d. Sự tích luỹ KLN trong các bộ phận cây
2.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 1 Các kết quả nghiên cứu ngoài nước
2.2.1 Các kết quả nghiên cứu ngoài nước
Hiện nay, nhiều tác giả trên thế giới đã và đang nghiên cứu sâu hơn về cơ chế sinh lý do tác động của độc chất KLN trên thực vật. U.Avenhaus, U. Ebben, V. Glavac, R. Mayer đã nghiên cứu ảnh hưởng của KLN và Al lên sự phát triển của rễ cây. Nhóm tác giả đã sử dụng hộp 4 lít bằng gốm để đặt rể cây sống vào, thí nghiệm được cung cấp các dưỡng chất cần thiết. Thực vật khảo sát là cây dẻ gai và cây tùng. Các rễ cạn gần mặt đất thuộc hệ thống rễ của cây được đào lên cẩn thận, rửa bằng nước khử ion, nhuộm bằng mêtyl tím và cho vào trong các hộp rễ, cho phát triển trong điều kiện có kiểm soát. Mỗi loại cây đều có hộp đối chứng – không thêm kim loại nặng. Ơû pH = 3.8, sau 2 – 5 tháng, nhóm tác giả lấy rễ ra khỏi hộp, khảo sát phần mới mọc (không nhuộm) để xác định các chỉ tiêu: số rễ,
chiều dài rễ, trọng lượng khô và so sánh với trọng lượng rễ khô lúc bắt đầu thí nghiệm. Dùng trace nghiệm Wilcoxon để xử lý từng cặp khác biệt. Các tác giả nhận thấy, ở nồng đô thấp (10µg/L), Cd có tác dụng kích thích rễ ra dài, nhưng ở nồng độ 500µg/kg đất, cả rễ cây dẻ gai và rễ cây tùng đều bị ứng chế. Ơû nồng độ 100µg Cd/L, chỉ có rễ cây tùng bị ứng chế nhẹ nhưng không có ý nghĩa về mặt thống kê.
Với hỗn hợp 2 µg Cd + 25 µg Pb + 10 µg Cu +200 µg Zn/L, sự phát triển của chóp rễ bị giảm.
Hỗn hợp 5 µg Cd + 50 µg Pb + 20 µg Cu +700 µg Zn/L, ức chế rễ mọc dài.
Hỗn hợp 20 µgCd + 500 µg Pb + 100 µg Cu + 3000 µg Zn/L, làm giảm tất cả các chỉ tiêu theo dõi sự phát triển của rễ.
Những nghiên cứu về độc chất học sinh thái của KLN do nhóm các nhà khoa học ở New Zealand tiến hành đối với cây trồng trong môi trường đất đã cho thấy một số kết uqả khá quan trọng. Nhóm đã làm một số thí nghiệm sử dụng KLN với dãy nồng độ khảo sát: Cu (II) (0, 600, 1200, 1800); As( 0, 25, 50, 100, 200) trên một số cây: rau diếp, cây kê. Qua thí nghiệm đã xác định được các giá trị như NOEC, LOEC, EC 50, LC50, số liệu được sử lý sử dụng phân tích phương sai ANOVA.
Một số các nghiên cứu trước đây của các chuyên gia nước ngoài cho thấy Pb2+, Hg2+, Cd2+, Cu2+ là những chất ô nhiễm chính do hoạt động của con người tạo nên. Ngoài ra, chúng cũng là nhân tố có ảnh hưởng trực tiếp làm giảm sinh khối vi sinh vật đất và trọng lượng khô của cây trồng. Theo M. Barajas Aceves (1994)
Nhóm nghiên cứu của Chen Tong Bin ( Viện nghiên cứu Tài nguyên và khoa học địa lý, thuộc Viện Khoa học Trung Quốc ) bắt đầu điều tra tình trạng ô nhiễm KLN của đất trên toàn quốc từ năm 1997, đến năm 1999 họ đã phát hiện ra cây dương xỉ – loài cây đầu tiên trên thế giới được biết đến có khả năng siêu hút chất thạch tín. Cho đến nay, họ đã phát triển được 3 kỹ thuật có bản quyền sở hữu trí tuệ về trồng cây phục hồi đất và đánh giá độ ô nhiễm của đất, họ cũng đã tìm được 16 loại cây khác cũng có khả năng hấp thu kom loại nặng trên lãnh thổ Trung Quốc. Loài cây dương xỉ phân bố trên diện rộng ở miền nam Trung Quốc, hàm lượng thạch tín ở trên lá của cây lên tới 8%o , vượt xa so với hàm lượng đạm, lân có trên thân cây mà cây vẫn phát triển tươi tốt. Khả năng hút thạch tín của loài cây này không ngừng tăng mạnh theo sự phát triển của cây, chúng còn có thể di truyền đặc tính này cho các cây thế hệ sau. Hiện nay, nhóm nghiên cứu lần đầu tiên dùng kỹ thuật bức xạ đồng bộ và kính hiển vi điện tử scan môi trường để phân tích cơ chế chịu thạch tín của loài cây này trên thân cây sống. Nghiên cứu của nhóm này cũng đã phát hiện ra các sợi lông tơ trên cây dương xỉ có khả năng tập hợp thạch tín rất đặc biệt, những sợi lông có nước chính là nơi tích trữ chủ yếu của thạch tín, nó có tác dụng cách biệt rất rõ ràng đối với thạch tín, vì thế loại độc tố này bị “nhốt kín” ở một nơi an toàn trong thân cây nên không hề ảnh hưởng đến sự phát triển của cây.
