Ứng dụng thực vật và vi sinh vật trong cải tạo đất ô nhiễm

Ứng dụng thực vật và vi sinh vật trong cải tạo đất ô nhiễm
1. Khái quát chung
Sử dụng TV hoặc VSV cải tạo đất ô nhiễm ( ô nhiễm chất hữu cơ và kim loại nặng) được
tiến hành bằng cách chuyển đổi chúng thành các chất rất ít hoặc không có độc tính.
+ Phytoremediation: công nghệ sử dụng TV để làm sạch môi trường bằng cách tích lũy
trong sinh khối và biến đổi chúng thành dạng khí thoát ra ngoài.
+ Bioremediation: công nghệ xử lí đất ô nhiễm dựa trên nguyên tắc thêm chất dinh
dưỡng,oxi hoặc các siêu VSV vào để làm tăng hoạt tính,số lượng của VSV bản địa.
Ưu điểm
• Loại bỏ nhiều loại chất thải hữu cơ và vô cơ có khả năng gây độc đối với sinh vật
sống trong tự nhiên và con người
• Thân thiện với môi trường
• Chi phí thấp,an toàn
• Dễ thực hiện, không đòi hỏi kĩ thuật cao
Nhược điểm
 Thực vật:
+ Sinh khối giới hạn
+ Chỉ giới hạn cho tầng đất nông (<5m)
+ Tích lũy nhiều chất ô nhiễm độc hại sẽ gây độc cho cây
 Vi sinh vật:
+ Tốn thời gian
+ Dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường nhiễm độc

2. Ứng dụng thực vật và vi sinh vật trong cải tạo đất ô nhiễm ( chủ yếu là kim loại
nặng và chất hữu cơ)
2.1 Cải tạo đất ô nhiễm bằng thực vật
2.1.1 Cơ chế
 Cơ chế tích lũy kim loại nặng trong tế bào thực vật
Các KLN trong đất có thể tồn tại ở trạng thái tự do, ion ,hoặc liên kết với các chất tạo
phức tạo thành chất hòa tan, chất ít độc hoặc là phức hợp hữu cơ-kim loại và được
chuyển đến các bộ phận của tế bào có hoạt động trao đổi chất thấp (thành tế bào, không

bào). Tại đây, chúng được tích lũy dưới ở dạng các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ bền.
Các kim loại được tích lũy trong rễ cây đều ở trong không bào và được liên kết vào các
hợp chất pectin và protein của thành tế bào. Ngoài ra, một số loài cây có khả năng tích lũy
kim loại nặng ở phần trên của cây (lá, chồi, thân).
Các chất tạo phức với kim loại là : glutathione (GSH), Metallothioneins (MT),
Nicotianamine (NA), Organic acids (OA), Phytochelatins (PC).
 Cơ chế biến đổi chất ô nhiễm hữu cơ trong tế bào thực vật
Các chất hữu cơ được hấp thụ, một phần sẽ tích lũy trong thành tế bào , một phần sẽ di
chuyển qua màng tế bào vào trong dịch bào. Tại đây, các CHC sẽ bị các enzim nội bào
phân giải hoặc sẽ liên kết với các chất tạo phức tạo thành các chất mới ít hoặc không độc,
được vận chuyển và tích lũy trong không bào hoặc vận chuyển sang các tế bào khác.
Các chất tạo phức với CHC là : glutathione (GSH) và glucose (Glu)
2.1.2 Công nghệ xử lý ô nhiễm đất (Phytoremediation)
Công nghệ Phytoremediation
Phytoremediation là công nghệ sử dụng thực vật để giảm nồng độ hoặc tác dụng độc hại
của chất ô nhiễm trong môi trường (đất).
Tùy thuộc vào các chất ô nhiễm là CHC hay KLN và cơ chế là cố định tại chỗ hay suy
giảm và loại bỏ (tức là sự bay hay hoặc chiết xuất) các chất ô nhiễm , phytoremediation
có thể chia thành 5 dạng : phytodegradation, phytostimulation , phytovolatilization,
phytoextraction và phytostabilization.
 Phytodegradation còn được gọi là phyto-phân hủy, là sự phân giải chất ô nhiễm (CHC)
thông qua quá trình trao đổi chất trong cây hoặc sự phân hủy các chất ô nhiễm xung
quanh thực vật dưới tác dụng enzim do vùng rễ tiết ra. Các chất ô nhiễm hữu cơ phức tạp
sẽ bị phân hủy thành các chất đơn giản hơn và được tích lũy trong mô thực vật, cung cấp
dinh dưỡng cho sự sinh trưởng, phát triển của cây hoặc trở thành nguyên liệu cho quá
trình trao đổi chất diễn ra trong cây.
Một số loài enzim trong cây tham gia quá trình phá hủy chất hữu cơ là Nitroraductases
phá hủy các hợp chất nitroaromatic, Dehalogenases suy giảm của các dung môi clo như
Trichloroethylen (TCE) và thuốc trừ sâu, Laccaase phá hủy anilines…
.

