Kasvien hoito: Maaperän puhdistaminen kukilla

Mukaan Kansainvälinen fytoteknologiaseura fytoteknologia määritellään tiedeksi, joka koskee kasvien käyttöä ympäristöongelmien, kuten pilaantumisen, uudelleenmetsittämisen, biopolttoaineiden ja kaatopaikkojen ratkaisemiseksi. Kasvien terveyttämisessä, joka on fytoteknologian alaryhmä, käytetään kasveja absorboimaan epäpuhtauksia maaperästä tai vedestä.

Saastuttavia aineita voi olla raskasmetallit, määritellään metalleiksi katsottaviksi elementeiksi, jotka voivat aiheuttaa pilaantumista tai ympäristöongelmia ja joita ei voida edelleen hajottaa. Suurten raskasmetallien kerääntymistä maaperään tai veteen voidaan pitää myrkyllisinä kasveille tai eläimille.

Muut menetelmät, joita käytetään raskasmetalleilla pilaantuneen maaperän korjaamiseen, voivat maksaa miljoona dollaria Yhdysvaltain hehtaaria kohti, kun taas kasvien terveyttäminen arvioitiin maksavan välillä 45 senttiä - 1,69 dollaria Yhdysvaltain neliöjalkaa kohti, mikä alentaa hehtaarin kustannukset kymmeniin tuhansiin dollaria.

Kaikkia kasvilajeja ei voida käyttää kasvinsuojeluun. Kasvia, joka kykenee ottamaan enemmän metalleja kuin normaalit kasvit, kutsutaan hyperakumulaattoriksi. Hyperakumulaattorit voivat absorboida enemmän raskasmetalleja kuin mitä esiintyy maaperässä, jossa ne kasvavat.

Kaikki kasvit tarvitsevat pieniä määriä raskasmetalleja; rauta, kupari ja mangaani ovat vain muutamia raskasmetalleista, jotka ovat välttämättömiä kasvien toiminnalle. Lisäksi on olemassa kasveja, jotka sietävät suureen määrään metalleja järjestelmässään, jopa enemmän kuin he tarvitsevat normaaliin kasvuun, sen sijaan, että niillä olisi toksisuusoireita. Esimerkiksi Thlaspi on proteiini, jota kutsutaan "metallitoleranssiproteiiniksi". Sinkki kuluttaa voimakkaasti sinkkiä Thlaspi johtuen systeemisen sinkin puutosvasteen aktivoitumisesta. Toisin sanoen metalli-toleranssiproteiini kertoo kasvelle, että se tarvitsee enemmän sinkkiä, koska se "tarvitsee enemmän", vaikka ei tarvitse, joten se vie enemmän!

Erikoistuneet metallinkuljettajat kasvien sisällä voi myös auttaa raskasmetallien omaksumista. Kuljettajat, jotka ovat spesifisiä raskasmetalleille, joihin se sitoutuu, ovat proteiineja, jotka auttavat raskasmetallien kuljettamisessa, detoksifikaatiossa ja sekvestoinnissa kasveissa.

Rizosfäärin mikrobit takertuvat kasvien juurien pintaan, ja jotkut parantavat mikrobit kykenevät hajottamaan orgaanisia aineita, kuten maaöljy ja ota raskasmetallit ylös ja pois maaperästä. Tästä on hyötyä sekä mikrobille että kasvelle, koska prosessi voi tarjota mallin ja ravintolähteen mikrobille, jotka voivat hajottaa orgaanisia epäpuhtauksia. Tämän jälkeen kasvit vapauttavat juurieksudaatteja, entsyymejä ja orgaanista hiiltä mikrobien ravinnoksi.

Kasvien terveydenhoidon "kummisetä" ja hyperakumulaattoreiden tutkimus voivat hyvinkin olla R. R. Brooks Uudesta-Seelannista. Yksi ensimmäisistä kirjoituksista, joissa käsiteltiin epätavallisen paljon raskasmetallien määrää saastuneen ekosysteemin kasveissa, kirjoitti Reeves ja Brooks vuonna 1983. He havaitsivat, että lyijyn pitoisuus Thlaspi kaivosalueella sijaitseva oli helposti kaikkien aikojen kaikkien kukkasien kaikkien aikojen korkein.

