Cấu tạo giải phẫu và sự thay đổi tế bào, khả năng- 123docz.net

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.4. Thực nghiệm đánh giá vai trò của các sinh vật thuỷ sinh trong quá trình cải thiện chất lượng nước và trầm tích sông Nhuệ

3.4.2. Sự tăng trưởng, phát triển, thay đổi về thành phần vật chất trong mô của các loài TVTS

3.4.2.2. Cấu tạo giải phẫu và sự thay đổi tế bào, khả năng tăng trưởng, thành phần vật chất của cây rau muống sau thí nghiệm

Cây rau muống có tên khoa học là Ipomoea aquatica là một loài thực vật nhiệt đớibán thủy sinh thuộc họ Bìm bìm (Convolvulaceae), là một loại rau ăn lá. Rau muống có nguồn gốc nhiệt đới châu Á, khu vực Nam và Đông Nam Á, nhiệt đới

châu Phi, Trung Á, Nam Mỹ và châu Đại Dương. Tại Việt Nam, nó là một loại rau rất phổ thông và rất được ưa chuộng bởi giàu dưỡng chất và là thức ăn phổ biến thứ hai sau gạo ở Việt Nam [59]. Rau muống có hai loại trắng và tía, mỗi loại có đặc tính riêng. Cả hai loại đều có thể trồng trên cạn hoặc dưới nước. Rau muống trồng trong thí nghiệm này là rau muống tía. Cây rau muống có thân rỗng, dày, có rễ mắt, không lông. Lá hình ba cạnh, đầu nhọn, đôi khi hẹp và dài. Hoa to, có màu trắng hay hồng tím, ống hoa tím nhạt, mọc từng 1-2 hoa trên một cuống. Quả nang tròn, đường kính 7–9 mm, chứa 4 hạt có lông màu hung, đường kính mỗi hạt khoảng 4 mm.

Rau muống là cây ngắn ngày, sinh trưởng nhanh cho năng suất cao, sống được ở nhiệt độ cao và đủ ánh sáng. Nhiệt độ tối ưu của rau muống từ 24 tới 30°C [90]. Ipomoea aquatic F. ưa độ ẩm cao, thường được thả thành bè trên mặt thuỷ vực nước ngọt hoặc được trồng trên đất ẩm ướt như cánh đồng lúa nước [79]. Có thể trồng rau muống trên nhiều loại đất: đất sét, đất cát, đất pha cát, đất ẩm giàu mùn hoặc đất được bón phân hữu cơ. Cũng có thể trồng rau muống ở bề mặt các thuỷ vực nước ngọt. Tuy nhiên, dù là đất hay nước, môi trường có độ pH= 5,3 – 7 là phù hợp với sự phát triển của cây rau muống [90]. Rau muống rất thích hợp trồng tại những nơi có ánh sáng cao. Loài này phát triển yếu dưới bóng râm, trong bóng râm cây giảm khả năng sinh trưởng, phát triển [79]. Rau muống thường được trồng từ tháng 4 đến tháng 10 và thu hoạch từ tháng 5 đến tháng 12 ở Việt Nam [59]. Cây rau muống có khả năng hấp thụ rất cao các chất hòa tan trong nước như nitơ, photpho và các nguyên tố kim loại nặng có trong nước bị ô nhiễm.

a) Cấu tạo giải phẫu và sự thay đổi tế bào

- Thân: Thân cây rau muống mang cấu tạo đặc trưng của thực vật hai lá mầm với tầng sinh mạch hoạt động mạnh hơn rất nhiều so với ngổ; Ngoài cùng là một lớp tế bào biểu bì rất nhỏ, tầng cutin khá dày có vai trò bảo vệ các tổ chức bên trong. Dưới biểu bì là mô dày, gồm vài lớp tế bào, các tế bào mô dày tạo thành dải liên tục.

Mô mềm vỏ hình trứng, xếp khá sát nhau, ít để lại khoảng gian bào chứa khí.

Trong khối mô mềm vỏ có rất nhiều ống nhựa mủ, đó là những tế bào lớn, dị hình thường nằm gần với mô cứng. Tế bào mô cứng dạng chuỗi hạt là giới hạn ngoài cùng của trụ dẫn.

