Đang tải... (xem toàn văn)
Thử nghiệm phương pháp tách chiết dna trong đất nhằm khảo sát tính đa dạng của hệ vi sinh vật trong mối quan hệ tương tác giữa trùn đất Pheretima sp. và thực vật siêu hấp thụ kim loại nặng
THỬ NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT DNA TRONG ĐẤT NHẰM KHẢO SÁT TÍNH ĐA DẠNG CỦA HỆ VI SINH VẬT TRONG MỐI QUAN HỆ TƯƠNG TÁC GIỮA TRÙN ĐẤT Pheretima sp.VÀ THỰC VẬT SIÊU HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG CÂY THƠM ỔI (Lantana Camara L.)MỤC LỤCChương 1 MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đề1.2 Mục đích1.3 Giới hạn đề tàiChương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU2. Ô nhiễm chì (Pb) và tác hại2.1 Đặc tính của chì (Pb)2.2 Tình hình ô nhiễm chì 2.2.1 Trên thế giới2.2.2 Ở Việt Nam2.3 Ảnh hưởng lên sức khỏe cộng đồng dân cư2.3.1 Tác hại đến hệ thống tạo huyết của cơ thể2.3.2 Tác hại đến hệ thống thần kinh2.3.3 Tác hại đến thận2.3.4 Tác hại đến hệ tiêu hoá2.3.5 Tác hại đến hệ tim mạch2.3.6 Tác hại đến hệ sinh sản2.4 Giải ô nhiễm bằng biện pháp sinh học2.5 Phương pháp Phytoremediation2.5.1 Lịch sử phát triển 1 2.5.2 Định nghĩa2.5.3 Nguyên tắc 2.5.4 Ưu điểm2.5.5 Khuyết điểm2.6 Ứng dụng2.7 Thực vật siêu hấp thu kim loại nặng2.7.1 Khái niệm thực vật siêu hấp thụ ( Hyperaccumulator)2.7.2 Nguyên nhân thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng2.7.2.1 Giả thuyết sự hình thành phức hợp2.7.2.2 Giả thuyết về sự lắng đọng2.7.2.3 Giả thuyết hấp thụ thụ động2.7.2.4 Sự tích luỹ kim loại là cơ chế chống lại các điều kiện stress vô sinh hoặc hữu sinh2.8 Cơ chế giải ô nhiễm của thực vật2.9 Trùn đất2.9.1 Đặc điểm2.9.2 Điều kiện sống & sinh sản2.9.2.1 Điều kiện sống2.9.2.2 Sinh sản2.10 Lợi ích đối với đấtChương 3 VẬT LIỆU & PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM3. Chuẩn bị vật liệu thí nghiệm Đất ô nhiễm3.2 Phương pháp phân tích đất3.2.1 Độ pH (độ chua của đất) (pH H2O)3.2.2 Độ hút ẩm tối đa của đất (CMR)3.2.3. CEC2 3.2.4. Chỉ tiêu N, P tổng số3.2.4.1 Chỉ tiêu N tổng số3.2.4.2 P tổng số3.2.5 Chất mùn3.2.6 N, P, K dễ tiêu3.2.6.1 P dễ tiêu3.2.6.2 N2 dễ tiêu (phương pháp Kjendhal)3.2.6.3 K dễ tiêu3.2 Thực vật3.2.1 Ứng dụng của cây Lantana camara L.3.2.2 Những nhược điểm3.3 Trùn đất3.4 Bố trí thí nghiệm3.4.1 Bố trí3.4.2 Theo dõi thí nghiệm3.4.2.1 Chăm sóc3.4.2.2 Theo dõi sinh trưởng của cây3.4.2.3 Thời gian thí nghiệm3.4.2.4 Các chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm3.4.3 Lấy mẫu và phân tích3.4.3.1 Lấy mẫu3.4.3.2 Các phương pháp trong phòng thí nghiệmChương 4 DỰ ĐOÁN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN4.1Dự đoán4.2Đề nghịTài liệu tham khảo3 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮTPCR: Polymerase chain reactionDGGE: Denaturing Gradient Gel ElecrophoresisBp : Base pairDNA: Deoxyribonucleic acidOD: Optical densityRNA: Ribonucleic acidTa: Annealing temperperatureTm:Melting temperatureTE: Tris EDTATAE: Tris Glacial Acetic Acid EDTAEDTA: Ethylene diaminetetra acetic acidUV: Ultra VioletKLN: kim loại nặngVSV: vi sinh vậtppm: mg/l4 Chương 1MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đềHiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong đất ngày