Nghiên cứu sử dụng thực vật ( dương xỉ) để xử lý ô nhiễm ASEN trong đất vùng khai thác khoáng sản

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÙI THỊ KIM ANH Nghiªn cøu Sư dụng thực vật (d-ơng xỉ) Để xử lý ô nhiễm Asen đất vùng khai thác khoáng sản Chuyờn ngnh: Mơi trường đất nước Mã số: 62.85.02.05 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2012 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà nội Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Đặng Đình Kim PGS.TS Lê Đức Phản biện 1: GS.TS Lê Văn Khoa Phản biện 2: GS.TS Đặng Thị Thu Phản biện 3: PGS.TS Lương Văn Hinh Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp nhà nước chấm luận án tiến sĩ họp vào hồi Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chƣơng 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.2.1 TỔ N G H H 1.1.2.2 1.1.2.3 1.1.3 1.1.4 C C 1.1.5 1.2 T 1.2.1 1.2.2 Ô 1.3 C 1.3.1 1.3.2 C s 1.3.2.1 1.3.2.2 1.4 S C 1.4.1 1.4.2 1.4.3 1.4.4 C X 1.4.5 C K 1.5 M v 1.5 K 1.5.2 V 1.5.3 Chƣơng ĐỐ 2.1 Đ 2.2 2.2.1 2.2.2 Đ Đ Đ 2.3 2.4 N P 2.4.1 P 2.4.2 T 2.4.3 Các 2.4.4 2.4.5 Chƣơng Phư KẾ 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.2 Điề đán mỏ Hàm 3.2.1 Hà Xác Ngh Kết 3.2.2 Nhâ 3.3 Ngh loà Ngh xỉ c 3.3.1 3.3.1.1 Khả As 3.3.1.2 Khả 3.3.2 xỉ c 3.3.2.1 Khả 3.3.2.2 Khả 3.3.2.3 3.4 Khả Ngh 3.4.1 Ng loà 3.4.1.1 3.4.1.2 Ảnh Ảnh hai 3.4.2 Ngh 3.4.2.1 hai Ảnh 3.4.2.2 Ảnh dươ 3.5 Ngh 3.5.1 Ảnh t 3.5.1.1 Ảnh 3.5.1.2 Ảnh 3.5.1.3 Ảnh dươ ii 3.5.2 3.5.2.1 Ngh hai Ảnh 3.5.2.2 Ảnh 3.5.3 dươ Ngh 3.5.3.1 3.5.3.2 Ảnh Ảnh 3.5.4 Ngh làm 3.5.4.1 chọ Ảnh xỉ 3.5.4.2 Khả 3.6 3.6.1 nhi Thƣ Thí Thư 3.6.1.1 Khả 3.6.1.2 Khả ngh 3.6.1.3 Hàm 3.6.2 Mô 3.6.2.1 H 3.6.2.2 Khả 3.6.2.3 3.6.2.4 Sin Xây côn 3.7 3.7.1 3.7.2 Đề trồ Nhậ Xác 3.7.3 Cải 3.7.4 Biện 3.7.5 Cây 3.7.6 3.7.7 3.7.8 Nhâ Trồ Thu 3.7.9 3.7.10 3.7.11 Xử Tín Phạ 3.7.12 3.7.13 Nhữ Đề Chương KẾT L iii DANH LIÊN Q TÀI LI PHỤ L iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AMF Nấm rễ cộng sinh Arbuscular Mycorrhizal Fungi BF Hệ số tích lũy sinh học (Bioaccumulation Factor) CEC Dung tích trao đổi Cation (Cation Exchange Capacity) CHC Chất hữu CT Công thức ĐON: Đất ô nhiễm Đ/C Đối chứng ĐV Đất vườn EDTA Ethylene diamine tetra acetic acid Eh Thế oxy hóa khử KLN Kim loại nặng KL Kim loại P.vittata Pteris vittata P.calomelanos Pityrogramma calomelanos QCVN Quy chuẩn Việt Nam SKK Sinh khối khô TN Thí nghiệm VSV Vi sinh vật tháng tháng b Khối lượng khô dương xỉ theo thời gian thu hoạch (g skk) Thời gian thí nghiệm tháng