Cây thủy sinh từ lâu đã quen thuộc trong các bể cảnh và hồ nước tự nhiên tại Việt Nam. Nhiều người thường thắc mắc liệu các loài thực vật ngập nước phổ biến, chẳng hạn như cây diễm mao (chi Callitriche, tên tiếng Anh là water starwort) hay rong đuôi chó, có chứa các hợp chất hoạt tính sinh học hay giá trị sử dụng nào đặc biệt đối với môi trường và sức khỏe.

Câu trả lời trực tiếp là: các bằng chứng khoa học hiện tại tập trung chủ yếu vào tiềm năng sinh học của cây diễm mao như một loài siêu tích lũy kim loại nặng và độc chất để xử lý ô nhiễm nước. Đối với rong đuôi chó, hiện dữ liệu nghiên cứu khoa học được cung cấp chưa có thông tin đối chiếu, do đó bài viết chỉ tập trung làm rõ thành phần và giá trị sinh thái đã được xác thực ở chi cây diễm mao.

Cơ chế sinh học giúp diễm mao chống chịu độc chất

Cây diễm mao là loài thực vật bậc cao sống ngập nước, có mặt ở cả vùng nước chảy lẫn nước tù đọng [1], [2]. Khi sống trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng bởi các kim loại độc hại như crom (Cr), cây không bị tiêu diệt mà kích hoạt hệ thống bảo vệ sinh hóa đặc biệt [1].

Crom hóa trị sáu (Cr(VI)) là dạng oxy hóa cực mạnh, gây đột biến và độc hại cho sinh vật [3]. Nghiên cứu cho thấy diễm mao kích hoạt các enzym nội bào như quinone reductase để khử Cr(VI) độc hại thành Cr(III) ít độc hơn bên trong mô thực vật [1]. Dạng Cr(III) sau đó được chuyển hóa và cố định an toàn trong lông hút (trichomes) hoặc các bó mạch dẫn của chồi lá [3].

Nhờ khả năng cảm ứng hệ protein phòng vệ và khử độc này, diễm mao duy trì trạng thái sinh lý bình thường mà không bị ngộ độc tế bào ngay cả khi tích tụ hàm lượng chất độc cực lớn [1], [4].

Bằng chứng từ phòng thí nghiệm: Khả năng tích lũy crom ấn tượng

Các nhà khoa học đã tiến hành nhiều thử nghiệm nuôi cấy để đo lường giới hạn chịu đựng và khả năng hút kim loại của diễm mao (đặc biệt là loài Callitriche cophocarpa).

Một nghiên cứu công bố năm 2010 đã phơi nhiễm Callitriche cophocarpa trong dung dịch Cr(VI) từ 50 đến 700 microM suốt gần 3 tuần [4]. Ở nồng độ 50 microM Cr(VI), cây vẫn duy trì hiệu suất quang hợp và hình thái lá tương đương cây đối chứng [4]. Sau 10 ngày, nồng độ crom trong chồi cây đạt khoảng 470 mg/kg trọng lượng khô, và chạm mốc 1000 mg/kg sau 3 tuần nuôi cấy [4].

Nghiên cứu công bố năm 2018 cho thấy khi xử lý trong 5 ngày với 1 mM Cr(VI), loài này đạt khả năng liên kết crom cực lớn lên tới 3900 mg/kg [1]. Tỷ lệ tích tụ crom lên tới 1,8% khối lượng khô, đưa loài này vào nhóm thực vật siêu tích tụ (hyperaccumulator) [1]. Hệ số tích lũy sinh học (BCF) của chồi đạt mức 74, tương đương với các chất hấp phụ công nghiệp [1].

Năm 2020, một đánh giá ghi nhận khả năng siêu tích lũy của cây trong các thử nghiệm sinh lý lên đến khoảng 30 mg/g khối lượng khô [2]. Dung lượng hấp phụ tối đa của sinh khối diễm mao khô đạt 77,1 mg Cr(III)/g, vượt trội hơn than hoạt tính hay nhựa trao đổi ion thương mại [2].

Nghiên cứu thực địa: Tích lũy asen và urani trong môi trường tự nhiên

Không chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm, chi diễm mao đã được kiểm tra trên quy mô thực địa lớn tại các vùng nước ô nhiễm tự nhiên.

Một khảo sát năm 2012 tại 200 điểm nước chảy để tìm kiếm các loài thực vật có tiềm năng xử lý asen [5]. Kết quả phân tích cho thấy loài diễm mao Callitriche lusitanica đạt nồng độ asen lên tới 2346 mg/kg khối lượng khô [5]. Các loài cùng chi gồm Callitriche brutia đạt 523 mg/kg và Callitriche stagnalis đạt 354 mg/kg khối lượng khô [5].

Tại khu vực mỏ urani Sevilha (Bồ Đào Nha), nghiên cứu năm 2014 thu thập 28 loài thực vật thủy sinh từ 200 mẫu nước mặt có nồng độ urani từ 0,23 đến 1.217 microgam/L [6]. Kết quả cho thấy loài Callitriche stagnalis tích lũy lượng urani rất cao, lên đến 1963 mg/kg [6]. Các loài Callitriche hamulata và Callitriche lusitanica cũng đạt mức lần lượt là 379 mg/kg và 218 mg/kg [6].