Hình 3.13. trình bày cấu tạo giải phẫu thân cây rau muống còn Hình 3.14.

trình bày cấu tạo giải phẫu tế bào của thân cây rau muống.

Hình 3.13. Cấu tạo giải phẫu thân cây rau muống

Hình 3.14. Cấu tạo giải phẫu tế bào của thân cây rau muống

Các bó dẫn phân bố khá rời rạc, trong cấu tạo thân rau muống, tầng cambium hoạt động không đều các tế bào mô phân sinh hoạt động mạnh tại vị trí của bó sơ cấp và hoạt động yếu hơn ở khoảng giữa hai bó sơ cấp. Các tế bào không dẫn trong phần trụ dẫn nhiều, phát triển có chức năng nâng đỡ cơ học. Bó dẫn thứ cấp gồm các bó gỗ, libe xếp chồng chất. Kích thước mạch gỗ khá lớn cho nên cây không có khả năng chịu hạn.

- Rễ cây: Ở rễ cây rau muống, cấu tạo sơ cấp chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn sau đó bị thay thế bởi cấu tạo thứ cấp. Hình 3.15 trình bày cấu tạo giải phẫu tế bào rễ cây rau muống và Hình 3.16 trình bày cấu tạo giải phẫu trụ rễ cây rau muống.

Hình 3.15. Cấu tạo giải phẫu tế bào rễ cây rau muống

Bảng 3.9. Kích thước các tế bào ở thân cây rau muống trước và sau thí nghiệm

Mẫu Thời điểm phân tích

Tế bào biểu bì (μm)

Mô dày tròn (μm)

Mô mềm vỏ (μm)

Xylem (μm)

Chiều dài tế bào biểu

bì (μm) Trước TNG 12,55± 1,9 15,2 ± 1,7 25,5 ± 2,9 15 ± 4,2 110,5 ± 19,4 Rau muống Cầu Tó

(Bể số 1c) Cuối TNG 25,1 ± 1,5 23,4 ± 2,3 30,7 ± 4,0 37,3 ± 12,1 203,3 ± 33,3 Trước TNG 12,55± 1,9 15,2 ± 1,7 25,5 ± 2,9 15 ± 4,2 110,5 ± 19,4 Rau muống C Chiếc

(Bể số 2c) Cuối TNG 25,1 ± 1,4 23,4 ± 2,2 30,7 ± 4,2 37,3 ± 12,0 203,3 ± 33,0

Trước TNG 12,55± 1,9 15,2 ± 1,7 25,5 ± 2,9 15 ± 4,2 110,5 ± 19,4 Rau muống ĐQuan

(Bể số 3c) Cuối TNG 25,1 ± 1,2 23,4 ± 2,2 30,7 ± 4,4 37,3 ± 12,0 203,3 ± 33,0 Trước TNG 12,55± 1,9 15,2 ± 1,7 25,5 ± 2,9 15 ± 4,2 110,5 ± 19,4 Rau muống CThần

(Bể số 4c) Cuối TNG 25,1 ± 1,0 23,4 ± 2,0 30,7 ± 5,0 37,3 ± 11,8 203,3 ± 33,1

Kích thước các tế bào ở thân cây rau muống sau thí nghiệm tăng lên so với các tế bào ở thân cây trước thí nghiệm, đặc biệt là tế bào xylem (tăng từ 2 đến 3 lần) và chiều dài tế bào biểu bì (tăng gấp đôi). Tuy nhiên về cấu trúc và thứ tự sắp xếp tế bào, các bó mạch không có sự thay đổi. Bảng 3.9 trình bày kích thước trước và sau thí nghiệm các tế bào của cây rau muống.