tháng tháng tháng TN6 Nghiên cứu ảnh hƣởng phân bón vơ hữu lên khả xử lý ô nhiễm As dƣơng xỉ a Khả tích lũy As thân rễ hai lồi dương xỉ tuyển chọn (mg/kg) Cơng thức As thân phân bón CT1 CT2 CT3 CT4 1244.2 1428.2 2632 2360.1 b Sinh khối khô dương xỉ sau thu hoạch (g skk) Công thức phân bón CT1 CT2 CT3 CT4 TN4 Ảnh hƣởng P lên khả xử lý ô nhiễm As dƣơng xỉ a Khả tích lũy As thân rễ hai loài dương xỉ tuyển chọn (mg/kg) P bổ sung (ppm) Số lần lặp lại 200 192 400 600 800 b Khối lượng khô sau thu hoạch (g skk) Lượng P bổ sung (ppm) TN5 Ảnh hƣởng N lên khả xử lý ô nhiễm As dƣơng xỉ a Khả tích lũy As thân rễ hai loài dương xỉ tuyển chọn (mg/kg) Lượng N bổ sung (ppm) 100 200 193 b Sinh khối khô dương xỉ sau thu hoạch (g skk) Lượng N bổ sung (ppm) TN8 Ảnh hƣởng EDTA lên sinh trƣởng hấp thu As dƣơng xỉ a Khả tích lũy As thân rễ hai loài dương xỉ tuyển chọn (mg/kg) 194 b Sinh khối khô dương xỉ sau thu hoạch (g skk) c Hàm lượng As có đất trước sau thí nghiệm (mg/kg) Cơng thức 195 472 500.4 528.5 455 466 456.9 TN7 Ảnh hƣởng pH lên sinh trƣởng hấp thu As dƣơng xỉ a Khả tích lũy As thân rễ hai lồi dương xỉ tuyển chọn (mg/kg) Cơng thức pH5.1 pH6.9 pH9.0 Thân P vittata 2735.3 2167.7 b Sinh khối khô dương xỉ sau thu hoạch (g skk) Cơng thức pH5.1 pH6.9 pH9.0 c Hàm lượng As cịn lại đất sau thí nghiệm (mg/kg) Cơng thức pH5.1 (As tổng) pH5.1 (As linh động) pH6.9 (As tổng) pH6.9 (As linh động) pH9 (As tổng) pH9 (As linh động) TN10 Thí nghiệm xử lý nhiễm As đất dƣơng xỉ qui mơ pilốt a Khả tích lũy As thân rễ hai loài dương xỉ tuyển chọn (mg/kg) Công thức Đ/C (o cây) CT1 (P.vittata) CT2(Pity.calomelanos) b Hàm lượng As lại đất sau thí nghiệm (mg/kg) Cơng thức CT1 (o cây) CT1 (P.vittata) CT2(Pity.calomelanos) Thực nghiệm Xử lý ô nhiễm As Hà Thƣợng, Đại Từ, Thái Nguyên * Hàm lượng As cịn lại đất sau thí nghiệm (mg/kg) Cơng thức Đất ban đầu (mg/kg đất) Đất sau cải tạo Đất sau 01 năm trồng dương xỉ Đất kết thúc * Hàm lượng As tích lũy sau lần thu hoạch mơ hình (mg/kg) Số lần thu hoạch Lần Lần Lần Lần Lần Lần Phụ lục Kết tách dòng đọc trình tự gen mã hóa cho khả tích lũy As hai loài dƣơng xỉ nghiên cứu Tách dòng gen arsC Sản phẩm PCR dùng để tách dòng gen theo phương pháp tách dòng từ sản phẩm PCR Chúng sử dụng phương pháp vì: - Việc thực tương đối dễ, phù hợp với trang thiết bị phịng thí nghiệm - Cho kết nhanh phù hợp với yêu cầu nghiên cứu - Phù hợp với mục tiêu nghiên cứu (kiểm tra có mặt gen arsC mẫu dương xỉ nhằm phục vụ cho nghiên cứu tạo có khả tích lũy kim loại nặng) Xác định trình