CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.2. Biện pháp sử dụng thực vật xử lý đấ tô nhiễm kim loại nặng
1.2.7.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
+ Khả năng hấp thụ asen (As)
Các nhà khoa học Trung Quốc đã thực hiện dự án thử nghiệm trồng dương xỉ Pteris vittata L. để thu gom As độc hại trong đất tại ba địa điểm ở
tỉnh Hồ Nam, Triết Giang và Quảng Đông. Mỗi địa điểm thử nghiệm có diện tích 1 ha được trồng 30 tấn hạt Pteris vittata L. Với kỹ thuật này, họ
hy vọng có thể giải quyết về cơ bản vấn đề ô nhiễm kim loại nặng ở vùng hạ du của Trung Quốc do q trình khai khống gây nên [142].
Theo Ma L. Q. và cộng sự, loài dương xỉ Pteris vittata L. có khả năng tích lũy 14 500 mg As/kg đất mà chưa có triệu chứng tổn thương. Lồi này sinh trưởng nhanh, có sức chống chịu cao với As trong đất (As > 15000 mg/kg) và chỉ bị độc ở hàm lượng 22.630 mg/kg qua 6 tuần. Theo các nhà khoa học Mỹ, Pteris vittata L. có thể chứa tới 22 g As/kg lá. Họ cũng đã
chứng minh rằng, trong vòng 24 giờ, loài dương xỉ này giảm mức As trong nước từ 200 µg/l xuống gần 100 lần [142].
Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy As của hai lồi dương xỉ thu từ vùng khai thác mỏ của Thái Nguyên, Bùi Thị Kim Anh và cộng sự [3] cho thấy, trong khoảng hàm lượng mà cây chống chịu được, Pteris vittata tích lũy lượng As 307 - 6042 mg/kg trong thân và trong rễ là 131 - 3756 mg/kg. Lồi
Pityrogramma calomelanos tích lũy được lượng As trong thân lá và trong rễ
+ Khả năng hấp thụ cadimi (Cd)
Khả năng hấp thụ Cd trong đất cũng đã được công bố trong những năm gần đây. Cây T.caerulescens được đánh giá là lồi thực vật có khả năng tích luỹ Cd với hàm lượng lớn. Tích luỹ Cd của loài thực vật này tuỳ thuộc vào từng kiểu sinh thái. Ở một kiểu sinh thái nhất định chúng có thể tích luỹ Cd lên đến 12.500 mg Cd/kg đất khối lượng khơ mà khơng có dấu hiệu độc; tuy nhiên ở một số kiểu sinh thái khác chỉ tích luỹ 2.300 mg Cd/kg đất khối lượng khơ. Trong khi đó, Cosio (2004) và Kupper (2000) cho rằng cây Arabidopsis
halleri mới chính là siêu tích luỹ Cd [53], [92]. [Trong khi một nghiên cứu khác của Salt và các cộng sự (1997) lại nghi ngờ cây B.juncea cũng là lồi
siêu tích luỹ Cd [118].
Hấp thụ gián tiếp thơng qua tác nhân chuyển là các ion hố trị II. Gien zip chuyển Zn và Fe trong thực vật được cho là có vai trị trong vận chuyển Cd. Trong mơi trường dư thừa cation hố trị II, ví dụ như Zn, sẽ làm giảm hấp thụ Cd ở nhiều loài thực vật, kể cả cây T. caerulescens [29].
Pinxeros và Kochinan (2003) đã khẳng định rằng tế bào lá cây
T.caerulescens và cây T. arvaense có sự khác nhau về đặc tính hóa ion qua
màng plasma, nhưng sự khác nhau này không thể liên quan trực tiếp đến sự khác nhau trong việc tích lỹ Cd và Zn. Phân tích khả năng chuyển hóa Cd/Zn trong nguyên sinh chất của tế bào lá cho thấy khả năng chuyển hóa chủ yếu và sự giống nhau về cấu trúc đối với 2 kim loại đó khơng thể phân biệt được trong cây T.caerulescens Ganges, cây Ahalleri và cây T. caerulescens Prayon; tuy nhiên tích lũy Cd tăng trong tế bào chất của cây T.caerulescens Ganges nhưng giảm đáng kể trong tế bào chất của cây Ahalleri cùng với sự tiếp xúc với Cd trước (Cosio và cộng sự, 2004) [53]. Vì vậy, có nhiều hệ thống chuyển hóa Cd phức tạp trong lá. Điều này cho thấy con đường hấp thụ Cd khác
thường trong cây T.caerulescens Ganges có thể thuận tiện cho phát triển cơ chế siêu tích lũy.
