Phytoremediation: Bodenreinigung mit Blumen

Laut der Internationale Gesellschaft für Phytotechnologie Website, Phytotechnologie ist definiert als die Wissenschaft der Verwendung von Pflanzen zur Lösung von Umweltproblemen wie Umweltverschmutzung, Wiederaufforstung, Biokraftstoffen und Deponierung. Bei der Phytoremediation, einer Unterkategorie der Phytotechnologie, werden Pflanzen verwendet, um Schadstoffe aus Böden oder Wasser zu absorbieren.

Die beteiligten Schadstoffe können umfassen Schwermetalle, definiert als alle Elemente, die als Metall betrachtet werden, das Umweltverschmutzung oder Umweltprobleme verursachen kann und das nicht weiter abgebaut werden kann. Eine hohe Anreicherung von Schwermetallen in einem Boden oder Wasser kann als giftig für Pflanzen oder Tiere angesehen werden.

Andere Methoden zur Sanierung von mit Schwermetallen belasteten Böden können 1 Million US-Dollar pro Morgen kosten, während die Phytoremediation Es wurde geschätzt, dass es zwischen 45 Cent und 1,69 US-Dollar pro Quadratfuß kostet, was die Kosten pro Morgen auf Zehntausende von US-Dollar senkt Dollar.

Nicht jede Pflanzenart kann zur Phytoremediation verwendet werden. Eine Pflanze, die mehr Metalle aufnehmen kann als normale Pflanzen, wird als Hyperakkumulator bezeichnet. Hyperakkumulatoren können mehr Schwermetalle aufnehmen, als in dem Boden vorhanden sind, in dem sie wachsen.

Alle Pflanzen benötigen einige Schwermetalle in kleinen Mengen; Eisen, Kupfer und Mangan sind nur einige der Schwermetalle, die für die Pflanzenfunktion unerlässlich sind. Es gibt auch Pflanzen, die eine große Menge an Metallen in ihrem System tolerieren können, sogar mehr als sie für ein normales Wachstum benötigen, anstatt Toxizitätssymptome zu zeigen. Zum Beispiel eine Art von Thlaspi hat ein Protein, das als "Metalltoleranzprotein" bezeichnet wird. Zink wird stark von aufgenommen Thlaspi aufgrund der Aktivierung einer systemischen Zinkmangelreaktion. Mit anderen Worten, das Metalltoleranzprotein sagt der Pflanze, dass es mehr Zink benötigt, weil es "mehr braucht", auch wenn es dies nicht tut, also nimmt es mehr auf!

Spezialisierte Metalltransporter innerhalb einer Anlage kann auch die Aufnahme von Schwermetallen unterstützen. Die Transporter, die spezifisch für das Schwermetall sind, an das es bindet, sind Proteine, die den Transport, die Entgiftung und die Sequestrierung von Schwermetallen innerhalb von Pflanzen unterstützen.

Mikroben in der Rhizosphäre haften an der Oberfläche von Pflanzenwurzeln, und einige sanierende Mikroben können organische Materialien wie z Petroleum und Schwermetalle aus dem Boden nehmen. Dies kommt sowohl den Mikroben als auch der Pflanze zugute, da der Prozess eine Vorlage und eine Nahrungsquelle für Mikroben darstellen kann, die organische Schadstoffe abbauen können. Die Pflanzen setzen anschließend Wurzelexsudate, Enzyme und organischen Kohlenstoff frei, damit sich die Mikroben ernähren können.

Der "Pate" der Phytoremediation und der Untersuchung von Hyperakkumulatorpflanzen kann sehr gut sein R. R. Brooks von Neuseeland. Eine der ersten Arbeiten mit einer ungewöhnlich hohen Schwermetallaufnahme in Pflanzen in einem verschmutzten Ökosystem wurde von verfasst Reeves und Brooks im Jahr 1983. Sie fanden heraus, dass die Konzentration von Blei in Thlaspi Das in einem Bergbaugebiet gelegene Gebiet war mit Sicherheit das höchste, das jemals für eine blühende Pflanze verzeichnet wurde.

Die Arbeiten von Professor Brooks zur Schwermetallhyperakkumulation durch Pflanzen führten zu Fragen, wie dieses Wissen zur Reinigung verschmutzter Böden genutzt werden könnte. Der erste Artikel über Phytoremediation wurde von Wissenschaftlern der Rutgers University über die Verwendung speziell ausgewählter und technisch hergestellter metallakkumulierender Pflanzen zur Reinigung verschmutzter Böden verfasst. Im Jahr 1993 a Patent der Vereinigten Staaten wurde von einer Firma namens Phytotech eingereicht. Mit dem Titel "Phytoremediation of Metals" offenbarte das Patent ein Verfahren zur Entfernung von Metallionen aus dem Boden unter Verwendung von Pflanzen. Mehrere Pflanzenarten, darunter Rettich und Senf, wurden gentechnisch verändert, um ein Protein namens Metallothionein zu exprimieren. Das Pflanzenprotein bindet Schwermetalle und entfernt sie, so dass keine Pflanzentoxizität auftritt. Aufgrund dieser Technologie können gentechnisch veränderte Pflanzen, einschließlich Arabidopsis, Tabak, Raps und Reis wurden modifiziert, um mit Quecksilber kontaminierte Bereiche zu sanieren.

Der Hauptfaktor, der die Fähigkeit einer Pflanze zur Schwerakkumulation von Schwermetallen beeinflusst, ist das Alter. Junge Wurzeln wachsen schneller und nehmen Nährstoffe schneller auf als ältere Wurzeln. Das Alter kann auch die Bewegung der chemischen Verunreinigungen in der Pflanze beeinflussen. Natürlich beeinflussen die mikrobiellen Populationen im Wurzelbereich die Aufnahme von Metallen. Transpirationsraten können aufgrund von Sonnen- / Schatteneinwirkung und saisonalen Veränderungen auch die Aufnahme von Schwermetallen durch Pflanzen beeinflussen.

Über 500 Pflanzenarten Es wird berichtet, dass sie Hyperakkumulationseigenschaften haben. Natürliche Hyperakkumulatoren umfassen Iberis intermedia und Thlaspi spp. Verschiedene Pflanzen akkumulieren verschiedene Metalle; zum Beispiel, Brassica juncea akkumuliert Kupfer, Selen und Nickel, während Arabidopsis halleri sammelt Cadmium und Lemna Gibba sammelt Arsen an. Pflanzen verwendet in bebaute Feuchtgebiete Dazu gehören Seggen, Binsen, Schilf und Rohrkolben, da sie hochwassertolerant sind und Schadstoffe aufnehmen können. Gentechnisch veränderte Pflanzen, einschließlich ArabidopsisTabak, Raps und Reis wurden modifiziert, um mit Quecksilber kontaminierte Bereiche zu sanieren.

Wie werden Pflanzen auf ihre hyperakkumulativen Fähigkeiten getestet? Pflanzengewebekulturen werden in der Phytoremediationsforschung häufig eingesetzt, da sie das Ansprechen der Pflanzen vorhersagen und Zeit und Geld sparen können.

Die Phytoremediation ist theoretisch aufgrund ihrer geringen Einrichtungskosten und ihrer relativen Einfachheit beliebt. In den 90er Jahren arbeiteten mehrere Unternehmen mit Phytoremediation, darunter Phytotech, PhytoWorks und Earthcare. Andere große Unternehmen wie Chevron und DuPont entwickelten ebenfalls Phytoremediation Technologien. In letzter Zeit haben die Unternehmen jedoch nur wenig Arbeit geleistet, und einige der kleineren Unternehmen haben ihre Geschäftstätigkeit eingestellt. Zu den Problemen mit der Technologie gehört die Tatsache, dass Pflanzenwurzeln nicht weit genug in den Boden hineinreichen können Kern, um einige Schadstoffe anzusammeln, und die Entsorgung der Pflanzen nach Hyperakkumulation genommen hat Ort. Die Pflanzen können nicht in den Boden zurückgepflügt, von Menschen oder Tieren verzehrt oder auf einer Mülldeponie deponiert werden. Dr. Brooks leitete Pionierarbeiten zur Gewinnung von Metallen aus Hyperakkumulatoranlagen. Dieser Prozess wird als Phytomining bezeichnet und beinhaltet das Schmelzen von Metallen aus den Pflanzen.