Nghiên cứu sự tích lũy Cu khi có mặt Pb và Zn lên sinh khối củ khoai tây (Solanum tuberosum) - Nguyễn Ngọc Tuấn

Nội dung text: Nghiên cứu sự tích lũy Cu khi có mặt Pb và Zn lên sinh khối củ khoai tây (Solanum tuberosum) - Nguyễn Ngọc Tuấn

1. Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học – Tập 20, số 4/2015 NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH LŨY Cu KHI CÓ MẶT Pb VÀ Zn LÊN SINH KHỐI CỦ KHOAI TÂY (Solanum tuberosum) Đến tòa soạn 27-2-2015 Nguyễn Ngọc Tuấn Viện nghiên cứu hạt nhân, Đà Lạt Lê Thị Thanh Trân Khoa Hóa học, trường Đại học Đà Lạt Nguyễn Thị Thu Sinh, Phạm Thị Bê Trường cao đẳng sư phạm Đà Lạt SUMMARY STUDY ON THE ACCUMULATION OF Cu IN THE PRESENCE OF Pb AND Zn INTO BIOMASS OF POTATOES (Solanum tuberosum) Polluted soil often contain more than one heavy metal. The behavior of a heavy metal from soil to plant will be affected by the presence of other metals. In this study, we have investigated the accumulation of Cu, Pb, Zn into biomass of potato planted on the soil contaminated by these metals. The result of this research showed that the presence of Zn2+ inhibited the accumulation of Cu from soil into potato while the presence of Pb2+ stimulated the accumulation of Cu from soil into biomass of this plant. 1. MỞ ĐẦU loại riêng rẽ lên quá trình tích lũy của Khả năng hấp thu và tích lũy kim loại nặng chúng trong rau xanh mà chưa làm rõ được từ môi trường canh tác vào cây trồng đang quá trình hấp thu cạnh tranh giữa các kim thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học loại trong môi trường ô nhiễm. Trong khi [1,3]. Các nghiên cứu thường thực hiện trên đó, trên thực tế, khi môi trường đất bị ô mẫu là rau xanh, ít có nghiên cứu đề cập nhiễm thì khả năng tích lũy của các kim đến vấn đề ảnh hưởng của các kim loại loại lên sinh khối cây trồng sẽ thay đổi so nặng lên sinh khối của các loại nông sản. với khi chúng tồn tại riêng rẽ [4, 5]. Mặt khác, các nghiên cứu trước chỉ làm rõ Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành mối quan hệ giữa hàm lượng của từng kim nghiên cứu sự tích lũy của kim loại Cu khi 203
2. có mặt kim loại Pb và Zn lên sinh khối củ - Mô hình 2: Khảo sát mức độ hấp thu khoai tây được trồng trên nền đất chuyên cạnh tranh giữa Cu và Pb, áp dụng chế độ canh rau Đà Lạt. canh tác như thực tế, sử dụng đất trồng ô 2. PHẦN THỰC NGHIỆM nhiễm hỗn hợp hai kim loại với các cấp 2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất hàm lượng khác nhau. 2.1.1. Thiết bị, dụng cụ - Mô hình 3: Khảo sát mức độ hấp thu - Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử cạnh tranh giữa Cu và Zn, áp dụng chế độ Shimadzu AA – 6800 có các đèn catôt rỗng canh tác như thực tế, sử dụng nước tưới ô của Cu, Pb và Zn hấp thụ ở các bước sóng nhiễm hỗn hợp hai kim loại với các cấp hàm lượng khác nhau. Cu = 324.66nm, Pb = 283.16nm và λZn = - Lô đối chứng: Chế độ canh tác giống 213.81nm. hoàn toàn như các mô hình trên, sử dụng - Hệ thống khí nén và khí Ar. đất trồng không ô nhiễm các kim loại Cu, - Bếp điện Fisher Science, Cộng hòa Liên Pb và Zn (đất ban đầu chưa bổ sung các ion