Nghiên cứu ảnh hưởng của quặng bentonit đến một số chỉ tiêu sinh lí – hóa sinh và sự tích lũy Cu của rau dền đỏ (amaranthus tricolor) trồng trên đất ô nhiễm Cu

TIỂU BAN SINH THÁI HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA QUẶNG BENTONIT ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU SINH LÍ – HĨA SINH VÀ SỰ TÍCH L Y CU CỦA RAU DỀN ĐỎ (AMARANTHUS TRICOLOR) TRỒNG TRÊN ĐẤT Ô NHIỄM CU Trần Khánh Vân, Vũ Thị Phƣợng, Lê Hải Đăng Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Đồng yếu tố dinh dưỡng thiết yếu nồng độ thấp độc hại cho sinh vật nồng độ cao (Hall J.L (2002) Đồng cần thiết cho phát triển bình thường thành phần cấu tạo nên nhiều enzyme protein khác Đồng ảnh hưởng đến nhiều trình sinh lý - sinh hóa trồng trình cố định nitơ, khử nitrat, phân giải, khử CO2, chuyển hóa gluxit, tạo mơ mới… ảnh hưởng đến tính chịu hạn, chịu lạnh, chịu nóng (Nguyễn Như Khanh Cao Phi Bằng, 2012) Rau dền loại rau ăn sử dụng nhiều vào mùa hè, có tác dụng nhiệt giàu dinh dưỡng Thân rau dền có vị ngọt, chứa sắt, vitamin B2, vitamin C canxi (Mai Thị Phương Anh, 1996) Theo y học cổ truyền, rau dền đỏ có vị ngọt, tính mát, tác dụng nhiệt, làm mát máu, lợi tiểu, sát trùng, trị huyết nhiệt sinh mụn nhọt… Ngoài rau dền đỏ sử dụng để tách chiết hợp chất màu anthocyanin cơng nghiệp Bentonit khống sét tự nhiên ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp xử lý mơi trường có nhiều đặc tính khả trao đổi ion, tính hấp phụ, trương nước Bentonit góp phần làm mơi trường Khi cho bentonit vào nước sông Kim Ngưu, số ô nhiễm môi trường BOD, COD, OD giảm (Trần Văn Quy cs., 2010) Nhiều nghiên cứu thực để tìm hiểu khả hấp phụ kim loại, chất hữu hay vi sinh vật có hại nước quặng bentonit tự nhiên q trình biến tính quặng bentonit nhằm tăng khả hấp phụ chúng (Lê Đức Trung Nguyễn Ngọc Linh, 2007) Khả hấp phụ trao đổi ion quặng bentonit ngày quan tâm nghiên cứu xử lý ô nhiễm kim loại nặng mơi trường Nhóm tác giả Kovo et al (2015) nghiên cứu khả loại bỏ Ni Mn từ nước bentonit, kết cho thấy bentonit chất hấp phụ có chi phí thấp thân thiện với môi trường Wongkoblap et al (2013) nghiên cứu khả hấp phụ bentonit tự nhiên, bentonit biến tính than hoạt tính hấp phụ Pb, Cd Cu nước Qua nghiên cứu cho thấy bentonit biến tính có tác dụng hấp phụ cao bentonit tự nhiên hiệu hấp phụ bentonit biến tính Pb cao Cd Cu Tuy nhiên, Việt Nam, sử dụng bentonit để làm giảm hàm lượng KLN rau trồng đất bị ô nhiễm KLN chưa nghiên cứu nhiều I VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyên liệu: - Hạt giống rau dền đỏ (Amaranthus tricolor) Trung tâm nghiên cứu ứng dụng, Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội cung cấp - Quặng bentonit tự nhiên Bộ mơn Hóa vơ Trường Đại học Sư phạm Hà Nội cung cấp Phƣơng pháp nghiên cứu Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm gồm công thức, công thức lặp lại lần Mỗi bầu đất chứa kg đất phù sa gây ô nhiễm nhân tạo Cu mức 50 ppm (giới hạn hàm lượng tổng số kim loại Cu đất nông nghiệp, QCVN 03: 2008/BTNMT) muối Cu(NO 3)2.3H2O Tiến hành bổ sung quặng bentonit theo công thức: 2030 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT LẦN THỨ CT (ĐC): Đất thí nghiệm (đất phù sa gây nhiễm Cu 50ppm) CT 2: Đất thí nghiệm + 8,5g bentonit/kg đất CT 3: Đất thí nghiệm + 17g bentonit/kg đất CT 4: Đất thí nghiệm + 34g bentonit/kg đất Hạt gieo thùng xốp đến chiều cao cm, tiến hành