càng phức tạp (Pb, Cd, Mg, Zn, ….) đang xảy ra phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới. Rác thải từ các nhà máy công nghiệp (sản xuất pin, nhiệt điện, ximăng, nhuộm vải, hóa chất, khai thác mỏ quặng, than, …), không ngừng gia tăng đã tạo ra một sức ép nghiêm trọng đến môi trường đất làm ảnh hưởng đến sức khỏe môi trường và con người. Để xử lý ô nhiễm đất các phương pháp truyền thống và hiện đại được đưa ra sự dụng như: rửa đất, cố định các chất ô nhiễm bằng hoá học - vật lý, xử lý nhiệt, trao đổi ion, oxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm, là quá trình dài đòi hỏi nhiều vốn đầu tư, kĩ thuật và công nghệ phức tạp. Tuy nhiên các phương pháp này đòi hỏi chi phí cao và có giới hạn về kĩ thuật. Phương pháp sinh học phytoremediation ra đời gần đây, có thể khắc phục được những nhược điểm trên. Phương pháp này dựa trên cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật. Nhằm tối ưu hoá khả năng xử lý ô nhiễm KLN đặc biệt là chì (Pb) trong đất bằng phương pháp phytoremediation. Hiện nay có rất nhiều nghiên cứu tiến hành sử dụng một số loài thực vật có khả năng hấp thụ KLN gấp nhiều lần thực vật hấp thụ KLN thông thường được gọi là thực vật siêu hấp thu KLN. Không chỉ vậy để tăng khả năng hoạt động của vùng rễ cây còn có sự kết hợp với một yếu tố rất quan trọng nữa là trùn đất 5 Pheretima sp. Để cải thiện hoạt động của vùng rễ kích thích khả năng hấp thụ chì của cây, rút ngắn thời gian cải tạo môi trường đất bị ô nhiễm KLN.Từ ý nghĩa thiết thực trên, trong phạm vi khoá luận tốt nghiệp, em đã thực hiện đề tài: “Thử nghiệm phương pháp tách chiết DNA trong đất nhằm khảo sát tính đa dạng của hệ vi sinh vật trong mối quan hệ tương tác giữa trùn đất Pheretima sp. và thực vật siêu hấp thụ kim loại nặng cây thơm ổi (Lantana Camara L.)” 1.1 Mục đích Khảo sát khả năng hấp thụ của cây thơm ổi Lantana Camara L. khi bổ sung trùn đất Pheretima sp.Thiết lập cơ chế về mối quan hệ giữa thực vật và trùn khi trùn tác động trên đất làm thay đổi các tính chất của đất, gia tăng hệ VSV, hoạt hóa hệ enzyme.1.3 Giới hạn đề tài Đề tài chỉ được tiến hành nghiên cứu với một giống cây là cây thơm ổi Lantana Camara L. có nguồn gốc từ Đồng Tháp và trùn đất Pheretima sp. thí nghiệm được lấy từ khu vực ở Biên Hoà. Đề tài thực hiện trong thời gian từ tháng 4/2008 đến tháng 8/2008. Tiến trình thực hiện Phần 1: Từ 1/4/2008 – 30/5/2008 bố trí thí nghiệm tại Phú An. Phần 2: Từ 1/6/2008- 15/7/2008 xử lý mẫu và phân tích các chỉ tiêu về đất ở trung tâm phân tích môi trường trường Đại học Nông LâmPhần 3: Từ 15/7/2008- 30/8/2008 phân tích hệ vi sinh vật trong đất tại trung tâm phân tích hoá sinh của trường. 6 Chương 2TỔNG QUAN TÀI LIỆU2. Chì và các tác hại của chì2.1 Đặc điểm của chì (Pb)Chì là kim loại nặng màu xám xanh nhạt (M = 207.1; d = 11.3 g/cm3), mềm dẻo, dễ cán mỏng, dễ cắt và dễ định hình. Có độ linh động kém và thời gian bán hủy trong đất từ 800 – 6000 năm, dẫn điện kém và rất độc. Chì nóng chảy ở 3270C và sôi ở 17440C nhưng ở 5000C chì đã bay hơi, nhiệt độ càng cao sự bay hơi càng mạnh, hơi chì bay lên sẽ kết hợp với oxy trong không khí tạo thành oxyt chì. Chì thường thấy ở dạng sunfua (PbS), oxyt chì vàng (PbO), sunfat chì (PbSO4) và hợp chất chì với các oxyt kim loại khác như cromat chì, silicat chì . (Yếu tố hoá học trong sản xuất – Nhiễm độ chì)Trong tự nhiên, chì có nhiều dưới dạng PbS và bị chuyển hóa thành PbSO4 do quá trình phong hóa. Pb2+ sau khi được giải phóng sẽ tham gia vào nhiều quá trình Pb3(PO4)2 khác nhau trong đất như bị hấp phụ bởi các khoáng sét, chất hữu cơ hoặc oxit kim loại hoặc bị cố định dưới dạng các hợp chất Pb(OH)2, PbCO3, PbS, PbO, Pb3(PO4)2. Chì bị hấp phụ trao đổi chỉ chiếm một lượng nhỏ (<5%) hàm lượng chì trong đất. Các chất hữu cơ có vai trò lớn trong việc tích lũy chì trong đất do hình thành các phức hệ với chì và chúng cũng làm tăng tính hoạt động của chì khi các chất hữu cơ này có tính hoạt động cao. (Diệp thị Mỹ Hạnh, 2002)7 Chì có khả năng kết hợp với các chất hữu cơ hình thành các chất bay hơi như (CH3)4Pb. Trong đất, chì có khả năng thay thế ion K+ trong các phức hệ hấp phụ có nguồn gốc hữu cơ hoặc khoáng sét. Khả năng hấp phụ chì tăng dần theo pH mà tại đó hình thành kết tủa Pb(OH)2 (Lê Huy Bá, 2000). 2.2 Các tác hại của chì - Độc tính của chì có thể: làm ảnh hưởng đến hệ thống tạo máu, sự hình thành và thoái hóa hemoglobin gây ra các rối loạn về huyết học. + Trong nhiễm độc chì, trong máu xuất hiện các hồng cầu hạt kiềm (HCHK). - Tác hại trên thận: làm suy giảm chức năng tuyến thượng thận, lọc cầu thận bị giảm, gây ra hiện tượng đái máu vi thể và cao huyết áp. - Ảnh hưởng lên hệ thần kinh : gây rối loạn dẫn truyền, viêm não, đau đầu, run cơ, hoang tưởng và mất trí nhớ. Nặng hơn có thể bị co giật, liệt và hôn mê. - Hệ tiêu hóa: gây ra các cơn đau bụng cấp tính, viêm dạ dày ruột mạn tính. - Hệ sinh sản: làm cho phụ nữ đẻ non, chết khi mới sinh, còn nam giới tổn thương tinh hoàn, vô sinh và liệt dương. Ngoài ra, chì còn có rất nhiều tác hại khác có thể kể đến như khả năng gây ra ung thư ở người. (Yếu tố hoá học trong sản xuất – Nhiễm độ chì).2.4 Tình hình ô nhiễm chì 2.4.1 Trên thế giớiHiện nay, nhiều vùng trên thế giới đã được xác định là bị ô nhiễm kim loại nặng ở mức độ cao ở lớp đất mặt nông nghiệp lượng chì vào khoảng 2 - 20 mg/kg, trung bình khoảng 16 mg/kg (biến đổi tùy theo vị trí địa lý). (Bùi Cát Tuyến, 2007)Bảng1: Mức kim loại nặng có tần suất cao (80%) và hàm lượng Fluorine Thụy SĩNguyên tố Mức nồng độ trong 20 cm đất tầng mặt (mg/kg)Mức khuyến cáo theo quy định của Thụy Sĩ mg/kgPbCuCd16 - (24) – 386 - (18) – 350,11 - (0,23) - 0,4950500,88 ZnNiCrCoHgF35 - (53) – 896 - (22) – 4013 - (25) – 383 - (5,7) – 100,06 - (0,10) - 0,19234 - (457) – 7152005075250,8400Ghi chú: số trong ngoặc là trị số trung bìnhTheo kết quả điều tra đất ở 53 thành phố và thị xã ở nước Anh cho thấy, hầu hết đất có hàm lượng chì tổng số vượt trên 200 mg/kg, ở nhiều vùng công nghiệp đã vượt quá 500 mg/kg, trong khi đất bình thường không bị nhiễm bẩn là <100 mg/kg (Lê Văn Khoa, 2000). Ở Mỹ, có khoảng 500.000 điểm ô nhiễm thì có hơn 217.000 điểm cần phải xử lý. Trong đó trên 10.000 điểm bị ô nhiễm KLN và nhiều điểm bị ô nhiễm với nồng độ rất cao. Ở Bayonne, New Jersey có nhà máy chế tạo cáp thì nồng độ chì trong đất bề mặt (0- 15 cm) trung bình là 2.055 