Nghiên cứu ảnh hưởng của chì đến một số chỉ tiêu sinh lý, sinh trưởng và hàm lượng tích tụ Pb trong các bộ phận của cây đậu bắp Abelmoschus esculentus L.

Hiện nay cùng với sự phát triển về kinh tế- xã hội thì nhu cầu của con người về các mặt hàng thiết yếu ngày càng tăng trong đó có rau xanh- thực phẩm không thể thiếu trong mỗi bữa ăn hàng ngày. Rau xanh có vai trò vô cùng quan trọng đối với sức khỏe của con người. Rau xanh là loại thực phẩm cần thiết cho cuộc sống hàng ngày và không thể thay thế được. Rau cung cấp một lượng lớn vitamin A, B, C, các nguyên tố vi, đa lượng rất cần thiết trong cấu tạo tế bào trong khẩu phần ăn hàng ngày, cung cấp xenluloz giúp cho cơ thể tiêu hóa thức ăn, dễ dàng đào thải colesterol và các chất độc khác ra khỏi cơ thể, là một nguồn dược liệu quý góp phần bảo vệ sức khỏe con người. Tóm lại rau xanh giúp cải thiện tình trạng sức khỏe như tăng cường khả năng miễn dịch của cơ thể để phòng chống các bệnh tật, chống stress và tăng cường minh mẫn. Nhưng nếu trong rau xanh chứa một lượng lớn kim loại nặng thì sẽ gây hại cho con người. Điều này đặt ra câu hỏi: nguyên nhân nào dẫn đến rau xanh bị nhiễm kim loại nặng? Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến rau xanh nhiễm kim loại nặng như: do đất nông nghiệp, nước tưới bị ô nhiễm, do quá trình canh tác... Sự phát triển các ngành công nghiệp (như khai thác mỏ, luyện kim của kim loại nặng,...), khu công nghiệp, các làng nghề (như tái chế pin, đúc đồng, chạm bạc, ắc qui...) và sự đô thị hóa trong thời gian qua đã và đang dẫn tới tình trạng ô nhiễm môi trường xung quanh những nơi đó ngày càng trầm trọng. Đồng thời, do chạy theo lợi nhuận, muốn tăng năng suất, tăng sản lượng rau xanh nhằm kiếm thu nhập cao dẫn tới người dân ngoài việc canh tác ngay trên vùng đất bị ô nhiễm còn sử dụng quá mức thuốc bảo vệ thực vật, phân bón hóa học, hóa chất bảo quản... Chính những vấn đề trên là những nguyên nhân gây nên tình trạng rau xanh bị nhiễm kim loại nặng. Trước tình trạng đó vấn đề bức thiết được đặt ra là cần phải tìm ra biện pháp cải thiện và xử lý vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong rau xanh. Để giải quyết vấn đề này, trước hết cần phải giải quyết vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất đặc biệt là tại các vùng trồng rau. Nhằm cải tạo môi trường đất, trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đang nỗ lực tìm những phương pháp khác nhau làm giảm sự ô nhiễm kim loại nặng. Xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng có rất nhiều các phương pháp truyền thống đã được sử dụng, song hầu hết các phương pháp này rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích... Do vậy vấn đề lại đặt ra là phải tìm ra phương pháp có thể giải quyết những hạn chế đó. Và trong những năm gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, người ta đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường và phương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng bằng thực vật đang được coi là hướng phát triển mới và tiềm năng [14],[17]. Tuy nhiên, hầu hết hiện nay các nghiên cứu về xử lý kim loại nặng nhờ thực vật đều chủ yếu nghiên cứu tới hướng tìm ra loài thực vật có khả năng tích tụ một lượng lớn kim loại nặng như cỏ vetiver, rau cải xanh (Brassica junsea), hoa ngũ sắc, dương xỉ, cỏ mần trầu, bèo tây, rau muống và một số loài rau ăn lá khác…[25] mà chưa có nhiều nghiên cứu đi sâu về các loài thực vật đa mục đích- là thực vật vừa có khả năng tích lũy kim loại nặng vừa có khả năng cho thương phẩm phù hợp với quy định cho phép (QCVN 8- 1: 2011/BYT) [19]. Vì hạn chế về thời gian nên tôi chỉ nghiên cứu với đối tượng kim loại là chì (Pb) trên đối tượng cây đậu bắp. Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Bước đầu nghiên cứu ảnh hưởng của chì (Pb) đến một số chỉ tiêu sinh lý, sinh trưởng và hàm lượng tích tụ Pb trong các bộ phận của cây đậu bắp (Abelmoschus esculentus L.)”.

LỜI CẢM ƠN

Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn cô giáo TSTrần Khánh Vân và thầy giáo Th.S Nguyễn Viết Hiệp đã tận tình hướngdẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Sinh học- Trường Đạihọc Sư phạm Hà Nội, đặc biệt các thầy cô trong tổ bộ môn Sinh lý thựcvật- Ứng dụng và các anh chị trong tổ Vi sinh vật- Viện Thổ nhưỡng Nônghóa đã tạo mọi điều kiện cho em trong thời gian học tập và nghiên cứu Vàgia đình, bạn bè, những người thân đã động viên giúp đỡ em trong suốt quátrình thực hiện đề tài

Dù đã có nhiều cố gắng nhưng do năng lực còn hạn chế nên trongkhóa luận của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sựchỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo để bài khóa luận của

em được hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 4 năm 2013

Người viết

Cao Thị Khương

MỤC LỤC

PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích của đề tài 3

1.3 Nhiệm vụ và nội dung của đề tài 3

II TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Sơ lược về tình hình ô nhiễm Pb trên thế giới và ở Việt Nam .4

2.1.1 Tình hình về ô nhiễm Pb trên thế giới 4

2.1.2 Tình hình về ô nhiễm Pb ở Việt Nam .5

2.2 Độc tính của chì .7

2.2.1 Ảnh hưởng của kim loại nặng Pb đến thực vật .8

2.2.2 Ảnh hưởng của kim loại nặng Pb đến cơ thể con người 10

2.3 Một số kết quả nghiên cứu sử dụng thực vật để xử lý đất ô nhiễm Pb trên thế giới và Việt Nam .11

2.4 Khả năng hấp thụ kim loại nặng của thực vật trong đất .13

PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

1 Đối tượng thí nghiệm: 16

1.1 Yếu tố thí nghiệm 16

1.2 Cây trồng thí nghiệm: 16

a/ Đặc điểm sinh học 17

b/ Đặc điểm sinh thái .17

1.3 Đất thí nghiệm 18

2 Phương pháp nghiên cứu 18

2.1 Phương pháp thu thập số liệu 18

2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 19

2.3 Phương pháp lấy mẫu phân tích .20

3 Các chỉ tiêu nghiên cứu và phương pháp xác định 21

3.1 Các chỉ tiêu sinh lý- hóa sinh 21

3.1.1 Xác định hàm lượng diệp lục trong lá (Wettstein, 1957) 21

3.1.2 Xác định hoạt tính enzim catalaza theo phương pháp của Bach Và Oparin 22

3.1.3 Xác định cường độ thoát hơi nước bằng phương pháp cân nhanh (theo L.A Ivanov) 23

3.2 Các chỉ tiêu sinh trưởng 24

3.3 Các chỉ tiêu năng suất 24

3.4 Động thái tích lũy kim loại nặng 24

4 Phương pháp xử lý số liệu 25

PHẦN III: NỘI DUNG 26

I ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CHÌ (Pb) ĐẾN MỘT SỐ CHỈTIÊU SINH LÝ VÀ SINH TRƯỞNG CỦA CÂY ĐẬU BẮP ( A esculentus) 26

1.1 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến hàm lượng diệp lục trong lá đậu bắp 26

1.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến hàm lượng diệp lục a trong lá đậu bắp 26

