Fitoremedijacija: Čišćenje tla cvijećem

Prema Međunarodno fitotehnološko društvo web stranica, fitotehnologija je definirana kao znanost o korištenju biljaka za rješavanje problema zaštite okoliša kao što su zagađenje, pošumljavanje, biogoriva i odlagališta. Fitoremedijacija, potkategorija fitotehnologije, koristi biljke za apsorpciju polutanata iz tla ili iz vode.

One zagađivači mogu uključivati teški metali, definirani kao bilo koji elementi koji se smatraju metalima koji mogu uzrokovati zagađenje ili problem zaštite okoliša i koji se ne mogu dalje pogoršati. Visoko nakupljanje teških metala u tlu ili vodi može se smatrati otrovnim za biljke ili životinje.

Ostale metodologije korištene za sanaciju tla zagađenih teškim metalima mogu koštati milijun dolara po hektaru, dok fitoremedijacija procijenjeno je da će koštati između 45 centi i 1,69 američkih dolara po četvornom metru, snizivši cijenu po jutru na desetke tisuća dolara.

Ne može se koristiti svaka biljna vrsta za fitoremedijaciju. Biljka koja je sposobna da preuzme više metala od uobičajenih biljaka naziva se hiperakumulatorom. Hiperakumulatora mogu apsorbirati više teških metala nego što je prisutno u tlu u kojem raste.

Sve biljke trebaju neke teške metale u malim količinama; željezo, bakar i mangan samo su neki od teških metala koji su neophodni za rad biljke. Također, postoje biljke koje mogu podnijeti veliku količinu metala u svom sustavu, čak i više nego što je potrebno za normalan rast, umjesto da pokazuju simptome toksičnosti. Na primjer, vrsta Thlaspi ima protein nazvan "protein tolerancije metala". Cink se uvelike preuzima Thlaspi zbog aktiviranja sistemskog odgovora na nedostatak cinka. Drugim riječima, protein za toleranciju metala govori biljci da treba više cinka, jer mu treba "više", čak i ako to ne čini, pa uzima više!

Specijalizirani transportnici za metal unutar postrojenja također može pomoći u unošenju teških metala. Transporteri, koji su specifični za teški metal na koji se veže, su bjelančevine koje pomažu u transportu, detoksikaciji i sekvestraciji teških metala u biljkama.

Mikrobi u rizferi spuštaju se na površinu korijena biljke, a neki sanacijski mikrobi mogu razgraditi organske materijale kao što su nafta i uzimati teške metale iz zemlje i iz nje. To koristi mikrobi kao i biljci jer proces može osigurati predložak i izvor hrane za mikrobe koji mogu razgraditi organska onečišćenja. Biljke potom oslobađaju korijenski eksudat, enzime i organski ugljik za koje se mikrobi hrane.

"Kum" fitoremedijacije i proučavanja hiperakumulacijskih biljaka može biti vrlo dobar R. R. Brooks Novog Zelanda. Jedan od prvih radova koji uključuje neuobičajeno visoku razinu unosa teških metala u biljke u zagađenom ekosustavu napisao je Reeves i Brooks 1983. godine. Otkrili su da koncentracija olova u Thlaspi smješteno u rudarskom području bilo je lako najviše zabilježeno za bilo koju cvjetnicu.

Rad profesora Brooksa na hiperakumulaciji teških metala od biljaka doveo je do pitanja kako se ta znanja mogu koristiti za čišćenje zagađenih tla. Prvi članak o fitoremedijaciji napisali su znanstvenici sa Sveučilišta Rutgers o korištenju posebno odabranih i inženjerskih postrojenja za skupljanje metala koja se koriste za čišćenje zagađenih tla. Godine 1993. a Američki patent prijavila je tvrtka pod nazivom Phytotech. Pod naslovom "Fitoremedijacija metala", patent je otkrio postupak uklanjanja metalnih iona iz tla pomoću biljaka. Nekoliko vrsta biljaka, uključujući rotkvicu i senf, genetski je inženjerirano da eksprimira protein zvan metalotionein. Biljni protein veže teške metale i uklanja ih tako da ne dođe do toksičnosti biljaka. Zbog ove tehnologije, genetski inženjerstvo biljaka, uključujući Arabidopsis, duhan, kanola i riža preinačeni su na preostala područja zagađena živom.

Glavni čimbenik koji utječe na sposobnost biljke da hipekulira teške metale je dob. Mladi korijeni rastu brže i uzimaju hranjive sastojke s većom brzinom od starijih korijena, a dob također može utjecati na to kako se kemijska kontaminacija kreće kroz biljku. Prirodno, mikrobne populacije u korijenskom području utječu na unos metala. Stope transpiracije, zbog izlaganja suncu / hladu i sezonskih promjena, mogu utjecati i na biljni unos teških metala.

Preko 500 biljnih vrsta ima svojstvo hiperakumulacije. Prirodni hiperakumulatori uključuju Iberis intermedia i Thlaspi spp. Različite biljke akumuliraju različite metale; na primjer, Brassica juncea akumulira bakar, selen i nikl Arabidopsis halleri nakuplja kadmij i Lemna gibba akumulira arsen. Biljke korištene u močvarna močvarna područja uključuju sedulje, rogove, trske i mačkice jer su otporni na poplave i mogu primiti zagađivače. Biljke genetički projektirane, uključujući Arabidopsis, duhan, kanola i riža preinačeni su na preostala područja zagađena živom.

Kako se biljke testiraju na svoje hiperakumulativne sposobnosti? Kultura biljnih tkiva se često koriste u fitoremedijacijskim istraživanjima zbog njihove sposobnosti predviđanja reakcije biljaka i uštede vremena i novca.

Fitoremedijacija je u teoriji popularna zbog niske cijene osnivanja i relativne jednostavnosti. Devedesetih godina postojalo je nekoliko tvrtki koje su radile s fitoremedijacijom, uključujući Phytotech, PhytoWorks i Earthcare. Druge velike tvrtke poput Chevron i DuPont također su razvijale fitoremedijaciju tehnologije. Međutim, tvrtke su nedavno obavljale malo posla, a nekoliko manjih tvrtki je napustilo posao. Problemi s tehnologijom uključuju i činjenicu da korijenje biljaka ne može dospjeti dovoljno duboko u tlo jezgra za akumuliranje nekih zagađivača, te zbrinjavanje biljaka nakon prekomjernog nakupljanja mjesto. Biljke se ne mogu oranjati natrag u zemlju, konzumirati ih ljudi ili životinje ili ih odlagati na odlagalište. Dr. Brooks vodio je pionirski rad na vađenju metala iz hiperakumulacijskih postrojenja. Taj se postupak naziva fitominiranje i uključuje topljenje metala iz biljaka.