đánh bầu; đến cao 10cm tỉa bớt, để lại cây/bầu Cây tưới nước hàng ngày Phương pháp lấy mẫu phân tích Cây rau dền đỏ thu hoạch sau trồng tháng Mẫu thu theo phương pháp lấy công (lá thứ từ xuống) Các mẫu lấy vào thời điểm thu hoạch để xác định khối lượng tươi, chiều cao Các tiêu phương pháp xác định - Xác định tiêu suất: Chiều cao cây, khối lượng tươi - Xác định tiêu sinh lí - hóa sinh: xác định hàm lượng diệp lục theo Wettstein (1957); hàm lượng vitamin C (axit ascorbic) xác định theo phương pháp chuẩn độ i-ốt; xác định hoạt tính enzyme catalase theo phương pháp Bergmeyer (1983); hàm lượng Cu rễ, thân, rau dền đỏ xác định phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) Phương pháp xử lí số liệu Số liệu xử lý phần mềm Excel SPSS 20.0 khác cơng thức thí nghiệm xử lý One - way ANOVA Tukey‘s - b mức α = 0,05 II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Ảnh hƣởng liều lƣợng bentonit đến số tiêu sinh trƣởng rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Ảnh hưởng liều lượng bentonit đến chiều cao rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Chiều cao tiêu sinh trưởng quan trọng để đánh giá tác động yếu tố thí nghiệm đến sinh trưởng cây.Ảnh hưởng liều lượng bentonit đến chiều cao rau dền đỏ trồng đất nhiễm Cu trình bày Bảng Bảng Ảnh hƣởng liều lƣợng bentonit đến chiều cao rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Công thức Chiều cao (cm) CT 1(ĐC) 23,30b ± 1,15 CT 23,65b ± 0,65 CT CT Tỉ lệ so với đối chứng (%) 100 101,5 b 97,9 a 81,2 22,82 ± 1,00 19,85 ± 0,66 Ghi chú: chữ giống thể sai khác khơng có ý nghĩa thống kê mức α = 0,05 2031 TIỂU BAN SINH THÁI HỌC VÀ MƠI TRƯỜNG Kết thí nghiệm cho thấy đất trồng bị ô nhiễm kim loại Cu việc bổ sung bentonit vào đất khơng ảnh hưởng đến chiều cao rau dền đỏ, trừ CT Rau dền đỏ CT có chiều cao trung bình thấp có khác biệt có ý nghĩa với cơng thức cịn lại Điều ngồi bên cạnh tác dụng giữ Cu đất liều lượng cao (CT4), bentonit ảnh hưởng đến khả trao đổi cation đất (Đồn Văn Thành, 2012), hấp thu chất dinh dưỡng trồng Trong đất ô nhiễm Cu (mức 50 ppm), liều lượng bentonite 8,5g bentonit/kg đất 17gbentonit/ kg đất không ảnh hưởng rõ rệt đến chiều cao Liều lượng bentonite 34g bentonit/kg đất bắt đầu ức chế sinh trưởng cây, chiều cao giảm 81,2% so với đối chứng Ảnh hưởng liều lượng bentonite đến khối lượng tươi rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Trong trình sống, hấp thụ chất dinh dưỡng từ môi trường, quang hợp tổng hợp nên chất cần thiết cho thể Chiều cao, khối lượng tăng dần trình sống Về mặt sinh trưởng, bên cạnh chiều cao khối lượng tươi tiêu chí quan trọng để đánh giá tốc độ khả sinh trưởng trồng Kết ảnh hưởng liều lượng bentonit đến khối lượng tươi rau dền đỏ trình bày Bảng sau đây: Bảng Ảnh hƣởng bentonit đến khối lƣợng tƣơi rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Tỉ lệ so với đối chứng (%) Công thức Khối lƣợng tƣơi (g) CT (ĐC) 5,98ab ± 0,71 100 CT 7,06b ± 0,63 118,1 CT 5,33ab ± 0,78 89,1 CT 4,48a ± 0,47 74,9 Ghi chú: chữ giống thể sai khác khơng có ý nghĩa thống kê mức α = 0,05 Khối lượng tươi rau dền đỏ CT có giá trị lớn (7,06 g), CT có giá trị nhỏ (4,48 g) nhiên công thức khác biệt có ý nghĩa so với đối chứng Giữa CT CT có khác biệt có ý nghĩa thống kê Ở liều lượng 8,5 g bentonit/kg đất, sinh trưởng tốt không bổ sung bentonit liều lượng 34 g bentonit/kg đất sinh trưởng Ảnh hƣởng liều lƣợng