1.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến hàm lượng diệp lục b trong lá đậu bắp 28

1.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến hàm lượng diệp lục tổng số trong lá đậu bắp 29

1.2 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến hoạt tính enzim catalaza trong lá đậu bắp 31

1.4 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến các chỉ tiêu sinh trưởng của cây đậu bắp 35

1.4.1 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến chiều cao cây đậu bắp 35

II ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CHÌ (Pb) ĐẾN CHỈ TIÊU NĂNG SUẤT CỦA CÂY ĐẬU BẮP (A esculentus) 39

2.1 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến kích thước quả (chiều dài và đường kính quả tươi) 39

2.2 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến khối lượng quả đậu bắp tươi 40

III ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CHÌ ĐẾN SỰ TÍCH LŨY PB TRONG CÁC BỘ PHẬN CỦA CÂY ĐẬU BẮP (A esculentus) 43

3.1 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến sự tích lũy Pb trong thân lá và trong rễ của cây đậu bắp 43

3.2 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến sự tích lũy Pb trong quả tươi của cây đậu bắp 45

3.3 Đánh giá khả năng sử dụng cây đậu bắp (A esculentus) làm cây đa mục đích 48

PHẦN IV: KẾT LUẬN 50

I KẾT LUẬN 50

II KIẾN NGHỊ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AAS: Atomic Absorption Spectrophotometric (phương pháp quang phổhấp thụ nguyên tử)

ANOVA: Analysis of Variance (Phân tích phương sai)

BNN: Bộ Nông Nghiệp

BTNMT: Bộ tài nguyên môi trường

BYT: Bộ y tế

CEC: Cation Exchange Capacity ( khả năng trao đổi cation)

FAO: Food and Agriculture Organization of the Unit : Tổ chức Liên hợpquốc về lương thực và nông nghiệp

EDTA: EthyleneDiamineTetraacetic Acid

EEA: European Economic Area ( Cục môi trường châu Âu)

ppm: part per million( nồng độ phần triệu)

QCVN: Quy chuẩn Việt Nam

SPSS: Statistical Package for the Social Sciences (một chương trình máytính phục vụ công tác thống kê)

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

UNESCO: United Nations Educational, Scientific and Cultural

Organization (Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hiệp

quốc)

WHO: World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới)

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến hàm lượng diệp lục a trong lá đậu

Bảng 2 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến hàm lượng diệp lục b trong lá

đậu bắp 28

Bảng 3 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến hàm lượng diệp lục tổng số trong

lá đậu bắp 30Bảng 4 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến cường độ thoát hơi nước của láđậu bắp 34Bảng 5 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến chiều cao cây (cm) 36Bảng 6 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến tốc độ tăng trưởng chiều cao cây(cm/ ngày) 37Bảng 7 Sự tích lũy Pb trong thân lá và trong rễ ở các nồng độ Pb khácnhau 44Bảng 8 Kết quả sự tích lũy Pb trong quả đậu bắp ở một số mẫu 47

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Cây đậu bắp 16Hình 2 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến hoạt tính enzim catalaza trong láđậu bắp 31

Hình 3 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến kích thước quả đậu bắptươi 39Hình 4: Kích thước quả đậu bắp 40Hình 5 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến khối lượng quả đậu bắptươi 41Hình 6 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến sự tích lũy Pb trong thân lá và

trong rễ của cây đậu bắp .44

Hình 7 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến sự tích lũy Pb trong quả

đậu bắp tươi 46

PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay cùng với sự phát triển về kinh tế- xã hội thì nhu cầu của con

người về các mặt hàng thiết yếu ngày càng tăng trong đó có rau xanh- thực

phẩm không thể thiếu trong mỗi bữa ăn hàng ngày Rau xanh có vai trò vôcùng quan trọng đối với sức khỏe của con người Rau xanh là loại thựcphẩm cần thiết cho cuộc sống hàng ngày và không thể thay thế được Raukhông chỉ cung cấp một lượng lớn vitamin A, B, C mà còn cung cấp mộtphần các nguyên tố vi, đa lượng rất cần thiết trong cấu tạo tế bào trongkhẩu phần ăn hàng ngày Ngoài ra rau xanh còn cung cấp xenluloz giúp cho

cơ thể tiêu hóa thức ăn, dễ dàng đào thải colesterol và các chất độc khác rakhỏi cơ thể Đặc biệt, rau xanh còn là một nguồn dược liệu quý góp phầnbảo vệ sức khỏe con người Tóm lại rau xanh giúp cải thiện tình trạngsức khỏe như tăng cường khả năng miễn dịch của cơ thể để phòngchống các bệnh tật, chống stress và tăng cường minh mẫn Nhưng nếutrong rau xanh chứa một lượng lớn kim loại nặng thì sẽ gây hại cho conngười

Điều này đặt ra câu hỏi: nguyên nhân nào dẫn đến rau xanh bị nhiễmkim loại nặng? Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến rau xanh nhiễm kim loạinặng như: do đất nông nghiệp, nước tưới bị ô nhiễm, do quá trình canhtác Sự phát triển các ngành công nghiệp (như khai thác mỏ, luyện kimcủa kim loại nặng, ), khu công nghiệp, các làng nghề (như tái chế pin,đúc đồng, chạm bạc, ắc qui ) và sự đô thị hóa trong thời gian qua đã vàđang dẫn tới tình trạng ô nhiễm môi trường xung quanh những nơi đó ngàycàng trầm trọng Đồng thời, do chạy theo lợi nhuận, muốn tăng năng suất,tăng sản lượng rau xanh nhằm kiếm thu nhập cao dẫn tới người dân ngoàiviệc canh tác ngay trên vùng đất bị ô nhiễm còn sử dụng quá mức thuốcbảo vệ thực vật, phân bón hóa học, hóa chất bảo quản Chính những vấn

đề trên là những nguyên nhân gây nên tình trạng rau xanh bị nhiễm kimloại nặng Theo Báo Lao Động số 288 ngày 12/12/2008 thì trung bình 33

km2 mới có một điểm bán rau an toàn Theo chi cục Bảo vệ thực vật Hà

Nội, sản lượng rau an toàn của thành phố hàng năm chỉ đáp ứng được gần14% nhu cầu rau xanh của người dân thủ đô Một thực trạng đáng báo động

Xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng có rất nhiều các phương pháp truyềnthống đã được sử dụng, song hầu hết các phương pháp này rất tốn kém vềkinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích Do vậy vấn đề lạiđặt ra là phải tìm ra phương pháp có thể giải quyết những hạn chế đó Vàtrong những năm gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyểnhoá, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, người ta

đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường vàphương pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng bằng thực vật đang được coi làhướng phát triển mới và tiềm năng [14],[17]

Tuy nhiên, hầu hết hiện nay các nghiên cứu về xử lý kim loại nặngnhờ thực vật đều chủ yếu nghiên cứu tới hướng tìm ra loài thực vật có khảnăng tích tụ một lượng lớn kim loại nặng như cỏ vetiver, rau cải xanh

(Brassica junsea), hoa ngũ sắc, dương xỉ, cỏ mần trầu, bèo tây, rau muống

và một số loài rau ăn lá khác…[25] mà chưa có nhiều nghiên cứu đi sâu vềcác loài thực vật đa mục đích- là thực vật vừa có khả năng tích lũy kim loạinặng vừa có khả năng cho thương phẩm phù hợp với quy định cho phép(QCVN 8- 1: 2011/BYT) [19] Vì hạn chế về thời gian nên tôi chỉ nghiêncứu với đối tượng kim loại là chì (Pb) trên đối tượng cây đậu bắp

Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:

“ Bước đầu nghiên cứu ảnh hưởng của chì (Pb) đến một số chỉ tiêu sinh lý,

sinh trưởng và hàm lượng tích tụ Pb trong các bộ phận của cây đậu bắp

(Abelmoschus esculentus L.)”.

Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các nồng độ Pb khác nhau đối vớiquá trình sinh trưởng và hàm lượng tích tụ Pb trong các bộ phận của câyđậu bắp trên đất xám bạc màu sử dụng cho trồng trọt nhằm:

- Đánh giá tác động do ô nhiễm Pb trong môi trường đất đối với câyđậu bắp

- Xác định cây đa mục đích vừa có khả năng giải quyết vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất đồng thời vẫn cho thương phẩm

- Góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho các nghiên cứu về khả năng tích lũy của các kim loại nặng trong thực vật và giới hạn gây độc đối với thực vật khảo sát

1.3 Nhiệm vụ và nội dung của đề tài

Để thực hiện mục đích trên, chúng tôi tiến hành xác định các chỉ tiêusau:

- Chỉ tiêu sinh lí: hàm lượng diệp lục, hoạt tính enzim catalase,cường độ thoát hơi nước

- Chỉ tiêu sinh trưởng: chiều cao cây

- Chỉ tiêu năng suất: khối lượng quả, chiều dài và đường kính quả

- Sự tích tụ kim loại nặng trong các bộ phận của cây đậu bắp

II TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Sơ lược về tình hình ô nhiễm Pb trên thế giới và ở Việt Nam.

2.1.1 Tình hình về ô nhiễm Pb trên thế giới

Hiện nay vấn đề ô nhiễm kim loại nặng xảy ra ở nhiều nước trên thếgiới và đang ngày một nghiêm trọng đặc biệt là ô nhiễm chì (Pb)

Các khu vực khai thác mỏ, khoáng sản, khu công nghiệp và các thànhphố lớn là những nguồn phát thải một lượng lớn kim loại nặng Chúng cókhả năng tồn tại trong môi trường và vấn đề này không đáng lo ngại nhiềunếu chúng không xâm nhập được vào cơ thể và hệ sinh thái Điều đángquan tâm nhất là kim loại nặng có tính bền vững, khó phân hủy trong điềukiện bình thường và có khả năng xâm nhập và tích tụ đến mức độ gây độccho con người, sinh vật và hệ sinh thái

Ở các khu vực luyện kim, vùng khai thác quặng khoáng sản thì hàmlượng Pb trong đất khoảng 1500 μg/g (hay còn viết là 1500 ppm), cao gấp

15 lần so với mức độ bình thường, ví dụ như khu vực xung quanh nhà máyluyện kim ở Galena, Kansas (Mỹ), hàm lượng Pb trong đất 7600 μg/g.Theo Lim H S và cộng sự (2004), tại mỏ vàng- bạc Sonchoen đã bỏ hoang

ở Hàn Quốc, đất và nước nhiều khu vực ở đây vẫn còn bị ô nhiễm một sốkim loại ở mức cao Theo tác giả thì bãi thải đuôi quặng ở đây là nguồnđiểm gây ô nhiễm các kim loại trong đất Đa số cây trồng ở các khu đất bị ônhiễm kim loại đã bị nhiễm asen (As), chì (Pb) và kẽm (Zn) [25]

Vào đầu thập kỷ 80, nhiều trẻ em ở Paris (Pháp) mắc một chứng bệnhrất giống nhau mà các bác sĩ nghi ngờ là do hội chứng rối loạn tiêu hoá.Kết quả kiểm tra dịch tễ học thực hiện tại Bệnh viện Troussean năm 1985

đã phát hiện một hiện tượng: hàm lượng Pb trong máu của 2.600 trẻ emcao gấp nhiều lần tiêu chuẩn cho phép của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO).Nguyên nhân nhiễm độc Pb ở trẻ em Pháp là do các em hay ăn những mảnhsơn tường nhà bị bong ra có vị ngọt Bởi sơn tường nhà có chứa những hạttrắng, đó là chì axetat [36]

Việc tái tạo các ắc qui, pin cũng là nguồn quan trọng gây nhiễm độc

Pb Trên thế giới có tới 63% các nhà máy ắc qui, pin dùng Pb Ở Mehico,Caribe, Ấn Độ, công nghiệp quy mô gia đình sản xuất ắc qui, pin thì toàn

gia đình bị nhiễm độc Pb cực cao Ở Jamaica, trẻ em sống gần nơi nấu Pb

có mức Pb trong máu cao hơn 3 lần so với nơi khác Năm 1991, một sựkiện bùng nổ nhiễm Pb ở Trinidad và Tobaco đã làm cho môi trường đất ônhiễm Pb trầm trọng, mức Pb trong máu của trẻ em vùng này thay đổi từ

17 μg/ dl lên 235 μg/ dl với mức trung bình 72 μg/ dl Năm 2009, các nhàsản xuất pin Trung Quốc đã thải ra 12 triệu tấn nước thải ô nhiễm kim loạinặng đặc biệt là kim loại Pb và 22 triệu tấn chất thải rắn dẫn tới vấn nạnxung quanh các nhà máy pin luôn là nỗi ám ảnh “làng ung thư” Và theomột nghiên cứu khác ở Thụy Sĩ, trong một vùng công nghiệp, những aisống ở gần đường cao tốc với lưu lượng giao thông lớn (từ 5.000 – 6.000 ô

tô đi qua trong một ngày) thì nguy cơ bị ung thư cao gấp 9 lần cao hơn sovới những người sống cách con đường đó 400 m Tuy nhiên, Pb không phảinguyên nhân duy nhất nhưng Pb là nguyên nhân chủ yếu Ngày nay, hàmlượng Pb trong cơ thể người Mỹ cao hơn 400 lần so với mức độ tự nhiêncủa cơ thể Một trong những giải thích tại sao đó là do việc sử dụng xăngpha chì làm nguyên liệu động cơ, mặc dù lượng Pb trong xăng dầu pha chỉchiếm 2,2% tổng lượng Pb sử dụng Ước tính khoăng 90% tổng lượng Pbphát thải vào không khí do dùng xăng pha chì [8]

Và ở châu Á là một trong những nơi có tình trạng ô nhiễm kim loạinặng đặc biệt Pb cao trên thế giới, trong đó có Trung Quốc với hơn 10%đất bị nhiễm độc Pb, hay tại Thái Lan theo Viện Quốc Tế quản lý nhà nướcthì 154 ruộng lúa thuộc tỉnh Tak đã nhiễm Pb cao gấp 94 lần so với tiêuchuẩn cho phép [2]

2.1.2 Tình hình về ô nhiễm Pb ở Việt Nam.

Ở nước ta, tình hình ô nhiễm kim loại nặng nhìn chung không phổbiến Tuy nhiên, nhiều trường hợp cục bộ như ở các khu khai thác quặng,khu công nghiệp, đặc biệt là ở những làng nghề tái chế kim loại, tình trạng

ô nhiễm kim loại nặng đang diễn ra khá trầm trọng Trong thời gian qua,tình trạng khai thác khoáng sản trái pháp đang diễn ra lan tràn ở một số đạiphương (Thái Nguyên, Cao Bằng, Tuyên Quang…)

Tình trạng ô nhiễm Pb cũng gia tăng nhanh chóng trong môi trường,mức độ ô nhiêm Pb nghiêm trọng nhất vẫn là ở các thành phố lớn, các khu

dân cư, khu công nghiệp Đặc biệt, theo thống kê hiện nay, nước ta hiện cótrên 800.000 cơ sở sản xuất công nghiệp, với khoảng hơn 130 khu côngnghiệp- khu chế xuất tập trung và gần 90% cơ sở sản xuất công nghiệpchưa có hệ thống xử lý nước thải Như tại thành phố Hồ Chí Minh, kết quảphân tích hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất vùng trồng lúa khuvực phía Nam thành phố cho thấy hàm lượng đồng (Cu), kẽm (Zn), chì(Pb), thủy ngân (Hg), crôm (Cr) trong đất trồng lúa chịu ảnh hưởng trựctiếp của nước thải công nghiệp phía Nam thành phố đều tương đương hoặccao hơn ngưỡng cho phép (TCVN 7209: 2002) đối với đất sử dụng chomục đích nông nghiệp Trong đó hàm lượng Cd vượt quá tiêu chuẩn chophép 2,3 lần; Zn vượt quá 1,76 lần [22].

