Phytoremediáció: A talaj tisztítása virágokkal

Szerint a Nemzetközi Fitotechnológiai Társaság A fitotechnológia olyan webhely, amely a növényeket olyan környezeti problémák megoldására használja fel, mint a szennyezés, az újraerdősítés, a bioüzemanyagok és a hulladéklerakók. A fitoremediáció, amely a fitotechnológia alkategóriája, növényeket használ fel a talajból vagy a vízből származó szennyező anyagok elnyelésére.

Az érintett szennyező anyagok magukban foglalhatják nehéz fémekalatt meghatározott, minden olyan fémnek tekintett elem, amely szennyezést vagy környezeti problémát okozhat, és amely tovább nem degradálható. A nehézfémek nagy felhalmozódása a talajban vagy vízben mérgezőnek tekinthető növényekre vagy állatokra.

A nehézfémekkel szennyezett talajok orvoslására alkalmazott egyéb módszerek hektáronként 1 millió dollárba kerülhetnek, míg a fitoremediáció a becslések szerint 45 cent és 1,69 USD közötti négyzetláb költsége lenne, és az hektáronkénti költséget tízezrekre csökkentette dollárt.

Nem minden növényfajt lehet felhasználni fitoremediációra. Egy olyan növényt, amely több fémet képes felvenni, mint a normál növényeket, hiperakkumulátornak nevezik. A hiperakkumulátorok több nehézfémet képes felszívni, mint amennyi a talajban található, amelyben növekednek.

Minden növénynek kis mennyiségű nehézfémet igényel; a vas, a réz és a mangán csak néhány a nehézfémek közül, amelyek nélkülözhetetlenek a növény működéséhez. Vannak olyan növények is, amelyek tolerálják a rendszerben nagy mennyiségű fémet, még akkor is, ha a normál növekedéshez szükségük van rá, ahelyett, hogy toxikológiai tüneteket mutatnának. Például egy Thlaspi egy "fémtoleranciaproteinnek" nevezett fehérjével rendelkezik. A cink erősen felveszi a Thlaspi szisztémás cinkhiány-válasz aktiválása miatt. Más szavakkal: a fémtoleranciafehérje azt mondja a növénynek, hogy több cinkre van szüksége, mert "többre van szüksége", még ha nem is, így többet vesz fel!

Speciális fémszállítók egy növényen belül elősegítheti a nehézfémek felvételét is. A transzporterek, amelyek specifikusak a nehézfémekhez, amelyekhez kötődik, olyan fehérjék, amelyek elősegítik a nehézfémek növényekben történő szállítását, méregtelenítését és szekrécióját.

A rizoszférában található mikrobák ragaszkodnak a növény gyökereinek felületéhez, és egyes gyógyító mikrobák képesek lebontani a szerves anyagokat, például petróleum és vegye ki a nehézfémeket a talajból. Ez előnyös mind a mikrobák, mind a növény számára, mivel a folyamat sablont és táplálékforrást biztosíthat a mikrobák számára, amelyek lebonthatják a szerves szennyező anyagokat. A növények ezt követően felszabadítják a gyökérváladékokat, enzimeket és szerves szénet a mikrobák táplálkozásához.

A fitoremediáció „keresztapja” és a hiperakkumulátor növények tanulmányozása nagyon valószínű lehet R. R. Brooks Új-Zéland Az egyik első cikk, amely a szennyezett ökoszisztéma növényeiben a szokatlanul magas nehézfémfelvételről szól, Reeves és Brooks 1983-ban. Megállapították, hogy az ólom koncentrációja a Thlaspi egy bányászati ​​területen található, könnyen megfigyelhető volt a legmagasabb értékű, bármilyen virágos növény esetében.

Brooks professzor munkája a nehézfémek növényekben történő hiperakkulációja kapcsán felvette a kérdést, hogyan lehetne ezt a tudást felhasználni a szennyezett talajok tisztítására. A fitoremediációról szóló első cikket a Rutgers Egyetem tudósai írták a szennyezett talaj tisztítására használt, speciálisan kiválasztott és műszakilag fémgyűjtő növények felhasználásáról. 1993-ban a Egyesült Államok szabadalma a Phytotech nevű cég nyújtotta be. A "Fémek fitoremediációja" címet viselő szabadalom eljárást ismertet a fémionok talajból növényekkel történő eltávolítására. Számos növényfajt, köztük a retek és a mustár, géntechnológiával fejlesztették ki, hogy expresszálják a metalotionein nevű fehérjét. A növényi fehérje megköti a nehézfémeket és eltávolítja azokat úgy, hogy a növényi toxicitás ne forduljon elő. Ennek a technológiának köszönhetően a géntechnológiával módosított növények, beleértve a Arabidopsis, a dohány, a repce és a rizs úgy lett átalakítva, hogy helyrehozza a higanyval szennyezett területeket.

A fő tényező, amely befolyásolja a növény nehézfémek hiperaktulációját, az életkor. A fiatal gyökerek gyorsabban növekednek és nagyobb tápanyagokat vesznek fel, mint az idősebb gyökerek, és az életkor is befolyásolhatja a kémiai szennyeződés mozgását a növény egész területén. A gyökérzet mikrobiális populációi természetesen befolyásolják a fémek felvételét. Az átjutási sebesség a nap / árnyék expozíciója és az évszak változása miatt befolyásolhatja a nehézfémek növényi felvételét is.

Több mint 500 növényfaj számoltak be hiperakumulációs tulajdonságokról. A természetes hiperakkumulátorok közé tartoznak Iberis intermedia és Thlaspi spp. Különböző növények különféle fémeket halmoznak fel; például, Brassica juncea felhalmozódik a réz, a szelén és a nikkel, mivel Arabidopsis halleri felhalmozódik a kadmium és a Lemna gibba felhalmozódik arzén. -Ban használt növények műszaki vizes élőhelyek ide tartoznak a talak, a rohanás, a nád és a taposófélék, mivel az áradások toleránsak és képesek felszívni a szennyező anyagokat. Géntechnológiával módosított növények, beleértve: Arabidopsis, a dohány, a repce és a rizs, átalakításra került, hogy helyrehozza a higanyval szennyezett területeket.

Hogyan tesztelik a növények hiperakumulációs képességét? Növényi szövettenyészetek gyakran használják fitoremediációs kutatásokban, mivel képesek megjósolni a növény válaszát, és időt és pénzt takarítanak meg.

A fitoremediáció elméletileg népszerű az alacsony létesítési költségek és a relatív egyszerűség miatt. Az 1990-es években számos társaság foglalkozott fitoremediációval, köztük a Phytotech, a PhytoWorks és a Earthcare. Más nagyvállalatok, mint például a Chevron és a DuPont, szintén fejlesztették a fitoremediációt technológiák. A vállalatok azonban nemrégiben kevés munkát végeztek, és számos kisebb társaság megszűnt az üzletből. A technológiával kapcsolatos problémák között szerepel az a tény, hogy a növények gyökerei nem juthatnak elég messzire a talajba mag, hogy felhalmozzon néhány szennyező anyagot, és a növények megsemmisítése a hiperakumuláció után hely. A növényeket nem lehet a talajba szántani, embereket vagy állatokat elfogyasztani, vagy hulladéklerakókba helyezni. Dr. Brooks úttörő munkát vezetett a fémek extrakciója során a hiperakkumulátoros növényekből. Ezt a folyamatot fitominizációnak nevezik, és magában foglalja a növények fémeinek olvasztását.