Đánh giá khả năng quan trắc sinh học của cây Ginkgo đối với PAHs

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HCM
KHOA MÔI TRƯỜNG
LỚP 09KMT
QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG
Đánh giá khả năng quan trắc sinh học
của cây Ginkgo đối với PAHs
GVGD: Tô Thị Hiền
Dịch và tổng hợp: Nhóm 4
Vạn Huỳnh Thuý Ái 0917013
Đinh Thị Phương Chi 0917022
Võ Thị Mỹ Chi 0917024
Lê Trương Hoà 0917110
Nguyễn Thị Hồi 0917123
Lê Thị Như Quỳnh 0917276
Nguyễn Thị Kim Thi 0917318
Võ Thuỳ Trang 0917357
Nguyễn Phương Trinh 0917364
Nội dung
2
Nội dung 2
3
Tóm tắt 4
1.Giới thiệu 4
2. Mẫu và phương pháp lấy mẫu 6
2.1 Phương pháp lấy mẫu 6
2. 2 Phân tích PAH 7
2.3 Phân tích thống kê 10
3. Kết quả và thảo luận 10
3.1 So sánh nồng độ PAH giữa các loài cây khác nhau 10
3.2 Sự phân tán của PAHs trong lá 11
3.3 Ảnh hưởng của vị trí lá trên cây với sự tích luỹ PAHs trên lá 13

3.4 Mối quan hệ giữa nồng độ PAH trong lá cây ginkgo và không khí 14
3.5 Sự khác nhau theo mùa của PAHs trong lá cây ginkgo và trong không khí 15
4.Kết luận 17
2
3
Tóm tắt
Công dụng của lá cây ginkgo như một chất quan trắc sinh học đối với các loại
hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) đã được đánh giá. Chúng tôi đã điều tra nồng độ
PAH giữa các loài cây, ảnh hưởng của vị trí lá trên cùng một cây, sự phân bố các mô,
sự tương quan giữa lá cây ginkgo và không khí và những thay đổi theo mùa. Trong 5
loài được xác định (Ginkgo biloba L., Zelkova serrata Makino, Liriodendron
tulipifera L., Prunus yedoensis Matsum, và Magnolia kobus DC.), ginkgo tích tụ
lượng PAHs nhiều nhất trong không khí ven đường. Phần lớn PAHs (~80%) được
tích tụ trong phần chất nền và hầu hết phần còn lại thâm nhập vào mô trong của lá.
Nồng độ PAH trong lá ginkgo giảm khi càng lên cao và cách xa con đường, phản ánh
được nguồn gốc của PAH từ hoạt động giao thông. Những mẫu lấy theo mùa cho thấy
nồng độ PAH trong lá ginkgo tăng cùng với thời gian, do ảnh hưởng của nhiệt độ và
sự tích lũy qua thời gian phơi nhiễm dài. Nồng độ trong lá ginkgo thu thập được từ
những con đường khác nhau chỉ ra rằng có sự tương quan mạnh mẽ dễ nhận biết giữa
nồng độ trong không khí được thu thập bởi các dụng cụ lấy mẫu thể tích lớn (r2 =
0,68, P<0,01). Dữ liệu từ lá cây ginkgo chỉ ra rõ ràng rằng sự giảm đột ngột tỉ lệ của
PAHs có khối lượng phân tử nhỏ (LMW) đối với PAHs khối lượng phân tử lớn từ
năm 2001 hoặc 2002 đến năm 2006, như vậy những quy định về phát thải diesel đã có
hiệu quả làm giảm nồng độ LMW PAH trong không khí.
1.Giới thiệu
Hydrocacbon thơm đa vòng (PAHs) là sản phẩm của sự phân hủy nhiệt và
được tạo thành trong suốt quá trình đốt không hoàn toàn các hợp chất hữu cơ và nhiên
liệu hóa thạch (Blumer, 1976). PAHs phân bố phổ biến trong không khí và trên bề mặt
đất. Tầm quan trọng của nghiên cứu về PAH trong thực tế là là chúng là những chất
rất ưa mỡ và có thể gây ung thư hoặc đột biến. Ví dụ, Collins (1998) đã phát hiện ra