Theo tác giả Phạm Ngọc Thúy, tại huyện Đông Anh (Hà Nội), hàmlượng Pb trong đất, nước tưới tại các khu trồng ra đều vượt ngưỡng tiêuchuẩn cho phép [23]

Theo tác giả Lê Đức và Lê Văn Khoa (2001) một số mẫu đất ở làngnghề tái chế chì ở Chỉ Đạo – Văn Lâm- Hưng Yên Có hàm lượngCu: 43,68- 69,68 mg/kg, Pb: 147,06- 661,2 mg/kg…( hầu hết đều vượt quámức giới hạn kim loại nặng trong đất theo TCVN- 2008) Trong số 9 mẫunước phân tích Pb có 7 mẫu vượt quá giới hạn cho phép dùng cho nướcsinh hoạt (0,05 mg/l) từ 0,07- 10,83 mg/l chiếm 77,78%; 5 mẫu vượt quágiá trị giới hạn dùng cho các mục đích khác Như vây, môi trường bị ônhiễm đã ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất cây trồng và đặc biệt là tới sứckhỏe người dân trong xã [7]

Và một nguyên nhân không thể kể tới đó là rác sinh hoạt, đặc biệt rácthải đô thị cũng là một nguồn gia tăng lượng kim loại nặng trong đất Tại

đa số đô thị hiện nay, tỉ lệ thu gom rác còn thấp, thậm chí có một số đô thịchưa có đơn vị thu gom và nơi tập kết rác Ở Hà Nội, một trong những đôthị có tỉ lệ thu gom rác cao nhất, cũng chỉ đạt tỉ lệ dao động khoảng70- 80% /năm Lượng rác thải còn lại tồn đọng ở các nước ao hồ, ngõ xóm,kênh mương, theo dòng nước mưa chảy tràn gây ô nhiễm môi trường Vàtheo các nhà khoa học, thì có khoảng 70- 80% các nguyên tố kim loại nặng

bùn thải làm phân bón được coi là một trong những nhân tố cao có nguy cơgây ô nhiễm kim loại nặng [22].

Ngoài ra, hoạt động nông nghiệp cũng chính là một nguồn gây ônhiễm kim loại nặng Việc lạm dụng các loại phân bón hóa học, hóa chấtbảo vệ thực vật đã làm gia tăng lượng tồn dư các kim loại như As, Cd, Hg

và Zn trong đất Sự phát triển và mở rộng các làng nghề thủ công đi kèmvới việc sử dụng ngày càng nhiều hóa chất song hầu hết các làng nghề ởnước ta hiện nay đều không có biện pháp xử lý chất thải, gây ô nhiễm môitrường, trong đó có môi trường đất

2.2 Độc tính của chì.

Các kim loại nặng: Zn, Cu, Cd…chiếm một tỷ lệ rất nhỏ so với khốilượng cơ thể thực vật, động vật, con người nhưng lại rất cần thiết đối vớiđời sống của động- thực vật nếu hàm lượng của chúng là phù hợp Kim loạinặng thực hiện nhiều chức năng sinh học quan trọng và là những nguyên tốhóa học rất cần thiêt đối với sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật Đồngthời con người đã phát hiện ra mối liên quan khắng khít giữa các nguyên tố

vi lượng (kim loại nặng) và một số lớn các hệ enzym được hoạt hóa bằngkim loại nặng

Tuy vậy khi hàm lượng kim loại nặng trong cơ thể thực vật, độngvật, con người vượt quá giới hạn cho phép thì trở nên độc hại dẫn tới cácbệnh tật và nguy hiểm hơn có thể gây tử vong Bởi vì các ion kim loạinặng, đặc biệt Hg2+, Pb2+, Cd2+ là những chất kìm hãm mạnh sự hoạt độngcủa các enzyme cơ thể, có thể do: các cation kim loại này tác động lên cácnhóm hoạt động có chứa lưu huỳnh : SH-, SCH3-, các nhóm này là thànhphần trong cấu trúc enzyme như methionin, cystein Kim loại nặng tácdụng với nhóm SH- của enzyme

SS

Ví dụ: Pb thay thế kẽm trong enzyme axit δ- aminolevulinicdehydratase (ALAD) và do đó gây ức chế quá trình tổng hợp hem (là mộtnhóm không chứa protein, có nhân sắt được bao bọc bởi các dị vòng hữu

cơ porphirin; là thành phần quan trọng của hemoglobin và các enzyme cóchứa hem như các sắc tố tế bào- cytochrome) [1]

2.2.1 Ảnh hưởng của kim loại nặng Pb đến thực vật.

Chì là kim loại có màu xanh xám, rất mềm Chì là nguyên tố nhóm

IV, số thứ tự 82 trong bảng hệ thống tuần hoàn, khối lượng nguyên tử207,21; khối lượng riêng d= 11,34 g/cm3; thường tồn tại ở dạng hóa trị 2+;chiếm khoảng 1,6.10-3% khối lượng vỏ trái đất, trong khi đó trong đấttrung bình là 10-3% (Voitkevits et al., 1985) Nguồn phát thải Pb nhân tạo

chủ yếu trong quá trình khai khoáng, nấu quặng, chế tạo pin, chất dẻo tổnghợp, sơn và khói bụi động cơ…

Theo nghiên cứu của Pallavi Sharma và cộng sự, mặc dù Pb khôngphải là một yếu tố cần thiết đối với thực vật, nhưng Pb lại được dễ dànghấp thu và tích lũy trong các bộ phận khác nhau của cây Sự hấp thu Pb củathực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ pH, đặc tính của đất, khả năngtrao đổi cation trong đất, cũng như các thông số lý hóa học khác và loàithực vật Khi lượng Pb dư thừa trong đất vượt quá ngưỡng chịu của cây sẽgây ra một số triệu chứng ngộ độc đối với thực vật như phát triển còi cọc,

lá úa vàng, ức chế quá trình quang hợp, rối loạn trao đổi dinh dưỡngkhoáng và cân bằng nước… [32]

- Chì ảnh hưởng tới hoạt động của các enzim: Giống như các kimloại nặng khác, Pb ảnh hướng đến hoạt tính của một loạt các enzim bằngcác con đường chuyển hóa khác nhau Khi Pb ở nồng độ cao, Pb ức chế sựhoạt động của các enzim Điều này là do sự tương tác của Pb với nhómenzim –SH, tương tác với các nhóm tự do –SH có mặt trong trung tâm hoạtđộng của enzim Bên cạnh đó, một số enzim lại hoạt động mạnh khi có mặt

Pb Ví dụ, cây đậu tương trồng trong môi trường được xử lý Pb từ 20- 100ppm, kết quả cho thấy một số enzim gia tăng hoạt động như γ- amylaza,peroxidaza trong lá ( Lee et al, 1976) [30] Ngoài ra, Pb thúc đẩy sự hình

thành các phản ứng oxi hóa trong thực vật, làm cho thực vật bị strees, dẫnđến gia tăng sự hoạt động của các enzim chống oxi hóa [32].

