm đến đồng ruộng để sinh sản (Amilhat and Lorenzen, 2005) nên chúng có nhiều cơ hội phơi nhiễm với thuốc BVTV. Do đó, cá lóc là một trong những loài thủy sinh vật chịu nhiều tác động bất lợi từ thuốc BVTV, rất thích hợp để chọn lựa cho nghiên cứu. Enzyme Cholinesterase (ChE) có vai trò quan trọng trong điều tiết chức năng bình thƣờng của quá trình truyền tín hiệu thần kinh qua các tế bào thần kinh ở sinh vật sống. ChE rất nhạy cảm với thuốc BVTV gốc Lân hữu cơ và Carbamate (Stenersen, 2004); khi ChE bị ức chế có thể ảnh hƣởng đến hoạt động hô hấp, di chuyển, bắt mồi và gây chết sinh vật (Peakall, 1992). Hầu hết các loài thủy sinh vật chết khi ChE bị ức chế hơn 70% (Fulton and Key, 2001; Aprea et al., 2002) và ngƣỡng giới hạn sinh học cho phép ChE bị ức chế không quá 30% mức bình thƣờng (Aprea et al., 2002). Đo hoạt tính ChE có thể giúp phát hiện sớm ảnh hƣởng bất lợi của môi trƣờng đến sinh vật (Coppage et al., 1975; Peakall, 1992; Cong et al., 2006). Do vậy, ChE có thể sử dụng làm chỉ thị cảnh báo ô nhiễm và tác hại của ô nhiễm thuốc BVTV gốc Lân hữu cơ và Carbamate đến sinh vật. Kỹ thuật tái kích hoạt khi ChE bị ức chế bởi lân hữu cơ bằng hoá chất 2
Pralidoxime (2-PAM) và phƣơng pháp pha loãng rồi ủ mẫu ở nhiệt độ và thời gian thích hợp khi ChE bị ức chế bởi Carbamate đã đƣợc đề xuất áp dụng khi không có sinh vật đối chứng (Rotenberg, 1995). Trên thế giới, nhiều nghiên cứu trong điều kiện phòng thí nghiệm và ngoài thực địa đã sử dụng ChE nhƣ chỉ dấu sinh học cảnh báo nhiễm bẩn thuốc BVTV (Andresscu et al., 2006; Laetz et al., 2009;…). Những nghiên cứu bƣớc đầu ở Việt Nam cho thấy có thể sử dụng ChE ở cá chép Cyprinus carpio, cá mè vinh Puntius gonionotus (Đỗ Thị Thanh Hƣơng, 1999; Nguyễn Trọng Hồng Phúc et al., 2010), cá lóc Channa striata (Cong et al., 2006, 2008), cá rô đồng Anabas testudineus (Ngô Tố Linh, 2008; Nguyễn Khắc Du, 2010; Nguyen Thanh Tam et al., 2015) để đánh dấu tác tác hại của nhiễm bẩn thuốc BVTV hoạt chất Diazinon, Acephate, Isoprocarb, Fenobucarb,… Tuy nhiên, sự tác động của hỗn hợp thuốc BVTV đến ChE vẫn chƣa đƣợc tìm hiểu nhiều. Do đó, luận án “Ảnh hƣởng của sử dụng kết hợp thuốc bảo vệ thực vật hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến hoạt tính enzyme Cholinesterase cá lóc (Channa striata)” đã đƣợc thực hiện. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1. Mục tiêu tổng quát Đánh giá ảnh hƣởng của việc hỗn hợp hoạt chất Chlorpyrifos ethyl với Fenobucarb đến hoạt tính enzyme Cholinesterase ở não cá lóc và khả năng sử dụng ChE ở cá lóc nhƣ phƣơng pháp sinh học để đánh giá sự phơi nhiễm của cá lóc với các thuốc bảo vệ BVTV chứa hoạt chất này. 1.2.2 Mục tiêu cụ thể Xác định nhạy cảm của enzyme cholinesterase ở não cá lóc (C. striata) với Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb khi phơi nhiễm riêng lẻ và phối trộn để cảnh báo nhiễm bẩn hai hoạt chất này trong môi trƣờng nƣớc. Nghiên cứu khả năng áp dụng đo ChE ở não cá lóc nhƣ phƣơng pháp sinh học để cảnh báo nhiễm bẩn thuốc BVTV chứa hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb. 1.3 Nội dung nghiên cứu Khảo sát tình hình sử dụng thuốc BVTV ở một số vùng chuyên canh lúa Đồng bằng sông Cửu Long. 3