Nghiên cứu thử nghiệm khả năng xử lý Cd và Zn bằng thực vật đã được tiến hành đối với đất ô nhiễm ở Palmerton, PA (Brown và cộng sự, 1994), đất ô nhiễm do là nấu Zn ở Pháp, đất nông nghiệp bị ô nhiễm bởi bùn đô thị ở Anh (Lombi và cộng sự, 1997) (trích theo Lê Đức & cs [10]). Trong từng trường hợp cây, T.caerulescens Ganges xử lý Cd và Zn trong đất nhưng tốc độ xử lý
phải mất hơn 15 năm mới xử lý được hoàn toàn mà cũng chỉ xử lý được ở tầng đất nông. Ở Vương quốc Anh, đất nơng nghiệp bị hạn chế vì độc tính của Cu với cây T.caerulescens Ganges, cho thấy sự cần thiết của các loài thực vật dùng để xử lý ô nhiễm phải chịu được các hàm lượng của các chất ô nhiễm phức tạp [108]. Khả năng xử lý của cây T.caerulescens Ganges cũng bị giới hạn bởi hình dạng cây nhỏ và sinh khối thấp. Trong một nghiên cứu, mặc dù cây
T.caerulescens Ganges tích lũy với hàm lượng Cd và Zn cao trong lá nhưng cây B. juncea loại bỏ được Zn và Cd nhiều hơn vì kích thước lớn hơn (Ebbs và cộng sự, 1997). Phương pháp tiếp cận chuyển gen giữa 2 cây này có thể giúp cho việc xử lý Cd và Zn nhanh hơn.
Ngoài ra, cây Thlaspi caerulescens sinh trưởng trong 391 ngày đã loại
bỏ hơn 8 mg Cd/kg đất và 200 mg Zn/kg đất tương ứng với 43% Cd và 7% Zn trong đất bị ô nhiễm.
+ Khả năng hấp thụ kẽm (Zn)
Zn là một yếu tố vi lượng cần thiết nhưng khi ở hàm lượng cao chúng lại gây độc cho cả động vật và thực vật (Cobbet và Goldsbrough, 2002 ; Gupta UC và Gupta SC,1998). Lồi siêu tích luỹ Zn đầu tiên được xác định là cây T. caerulescens. Cây này có khả năng tích luỹ từ 25.000 đến 30.000 g/g Zn tổng số trước khi có dấu hiệu độc, mặc dù cây T. caerulescens có thể tích lũy nhiều nhất là 40.000 µg/g Zn trọng lượng khơ trong thân. Cây Arabidopsis
halleri cũng được tìm thấy hàm lượng Zn trong thân tăng từ 300 g/g trọng lượng khô ở hàm lượng 1M Zn lên đến 32.000 g/g ở hàm lượng 1.000 M Zn, mà khơng có dấu hiệu độc. Cây Arabidopsis lyrata ssp. Frednsville tích
lũy Zn trong lá với hàm lượng cao khi trồng ngồi thực địa (Cannon, 1960), nhưng khả năng tích lũy Zn có thể thay đổi trong điều kiện trồng thí nghiệm.
Mặc dù tốc độ hấp thụ Zn thấp hơn nhưng rễ cây T.arvense tích luỹ Zn về cơ bản cao hơn loài T.caerulescens. Sự khác nhau này là do sự vận chuyển Zn lên lá tốt hơn ở loài siêu tích luỹ. Cây T.caerulescens chứa Zn trong chất lỏng của thân gỗ cao hơn 5 lần và vận chuyển lên thân cao hơn 10 lần so với cây T.arvense (Lasat và cộng sự, 1998) [94] và vận chuyển lên thân cao hơn 10 lần so với cây T. arvense (Lasat và cộng sự, 1996) [93].
+ Khả năng hấp thụ chì (Pb)
Pb là một KLN cực kỳ độc, nó là mối đe doạ đối với các loài động, thực vật và sức khoẻ con người. Mặc dù nhiều lồi thực vật có xu hướng khơng hấp thụ Pb như cây Thlaspi praecox trong khi siêu tích lũy Cd và Zn,
ngược lại nhiều lồi thực vật có thể siêu tích lũy Pb hịa tan trong đất. Một số kết quả nghiên cứu cho thấy, cây Sesbania đrummonii, một loài cây họ Đậu và nhiều cây họ Cải có thể tích luỹ Pb với hàm lượng khá lớn trong rễ (Wong và cộng sự, 2002) và Piptathertan miliacetall, một lồi cỏ tích luỹ Pb trực tiếp khi môi trường đất bị ơ nhiễm mà khơng có dấu hiệu nhiễm độc sau 3 tuần. Sahi và cộng sự, 2002 cho rằng cây S. drummondii có thể chịu đựng được với mức Pb lên đến 1500 mg/L và tích lũy khoảng 40 g/kg khối lượng khô. Cây
Brassica juncea sẽ giảm khả năng sinh trưởng khi hàm lượng Pb trong đất là
645 g/g, nhưng có thể tích lũy 34,5 g Pb /kg thân, mặc dù sự tích lũy đáng kể trong thân khơng được tiến hành đến khi Pb đạt mức bão hòa ở rễ. Hầu hết sự tích lũy trong cây được tìm thấy ở thân, cuống lá mà không thấy trong lá, điều này cho thấy Pb ở dạng khơng hịa tan nhiều hơn.