Với các loài thực vật với nhau thì ảnh hưởng của Pb tới sự hoạt độngcủa các enzim là khác nhau

- Chì ảnh hưởng đến quá trình quang hợp: Đa số, Pb có ảnh hưởngtiêu cực đến quá trình quang hợp của cây Kết quả này là do các ion Pb2+làm thay đổi cấu trúc của lục lạp, hạn chế quá trình tổng hợp các chất hiệplục, caroten, cản trở quá trình vận chuyển điện tử, ức chế sự hoạt động củacác enzim trong chu trình Canvil… Chì ức chế quá trình tổng hợp chất diệplục bằng cách làm suy giảm khả năng hấp thu của các nguyên tố cần thiếtnhư sắt, magiê (Burzynski, 1987) [28] Nó làm tổn hại bộ máy quang hợp

do mối quan hệ của Pb với protein N (Ahmed và Tajmir-Riahi, 1993)[27] Chất diệp lục b bị ảnh hưởng hơn so với chất diệp lục a (Vodnik etal., 1999) [33] Tuy nhiên, khi nồng độ Pb ở nồng độ thấp thì Pb lại đượccoi là chất thúc đẩy quá trình tổng hợp diệp lục trong lá [32]

- Ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nước: Sự suy giảm trong tỷ lệthoát hơi nước và hàm lượng nước trong các mô trong lá tăng khi tiếp xúcvới chì Có nhiều cơ chế khác nhau đã được đề xuất để giải thích cho sựsuy giảm tỷ lệ thoát hơi nước và hàm lượng nước do Pb gây nên Một trongnhững cơ chế được chấp nhận nhiều là do Pb khi xâm nhập vào tế bào thựcvật thì Pb tồn tại chủ yếu ở vách tế bào và gian bào và khi có hàm lượnglớn Pb ở tế bào cây thì sẽ làm giảm kích cỡ của khí khổng làm cho quátrình thoát hơi nước của cây giảm so với cây trồng [32]

Tóm lại, Pb ít có ảnh hưởng tới sinh trưởng và phát triển của thực vậtnhưng khi nồng độ Pb quá cao, vượt ngưỡng chịu của cây thì nó có ảnhhưởng tiêu cực tới toàn bộ quá trình sống của cây

2.2.2 Ảnh hưởng của kim loại nặng Pb đến cơ thể con người.

Chì và các hợp chất của Pb rất có hại cho cơ thể con người và độngvật Chì đi vào cơ thể con người qua nước uống, không khí và đặc biệt làthức ăn bị nhiễm Pb Chì có độc tính rất cao với cơ thể con người vì trong

cơ thể người, Pb trong máu liên kết với hồng cầu- gây trở ngại cho khả

năng hấp thu và đào thải của cơ thể, và tích tụ trong xương Chì sau khi đivào cơ thể, 90%- 95% sẽ hình thành chất Pb3(PO4)2 vào trong xương và chỉmột ít được bài tiết khỏi cơ thể Khi Pb tích tụ trong cơ thể đến một nồng

độ nhất định sẽ gây nên ngộ độc Pb Dấu hiệu nhận biết khi cơ thể nhiễmđộc Pb là mặt vàng nhợt, váng đầu, mệt mỏi, chán ăn, uể oải, đau khớp vànếu ngộ độc Pb nặng hơn sẽ có các chứng bệnh thiếu máu hoặc làm rốiloạn chức năng của thận, phá hủy não (nồng độ Pb trong máu 0,5- 0,8ppm), thậm chí có thể gây chết song các dấu hiệu này thường xuất hiện âmthầm, khó mà phát hiện được sớm [11]

Thông thường thì trẻ em bị tác hại của chì trầm trọng hơn so vớingười trưởng thành, đặc biệt là những trẻ dưới 6 tuổi vì hệ thần kinh của trẻcòn non yếu cũng như khả năng thải độc của cơ thể chưa hoàn thiện Khinồng độ Pb trong máu là 6 mg/dl, quá trình truyền thông tin giữa các tế bàothần kinh và các tế bào khác bị ngưng trệ Hậu quả là não của trẻ phát triển

ở mức thấp, không đạt chuẩn về chỉ số thông minh Những biểu hiện nàykhông xuất hiện khi còn nhỏ mà tạo tiền đề cho giai đoạn sau này Theo cácnhà nghiên cứu, cứ tăng 10 mg/dl Pb trong máu thì chỉ số IQ giảm 5 điểm,nhiều nhất ở nhóm dưới 2 tuổi Ngoài ra, một số triệu chứng ngộ độc Pb ởtrẻ như: gây rối loạn tiêu hóa, nôn, tiêu chảy, biếng ăn, hay đau bụng từngcơn dữ dội, kéo dài từ vài giờ đến vài ngày Thậm chí, khi nồng độ Pb caotrong cơ thể gây phù não, phá hủy tế bào não, dẫn tới trẻ bị co giật, hôn mênguy hiểm đến tính mạng Trẻ sống sót có di chứng thần kinh không phụchồi Còn ở người lớn, khi ngộ độc Pb thường hay đau từ các ngón chân,tay; bắp thịt mỏi, nhức đầu, đau bụng, tăng huyết áp, thiếu máu, làm giảmtrí nhớ, sẩy thai, kém sản xuất tinh trùng… Lâu ngày bệnh trở thành mãntính, đưa tới suy thận, tổn thương thần kinh ngoại vi, giảm chức năng bộnão

Một điều nguy hiểm là thời gian để cơ thể phân hủy Pb là rất lâu.Thời gian bán hủy để thải Pb ra khỏi thận là 7 năm, trong xương là từ20- 30 năm (WHO, 1995 trích trong Lars Jarup, 2003) [29] Do đó, tác hạicủa Pb đối với cơ thể thường hay kéo dài [11]

2.3 Một số kết quả nghiên cứu sử dụng thực vật để xử lý đất ô nhiễm

Pb trên thế giới và Việt Nam.

Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất, nước không chỉ

là vấn đề riêng của mỗi quốc gia mà còn là vấn nạn cần giải quyết của mọiquốc gia Thực chất từ sau những năm 70 của thế kỷ XX, các nhà khoa họctrên thế giới đã bắt đàu nghiên cứu việc sử dụng thực vật có khả năng hấpthụ kim loại cao ( Hyperaccumulater) để xử lý những vùng đất bị ô nhiễm,đặc biệt là những vùng khai thác khoáng với việc thải bỏ lượng lớn các kimloại nặng ra môi trường

Đến nay, các nghiên cứu cho thấy có khoảng 400 loài thực vật có

khả năng hấp thụ kim loại nặng thuộc các họ: Asteraceae, Brassicaceae, Caryophyllaceae, Cyperaceae, Fabaceae, Lamiaceae, Poaceae, Violaceae

và Euphobiacea Trong đó, họ Cải (Brassicaceae) có số lượng lón nhất gồm 11 loài và 87 giống Các loài thuộc chi Thlaspi thường hấp thụ nhiều hơn một kim loại nặng Ví dụ như: T caerlescence hấp thụ Cd, Ni, Pb,

Zn… [25]

Nghiên cứu cho thấy, các loài thực vật có khả năng hấp thu kim loạinặng khác nhau và có sự phân bố kim loại nặng trong các phần của câycũng khác nhau Ở cùng một nồng độ Pb 50 μg/ml, hướng dương tích lũyvào rễ là 4391 μg Pb/g sinh khối khô, lớn hơn bìm bìm (1020 μg Pb/g sinhkhối khô) và tích lũy vào lá là 232 μg Pb/g sinh khối khô nhỏ hơn ở bìmbìm: 686 μg Pb/g sinh khối khô… [25]

Nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng ở nước ta rất đáng chú ý vì nước tađang trong thời kỳ công nghiệp hóa- hiện đại hóa cùng tốc độ công nghiệphóa nhanh trong khi quy hoạch đô thị chưa ổn định Các khu công nghiệpđược xây dựng xen kẽ với khu dân cư và vùng sản xuất nông sản, thủy sảngây ô nhiễm môi trường nước, đất và chuyển hóa vào cây trồng ảnh hưởngđến sức khỏe người tiêu dùng Qua nhiều tài liệu cho thấy ngành côngnghiệp sản xuất sơn, bột màu gây ô nhiễm Pb, Zn và thuốc trừ sâu gây ônhiễm Pb, As, Cd,… Ô nhiễm Pb ở nước ta ngày càng trầm trọng do nguồnnguyên liệu xăng pha Pb ngày càng được sử dụng nhiều để chạy động cơ

Kết quả nghiên cứu của Bùi Cách Tuyến và cộng sự được tiến hànhnăm 1997- 1998 về khả năng tích tụ kim loại nặng của cây rau muống, súp

lơ tại Xã Vĩnh Lộc- huyện Bình Chánh và xã Xuân Thới Thượng- huyệnHóc Môn đã chỉ ra mối tương quan chặt chẽ giữa dư lượng Cu, Zn, Cr, Pb,

Cd có trong đất trồng và dư lượng kim loại nặng có trong cây trồng [24]

Từ những năm 1999- 2000, Nguyễn Văn Hải và các cộng sự tạitrường Đại học Sư phạm Hà Nội đã có những kết quả nghiên cứu về mốiliên quan giữa tỷ lệ các chất kim loại nặng có trong đất và nước đối với một

số cây trồng như cải bắp, su hào, cà rốt, cà chua ở Gia Lâm- Hà Nội, GiaLương- Hà Bắc (nay thuộc huyện Lương Tài và Gia Bình- Bắc Ninh) Kếtquả cho thấy môi trường đất trồng, nước tưới chứa kim loại nặng càngnhiều thì hàm lượng kim loại nặng có trong rau càng cao

Lê Đức, Nguyễn Xuân Huân và cộng sự (2005) khi nghiên cứu về

khả năng chống chịu kim loại nặng của cải xanh (Brassica juncea) cho thấy

nồng độ Pb cho đất là 1300 ppm trở lên bắt đầu có ảnh hưởng đến sinhtrưởng của cải xanh

Nguyễn Xuân Cự và các cộng sự tiến hành nghiên cứu sự thu hút Cu,

Pb, Zn và tìm hiêu khả năng sử dụng phân bón để giảm thiểu sự tích lũycúng trong rau cải xanh và rau xà lách Kết quả cho thấy hàm lượng Pb tíchlũy trong rau tỷ lệ thuận với nồng độ ô nhiễm Pb trong đất và nồng độ Pbtrong đất kìm hãm ức chế quá trình sinh trưởng và phát triển của cây cảixanh và cây xà lách [5]

Võ Văn Minh và các công nghiên cứu khả năng tích lũy kim loạinặng của cỏ vetiver Kết quả cho: sau 3 tháng trồng, cỏ vetiver đã hấp thu

từ 0,28 đến 5,87 mg Pb /10kg đất, ngoài ra còn hấp thu từ 0,05 đến0,23 mg Cd /10kg đất; từ 19,78 đến 39,51 mg Zn /10kg đất; từ 0,68 đến3,35mg Cu /10kg đất Kết quả này cao hơn khả năng hấp thụ kim loại nặng

của các loài sinh vật siêu tích tụ (hyperaccumulation) như Brassica juncea, Thlaspi caerulescens, and Arabidopsis hallerii từ 10 đến 100 lần Điều đó

đã chứng tỏ việc sử dụng cỏ vetiver để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng làgiải pháp có tính khả thi [16]

Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp vàvốn đầu tư cao Có nhiều phương pháp khác nhau để sử dụng để xử lý kimloại nặng trong đất Những phương pháp truyền thống như: rửa đất; cố địnhcác chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion; ôxihoá hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến nhữngnơi chôn lấp thích hợp, Song hầu hết các phương pháp này rất tốn kém vềkinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích Do đó, gần đây,phương pháp sử dụng thực vật để xử lý kim loại nặng trong đất được cácnhà khoa học quan tâm đặc biệt bởi chi phí đầu tư thấp, an toàn và thânthiện với môi trường Nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hóa,chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, các nhà khoahọc bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm môitrường Khả năng làm sạch môi trường của thực vật đã được biết đến từ thế

kỷ XVIII bằng các thí nghiệm của Ioseph Priestley, Antoine Lavoissier,Kail Scheele và Jan Ingenhousz Nhưng mãi đến những năm 1990 phươngpháp này mới được nhắc đến như một loại công nghệ mới trong việc xử lýmôi trường đất, nước bị ô nhiễm bởi các kim loại, các chất hữu cơ, chấtphóng xạ [14], [17]

Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt củacác ion kim loại trong môi trường sống Hầu hết các loài thực vật rất mẫncảm với sự có mặt của các ion kim loại, thậm chí ở nồng độ rất thấp Tuynhiên vẫn có một số loài thực vật không chỉ có khả năng sống được trongmôi trường bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại mà còn có khả năng hấp thụ

và tích lũy chúng trong các cơ quan khác nhau Trong những năm gần đây,người ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sử dụng thực vật để xử lý môitrường bởi nhiều lý do: diện tích đất bị ô nhiễm ngày càng tăng, các kiếnthức về cơ chế, chức năng của sinh vật và hệ sinh thái càng phong phú, áplực cộng đồng, sự quan tâmvề kinh tế và chính trị… Hiện nay nhiều nhàkhoa học đặc biệt ở Mỹ và châu Âu đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu cơbản và ứng dụng công nghệ này như một công nghệ mang tính chất thươngmại Hạn chế của công nghệ này là ở chỗ không thể xem như công nghệ xử

lý tức thời và phổ biến ỏe mọi nơi Năm 1998, Cục môi trường châu Âu(EEA) đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý kim loại nặng

trong đất bằng phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vậttại 1.400.000 vị trí bị ô nhiễm ở Tây Âu Kết quả cho thấy chi phí trungbình cho phương pháp truyền thống trên 1 hecta đất từ 0,27 đến 1,6 triệuUSD, trong khi phương pháp sử dụng thực vật chi phí thấp hơn 10 đến

1000 lần [14], [17]

Trong thực tế, công nghệ xử lý môi trường ô nhiễm kim loại nặngbằng thực vật đòi hỏi phải đáp ứng được một số điều kiện cơ bản như: dễtrồng, có khả năng vận chuyển các chất ô nhiễm từ đất lên thân nhanh,chống chịu được với nồng độ các chất ô nhiễm cao và cho sinh khối lớn[12] Tuy nhiên trên thực tế thì hầu hết những loài thực vật có khả năngtích lũy kim loại nặng cao là những loài phát triển chậm và có sinh khốithấp, trong khi các loài thực vật cho sinh khối cao thì lại nhạy cảm với môitrường ô nhiễm kim loại nặng dù nồng độ rất thấp Sử dụng thực vật để xử

lý kim loại nặng trong đất, trong nước có thể thực hiện bằng nhiều phươngpháp khác nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ kim loại nặng [14], [17]:

- Phương pháp làm giảm nồng độ kim loại trong đất bằng cách trồngcác loài thực vật có khả năng tích lũy kim loại nặng trong thân Các loàithực vật này phải kết hợp được 2 yếu tố: có thể tích lũy kim loại nặng trongthân và cho sinh khối cao Nhưng trong thực tế, không phải loài thực vậtnào cũng có khả năng đáp ứng được 2 điều kiện trên, có loài chỉ đáp ứngđược điều kiện 1 nhưng không không đáp ứng được điều kiện 2, do vậycũng cần quan tâm tới những loài thực vật tuy khả năng tích lũy kim loạinặng thấp nhưng lại cho sinh khối cao Khi thu hoạch các loài thực vật nàythì các chất ô nhiễm cũng được loại bỏ ra khỏi đất