những tác nhân đánh giá hiệu quả cho PAHs, và ước lượng rằng chúng có nguy cơ
gây ung thư là 1,8.10
-5
ở nước Anh Wickramasinghe (2011) tìm ra nồng độ PAH
khoảng 696 ng.m-3 trong không khí ở những khu vực đô thị có mật độ giao thông cao
ở Sri Lanka, tạo ra nguy cơ ung thư phổi là 4,58.10-3. Vì ô nhiễm PAH ở đô thị nặng
hơn so với ở nông thôn nên việc gia tăng nguy cơ sức khỏe do PAHs có liên quan đến
việc đô thị hóa nhanh.
Giao thông là một nguồn chủ yếu của PAHs trong không khí đô thị, các biện
pháp đối phó có mục đích là PAH bắt nguồn từ giao thông nên được giảm nồng độ và
nguy cơ. Okuda (2011) đã quan trắc PAHs bằng cách sử dụng một dụng cụ lấy mẫu
4
chủ động không khí trong suốt Thế Vận Hội Bắc Kinh năm 2008, và nhận thấy rằng
các phương pháp kiểm soát giao thông đã làm giảm lượng PAHs có khối lượng phân
tử từ 252 đến 300. Vì nồng độ PAH trong không khí dao động theo ngày và theo mùa
do nhiều nguyên nhân, việc quan trắc thường xuyên được yêu cầu để đánh giá tình
trạng ô nhiễm của chúng. Tuy nhiên, những giới hạn về phương pháp đã hạn chế việc
quan trắc dữ liệu.
Thay vào đó, quan trắc sinh học sử dụng thực vật là một phương pháp tiếp
cận có triển vọng, với các thuận lợi sau: (1) dễ dàng, kinh tế và không đòi hỏi kỹ thuật
quá cao đối với mẫu thực vật; (2) thực vật có thể tích lũy qua thời gian phơi nhiễm
dài. Simonich và Hites (1994) nhận thấy rằng thực vật tích lũy đáng kể PAHs. Cơ chế
tích lũy PAHs trong thực vật, và các tác nhân kiểm soát của chúng đã được nghiên
cứu như sau. Người ta chứng minh rằng thực vật hấp thụ các chất hữu cơ ít bay hơi
như PAHs hầu hết là từ không khí chứ không phải đất, và có thể dự đoán chất lượng
không khí. Bên cạnh đó, sự phân chia PAH giữa không khí và thực vật, sự thay đổi về
thời gian, sự phân bố khác nhau trong mô, con đường hấp thu PAHs (biểu bì bên
ngoài và con đường khí khổng), và sự quang phân trên bề mặt lá; tất cả đã được
nghiên cứu. Hơn nữa, sự tích tụ PAHs giữa các loài cây khác nhau cũng đã được điều
tra. Quan trắc sinh học PAHs sử dụng lá cây đã được tiến hành để tìm hiểu về sự phân

bố trong không gian, tác động của các hoạt động của con người và sự thay đổi theo
mùa. Mặc dù một số nghiên cứu đã chứng minh tác động của giao thông đối với PAH
trong không khí ở đô thị, nhưng rất ít nghiên cứu sử dụng cây ven đường để quan trắc
PAHs trong không khí tại những con đường giao thông dày đặc. Nghiên cứu này tập
trung vào việc dùng cây ven đường để quan trắc PAH trong không khí ven đường. Bởi
vì không khí ven đường chịu ảnh hưởng của giao thông nên việc quan trắc không khí
thì quan trọng để đánh giá sự phơi nhiễm của con người đối với các hợp chất gây ung
thư riêng biệt. Chúng tôi chọn ginkgo (Ginkgo biloba L.) làm mục tiêu vì ginkgo là
một loài cây ven đường phổ biến ở Đông Á và được phát triển ở những nước giữa 20
0
và 60
0
Bắc và 20
0
-50
0
Nam.
Mục tiêu đầu tiên của nghiên cứu là đánh giá công dụng của ginkgo như là
một loài quan trắc sinh học PAHs trong không khí ven đường, và để tối ưu hoạt động
quan trắc. Theo đuổi mục tiêu này, chúng tôi tập trung vào các vấn đề sau: (1) sự tích
tụ PAHs trong lá cây ginkgo, để so sánh với những loài cây ven đường phổ biến khác,
(2) PAH phân bố giữa các mô trong cây ginkgo, (3) sự khác nhau về tích tụ PAH do
chức năng của lá tùy thuộc vào vị trí trên cây, (4) quan hệ giữa PAH trong mô cây
ginkgo và không khí xung quanh, (5) kiểu phân bố theo mùa của PAH trong lá
ginkgo. Tất cả chúng là những tác nhân quan trọng trong quan trắc PAH trong không
khí sử dụng lá cây. Tuy nhiên, không có nghiên cứu nào trước đây xác định tất cả các
khía cạnh trên đối với một loài cây nhất định.
5
Mục tiêu thứ hai của nghiên cứu này là để đánh giá hiệu quả của các quy định
về phát thải diesel trên đường được giới thiệu bởi Chính Phủ Tokyo vào tháng 10 năm

2003, qua một thời gian dài (5 năm) quan trắc sử dụng cây ginkgo. Các phương tiện
giao thông dùng dầu diesel không đáp ứng tiêu chuẩn mới về bụi PM có thể được thay
thế hoặc trang bị thêm những bộ phận mới có thiết bị kiểm soát bụi. Mặc dù hiệu quả
của các quy định về carbon, PM và nito oxid đã được báo cáo, nhưng hiệu quả đối với
PAH thì vẫn chưa được biết rõ. Vì vậy, chúng tôi đã thu thập mẫu lá ginkgo hàng năm
trong vòng 5 năm để so sánh nồng độ PAH trước và sau khi có các quy định. Đây là
ứng dụng đầu tiên của việc quan trắc sinh học PAHs sử dụng lá cây.
2. Mẫu và phương pháp lấy mẫu
2.1 Phương pháp lấy mẫu
Sáu kiểu lấy mẫu được tiến hành như sau:
2.1.1 Sự so sánh giữa các loài cây
Để so sánh nồng độ PAH giữa các loài cây, chúng ta lấy mẫu lá từ năm loài
cây có lá rụng hàng năm- ginkgo (Ginkgo biloba L.), Zelkova (Zelkova serrata
Makino), cây tulip (Liriodendron tulipifera L.), cây anh đào (Prunus yedoensis
Matsum), và Kobushi Magnolia (Magnolia kobus DC) - ở cả đường đi bộ và đường xe
chạy ở trạm 1(Fuchu trên tuyến đường Tokyo 133; bảng 1) vào tháng 8 năm 2000.
2.1.2 Sự phân phối trong mô
Chúng ta kiểm tra sự phân phối mô water-washed, wax, và phần bên trong
(interior fractions) của PAHs trong lá cây ginkgo đã thu thập từ đường xe chạy ở trạm
1 vào tháng 10 năm 2000.
2.1.3 Sự ảnh hưởng của vị trí lá cây trên một cây ginkgo
Để kiểm tra sự ảnh hưởng của lá cây trên nồng độ PAH, chúng tôi thu thập
những lá cây ginkgo ở phía trên đường đi bộ 2,3,4 và 8m; và trên đường xe chạy 2,4
và 6m ở trạm 2 (Fuchu trên tuyến đường Tokyo 133; bảng 1) vào tháng 8 năm 2002.
Con đường có 6 làn và cây ở bên cạnh đường, ngang bằng với mặt đường, không có
chướng ngại để giới hạn sự lưu thông không khí.
2.1.4 Mối quan hệ giữa PAHs trong mô cây ginkgo và trong không khí
xung quanh
Để điều tra mối quan hệ giữa nồng độ PAH trong lá ginkgo và trong mẫu
không khí, chúng ta thu thập mẫu từ trạm 3 đến trạm 6 vào tháng 10 năm 2001, ở trạm

