Фиторемедијација: Чишћење тла цвећем

Према Међународно фитотехнолошко друштво веб страница, фитотехнологија је дефинисана као наука о коришћењу биљака за решавање проблема животне средине као што су загађење, пошумљавање, биогорива и депоније. Фиторемедијација, подкатегорија фитотехнологије, користи биљке за апсорпцију загађивача из тла или из воде.

Укључени загађивачи могу да укључују тешки метали, дефинисани као било који елементи који се сматрају металима који могу изазвати загађење или проблем заштите животне средине и који се не могу даље деградирати. Велика акумулација тешких метала у земљи или води може се сматрати отровном за биљке или животиње.

Остале методологије које се користе за уклањање тла загађених тешким металима могу коштати милион америчких долара по јутру, док је фиторемедијација процењено је да ће коштати између 45 центи и 1,69 америчких долара по квадратном метру, снизивши трошкове по јутру на десетине хиљада долара.

Не може се користити свака врста биљака за фиторемедијацију. Биљка која може да преузме више метала од уобичајених биљака назива се хиперакумулатором. Хиперакумулатора могу да апсорбују више тешких метала него што је присутно у земљи у којој расте.

Све биљке требају неке тешке метале у малим количинама; гвожђе, бакар и манган само су неки од тешких метала који су неопходни за функционисање биљке. Такође, постоје биљке које могу поднијети велику количину метала у свом систему, чак и више него што је потребно за нормалан раст, уместо да испољавају симптоме токсичности. На пример, врста Тхласпи има протеин назван "протеин толеранције метала". Цинк се увелико узима Тхласпи услед активирања системског одговора на недостатак цинка. Другим речима, протеин толеранције на метал говори биљци да јој треба више цинка, јер му „треба више“, чак и ако нема, тако да треба више!

Специјализовани превозници за метал унутар постројења такође може помоћи у уношењу тешких метала. Транспортери, специфични за тешки метал на који се вежу, су протеини који помажу у транспорту, детоксикацији и секвестрацији тешких метала у биљкама.

Микроби у ризфери спуштају се на површину коријена биљке, а неки санацијски микроби могу разградити органске материјале као што су нафта и узимају тешке метале из земље и из ње. Ово користи микробовима као и биљци, јер процес може да пружи образац и извор хране за микробе који могу разградити органске загађиваче. Биљке потом ослобађају коренинске ексудате, ензиме и органски угљен за микробе којима се хране.

"Кум" фиторемедијације и проучавања хиперакумулационих биљака може бити веома добар Р. Р. Броокс Новог Зеланда. Један од првих радова који укључује неуобичајено висок ниво уноса тешких метала у биљке у загађеном екосистему написао је Реевес и Броокс у 1983. Открили су да је концентрација олова у Тхласпи смјештено у рударском подручју било је лако највише забиљежено за било коју цвјетницу.

Рад професора Броокса на хиперакумулацији тешких метала биљкама довео је до питања како се та сазнања могу користити за чишћење загађених тла. Први чланак о фиторемедијацији написали су научници са Универзитета Рутгерс о коришћењу посебно одабраних и инжењерских постројења за нагомилавање метала која се користе за чишћење загађених тла. 1993. године Унитед Статес патент поднела је компанија под називом Пхитотецх. Под називом "Фиторемедијација метала", патент је открио методу за уклањање јона метала из земље коришћењем биљака. Неколико врста биљака, укључујући ротквицу и сенф, генетски је инжењерирано да изражава протеин зван металотионеин. Биљни протеин веже тешке метале и уклања их тако да не дође до токсичности биљака. Захваљујући овој технологији, генетски инжењериране биљке, укључујући Арабидопсис, дуван, канола и пиринач модификовани су да би се оставили контаминирани живом.

Главни фактор који утиче на способност биљке да хипекукулише тешке метале је старост. Млади корени расту брже и узимају храњиве материје брже од старијих корења, а старост такође може утицати на то како се хемијски контаминант помера широм биљке. Природно, микробне популације у коренима утичу на унос метала. Стопе транспирације, због излагања сунцу / хладу и сезонских промена, такође могу утицати на усвајање тешких метала у биљку.

Преко 500 биљних врста за њих се наводи да имају хиперакумулациона својства. Природни хиперакумулатори укључују Иберис интермедиа и Тхласпи спп. Различите биљке накупљају различите метале; на пример, Брассица јунцеа акумулира бакар, селен и никл Арабидопсис халлери накупља кадмијум и Лемна гибба накупља арсен. Биљке које се користе у мочварна мочварна подручја укључују сеџде, рогове, трску и мачке мачеве, јер су отпорне на поплаве и способне су да уносе загађиваче. Биљне инжењерске биљке, укључујући Арабидопсис, дуван, канола и пиринач модификовани су у преостала подручја загађена живом.

Како се биљке тестирају на своје хиперакумулативне способности? Култура биљних ткива се често користе у фиторемедијацијским истраживањима, због њихове способности предвиђања реакције биљака и уштеде времена и новца.

Фиторемедијација је популарна у теорији због ниских трошкова успостављања и релативне једноставности. Током деведесетих година постојало је неколико компанија које су радиле са фиторемедијацијом, укључујући Пхитотецх, ПхитоВоркс и Еартхцаре. Друге велике компаније попут Цхеврон и ДуПонт такође су развијале фиторемедијацију технологија. Међутим, компаније су недавно урадиле мало посла, а неколико мањих компанија је напустило посао. Проблеми са технологијом укључују и чињеницу да коријење биљака не може довољно доспети у тло језгра за нагомилавање неких загађивача, и одлагање биљака након хипекукулације место. Биљке се не могу урањати у земљу, конзумирати их људи или животиње или стављати на депонију. Др Броокс водио је пионирски рад на вађењу метала из постројења за хиперакумулацију. Овај поступак се назива фитоминирање и укључује топљење метала из биљака.