Fytoremediácia: Čistenie pôdy kvetmi

David Trood / Getty Images

Podľa Medzinárodná fytotechnologická spoločnosť fytotechnológia je definovaná ako veda o využívaní rastlín na riešenie environmentálnych problémov, ako je znečistenie, opätovné zalesňovanie, biopalivá a skládkovanie. Fytoremediácia, podkategória fytotechnológie, využíva rastliny na absorbovanie znečisťujúcich látok z pôdy alebo z vody.

Znečisťujúce látky môžu zahŕňať ťažké kovy , definované ako akékoľvek prvky považované za kovy, ktoré môžu spôsobiť znečistenie alebo environmentálny problém a ktoré nemožno ďalej rozkladať. Vysoká akumulácia ťažkých kovov v pôde alebo vode môže byť považovaná za toxickú pre rastliny alebo zvieratá.

Prečo používať fytoremediáciu?

Iné metodiky používané na sanáciu pôd znečistených ťažkými kovmi môžu stáť 1 milión USD za aker, zatiaľ čo fytoremediácia sa odhaduje na 45 centov až 1,69 USD za štvorcový meter, čím sa náklady na aker znížia na desiatky tisíc dolárov.

Ako funguje fytoremediácia?

Nie každý rastlinný druh možno použiť na fytoremediáciu. Rastlina, ktorá je schopná prijať viac kovov ako normálne rastliny, sa nazýva hyperakumulátor. Hyperakumulátory dokážu absorbovať viac ťažkých kovov, ako je prítomné v pôde, v ktorej rastú.

Všetky rastliny potrebujú nejaké ťažké kovy v malých množstvách; železo, meď a mangán sú len niektoré z ťažkých kovov, ktoré sú nevyhnutné pre fungovanie rastlín. Okrem toho existujú rastliny, ktoré dokážu tolerovať veľké množstvo kovov vo svojom systéme, dokonca viac, ako potrebujú na normálny rast, namiesto toho, aby vykazovali symptómy toxicity. Napríklad druh Thlaspi má proteín nazývaný „proteín tolerancie kovov“. Zinok je silne absorbovaný Thlaspi v dôsledku aktivácie reakcie systémového nedostatku zinku. Inými slovami, proteín tolerancie kovov hovorí rastline, že potrebuje viac zinku, pretože „potrebuje viac“, aj keď nie, takže zaberá viac!

Špecializované prepravníky kovov v rastline 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 rizosfére sa uchytia na povrchu koreňov rastlín a niektoré sanačné mikróby sú schopné rozkladať organické materiály ako napr. ropa a odoberajú ťažké kovy z pôdy. To prospieva mikróbom, ako aj rastline, 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, ktorými sa môžu mikróby živiť.

História fytoremediácie

„Krstným otcom“ fytoremediácie a štúdia hyperakumulačných rastlín môže byť veľmi dobre R. R. Brooks Nového Zélandu. Jeden z prvých článkov o nezvyčajne vysokej úrovni absorpcie ťažkých kovov v rastlinách v znečistenom ekosystéme napísal Reeves a Brooks v roku 1983. Zistili, že koncentrácia olova v Thlaspi nachádzajúce sa v ťažobnej oblasti bola ľahko najvyššia zaznamenaná pre akúkoľvek kvitnúcu rastlinu.

Práca profesora Brooksa o hyperakumulácii ťažkých kovov rastlinami viedla k otázkam, ako by sa tieto poznatky dali využiť na čistenie znečistených pôd. Prvý článok o fytoremediácii napísali vedci z Rutgers University o použití špeciálne vybraných a upravených rastlín akumulujúcich kovy používaných na čistenie znečistených pôd. V roku 1993 a Patent Spojených štátov amerických bola podaná spoločnosťou s názvom Phytotech. Patent s názvom „Fytoremediácia kovov“ opísal spôsob odstraňovania kovových iónov z pôdy pomocou rastlín. Niekoľko druhov rastlín, vrátane reďkovky a horčice, bolo geneticky upravených tak, aby exprimovali proteín nazývaný metalotioneín. Rastlinná bielkovina viaže ťažké kovy a odstraňuje ich, takže nedochádza k toxicite rastlín. Vďaka tejto technológii sa geneticky upravené rastliny, vrátane Arabidopsis , tabak, repka a ryža boli upravené tak, aby sanovali oblasti kontaminované ortuťou.

Vonkajšie faktory ovplyvňujúce fytoremediáciu

Hlavným faktorom ovplyvňujúcim schopnosť rastliny hyperakumulovať ťažké kovy je vek. Mladé korene rastú rýchlejšie a prijímajú živiny vyššou rýchlosťou ako staršie korene a vek môže tiež ovplyvniť, ako sa chemický kontaminant pohybuje v rastline. Prirodzene, mikrobiálne populácie v koreňovej oblasti ovplyvňujú príjem kovov. Rýchlosť transpirácie v dôsledku vystavenia slnku/tieňu a sezónnym zmenám môže tiež ovplyvniť príjem ťažkých kovov rastlinami.

Druhy rastlín používané na fytoremediáciu

Viac ako 500 druhov rastlín sa uvádza, že majú hyperakumulačné vlastnosti. Medzi prirodzené hyperakumulátory patrí stredný iberis a Thlaspi spp. Rôzne rastliny akumulujú rôzne kovy; napríklad, Brassica juncea hromadí meď, selén a nikel, zatiaľ čo Štáty Arabidopsis hromadí kadmium a Lemna je na vrchole hromadí arzén. Rastliny používané v inžinierske mokrade zahŕňajú ostrice, rákosie, trstinu a orobince, pretože sú odolné voči povodniam a sú schopné absorbovať znečisťujúce látky. Geneticky upravené rastliny, vrátane Arabidopsis , tabak, repka a ryža, boli upravené tak, aby sanovali oblasti kontaminované ortuťou.

Ako sa testujú rastliny na ich hyperakumulačné schopnosti? Rastlinné tkanivové kultúry sa často používajú vo fytoremediačnom výskume kvôli ich schopnosti predpovedať reakciu rastlín a šetriť čas a peniaze.

Predajnosť fytoremediácie

Fytoremediácia je teoreticky populárna kvôli jej nízkym nákladom na založenie a relatívnej jednoduchosti. V 90. rokoch 20. storočia existovalo niekoľko spoločností, ktoré pracovali s fytoremediáciou, vrátane Phytotech, PhytoWorks a Earthcare. Iné veľké spoločnosti ako Chevron a DuPont tiež vyvíjali fytoremediáciutechnológií. Spoločnosti však v poslednom čase vykonali málo práce a niekoľko menších spoločností zaniklo. Problémy s technológiou zahŕňajú skutočnosť, že korene rastlín nemôžu siahať dostatočne ďaleko do jadra pôdy, aby nahromadili niektoré znečisťujúce látky, a likvidácia rastlín po hyperakumulácii. Rastliny nie je možné zaorať späť do pôdy, skonzumovať ich ľuďmi alebo zvieratami, ani ich dať na skládku. Dr. Brooks viedol priekopnícku prácu na extrakcii kovov z hyperakumulačných zariadení. Tento proces sa nazýva fytomining a zahŕňa tavenie kovov z rastlín.