tự nucleotid gen arsC 197 Xác định trình tự Nu ADN bước quan trọng sinh học phân tử, cung cấp thơng tin quan trọng gen để lập đồ gen phục vụ cho nghiên cứu khác Trong q trình chạy PCR, chúng tơi nhân đặc hiệu gen arsC mong muốn từ mồi KL7 Kết nhận trình bày hình 3.34 Pityrogramma calomelanos (CT1) AATTANCNTTATCTGGAAACTCCGCCAACGCGCGATGAACTGGTCCNACT CATTGCCGATATGGGGATTTCCGTACGCGCGCTGCNGCGTAAAAACGTCGAACC GTATGAGGAGCTGGGCCTTGCGGAAGATAAATTTACTGACGATCGGTTAATCGA CTTTATGCTTCAGCACCCGATTCTGATTAATCGCCCGATTGTGGTGACGCCGCTG GGAACTCGCCTGTGCCGCCCTTCAGAAGTGGTGCTGGAAATTCTGCCAGATGCG CAAAAAGGCGCATTCTCCAAGGAAGATGGCGAGAAAGTCGTTGATGAAGCATN NNGTCGNTTCGGGGGAGGGNGNNNANTTTAANNNCAAAA Pteris vittata (CT2) ACGACTATTATCCTTTATCTGGAAACTCCGCCAACGCGCGATGAACTGGNC AAACTCATTGCCGATATGGGGATTTCCGTACGCGCGCTGCTGCGTAAAAACGTC GAACCGTATGAGGAGCTGGGCCTNGCGGAAGATAAATTTACTGACGATCGGTTA ATCGACTTTATGCTTCAGCACCCGATTCTGATTAATCGCCCGATTGTGGTGACGC CGCTGGGAACTCGCNTGTGCCGCCCTTCAGAAGTGGTGCTGGAAATTCTGCCAG ATGCGCAAAAAGGCGCATTCTCCAAGGAAGATGGCGAGAAAGTCGTTGATGAA GCATAAAGTCGNTTGNCCGNNTCGTCGTTTTTTTNCCNTCC Pteris vittata (CT4) TAACTGCAGCTGCTNGCTCGCTGTAAAAATCNGTCGAACCGTATGANGAGC TGGGCCTTGCGGAAGATAACTTTACTGACGATCGGTTAATCGACTTTATGCTTCA GCACCCAGATTCTGATTAATCGCCCGATTGTGGTGACGCCGCTGGGAACTCGCC TGTGCCGCCCTTCAGAAGTGGTGCTGGAAATTCTGCCAGATGCGCAAAAAGGCG CATTCTCCAAGGAAGATGGCGAGAAAGTCGTTGATGAAGCATNTTGGTNGGTTG GCCGCNCNGNTGNGTANGNATTGCCNCCGGNCTCNGNCGTNGGGTNTTNTNTNT TNNNNGGTGAGAGTCAGAANTCNNNNGGTNAANTACC Pityrogramma calomelanos (CT5) AATCTCTTGCANGNTATGGGGATTTCCGTACGCGCGCTGCTGCGTAAAAAC GTCGAACCGTATGAGGAGCTGGGCCTTGCGGAAGATAAATTTACTGACGATCGG TTAATCGACTTTATGCTTCAGCACCCGATTCTGATTAATCGCCCGATTGTGGTGA CGCCGCTGGGAACTCNCCTGTGCCGCCCTTCAGAAGTGGTGCTGGAAATTCTGC CAGATGCGCAAAAAGGCNCATTCTCCAAGGAAGATGGCGAGAAAGTCGTTGAT GAAGCATAGNAGTCGGTGGGCCGTTCNTNNTCNANATTTNACCNNCAAANGGN CGCNTNNTNTTCTNNNCAGGNTGTAGTNNANNGANANNG 198 Pteris vittata (CT6) ACGCGCGATGAACTGTNCAACTCATTGCCGATATGGGGATTTCCGTACGCG CGCTANCTGCGTAAAAACGTCGAACCGTATGAGGAGCTGGGCCTTGCGGAAGAT AAATTTACTGACGATCGGTTAATCGACTTTATGCTTCAGCACCCGATTCTGATTA ATCGCCCGATTGTGGTGACGCCGCTGGGAACTCGCCTGTGCCGCCCTTCAGAAG TGGTGCTGGAAATTCTGCCAGATGCGCAAAAAGGCGCATTCTCCAAGGAAGAN GGCGAGAAAGTCGTTGATGAAGCATAAAGNCGTTTTGNNNGNTGNGTNNGGAG TNNTTATTGNCGNGNGGCCNAGTGNNNGNNAGNACNNNA Pteris vittata (CT7) TCGCGCGATGAACTGGTCNACTCATTGCCGATATGGGGATTTCCGTACGCG CGCTGCTGCGTAAAAACGTCGAACCGTATGAGGAGCTGGGCCTTGCGGAAGATA AATTTACTGACGATCGGTTAATCGACTTTATGCTTCAGCACCCGATTCTGATTAA TCGCCCGATTGTGGTACGCCGCTGGGAACTCTCCCTGTGCCGCCCTTCAGAAGTG