- Phương pháp sử dụng thực vật để cố định kim loại trong đất hoặcbùn bởi sự hấp thụ của rễ hoặc kết tủa trong vùng rễ Quá trình này làmgiảm khả năng linh động của kim loại, ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm vàlàm giảm hàm lượng kim loại khuếch tán vào các chuỗi, lưới thức ăn

Qua nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới, có ít nhất 400loài thực vật phân bố trong 45 họ thực vật biết được có khả năng hấp thukim loại nặng [9] Các loài này là các loài thực vật thân thảo hoặc thân gỗ,

kim loại nặng trong thân cao hơn hàng trăm lần so với bình thường Cácloài thực vật này thích nghi một cách đặc biệt với các điều kiện môi trường

và khả năng tích lũy hàm lượng kim loại cao có thể góp phần ngăn cản cácloài sâu bọ và sự nhiễm nấm [12], [14], [17]

PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Đối tượng thí nghiệm:

Hình 1 Cây đậu bắp

thức (CT) I, II, III và IV

Công thức I( CT I)(Đối chứng- ĐC)

Công thứcII ( CT II)

Công thứcIII (CT III)

Công thức

IV ( CT IV)

Nồng độ Pb2+

trong đất (ppm)

Đất nền(16,13)

Kim loại Pb được bổ sung vào nền dưới dạng muối chì axetatPb3(CH3COO)2 có dạng tinh thể, không màu

1.2 Cây trồng thí nghiệm:

Cây đậu bắp (Abelmoschus esculentus)

Đặc điểm phân loại:

Loài: Abelmoschus esculentus- Đậu bắp

Tên khác: mướp tây

Giống cây đậu bắp do Trung tâm tài

nguyên di truyền thực vật cung cấp

a/ Đặc điểm sinh học

Loài này là cây một năm hoặc nhiều năm,

thân thảo mọc thẳng đứng, nhiều lông, rỗng, cao tới 2,5m và phân chianhiều nhánh Lá màu xanh dài và rộng khoảng 10- 20cm, xẻ thùy chân vịtvới 5- 7 thùy và mép có răng cưa lớn Có một rễ chính và nhiều rễ phụ

vàng, thường có các đốm đỏ hay tía tại phần gốc mỗi cánh hoa Quả làdạng quả nang dài tới 20- 25cm, mọc dựng đứng, chứa nhiều hạt khoảng10- 20 hạt với kích thước 2- 3mm (theo Nguyễn Mạnh Chính và PhạmAnh Cường, 2007) Sau 50- 60 ngày thì có thể thu hoạch quả [4].

b/ Đặc điểm sinh thái.

Đậu bắp được trồng ở khắp nơi ở Việt Nam nhưng phổ biến ở miềnNam Việt Nam vì đậu bắp là loài cây ưa nhiệt độ cao thích hợp từ

25oC – 30oC, khả năng chịu hạn của cây đậu bắp tương đối khá tuy vậy cầnthường xuyên giữ độ ẩm đất trong suốt thời kỳ thu hái là 80- 85%, cầncung cấp đầy đủ các nguyên tố đa lượng và vi lượng trong suốt thời kỳ sinhtrưởng và phát triển của cây Khi trồng trong điều kiện này cây phát triển,sinh trưởng tốt và cho năng suất cao [34]

Đậu bắp chứa rất nhiều vitamin A, vitamin nhóm B (B1, B2, B6),vitamin C, các nguyên tố khoáng vi lượng như kẽm và canxi Đậu bắp cũng

là nguồn thực phẩm cung cấp chất xơ rất tốt (gồm cả chất xơ hòa tan vàchất xơ không hòa tan) và là “bạn người có bầu” bởi rất giàu axit folic, loạivitamin rất cần cho việc hình thành ống thần kinh của thai nhi Chất nhầy,chất xơ trong đậu bắp giúp điều chỉnh lượng đường huyết bằng cách điềuhòa sự hấp thu của chúng trong ruột non Đậu bắp giúp cơ thể tái hấp thunước, là thức ăn lý tưởng cho những người muốn giảm cân; giúp tổng hợpcác vitamin nhóm B, có tác dụng ngang bằng với sữa chua; có tính nhuậntràng; có nhiều amino axit thiết yếu cho cơ thể như chất tryptophan tạo sựthoải mái tinh thần ngủ ngon Bên cạnh đó, đậu bắp cũng thích hợp chonhững người muốn giảm cân do cung cấp ít calo Ngoài ra, đậu bắp cònchứa nhiều vitamin A, vitamin C, canxi, kali, magiê giúp duy trì sự khỏemạnh cho da, tóc và đôi mắt Tăng cường hệ thống miễn dịch cho cơ thể.Hạt đậu bắp cũng là nguồn cung cấp chất đạm và chất béo tốt Vì vậy từxưa trong dân gian nhiều nơi đã biết sử dụng rễ, thân, lá, và quả non củađậu bắp để trị một số bệnh trong đó có chứng tiểu khó, ho khan, viêm họng,giúp tiêu hoá tốt chữa trị loét dạ dày, giúp cơ thể bài trừ độc tố bảo vệ gan[35], [36]

1.3 Đất thí nghiệm :

Đất thí nghiệm là đất xám bạc màu trên phù sa cổ

( FAO- UNESCO: Plinthic Acrisols)

Đất thí nghiệm là đất xám bạc màu thuộc tầng canh tác 0- 13cm(Ap1) có mốt số đặc điểm nông hóa như sau: dung trọng 1,2 g/cm3, tỷ trong2,52 g/cm3, độ xốp 52,5%, pH dao động trong khoảng 4,2- 5,1 Độ chuatrao đổi 0,4 meq/100g đất Hàm lượng mùn 1,2% Hàm lượng Nitơ tổng số0,1% Hàm lượng photpho tổng số 0,03% Hàm lượng kali vào khoảng0,18% Cation trao đổi 2,98 meq/100g đất và dung tích hấp thu (CEC)3,51 meq/100g đất [26]

Hàm lượng kim loại nặng trong đất thí nghiệm: Pb 16,13 ppm

2 Phương pháp nghiên cứu

2.1 Phương pháp thu thập số liệu

Cơ sở của phương pháp này là thu thập, nghiên cứu tất cả các tài liệu

có liên quan tới vấn đề nghiên cứu đặc biệt là những nghiên cứu về ảnhhưởng của kim loại nặng tới sinh lý, sinh trưởng và khả năng tích lũy kimloại nặng trong cây, chủ yếu là do kim loại Pb gây nên

2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm

_ Tiến hành thí nghiệm: sử dụng chậu thí nghiệm kim loại có kíchthước 20cm x 20 cm x 20 cm có bổ sung 7 kg đất và hàm lượng muối chìaxetat tương ứng ở mỗi chậu, mỗi công thức Mỗi chậu gieo 3- 5 hạt và đểlại 2 cây/ chậu Và mỗi công thức nhắc lại 4 lần và được sắp xếp ngẫunhiên Sau khi cây bắt đầu xuất hiện lá thật thì tiến hành bổ sung muối chìvào chậu

CT1(đốichứng)

CT II(Pb

70 ppm)

CT III(Pb 210ppm)

CT IV(Pb 350ppm)

Sau khi cho đất vào chậu, tiến hành bổ sung N- P- K Do thực hiệnnghiên cứu trong quy mô phòng thí nghiệm tức là trồng trong chậu vì vậyyêu cầu N- P- K của cây so với khi trồng ngoài thực nghiệm thường caohơn

Lượng phân bón

nguyên chất

Chậu (thí nghiệm)(g/kg đất khô tuyệt đối)(*)

Trên ha (theo

lý thuyết)(kg/ha)

Trên thực tế(kg/ha) (**)

(**): Dựa theo Tạp chí Nông thôn đổi mới, số 27/ 2003)

Tiến hành bón phân NPK theo 3 giai đoan: bón lót, bón thúc khi câybắt đầu ra hoa và sau thu hoạch đợt 1