7 vào tháng 9 năm 2002 và từ trạm 8 đến trạm 14 vào tháng 12 năm 2002 (bảng 1).
Một thiết bị lấy mẫu không khí thể tích lớn (TFIA-2, Staplex, USA) được đặt cách
6
mặt đất 1m. Thiết bị lấy mẫu lấy 700 L/phút trong 24h. Mẫu hạt (>0.3m) được giữ lại
trên giấy lọc sợi thạch anh (màng lọc Palflex 2500QAT-UP, 200mmx250mm). Bọt
polyurethane (PUF; Shibata 8013-0941A polyurethane cho dioxin, 5cm x 6cm) được
thêm vào phía sau màng lọc để thu khí PAHs.
2.1.5 Sự khác nhau theo mùa
Chúng ta cũng thu thập các mẫu lá ginkgo và mẫu không khí trong chuỗi thời
gian theo mùa ở trạm 3 (Fuchu, Đại học Tokyo) từ tháng 6 đến tháng 11. Phương
pháp lấy mẫu giống như ở mục 2.1.4
2.1.6 Các mẫu được lấy hàng năm
Các mẫu lá ginkgo đươc lấy hàng năm ở các trạm 3, 6 và trạm 8 đến 15, từ
2001 đến 2006 để đánh giá ảnh hưởng của các quy định về phát thải diesel đối với
chất lượng không khí. Thông tin về mật độ giao thông được lấy từ Society of Traffic
Engineers của Nhật (2001, 2006).
Trong tất cả các phương pháp, lá cây được thu thập ở vị trí cắt lá cách mặt đất
2-4 m gần đường xe chạy, trừ trường hợp những nơi đặc biệt. Nhiệt độ không khí
được ghi lại cùng lúc đó. Các giấy lọc được sấy khô. Lá, giấy lọc khô và mẫu PUF
được lưu trữ ở 30
0
C trong tủ đông cho đến khi phân tích PAHs.
2. 2 Phân tích PAH
PAHs được đo bằng phương pháp sắc ký khí với thiết bị đo khối phổ (GC-
MS), sử dụng sắc ký cột silica gel hai bước (two-step silica gel column
chromatography) cho tất cả các quá trình, dù khác nhau về phương pháp chiết (ví dụ
như polytron, sonication hay chiết chất lỏng) cũng như tùy chọn cách lọc (ví dụ sắc ký
bắt đầu bằng gel thẩm thấu hay là sự thủy phân) được sử dụng tùy thuộc vào quá trình.
Cách chiết và công nghệ làm sạch cho những phương pháp riêng được mô tả cụ thể
như sau:

2.2.1. So sánh giữa các loài cây: phương pháp chiết polytron (polytron
extraction)
Mẫu lá (~5 g) dùng để so sánh giữa các loài cây được chiết với 120 mL
dichlromethane (DCM) và 30 g anhydrous sodium sulfate, trong một Polytron
RT2000 đồng hóa (Kinematica). Phần DCM được tách ra bằng cách ly tâm tại 740 xg
trong 10 phút và khử nước cùng với anhydrous sodium sulfate. Sự chiết được lặp lại
hai lần, sau đó tất cả dịch chiết DCM được kết hợp lại và làm giàu với 50 μL
surrogate chuẩn (5 ppm với mỗi dung dịch anthracene-d
10
, p-terphenyl-d
14
,
benzo(a)anthracene-d
12
, perylene-d
12
). Dịch chiết được cô cạn đến khi còn 4 mL, và ly
tâm tại 740xg trong vòng 5 phút. Phần nổi trên bề mặt được chiết ra bình thông qua
len thạch anh để tách khỏi chất rắn, sau đó tiếp tục cô cạn, rồi hòa tan trong 0.5 mL
7
MeOH/DCM (tỷ lệ thể tích là 1:1), và trở thành tinh khiết nhờ sắc ký bắt đầu bằng gel
thẩm thấu (open-top gel permeation chromatograph) cùng với các hạt Sephadex LH-
20 (Amersham Pharmacia Biotech AB). 12.5 mL đầu của MeOH/DCM (tỷ lệ thể
tích1:1) bị bỏ đi, và 10 mL sau được giữ lại đó là mẫu của PAH. Mẫu PAH được cô
cạn, sau đó được hòa tan trong 1 mL n-hexane/DCM (1:1 v:v) và một mẫu tinh khiết
khác được tạo thành nhờ sắc ký cột silica gel hai bước (two-step silica gel column
chromatography) với 5% H
2
O- cột gel silica bất hoạt và cùng với cột silica gel hoạt
tính. được miêu tả bởi Zakaria et al. (2002)