Năm 2016, một nghiên cứu tại khu mỏ urani cũ trên 53 loài thực vật thuộc 22 họ tiếp tục ghi nhận Callitriche stagnalis đạt nồng độ urani 55,6 mg/kg trọng lượng khô [7]. Mức độ này vượt trội hơn hầu hết các loài thực vật trên cạn được khảo sát, cho thấy tiềm năng cố định chất phóng xạ của nhóm cây này [7].

Sự hỗ trợ từ vi khuẩn cộng sinh

Khả năng sinh học của diễm mao còn được thúc đẩy mạnh mẽ nhờ các vi khuẩn cộng sinh bản địa sống cùng cây.

Nghiên cứu công bố năm 2024 đã phân lập 10 chủng vi khuẩn cộng sinh từ Callitriche cophocarpa và tìm ra 3 chủng chịu đựng Cr(VI) tốt nhất gồm Microbacterium sp. (Ct1), Aeromonas sp. (Ct3) và Acinetobacter sp. (Ct6) [8]. Trong đó, chủng Ct6 sống sót được ở nồng độ crom lên đến 104 mg/L (2 mM) và có khả năng khử chất này thành Cr(III) [8].

Khi cấy hỗn hợp 3 vi khuẩn này lên cây được xử lý bằng nước rỉ rác chứa Cr(VI) ở nồng độ 10,7 mg/L (vượt ngưỡng cho phép 530 lần), cây đạt hàm lượng tích tụ crom 1274 mg/kg khối lượng khô và hệ số tích lũy sinh học BCF đạt 119 [8]. Các vi khuẩn này giúp giảm đáng kể tác hại tiêu cực của chất độc đối với bộ máy quang hợp của lá già, khẳng định hiệu quả phối hợp xử lý sinh học [8].

Hiểu lầm thường gặp và giới hạn bằng chứng

Nhiều người lầm tưởng rằng cây thủy sinh có các hoạt chất sinh học tự nhiên tương tự thảo dược để hỗ trợ điều trị bệnh hoặc ăn được. Hiện chưa có nghiên cứu chứng minh cây diễm mao có tác dụng dược liệu, tăng cường sức khỏe hay dùng làm thực phẩm cho người.

Về việc so sánh với rong đuôi chó: tài liệu nghiên cứu hiện có chưa cung cấp dữ liệu về rong đuôi chó. Người đọc không nên tự suy diễn rằng hai loài này có thành phần sinh hóa hay công dụng giống nhau.

Bên cạnh đó, các nghiên cứu thực tế tại dòng suối gần xưởng thuộc da cho thấy việc đưa cây vào môi trường tự nhiên phức tạp hơn phòng thí nghiệm do ảnh hưởng của trạng thái oxy hóa và vi sinh vật xung quanh [2].

Ai nên thận trọng khi tiếp xúc?

Do đặc tính sinh học hấp thụ và siêu tích tụ các kim loại nặng cực độc (crom, asen) và đồng vị phóng xạ (urani), cây diễm mao sống ngoài tự nhiên tiềm ẩn nguy cơ nhiễm độc cao [1], [7], [5], [6].

Người dân tuyệt đối không thu hái diễm mao mọc hoang tại các kênh, rạch, ao hồ gần khu công nghiệp, bãi rác hay khu mỏ để làm thức ăn, nấu nước uống hoặc làm thuốc. Những người có bệnh lý nền, phụ nữ mang thai và trẻ em cần tránh tiếp xúc với nguồn nước ô nhiễm nơi các loài cây này sinh sống. Việc tiếp xúc hoặc vô tình sử dụng có thể dẫn đến nguy cơ nhiễm độc kim loại nặng tích lũy [3].

Ứng dụng thực tế

Trong đời sống, giá trị lớn nhất của diễm mao nằm ở mảng công nghệ sinh học môi trường và làm sạch nguồn nước ngập mặn/nước ngọt nhân tạo [1], [2].

Loài cây này thích hợp để xây dựng các vùng đất ngập nước kiến tạo (constructed wetlands) nhằm lọc sinh học các dòng nước thải chứa asen, crom hoặc chất thải công nghiệp [5]. Sinh khối khô của cây cũng có thể nghiên cứu phát triển thành vật liệu hấp phụ sinh học tự nhiên thay thế các màng lọc hóa học đắt tiền [2]. Người chơi thủy sinh gia đình nếu muốn trồng cây cảnh cần chọn nguồn giống sạch từ các cơ sở uy tín, tránh lấy cây từ nguồn nước ô nhiễm.

Nhìn chung, cây diễm mao mang giá trị sinh học vượt trội trong việc hấp thụ kim loại nặng và xử lý ô nhiễm sinh thái hơn là mục đích tiêu dùng. Mọi ý định khai thác hay sử dụng cây thủy sinh hoang dã làm thảo dược cần được bác sĩ và chuyên gia khuyến cáo thận trọng để tránh các rủi ro sức khỏe.