Ngoài ra còn thường xuyên tưới thêm dung dịch vi lượng (7- 10 ngày/ lần)

 Địa điểm nghiên cứu

- Vườn thực nghiệm tại Viện Thổ Nhưỡng Nông Hóa, ĐôngNgạc, Từ Liêm, Hà Nội

- Phòng thực hành Bộ môn Sinh lý Thực vật- Ứng dụng, khoaSinh học, trường Đại học Sư phạm Hà Nội

 Thời gian nghiên cứu

* Lấy mẫu quả

Dùng để phân tích các chỉ tiêu năng suất và hàm lượng tích lũy Pb.Thời điểm lấy quả : thu hoạch những quả đạt chuẩn (sau 7- 9 ngày rahoa)

* Lấy mẫu thân

Dùng để phân tích động thái tích lũy kim loại nặng

Thời điểm lấy mẫu : kết thúc vụ trồng Lấy cả thân, rễ, lá

3 Các chỉ tiêu nghiên cứu và phương pháp xác định

3.1 Các chỉ tiêu sinh lý- hóa sinh [15].

3.1.1 Xác định hàm lượng diệp lục trong lá (Wettstein, 1957)

+ Nguyên lý : dùng dung môi phân cực mạnh (acetone 100%) để rúttoàn bộ diệp lục vào dung dịch Đo trên máy quang phổ UV mini 1240 sẽtính được hàm lượng diệp lục a, b và diệp lục tổng số trong dung dịch

+ Phương pháp tiến hành :

Mẫu lá lấy cùng vị trí, mỗi công thức lấy 4 mẫu

Cân chính xác 40 mg lá tươi cho vào cối sứ nghiền nhỏ Cho vào cố

sứ 1 ml acetone 100% và tiếp tục nghiền Sau đó lại thêm 5 ml acetone100% và tiếp tục nghiền mẫu cho thật nhỏ

Chuyển dịch nghiền sang phễu lọc thủy tinh xốp gắn với bình Busen.Nối bình với máy chân không và hút Đổ 2 ml acetone để tráng phễu, tiếptục hút cho đến khi giọt acetone trên phễu nhỏ xuống không còn màu xanh.Chuyển dung dịch vào bình định mức 10 ml và dùng acetone để tích đếnvạch.

So màu trên máy quang phổ ở bước sóng 644 nm và 662 nm

+ Tính kết quả

Nồng độ diệp lục được tính theo công thức Wettstein, 1957

Ca(mg/l)=9,784 E662 – 0,990 E644

Cb(mg/l)=21,426 E644 – 4,650 E662

Ca+b(mg/l)=5,134 E662 + 20,436 E644

Hàm lượng diệp lục trong 1gram lá tươi được tính theo công thức :

Trong đó :

E644, E662 – kết quả so màu diệp lục ở bước sóng 644nm và 662nm

Ca , Cb , Ca+b – hàm lượng diệp lục a, b và tổng số

A_ Hàm lượng diệp lục trong 1gram lá tươi

C – Nồng độ diệp lục trong dịch chiết

+ Nguyên lý: Dựa vào khả năng xúc tác của enzim catalaza trongphản ứng phân giải H2O2 thành O2 và H2O

Lấy 2 bình tam giác có dung tích 100 ml Cho vào mỗi bình 20 mldung dịch enzyme Đun sôi một bình trong 2- 3 phút để làm mát hoạt tínhcủa enzyme (Bình đối chứng), sau đó để nguội Thêm vào mỗi bình 20mlnước cất và 3 ml H2O2 1%, lắc nhẹ và để yên trong tủ ấm ở nhiệt độ 300Ctrong thời gian 30 phút Lấy ra và thêm vào mỗi bình 5 ml H2SO4 10% đểenzyme ngừng hoạt động Dùng KMnO4 0,1N chuẩn độ cho đến khi xuấthiện màu hồng nhạt bền trong khoảng 1 phút

V1 : Số ml KMnO4 0,1N tiêu thụ chuẩn độ bình đối chứng

V2 : Số ml KMnO4 0,1N tiêu thụ chuẩn độ bình thí nghiệm

P : khối lượng mẫu tương đương với số ml dung dịch lấy để phân tích(gram)

(5g tương ứng 100 ml vì vậy 20 ml dung dịch úng với 1 g mẫu; p=1)

t : Thời gian tiến hành thí nghiệm (ủ) (30 phút)

3.1.3 Xác định cường độ thoát hơi nước bằng phương pháp cân nhanh

(theo L.A Ivanov)

Sự thoát hơi nước khi không có sự hút nước từ dưới lên sẽ làm giảmkhối lượng của lá cây Do đó trong thời gian ngắn có thể xác định đượccường độ thoát hơi nước của cây thông qua sự giảm khối lượng của lá

+ Dụng cụ và nguyên liệu:

Cây sống trong điều kiện bình thường, cân phân tích hoặc cân điện,dao (kéo)

+ Cách tiến hành: Mỗi nhóm sử dụng một loại lá cây khác nhau.

Dùng dao cắt lá cây, cân nhanh xác định khối lượng ban đầu là P1

Để lá cây thoát hơi nước tự nhiên trong 10 phút, cân lại lần 2 đượckhối lượng là P2

Nhắc lại thí nghiệm 3 lần trên 3 chiếc lá (tương đối cùng độ tuổi) rồilấy giá trị cường độ thoát hơi nước trung bình

Cách tính cường độ thoát hơi nước:

I = (P 1 - P 2 ) 60/ (t S) đơn vị I = mg/ dm2/ h

Cách tính diện tích lá:

được khối lượng A (g) Cũng trên loại giấy đó vẽ hình lá cây thí nghiệm rồicắt mảnh giấy hình lá, cân được B (g) Gọi S là diện tích lá, ta có:

S = B/A (dm 2 )

3.2 Các chỉ tiêu sinh trưởng

- Chiều cao cây :

+ cây trước khi ra hoa (dùng thước để đo từ gốc đến đỉnh lá dài nhất)

3.3 Các chỉ tiêu năng suất

- Khối lượng thành phẩm: quả đối với đậu bắp

Dùng cân chính xác, cân từng quả đã bỏ cuống, cân ngay sau khi thuhoạch, lấy số liệu trung bình

- Chiều dài quả, đường kính quả

Sử dụng thước kẹp Palme với độ chính xác 0,2 mm

3.4 Động thái tích lũy kim loại nặng

* Xác định hàm lượng kim loại nặng tổng số trong đất theo tiêuchuẩn TCVN 6496 ISO 11047: 1995

*Phân tích hàm lượng kim loại năng trong cây bằng phương phápquang phổ hấp thụ nguyên tử (Atomic Absorption Spectrophotometric-AAS) Công phá mẫu bằng phương pháp tro hoá ướt ở 550oC

4 Phương pháp xử lý số liệu [10].

Số liệu được xử lý phân tích thống kê dựa trên phần mềm MicrosoftExcel và SPSS Version 16.0 (Statistical Package for the Social Sciences).Phân biệt sự khác nhaucó ý nghĩa được xử lý bằng One- way ANOVA vàTukey’s- b ở mức α = 0,05

Trung bình số học

Độ lệch chuẩn

Sai số trung bình

PHẦN III: NỘI DUNG

I ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ CHÌ (Pb) ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU

SINH LÝ VÀ SINH TRƯỞNG CỦA CÂY ĐẬU BẮP ( Abelmoschus esculentus).

1.1 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến hàm lượng diệp lục trong lá đậu bắp.

1.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ Pb đến hàm lượng diệp lục a trong lá đậu bắp.

Thực vật chứa các sắc tố quang hợp với chức năng hấp thụ và chuyểnhóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong các chất hữu cơ

Do vậy, sắc tố quang hợp có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành