Vylepšete to nebo diskutujte o věcech, které chcete zkontrolovat . Pokud jste právě připojili banner, zde označte body, které chcete zkontrolovat .
Fytoremediace je dekontaminace půd , na čištění vody odpadní vody nebo sanitaci vnitřního vzduchu, pomocí cévnatých rostlin , jejichž řasy (phycoremédiation) nebo houby ( mycoremediation ), a tím rozšíření ekosystémů , které podporují tyto rostliny. Tím eliminujeme nebo kontrolujeme znečištění . Odbourávání škodlivých látek je urychlováno mikrobiální aktivitou .
Etymologie pochází z řečtiny „phyton“ = rostlina a z latiny „remedium“ = obnovení rovnováhy, sanace. Fytoremediace není nový koncept, protože před 3000 lety už lidé využívali čisticí kapacity rostlin k úpravě vody. Od 70. let si tato praxe našla obnovený zájem, zejména o ošetření pesticidy a kovy .
Fytoremediace je soubor technologií využívajících rostliny ke snížení, degradaci nebo imobilizaci znečišťujících organických sloučenin (přírodních nebo syntetických) v půdě , vodě nebo vzduchu z lidské činnosti. Tato technika také umožňuje ošetření anorganického znečištění , jako jsou kovové stopové prvky nebo radionuklidy .
Kromě odstraňování znečištění umožňuje fytoremediace obnovu znečištěných míst, jako jsou průmyslové pustiny. Kromě toho je integrován do sociálně-ekonomického zájmu kvůli jeho nízkému dopadu a zájmu o terénní úpravy. Díky fytoextrakci mohou být kovy uložené v listech a stoncích znovu použity jako ekokatalyzátor ve farmaceutických a chemických procesech.
Fytoremediace je v zásadě založena na interakcích mezi rostlinami , půdou a mikroorganismy . Půda je složitá matrice, která podporuje vývoj rostlin a mikroorganismů, které se živí organickými nebo anorganickými sloučeninami, které ji tvoří. Pokud jsou některé z těchto sloučenin v přebytku ve srovnání s počátečním stavem půdy, je půda klasifikována jako kontaminovaná (to platí také pro vodu a vzduch, které jsou na rozdíl od tekutin). Přebytečné sloučeniny pak mohou být použity jako zdroj energie rostlinami a mikroorganismy. V závodě - půda - mikroorganismů systému, bakteriální biodegradace je často před kořenového příjmu . Rostliny a mikroorganismy se společně vyvinuly tak, aby měly oboustranně výhodnou strategii pro zvládání fytotoxicity, kde mikroorganismy využívají kořenové exsudáty , i když rostlina těží z degradačních schopností rhizosférických mikroorganismů ke snížení stresu způsobeného fytotoxicitou. A konečně, rostlina je základním činidlem pro vývoz kontaminující látky z okolního prostředí.
Rhizosphere odkazuje na objem půdy výhradou vlivu kořenové aktivity . Tento objem půdy je víceméně důležitý a liší se podle rostlin a půdy. Procesy, které probíhají v rhizosféře, jsou nezbytné pro fytoremediaci. Aktivita a mikrobiální biomasa jsou tam mnohem větší než v půdě bez kořenů. Tyto kořeny přirozeně uvolňují látky do půdy, kde se vyvíjejí, a to prostřednictvím kořenových výměšků . Podporují a udržují rozvoj mikrobiálních kolonií tím, že poskytují 10 až 20% cukrů produkovaných fotosyntetickou aktivitou rostliny ( fotosyntetika ). Může se tak uvolňovat mnoho sloučenin, například hormony , enzymy, stejně jako kyslík a voda . Rhizosférické mikroorganismy na oplátku podporují růst rostlin (redukce patogenů , přísun živin atd.). Teoreticky platí, že čím hojnější jsou kořeny, tím více poskytují důležitou vývojovou plochu pro rhizosférickou mikrofaunu a mikroflóru. Ve skutečnosti, kořenové exsudáty podpořit biodegradaci z organických polutantů stimulací mikrobiální aktivity.
