Độc tính nitrit bị tác động bởi tính nhạy cảm của loài và các điều kiện môi trường

Tóm tắt:

Nitrite là một hợp chất trung gian trong quá trình oxy hóa nitơ amoniac thành nitrate do vi khuẩn nitrat hóa trong đất và nước, độc hơn nitrate nhiều. Phơi nhiễm với nitrit gây ra các tổn thương mang, phù nề ở cơ xương cá và cũng ảnh hưởng đến hô hấp. Nồng độ nitrit bị tác động bởi mức oxy hòa tan và chloride trong nước, cũng như sự khác biệt giữa các loài về tính nhạy cảm với nitrit. Cá bị bệnh máu nâu sẽ nhanh chóng phục hồi khi được chuyển sang nước có nồng độ nitrit thấp.

Mặc dù tương đối phổ biến trong các hệ thống nước ngọt, độc tính nitrite ít gây ra vấn đề trong các hệ thống nuôi nước lợ và nước biển.

Tiến sĩ Claude E. Boyd

Khoa Thủy sản và Liên minh nuôi trồng thủy sản, Đại học Auburn, Auburn, Alabama 36849 USA

Nitrit là một hợp chất trung gian trong quá trình oxy hóa nitơ amoniac thành nitrate bởi vi khuẩn nitrat trong đất và nước. Nó cũng có thể là một sản phẩm của vi khuẩn khử Nitơ ở lớp trầm tích kỵ khí hoặc trong nước. Nitrit cuối cùng bị oxy hóa thành nitrate khi có oxy hòa tan. Tuy nhiên, các hệ thống nuôi trồng thủy sản thường có nồng độ nitrit thấp dưới 0,1 mg/L và ở các điều kiện nhất định thì sẽ có nồng độ cao hơn nhiều.

Nitrat là dạng nitơ vô cơ trong nước bị oxy hóa nhiều nhất – không có độc tính cao đối với động vật thủy sinh. Nồng độ nitrat-nitơ gây chết 50% sinh vật thí nghiệm trong 96 giờ (LC50 96 giờ) điển hình là trên 100 mg/L đối với các loài sinh vật nước ngọt và hơn 500 mg/L đối với các loài sinh vật biển. Mặt khác, nitrite độc hơn nhiều.

Phơi nhiễm với nitrit gây ra các tổn thương mang và phù nề ở cơ xương cá, nhưng tác động chính của nó là đến hô hấp. Khi đã bị hấp thụ vào máu, nitrit kết hợp với hemoglobin – hoặc hemocyanin ở loài không xương sống – để tạo thành methemoglobin hoặc met-hemocyanin không kết hợp với oxy.

Tỷ lệ phần trăm methmoglobin hoặc met-hemocyanin trong máu của động vật thủy sinh tăng lên khi nồng độ nitrite trong máu tăng lên, do đó làm máu giảm khả năng vận chuyển oxy đến các mô. Tác động của nitrit đến hô hấp đặc biệt rõ rệt khi nồng độ oxy hòa tan trong nước ao nuôi thấp.

Các tác động của chloride

Nồng độ chloride trong nước cũng tác động lớn đến sự hấp thu nitrit trong môi trường qua mang và vào máu của động vật thủy sinh – đặc biệt là động vật nước ngọt.

Ion chloride có cùng điện tích và kích thước tương đương với ion nitrit. Do sự tương đồng này, chloride cạnh tranh với nitrit về các vị trí hút bám trên cơ chế chất mang chủ động chịu trách nhiệm vận chuyển nitrit trong môi trường qua lá mang vào máu. Bằng cách chặn sự hấp thu nitrit bởi chất mang, chloride làm giảm số lượng nitrit chuyển từ nước vào máu của động vật thủy sinh ở một nồng độ nitrit nitơ đặc biệt, do đó làm giảm nguy cơ của độc tính nitrit.

Độc tính nitrit

Có một lượng lớn thông tin về độc tính của nitrite đối với cá, tôm và các sinh vật thủy sinh khác. LC50 96 giờ (gây chết 50% sinh vật thí nghiệm trong 96 giờ) của nitrit nitơ điển hình trong khoảng 10,00 – 30,00 mg/L trên các loài không xương sống nước ngọt và 0,25 – 100,00 mg/L trên cá. Phạm vi tương ứng trên các loài sinh vật biển điển hình trong khoảng 10 – 300 mg/L và 100 – 1,000 mg/L. LC50 96 giờ đối với một số loài động vật thủy sinh được thể hiện ở Bảng 1.

Bảng 1. LC50 96 giờ của nitrit nitơ đối với một số loài động vật thủy sinh đã công bố.

Tên thông thường	LC50 96 giờ
Nước ngọt
Cá chép Cá Catla Cua Mitten Trung Quốc Cua càng nhỏ Tôm nước ngọt Cá hồi Cutthroat Cá da trơn Cá tuế Fathead Cá rô phi xanh Cá vược miệng rộng Cá hồi cầu vồng	88,0 mg/L 117,0 mg/L 25,9 mg/L 29,4 mg/L 8,6 mg/L 0,5-0,6 mg/L 7,1-44,0 mg/L 45,0-70,0 mg/L 16,0 mg/L 140,0 mg/L 0,24-11,0 mg/L
Nước biển
Cua biển Cá vược Cá chình châu Âu Tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương Tôm sú Cá hồi biển	41,6-69,9 mg/L 154,0-274,0 mg/L 84,0-974,0 mg/L 9,0-322,0 mg/L 13,6 mg/L 980,0 mg/L

Một số khác nhau về độc tính liên quan đến sự khác biệt loài trong tính nhạy cảm với nitrit. Ví dụ, LC50 96 giờ đối với tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương ở độ mặn 35 ppt là 322,0 mg/L, trong khi ở độ mặn như nhau thì đối với tôm sú chỉ là 14,0 mg/L. Ở nồng độ chloride 22,0 mg/L, LC50 96 giờ của cá da trơn là 7,5 mg/L, trong khi đối với tuế Fathead là 70,0 mg/L.

Các ảnh hưởng của chất lượng nước

Đa phần sự khác nhau về số liệu từ các thí nghiệm độc tính là do những khác biệt trong điều kiện chất lượng nước mà động vật khi phơi nhiễm với nitrit. LC50 có xu hướng giảm khi nhiệt độ tăng. Ví dụ, trong một nghiên cứu với cá chẽm, LC50 giảm từ 274 mg/L ở 17 °C xuống 154 mg/L ở 27 °C. Mối liên quan này không đáng ngạc nhiên, bởi vì ở nhiệt độ cao hơn, sinh vật cần oxy nhiều hơn và nitrit gây trở ngại cho sự vận chuyển oxy trong máu.

Độ mặn cũng ảnh hưởng đến độc tính của nitrit. LC50 96 giờ của nitrit nitơ đối với cá chình châu Âu tăng từ 84 mg/L ở nước ngọt lên 974 mg/L ở nước có độ mặn 36 ppt. Ở tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương, LC50 tăng từ 61 mg/L ở độ mặn 15 ppt lên 322 mg/L ở độ mặn 35 ppt. Không nghi ngờ gì về ảnh hưởng này là do sự gia tăng nồng độ chloride để đáp ứng với độ mặn cao hơn và giúp bảo vệ chống lại độc tính nitrit.

Các loài nước lạnh nhạy cảm với nitrit nhiều hơn là các loài nước ấm. Ví dụ, LC50 đối với cá hồi vân thấp hơn cá da trơn bốn lần hoặc hơn nữa.

Do có nhiều yếu tố khác nhau tác động nên khó giải thích về các giá trị LC50 từ thí nghiệm độc tính nitrit đối với các loài thủy sản nuôi. Hơn nữa, người nuôi thủy sản muốn tránh các tác động xấu của nitrit đến mức tăng trưởng và độ nhạy cảm với bệnh gia tăng xảy ra ở các nồng độ thấp hơn nhiều so với LC50.

Nồng độ an toàn khi phơi nhiễm liên tục với nitrite và các chất độc phổ biến khác đối với động vật thủy sinh thường được ước tính là 0,05 hoặc 0,10 của LC50 96 giờ. Dựa trên LC50 đã báo cáo, nồng độ an toàn của nitơ nitrit ở nước ngọt trong khoảng 0,0125 – 0,5000 mg/L đối với cá nước lạnh và 0,5000 – 2,5000 mg/L đối với các loài không xương sống và cá nước ấm. Đối với các loài sinh vật biển, khoảng nồng độ an toàn cao hơn là 0,5 – 15,0 mg/L đối với các loài không xương sống và 5,0 – 50,0 mg/L với cá.

Bệnh máu nâu

Độc tính nitrit không phải là một vấn đề phổ biến trong các hệ thống nuôi nước lợ và nước biển, nhưng tương đối phổ biến ở nước ngọt. Một triệu chứng của độc tính nitrit có thể dễ dàng nhận ra là máu của cá hoặc tôm sẽ có màu nâu là do nồng độ methemoglobin hoặc met-hemocyanin trong máu tăng.

Bởi thế nhiễm độc nitrit thường được gọi là bệnh máu nâu. Mức độ nghiêm trọng của bệnh máu nâu thay đổi tùy theo nồng độ nitrit, nồng độ hòa tan oxy và các yếu tố khác. Một điều thú vị cần lưu ý là cá bị bệnh máu nâu nhanh chóng hồi phục khi được chuyển sang nước có nồng độ nitrit thấp.

Kiểm soát

Nồng độ oxy hòa tan dưới 3 mg/L đối với các loài nước ấm và dưới 5 mg/L đối với các loài nước lạnh kích thích quá trình oxy hóa nitrit thành nitrat trong nước và tại bề mặt giữa nước và trầm tích đáy. Chúng cũng tạo ra một biên độ an toàn cho các loài động vật do nitrit gây căng thẳng dễ bị tổn thương hơn với các mức oxy hòa tan thấp.

Mỗi năm người nuôi cá da trơn ở Mỹ thường sử dụng sodium chloride (natri clorua) để duy trì nồng độ chloride trong ao là 50-100 mg/L nhằm tránh bệnh máu nâu. Quy trình này đem lại hiệu quả cao và có thể được sử dụng trong nuôi trồng các loại thủy sản nước ngọt khác.

Tương đối dễ dàng để đo nitrit và có thể đạt được kết quả khá chính xác với bộ dụng cụ thí nghiệm không đắt tiền. Trong nuôi trồng thủy sản nước ngọt, khi đo thấy nồng độ nitrit cao trong nước ao hoặc các hệ thống nuôi khác người quản lý ao có thể dùng natri clorua để tăng nồng độ chloride.

Nồng độ chloride gấp 20 lần nồng độ nitơ nitrit sẽ hoàn toàn trung hòa độc tính nitrit ở cá da trơn và có lẽ ở hầu hết các loài nước ngọt khác. Xử lý bằng sodium chloride (natri clorua) dường như không khả thi ở nuôi trồng thủy sản nước lợ và nước biển.

Nguồn: The Advocate Global Aquaculture – Tháng 1-2/2014