 Phytostimulation còn được gọi là Phyto-kích thích, là sự phân hủy các chất ô nhiễm trong
vùng rễ nhờ hoạt động của của vi sinh vật dưới sự tăng cường của rễ thực vật.
Thực vật đóng vai trò tạo môi trường sống, cung cấp năng lượng, chất cảm ứng, chất
chuyển hóa cho vi sinh vật thông qua dịch tiết rễ , tạo điều kiện cho vi sinh vật tăng
cường hoạt động phân hủy sinh học (tức khả năng tiêu hóa các hợp chất hũy cơ độc hại và
phân giải chúng thành các chất ít độc hoặc vô hại)
 Phytovolatilization là sự hút thu, vận chuyển và biến đổi các chất ô nhiễm thành dạng hơi
và thoát ra ngoài khí quyển cùng quá trình thoát hơi nước ở cây. Các chất ô nhiễm có thể
bị biến đổi trước khi vào cây dưới tác dụng của enzim tiết ra từ rễ, giúp cây hấp thu nhanh
hơn hoặc một số chất đi vào cây mới bị biến đổi.
VD: cây dương lai được ứng dụng để làm bay hơi TCE bằng cách chuyển đổi nó thành
clo axetat và CO
2
. Lượng TCE bỗ thoát ra chiếm 90% so với tổng lượng mà cây hấp thụ.
Ngoài ra, phương pháp này còn dùng để bay hơi một số kim loại như Se có thể bay hơi
bằng cách chuyển đổi thành dimethyselenade [Se(CH
3
)].
 Phytoextraction còn được gọi là phyto-chiết xuất, là quá trình cây hấp thu kim loại nặng
từ đất nhờ hệ thống rễ và tích lũy trong các bộ phận của cây như chồi, lá cây, làm giảm
nồng độ KLN trong đất.Các mô thực vật tích lũy KLN sẽ được thu hoạch và xử lý phù
hợp bằng cách làm khô, đốt hoặc ủ để tái chế các kim loại cần thiết, loại bỏ các kim loại
gây ô nhiễm.
Thực vật đóng vai trò quan trọng trong phytoextraction là hyperaccumulators – là những
loài có khả năng chống chịu cao với độc tố KLN và có thê hấp phụ một lượng lớn KLN
trong sinh khối của chúng.
Cây Hyperaccumulating có thể chứa nhiều hơn 1% một KL trong sinh khối của nó. Ví dụ,
các cây hyperaccumulating Berkheya coddii đã được phát hiện có chứa 3,8% Ni trong
sinh khối khi trồng trên đất bị ô nhiễm.
 Phytostabilization hay phyto-cố định, là việc sử dụng thực vật để cố định các KLN trong

đất, làm giảm sự di chuyển của các chất gây ô nhiễm và ngăn chặn chúng phán tán vào
nước ngầm hay không khí.
Các dịch tiết được tiết ra bởi rễ có khả năng cố định và kết tủa của các chấtss gây ô nhiễm
trong đất hoặc trên bề mặt rễ. Chất gây ô nhiễm tích tụ trong mô thực vật trở nên không
hòa tan và cố định sau khi hấp thụ qua rễ cây.
Phytoremediation processes, mechanisms, and related pollutants/plant species
(Gupta et al, 2000)
2.1.3 Một số loài thực vật có khả năng cải tạo ô nhiễm đất
 Nghiên cứu trên thế giới
Theo nghiên cứu của các nhà khoa học thì có ít nhất 450 loài thuộc 45 họ thực vật có khả
năng hấp thụ kim loại. Các loài này chủ yếu là cây 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 trăm lần so với các loài bình thường khác.
Loài Chất ô nhiễm Tác giả và năm công bố
Brassica juncea
(cải xanh)
Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn Schmidt, 2003
Thlaspi caerulescens Cd, Ni, Pb, Zn Cosio et al, 2004
Euphorbia cheiradenia
Pb Chehregani and Malayeri ,2007
S.Photeinocarpum
Cd Zhang et al, 2011
Solanum tuberosum Herbicides
(thuốc diệt cỏ)
Doty et al, 2000
Grasses Petrodeum hydrocarbons Banhks et al, 1997; Drake, 1997
Nicotiana tabacum
(cây thuốc lá)
H. Halogenate Yamada et al, 2002
Armoracia.Rusticana P

Phenols Kotyza et al, 2010
Thlaspi caerulescens là một trong những loài siêu tích tụ KLn, chúng có thể tích tụ
26.000 ppm Zn mà không bị tổn thương, 22% lượng Cd trao đổi trong đất từ những khu
vực bị nhiễm độc.
Nhiều loài thực vật đã được chứng minh là loài siêu tích lũy KLN trong đất.
Các nhà nghiên cứu trường đại học Rutger, New Jersey đã sử dụng rất nhiều loài cây dại
và cây mù tạt đã thuần hóa tích lũy KLN trong đất bị ô nhiễm .Các nghiên cứu ở Mỹ cho
thấy cải xanh có thể hấp thụ chì (Pb). Tại Ucraina, loài này được trồng để hấp thụ các
chất phóng xạ trong đất ở xung quanh nhà máy điện hạt nhân Chernobyl.
Nghiên cứu khoa học ở Hoa Kỳ phát hiện những vùng đất không bị ô nhiễm, hàm lượng
asen trong dương xỉ diều hâu thay đổi từ 11,8-64 phần triệu, còn những vùng ô nhiễm tại
miền Trung Florida thì nông độ Asen rất cao từ 1.442-7.526 phần triệu. Asen tập trung
trong những chiếc lá xanh dạng dải hay hình lược của dương xỉ. Loài dương xỉ diều hâu
cứng và phát triển rất nhanh, có tiềm năng lớn trong việc xử lý asen trên các vùng đất
nông nghiệp.Chúng có thể hấp thụ asen và các hợp chất của nó trong thời gian rất ngắn.
Các cuộc kiểm tra cho thấy, hàm lượng asen trong dương xỉ tăng lên 126 lần chỉ sau hai
tuần được chuyển sang vùng đất bị ô nhiễm.
Nghiên cứu của Trung Quốc cho biết loài cây dương xỉ diều hâu phân bố trên diện rộng ở
miền Nam Trung Quốc, hàm lượng asen ở trên lá của cây lên tới 8‰, vượt xa so với hàm
lượng đạm, lân có trên thân cây mà cây vẫn phát triển tươi tốt. Khả năng hút As của loài
cây này không ngừng tăng mạnh theo sự phát triển của cây và có thể di truyền đặc tính
này cho các cây thế hệ sau.Kết quả nghiên cứu cũng đã phát hiện ra các sợi lông tơ trên
cây dương xỉ có khả năng tập hợp asen rất đặc biệt, những sợi lông có nước chính là nơi
tích trữ chủ yếu của asen, nó có tác dụng cách biệt rất rõ ràng đối với asen, vì thế loại độc
tố này bị “nhốt kín” ở một nơi an toàn trong thân cây nên không hề ảnh hưởng đến sự
phát triển của cây.
Cỏ Napier là loại cây lâu năm, có tên khoa học là Pennisetum purpureum, có nhiều ở các
vùng đồng cỏ nhiệt đới ở châu Phi cỏ Napier có thể sống ở những vùng đất cực kỳ khô
cằn và rất hiệu quả trong việc hấp thụ các kim loại nặng và những chất gây ô nhiễm
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm tác dụng của loại cỏ này ở một số khu vực bị ô nhiễm