Professori Brooksin työ kasvien raskasmetallien hyperakumulaatiossa johti kysymyksiin siitä, kuinka tätä tietoa voitaisiin käyttää saastuneen maaperän puhdistamiseen. Rutgersin yliopiston tutkijat kirjoittivat ensimmäisen fytoremediaatiota käsittelevän artikkelin erityisesti valittujen ja suunniteltujen metallia keräävien kasvien käytöstä, jota käytetään saastuneen maaperän puhdistamiseen. Vuonna 1993 a Yhdysvaltain patentti jätti yrityksen nimeltä Phytotech. Otsikko "Metallien fytoremediaatio", patentti esitti menetelmän metalli-ionien poistamiseksi maaperästä kasveja käyttämällä. Useita kasvilajeja, mukaan lukien retiisi ja sinappi, suunniteltiin geeniteknisesti metallotioneiini-nimisen proteiinin ilmentämiseksi. Kasviproteiini sitoo raskasmetalleja ja poistaa ne siten, että kasvien toksisuutta ei esiinny. Tämän tekniikan ansiosta geneettisesti muunnetut kasvit, mukaan lukien Arabidopsis, tupakka, rypsi ja riisi on muokattu elohopean saastuttamiksi alueiksi.

Tärkein tekijä, joka vaikuttaa kasvin kykyyn hyperakumuloitua raskasmetalleja, on ikä. Nuoret juuret kasvavat nopeammin ja kuluttavat ravintoaineita nopeammin kuin vanhemmat juuret, ja ikä voi myös vaikuttaa kemiallisen epäpuhtauden liikkumiseen kasvissa. Juurialueen mikrobipopulaatiot vaikuttavat luonnollisesti metallien imeytymiseen. Auringon / varjon altistumisesta ja vuodenaikojen muutoksista johtuvat kulutusnopeudet voivat myös vaikuttaa kasvien raskasmetallien imeytymiseen.

Yli 500 kasvilajia on ilmoitettu olevan hyperakumuloituneita ominaisuuksia. Luonnollisiin hyperakumulaattoreihin kuuluvat Iberis intermedia ja Thlaspi spp. Eri kasvit keräävät erilaisia ​​metalleja; esimerkiksi, Brassica juncea kertyy kuparia, seleeniä ja nikkeliä, kun taas Arabidopsis halleri kertyy kadmiumia ja Lemna gibba kertyy arseenia. Kasvit, suunnitellut kosteikot niihin sisältyy silakka, mätsä, kaisla ja kampela, koska ne ovat tulvakestoisia ja kykenevät omaksumaan epäpuhtauksia. Geneettisesti suunnitellut kasvit, mukaan lukien Arabidopsis, tupakka, rypsi ja riisi, on modifioitu elohopean saastuttamiksi alueiksi.

Kuinka kasveja testataan hyperakumulatiivisten kykyjensä suhteen? Kasvikudosviljelmät käytetään usein kasvinsuojelututkimuksessa, koska ne kykenevät ennustamaan kasvien vastetta ja säästämään aikaa ja rahaa.

Fytoremediaatio on teoriassa suosittu alhaisten perustamiskustannusten ja suhteellisen yksinkertaisuuden vuoksi. 1990-luvulla oli useita kasvinsuojeluyrityksiä, mukaan lukien Phytotech, PhytoWorks ja Earthcare. Myös muut suuret yritykset, kuten Chevron ja DuPont, kehittivät kasvinsuojelua teknologioiden. Yritykset ovat kuitenkin viime aikoina tehneet vain vähän työtä, ja monet pienemmistä yrityksistä ovat lopettaneet toimintansa. Teknologian ongelmiin kuuluu se, että kasvien juuret eivät pääse riittävän kaukana maaperään ydin kerätäkseen joitain epäpuhtauksia, ja kasvien hävittäminen sen jälkeen kun hyperakumuloituminen on tapahtunut paikka. Kasveja ei voida kyntää takaisin maaperään, ihmisten tai eläinten kuluttamiin tai kaatopaikalle. Tohtori Brooks johti uraauurtavaa työtä metallien uuttamiseksi hyperaakkumulaattoreista. Tätä prosessia kutsutaan fytominingiksi ja siihen sisältyy metallien sulatus kasveista.