mg/kg, thay đổi từ 1.000 đến 6.500 mg/kg. Ở lớp đất sâu hơn (15-30 cm) nồng độ chì thấp hơn, thay đổi từ 780 đến 2.100 mg/kg, với nồng độ trung bình là 1.280 mg/kg, và nồng độ chì ở độ sâu 30–45 cm nồng độ chì thay đổi từ 280 đến 8.800 mg/kg. Ở Superfund Site, nơi diễn ra hoạt động tái chế pin, xưởng đúc và sau đó là hoạt động nấu kim loại, ô nhiễm chì nghiêm trọng. Tổng lượng chì trung bình là 55.480 mg/kg có thể đạt mức tối đa 140.500 mg/kg (EPA, 2000). Tại Canada, hằng năm người ta phun thuốc diệt côn trùng trong các vườn cây ăn quả với mức trung bình là 8,7 kg Pb/ha, làm cho đất bị ô nhiễm chì với hàm lượng lên đến 14.000 ppm (Mai Trọng Nhuận, 2001). 9 EPA ước lựơng có 23%, hay 18 triệu nhà riêng ở nước Mỹ xây trước năm 1980 có mức chì trong đất trên 400 ppm, 3%, hay 2,5 triệu căn hộ có mức chì trên 2000 ppm và cũng có khoảng 3% hay 2,5 triệu căn hộ có mức chì vượt quá 5000 ppm (EPA, 1996). 2.4.2 Ở Việt NamNước ta hiện nay có trên 800.000 cơ sở sản xuất công nghiệp với gần 70 khu chế xuất – khu công nghiệp tính trung bình hàng ngày lượng chất thải rắn sinh hoạt từ 0,6 – 0,8 kg/người/ngày, chất thải rắn trong bệnh viện (cơ sở y tế) được thải ra ước tính từ 50-70 tấn/ngày ở Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng, thành phố Hồ Chí Minh. Dưới đây là một số khu vực ở Việt Nam có biểu hiện ô nhiễm chì đã được công bố.Bảng 2: Hàm lượng chì nhiễm trong đất tại thành phố Hồ Chí Minh (ppm)Khu vực Hàm lượng Pb( ppm)Nhà máy pin accuy Đồng Nai 10.900Bến Xe An Sương 217Xa cảng miền Tây 770Đường Cách Mạng Tháng 8 200Bến xe tải miền Tây 188Vòng xoay Phú Lâm 46Trục Đường Quốc Lộ 1(từ Phú Lâm đi Long An)76 (Diệp Thị Mỹ Hạnh và ctv, 2003)Hiện trạng nhiễm kim loại nặng ở mẫu đất, nước và rau trên một số khu vực huyện Đông Anh, Hà Nội. Bảng 3: Ngưỡng ô nhiễm KLN của đất, nước và rauTên mẫu Ngưỡng ô nhiễmHg As Pb CdĐất (mg/kg đất khô) Hg ≥0,5 As ≥12 Pb ≥70 Cd≥2Nước (mg/lít) Hg ≥0,0010 As ≥0,0100** Pb ≥0,1000 Cd≥0,0100*Rau (mg/kg rau tươi) Hg ≥0050 As ≥0,2000 Pb ≥0,5000 Cd≥0,020010 [...]... ảnh hưởng đến quá trình hình thành mùn và kết cấu đất và ảnh hưởng trực tiếp đến cây trồng Bởi vậy, nghiên cứu đất sao cho thích hợp với năng suất cây trồng không thể bỏ qua yếu tố sinh học của đất 2.8 Mối quan hệ giữa vi sinh vật, thực vật và trùn đất 2.8.1 Mối quan hệ giữa các vi sinh vật và cây Để giải thích rõ mối quan hệ phức tạo của vi sinh vật và thực vật, chúng ta cần quân tâm đến Rhizosphere... trọng trong hệ sinh thái Chúng làm phong phú hệ vi sinh vật trong đất, cung cấp nguồn dinh dưỡng cho thực vật Trong quá trình sống giúp cho vi sinh vật phân phối đều trong đất Các đường hang tạo ra làm thông thoáng khí giúp cho 33 quá trình thủy giải dễ dàng, giúp thực vật và vi sinh vật phát triển tốt Nói chung trùn đất trong tự nhiên có thể cải thiện kết cấu của đất, độ màu mỡ, và làm tăng số lượng vi. .. phân đều ảnh hưởng trực tiếp đến vi sinh vật và qua đó ảnh hưởng đến hàm lượng mùn trong đất Vi sinh vật trong đất: Trùn đất là một điển hình với số lượng lớn có thể tiêu thụ dễ dàng 2 tấn vật chất khô trong một năm, giúp cải thiện đất trồng, trộn đều đất và các vi sinh vật trong đất Ví dụ một số vùng ở