nặng do hoạt động khai thác mỏ thuộc tỉnh Quảng Đông (Trung Quốc). Kết quả cho thấy
nó có thể hấp thụ tốt các kim loại đồng, niken và cađimi cũng như kẽm và chì.
Các nhà khoa học trường ĐH của Philippin, Los Banos đã phát hiện loài thực vật siêu hấp
thụ niken là Rinorea niccolifer. Rinorea niccolifera sử dụng niken như một nguồn thức ăn
để sống- tích lũy lên tới 18.000ppm nguyên tố niken trong lá cây mà không bị ngộ độc.
Các nhà khoa học Nga đã tạo ra giống cây dương (Populus) phát triển nhanh gấp hai lần
so với các giống khác. Hiện có kế hoạch trồng những cây mới trên lãnh thổ các nhà máy
cũ để làm sạch đất nhiễm chất độc và kim loại nặng. Loài này có khả năng hút các chất
độc thấm sâu trong lòng đất ( thạch tín ở đâu sâu 6m) lên mặt đất chuyển lên lá.
 Nghiên cứu tại Việt Nam
Nghiên cứu sàng lọc TV tại 4 vùng mỏ ở Thái Nguyên là mỏ thiếc (Hà Thượng) và mỏ
than (Núi Hồng) huyện Đại Từ; mỏ chì – kẽm (Làng Hích) và mỏ sắt (Trại Càu) huyện
Đồng Hỷ, thu được 65 loài có khả năng tích lũy KLN (Pb, Cd, As, Zn, ). Nghiên cứu sâu
về 7 loài TV triển vọng xử lý ô nhiễm As, Pb, Cd và Zn tại mỏ thiếc (Hà Thượng) và mỏ
chì, kẽm (làng Hích), trong đó có 3 loài TV bản địa thu tại vùng khai thác mỏ (Dương xỉ
Pteris vittata, Dương xỉ Pityrogramma calomelanos và cỏ Mần trầu Eleusine indica),
2 loài TV triển vọng tại vùng ô nhiễm KLN (Ngổ dại và cỏ Voi lai), 2 loài thế giới dùng
nhiều để xử lý ô nhiễm KLN (cỏ Vetiver và Cải xanh).
Sau khi lựa chọn các loài thực vật phù hợp, các nhà khoa học tiến hành xây dựng quy
trình xử lý đất nhiễm As bằng dương xỉ, xử lý đất nhiễm Pb bằng cỏ Mần trầu, Vetiver và
Dương xỉ Pteris vittata, xử lý đất nhiễm Zn và Cd bằng cỏ Mần trầu. Tiếp tục hoàn thiện
công nghệ nhân giống 2 loài dương xỉ, cỏ mần trầu, cỏ vetiver để cải tạo ô nhiễm KLN tại
vùng khai khoáng
Mô hình xử lý đất nhiễm As tại Hà Thượng: sử dụng 2 loài Dương xỉ có khả năng tích lũy
As cao là Pteris vittata và Pityrogramma calomelanos. Kết quả nghiên cứu cho thấy, sau
2,5 năm tiến hành xử lý ô nhiễm hàm lượng As còn lại trong đất chỉ bằng 14,5 % so với
ban đầu.
Mô hình xử lý đất nhiễm Pb và Zn tại Làng Hích: Sử dụng 3 loài thực vật là: Dương xỉ
Pteris vittata, cỏ Vetiver và cỏ Mần Trầu Sau thời gian 2,5 năm thực nghiệm, hàm lượng
Pb và Zn còn lại là 399,11 và 780,49 ppm (tương ứng với 11,5 %và 24,46 %).

Một số vi dụ điển hính:
Cỏ vetiver là loài khả năng cải tạo đất ô nhiễm KLN bằng cách hấp thụ, vận chuyển, và
đặc biệt là tích lũy các KLN trong các cơ quan trong các cơ quan khí sinh của nó. Cỏ
Vetiver có khả năng hấp thụ Cd, Zn, Cu và Pb trong đất với các mức độ khác nhau.
KLN Khả năng hấp thụ (BF) Khả năng vận chuyển từ rễ lên
thân+lá (TF)
Zn 0,74 - 1,14 0,56 - 0,89
Cu 0,2 - 0,47 0,24 - 0,86
Pb 0,04 - 0,13 0,16 - 0,88
Cd 0,04 - 0,09 0,054 - 0,134
Dựa vào bảng kết quả trên có thể xếp cỏ vetiver vào nhóm thực vật tích tụ Zn
Mặc dù khả năng hấp thụ KLN trong đất của cỏ Vetiver không cao ngoại trừ Zn nhưng
nhờ khả năng cho sinh khối cao nên lượng KLN được cỏ Vetiver tích lũy trong cơ quan
khí sinh khá lớn so với các loài thực vật khác, kể cả các loài siêu tích tụ. SAu 3 tháng
trồng, cỏ Vetiver tích lũy :
- 19,778 – 39,511 mg Zn/chậu;
- 0,681 – 3,354 mg Cu/chậu;
- 0,275 – 5,873 mg Pb/chậu.
- 0,052 – 0,229 mg Cd/chậu;
Tập đoàn Than khoáng sản Việt Nam đã trồng cỏ vetiver để cải thiện môi trường đất tại
các bãi thải than .Vd: Cỏ Vetiver được ươm trồng ở bãi thải Chính Bắc, Công ty CP Than
Núi Béo
Các nhà khoa học Việt Nam phát hiện loài thơm ổi hay hoa ngũ sắc có khả năng hấp thu
lượng kim loại nặng cao gấp 100 lần bình thường và sinh trưởng rất nhanh. Lài này hấp
thụ rất mạnh chì (cao gấp 500-1.000 lần hoặc 5.000 lần so với các loài cây bình thường
mà không bị ảnh hưởng. Có thể xem thơm ổi là loài siêu hấp thu chì và cadmi.
2.2 Cải tạo đất ô nhiễm bằng vi sinh vật
2.2.1 Cơ chế
Hầu hết các vi sinh vật đều có cơ chế xử lý chất ô nhiễm chung như sau:
 Cơ chế trực tiếp

