Kim loại nặng có thể là độc tố đối với cây trồng và con người. Nguồn: Andrii Yalanskyi/Shutterstock.

Thoạt nhìn, thật khó để nhận ra điểm chung của vàng, sắt, chì, asen, bạc, bạch kim và thiếc. Tuy nhiên trong bảng phân loại tuần hoàn cho thấy, chúng đều là kim loại nặng, thường được phân loại là những kim loại có khối lượng nguyên tử và mật độ lớn hơn nước ít nhất 5 lần. Các kim loại nặng xuất hiện tự nhiên trong môi trường và trong cơ thể chúng ta. Chúng hầu như được coi là vô hại nhưng ở mức độ tiếp xúc nhất định chúng có thể gây độc cho đời sống con người, thực vật và động vật. Tiếp xúc quá nhiều với kim loại nặng có thể làm cây phát triển chậm lại và sản lượng hạt thấp hơn. 

Một số loài thực vật đã tiến hóa các đặc tính làm tăng khả năng chống chịu với kim loại nặng. Các nhà nghiên cứu cho rằng việc hiểu và khai thác những đặc điểm tiến hóa này có thể cho phép chúng ta bảo vệ cây trồng khỏi những tác động xấu của độc tính kim loại nặng. Do vậy, chúng tôi đặt nghiên cứu vào việc cải thiện khả năng chống chịu của thực vật đối với kim loại nặng, điều này đặc biệt quan trọng ở một quốc gia như Nam Phi, nơi các hoạt động khai thác gây ô nhiễm đất. 

Thực tế cho thấy, ngay cả các cây trong cùng họ cũng sử dụng các chiến lược khác nhau để đối phó với kim loại. Một số thực vật lấy các kim loại trong rễ và chuyển chúng sang lá; số khác tiếp nhận các kim loại và giữ chúng (bất động) trong bộ rễ. Điều này rất có ý nghĩa đối với an ninh lương thực và an toàn thực phẩm vì chúng tôi mong muốn thực vật có thể hạn chế sự hấp thụ kim loại vào các bộ phận ăn được của chúng. Tuy nhiên, không dễ dàng gì để khai thác những chiến lược này. 

Tiếp xúc và rủi ro 

Cây bị ức chế do nhiễm kim loại nặng hoặc độc tính ở thực vật xảy ra khi chúng tiếp xúc với kim loại nặng trong đất. Sự phơi nhiễm đó thường là kết quả của chất thải và chất ô nhiễm từ các hoạt động của con người như nông nghiệp, khai thác mỏ và công nghiệp. Ở Nam Phi, khai thác mỏ là thủ phạm hàng đầu gây ô nhiễm kim loại nặng. Điều này ức chế sự phát triển của thực vật hoặc khả năng chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành năng lượng thiết yếu thông qua quá trình quang hợp. Hoặc nó có thể ảnh hưởng đến cách chúng đồng hóa các chất dinh dưỡng, hoặc phản ứng với hạn hán hoặc các mầm bệnh có hại. 

Các nghiên cứu trên thế giới đã phát hiện ra rằng độc tính kim loại nặng có thể làm giảm năng suất cũng như chất lượng cây trồng. Cây thuốc cũng có thể bị ảnh hưởng bởi kim loại nặng. 

Làm thế nào thực vật làm được điều này 

Thực vật đã phát triển một số cơ chế để chống lại tác động của kim loại nặng. Nghiên cứu của tác giả đã đưa ra: cơ chế phát tín hiệu mà thực vật sử dụng để kiểm soát sự hấp thụ kim loại nặng - phản ứng "miễn dịch" của chúng đối với kim loại nặng. Giống như cách hệ thống miễn dịch của con người được cảnh báo, theo dõi và phản ứng với mầm bệnh, thực vật đã phát triển các cơ chế tín hiệu giúp chúng điều chỉnh khả năng chống chịu với kim loại nặng. Các cơ chế tín hiệu này rất ấn tượng. Ví dụ, thực vật có thể kích hoạt các tín hiệu để giải phóng các phối tử trọng lượng phân tử thấp (ion hoặc phân tử) liên kết chặt chẽ với kim loại nặng và ngăn chúng di chuyển khỏi rễ. 

Nhưng thật sự là cần thời gian dài để hoàn chỉnh. Ví dụ như virus HIV và SARS-CoV-2 đã cho thấy, một số mầm bệnh nhất định có thể làm ngắn chu kỳ hệ thống miễn dịch. Kim loại nặng có thể làm điều tương tự đối với cơ chế truyền tín hiệu của thực vật bằng cách bắt chước các chất dinh dưỡng thiết yếu; ví dụ, kim loại vanadi giống như phosphate. 

Các kim loại nặng như đồng cũng đã được chứng minh là làm hỏng tính toàn vẹn của màng tế bào ở rễ cây. Tương tự như vậy, các kim loại nặng có thể phá vỡ việc xây dựng các thành tế bào này; thành suy yếu làm cho tế bào mất tính toàn vẹn cấu trúc, làm lộ màng tế bào và gây chết tế bào. 

Các kim loại nặng cũng có thể làm suy giảm hoạt động của màng sinh chất, nó điều chỉnh sự vận chuyển vật chất vào và ra khỏi tế bào thực vật. Điều này ngăn chặn sự hấp thu các chất dinh dưỡng thiết yếu bằng cách phủ nhận chức năng của nhiều protein vận chuyển đang hoạt động trong màng sinh chất. 

Bài học hữu ích 

Bất chấp những thiếu sót của chúng, những cơ chế tín hiệu này rất mạnh mẽ. Nếu chúng ta có thể khai thác cách mà thực vật thích nghi với các mối đe dọa từ kim loại nặng, thì có khả năng đất bị ô nhiễm kim loại nặng có thể được phục hồi thông qua việc sử dụng các loại cây phù hợp, hoặc khả năng chống chịu này có thể truyền sang các cây khác, kể cả cây lương thực. Hy vọng một ngày không xa, sự thích nghi thông minh của thực vật sẽ báo hiệu sự thay đổi trong cách chúng ta đối phó với độc tính kim loại nặng.

Theo  Phys.org