Fitoremediacija: Čiščenje tal s cvetjem

Po navedbah Mednarodno fitotehnološko društvo Na spletnem mestu je fitotehnologija opredeljena kot veda o uporabi rastlin za reševanje okoljskih problemov, kot so onesnaževanje, pogozdovanje, biogoriva in odlagališča. Fitoremediacija, podkategorija fitotehnologije, uporablja rastline za absorpcijo onesnaževal iz tal ali iz vode.

Vključena onesnaževala lahko vključujejo težke kovine, ki so opredeljeni kot vsi elementi, ki se štejejo za kovino, ki lahko povzročijo onesnaženje ali okoljski problem in jih ni mogoče dodatno razkrojiti. Veliko kopičenje težkih kovin v tleh ali vodi se lahko šteje za strupeno za rastline ali živali.

Druge metodologije, ki se uporabljajo za sanacijo tal, onesnaženih s težkimi kovinami, lahko stanejo milijon ameriških dolarjev na hektar, medtem ko fitoremediacija po ocenah naj bi stala od 45 centov do 1,69 USD na kvadratni čevelj, kar je znižalo stroške na hektar na več deset tisoč dolarjev.

Za fitoremediacijo ni mogoče uporabiti vsake vrste rastlin. Rastlina, ki lahko sprejme več kovin kot običajne rastline, se imenuje hiperakumulator. Hiperakumulatorji lahko absorbirajo več težkih kovin, kot je prisotnih v tleh, v katerih rastejo.

Vse rastline potrebujejo nekaj težkih kovin v majhnih količinah; železo, baker in mangan so le nekatere od težkih kovin, ki so bistvene za delovanje rastlin. Obstajajo tudi rastline, ki v svojem sistemu lahko prenašajo veliko količino kovin, celo več, kot jih potrebujejo za normalno rast, namesto da bi pokazale simptome toksičnosti. Na primer, vrsta Thlaspi ima protein, ki se imenuje "kovinski tolerančni protein". Cink močno prevzame Thlaspi zaradi aktiviranja sistemskega odziva na pomanjkanje cinka. Z drugimi besedami, protein za kovinsko toleranco rastlini sporoča, da potrebuje več cinka, ker "potrebuje več", četudi ga ne, zato porabi več!

Specializirani prevozniki kovin znotraj obrata lahko pomaga tudi pri prevzemu težkih kovin. Prenašalci, ki so značilni za težke kovine, na katere se veže, so beljakovine, ki pomagajo pri transportu, razstrupljanju in zasego težkih kovin znotraj rastlin.

Mikrobi v rizferi se oprimejo površin korenin rastlin, nekateri sanacijski mikrobi pa lahko razgradijo organske materiale, kot so nafta in odnaša težke kovine gor in iz zemlje. To koristi mikrobom in rastlini, saj lahko postopek zagotavlja predlogo in vir hrane za mikrobe, ki lahko razgradijo organska onesnaževala. Rastline nato sprostijo koreninski eksudat, encime in organski ogljik, s katerim se mikrobi hranijo.

"Boter" fitoremediacije in preučevanja hiperakumulacijskih rastlin je zelo lahko R. R. Brooks Nove Zelandije. Eden prvih dokumentov, ki je vseboval nenavadno visoko stopnjo vnosa težkih kovin v rastline v onesnaženem ekosistemu, je napisal Reeves in Brooks leta 1983. Ugotovili so, da je koncentracija svinca v Thlaspi na rudarskem območju je bil zlahka najvišji doslej zabeležen katerikoli cvetoči obrat.

Delo profesorja Brooksa o hiperakumulaciji težkih kovin v rastlinah je povzročilo vprašanja, kako lahko to znanje uporabimo za čiščenje onesnaženih tal. Prvi članek o fitoremediaciji so znanstveniki z univerze Rutgers napisali o uporabi posebej izbranih in izdelanih rastlin za kopičenje kovin, ki se uporabljajo za čiščenje onesnaženih tal. Leta 1993 je a Patent ZDA je vložilo podjetje Phytotech. Z naslovom "Fitoremediacija kovin" je patent razkril postopek za odstranjevanje kovinskih ionov iz tal s pomočjo rastlin. Več vrst rastlin, vključno z redkvijo in gorčico, je bilo gensko zasnovano za izražanje proteina, imenovanega metalotionein. Rastlinski protein veže težke kovine in jih odstrani, da ne pride do strupenosti rastlin. Zaradi te tehnologije gensko inženirne rastline, vključno Arabidopsis, tobak, kanola in riž so bili spremenjeni v preostala območja, onesnažena z živim srebrom.

Glavni dejavnik, ki vpliva na sposobnost rastline, da hiperakumulira težke kovine, je starost. Mlade korenine rastejo hitreje in zaužijejo hranila z večjo hitrostjo kot starejše korenine, starost pa lahko vpliva tudi na to, kako se kemični onesnaževalec premika po rastlini. Seveda mikrobne populacije v območju korenin vplivajo na vnos kovin. Stopnje transpiracije zaradi izpostavljenosti soncu / senci in sezonskih sprememb lahko vplivajo tudi na prevzem težkih kovin v rastlinah.

Več kot 500 vrst rastlin poročajo, da imajo hiperakumulacijske lastnosti. Naravni hiperakumulatorji vključujejo Iberis intermedia in Thlaspi spp. Različne rastline kopičijo različne kovine; na primer Brassica juncea nabira baker, selen in nikelj, medtem ko Arabidopsis halleri nabira kadmij in Lemna gibba nabira arzen. Rastline, uporabljene v močvirna mokrišča vključujejo sedre, rjave, trstike in mačkice, ker so poplavne in prenašajo onesnaževala. Gensko inženirske rastline, vključno Arabidopsis, tobak, kanola in riž so bili spremenjeni v preostala območja, onesnažena z živim srebrom.

Kako se rastline testirajo na svoje hiperakumulativne sposobnosti? Rastlinske tkivne kulture se pogosto uporabljajo v raziskavah fitoremediacije zaradi njihove sposobnosti napovedovanja odziva rastlin in tako prihranijo čas in denar.

Fitoremediacija je v teoriji priljubljena zaradi nizkih stroškov ustanavljanja in sorazmerne enostavnosti. V devetdesetih letih je bilo več podjetij, ki so se ukvarjala s fitoremediacijo, vključno s Phytotech, PhytoWorks in Earthcare. Tudi druga velika podjetja, kot sta Chevron in DuPont, so razvijala fitoremediacijo tehnologije. Vendar so podjetja v zadnjem času opravila malo dela, več manjših podjetij pa je ostalo brez posla. Težave s tehnologijo vključujejo dejstvo, da korenine rastlin ne morejo segati dovolj daleč v tla jedro za nabiranje nekaterih onesnaževal in rastline, ki jih odstrani po prekomernem kopičenju kraj. Rastlin ne moremo orati nazaj v tla, zaužiti ljudi ali živali ali jih odlagati na odlagališče. Dr Brooks je vodil pionirsko delo pri črpanju kovin iz hiperakumulacijskih obratov. Ta postopek se imenuje fitominiranje in vključuje taljenje kovin iz rastlin.