Tế bào vi sinh vật đưa vào cơ thể các chất ô nhiễm,chất khoáng(N,P,…) từ môi
trường ngoài.Nhờ các enzim nội bào mà các chất ô nhiễm này được biến đổi thành
năng lượng,được sinh tổng hợp chất hữu cơ phục vụ quá trình sống và sinh trưởng của
cơ thể vsv.Khi kết thúc,chất ô nhiễm được đưa ra môi trường đã bị biến đổi ít hoặc
không gây hại cho môi trường đất.Một phần năng lượng được trả lại đất qua một số
chất nhận e như khí oxygen,nitrate,sunlfate, )
Ví dụ:
Vi khuẩn Raistonia metallidurans có công dung như các nhà
máy lọc đât siêu nhỏ, hấp thu kim loại nặng ở trang thái hòa tan
và chuyên chúng sang dạng cứng và ít độc hơn
 Cơ chế gián tiếp:
Tế bào vi sinh vật sử dụng các chất khoáng và năng lượng từ môi trường đất để tạo
ra năng lượng phục vụ các quá trình sinh tổng hợp các chất hữu cơ nuôi cơ thể.Đồng
thời trong quá trình này,chúng sản sinh ra các enzim ngại bào.Các enzim này có khả
năng làm giảm, phân hủy các chất ô nhiễm trong đất.
Ví dụ:
Vi khuẩn Pseudomonas có khả năng chuyển hoá atrazine. Chủng này tiết ra
Atrazine chlorohydrolase xúc tác phản ứng chuyển hoá atrazine. Như vậy, bằng phản
ứng Atrazine chlorohydrolase, atrazine độc, không tan có thể chuyển hoá các sản phẩm
tan được và không độc
 Riêng đối với cơ chế phân hủy kim loại nặng ở thực vật gồm 2 pha:
Pha thứ nhất:Sự hấp thụ sinh học
Là hiện tượng hấp phụ thể hiện mối tương quan theo cân bằng tuyến tính nồng độ
kim loại giữa bên trong và bên ngoài tế bào.
Ởvi khuẩn ,hiện tượng hấp phụ chủ yếu xảy ra nhờ lực hút tĩnh điện của cation kim
loại với bề mặt tế bào vi khuẩn mang điện âm. Thành phần hoá học của vỏ tế bào vi khuẩn
cũng đóng vai trò quan trọng trong hấp phụ vi sinh nhờ liên kết giữa kim loại với các chất
polysaccarit, các protein và các nhóm chức khác.
Đối với tảo Ankistrodesmus braunii và chlonlla vulgaris thì liên kết Cd lên thành tế
bào có thể tới 80% hấp thụ toàn phần.

Pha thứ 2:sự tích tụ sinh học hay sự hấp thu nội bào
Là quá trình thu hút kim loại bởi các vi sinh vật sống, phụ thuộc vào sự trao đổi
năng lượng chuyển hoá, để thực hiện quá trình này các vi khuẩn cần phải có những hệ
thống trao đổi đặc biệt, phụ thuộc vào sự thích ứng với các kim loại khác nhau. Khả
năng tích tụ kim loại có thể xảy ra trong và ngoài tế bào vi khuẩn
2.2.2 Công nghệ xử lý ô nhiễm đất (Bioremediation)
Bioremediation là công nghệ xử lí đất ô nhiễm dựa trên nguyên tắc thêm các chất
dinh dưỡng,oxi hoặc các siêu vi sinh vật vào để làm tăng hoạt tính,số lượng của vsv
bản địa.
Tùy thuộc vào đặc điểm của hệ vi sinh vật nơi đất ô nhiễm mà người ta chia làm
hai dạng công nghệ xử lý chính là công nghệ Biostimualation và Bioaugmentation.
 Biostimualationhay còn gọi là kích thích sinh học, là phương pháp thúc đẩy sự
phát triển và hoạt tính trao đổi chất của tập đoàn vi sinh vật bản địa có khả năng sử
dụng các chất ô nhiễm bằng cách tác động tới các yếu tố môi trường như độ ẩm, pH,
nồng độ oxy, chất dinh dưỡng,
Kích thích sinh học thường được sử dụng cho những vùng ở đó: cộng đồng vi sinh
vật phân huỷ sinh học tự nhiên các chất ô nhiễm và các điều kiện môi trường tại đây
hoạt động với hiệu quả và hoạt tính thấp.
Ưu điểm của phương pháp này là xử lý sinh học sẽ được thực hiện bởi vi sinh vật
bản địa được phân bố đều theo không gian nên rất phù hợp với môi trường dưới mặt
đất, chi phí thấp. Tuy nhiên, nó chỉ có hiệu quả với một số vùng và có thể không thu
được kết quả như mong muốn do khó khăn để phát tán các chất bổ sung trên vùng bị
ảnh hưởng .
 Bioaugmentation hay còn gọi là tăng cường vi sinh vật, là phương pháp bổ sung
siêu vi sinh vật cùng chất dinh dưỡng khi số lượng vi sinh vật bản địa không có khả
năng xử lý chất gây ô nhiễm. Những vi khuẩn bổ sung thêm này có quá trình chuyển
hóa với hệ enzim đặc hiệu và khả năng tăng số lượng nhanh sẽ làm giảm các chất gây ô
nhiễm.
Bioaugmentation có khả năng làm giảm nhiều chất như: chất béo,dầu,prorein và
tinh bột, ….