bentonit đến số tiêu sinh lí – hóa sinh rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Ảnh hưởng liều lượng bentonit đến hàm lượng diệp lục tổng số rau dền đỏ trồng đất nhiễm Cu Diệp lục có vai trị bậc quang hợp, hàm lượng diệp lục định trực tiếp đến hiệu suất quang hợp từ ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển suất trồng Ảnh hưởng liều lượng bentonite đến hàm lượng diệp lục tổng số rau dền đỏ trồng đất nhiễm Cu trình bày Bảng Kết nghiên cứu cho thấy, hàm lượng diệp lục tổng số khơng có khác biệt có ý nghĩa cơng thức Hàm lượng diệp lục tổng số CT cao (2,59 2032 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT LẦN THỨ mg/g) CT thấp (2,01 mg/g), nhiên khác biệt ý nghĩa thống kê Như liều lượng bentonit khác đất bị ô nhiễm Cu không ảnh hưởng đến hàm lượng diệp lục tổng số rau dền đỏ Bảng Ảnh hƣởng liều lƣợng bentonit đến hàm lƣợng diệp lục tổng số rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Hàm lƣợng diệp lục tổng số (mg/kg achất tƣơi) 2,25 ± 0,13 Công thức CT 1(ĐC) CT Tỉ lệ so với đối chứng (%) 100 a 89,3 a 98,7 a 115,1 2,01 ± 0.29 CT 2,22 ± 0.17 CT 2,59 ± 0.11 Ghi chú: chữ giống thể sai khác khơng có ý nghĩa thống kê mức α = 0,05 Ảnh hưởng liều lượng bentonit đến hàm lượng vitamin C rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Vitamin C biết đến chất chống oxi hóa, giúp đối phó với hạn hán, tia cực tím Hàm lượng vitamin C rau tiêu quan trọng để đánh giá giá trị dinh dưỡng rau Vitamin C tham gia vào nhiều trình chuyển hóa thể tham gia tạo collagen - thành phần thiết yếu mô liên kết vai trò quan trọng chữa lành vết thương, chống stress, tăng sức đề kháng cho thể, chống oxy hóa cách trung hòa gốc tự sản sinh từ phản ứng chuyển hóa (Phạm Thị Trân Châu cs, 2012) Vitamin C có nhiều màu vàng cam, xoăn, đu đủ, cà rốt, cà chua loại rau có màu đậm rau dền, rau muống, cải bẹ xanh (Tạ Thu Cúc cs, 2000) Hàm lượng vitamin C % 0.34 0.32 0.3 0.28 0.26 0.24 0,32b 0,28a 0,27a CT CT CT 0,28a CT Hình 1: Ảnh hƣởng liều lƣợng bentonite đến hàm lƣợng vitamin C rau dền đỏ Lá rau dền đỏ CT2 có hàm lượng vitamin C cao (0.32 g/g), cao 18,01% so với đối chứng Hàm lượng vitamin C thấp CT (0,27 mg/kg) Có thể với khả trao đổi ion, bentonit liều lượng 8,5g bentonit/kg đất giúp tích lũy nhiều khoáng hơn, hấp thu đầy đủ dinh dưỡng nên hàm lượng vitamin C nâng cao Ảnh hưởng liều lượng bentonit đến hoạt độ enzym catalase rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu 2033 TIỂU BAN SINH THÁI HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG Catalase enzym chống oxi hóa thực vật, thường cảm ứng hình thành bị ―stress oxy hóa‖ Khi bị stress với hình thành nhiều chất oxi hóa H2O2, OHvà O2- Phản ứng phòng vệ tăng hoạt độ enzyme chống oxi hóa catalase, superoxit dismustase, ascorbat peroxidase …để phân giải chất oxi hóa, bảo vệ thể (Phạm Thị Trân Châu cs., 2012) Bảng Ảnh hƣởng liều lƣợng bentonit đến hoạt độ enzym catalase rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu CT 1(ĐC) Hoạt độ catalase (U/ml) 30,26a ± 1,46 Tỉ lệ so với đối chứng (%) 100 CT 38,08ab ± 2,59 125,8 CT 34,98ab ± 1,36 115,6 CT 42,67b ± 3,60 141,0 Công thức Ghi chú: chữ giống thể sai khác khơng có ý nghĩa thống kê mức α = 0,05 Qua kết trên, nhận thấy hoạt độ catalase cao (42,67 U/ml) CT 4- liều lượng bentonit hạn chế sinh trưởng Hoạt độ thấp CT1(30,26 U/ml) chịu ảnh hưởng độc tính kim loại Cu CT CT