Các nhà khoa học thuộc ĐH Purdue, West Lafayette, Mỹ, đã tập trung nghiên cứu và tìm ra những loại thực vật có khả năng thẩm tách và lưu giữ một số lượng rất lớn KLN trong thân, chúng được gọi là hyperaccumulators. Họ đã nghiên cứu hơn 20 loài thực vật hoang dại có họ với cây cải bắp. Dựa trên số lượng thực vật đó, họ lựa chọn ra một số loài cải xoang, có tên khoa học là thlaspi caerulescens.
Loài cải xoang này rất dễ trồng và mọc được ngay trong phòng thí nghiệm. Hơn thế nữa, chúng được xếp vào những thực vật dòng hyperaccumulators.
Nicckel, kẽm và cadimium là những “món ăn ưa thích” của chúng. Trên thực tế, khả năng “ăn kim loại” của cải xoang đã được phát hiện từ rất lâu, năm 1865. Khi những người nông dân tiến hành phát quang đất đai để trồng trọt đã phát hiện ra trong thân cải xoang có chứa một lượng lớn kẽm. Kể từ đó, rất nhiều loại thực vật dòng hyperaccumulators được tìm thấy và được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi đất. Tuy nhiên, việc sử dụng chúng mới dừng lại ở mức như một cách truyền bá kinh nghiệm. Hiểu sâu và có thể lai tạo được các giống thực vật này thì vẫn chưa được quan tâm đúng mức. Loài thực vật dòng hyperaccumulators có thể mọc được trên neền đất nông nghiệp hoặc công nghiệp bị nhiễm bẩn kim loại nặng. Các nhà khoa học hy vọng rằng với nghiên cứu của họ về dòng thực vật này, có thể những vùng đất rộng lớn bấy lâu bị bỏ hoang có thể được phục hồi. Tuy nhiên, để áp dụng được thành tựu này với quy mô tương đối lớn, chắc chắn cần thêm những nghiên cứu sâu hơn nữa.
Một loạt nhũng nghiên cứu của các nhà khoa học khác cũng cho thấy ảnh hưởng cụ thể của KLN đối với cây trồng như sau:
- Koji IIMURA – Trường đại học Tottori và Hedefumi ITO – Trại thí nghiệm nông nghiệp quốc gia Chugoku của Nhật Bản (1975-1976), đã nghiên cứu ảnh hưởng của Cd đến cây lúa cho rằng khả năng hút Cd của cây lúa tỉ lệthuận với Cd nhiễm trong dung dịch trồng. Cd tích lũy trong rễ gấp 17,5 lần so với thân và gấp 140 lần trong hạt. Khả năng hút Cd của cây lúa phụ thuộc vào pH. Độ pH=6 là thích hợp nhất cho cây lúa hấp thụ Cd. Nếu pH trên hoặc dưới ngưỡng này thì khả năng hút Cd sẽ giảm.
- Alloway (1988) đã phát hiện thấy vùng đất nông nghiệp sử dụng bùn thải để bón có hàm lượng Cd và Pb lần lượt là 64.2 ppm và 938 ppm tương ứng với hàm lượng của chúng ở trong rau diếp ( 16,8 mg Cd/kg rau khô ), trong cải Spinarch ( 8mg/kg rau khô ).
- Mahler (1978 ) phát hiện hàm lượng Cd có trong bắp 96,3 mg Cd/kh khô và 53,2 mg Cd/kg khô củ cải Thụy Sỹ trên vùng đất trước đây có bón bùn thải.
- Kyoung-Won Min và cộng sự (1999) đã nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng ( Cd và Pb ) của một số loại cây và đưa ra một thứ tự giảm dần về khả năng hấp thụ: thuốc lá> cải > bắp > tiêu > lúa…
Không riêng gí các nhà khoa học, Bộ Nông Lâm Thủy – Nhật Bản cũng đã có phân tích khảo sát với 465 mẫu đất ruộng lúa và 8,163 mẫu gạo lức, cho rrằng hàm luợng Cd trong nước sông trung bình là 0,1 ppm: trong đất trồng lúa là 0,45 ppm ( cao nhất là 2,53); trong gạo lức là 0,09 ppm ( cao nhất là 0,88 ppm). Cd trong: nước : đất : gạo xấp xỉ tỉ lệ: 1 : 5000 : 1000 .