Quá trình này được đánh giá là an toàn và chi phí hiệu quả.
Người ta ước tính rằng việc loại bỏ chất cặn bã sẽ có chi phí $ 1.000.000. Khi các
vi sinh vật thích hợp đã được thêm vào, cô lập, và được sản xuất bằng cách sử dụng
phương pháp bioaugmenatation mô tả ở trên, tỷ lệ phần trăm của các chất rắn giảm từ
20% xuống còn 1,5% với chi phí ít hơn $ 50,000 .
Tuy nhiên cần nghiên cứu và sản xuất ra các chủng vi sinh vật có sự thích nghi với
môi trường cao,tăng sinh khối lớn cần nhiều thời gian và công sức lớn.

2.1.3 Một số loài vi sinh vật có khả năng xử lý ô nhiễm đất:
 VSV phân giải chất hữu cơ
Vi sinh vật phân huỷ cellulose
nhờ có hệ enzym cellulose ngoại bào nhưng chủ yếu
là các chi thuộc nhóm vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kị khí và các xạ khuẩn hiếu khí.
-Các vi sinh vật hiếu khí :Arzotobacter, Achromobacter, Pseudomonas,
Cellulomonas, Vibrio, Cellvibrio, Bacillus, Cytophaga, Angiococcus, Polyangium,
Sorangium,…(vi khuẩn hiếu khí); Micromonospora, Proactinomyces, Actinomyces,
Streptomyces,…(xạ khuẩn).Trong đó chi Bacillus, Fravobacterium và Pseudomonas là
các chi phân lập được có tần suất cao nhất.
-Vi khuẩn kị khí :Ruminococcus flavefeciens,Bacteroides succinpgenes, Butyrivibrio
fibrisolvens, Clostridium cellobioparum, Cillobacterium,
• Các vi sinh vật phân giải protein
N
hóm vi khuẩn chính phân giải protein là vi khuẩn
nitrat hoá, vi khuẩn nitrit hóa
vi khuẩn cố định nitơ.
Nhóm vi khuẩn nitrit hoá: Nitrozomonas,
Nitrozocystic, Nitrozolobus và
Nitrosospira, chúng đều thuộc loại tự dưỡng bắt buộc, không có khả năng sống trên
môi trường thạch.
Nhóm vi khuẩn nitrat hoá tiến hành oxi hoá NO

2
-
thành NO
3
-
: Nitrobacter,
Nitrospira và Nitrococcus.
Nhóm vi khuẩn cố định nitơ: Azotobacter;
Clostridium
Clostridium pastenisium
• Vi sinh vật phân giải tinh bột
Một số vi sinh vật có khả năng tiết ra môi trường đầy đủ các loại enzym trong hệ
enzym amilaza.
.
Vi khuẩn thuộc chi Bacillus,Cytophaza,
Pseudomonas
Xạ khuẩn cũng có một số các chi Aspergillus, Fusarium, Rhizopus
.
Đa số các vi sinh vật
không có khả năng tiết đầy đủ hệ enzym amilaza phân huỷ
tinh bột. Chúng chỉ có thể
tiết ra môi trường một hoặc một vài men trong hệ đó. Ví dụ
như các loài Apergillus
candidus, Pasteurianum, Bacillus sublitis, B. Mesenterices,
Clostridium, A. Oryzae
chỉ có khả năng tiết ra môi trường một loại enzym amilaza.
Các loài Aspergillus
oryzae, Clostrinium acetobuliticum chỉ tiết ra môi trường
enzyme amiolaza.
• Vi sinh vật phân giải phosphat

Phospho được tích luỹ trong đất khi động thực vật chết đi, những hợp chất phospho
hữu cơ này được vi sinh vật phân giải tạo thành các hợp chất phospho vô cơ.
Vi khuẩn: Bacillus và Pseudomonas. Các loài có khả năng phân giải mạnh là B.
Megatherium, B. Mycoides, B.butyricus, B.mycoides và Pseudomonas sp, Pseudomonas
radiobacter, P.gracilis.
Ngày nay, người ta đã phát hiện ra một số xạ khuẩn và vi nấm cũng có khả năng phân
giải phospho hữu cơ. Trong nhóm vi nấm thì Aspergillus niger có khả năng phân giải
mạnh nhất.
Hình ảnh một số chủng vi sinh vật:
Bacillus sublitis
Apergillus
candidus
Phaeolus schweiniti
Trichoderma
Clostridium pastenisium
Fusarium
 VSV hấp thu kim loại nặng
Vi sinh vật Nguyên tố% Khả năng hấp thu,%trọng
lượng khô
Vi khuẩn S.viridochromogenes
Citrobacter sp

