Fütorehabilitatsioon: mulla puhastamine lilledega

Vastavalt Rahvusvaheline fütotehnoloogia selts fütotehnoloogia määratletakse kui teadust taimede kasutamisest keskkonnaprobleemide, näiteks saastamise, metsauuenduse, biokütuste ja prügilate lahendamisel. Fütoremediatsioon, mis on fütotehnoloogia alamkategooria, kasutab taimi muldadest või veest pärinevate saasteainete absorbeerimiseks.

Kaasatud saasteained võivad hõlmata: raskemetallid, mis on määratletud kui mis tahes metalliks peetavad elemendid, mis võivad põhjustada reostust või tekitada keskkonnaprobleeme ja mida ei saa veelgi halvendada. Raskemetallide suurt kogunemist pinnasesse või vette võib pidada taimedele või loomadele mürgiseks.

Muud metoodikad, mida kasutatakse raskmetallidega saastatud pinnase leevendamiseks, võivad maksta 1 miljon USA dollarit aakri kohta, samas kui fütoremediatsioon hinnanguliselt maksis 45 senti kuni 1,69 USA dollarit ruutmeetri kohta, langetades aakri hinna kümnete tuhandete dollarit.

Mitte kõiki taimeliike ei saa fütoremondiks kasutada. Taime, mis on võimeline võtma rohkem metalli kui tavalised taimed, nimetatakse hüperakuumulaatoriks. Hüperaakumulaatorid suudavad absorbeerida rohkem raskmetalle kui pinnases, milles nad kasvavad.

Kõik taimed vajavad väikestes kogustes raskmetalle; raud, vask ja mangaan on vaid mõned raskmetallidest, mis on taime funktsioneerimiseks hädavajalikud. Samuti on taimi, mis taluvad oma süsteemis suurt hulka metalle, isegi rohkem kui normaalseks kasvuks vaja, selle asemel, et avaldada toksilisussümptomeid. Näiteks liik Thlaspi omab valku, mida nimetatakse "metalli tolerantsi valguks". Tsink on suuresti omastatav Thlaspi süsteemse tsingi puuduse vastuse aktiveerimise tõttu. Teisisõnu, metalli tolerantsi valk ütleb taimele, et ta vajab rohkem tsinki, kuna ta "vajab rohkem", isegi kui seda ei vaja, nii et see võtab rohkem!

Spetsialiseeritud metallivedajad võib taimes aidata ka raskemetallide omastamist. Transpordiained, mis on iseloomulikud ainult raskemetallile, millega see seondub, on valgud, mis aitavad raskete metallide transportimisel, detoksifitseerimisel ja sekvestreerimisel taimedes.

Risosfääri mikroobid klammerduvad taimejuurte pinnale ja mõned parandavad mikroobid on võimelised lagundama orgaanilisi materjale, näiteks nafta ja viia raskmetallid mullast üles ja välja. See on kasulik nii mikroobidele kui ka taimele, kuna protsess võib pakkuda matriitsi ja toiduallikat mikroobidele, mis võivad lagundada orgaanilisi saasteaineid. Seejärel eraldavad taimed mikroobide toitumiseks juure eksudaate, ensüüme ja orgaanilist süsinikku.

Fütoremedisatsiooni "ristiisa" ja hüperakumulaatorite uurimine võib väga hästi olla R. R. Brooks Uus-Meremaalt. Üks esimesi artikleid, mis hõlmas saastunud ökosüsteemi taimedes ebaharilikult suurt raskmetallide omastamist, kirjutas Reeves ja Brooks aastal 1983. Nad leidsid, et plii kontsentratsioon Thlaspi mis asus kaevandusalas, oli hõlpsalt kõigi õistaimede kohta eales varem registreeritud.

Professor Brooksi töö taimede raskemetallide hüperakulatsiooni suhtes tekitas küsimusi, kuidas saaks neid teadmisi kasutada saastunud pinnase puhastamiseks. Esimese fütoremeditatsiooni käsitleva artikli kirjutasid Rutgersi ülikooli teadlased spetsiaalselt valitud ja projekteeritud metallist akumuleeruvate taimede kasutamisest reostunud pinnase puhastamiseks. 1993. aastal a Ameerika Ühendriikide patent esitas ettevõtte nimega Phytotech. Pealkirjaga "Metallide fütoremediatsioon" avaldati patendis meetod metalliioonide eemaldamiseks mullast taimede abil. Mitmed taimeliigid, sealhulgas redis ja sinep, olid geneetiliselt konstrueeritud valgu, mida nimetatakse metallotioneiiniks, ekspresseerimiseks. Taimne valk seob raskmetalle ja eemaldab need, nii et taimedele toksilisust ei esine. Selle tehnoloogia tõttu on geneetiliselt muundatud taimed, sealhulgas Arabidopsis, tubakat, rapsi ja riisi on muudetud elavhõbedaga saastatud alade heastamiseks.

Peamine tegur, mis mõjutab taime võimet raskmetallide hüperakuleerumiseks, on vanus. Noored juured kasvavad kiiremini ja võtavad toitaineid kiiremini kui vanemad juured. Vanus võib mõjutada ka seda, kuidas keemiline saasteaine kogu taimes liigub. Looduslikult mõjutavad juurte mikroobipopulatsioonid metallide omastamist. Päikese / varju kokkupuutest ja hooajalistest muutustest tulenev läbivuse määr võib mõjutada ka raskmetallide tarbimist taimedes.

Üle 500 taimeliigi on teada, et neil on hüperakulatsiooni omadused. Looduslike hüperaakumulaatorite hulka kuuluvad Iberis intermedia ja Thlaspi spp. Erinevad taimed koguvad erinevaid metalle; näiteks, Brassica juncea akumuleerib vaske, seleeni ja niklit, kusjuures Arabidopsis halleri akumuleerib kaadmiumi ja Lemna gibba akumuleerib arseeni. Aastal kasutatud taimed kujundatud märgalad Siia hulka kuuluvad setted, kõrkjad, pilliroog ja kobras, kuna need on üleujutuste suhtes vastupidavad ja suudavad saasteaineid omastada. Geneetiliselt muundatud taimed, sealhulgas Arabidopsis, tubakas, rappel ja riis, on muudetud elavhõbedaga saastatud alade heastamiseks.

Kuidas kontrollitakse taimede hüperakuleerumisvõimet? Taimede kudede kultuurid kasutatakse sageli fütoremedinatsiooni uuringutes tänu nende võimele ennustada taime reageeringut ning säästa aega ja raha.

Fütoremediatsioon on teoreetiliselt populaarne madalate asutamiskulude ja suhtelise lihtsuse tõttu. 1990ndatel tegutses fütoremeditatsiooniga mitu ettevõtet, sealhulgas Phytotech, PhytoWorks ja Earthcare. Fütoremedisatsiooni arendasid ka teised suured ettevõtted, näiteks Chevron ja DuPont tehnoloogiad. Kuid ettevõtted on viimasel ajal teinud vähe tööd ja mitmed väiksemad ettevõtted on äritegevuse lõpetanud. Selle tehnoloogia probleemide hulka kuulub asjaolu, et taimejuured ei jõua piisavalt kaugele pinnasesse südamik mõnede saasteainete kogunemiseks ja taimede kõrvaldamine pärast hüperakulatsiooni koht. Taimi ei saa mulda tagasi künda, inimestele ega loomadele tarbida ega prügilasse panna. Dr Brooks juhtis teedrajavat tööd hüperaakumulaatorite metallide ekstraheerimise alal. Seda protsessi nimetatakse fütomineerimiseks ja see hõlmab metallide sulatamist taimedest.