2.2.2 Phân phối mô: chiết lần lượt (Tissue distribution: successive
extraction)
PAHs trong lá ginkgo được tách ra từ water-washed, wax, và phần bên trong
(interior fractions). Năm đến mười lá (~5g) được khuấy trong 1 L nước cất ở 20
0
C
trong 10 phút, 3 lần. Nước được lọc qua màng lọc sợi thủy tinh (glass fiber filter)
(GF/F, Whatman). Dịch lọc tiếp theo sẽ qua một hộp (cartridge) ODS (Sep-Pak Plus
tC18; Milipore) đã được chuẩn bị với n-hexane trong DCM, MeOH và nước cất.
PAHs được tách rửa với 30 mL DCM. Màng lọc thủy tinh được chiết soxhlet
(Soxhlet-extracted) cùng với DCM trong 12h. Phần chiết được từ dịch lọc và màng
lọc thủy tinh được khử nước và kết hợp với water-washed. Những lá cây sau đó được
sấy khô và được chiết trong 400 mL n-hexane/DCM (1:1 v/v) bằng ultrasonication
trong 2h, và khử nước với anhydrous sodium sulfate để tạo ra phần sáp “wax
fraction”. Những lá được chiết xuất bằng ultrasonication sau đó được chiết bằng
Polytron đồng nhất (Polytron homogenizer) như trên để tạo nên “ interior fraction”.
Tất cả dịch chiết đều được cố đinh với surrogate chuẩn , cô cạn và làm tinh khiết bởi
sắc ký cột silica gel hai bước (two-step silica gel column chromatograph) như phần
trên.
2.2.3. Ultrasonic extraction
Đối với quy trình mô tả trong 2.1.3 (Ảnh hưởng vị trí lá), 2.1.4 (So sánh với
PAHs trong không khí), và 2.1.5 (biến thiên theo mùa), ultrasonic extraction được áp
dụng. Khối lượng (~5g) của lá ginkgo được chiết trong 400 mL n-hexane/DCM bằng
ultrasonication trong 2h, không rửa trước bằng nước. Dịch chiết được khử nước với
anhydrous sodium sulfate, làm giàu với surrogate chuẩn (surrogate standards), và làm
tinh khiết bởi hai bước cột sắc ký cột silica gel (two-step silica gel column
chromatograph) và sắc ký thẩm thấu gel (open-top gel permeation chromatograph).
2.2.4 Chiết suất chất lỏng áp lực (PFE)
Các mẫu được lấy cùng chuỗi thời gian hàng năm của lá ginkgo (khoảng 4g)
được đông khô và chiết suất bởi PFE với DCM ở 175

o
C trong 1 hệ thống chiết suất
dung môi gia tốc (ASE 200, Dionex). Dịch chiết được làm giàu với dung dịch
8
surrogate chuẩn, và được tinh chế bằng cách thủy phân. Dung dịch chiết suất được đặt
trong ống thủy tinh và các dung môi được bốc hơi dưới một dòng khí nito. Để ống đã
được thêm vào 1M KOH trong MeOH, sau đó ống được bịt kín và được phân huyer
trong môi trường kiềm ở 80
o
C trong 2 giờ. Sau đó thêm nước và hexane để phân hủy
mẫu, PAH được chia giữa hexane và nước/MeOH trong lớp hexane. PAH được tinh
chế bằng sắc ký cột silica gel hai bước và sắc ký thẩm thấu gel (open-top gel
permeation chromatography) như trên.
2.2.5 Mẫu không khí
PUFs và giấy lọc được chiết Soxhlet (Soxhlet-extracted) với DCM trong
khoảng 12 giờ. Dịch chiết được làm giàu với the surrogate chuẩn, được cô đặc và tinh
chế bằng cột sắc ký silica gel 2 bước (two-step silica gel column chromatography)
như trên.
2.2.6 Phép đo GC-MS
Tất cả các phần PAH đã được làm sạch được cô đặc và tiêm vào trong GC-
MS (Hewlett Packard 5890 Series II, với một đầu dò 5972A). 19 loại PAH với từ 3-7
vòng phenanthrene (Phe), anthracene (Anth), 3-methylphenanthrene (3-MP), 2-
methylphenanthrene (2-MP), 9-methylphenanthrene (9-MP), 1-methylphenanthrene
(1-MP), fluoranthene (Fluo), pyrene (Py), benz(a)anthracene (B(a)A), chrysene
(Chry), benzo(b)fluoranthene (B(b)F), benzo(j)fluoranthene + benzo(k)fluoranthene
(B(j/k)F), benzo(e)pyrene (B(e)P), benzo(a)pyrene (B(a)P), perylene (Pery),
indeno(1,2,3-cd)pyrene (IndP), benzo(ghi)perylene (B(ghi)P) và coronene
(Coro)dwere – đã được xác định trong quan trắc ion có chọn lọc (selected-ion
monitoring mode) bởi GC-MS, được mô tả trong Zakaria et al. (2001).
2.2.7 Đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng

Nồng độ PAHs được điều chỉnh bằng cách thu hồi dung dịch surrogate chuẩn
được làm giàu ngay sau khi chiết. Tỷ lệ thu hồi của surrogate chuẩn là hơn 65% cho
tất cả phương pháp. Sự lặp lại của phương pháp chiết xuất và các kỹ thuật tinh chế
liên quan được sử dụng trong các phương pháp riêng, được kiểm tra bằng phân tích
lặp lại mẫu ginkgo trước khi phân tích mỗi quy trình. Độ lệch chuẩn của từng loại
PAHs trong mẫu chiết suất là <17% (hầu hết <10%) bởi chiết suất bằng sóng siêu âm
(ultrasonic extraction) (n = 4), chiết suất PFE (n = 4), chiết suất Polytron (n = 6), và
chiết suất Soxhlet (n = 3). Bởi vì khả năng tái lặp đã được xác nhận trước đó, cơ bản
phân tích đơn được tiến hành cho mỗi mẫu, trừ khi có quy định cụ thể. Hàm lượng
lipid được xác định bằng cách lấy ước số aliquots của các chiết suất dung môi.
Các phương pháp chiết suất khác nhau đã được sử dụng trong các phương
pháp phân tích khác nhau. Tuy nhiên sự so sánh trong phần “Kết quả và thảo luận” đã
9
được thực hiện giữa các mẫu trong mỗi phương pháp và sự khác biệt trong các
phương pháp chiết suất này không làm ảnh hưởng tới kết quả thảo luận. Để chắc chắn
chúng tôi so hiệu quả của chiết suất bằng ultrasonic và PFE và không thấy có sự khác
nhau đáng kể (<10%) giữa số lượng PAHs được chiết suất ra trong cả hai trường hợp.
2.3 Phân tích thống kê
Một phép phân tích phương sai (ANOVA) được thực hiện để đánh giá sự biến
đổi trong nồng độ
∑
PAH giữa các loài cây khác nhau. Sự khác biệt giữa các nhóm
cây được nghiên cứu thông qua thí nghiệm của Tukey. Tương quan tuyến tính được
ước lượng để đánh giá mối tương quan giữa nồng độ PAH trong lá cây ginkgo và
trong không khí, và giữa nồng độ
∑
PAH trong lá cây ginkgo và mật độ giao thông
tương ứng. Hệ số tương quan thứ bậc Spearman được ước lượng để đánh giá mối
tương quan giữa nồng độ
∑

PAH và thời gian trôi qua, và giữa hệ số phân bố K
L
(tỉ lệ
nồng độ
∑
PAH trong lá cây ginkgo [ng mg – lipid
-1
] so với trong không khí [ng m
-3
]
và hàm số nghịch đảo của nhiệt độ. Thí nghiệm t-test được sử dụng để nghiên cứu sự
khác nhau giữa logK
L
và hàm số nghịch đảo của nhiệt độ giữa tháng 6 và tháng 9.
Kiểm định t cho các biến số theo cặp (paired t-test) với tương quan Bonferroni được
sử dụng để khảo sát sự chênh lệch giữa nồng độ PAH và tỉ số L/H (tỉ số giữa PAH của
phân tử có khối lượng thấp low-molecular-weight (LMW) (như, Phe-Py) với PAH của
phân tử có khối lượng lớn high-molecular-weight (HMW) (như, nồng độ B(a)A-Coro)
trong suốt nhiều năm. Phần mềm IBM SPSS Statistics 19 được sử dụng cho phép
phân tích thống kê này.
3. Kết quả và thảo luận
3.1 So sánh nồng độ PAH giữa các loài cây khác nhau
Hình 1 so sánh nồng độ PAH trong lá của năm loài cây được đem ra nghiên
cứu. Nồng độ
∑
PAH trong cây ginkgo (ở điều kiện trọng lượng khô cơ bản) cao hơn
hẳn so với những loài cây khác (P<0.05; hình 1a). Tất cả các loài được đem nghiên
cứu đều là những cây đang trong thời kì rụng lá, là những cây mà lá của chúng bắt đầu
nảy nở vào mùa xuân, và bởi thế tất cả đều phơi nhiễm mạnh mẽ với lượng PAHs
trong không khí trong cùng một thời kì giống nhau. Bởi vì PAHs được biết đến như

một chất dễ bị phân tách trong chất béo (Simonich và Hites, 1994b), sự chênh lệch
hàm lượng lipid trong các loài cây được đem ra đo đạc. Hàm lượng lipd trong cây
ginkgo (1.63 mg g-dry
-1
) ít hơn so với những loài khác (từ 3.16 mg g-dry
-1
đến 6.05
mg g-dry
-1
) (Bảng S1). Ở điều kiện trọng lượng lipid cơ bản, nồng độ PAH trong lá
cây ginkgo nhiều hơn 5 – 39 lần so với những lá của các loài cây khác (Hình 1b), cho
thấy rằng có thể không chỉ hàm lượng lipid mà những nhân tố kiểm soát nồng độ PAH
khác trong lá cây cũng vậy. Phương pháp nghiên cứu dựa trên diện tích bề mặt lá cũng
đạt mức cao nhất đối với cây ginkgo (Hình 1c) Wang et al.(2008) nghiên cứu về sự
tích lũy PAH trong sáu loài cây thường thấy trên đường đi (như, cây ginkgo, cây đào,
10
cây hòe Nhật Bản, cây mận có lá màu tím, cây tử đinh hương Pekin, và cọng cỏ) ở
Bắc Kinh, và sự tích lũy cao thứ hai được kết luận là của cây ginkgo. Tương tự, sự
chênh lệch giữa nồng độ PAH trong lá được quan sát trong ba loài cây rụng lá (cây
sồi, cây tần bì, cây phỉ), và cấu trúc bề mặt (như lông tơ) được cho rằng là một nhân tố
quan trọng trong việc kiểm soát nồng độ PAH trong lá (Howsam et al., 2000). Sự tích
lũy nhiều hơn trong trường hợp của cây ginkgo có thể quy cho bề mặt gợn sóng của lá
cây ginkgo - làm tăng diện tích tiếp xúc bề mặt và giữ lại các mảnh nhỏ. Những kết
quả trên cho thấy rằng cây ginkgo tích lũy nhiều PAHs hơn so với những loài khác,
cho thấy rằng nó là một công cụ bổ ích đối với việc quan trắc sinh học PAHs trên
đường xe chạy .
Hình 1: So sánh nồng độ
∑
PAH giữa các loài cây.
(a) Nồng độ dựa trên trọng lượng khô của lá

(b) Nồng độ dựa trên lượng lipid trong lá
(c) Nồng độ dựa trên diện tích bề mặt của lá
Các giá trị được lấy trung bình đối với kết quả từ đường đi bộ và
đường xe chạy đối với từng loài cây.Thanh sai số biểu hiện sự chênh lệch giữa
những kết quả lấy từ đường đi bộ và đường xe chạy. Các kí tự trên hình chỉ thị
sự chênh lệch đáng kể giữa những loài cây khác nhau (P<0.05)
3.2 Sự phân tán của PAHs trong lá
Khí PAHs được hấp thu qua lá theo 2 con đường: (1) qua vách ngăn ngoài
cùng của lớp cutin, và (2) qua các lỗ khí khổng. (Franzaring, 1997; Tao and Horn
buckle, 2001). Phân tử PAHs được giữ lại trên lớp cutin, trong khi những phân tử nhỏ
hơn có thể đi vào qua khí khổng. Sự chiết xuất cho thấy một cái nhìn sâu hơn về con
đường mà PAHs tích tụ trong lá ginkgo. Như hình 2a cho thấy, water-washed, sáp và
11
phần bên trong là 3,7%, 80% và 17% theo thứ tự, của tổng PAHs. Sự phân bố ít của
PAHs trong phần water-washed phù hợp với kết quả của các nghiên cứu khác (Kaupp
et al., 2000; De Nicola et al., 2008), cho thấy sự khuếch tán PAHs từ bụi vào lớp sáp
cutin. Sự có mặt của HMW PAHs trên lớp sáp chứng minh cho giả thuyết của sự giải
hấp (desorption) từ bụi vào lớp sáp. LMW PAHs thường ở thể khí (hình 2b)
Possanzini et al., 2004; Araki et at., 2009 ). LMW PAHs trên lớp sáp được giải thích
do sự phân chia (partitioning) của khí PAHs trên lớp sáp cutin Tuy nhiên, HMW
PAHs chỉ ở thể khí và vì vậy, HWM trên lớp sáp không thể xác định bởi phân tử khí
PAHs , nhưng bởi sự khuếch tán của HMW PAHs từ bẫy vào trong lớp cutin.Mỗi
phân tử HMW PAHs kết hợp với một đại phân tử (ví dụ như coronene) trong nước
sạch nhiều hơn khi kết hợp với những phân tử có khối lượng nhỏ hơn (ví dụ
benzofluoranthenens), mặc dù 2 sự kết hợp mày là như nhau trong mẫu khí. Cũng như
vậy, sự chuyển hoá của PAHs từ bụi vào lớp sáp phụ thuộc vào tính không ưa nước và
độ lớn phân tử, cho thấy sự khác nhau của các loại chất hữu cơ tìm thấy trong bụi và
lớp sáp. Ít phân tử PAHs kỵ nước khối lượng phân tử nhỏ (lower molecular weight
compounds) được chuyển vào trong lớp sáp một khi có nhiều phân tử kỵ nước khối
lượng phân tử lớn (higher molecular weight compounds) còn lại trong bụi.