Quan sát về hình thái, nhận thấy không có sự biến đổi nhiều, màu xanh của lá có sự thay đổi, lá cây trước thí nghiệm có màu xanh đậm, lá cây sau thí nghiệm có màu xanh nhạt hơn rõ rệt. Kích thước các tế bào ở thân cây rau muống sau thí nghiệm tăng lên so với các tế bào ở thân cây trước thí nghiệm, đặc biệt là tế bào xylem (tăng từ 2 đến 3 lần) và chiều dài tế bào biểu bì (tăng gấp đôi). Tuy nhiên về cấu trúc và thứ tự sắp xếp tế bào, các bó mạch không có sự thay đổi. Quan sát về hình thái, nhận thấy không có sự biến đổi nhiều, màu xanh của lá có sự thay đổi, lá cây trước thí nghiệm có màu xanh đậm, lá cây sau giai đoạn thí nghiệm có màu xanh nhạt hơn rõ rệt. Bảng 3.9 trình bày kích thước trước và sau thí nghiệm các tế bào của cây rau muống.

Hình 3.16. Cấu tạo giải phẫu trụ rễ cây rau muống b) Khả năng tăng trưởng thực vật:

Khả năng tăng trưởng thực vật của cây rau muống được thể hiện qua sự tăng lên của số nhánh cây, chiều dài thân cây và sự tăng lên của sinh khối. Kết quả thí nghiệm cho thấy cây rau muống có tỷ lệ chết ở các môi trường thí nghiệm khác nhau từ 0 ÷ 30%, trong đó tỷ lệ chết cao nhất tại Cầu Tó (23%), tiếp theo tại Cầu Chiếc (17%) và Đồng Quan (6%). Không có thân rau muống nào bị chết ở bể nuôi bằng mẫu nước và trầm tích tại Cống Thần.

Tất cả các mẫu cây chỉ bị chết ở giai đoạn 1 của thí nghiệm. Trong giai đoạn 2, không có thân cây rau muống nào bị chết có thể là do các cây đã quen môi trường, hơn nữa tải lượng các chất ô nhiễm đã giảm cũng là thuận lợi cho sự tồn tại và phát triển của rau muống. Rau muống có tỷ lệ sống tốt hơn nhất ở Cống Thần, sau đó đến Đồng Quan, tỷ lệ sống sót kém tại Cầu Chiếc, kém nhất tại Cầu Tó.

Sự thay đổi số lượng thân cây và chiều dài thân cây vào 3 thời điểm đầu, giữa và cuối thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.10

Bảng 3.10. Chiều dài của cây rau muống trước và sau thời gian thí nghiệm Mẫu Hình thái thực

vật

Trước TNG

Giữa TNG Cuối TNG Chiều dài (cm) 30 ± 3 32 ± 5 34 ± 5

Số thân cây 30 39 48

Rau muống Cầu Tó

(Bể số 1c) Số thân cây bị chết 7 0

Chiều dài (cm) 30 ± 3 32 ± 5 35 ± 7

Số thân cây 30 45 56

Rau muống C Chiếc

(Bể số 2c) Số thân cây bị chết 5 0

Chiều dài (cm) 30 ± 3 33 ± 5 34 ± 7

Số thân cây 30 53 62

Rau muống

ĐQuan(Bể số 3c) Số thân cây bị chết 2 0

Chiều dài (cm) 30 ± 3 33 ± 5 35 ± 8

Số thân cây 30 56 65

Rau muống

CThần(Bể số 4c) Số thân cây bị chết 0 0

và phát triển của rau muống. Rau muống có tỷ lệ sống tốt hơn nhất ở Cống Thần, sau đó đến Đồng Quan, tỷ lệ sống sót kém tại Cầu Chiếc, kém nhất tại Cầu Tó.

Rau muống có khả năng phân nhánh mạnh qua tất cả các giai đoạn thí nghiệm.

Khác với cây thuỷ trúc, ngay trong tuần đầu thí nghiệm, là giai đoạn cây bắt đầu phục hồi sau khi trồng nhưng ảnh hưởng của hàm lượng các chất ô nhiễm ở các vị trí khác nhau đến khả năng đẻ nhánh của cây rau muống đã biểu hiện rõ. Các cây rau muống ở Cống Thần đẻ từ 5÷7 nhánh/ khóm, trong khi ở Cầu Tó chỉ là 3÷4 nhánh/ khóm. Sự phân nhánh khá tương đồng ở tuần còn lại cho kết quả phân nhánh tổng cộng ở Cống Thần là 35, ở Đồng Quan là 34, ở Cầu Chiếc là 31 còn ở Cầu Tó chỉ 25 nhánh. Số nhánh cây tăng lên góp phần tích cực vào việc xử lí KLN trong môi trường của rau muống vì chúng làm tăng khả năng vận chuyển và trao đổi chất đồng thời còn giúp thoát hơi nước và các chất ra bên ngoài theo đường khí khổng của lá.

Sinh khối tươi và sinh khối khô: Trong thí nghiệm, sinh khối tươi được dùng ban đầu là 300g/ bể tương đương với mật độ thực vật là 1714g/m2. Sinh khối khô ban đầu được xác định là 20,18g/ bể. Tỷ lệ sinh khối tươi/ sinh khối khô ban đầu là 22,6.

Bảng 3.11. Sinh khối và năng suất của cây rau muống trước và sau thí nghiệm

Mẫu Trước TNG Giữa TNG Cuối TNG

mTLT (g) 300 368,48 426,82

mTLK (g) 13,2 3,25 20,32

TLT/TLK 22,6 21,1 21

Rau muốngCTó

(Bể số 1c) P(gTLK/m2/ng) 2,65 3,17

mTLT (g) 300 421,2 502

mTLK (g) 13,2 5,56 23,90

TLT/TLK 22,6 21,8 21

Rau muống CChiếc (Bể số 2c)

P(gTLK/m2/ng) 4,54 4,2

mTLT (g) 300 554,2 595,6

mTLK (g) 13,2 11,56 27,7

TLT/TLK 22,6 22,00 21,5

Rau muống Đ Quan (Bể số 3c)

P(gTLK/m2/ng) 9,43 2,41

mTLT (g) 300 577,8 619,3

Rau muống CThần mTLK (g) 13,2 12,51 28,15

TLT/TLK 22,6 22,20 22 (Bể số 4c)

P(gTLK/m2/ng) 10,21 1,99

Chú thích: mTLT: khối lượng tươi của thực vật; mTLK: khối lượng khô của thực vật;

P: năng suất thực vật TLT/TLK: tỷ lệ giữa khối lượng tươi và khối lượng khô của thực vật

Kết quả cân sinh khối giữa thí nghiệm ở các bể thu mẫu từ Cầu Tó, Cầu Chiếc, Đồng Quan tới Cống Thần lần lượt cho các sinh khối tăng 18%, 44%, 157%, 177%, sinh khối cuối thí nghiệm lần lượt cho các kết quả tăng 58%, 147%, 49%, 29%.

Như vậy, trong giai đoạn 1 của thí nghiệm, sinh khối cây rau muống tăng cao nhất tại Cống Thần, sau đó đến Đồng Quan. Sinh khối cây rau muống trong các thời điểm thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.11.

Sinh khối tăng thấp ở Cầu Tó và Cầu Chiếc là do có một phần lớn rau muống đã bị chết, hơn nữa hàm lượng các chất ô nhiễm quá cao trong môi trường cũng có thể đã kìm hãm sự sinh trưởng của rau muống. Trong giai đoạn 2 của thí nghiệm, khi hàm lượng các chất dinh dưỡng nitơ và photpho đã giảm đáng kể trong môi trường, nhận thấy sự tăng trưởng tốt hơn của rau muống ở các bể Cầu Tó và Cầu Chiếc, trong khi ở các bể Cống Thần và Đồng Quan, sự tăng trưởng lại chậm lại đáng kể.

Qua 2 giai đoạn thí nghiệm, sinh khối ở bể mẫu Cống Thần đã đạt giá trị cao nhất, tăng 206% so với ban đầu, sinh khối tăng thấp nhất được ghi nhận ở bể mẫu Cầu Tó với tổng lượng tăng sinh khối 76%, ở Cầu Chiếc 191% và ở Đồng Quan 191%. Như vậy năng suất của cây rau muống khi được trồng bằng nước và trầm tích sông Nhuệ được ghi nhận nằm trong khoảng 2,65 ÷10,21 gTLK/m2/ngày ở giai đoạn 1 thí nghiệm, 1,99 ÷ 4,2 gTLK/m2/ngày ở giai đoạn 2. Chia trung bình thì năng suất đạt cao nhất ở bể Cống Thần và thấp nhất ở bể Cầu Tó.

