Fitoremediere Curățarea solului cu flori

Conform site-ului International Phytotechnology Society, fitotehnologia este definită ca știința utilizării plantelor pentru rezolvarea problemelor de mediu precum poluarea, reîmpădurirea, biocombustibilii și depozitarea deșeurilor. Fitoremedierea, o subcategorie a fitotehnologiei, folosește plantele pentru a absorbi poluanții din soluri sau din apă.

Poluanții implicați pot include metale grele, definite ca orice elemente considerate ca un metal care pot provoca poluare sau o problemă de mediu și care nu pot fi degradate în continuare. O acumulare mare de metale grele într-un sol sau apă poate fi considerată toxică pentru plante sau animale.

De ce se folosește fitoremedierea?

Alte metodologii utilizate pentru remedierea solurilor poluate cu metale grele pot costa 1 milion de dolari SUA pe acre, în timp ce fitoremedierea a fost estimată să coste între 45 de cenți și 1,69 USD SUA pe pătrat, scăzând costul pe acre la zeci de mii de dolari.

Cum funcționează fitoremedierea?

Nu toate speciile de plante pot fi folosite pentru fitoremediere. O plantă care este capabilă să preia mai multe metale decât plantele normale se numește hiperaccumulator. Hiperaccumulatorii pot absorbi mai multe metale grele decât sunt prezente în solul în care cresc.

Toate plantele au nevoie de niște metale grele în cantități mici; fierul, cuprul și manganul sunt doar câteva dintre metalele grele care sunt esențiale pentru funcționarea plantelor. De asemenea, există plante care pot tolera o cantitate mare de metale în sistemul lor, chiar mai mult decât au nevoie pentru o creștere normală, în loc să prezinte simptome de toxicitate. De exemplu, o specie de Thlaspi are o proteină numită „proteină de toleranță metalică”. Zincul este puternic preluat de Thlaspi datorită activării unui răspuns sistemic de deficiență de zinc. Cu alte cuvinte, proteina cu toleranță la metal îi spune plantei că are nevoie de mai mult zinc, deoarece „are nevoie de mai mult”, chiar dacă nu, așa că necesită mai mult!

Transportatorii de metale specializați în cadrul unei instalații pot ajuta și la absorbția de metale grele. Transportoarele, care sunt specifice metalului greu de care se leagă, sunt proteine ​​care ajută la transportul, detoxifierea și sechestrarea metalelor grele în plante.

Microbii din rizosfera se agață de suprafața rădăcinilor plantelor, iar unii microbi retrăitori sunt capabili să descompună materiale organice, cum ar fi petrolul și să ia metale grele în sus și în afara solului. Acest lucru beneficiază microbii, precum și planta, deoarece procesul poate oferi un șablon și o sursă de hrană pentru microbi care pot degrada poluanții organici. Plantele eliberează ulterior exudate de rădăcini, enzime și carbon organic pentru care microbii se vor hrăni.

Istoria fitoremedierii

„Nașul” fitoremedierii și studiul plantelor cu hiperaccumulator poate fi foarte bine R. R. Brooks din Noua Zeelandă. Una dintre primele lucrări care implică un nivel neobișnuit de ridicat al absorbției metalelor grele la plantele dintr-un ecosistem poluat a fost scrisă de Reeves și Brooks în 1983. Ei au descoperit că concentrația de plumb din Thlaspi amplasată într-o zonă minieră a fost ușor cea mai mare înregistrată vreodată pentru orice plantă cu flori.

Lucrările profesorului Brooks cu privire la hiperaccumularea metalelor grele de către plante au dus la întrebări cu privire la modul în care aceste cunoștințe ar putea fi utilizate pentru curățarea solurilor poluate. Primul articol despre fitoremediere a fost scris de oamenii de știință de la Universitatea Rutgers despre utilizarea unor instalații de acumulare de metale special selectate și proiectate, folosite pentru curățarea solurilor poluate. În 1993, un brevet din Statele Unite a fost depus de o companie numită Phytotech. Intitulat "Fitoremedierea metalelor", brevetul a dezvăluit o metodă de îndepărtare a ionilor de metal din sol folosind plante. Mai multe specii de plante, inclusiv ridiche și muștar, au fost concepute genetic pentru a exprima o proteină numită metalotioneină. Proteina vegetală leagă metalele grele și le îndepărtează astfel încât toxicitatea plantelor să nu apară. Datorită acestei tehnologii, plantele proiectate genetic, inclusiv Arabidopsis, tutunul, canola și orezul au fost modificate pentru remedierea zonelor contaminate cu mercur.

Factorii externi care afectează fitoremedierea

Principalul factor care afectează capacitatea unei plante de a hiperaccumula metale grele este vârsta. Rădăcinile tinere cresc mai repede și preiau nutrienții într-un ritm mai mare decât rădăcinile mai vechi, iar vârsta poate afecta, de asemenea, modul în care contaminantul chimic se deplasează în întreaga plantă. În mod natural, populațiile microbiene din zona rădăcinii afectează absorbția metalelor. Rata de transpirație, datorită expunerii la soare / umbră și a modificărilor sezoniere, poate afecta și absorbția de metale grele din plante.

Specii vegetale utilizate pentru fitoremediere

Peste 500 de specii vegetale au proprietăți de hiperaccumulare. Hiperaccumulatorii naturali includ Iberis intermedia și Thlaspi spp. Diferite plante acumulează diferite metale; de exemplu, Brassica juncea acumulează cupru, seleniu și nichel, întrucât Arabidopsis halleri acumulează cadmiu și Lemna gibba acumulează arsenic. Plantele utilizate în zonele umede proiectate includ bordeuri, vârfuri, stuf și cattail, deoarece sunt tolerante la inundații și sunt capabile să preia poluanți. Instalații proiectate genetic, inclusiv Arabidopsis, tutunul, canola și orezul au fost modificate pentru remedierea zonelor contaminate cu mercur.

Cum sunt testate plantele pentru abilitățile lor hiperaccumulative? Culturile de țesuturi vegetale sunt utilizate frecvent în cercetarea fitoremedierii, datorită capacității lor de a prezice răspunsul plantelor și de a economisi timp și bani.

Marketabilitatea fitoremedierii

Fitoremedierea este populară în teorie datorită costurilor sale scăzute de stabilire și simplității relative. În anii 1990, existau mai multe companii care lucrau cu fitoremediere, inclusiv Phytotech, PhytoWorks și Earthcare. Alte mari companii precum Chevron și DuPont au dezvoltat, de asemenea, tehnologii de fitoremediere. Totuși, puține lucrări au fost realizate recent de companii, iar mai multe dintre companiile mai mici au ieșit din activitate. Problemele tehnologiei includ faptul că rădăcinile plantelor nu pot ajunge destul de departe în miezul solului pentru a acumula niște poluanți și eliminarea plantelor după ce a avut loc hiperacularea. Plantele nu pot fi aruncate înapoi în sol, consumate de oameni sau animale sau introduse într-un depozit de deșeuri. Dr. Brooks a condus lucrările de pionierat la extragerea metalelor din plantele cu hiperaculare. Acest proces se numește fitominarea și presupune topirea metalelor din plante.