Zoogloea sp
Uranium
Pb
Cadimium
Cobalt
Uranium

30

34-40
170
900
25
Tảo Rhizobus arhizus Pb
Thronium
Uranium
Vàng
10
19
10
10
Nấm men accharomyces Thronium
Uranium
10-15
12
• Một số ví dụ điển hình
Đối tượng vi sinh: Geobacter.
Vào năm 1987- Derek Lovley, nhà vi sinh vật tại ĐH Massachusetts Amherst, Mỹ
đã phát hiện Geobacter sử dụng sắt oxide - đặc biệt là gỉ sắt - để tồn tại.
Cơ chế xử lý:
Geobacter biến kim loại từ dạng hoà tan thành dạng rắn, làm cho kim loại tách
khỏi nước ngầm
Nghiên cứu ứng dụng:
Geobacter loài được biết đến như là một trong những nhóm vi sinh vật nổi trội
trong việc giảm hàm lượng chất sắt trong môi trường.Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy
chúng sống phổ biến trong vô số các môi trường nước ngầm và cho thấy rằng chúng có
khả năng hấp thụ một số kim loại nặng, trong đó có urani, plutoni, tecneti, và vanadi,
cũng như phân hủy một số chất hữu cơ, bao gồm cả hydrocacbon monoaromatic. Gần
đây, các loài Geobacter đã được sử dụng để tạo ra điện từ chất thải hữu cơ.

Geobacter metallireducens có thể chuyển hóa sắt linh động thành dạng rắn tách
khỏi nguồn nước ngầm. Nó ôxi hóa hoàn toàn cacbon hữu cơ như axit béo, rượu, và
các hợp chất monoaromatic đi đôi với giảm chất sắt.
 Các nghiên cứu trên thế giới
Trong một nghiên cứu của Demir (2004 -Thổ Nhĩ Kỳ) về phân hủy sinh học
benzen và toluen bằng T.versicolor. Các hợp chất monoaromatic không phân cực,
benzene và toluene được phân hủy sinh học bởi một trong những nấm thối trắng, cụ thể
là Trametes versicolor. Nghiên cứu được thực hiện tại các nồng độ của benzen và
toluen khác nhau là 50, 100, 200,350mg/l; pH bằng 5; nhiệt độ ở 28
o
C. Trong 48 giờ
nghiên cứu đã quan sát thấy rằng, nó loại bỏ được hoàn toàn khi nồng độ toluen là
50mg/l và hoàn thành trong 36 giờ khi nồng độ là 300mg/l.Với benzen thì nó cũng
hoàn thành vào cuối giờ thứ 4 khi nồng độ là 50mg/l nhưng với nồng độ 300mg/l thì nó
kéo dài đến 42 giờ. Phân hủy sinh học đã được hoàn thành vào cuối giờ thứ 4 ở nồng
độ benzene 50 mg / l, trong khi nó kéo dài 42 giờ với nồng độ 300 mg / l. Với sự bổ
sung của rượu veratryl (3,4-Dimethoxybenzyl rượu) vào môi trường thức ăn cơ bản,
hoạt động của các hệ thống enzyme tốc độ đạt được và phân hủy sinh học hoàn thành
trong một khoảng thời gian ngắn hơn.
 Các nghiên cứu ở Việt Nam
• Chế phẩm sinh học Sagi Bio
PGS.TS.Tăng Thị Chính và các cộng sự thuộc Viện Công nghệ môi trường đã tiến
hành nghiên cứu thành công chế phẩm vi sinh học Sagi Bio, đây là phương pháp xử lý
chất thải bằng công nghệ sinh học, với cơ chế dựa trên các hoạt động sống của vi sinh
vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong chất thải, để xử lý chất thải. Các
chế phẩm sinh học Sagi Bio gồm các chủng vi khuẩn và xạ khuẩn được tuyển chọn và
được đánh giá có mức độ an toàn sinh học cao. Chế phẩm sinh học Sagi Bio được sản
xuất từ các chủng vi sinh vật hữu ích thuộc nhóm chịu nhiệt và ưa nhiệt (nhiệt độ sinh
trưởng tối ưu 45-55
0

C) sinh tổng hợp mạnh các enzym ngoại bào (xenlulaza, amylaza
và proteinaza) để phân hủy nhanh các chất thải hữu cơ thành mùn. Cạnh tranh dinh
dưỡng và ức chế các vi sinh vật gây bệnh trong chất thải, giảm phát sinh mùi hôi thối
và làm sạch môi trường.
Sagi Bio có tác dụng thúc đẩy nhanh quá trình phân huỷ chất thải hữu cơ (chất thải
sinh hoạt, phụ phẩm nông nghiệp: rơm rạ, phân gia súc, gia cầm, than bùn ) ở nhiệt độ
cao 55-60
0
C, rút ngắn thời gian ủ xử lý từ 2 tháng xuống còn 1 tháng, biến chất thải
hữu cơ thành nguồn phân hữu cơ phục vụ cho sản xuất nông lâm nghiệp và cải tạo đất,
tái sử dụng chất thải để tạo ra các sản phẩm hữu ích.
• Ở Việt Nam, Nguyễn Thị Kim Cúc và Phạm Việt Cường đã tiến hành phân lập và
tuyển chọn một số chủng thuộc chi Pseudomonas có khả năng phân huỷ được Metyl
parathion và đạt được kết quả khả quan.
2.2.3 Mối tương tác giữa thực vật và VSV trong cải tạo ô nhiễm đất
Hệ thống rễ TV hình thành mối quan hệ tương hỗ, cộng sinh với các VSV sống
quanh nó
+ TV cung cấp CHC cho VSV vùng rễ
à
giúp VSV tiến hành TĐC và chuyển
hóa năng lượng.
+ VSV cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, đặc biệt làm giảm, khử độc tính của
KL
à
TV sinh trưởng và phát triển tốt hơn
• VSV vùng rễ phát triểnà tăng khả năng xâm nhập vào rễ TV à tăng quá
trình bài xuất các chất tiết àtăng khả năng hòa tan các chất khoáng (KLN)
• Hoạt động sinh lý- sinh hóa của VK vùng rễ à tăng quá trình phân giải các
khoáng chất , các phức hữu cơ
 Nấm rễ AMF