Tỷ lệ sinh khối tươi/ sinh khối khô sau thí nghiệm đã thay đổi rõ rệt. Trong khi tỷ lệ này ban đầu là 22,6 thì sau thí nghiệm, con số này là 21÷22, cao nhất tại Cống Thần và thấp nhất tại Cầu Chiếc. Sự thay đổi tỷ trọng này chứng tỏ một hàm lượng đáng kể các chất có tỷ trọng cao như các kim loại nặng cũng đã được rau muống hấp thụ tạo sinh khối thực vật.

c) Hàm lượng, thành phần các chất trong mô của cây rau muống trước và sau thí nghiệm

- Đối với chất ô nhiễm là hợp chất của nitơ và photpho:

Kết quả phân tích mô thực vật trước giữa và cuối thí nghiệm chứng minh hàm lượng các chất dinh dưỡng nitơ và photpho trong các mô của rau muống đã tăng rõ rệt trong quá trình thí nghiệm. Hàm lượng nitơ tổng trong các mẫu rau muống trước thí nghiệm là 13,4 mg/gTLK. Sau giai đoạn 1 thí nghiệm, hàm lượng này nằm trong khoảng 13,5 ÷ 13,6mg/gTLK (tăng từ 0,1÷1,2 mg/gTLK trong các mô của thực vật); Ở cuối giai đoạn 2, hàm lượng TN trong mô các TV đã được thu hoạch nằm trong phạm vi 13,5 ÷14,3 (tăng từ 0,1÷0,9 mg/gTLK trong các mô của thực vật).

Hàm lượng photpho tổng trong các mẫu rau muống trước thí nghiệm là 3mg/gTLK.

Sau giai đoạn 1 thí nghiệm, hàm lượng TP nằm trong khoảng 3,01 ÷ 3,14 mg/gTLK (tăng từ 0,01 ÷ 0,14 mg/gTLK trong các mô của thực vật); Ở cuối giai đoạn 2, hàm lượng TP trong mô các thực vật đã được thu hoạch nằm trong phạm vi 3,1 ÷3,3 (tăng từ 0,1÷0,3mg/ trong các mô của thực vật). Hình 3.17 biểu diễn sự thay đổi hàm lượng nitơ tổng và photpho tổng trung bình trong các mô của các mẫu rau muống trước và sau thí nghiệm.

Chú thích: 1. Mẫu trồng bằng nước và TT tại Cầu Tó; 2. Mẫu trồng bằng nước và TT tại Cầu Chiếc;

3. Mẫu trồng bằng nước và TT tại Đồng Quan; 4. Mẫu trồng bằng nước và TT tại Cống Thần

Hình 3.17. Hàm lượng TN và TP trung bình trong mô của rau muống trước và sau thí nghiệm

- Đối với chất ô nhiễm là các KLN Fe, Zn

Kết quả phân tích cho thấy, trước thí nghiệm, một hàm lượng đáng kể của Fe trong mỗi gram trọng lượng khô thân, rễ, lá của TV đã được phát hiện. Không phát hiện thấy Zn trong các mô thực vật. Sau thí nghiệm, trong mỗi gram trọng lượng khô của rễ, thân, lá cây rau muống, có sự tăng lên vài lần hàm lượng Fe. Các mẫu rau muống thu được sau thí nghiệm có chứa hàm lượng Fe cao gấp từ 5,1 ÷13 lần (trong lá), 8,9÷ 13,4 lần (trong thân), 7÷8,5 lần (trong rễ). Mẫu có hàm lượng cao nhất của sắt trong rễ, thân là mẫu rau muống trồng bằng mẫu nước thu tại Cầu Tó.

Mẫu rau muống trồng bằng mẫu nước thu tại Cống Thần có hàm lượng cao nhất của sắt trong lá trong khi mẫu rau muống trồng bằng mẫu nước thu tại Đồng Quan có hàm lượng thấp nhất của sắt trong rễ.

