ABSTRACT

Tên loài	Khả năng xử lý	Tác giả và năm công bố
Salix	KLN trong đất, nước	Greger và Landberg, 1999
Populus	Ni trong đất, nước và nước ngầm	Punshon và Adriano, 2003
Brassica napus, B. Juncea, B. nigra	Chất phóng xạ, KLN, Se trong đất	Brown, 1996 và Banuelos et al, 1997
Cannabis sativa	Chất phóng xạ, Cd trong đất	Ostwald, 2000
Helianthus	Pb, Cd trong đất	EPA, 2000 và Elkatib et al., 2001
Typha sp.	Mn, Cu, Se trong nước thải mỏ khoáng sản	Horne, 2000
Phragmites australis	KLN trong chất thải mỏ khoáng sản	Massacci et al., 2001
Glyceria fluitans	KLN trong chất thải mỏ khoáng sản	MacCabe và Otte, 2000
Lemna minor	KLN trong nước	Zayed et al., 1998

Các loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại

Có ít nhất 400 loài phân bố trong 45 họ thực vật được biết là có khả năng hấp thụ kim loại [2, 3, 6]. Các loài này là các loài thực vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả năng tích luỹ và không có biểu hiện về mặt hình thái khi nồng độ kim loại trong thân cao hơn hàng trăm lần so với các loài bình thường khác. Các loài thực vật này thích nghi một cách đặc biệt với các điều kiện môi trường và khả năng tích luỹ hàm lượng kim loại cao có thể góp phần ngăn cản các loài sâu bọ và sự nhiễm nấm [1].

Có nhiều giải thuyết đã được đưa ra để giải thích cơ chế và triển vọng của loại công nghệ này.

Giả thuyết sự hình thành phức hợp: cơ chế loại bỏ các kim loại độc của các loài thực vật bằng cách hình thành một phức hợp. Phức hợp này có thể là chất hoà tan, chất không độc hoặc là phức hợp hữu cơ - kim loại được chuyển đến các bộ phận của tế bào có các hoạt động trao đổi chất thấp (thành tế bào, không bào), ở đây chúng được tích luỹ ở dạng các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ bền vững [1,4].

Giả thuyết về sự lắng đọng: các loài thực vật tách kim loại ra khỏi đất, tích luỹ trong các bộ phận của cây, sau đó được loại bỏ qua lá khô, rữa trôi qua biểu bì  hoặc bị đốt cháy.

Giả thuyết hấp thụ thụ động: sự tích luỹ kim loại là một sản phẩm phụ của cơ chế thích nghi đối với điều kiện bất lợi của đất (ví dụ như cơ chế hấp thụ Ni trong loại đất serpentin).

Sự tích luỹ kim loại là cơ chế chống lại các điều kiện stress vô sinh hoặc hữu sinh: hiệu lực của kim loại chống lại các loài vi khuẩn, nấm ký sinh và các loài sinh vật ăn lá đã được nghiên cứu [1,3,4].

Ngày nay, sự thích nghi của các loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng chưa được làm sáng tỏ bởi có rất nhiều yếu tố phức hợp tác động lẫn nhau. Tích luỹ kim loại là một mô hình cụ thể của sự hấp thụ dinh dưỡng khoáng ở thực vật. Có 17 nguyên tố được biết là cần thiết cho tất cả các loài thực vật bậc cao (C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl và Ni). Các nguyên tố đa lượng cần thiết cho các loài thực vật ở nồng độ cao, trong khi các nguyên tố vi lượng chỉ cần đòi hỏi ở nồng độ rất thấp. Các loài thực vật được sử dụng để xử lý môi trường bao gồm các loài có khả năng hấp thụ được các kim loại dạng vết cần thiết như Cu, Mn, Zn và Ni hoặc không cần thiết như Cd, Pb, Hg, Se, Al, As với hàm lượng lớn, trong khi đối với các loài thực vật khác ở các nồng độ này là cực kỳ độc hại [1,5,6].