bang Đức. kim loại trên). - Cân phân tích có độ nhạy 10-4 của hãng 2.2.2. Thu thập và xử lý mẫu Satorius, Cộng hòa Liên bang Đức. Mẫu củ khoai tây lấy ở điểm trồng thực - Máy đo pH, độ chính xác 0,1 đơn vị nghiệm tại thời điểm thu hoạch được rửa pH. sạch, cho vào trong túi nilon và đưa về - Cốc, phễu, bình tam giác, bình định mức phòng thí nghiệm. Rửa lại củ bằng nước cất các loại của Cộng hòa Liên bang Đức. một vài lần, để ráo nước, cân khối lượng - Pipet các loại, micropipet của Vương tươi; sau đó, cắt nhỏ bằng dao inox, sấy ở quốc Anh. nhiệt độ 100oC cho đến khi khối lượng 2.1.2. Hóa chất không đổi; cân xác định khối lượng khô, - Các axit: HCl 37%, HNO3 65% (P.A) nghiền mịn, cho vào lọ PE, dán nhãn, bảo - Các muối: CuSO4.5H2O, Pb(NO3)2, quản nơi khô ráo, thoáng mát. ZnSO4.7H2O của hãng Mecrk (cộng hòa Các mẫu sau khi xử lý sơ bộ được vô cơ Liên bang Đức). hóa mẫu như sau: Cân trên cân phân tích - Nước cất hai lần một lượng mẫu chính xác (khoảng 0,5g) 2.2. Phương pháp nghiên cứu cho vào bình tam giác, thêm vào bình 15 2.2.1. Phương pháp triển khai mô hình mL dung dịch HNO3 đặc, 5 mL dung dịch HCl đặc; đậy bình bằng kính đồng hồ, để thực nghiệm qua đêm. Sau đó, đun trên bếp cách cát cho Khoai tây được trồng trong các thùng xốp đến khi dung dịch trong suốt và không còn và xếp thành 3 mô hình thí nghiệm: khí màu nâu đỏ thoát ra. Chuyển mẫu sang - Mô hình 1: Khảo sát mức độ tích lũy cốc thủy tinh, tiếp tục đun đến cạn để đuổi từng kim loại Cu, Pb và Zn lên sinh khối củ hết lượng axit dư. Nếu mẫu chưa tan hết thì khoai tây, áp dụng chế độ canh tác như thực lặp lại quá trình trên một lần nữa. Sau đó, tế, sử dụng đất trồng ô nhiễm từng kim loại dùng dung dịch HNO3 0,5 N để hòa tan với các cấp hàm lượng khác nhau. mẫu và chuyển định lượng vào bình định 204
3. mức dung tích 10 ml, định mức bằng dung Bảng 2. Mức độ tích lũy ion Pb từ đất trồng dịch HNO3 0,5N. lên sinh khối củ khoai tây 2.2.3. Phương pháp xác định Cu, Pb và Zn Hàm lượng Hàm lượng Pb Hàm lượng Cu, Pb và Zn trong các mẫu thử Pb trong đất Tên mẫu trong củ khoai nghiệm được xác định bằng phương pháp trồng (mg/kg tây (mg/kg tươi) đo phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật đất) nguyên tử hóa ngọn lửa (F-AAS). 3. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN Mẫu 5 100 0,15 ± 0,02 3.1. Sự tích lũy của từng kim loại Cu, Pb, Mẫu 6 200 0,24 ± 0,02 Zn lên sinh khối củ khoai tây khi được Mẫu 7 300 0,29 ± 0,03 trồng trên nền đất ô nhiễm. Mẫu 8 400 0,32 ± 0,03 Kết quả khảo sát mức độ tích lũy của từng kim loại Cu, Zn và Pb trong môi trường đất (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) vào sinh khối củ khoai tây được kết quả Bảng 3. Mức độ tích lũy ion Zn từ đất trồng như bảng 1: lên sinh khối củ khoai tây Bảng 1. Mức độ tích lũy Cu từ đất trồng lên Hàm lượng sinh khối củ khoai tây Hàm lượng Zn Zn trong đất Hàm lượng Tên mẫu trong củ khoai Hàm lượng Cu trồng (mg/kg Cu trong đất tây (mg/kg tươi) Tên mẫu trong củ khoai đất) trồng (mg/kg tây (mg/kg tươi) đất) Mẫu 9 100 9,55 ± 1,21 Mẫu 1 100 0,64 ± 0,08 Mẫu 10 200 14,24 ± 1,37 Mẫu 2 200 0,72 ± 0,08 