có khác biệt khơng có ý nghĩa với đối chứng Ở liều lượng 34 g bentonit/kg đất bentonit lại yếu tố gây stress cho cây, cảm ứng tăng hoạt độ enzyme catalase để giải độc cho Ảnh hƣởng quặng bentonit đến tích lũy kim loại Cu rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Đồng nguyên tố cần thiết cho trồng, đồng tham gia vào thành phần protein chứa đồng enzyme xúc tác oxi hóa axit ascobic, difenol hydroxyl hóa monophenol ascocbatoxydase, xitocromoxydase Khi liều lượng cao, Cu ức chế phát triển hệ rễ, làm tổn thương hệ rễ Gây nên rối loạn q trình sinh lí - sinh hóa Ngồi KLN dư thừa kích thích hình thành gốc tự gốc tự oxi hóa dẫn đến stress oxi hóa (Nguyễn Như Khanh, Cao Phi Bằng, 2008) Và đặc biệt, đất nhiễm Cu làm tích tụ Cu rau từ ảnh hưởng đến sức khỏe người Hàm lượng Cu tích lũy phận khác rau thấp tiêu chuẩn cho phép Bộ Y tế hàm lượng Cu rau (30 ppm) Ảnh hưởng quặng bentonit đến tích lũy kim loại Cu rau dền đỏ trồng đất nhiễm Cu trình bày Hình Bentonit bổ sung vào đất với liều lượng cao cho hiệu hấp phụ Cu lớn Hàm lượng Cu rễ rau dền đỏ: CT có hàm lượng Cu rễ lớn (7,57 mg/kg), CT có hàm lượng Cu rễ thấp (4,09 mg/kg) khác biệt có ý nghĩa thống kê Hàm lượng Cu thân rau dền đỏ: hàm lượng Cu thân công thức giảm dần theo tăng liều lượng bentonit, CT có giá trị lớn (3,95 mg/kg) cao gấp 2,1 lần hàm lượng Cu CT (1,88 mg/kg) Tương tự, hàm lượng Cu rau dền đỏ giảm dần tăng liều lượng bentonit: CT có hàm lượng Cu cao (4,60 mg/kg) khác biệt khơng có ý nghĩa với đối chứng, CT có giá trị thấp (3,02 mg/kg), giảm 32,3% so với đối chứng khác biệt có ý nghĩa thống kê Hàm lượng Cu cao thân Đồng thành phần plastoxyanin chất mang điện tử từ quang hệ thống II sang quang 2034 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT LẦN THỨ hệ thống I Khoảng 70% tổng lượng Cu tập trung lục lạp (Nguyễn Như Khanh, Cao Phi Bằng, 2008) Do hàm lượng Cu thường cao hàm lượng Cu thân Hàm lƣợng Cu (mg/kg) Hàm lượng Cu rễ Hàm lượng Cu thân Hàm lượng Cu 7,57c 7,37c 6,14b 3,95 4,6c 4,46c d 3,23c 4,90a 4,01b 2,69b 3,02a 1,88a CT CT CT CT Hình 2: Ảnh hƣởng quặng bentonit đến tích lũy kim loại Cu rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Như vậy, bentonit có tác dụng hấp phụ Cu, hạn chế tích lũy Cu phận khác rau dền đỏ, đặc biệt phận sử dụng rau dền đỏ (thân lá) trồng đất ô nhiễm Cu III KẾT LUẬN Bentonit có tác dụng hấp phụ Cu lưu giữ Cu đất, làm giảm tích tụ Cu rau trồng đất ô nhiễm Cu Liều lượng 8,5 g bentonit/kg đất (CT2) ảnh hưởng tích cực đến sinh trưởng hàm lượng vitamin C rau dền đỏ Khi bón bentonite với liều lượng cao (34g/kg) gây ức chế sinh trưởng TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Ngọc Ấn, Dƣơng Thị Bích Huệ, 2007 Hiện trạng nhiễm kim loại nặng rau xanh ngoại Thành phố Hồ Chí Minh Tạp chí Phát triển KH&CN, 10(01): 41-46 Mai Thị Phƣơng Anh, 1996 Rau trồng rau, Nxb Nông nghiệp Hà Nội Bộ Y tế, 2007 QĐ số 46/2007 “Qui định giới hạn tối đa ô nhiễm sinh học hóa học thực phẩm” Phạm Thị Trân Châu cs., 2012 Giáo trình hóa sinh sở Nxb Giáo dục Việt Nam Tạ Thu Cúc, Hồ Hữu An Nghiêm Thị Bích Hà, 2000 Cây rau Nxb Nông nghiệp Hà Nội, 260 tr Nguyễn Xuân Cự, 2008 Nghiên cứu hút thu Cu, Pb, Zn tìm hiểu khả sử dụng phân bón để giảm thiểu tích lũy chúng rau cải xanh rau xà lách Tạp chí Khoa học Trái Đất, 2(30): 119-123 Hall J L., 2002 Cellular mechanisms for heavy metal detoxification and tolerance J Exp