GTGCTGGAAATTCTGCCAGATGCGCAAAAAGGCGCATTCTCCNAGGAAGATGGC GAGAAAGTCGTTGATGAAGCATGAAGTCGNTTGNNCNGNTCGTCACNTTTTTNC NNCNCGTGGGNANGNNCNAGGNGANNANGTNGTNCN Hình 3.1 Trình tự nucleotid gen arsC mẫu dương xỉ nghiên cứu So sánh trình tự đoạn gen arsC từ mẫu nghiên cứu Sau xác định trình tự nucleotid ADN hệ gen từ mẫu Dương xỉ, để khẳng định chúng có chứa gen arsC hay khơng tìm tương đồng trình tự nucleotid mẫu dương xỉ, tiến hành so sánh chuỗi gen nhân từ mẫu nghiên cứu với gen arsC mang mã hiệu EF581172 công bố đoạn gen với Kết đại diện so sánh chuỗi gen nhân từ mẫu Pityrogramma calomelanos (CT1) với gen arsC arsC TTATCTGGAAACTCCGCCAACGCGCGATGAACTGGTCAACTCATTGCCGATATGGGGAT ||||||||||||||||||||||||||||||||||||| ||||||||||||||||||||| P.calomelanos(DX1)TTATCTGGAAACTCCGCCAACGCGCGATGAACTGGTCCNACT CATTGCCGATATGGGGAT arsC TTCCGTACGCGCGCTGCTGCGTAAAAACGTCGAACCGTATGAGGAGCTGGGCCT TGCGGA ||||||||||||||||| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| P.calomelanos(DX1)TTCCGTACGCGCGCTGCNGCGTAAAAACGTCGAACCGTATG AGGAGCTGGGCCTTGCGGA 199 arsC AGATAAATTTACTGACGATCGGTTAATCGACTTTATGCTTCAGCACCCGATTCTG ATTAA |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| P.calomelanos(DX1)AGATAAATTTACTGACGATCGGTTAATCGACTTTATGCTTCA GCACCCGATTCTGATTAA arsC TCGCCCGATTGTGGTGACGCCGCTGGGAACTCGCCCGTGCCGCCCTTCAGAAGT GGTGCT ||||||||||||||||||||||||||||||||||| |||||||||||||||||||||||| P.calomelanos(DX1)TCGCCCGATTGTGGTGACGCCGCTGGGAACTCGCCTGTGCCG CCCTTCAGAAGTGGTGCT arsC GGAAATTCTGCCAGATGCGCAAAAAGGCGCATTCTCCAAGGAAGATGGCGAGA AAGTCGT |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||| P.calomelanos(DX1)GGAAATTCTGCCAGATGCGCAAAAAGGCGCATTCTCCAAGG AAGATGGCGAGAAAGTCGT arsC TGATGAAGC ||||||||| P.calomelanos(DX1)TGATGAAGC Độ tương đồng arsC Pityrogramma calomelanos (CT1) 98% Kết nhận cho thấy, tỷ lệ tương đồng trình tự nucleotid mẫu dương xỉ so với gen arsC tương đối cao (từ 97 % đến 98 %) Kết khẳng định rõ có mặt gen arsC mẫu dương xỉ nghiên cứu Ngồi cịn thấy tỷ lệ tương đồng trình tự nucleotid cặp mẫu với nhau, tỷ lệ dao động cao so với tỷ lệ (từ 95 % đến 98 %) Qua thấy phần mối quan hệ di truyền lồi nghiên cứu Trong q trình so sánh có số cặp có tên lồi tỷ lệ không đạt 100 % Do mẫu nghiên cứu lấy từ địa điểm khác vùng mỏ Thái Nguyên, ảnh hưởng phần đến kết thu môi trường sống loài khác Tỷ lệ % tương đồng kết so sánh tổng hợp cụ thể bảng 3.20 Bảng 3.1: Phần trăm tương đồng so sánh mẫu cặp 200 a arsC CT1 CT2 CT4 CT5 CT6 CT7 Qua kết nêu bảng 3.20 thấy rõ tỷ lệ % cặp so sánh Tóm lại, tỷ lệ tương đồng thu cao (trên 95%) chứng tỏ gen nhân thành công không khác xa so với gen arsC công bố trước Ngân hàng gen Quốc tế Kết tỷ lệ tương đồng trình tự nucleotid mẫu dương xỉ so với gen arsC so với dùng làm sở cho nghiên cứu dựng biểu đồ quan hệ mẫu dương xỉ Bằng phần mềm, Clustal X2() Phylip 3.67 ( Copyright july, 2007 by the University of Washington Written by Joseph Felsenstein), xây dựng thành công biểu đồ quan hệ mẫu dương xỉ nghiên cứu dựa số liệu trình tự đoạn gen arsC nhận Kết thu thể hình 3.32 Hình 3.32: Biểu đồ quan hệ chuỗi gen Biểu đồ quan hệ xây dựng định dạng UPGMA kiểu quan hệ drawgram phần mềm Phylip 3.67 Qua biểu đồ thấy tương quan quan hệ di truyền mẫu nghiên cứu Kết xây dựng cho thấy mẫu Pteris 201 vittata (DX6) mẫu gen arsC ngân hàng gen có sai khác nhỏ ( 3%), chứng tỏ mẫu Pteris vittata (DX6) mà chúng tơi nghiên cứu có quan hệ di truyền gần với gen arsC ngân hàng (gần với nhóm (arsC Pteris vittata (DX6) mẫu Pityrogramma calomelanos (DX1) với sai khác  12%) Ngoài kết cho thấy mẫu Pteris vittata (DX2) Pteris vittata (DX7) lại có quan hệ gần với (độ sai khác  9%), hai mẫu tạo nhóm gần với nhóm chứa gen arsC Mẫu Pityrogramma calomelanos (DX5) Pteris vittata (DX4) có khoảng cách xa với nhóm (độ sai khác  3% 53%), mẫu Pteris vittata (DX4) xa có độ sai khác lớn  53% Như nêu trên, sai khác giải thích mơi trường sống ảnh hưởng tới hệ gen mẫu nghiên cứu Nhưng kết cho thấy mức độ phản ánh xác thông tin quan hệ di truyền mẫu Phụ lục Ví dụ xử lý số liệu theo xác suất thống kê Kết xử lý số liệu bảng 3.19 chương trình ANOVA R R version 2.12.1 (2010-12-16) Copyright (C) 2010 The R Foundation for Statistical Computing ISBN 3-900051-07-0 Platform: i386-pc-mingw32/i386 (32-bit) > > data g anova(g) Analysis of Variance Table Response: thanPV Ct Signif codes: ‘***’ 0.001 ‘**’ 0.01 ‘*’ 0.05 ‘.’ 0.1 ‘ ’ Response: thanPC Df Ct Residuals 16 203 ... ? ?Nghiên cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử lý ô nhiễm As đất vùng khai thác khống sản? ?? nhằm góp phần tìm giải pháp xử lý As dương xỉ hiệu khoa học, làm sở cho việc ứng dụng công nghệ thực vật. .. khả sử dụng lồi thực vật để xử lý nhiễm kim loại môi trường nước đất [3], [25], [29] Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu sâu Việt Nam khả xử lý ô nhiễm As đất vùng khai thác mỏ dương xỉ 1.4.4 Xử lý. .. Sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm đất Phương pháp Phytoremediation sử dụng thực vật để tách chiết, cô lập khử độc chất ô nhiễm thông qua trình hóa – lý – sinh Phương pháp ghi nhận công nghệ xử