Fytoremediace: Čištění půdy květinami

Podle Mezinárodní fytotechnologická společnost webová stránka, fytotechnologie je definována jako věda o používání rostlin k řešení environmentálních problémů, jako je znečištění, zalesňování, biopaliva a skládkování. Fytoremediace, subkategorie fytotechnologie, používá rostliny k absorpci znečišťujících látek z půdy nebo z vody.

Znečištěné znečišťující látky mohou zahrnovat těžké kovy, definované jako jakýkoli prvek považovaný za kov, který může způsobit znečištění nebo environmentální problém a který nelze dále degradovat. Vysoká akumulace těžkých kovů v půdě nebo ve vodě může být považována za toxickou pro rostliny nebo zvířata.

Jiné metodiky používané k sanaci půdy znečištěné těžkými kovy mohou stát 1 milion USD za akr, zatímco fytoremediace Odhaduje se, že cena se pohybuje mezi 45 centy a 1,69 USD za čtvereční stopu, což snižuje náklady na akr na desítky tisíc dolarů.

Ne všechny rostlinné druhy mohou být použity pro fytoremediaci. Rostlina, která je schopna absorbovat více kovů než normální rostliny, se nazývá hyperakumulátor. Hyperakumulátory mohou absorbovat více těžkých kovů, než je přítomno v půdě, ve které rostou.

Všechny rostliny potřebují nějaké těžké kovy v malém množství; železo, měď a mangan jsou jen některé z těžkých kovů, které jsou nezbytné pro fungování rostlin. Existují také rostliny, které mohou tolerovat velké množství kovů v jejich systému, dokonce více, než potřebují pro normální růst, místo toho, aby vykazovaly symptomy toxicity. Například druh Thlaspi má protein nazývaný "protein tolerance kovu". Zinek je těžce pohlcen Thlaspi v důsledku aktivace systémové reakce nedostatku zinku. Jinými slovy, protein tolerance kovu říká rostlině, že potřebuje více zinku, protože „potřebuje více“, i když ne, tak to zabírá více!

Specializované kovové transportéry uvnitř rostliny může také pomoci při přijímání těžkých kovů. Transportéry, které jsou specifické pro těžký kov, na který se váže, jsou proteiny, které pomáhají při transportu, detoxikaci a sekvestraci těžkých kovů v rostlinách.

Mikroby v rhizosféře přilnou k povrchu kořenů rostlin a některé sanační mikroby jsou schopné rozkládat organické materiály, jako jsou ropa a vzít těžké kovy nahoru a dolů z půdy. To prospívá mikrobům i rostlinám, protože tento proces může poskytnout šablonu a zdroj potravy pro mikroby, které mohou degradovat organické znečišťující látky. Rostliny následně uvolňují kořenové exsudáty, enzymy a organický uhlík, na který se mikroorganismy živí.

"Kmotr" fytoremediace a studium hyperakumulačních rostlin může být velmi dobrý R. R. Brooks Nového Zélandu. Jeden z prvních článků, které se týkaly neobvykle vysoké úrovně absorpce těžkých kovů v rostlinách ve znečištěném ekosystému, napsal autor Reeves a Brooks v roce 1983. Zjistili, že koncentrace olova v Thlaspi lokalizovaný v těžební oblasti byl snadno nejvyšší zaznamenaný pro každou kvetoucí rostlinu.

Práce profesora Brookse na hyperakumulaci těžkých kovů rostlinami vedla k otázkám, jak lze tyto znalosti použít k čištění znečištěných půd. První článek o fytoremediaci byl napsán vědci na Rutgers University o použití speciálně vybraných a zkonstruovaných zařízení na akumulaci kovů používaných k čištění znečištěných půd. V roce 1993, Patent Spojených států byla podána společností s názvem Phytotech. Patent s názvem „Fytoremediace kovů“ popisuje způsob odstranění kovových iontů z půdy pomocí rostlin. Několik druhů rostlin, včetně ředkvičky a hořčice, bylo geneticky upraveno tak, aby exprimovalo protein zvaný metalothionein. Rostlinný protein váže těžké kovy a odstraňuje je, takže nedochází k rostlinné toxicitě. Díky této technologii, geneticky upravené rostliny, včetně Arabidopsis, tabák, řepka a rýže byly upraveny pro sanaci oblastí kontaminovaných rtutí.

Hlavním faktorem ovlivňujícím schopnost rostliny hyperakumulovat těžké kovy je věk. Mladé kořeny rostou rychleji a přijímají živiny rychleji než starší kořeny a věk může také ovlivnit to, jak se chemický kontaminant pohybuje v rostlině. Mikrobiální populace v kořenové oblasti přirozeně ovlivňují příjem kovů. Míra transplantace v důsledku vystavení slunečnímu záření / stínu a sezónním změnám může také ovlivnit absorpci těžkých kovů rostlinou.

Více než 500 druhů rostlin se uvádí, že mají hyperakumulační vlastnosti. Mezi přirozené hyperakumulátory patří Iberis přechodný a Thlaspi spp. Různé rostliny hromadí různé kovy; například, Brassica juncea hromadí měď, selen a nikl, zatímco Arabidopsis halleri hromadí kadmium a Lemna gibba hromadí arzén. Rostliny použité v inženýrské mokřady patří ostřice, spěch, rákosí a cattails, protože jsou odolné vůči povodním a jsou schopné absorbovat znečišťující látky. Geneticky upravené rostliny, včetně rostlin Arabidopsis, tabák, řepka a rýže, byly upraveny pro sanaci oblastí kontaminovaných rtutí.

Jak jsou rostliny testovány na jejich hyperakumulační schopnosti? Kultury rostlinných tkání jsou často používány ve fytoremediačním výzkumu kvůli jejich schopnosti předpovídat reakci rostlin a šetřit čas a peníze.

Fytoremediace je teoreticky populární díky nízkým nákladům na založení a relativní jednoduchosti. V 90. letech 20. století pracovalo s fytoremediací několik společností, včetně Phytotech, PhytoWorks a Earthcare. Další velké společnosti, jako jsou Chevron a DuPont, také vyvíjely fytoremediaci technologie. Společnosti však nedávno provedly jen malou práci a několik menších společností skončilo podnikání. Problémy s technologií zahrnují skutečnost, že kořeny rostlin se nemohou dostat dostatečně daleko do půdy jádro pro akumulaci některých znečišťujících látek a likvidaci rostlin po převzetí hyperakumulace místo. Rostliny nelze orat zpět do půdy, konzumovat lidmi nebo zvířaty ani ukládat na skládku. Dr. Brooks vedl průkopnické práce v oblasti těžby kovů z hyperakumulačních rostlin. Tento proces se nazývá fytominace a zahrnuje tavení kovů z rostlin.