AMF đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ cây khỏi độc tố, chuyển hóa
và cố định KLN, tăng khả năng hấp thụ KLN trong Phytoremediation
• AMF sản xuất các chất tiết proton, axit hữu cơ, phosphatases, và các chất
chuyển hóa khác để hòa tan và tạo phức của các cation kim loại (Singh,
2006).
• Sợi nấm AMF tiết glomalin liên kết với các KL tạo thành phức chất
àcố định các KL xung quanh vùng rễ
• AMF tổng hợp các chất tạo phức nội bào (polyphosphates, metallothioneins)
• KLN được giữ trong cấu trúc của sợi nấm ở rễ và trong bào tử
• Glomus moseae có thể giữ Zn với nồng độ 1200 ppm trong các mô nấm
và G.versiforme là 600 ppm.
• AMF nhiễm vào rễ dương xỉ (pteris vittata và Pityrogramma calomelanos)
- sinh trưởng của chúng được tăng cường à sinh khôi tăng cao
(pteris vittata tăng 30,85-46,37%, Pityrogramma calomelanos tăng 39,96 –
44,85%)
à tăng hiệu quả tích lũy Asen
- hình thành các axit hữu cơ và chất tiết xung quanh vùng rễ à tăng tính linh
động của các KLN
4. Tài liệu tham khảo
1. Sách “Xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật ( Phytoremediation)” Bộ
nông nghiệp và phát triển nông thôn – nhà xuất bản nông nghiệp.
2. Công nghệ xử lý kim loại nặng trong đất bằng thực vật – hướng tiếp cận và
triển vọng. VÕ VĂN MINH – VÕ CHÂU TUẤN( Trường Đại học Sư
phạm, Đại học Đà Nẵng)
3.
17359669
4.
5.
contamination/phytoremediation-of-soils-contaminated-with-metals-and-
metalloids-at-mining-areas-potential-of-nativ

6.
projects/geoenvironmental-remediation-technologies/phytoremediation?
showall=1&limitstart
7.
a=d&d=TTbGWOTKLLGO2009.1.12&e= vi-20 1 img-txIN #
8.
de-xu-ly-mot-so-kim-loai-nang-trong-dat-tai-cac-vung-khai-thac-mo.aspx
9. shttp ://www.caitaodat.com/2013/06/trong-cay-duong-si-cai-tao-at-nhiem-
kim.html
10.
11. :8000/dspace/bitstream/123456789/308/1/levnu002
0.pdf
Một lỗ huyệt Entereo, một loại vi khuẩn đất được phát hiện để có thể sử dụng ester nổ
như là nguồn nitơ. Enzyme được sản xuất bởi vi khuẩn này là PETN reductase và
nitroreductase. Cả hai của các enzym làm suy giảm TNT vào sản phẩm ít gây hại. Các gen
thể hiện việc sản xuất những enzyme 2 được đưa vào cây thuốc lá Thuốc lá (Nicotiana
tabacum).
THEO NHƯ T ĐỌC VÀ HIỂU THÌ NÓ NHƯ THẾ NÀY :=))
* Cơ chế tăng cường hấp thu KLN cho vùng rễ nhờ AMF
- AMF có các vị trí liên kết kim loại và có thể là sản phẩm nội bào và ngoại
bào có ái lực cao với kim loại
+ Sợi nấm intraradical và extraradical của AMF có tiềm năng hấp phụ kim
loại ( Marschner et al , 1998; . . Joner et al , 2000) . Hầu hết các kim loại được
chứng minh là có liên kết với các thành phần của vách tế bào như chitin ,
cellulose ,các dẫn xuất cellulose Galli et al . , 1994) . Các lớp mỏng của vách bào tử
Glomus geosporum AMF được cấu tạo chủ yếu từ chitin ( Sabrana et al ., 1995) .
à có khả năng hấp phụ các KL
+ ERM (extraradical mycelium) của AMF tích lũy Cu trong vùng nhầy bên
ngoài sợi nấm, thành tế bào và bên trong tế bào chất sợi nấm.
- AMF sản xuất các chất tiết như proton, axit hữu cơ, phosphatases, và các chất

chuyển hóa khác để hòa tan và tạo phức của các cation kim loại (Singh, 2006).
à giải phóng các kim loại khỏi thành phần của đất hoặc kết tủa tại vùng rễ
+ Axit cacboxylic tiết ra bởi AMF có thể hòa tan các kim loại nặng bị ràng buộc
với cacbonat và nâng cao phytoaccumulation của chúng (Giasson et al., 2005a).
+ Sự tạo thành các chelat giữa a.hữu cơ (a.oxalic) vơi KL (Al, Fe) hoặc KL với
polisaccaride và giữ chúng tại đó.
- AMF tổng hợp các chất tạo phức nội bào ( polyphosphates, metallothioneins… )
hoặc kết tủa nội bào với photphates (PO
4
3-
)
Khả năng của một sinh vật chịu đựng và chống lại độc tính kim loại
có thể liên quan đến nhiều hơn một trong những cơ chế sau đây ( Gadd ,
1993 , 2005 ;
Leyval và Joner , năm 2001; Lux và Cumming , năm 2001; Ouziad et al ,
2005 .
Sudová và Vosátka , 2007) :
• Biểu hiện gen nấm
• hấp thu các kim loại ngoại bào và kết tủa
• Sản xuất metallothioneins (kim loại liên kết protein)
• Tránh các kim loại ( giảm hấp thu hoặc tăng sự bốc hơi , hình thành
các phức bên ngoài tế bào , tiết các axit hữu cơ , vv)
• Chất tạo phức nội bào ( polyphosphates, metallothioneins… )
Sự ngăn cách trong không bào lá
• Mất lá trong mùa khô hoặc lạnh
• Sự tương tác giữa P và kim loại ( P tăng sự hấp thu của cây chủ )
• Sinh học hấp phụ qua glomalin
• bay hơi .
Các dịch tiết , chẳng hạn như axit citric và các hợp chất hữu cơ , phát hành
từ thực vật và vi sinh vật đất rất hiệu quả trong qua trình hòa tan và giải phóng các

