Fytoremediacia: čistenie pôdy kvetmi

Podľa Medzinárodná fytotechnologická spoločnosť webová stránka, fytotechnológia je definovaná ako veda o využívaní rastlín na riešenie environmentálnych problémov, ako sú znečistenie, zalesňovanie, biopalivá a skládkovanie. Fytoremediacia, subkategória fytotechnológie, využíva rastliny na absorbciu znečisťujúcich látok z pôdy alebo vody.

Medzi tieto znečisťujúce látky môžu patriť: ťažké kovy, definované ako akékoľvek prvky považované za kov, ktoré môžu spôsobiť znečistenie alebo environmentálny problém a ktoré sa nemôžu ďalej zhoršovať. Vysoká akumulácia ťažkých kovov v pôde alebo vode sa môže považovať za toxickú pre rastliny alebo zvieratá.

Iné metodiky používané na sanáciu pôdy znečistenej ťažkými kovmi môžu stáť 1 milión dolárov na aker, zatiaľ čo fytoremediacia Odhaduje sa, že náklady sa pohybujú medzi 45 centami a 1,69 USD za štvorcový stopa, čím sa náklady na aker znižujú na desiatky tisíc dolárov.

Nie každý rastlinný druh sa môže použiť na fytoremediaciu. Rastlina, ktorá je schopná absorbovať viac kovov ako bežné rastliny, sa nazýva hyperakumulátor. Hyperakumulátory môžu absorbovať viac ťažkých kovov, ako je prítomné v pôde, v ktorej rastú.

Všetky rastliny potrebujú niektoré ťažké kovy v malom množstve; železo, meď a mangán sú len niektoré z ťažkých kovov, ktoré sú nevyhnutné pre fungovanie rastlín. Existujú tiež rastliny, ktoré môžu tolerovať veľké množstvo kovov vo svojom systéme, dokonca viac, ako je potrebné pre normálny rast, namiesto toho, aby vykazovali príznaky toxicity. Napríklad druh Thlaspi má proteín nazývaný "proteín kovovej tolerancie". Zinok je ťažko absorbovaný Thlaspi v dôsledku aktivácie systémovej reakcie na nedostatok zinku. Inými slovami, proteín kovovej tolerancie hovorí rastline, že potrebuje viac zinku, pretože „potrebuje viac“, aj keď nie, tak to zaberá viac!

Špecializované prepravníky kovov v továrni môže tiež pomôcť pri prijímaní ťažkých kovov. Transportéry, ktoré sú špecifické pre ťažký kov, na ktorý sa viaže, sú proteíny, ktoré pomáhajú pri transporte, detoxikácii a sekvestrácii ťažkých kovov v rastlinách.

Mikróby v rhizosfére priliehajú na povrch koreňov rastlín a niektoré sanačné mikróby sú schopné rozložiť organické materiály, ako sú napr. ropa a vyberajte ťažké kovy z pôdy. To prospieva mikróbom ako aj rastlinám, pretože proces môže poskytnúť šablónu a zdroj potravy pre mikróby, ktoré môžu degradovať organické znečisťujúce látky. Rastliny následne uvoľňujú koreňové exsudáty, enzýmy a organický uhlík, na ktorý sa mikroorganizmy živia.

"Kmotr" fytoremediácie a štúdia hyperakumulačných rastlín môže byť veľmi dobrý R. R. Brooks Nového Zélandu. Jeden z prvých dokumentov, ktorý sa týka nezvyčajne vysokej úrovne absorpcie ťažkých kovov v rastlinách v znečistenom ekosystéme, napísal autor Reeves a Brooks v roku 1983. Zistili, že koncentrácia olova v Thlaspi nachádzajúce sa v banskej oblasti bolo ľahko najvyššie zaznamenané pre všetky kvitnúce rastliny.

Práca profesora Brooksa na hyperakumulácii ťažkých kovov rastlinami viedla k otázkam, ako by sa tieto znalosti mohli použiť na čistenie znečistených pôd. Prvý článok o fytoremediacii napísali vedci z Rutgers University o použití špeciálne vybraných a skonštruovaných zariadení na akumuláciu kovov používaných na čistenie znečistených pôd. V roku 1993, a Patent Spojených štátov bola podaná spoločnosťou s názvom Phytotech. V patente nazvanom „Fytoremediácia kovov“ sa uvádza spôsob odstránenia kovových iónov z pôdy pomocou rastlín. Niekoľko druhov rastlín, vrátane reďkovky a horčice, bolo geneticky upravené tak, aby exprimovalo proteín nazývaný metalotioneín. Rastlinný proteín viaže ťažké kovy a odstraňuje ich tak, aby sa nevyskytovala toxicita pre rastliny. Vďaka tejto technológii, geneticky upravené rastliny, vrátane Arabidopsis, tabak, kanola a ryža boli upravené tak, aby sanovali oblasti kontaminované ortuťou.

Hlavným faktorom ovplyvňujúcim schopnosť rastliny hyperakumulovať ťažké kovy je vek. Mladé korene rastú rýchlejšie a prijímajú živiny rýchlejšie ako staršie korene a vek môže tiež ovplyvniť to, ako sa chemické kontaminanty pohybujú v celej rastline. Mikrobiálne populácie v koreňovej oblasti prirodzene ovplyvňujú príjem kovov. Miera transpirácie v dôsledku vystavenia slnečnému žiareniu / tieňu a sezónnym zmenám môže tiež ovplyvniť absorpciu ťažkých kovov rastlín.

Viac ako 500 druhov rastlín uvádza sa, že majú hyperakumulačné vlastnosti. Prírodné hyperakumulátory zahŕňajú Iberis medziprodukt a Thlaspi spp. Rôzne rastliny akumulujú rôzne kovy; napríklad, Brassica juncea hromadí meď, selén a nikel, zatiaľ čo Arabidopsis halleri hromadí kadmium a Lemna gibba akumuluje arzén. Rastliny používané v inžinierske mokrade zahŕňajú ostrice, zhon, trstinu a dobytok, pretože sú odolné voči povodniam a sú schopné absorbovať znečisťujúce látky. Geneticky upravené rastliny vrátane Arabidopsis, tabak, kanola a ryža, boli upravené tak, aby sanovali oblasti kontaminované ortuťou.

Ako sú rastliny testované na svoje hyperakumulačné schopnosti? Kultúry rastlinných tkanív sa často používajú vo fytoremediačnom výskume kvôli ich schopnosti predpovedať reakciu rastlín a ušetriť čas a peniaze.

Fytoremediacia je teoreticky populárna pre svoje nízke náklady na zriadenie a relatívnu jednoduchosť. V 90. rokoch 20. storočia pracovalo s fytoremediaciou niekoľko spoločností vrátane Phytotech, PhytoWorks a Earthcare. Iné veľké spoločnosti ako Chevron a DuPont tiež vyvíjali fytoremediaciu technológie. Spoločnosti však nedávno vykonali len malú prácu a niekoľko menších spoločností zaniklo. Medzi problémy spojené s technológiou patrí skutočnosť, že korene rastlín nemôžu siahať dostatočne ďaleko do pôdy jadro na akumuláciu niektorých znečisťujúcich látok a likvidácia rastlín po prevzatí hyperakumulácie miesto. Rastliny sa nemôžu orať späť do pôdy, konzumovať ľuďmi alebo zvieratami ani ukladať na skládku. Brooks viedol priekopnícke práce v oblasti ťažby kovov z hyperakumulačných rastlín. Tento proces sa nazýva fytominácia a zahŕňa tavenie kovov z rastlín.