Các hướng tiếp cận trong việc sử dụng thực vật xử lý môi trường

Như phần trên đã giới thiệu, để thương mại hoá công nghệ xử lý môi trường bằng thực vật, cần phải tìm kiếm các loài thực vật có khả năng cho sinh khối nhanh và tích luỹ nồng độ kim loại cao trong các cơ quan và dễ dàng thu hoạch. Có hai hướng tiếp cận chủ yếu trong việc sử dụng thực vật để xử lý môi trường:

Nhập nội và nhân giống các loài có khả năng siêu hấp thụ kim loại (hyperaccumulator).

Ứng dụng kỹ thuật di truyền để phát triển các loài thực vật cho sinh khối nhanh và cải tiến khả năng hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu tốt đối với các điều kiện môi trường [1].

Hướng tiếp cận thứ nhất, phát triển chủ yếu ở Mỹ bởi nhóm nghiên cứu đứng đầu là Chaney, bao gồm các bước cơ bản như: chọn các loài thực vật, thu thập hạt hoang dại và thử nghiệm khả năng xử lý môi trường, nhân giống, cải tiến điều kiện trồng và tiến hành áp dụng đại trà. Hiệu quả của hệ thống này đã được công bố trong việc xử lý Co và Ni. Tuy nhiên, tác giả cho rằng các loài thực vật tự nhiên là không đủ tạo ra các sản phẩm mang tích chất thương mại. Điều này, cũng nói lên rằng, công nghệ sinh học sẽ là triển vọng rất lớn trong việc dung hợp 2 đặc tính cơ bản là khả năng siêu hấp thụ và tăng sinh khối.

Chương trình nghiên cứu của cộng đồng châu Âu bao gồm 2 dự án đối với thực vật chuyển gen phục vụ cho hướng này đã được tiến hành. Dự án thứ nhất là chuyển gen có khả năng siêu hấp thụ kim loại ở cây Thlaspi caerulescens vào cây Thuốc lá và cây Mù tạc là những loài cho sinh khối nhanh. Trong khi đó dự án thứ hai tập trung cải tiến khả năng chống chịu và hấp thụ kim loại. Đến nay, kết quả nghiên cứu thành công nhất là sử dụng gen merA9 của vi khuẩn chuyển vào cây Arabidopsi để xử lý Hg (II) [1].

Tuy nhiên, có một số rào cản nhất định của hướng tiếp cận thực vật chuyển gen ở một số nước về mặt pháp lý, xã hội và sinh thái. Triển vọng của thực vật chuyển gen trong việc làm sạch các vùng ô nhiễm có lẽ sẽ làm thay đổi một số quan điểm xã hội đối nghịch. Dù sao thì các nghiên cứu trong tương lai cần phải không chỉ chú tâm đến phương pháp tạo ra những thực vật hữu hiệu cho xử lý môi trường mà còn phải sàng lọc những tác động tiềm ẩn của thực vật chuyển gen đối với môi trường.

Kết luận

Công nghệ xử lý môi trường bằng thực vật là một công nghệ mới và hấp dẫn được đề cập trong những năm gần đây. Kỹ thuật này được cho biết là có một triển vọng đặc biệt trong việc làm sạch kim loại trong đất, ít nhất là dưới điều kiện cụ thể nào đó và được sử dụng trong hệ thống quản lý thích hợp. Sự phát triển của kỹ thuật di truyền và sinh học phân tử là rất cần thiết cho loại công nghệ này.

Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ hấp dẫn này sẽ không thể có tính khả thi nếu không có sự đóng góp vô giá của các nhóm nghiên cứu nhỏ lẽ. Hơn 30 năm qua, các nhà khoa học đã có nhiều nghiên cứu đóng góp quan trọng về khả năng đặc biệt của thực vật trong xử lý môi trường. Tuy nhiên, nghiên cứu điều tra về lĩnh vực này vẫn luôn cần thiết và phải được hưởng ứng để bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền tự nhiên to lớn, quý giá ở các môi trường bị ô nhiễm kim loại và nâng cao kiến thức của chúng ta về cơ chế thích nghi tự nhiên của các loài siêu tích luỹ kim loại.

TÀI LIỆU THAM KHẢO