Mẫu 11 300 16,60 ± 1,51 Mẫu 3 300 0,83 ± 0.08 Mẫu 12 400 34,99 ± 2,15 (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) Mẫu 4 400 1,03 ± 0,09 (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) hlg ion kl trong củ (mg/kg tươi) 40 35 30 ủ 25 Cu trong c khoai tây 20 Pb trong củ khoai tây 15 Zn trong củ khoai tây 10 5 0 100 200 300 400 hàm lượng ion kim loại trong đất (mg/kg đất ) Đồ thị 1. Mức độ tích lũy của Cu, Pb và Zn từ đất trồng vào sinh khối củ khoai tây 205
4. Từ kết quả nhận được cho thấy: khi đất hấp thu và tích lũy khác nhau của chúng từ trồng bị nhiễm kim loại Cu, Pb và Zn, trong đất vào trong sinh khối củ khoai tây. Để sinh khối củ khoai tây cũng sẽ tích lũy các làm rõ mối quan hệ này chúng tôi làm 2 mô kim loại này. Tuy nhiên, có thể thấy khi tồn hình khảo sát: tại riêng rẽ trong đất thì khả năng hấp thu - Khảo sát mức độ tích lũy Cu lên sinh và tích lũy lên sinh khối củ khoai tây của khối củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm kim loại Pb là thấp nhất, sau đó đến Cu và đồng thời Cu và Pb với mức hàm lượng cao nhất là Zn. bằng nhau; kết quả thu được ở bảng 4. 3.2. Mức độ hấp thu cạnh tranh giữa Cu - Khảo sát mức độ tích lũy Cu lên sinh và Pb khi cùng có mặt trong đất trồng khối củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm Kết quả nghiên cứu cho thấy khi trong đất đồng thời Cu và Pb với mức hàm lượng trồng có mặt 2 kim loại Cu và Pb thì có sự khác nhau; kết quả thu được ở bảng 5. Bảng 4. Hàm lượng các kim loại trong sinh khối củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng thời Cu và Pb với mức hàm lượng bằng nhau Hàm lượng Cu Hàm lượng Pb Hàm lượng Cu Hàm lượng Pb Tên mẫu trong đất trồng trong đất trồng trong củ khoai trong củ khoai tây (mg/kg đất) (mg/kg đất) tây (mg/kg tươi) (mg/kg tươi) Mẫu 13 100 100 1,54 ± 0,15 0,05 ± 0,008 Mẫu 14 200 200 2,20 ± 0,19 0,56 ± 0,08 Mẫu 15 300 300 1,78 ± 0,16 0,52 ± 0,07 Mẫu 16 400 400 2,24 ± 0,19 0,30 ± 0,07 (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) Kết quả trên cho thấy, khi trong đất trồng hàm lượng trong đất trồng đối với cả hai có mặt 2 kim loại Cu và Pb với mức hàm kim loại. Khi có mặt trong đất trồng ở mức lượng bằng nhau đã xảy ra sự hấp thu cạnh cùng hàm lượng, Pb đã làm tăng sự hấp thu tranh giữa chúng từ đất trồng lên sinh khối của Cu lên sinh khối củ khoai tây. Ngược củ khoai tây. Khi tồn tại riêng lẻ trong môi lại, khi tăng hàm lượng cả hai kim loại trường đất, nếu hàm lượng Cu là 100 ppm trong đất trồng thì hàm lượng Pb tích lũy thì hàm lượng Cu tích lũy trong khoai tây là trong sinh khối củ khoai tây lại giảm 0,64 ppm. Nhưng khi có mặt Pb ở cùng xuống. Như vậy, sự có mặt của Cu đã ức mức hàm lượng thì Cu tích lũy trong sinh chế khả năng hấp thu và tích lũy của Pb lên khối củ khoai tây tăng lên là 1,54 ppm. sinh khối củ khoai tây. Điều này cũng xảy ra tương tự khi tăng 206