Pennysylvania có ít trùn nên tác động của chúng không nhiều là cho đất không được tốt nên thường ít... (Hyperaccumulator) Thực vật siêu hấp thụ: là những loại có khả năng hấp thu kim loại nhiều gấp trăm lần những loại thực vật thông thường Qua khảo sát cho thấy có ít nhất 400 loài phân bố trong 45 họ thực vật được cho là thực vật siêu hấp thu Các loài này là các loài thực vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả năng tích lũy và không có biểu hiện về mặt hình thái khi nồng độ kim loại trong thân cao hơn hàng... phần của đất tạo ra với dịch nhầy của trùn và phân trùn Đặc biệt hơn nó là phần của đất đã được di chuyển trong hệ tiêu hóa của trùn; độ dày trung bình của drilosphere là 2 mm (xung quanh các đường hang) 2.9.2 Đặc điểm Trùn đất chịu sự tác động của khối vi sinh vật đó là sinh khối vi sinh vật và thành phần dinh dưỡng một nghiên cứu cho thấy drilosphere có 70% độ thoáng khí, nitrogen – trộn lẫn với vi. .. các loại trùn sinh sống tại khu vực Không gian, drilosphere có thể tạo ra với các thành phần của đất trong một hệ thống như detritusphere và rhizosphere (sinh khối vùng rễ và sự đa dạng) , 2 thành phần chính của khối sinh vật tạo ra với đất là hạt kết và độ tơi xốp Drilosphere tác động hoạt động của khối sinh vật và quá trình khử của khối sinh vật có thể hoàn toàn khác nhau (và đối nghịch) phụ thuộc vào... xuyên qua đất trộn đều các lớp đất và các vi sinh vật tồn tại trong đó Trong quá trình này chúng hình thành nên các vi n đất kết hợp với nước làm cho đất thoáng khí và tăng khả năng giữ nước của đất 2.8.3 Mối quan hệ giữa trùn và thực vật Trùn đến ảnh hưởng đến sự phát triển của cây đặc biệt là giai đoạn phát triển của cây (Brown và cộng sự, 1999; Lavelle, 1997) Như đã nói ở trên cây trồng tác động... cơ bền vững - Tách các 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 - 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) - Chúng có thể cố định kim loại trong đất hoặc bùn bởi sự hấp thụ của rễ hoặc kết tủa trong vùng rễ... … độc tố có thể làm trùn chết Còn các loại thuốc hoá học còn làm ô nhiễm môi trường đất, tiêu diệt phần lớn hệ vi sinh vật và động vật nguyên sinh trong đất Tóm lại tất cả những biện pháp canh tác nói trên có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của vi sinh vật trong đất, đến trùn đất, đến quá trình hoạt động sinh học, nói chung là sự chuyển hoá các chất hữu cơ và vô cơ trong đất, làm ảnh hưởng đến... gian và thời gian khảo sát Trong ruột trùn, hoạt động của vi khuẩn được kích thích sau vài giờ ở hệ tiêu hóa Trong quá trình này, nước và các chất hòa tan của dịch nhầy ruột làm cho hệ sinh vật không hoạt động lại hoạt động, bằng cách đó làm gia tăng quá trình phân hủy đất của vi sinh vật Ngoài ra trong phân trùn còn có nhiều dinh dưỡng, có thể rút ngắn thời gian khoáng hóa Trùn đất có vai trò rất quan . THỬ NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT DNA TRONG ĐẤT NHẰM KHẢO SÁT TÍNH ĐA DẠNG CỦA HỆ VI SINH VẬT TRONG MỐI QUAN HỆ TƯƠNG TÁC GIỮA TRÙN ĐẤT Pheretima sp. VÀ. trong đất nhằm khảo sát tính đa dạng của hệ vi sinh vật trong mối quan hệ tương tác giữa trùn đất Pheretima sp. và thực vật siêu hấp thụ kim loại nặng cây