Bot., 53(366): 1-11 2035 TIỂU BAN SINH THÁI HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG Nguyễn Thị Mai Hƣơng cs., 2012 Hàm lượng số kim loại nặng trongmôi trường đất nước vùng canh tác nông nghiệp (hoa-rau-cây ăn quả) xã Phú Diễn xã Tây Tựu (Hà Nội) Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, 50(6): 491-496 Nguyễn Nhƣ Khanh, Cao Phi Bằng, 2012 Giáo trình sinh lý học thực vật Nhà xuất Giáo dục Việt Nam 10 Akpomie K G., Dawodu F A., 2015 Potential of a low-cost bentonite for heavy metal abstraction from binary component system Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences, 4(1): 1-13 11 Võ Văn Minh, Võ Châu Tuấn, 2005 Công nghệ xử lý kim loại nặng đất thực vật – hướng tiếp cận triển vọng, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, 12(4): 58-62 12 Trần Văn Quy cs., 2010 Nghiên cứu điều chế vật liệu bentonit biến tính lantan ứng dụng xử lý phốtpho môi trường nước Tạp chí Khoa học Tự nhiên Cơng nghệ, ĐHQGHN, 26(5S): 836-842 13 Đoàn Văn Thành, 2012 Nghiên cứu đặc trưng khả ứng dụng số loại bentonit Việt Nam dược học Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN 14 Lê Đức Trung, Nguyễn Ngọc Linh, 2007 Sử dụng vật liệu hấp phụ tự nhiên để xử lý kim loại nặng bùn thải cơng nghiệp Tạp chí phát triển KH&CN, Viện Môi trường & Tài nguyên, ĐHQGHCM, 10(01): 63-70 15 Wongkoblap A.; Ngernyen Y ; Budsaereechai S.; Charoenbood A., 2013 Heavy metal removal from aqueous solution by using bentonite clay and activated carbon Chemeca: Challenging Tomorrow.Barton, ACT: Engineers Australia: 689-694 STUDY ON THE EFFECT OF BENTONITE TO SOME PHYSICOBIOCHEMICAL PARAMETERS AND COPPER ACCUMULATION OF AMARANTHUS TRICOLOR GROWN ON COPPER CONTAMINATED SOIL Tran Khanh Van, Vu Thi Phuong, Le Hai Dang SUMMARY Heavy metal pollution in vegetables has attracted the attention of many researchers Heavy metal contamination of vegetable mainly due to the fact that it grows on contaminated soils or uses heavy metals polluted water Many methods are available for treating soil, water contaminated by heavy metals, or limiting the accumulation of heavy metals in vegetables Using natural ores to absorb heavy metals is a common method This study aims to determine the effect of different bentonite concentrations on the growth and copper (Cu) accumulation of Amaranthus tricolor grown on Cu contaminated soil In this study, the higher the bentonite content in soil were recorded in the lower the Cu content in vegetables We found that using 8.5g/kg bentonite reduced the content of Cu accumulated in biomass of Amaranthus tricolor and this dosage of bentonite had a positive effect to some physio-biochemical parameters of this plant 2036 ... QUẢ NGHIÊN CỨU Ảnh hƣởng liều lƣợng bentonit đến số tiêu sinh trƣởng rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Ảnh hưởng liều lượng bentonit đến chiều cao rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Chiều cao tiêu sinh. .. bentonit/ kg đất, sinh trưởng tốt không bổ sung bentonit liều lượng 34 g bentonit/ kg đất sinh trưởng Ảnh hƣởng liều lƣợng bentonit đến số tiêu sinh lí – hóa sinh rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu Ảnh hưởng. .. nghiệm đến sinh trưởng cây .Ảnh hưởng liều lượng bentonit đến chiều cao rau dền đỏ trồng đất nhiễm Cu trình bày Bảng Bảng Ảnh hƣởng liều lƣợng bentonit đến chiều cao rau dền đỏ trồng đất ô nhiễm Cu