5. Bảng 5. Hàm lượng kim loại Cu và Pb trong sinh khối củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng thời Cu và Pb với mức hàm lượng khác nhau Hàm lượng Cu Hàm lượng Pb Hàm lượng Cu Hàm lượng Pb Tên mẫu trong đất trồng trong đất trồng trong củ khoai tây trong củ khoai tây (mg/kg đất) (mg/kg đất) (mg/kg tươi) (mg/kg tươi) Mẫu 17 100 200 1,83 ± 0,18 0,26 ± 0,04 Mẫu 18 100 300 1,92 ± 0,19 0,95 ± 0,12 Mẫu 19 100 400 2,26 ± 0,20 0,65 ± 0,08 Mẫu 20 200 100 2,20 ± 0,19 0,35 ± 0,04 Mẫu 21 300 100 2,23 ± 0,19 0,38 ± 0,04 Mẫu 22 400 100 3,03 ± 0,24 0,17 ± 0,03 (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) Kết quả nhận được cho thấy, khi hàm lượng khi Pb tồn tại riêng rẽ trong đất trồng Pb gấp đôi hàm lượng Cu thì sự hấp thu và nhưng khi tăng hàm lượng Cu thì sự hấp tích lũy Cu lên sinh khối củ khoai tây cao thu và tích lũy của Pb lại giảm xuống. Như gấp 3 lần so với khi Cu tồn tại riêng rẽ vậy, khi có mặt Cu với hàm lượng đủ lớn trong đất trồng. Khi tiếp tục tăng hàm trong đất trồng sẽ ức chế sự hấp thu của Pb lượng Pb lên gấp 3, 4 lần hàm lượng Cu thì lên sinh khối củ khoai tây. sự tích lũy của Cu trong sinh khối củ khoai 3.3. Mức độ hấp thu cạnh tranh giữa Cu tây cũng tăng theo. Hàm lượng Cu trong và Zn khi cùng có mặt trong đất trồng sinh khối khoai tây dao động từ 1,83 đến Khảo sát mức độ tích lũy Cu lên sinh khối 2,26 ppm khi được trồng trên đất nhiễm Cu củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng 100 ppm. Điều này chứng tỏ sự có mặt của thời 2 kim loại Cu và Zn với mức hàm Pb trong đất trồng với mức hàm lượng khác lượng bằng nhau cho thấy khi trong đất nhau đã tăng cường sự hấp thu của Cu lên trồng có mặt 2 kim loại Cu và Zn với mức sinh khối củ khoai tây. Trong khi đó, sự hàm lượng bằng nhau thì sự hấp thu và tích hấp thu của Pb cũng chịu ảnh hưởng của lũy lên sinh khối củ khoai tây có sự khác Cu. Khi hàm lượng Cu gấp đôi hàm lượng biệt so với khi chúng tồn tại riêng rẽ trong Pb thì sự hấp thu và tích lũy Pb lên sinh đất. khối củ khoai tây cao gấp hơn 2 lần so với 207
6. Bảng 6. Hàm lượng các kim loại Cu và Zn trong sinh khối củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng thời 2 kim loại Cu và Zn với mức hàm lượng bằng nhau Hàm lượng Cu Hàm lượng Zn Hàm lượng Cu Hàm lượng Pb Tên mẫu trong đất trồng trong đất trồng trong củ khoai tây trong củ khoai tây (mg/kg đất) (mg/kg đất) (mg/kg tươi) (mg/kg tươi) Mẫu 23 100 100 3,79 ±0,42 4,20 ± 0,62 Mẫu 24 200 200 2,73 ± 0,28 26,67 ± 2,84 Mẫu 25 300 300 3,12 ± 0,40 47,30 ± 4,09 (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) Nếu như hàm lượng Cu tích lũy trong khoai mức hàm lượng. Như vậy, Cu và Zn khi có tây dao động từ 0,64 ppm đến 1,03 ppm khi mặt trong đất trồng đã có tác dụng hỗ trợ, nó tồn tại riêng lẻ trong đất thì khi có mặt tăng cường khả năng hấp thu và tích lũy lẫn Zn cùng hàm lượng, Cu tích lũy trong củ nhau lên sinh khối củ khoai tây. khoai tây tăng lên, dao động từ 2,73 ppm Khảo sát mức độ tích lũy Cu lên sinh khối đến 3,79 ppm. Tương tự, hàm lượng Zn tích củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng lũy trong sinh khối củ khoai tây cũng tăng thời 2 kim loại Cu và Zn với mức hàm lượng lên khi trong đất trồng có mặt Cu ở cùng khác nhau, kết quả thu được ở bảng 8. Bảng 7. Hàm lượng các kim loại trong sinh khối củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng thời 2 Cu và Zn với mức hàm lượng khác nhau Hàm lượng Cu Hàm lượng Zn Hàm lượng Cu Hàm lượng Zn Tên mẫu trong đất trồng trong đất trồng trong củ khoai trong củ khoai tây (mg/kg đất) (mg/kg đất) tây (mg/kg tươi) (mg/kg tươi) Mẫu 26 100 200 2,55 ± 0,31 21,88 ± 3,13 Mẫu 27 100 300 2,30 ± 0,26 23,75 ± 3,18 Mẫu 28 100 400 1,90 ± 0,21 38,73 ± 4,49 Mẫu 29 200 100 2,87 ± 0,33 16,55 ± 1,84 Mẫu 30 300 100 2,88 ± 0,32 16,89 ± 1,87 Mẫu 31 400 100 3,70 ± 0,42 16,53 ± 1,83 (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) 208
7. Kết quả nhận được cho thấy, khi hàm lượng lệch hàm lượng thì Zn đã ức chế khả năng Zn gấp đôi hàm lượng Cu trong đất thì sự hấp thu và tích lũy của Cu lên sinh khối củ hấp thu và tích lũy Cu lên sinh khối củ khoai tây trong khi Cu lại không có tác khoai tây cao gấp 4 lần so với khi Cu tồn dụng ức chế đối với Zn. tại riêng rẽ trong đất trồng. Nhưng khi tiếp tục tăng hàm lượng Zn lên gấp 3, 4 lần TÀI LIỆU THAM KHẢO nồng độ Cu thì sự tích lũy của Cu lên sản 1. Lê Huy Bá và Nguyễn Đình Long, phẩm sau thu hoạch lại giảm. Như vậy, Zn (2007), “Nghiên cứu xây dựng một số chỉ khi có mặt trong đất trồng với mức hàm tiêu độc chất kim loại nặng (Pb, Cd, Hg) lượng cao hơn sẽ cạnh tranh và ức chế sự trong môi trường đất đối với cây trồng hấp thu của ion Cu lên sinh khối củ khoai nông nghiệp (lúa, cải xanh)”, tạp chí khoa tây. Trong khi đó, sự hấp thu của Zn lại học và công nghệ, tập 45, số 6, trang 260- không chịu ảnh hưởng của Cu. Mặc dù 265. hàm lượng Cu tăng gấp 2,3,4 lần hàm 2. Jaeyoung Choi and Jae – Woo Park, lượng Zn nhưng sự hấp thu và tích lũy Zn (2005), “Competitive adsorption of heavy lên sinh khối củ khoai tây gần như không metals and uranium on soil constituents thay đổi. and microorganism”, Geosciences Journal, 4. KẾT LUẬN Volume 9, Number 1, pages 53 – 61 - Có mối tương quan giữa hàm lượng Cu, 3. Riffat Naseem Malik, Syed Zahoor Pb và Zn trong đất trồng với hàm lượng Husain và Ishfaq Nazir, (2010) “heavy của chúng trong sinh khối củ khoai tây sau metal contamination and accumulation in khi thu hoạch; trong đó, Cu được hấp thu soil and wild plant species from industrial và tích lũy thấp nhất, sau đó đến Pb và cao area of Islamabad, Pakistan”, Pakistan nhất là Zn. Journal of Botany, volume 42, Number 1, - Sự hấp thu và tích lũy của Cu và Pb thay pages 291-301. đổi khi có mặt đồng thời hai kim loại này 4. A.K. Singh S.B. Pandeya (1998), trong đất trồng. Pb có tác dụng làm tăng Modelling uptake Cadmium by plant in khả năng hấp thu của Cu lên sinh khối củ studge treated soil, science Ltd. All right khoai tây trong khi Cu lại ức chế quá trình reserved Printed in Great Britain 0906- hấp thu và tích lũy của Pb vào sinh khối củ 8524/98). khoai tây. 5. P. Srivastava, B. Signh, M. Angove, - Khi trong đất trồng có mặt đồng thời Cu (2005), Competitive adsorption behavior of và Zn ở cùng mức hàm lượng thì chúng heavy metals on kaolinite, Journal of cùng tăng cường lẫn nhau khả năng hấp thu Colloid and Interface Science Volume 290, lên sinh khối củ khoai tây; khi có sự chênh Issue 1, pages 239. 209