Tỷ lệ nhỏ hơn của lớp bên trong cho thấy sự phân phối qua khí khổng ít hơn
qua lớp cutin. Nó khác với cách tính của Tao và Hornbuckle (2001). Tuy nhiên, Tỷ lệ
nhỏ hơn của phần bên trong được quan sát trên các cây ven đường ở Bắc Kinh (Wang
et al.,2008). Tỷ lệ HMW PAHs thì nhỏ hơn LMW PAHs, cho thấy sự hấp thu của bụi
mịn chứa HMW PAHs qua khí khổng thì không quan trọng.
Nói tóm lại, Sự hấp thu tiếp theo cho thấy sự quan trọng của lớp cutin bên
ngoài đối với khí và các phân tử PAHs, và đối với sự di chuyển của HMW PAHs đến
lớp cutin. Do đó, lớp cutin là một phần quan trọng để quan trắc PAHs. Vì vậy, những
nghiên cứu sau đây của chúng tôi sẽ tập trung vào lớp sáp, cùng với lớp water-wash.
12
Hình 2: phân bố của PAHs trong (a) lá và (b) không khí.
3.3 Ảnh hưởng của vị trí lá trên cây với sự tích luỹ PAHs trên lá
Ở bên đường, tổng nồng độ PAHs trong lá ginkgo cao nhất là ở cách mặt đất
2m và giảm từ 69 ng mg-lipid
-1
xuống còn 42 ng mg-lipid
-1
khi tăng chiều cao (hình
3), phản ánh nguồn gốc của PAHs là từ các phương tiện giao thông. Kết quả này phù
hợp với bản báo cáo trước về sự giảm nồng độ PAHs trong không khí khi lên cao (Tao
et al., 2007). Tổng nồng độ PAHs trong những mẫu trên đường đi bộ cũng có xu
hướng giảm, từ 49 ng mg-lipid
-1
đến 37 ng mg-lipid
-1
khi tăng chiều cao. Tổng nồng độ
PAHs trong lá ginkgo ở đường xe chạy có khuynh hướng cao hơn ở đường đi bộ, điều
này phù hợp với sự phát hiện trước đó rằng nồng độ PAH giảm khi càng xa một con
đường (Yang et al., 1991). Trong nghiên cứu hiện tại, lá ginkgo trên đường đi bộ được
dùng để đánh giá sự phơi nhiễm PAHs trong không khí đối với người đi bộ.

13
Hình 3: So sánh tổng nồng độ PAHs trong lá ginkgo ở những vị trí khác nhau.
3.4 Mối quan hệ giữa nồng độ PAH trong lá cây ginkgo và không khí
Nói chung, tổng nồng độ PAH trong lá cây ginkgo được thu thập từ những
con đường khác nhau đã biểu diễn mối quan hệ mạnh mẽ và quan trọng với nồng độ
PAH trong không khí thu thập được bởi dụng cụ lấy mẫu không khí thể tích lớn
(r
2
=0.68, P<0.01). Điều này cho thấy rằng cây ginkgo phản ánh sự ô nhiễm PAH
trong không khí và được sử dụng như một công cụ quan trắc sinh học. PAHs khối
lượng phân tử nhỏ trong lá cây ginkgo có sự tương quan mạnh mẽ với nồng độ của
chúng trong pha khí (r
2
=0.66, P<0.01). Nhưng trái lại PAHs khối lượng phân tử lớn
trong lá cây ginkgo thì lại có sự tương quan với PAH ở pha hạt (r
2
=0.52, P<0.01).
Tuy nhiên PAHs cao phân tử trong pha khí lại không tương quan với PAHs cao phân
tử trong lá cây ginkgo. Ý nghĩa tương quan giữa PAHs khối lượng phân tử thấp trong
lá cây ginkgo và trong pha hạt (r
2
=0.43, P<0.01) được cho là do sự phân chia của
PAHs LMW đến từ cả pha khí và pha hạt trong lá cây ginkgo. Kết quả này thì chắc
chắn rằng PAHs cao phân tử trong lá cây ginkgo có thể được cho là ở dạng hạt.
Những sự tương quan này được quan sát trong nghiên cứu của Beijing (Wang et al.,
2008).
14
3.5 Sự khác nhau theo mùa của PAHs trong lá cây ginkgo và trong không
khí
Tổng nồng độ PAH trong lá cây ginkgo tăng lên một cách đáng kể với thời

gian (hệ số tương quan sắp xếp của Spearman’s là p=0.87, P<0.01). Mặt khác, không
có sự phụ thuộc vào thời gian rõ ràng đối với tổng nồng độ PAH trong không khí
(p=0.04, P>0.20) và cũng không có sự phụ thuộc thời gian rõ ràng cho tổng nồng độ
PAH ở pha khí hay pha hạt. Sự thay đổi theo thời gian của tổng nồng độ PAH trong lá
cây ginkgo đã gợi ra sự liên quan đến nhiệt độ không khí. Simonich và Hites (1994b)
nhận ra rằng sự phân chia của PAHs giữa không khí và lá cây phụ thuộc vào sự
nghịch đảo của nhiệt độ (như 1000/T) Hệ số phân chia K
L
có ý nghĩa tương quan với
1000/T (p=0.59, P<0.01), diều này cho thấy rằng sự tăng lên theo thời gian của nồng
độ PAH trong cây ginkgo có thể được cho là do giảm nhiệt độ. Tuy nhiên logK
L
trong
tháng 9 thì cao hơn trong tháng 7 (0.45 với 0.08, P<0.01), nhưng trái ngược lại thì
không có sự khác nhau quan trọng nào trong 1000/T giữa cả hai (đều là 3.4 K
-1
,
P>0.20). Sự ảnh hưởng của nhiệt độ, sự tăng lên theo thời gian của nồng độ PAH
trong lá cây ginkgo có thể được cho là do sự tích lũy qua sự tiếp xúc thời gian dài (từ
mùa xuân cho tới khi lá rụng).
3.6 Những xu hướng thông thường của nồng độ PAH trong lá cây ginkgo
và đánh giá các quy định về phát thải diesel trên đường
Tổng nồng độ PAH trong lá cây ginkgo khá cao và có tương quan đáng kể với
mật độ giao thông (r
2
= 0,71, P <0,01); thừa nhận rằng ginkgo là một chỉ thị quan trắc
sinh học phản ánh sự tích tụ của PAHs có từ hoạt động giao thông.
Không có sự khác nhau đáng kể về mật độ xe trọng tải nặng giữa năm 1999
và năm 2005. (bảng 1; P>0,20). Mặt khác, số lượng xe chạy bằng diesel không chịu sự
kiểm soát ở Tokyo đã giảm từ 202000 - tháng 3 năm 2002 còn 135000- tháng 3 năm

