Fytoremediatie De grond reinigen met bloemen

Volgens de website van de International Phytotechnology Society wordt fytotechnologie gedefinieerd als de wetenschap van het gebruik van planten om milieuproblemen zoals vervuiling, herbebossing, biobrandstoffen en stortplaatsen op te lossen. Fytoremediatie, een subcategorie van fytotechnologie, gebruikt planten om verontreinigende stoffen uit de bodem of uit water te absorberen.

De betrokken verontreinigende stoffen kunnen zware metalen zijn, gedefinieerd als alle elementen die worden beschouwd als een metaal dat verontreiniging of een milieuprobleem kan veroorzaken en dat niet verder kan worden afgebroken. Een hoge ophoping van zware metalen in een bodem of water kan als giftig voor planten of dieren worden beschouwd.

Waarom fytoremediatie gebruiken?

Andere methoden die worden gebruikt om met zware metalen vervuilde bodems te saneren, kunnen $ 1 miljoen US per acre kosten, terwijl fytoremediatie naar schatting tussen 45 cent en $ 1,69 US per vierkante voet kost, waardoor de kosten per acre worden verlaagd tot tienduizenden dollars.

Hoe werkt fytoremediatie??

Niet elke plantensoort kan worden gebruikt voor fytoremediatie. Een plant die meer metalen kan opnemen dan normale planten, wordt een hyperaccumulator genoemd. Hyperaccumulatoren kunnen meer zware metalen opnemen dan aanwezig is in de grond waarin ze groeien.

Alle planten hebben wat zware metalen in kleine hoeveelheden nodig; ijzer, koper en mangaan zijn slechts enkele van de zware metalen die essentieel zijn voor de plantfunctie. Ook zijn er planten die een grote hoeveelheid metalen in hun systeem kunnen verdragen, zelfs meer dan ze nodig hebben voor normale groei, in plaats van toxiciteitssymptomen te vertonen. Bijvoorbeeld een soort van Thlaspi heeft een eiwit dat een "metaaltolerantie-eiwit" wordt genoemd. Zink wordt zwaar overgenomen door Thlaspi vanwege de activering van een systemische zinkgebrekrespons. Met andere woorden, het metaaltolerantie-eiwit vertelt de plant dat het meer zink nodig heeft omdat het "meer nodig heeft", zelfs als het dat niet doet, dus neemt het meer op!

Gespecialiseerde metaaltransporters in een fabriek kunnen ook helpen bij de opname van zware metalen. De transporters, die specifiek zijn voor het zware metaal waaraan het bindt, zijn eiwitten die helpen bij het transport, de ontgifting en de opslag van zware metalen in planten.

Microben in de rhizosfeer klampen zich vast aan het oppervlak van plantenwortels, en sommige herstellende microben kunnen organische materialen zoals aardolie afbreken en zware metalen uit de grond halen en opnemen. Dit komt zowel de microben als de plant ten goede, omdat het proces een sjabloon en een voedselbron kan bieden voor microben die organische verontreinigende stoffen kunnen afbreken. De planten geven vervolgens wortelafscheidingen, enzymen en organische koolstof vrij voor de microben om zich te voeden.

Geschiedenis van fytoremediatie

De "peetvader" van fytoremediatie en de studie van hyperaccumulatorplanten kan heel goed R. R. Brooks uit Nieuw-Zeeland zijn. Een van de eerste artikelen met een ongewoon hoog niveau van opname van zware metalen in planten in een vervuild ecosysteem werd geschreven door Reeves en Brooks in 1983. Ze ontdekten dat de concentratie van lood in Thlaspi gelegen in een mijngebied was gemakkelijk de hoogste ooit geregistreerd voor elke bloeiende plant.

Het werk van professor Brooks aan hyperaccumulatie van zware metalen door planten leidde tot vragen over hoe deze kennis kon worden gebruikt om vervuilde bodems te reinigen. Het eerste artikel over fytoremediatie is geschreven door wetenschappers van Rutgers University over het gebruik van speciaal geselecteerde en gemanipuleerde metaalaccumulerende planten die worden gebruikt om vervuilde bodems te reinigen. In 1993 werd een Amerikaans patent ingediend door een bedrijf genaamd Phytotech. Met de titel "Fytoremediatie van metalen" onthulde het octrooi een methode om metaalionen uit grond te verwijderen met behulp van planten. Verschillende plantensoorten, waaronder radijs en mosterd, werden genetisch gemanipuleerd om een ​​eiwit metallothioneïne tot expressie te brengen. Het plantaardige eiwit bindt zware metalen en verwijdert deze zodat plantentoxiciteit niet optreedt. Dankzij deze technologie, genetisch gemodificeerde planten, waaronder Arabidopsis, tabak, koolzaad en rijst zijn aangepast om met kwik verontreinigde gebieden te saneren.

Externe factoren die fytoremediatie beïnvloeden

De belangrijkste factor die het vermogen van een plant om zware metalen te hyperaccumuleren beïnvloedt, is leeftijd. Jonge wortels groeien sneller en nemen voedingsstoffen op in een hoger tempo dan oudere wortels, en leeftijd kan ook invloed hebben op hoe de chemische contaminant door de plant beweegt. Natuurlijk beïnvloeden de microbiële populaties in het wortelgebied de opname van metalen. Transpiratiesnelheden, als gevolg van blootstelling aan zon / schaduw en seizoensgebonden veranderingen, kunnen ook de opname van zware metalen door planten beïnvloeden.

Plantensoorten gebruikt voor fytoremediatie

Meer dan 500 plantensoorten hebben hyperaccumulatie-eigenschappen. Natuurlijke hyperaccumulatoren omvatten Iberis intermedia en Thlaspi spp. Verschillende planten verzamelen verschillende metalen; bijvoorbeeld, Brassica juncea accumuleert koper, selenium en nikkel, terwijl Arabidopsis halleri accumuleert cadmium en Lemna gibba accumuleert arseen. Planten die in gemanipuleerde wetlands worden gebruikt, zijn onder meer zegges, biezen, riet en cattails omdat ze overstromingstolerant zijn en verontreinigende stoffen kunnen opnemen. Genetisch gemanipuleerde planten, waaronder Arabidopsis, tabak, koolzaad en rijst zijn aangepast om met kwik verontreinigde gebieden te saneren.

Hoe worden planten getest op hun hyperaccumulatievermogen? Plantweefselculturen worden vaak gebruikt in fytoremediatie-onderzoek, vanwege hun vermogen om plantrespons te voorspellen en tijd en geld te besparen.

Verhandelbaarheid van fytoremediatie

Fytoremediatie is in theorie populair vanwege de lage vestigingskosten en relatieve eenvoud. In de jaren negentig waren er verschillende bedrijven die met fytoremediatie werkten, waaronder Phytotech, PhytoWorks en Earthcare. Andere grote bedrijven zoals Chevron en DuPont ontwikkelden ook fytoremediatie-technologieën. De bedrijven hebben recent echter weinig werk verricht en verschillende kleinere bedrijven zijn failliet gegaan. Problemen met de technologie omvatten het feit dat plantenwortels niet ver genoeg in de bodemkern kunnen reiken om enkele verontreinigende stoffen op te hopen, en de verwijdering van de planten nadat hyperaccumulatie heeft plaatsgevonden. De planten kunnen niet in de grond worden teruggeploegd, door mensen of dieren worden geconsumeerd of op een stortplaats worden gezet. Dr. Brooks leidde baanbrekend werk bij de winning van metalen uit hyperaccumulatorfabrieken. Dit proces wordt fytomining genoemd en omvat het smelten van metalen uit de planten.