kim loại từ các thành phần đất (Murphy và Levy , 1983 ; Gadd , 1990 ) .
Sợi nấm nội bào và ngoại bào của AMF có tiềm năng hấp phụ kim loại
( Marschner et al , 1998; . . Joner et al , 2000) . Hầu hết các kim loại được chứng
minh là có liên kết với các thành phần của vách tế bào như chitin , cellulose ,các
dẫn xuất cellulose ( Galli et al . , 1994)
Gonzalez-Chavezet al. (2002a, b) thiết kế một bộ thí nghiệm để
điều tra các đặc điểm của sự hấp phụ và tích lũy Cu bởi hệ
sợi nấm ngoại bào - (ERM- extraradical mycelium) của Glomusspp khác nhau.
(Glomus caledonium BEG133, Glomus claroideumBEG134, Glomus
mosseaeBEG132 từ vùng đất mỏ ô nhiễm Cu (Sorghum vulgareL.)
ERM của AMF có thể hấp phụ và tích lũy Cu.
• ERM của AMF tích lũy Cu trong vùng nhầy bên ngoài sợi nấm , thành tế
bào và bên trong tế bào chất sợi nấm.
• Sự tích lũy Cu chủ yếu là liên kết với Fe trong vùng nhầy bên ngoài sợi nấm
và trong thành tế bào.
• Cu được kết hợp với arsenate ở trong tế bào chất ERM của Glomus mosseae
BEG134 .
• arsenate có thể được tích lũy bên trong tế bào chất giống
như polyphosphates .
AMF có các vị trí liên kết kim loại và có thể là sản phẩm nội bào và ngoại
bào có ái lực cao với kim loại. những vị trí liên kết khác nhau với các loài AMF.
Mặc dù các cơ chế tăng cường sự hấp thu cho rễ không hoàn toàn được biết
đến , một số trong số chúng là ( Gadd , 1990 , 1993;Joneret al ., 2000; Gonzalez -
Chavez et al , 2004) . :
• Chuyển giao kim loại đến các sợi nấm bằng cách trao đổi cation và các chất
tạo phức
• Tương tác với các sản phẩm tổng hợp của sợi nấm hoặc chất chuyển hóa như
chitin và glomalin , glycoprotein hòa tan. Các lớp mỏng của vách bào tử
Glomus geosporum AMF được cấu tạo chủ yếu từ chitin ( Sabrana et al .,
1995) .

• Sự tạo phức của kim loại bên trong AMF .
• Kết tủa nội bào với phosphate ( PO4 ) .
Ảnh hưởng của AMF về sự tăng trưởng và sự hấp thu các kim loại của
thưc vật
AM cũng có thể bảo vệ vật chủ của chúng khỏi các độc tính của kim loại
hoặc á kim thông qua (Zhu et al, 2001 Bai et al, 2008 ):
• Dinh dưỡng P bằng cách kích hoạt P;
• kết tủa hóa học trong đất;
• pha loãng mô do tăng sinh khối thực vật,
• sợi nấm hấp thu các kim loại
• sự cố định rễ
AMF có tác động khác nhau để hấp thu kim loại (chuyển giao và
tích tụ trong các mô thực vật) và sự tăng trưởng của cây chủ. Hầu hết các
biến thể có thể được tóm tắt như sau:
• sự hấp thu kim loại vào thực vật được tăng cường hay kìm nén (Kothari et al
1990,;. Li et al, 1991;. Ietswaart et al., 2002; . Bai et al, 2008);
• sự tích lũy kim loại bằng chồi cây được giảm theo nồng độ kim loại cao và
tăng dưới nồng độ KL bình thường(Toler et al, 2005.);
• sự hấp thu kim loại bằngTV giảm và tăng trưởng thực vật được tăng cường
(Weißenhorn et al, 1995b.);
• nồng độ kim loại trong chồi thấp hơn ở các nồng độ kim loại trong đất cao
nhất (Leyval et al., 1991);
• sự hấp thu kim loại hoặc là không bị ảnh hưởng hoặc không tăng trong rễ
cộng sinh ,tùy thuộc vào bản chất của kim loại (Weißenhorn và Leyval,
1995);
• tích lũy kim loại trong rễ và năng suất chất khô của lá và rễ tăng (Bai et al,
2008.).
AMF có thể tổng hợp cysteine giàu liên kết các protein gọi là kim loại
metallothioneins (Gadd và White, 1989) àdo đó có thể trực tiếp liên quan đến sự
siêu tích lũy kim loại nặng trong thực vật.

AMF sản xuất proton, axit hữu cơ, phosphatases, và các chất chuyển hóa
khác để hòa tan và tạo phức của các cation kim loại (Singh, 2006).
Hơn nữa, loại nấm rễ có thể axít hóa cho vùng rễ bằng cách giải phóng
các axit hữu cơ như axit citric và oxalic (xem hình. 1) (Leyval và Joner,
2001). Axit oxalic là một tác nhân lọc cho một loạt các kim loại, chẳng
hạn như Al, Fe và Li, tạo thành phức tan loại-oxalat (Singh, 2006). Hầu
hết các cơ chế quan trọng trong việc điều chỉnh trạng thái của kim loại
nặng bởi cacbonat có liên quan đến biến đổi pH. Axit cacboxylic phát
hành bởi AMF có thể hòa tan các kim loại nặng ràng buộc với cacbonat
và nâng cao hytoaccumulation của chúng (Giasson et al., 2005a).