Để cỏc cụng nghệ sử dụng thực vật cú thể phỏt triển mạnh thỡ những nghiờn cứu về cụng nghệ gene cần được chỳ trọng đặc biệt. Cỏc loài thực vật cú khả năng xử lý kim loại thu được ngoài tự nhiờn thường cú điểm hạn chế là cú bộ rễ ớt phỏt triển và cho sinh khối thấp. Đõy hiện đang là vấn đề lớn, hạn chế sự ứng dụng cỏc cụng nghệ dựng thực vật cho xử lý ụ nhiễm vào thực tiễn. Việc tạo ra những giống thực vật cú khả năng siờu xử lý ụ nhiễm với sinh khối cao là sự ưu tiờn của cụng nghệ dựng thực vật cho xử lý ụ nhiễm.
Cỏc biện phỏp cụng nghệ sinh học làm thay đổi bộ gene nhằm tăng sức chống chịu kim loại cho những loài cú khả năng cho sinh khối cao, hoặc nhằm tăng sinh khối cho những loài „siờu tớch tụ”, hay nhằm phỏt triển cỏc bộ phận tớch tụ cao kim loại…là vụ cựng cần thiết. Nhỡn chung, năng suất cõy trồng được kiểm soỏt bởi nhiều gene và rất khú được cải thiện bằng một gene đơn lẻ. Kỹ thuật gene nhằm chuyển gene tớch tụ hữu hiệu hơn vào cõy đó được đề xuất bởi nhiều tỏc giả [91], [57]. Zhu và cs, [144] đó chuyển gene cho cõy cải Brassica juncea và nghiờn cứu về cỏc yếu tố giới hạn tốc độ sản sinh ra glutathione và phytochelatin. Họ đó chuyển gene - gshl- của E. coli vào cõy, cỏc cõy con chuyển gene đó thể hiện tớnh chống chịu Cd tăng lờn, cú hàm lượng cỏc Phytochelatin, GluCys, glutathion và tổng cỏc thiol phi protein cao hơn so với cỏc cõy mọc hoang dại.
Cựng với sự phỏt triển của cỏc kỹ thuật phõn tử trong lĩnh vực sinh học, cỏc nhà khoa học đó nghiờn cứu và phỏt hiện ra nhiều gene mó húa khả năng khỏng KLN từ nhiều loài sinh vật. Do vậy việc nghiờn cứu chuyển cỏc gene này vào thực vật để xử lý mụi trường tớch lũy KLN đang là vấn đề được quan tõm nhiều. Hiện nay, gene khỏng As của sinh vật được chuyển vào thực vật đó và đang là vấn đề được nghiờn cứu trờn thế giới.
Gene arsC được tỡm thấy trong vi khuẩn Gram õm, mó húa cho khả năng tớch lũy As gồm 141 amino axit với chiều dài của gene khoảng 359 bp. Chỳng cú nhiệm vụ chuyển húa cỏc hợp chất độc của As thành cỏc chất ớt độc hơn. Operon ars gồm nhiều gene khỏc nhau như arsA, arsB, arsC, …trong đú gene arsC được sử dụng để mó húa cho khả năng xử lý As của thực vật. Qua đú, chỳng ta thấy được cỏc cõy chuyển gene tập trung vào việc tăng khả năng chống chịu và tớch lũy KLN, thụng qua việc tạo ra nhiều phõn tử cú khả năng gắn kết như xitrat, phytochelatin, metallothionein, feritin hoặc thể hiện mạnh (overexpresion) cỏc protein vận chuyển kim loại.
Cỏc khu vực sau khai thỏc khoỏng sản là nguồn phỏt tỏn chớnh As vào mụi trường đất. Theo đỏnh giỏ chung, mặc dầu số loài thực vật siờu tớch tụ trờn thế giới đó được phỏt hiện nhiều nhưng cho đến nay cụng nghệ xử lý ụ nhiễm bằng thực vật được
ỏp dụng vào thực tiễn vẫn cũn ớt. Một phần hạn chế khụng nhỏ là do tớnh đặc thự của loại cụng nghệ này, cụng cụ chớnh của nú là cơ thể sống. Như vậy, từ nghiờn cứu sàng lọc, phỏt hiện ra cỏc loài thực vật phự hợp đến phỏt triển thành cụng nghệ xử lý ụ nhiễm là một quỏ trỡnh phức tạp. Trong quỏ trỡnh này, nhiều vấn đề liờn quan đến đời sống của thực vật và hiệu quả xử lý ụ nhiễm của chỳng cần được giải quyết.
Để gúp phần đi sõu nghiờn cứu lĩnh vực sử dụng thực vật để xử lý ụ nhiễm và nhằm ứng dụng cụng nghệ này vào thực tế, luận ỏn “Nghiờn cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử lý ụ nhiễm As trong đất vựng khai thỏc khoỏng sản” đó đưa ra phương ỏn sử dụng hai loài dương xỉ bản địa cú khả năng chống chịu và tớch lũy cao As, đi sõu nghiờn cứu cỏc giải phỏp làm tăng khả năng sẵn cú của hai loài dương xỉ trờn để nõng cao hiệu quả xử lý ụ nhiễm As và đề xuất được quy trỡnh cụng nghệ nhằm ứng dụng vào thực tế. Đõy là một hướng đi mới, cú ý nghĩa khoa học và thực tiễn rừ ràng mà hiện chưa cú một cụng trỡnh luận ỏn nào ở Việt Nam đề cập tới.
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIấN CỨU 2.1. Địa điểm nghiờn cứu
Địa điểm nghiờn cứu của luận ỏn tập trung chủ yếu ở một số bói thải và vựng phụ cận trong khu vực khai thỏc cỏc mỏ ở Thỏi Nguyờn như mỏ thiếc-titan Hà Thượng, mỏ than Nỳi Hồng thuộc huyện Đại Từ; mỏ chỡ-kẽm Làng Hớch và mỏ sắt Trại Cau thuộc huyện Đồng Hỷ.
Địa điểm thực hiện cỏc thớ nghiệm trong chậu được tiến hành ở trại thực nghiệm sinh học Cổ Nhuế (Từ Liờm, Hà Nội) và khu vực thớ nghiệm của Viện Cụng nghệ mụi trường, Viện Khoa học và Cụng nghệ Việt Nam.
Mụ hỡnh trỡnh diễn sử dụng dương xỉ để xử lý ụ nhiễm As trong đất được xõy dựng tại xó Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thỏi Nguyờn.