2003, 44000 - tháng 9 năm 2004 và 7000 vào tháng 12 năm 2005 (Tokyo
Metropolitan Government, 2006). Tổng nồng độ PAH trong lá cây ginkgo giảm đáng
kể từ năm 2001 hay 2002 đến năm 2003 – 2006. (Hình 6a; P < 0,01 for 2001 -02 vs
2004 and 2006; P < 0,05 for 2001 - 02 vs. 2003 and 2005). Nồng độ LMW PAH cũng
giảm đáng kể từ năm 2001 hay 2003 – 2006 (Fig 6b; P < 0,01 cho 2001 -2002 so với
2004 và 2006; P < 0,05 cho 2001 - 2002 đối với 2003 và 2005), trong khi đó nồng độ
HMW PAH thì không (Hình 6c; P = 0,09 năm 2001 -2002 so với 2003; P > 0,20 năm
2001 - 02 so với 2004 và 2006). LMW PAHs thì có nhiều trong khí thải xe chạy bằng
diesel, trong khi đó HMW PAHs có nhiều trong khí thải xe chạy bằng xăng (Rogge et
al., 1993; Okuda et al., 2003; Boonyatumanond et al., 2007). Vì nồng độ PAH có thể
bị ảnh hưởng bởi thời gian của năm và nhiệt độ hàng tháng, khác biệt trong những
năm qua (đặc biệt vào năm 2003), chúng ta sử dụng tỉ số L/H để làm giảm sự tác động
tích lũy và nhiệt độ trong điều tra sự thay đổi tải lượng trong khí thải của xe chạy bằng
diesel từ năm 2001 -02 đến năm 2006. Vào năm, tỉ số L/H giảm đáng kể từ năm 2001
15
-02 đến năm 2005 – 2006 (Hình 6d; P> 0.20 năm 2001-02 so với 2003; P =0.07 năm
2001 -02 so với 2004; P< 0.01 năm 2001-02 với 2005-2006). Tỉ số L/H trung bình
trong lá cây ginkgo năm 2006 là 1,3, ít hơn một nửa so với năm 2001 -02 (2,8). Điều
này cho thấy rằng những kiểm soát phát thải diesel trên đường đã làm giảm nồng độ
LMW PAH trong không khí một cách hiệu quả. Lá cây được thu nhặt trong những
tháng khác nhau của những năm khác nhau, dù cùng mùa (mùa thu). Tuy nhiên, thời
gian lấy mẫu theo mùa đã chứng tỏ rằng tỉ số L/H vẫn gần như không đổi trong suốt
các mùa. (Hình 5a). Do đó, khuynh hướng giảm thời gian trong tỉ số L/H thì quan
trọng và nó đưa ra bằng chứng rõ ràng của sự giảm LMW PAHs.
Hình 6. Sự thay đổi nồng độ PAHs dài hạn và tỉ lệ L/H trong lá ginkgo:
(a) Tổng nồng độ PAHs
(b) LMW PAHs
(c) HMW PAHs
(d) Tỉ lệ L/H
16

4.Kết luận
Trong số 5 cây điển hình trồng ven lề đường (Ginkgo biloba L., Zelkova
serrata Makino, Liriodendron tulipifera L., Prunus yedoensis Matsum, and Magnolia
kobus DC) ở Tokyo, thì cây ginkgo tích lũy nhiều PAHs nhất. Nồng độ PAH trong lá
cây ginkgo giảm khi tăng độ cao so với mặt đất và tăng khoảng cách so với đường,
cho thấy nguồn gốc PAHs có từ sự phát thải của xe cộ. Gần 80% PAHs có trong phần
sáp của lá cây ginkgo. Sự phân phối của phần nhỏ water-washed tăng khi khối lượng
phân tử tăng, vì HMW PAHs có nguồn gốc từ hạt thì được ưu tiên giữ lại trong các
hạt bụi. Có một sự tương quan mạnh mẽ giữa tổng nồng độ PAH trong lá cây ginkgo
và trong không khí. LMW PAHs trong lá cây ginkgo có tương quan với nhau trong
pha khí, trong khi đó HMW PAHs thì tương quan với nhau trong pha hạt. Nồng độ
PAHs trong lá cây ginkgo tăng từ mùa xuân đến mùa thu. Sự tăng này có thể quy cho
sự ảnh hưởng của nhiệt độ và sự tích lũy trong suốt thời gian dài phơi nhiễm. Phân
tích mẫu ginkgo hàng năm cho thấy sự kiểm soát việc phát thải diesel trên đường đã
thực sự làm giảm nồng độ LMW PAH trong không khí; tuy nhiên, sự kiểm soát này
không đủ hiệu quả để làm giảm HMW PAHs. Bởi vì HMW PAHs thì quan trọng hơn
trong điều khoản của chất gây ung thư, sự xác định nguồn HMW PAHs trong không
khí cũng như sự kiểm soát chúng, là yếu tố cần thiết cho những sáng kiến trong tương
lai.
17