TF từ rễ lên thân, lá của rau muống đối với Fe là (0,53÷ 0,69) và không khác nhau nhiều giữa các mẫu trồng bằng nước và trầm tích thu được từ các vị trí khác nhau trên đoạn sông. Bảng 3.12 trình bày khả năng hấp thu KLN Fe, Zn của rau muống khi được trồng trong mẫu nước và trầm tích thu được trên sông Nhuệ ở các thời điểm khác nhau của thí nghiệm.

Bảng 3.12. Hàm lượng các KLN trong các mô TV và TF đối với các KLN của rau muống

Trước thí nghiệm Sau 7 ngày Sau 14 ngày Mẫu

Lá Thân Rễ Lá Thân Rễ Lá Thân Rễ Đơn vị

KLN

(ppm)

TF QCVN 07:

2009/B TNMT Fe 0,4 5,2 9,8 69 335 666 125 609 1210 0,61 - Rau muốngC Tó

(Bể số 1c) Zn 0 0 0 12 136 329 35 388 940 0,45 5000

Fe 0,4 5,2 9,8 80 386 633 145 702 1150 0,74 - Rau muốngCChiếc

(Bể số 2c) Zn 0 0 0 12 134 328 34 383 938 0,44 5000

Fe 0,4 5,2 9,8 64 320 559 116 710 1243 0,66 - Rau muốngĐQuan

(Bể số 3c) Zn 0 0 0 14 158 435 37 360 988 0,40 5000

Fe 0,4 5,2 9,8 70 551 632 128 1001 1149 0,98 - Rau muốngCThần

(Bể số 4c) Zn 0 0 0 16 202 529 35 671 1176 0,60 5000

Đối với kẽm, sau 7 ngày thí nghiệm, các mẫu rau muống đều có chứa một hàm lượng kẽm đáng kể, trong lá từ 12÷16 mg/gTLK, trong thân 134÷202 mg/gTLK;

trong rễ 328÷529 mg/gTLK. Sau 14 ngày thí nghiệm, hàm lượng Zn tăng lên trong lá từ 34÷37 mg/gTLK, trong thân 383÷671 mg/gTLK; trong rễ 938÷1176 mg/gTLK. TF từ rễ lên thân, lá của rau muống đối với Zn là trung bình (0,4÷ 0,6).

d)Hiệu quả hấp thụ các chất ô nhiễm sông Nhuệ của cây rau muống

Trong quá trình thí nghiệm, để sinh trưởng và phát triển, cây rau muống đã lấy đi các chất ô nhiễm có trong nước sông Nhuệ để tổng hợp chất tạo sinh khối

thực vật. Các kết quả ở các bể mẫu Đồng Quan, Cống Thần cho thấy cây rau muống

có khả năng hấp thụ tốt các chất ô nhiễm hơn so với các bể ở Cầu Tó và Cầu Chiếc.

Khả năng hấp thụ nitơ tổng từ môi trường ở các bể khác nhau nằm trong phạm vi từ 19,51 đến 26,66% (cao nhất ở Đồng Quan và thấp nhất ở Cầu Chiếc); trong khi đó khả năng hấp thụ photpho tổng đạt từ 22,16 ÷ 24,33%, khả năng hấp thụ sắt tổng đạt từ 3,66 ÷ 11,24% (cao nhất ở Cầu Tó và thấp nhất ở Cầu Chiếc), khả năng hấp thụ Zn đạt từ 3,52 ÷ 11,16% cao nhất ở Cống Thần và thấp nhất ở Cầu Tó)

Kết quả tính toán lượng chất ô nhiễm được tách ra khỏi nước thông qua các

kết quả về sự tích lũy trong các bộ phận của cây được thu hoạch sau 7 ngày, 14 ngày thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.13.

Bảng 3.13. Hiệu quả hấp thụ các chất ô nhiễm sông Nhuệ của cây rau muống Bể thí nghiệm Chất ô Chất ô nhiễm được hấp thu bởi TV Tổng CON Hiệu quả