Stručně řečeno, rostliny buď absorbují kontaminující látku, aby ji metabolizovaly nebo skladovaly, nebo snižovaly nebo dokonce zabraňovaly uvolňování kontaminující látky v jiných složkách prostředí ( fytostabilizace ). Nejčastěji mohou být organické sloučeniny ( xenobiotické nebo ne) degradovány a metabolizovány pro růst rostlin. Znečišťující se pak odstraní. Pokud jde o znečišťující anorganické sloučeniny (kovy, metaloidy nebo radionuklidy), může docházet pouze k fytostabilizaci nebo fytoextrakci, protože tyto typy znečišťujících látek nejsou biologicky odbouratelné.
Rostliny vybrané pro fytoextrakci jsou vybrány pro svou schopnost extrahovat velké objemy znečišťujících látek . Nazývají se hyperakumulační rostliny nebo hyperakumulátory . Společnými rysy hyperakumulátorů jsou často: rychlý růst; odolné rostliny, snadno se pěstují a udržují; velká kapacita pro evapotranspiraci (odpařování vody z listů); a schopnost transformovat postižené kontaminující látky na netoxické nebo méně toxické produkty. Mezi nejpoužívanější rostliny patří topoly, které kombinují rychlý růst, skvělé klimatické přizpůsobení a schopnost absorbovat velké množství vody (ve srovnání s jinými druhy). Tato druhá kvalita jim umožňuje zpracovávat větší množství rozpuštěných znečišťujících látek a omezovat množství vody procházející za kontaminovanou zónu - a tím také omezit šíření kontaminace.
V roce 1999 Reeves et al uvádí 320 akumulujících druhů ze 43 rodin . Jejich počet je mnohem vyšší: například v roce 2006 známe asi 300 niklových hyperakumulátorů . Na Kubě (subtropické klima) a na Nové Kaledonii (tropické klima) existují centra rozmanitosti . Mnoho druhů studovaných pro jejich akumulaci kovů je Brassicaceae (mírné a chladné podnebí, severní polokoule).
Výzkumný tým Abdelhaka El Amraniho z mechanismu biologické rozmanitosti z univerzity v Rennes pracoval na několika znečišťujících látkách, zejména na herbicidu atrazinu . Tito vědci objevili u rostlin mechanismus, který jim umožňuje prospívat, i když je úroveň znečištění v jejich půdě pro neošetřenou rostlinu smrtelná. Je to přítomnost určitých jednoduchých biologicky odbouratelných přírodních sloučenin, jako jsou exogenní polyaminy, která umožňuje rostlinám tolerovat koncentrace znečišťujících látek 500krát vyšší než v kontrolních rostlinách, ale také absorbovat více znečišťujících látek. Tato léčba přináší změny v genetické expresi rostlin, zahrnující geny známé v procesu odolnosti vůči stresu prostředí. Genetická technika byla patentována University of Rennes.
Rostlina je považována za hyperakumulativní, pokud dokáže koncentrovat znečišťující látky podle minimálního procenta měnícího se podle příslušné znečišťující látky (příklad: více než 1 mg / g sušiny pro nikl , měď , kobalt , chrom nebo olovo ; nebo více než 10 mg g / 1 pro zinek nebo mangan . Většina z 215 hyperakumulátorů citovaných Bakerem a Brooksem se týká niklu . Uváděli 145 hyperakumulátorů niklu , 26 kobaltu , 24 mědi , 14 zinku , čtyři olova , a dva z chrómu . Tato akumulační kapacita je způsobena hypertolerancí nebo fytotolerancí : výsledkem adaptivního vývoje rostlin do nepřátelského prostředí po více generací. Boyd a Martens uvádějí seznam biotických interakcí, které mohou být ovlivněny. hyperakumulace kovu:
Experimentální výsledky ukazují, že kovy v hyperakumulátorech mají alespoň částečnou ochrannou roli pro rostliny před určitým počtem organismů ( bakterie , houby , hmyz ).
Položka | Druhy rostlin | Kov | Postižený organismus (organismy) |
---|---|---|---|
Ernst 1987 | Silene vulgaris (Moench) Garke | Cu (400 mg g -1 ) | Hadena cucubalis Schiff. ( Lepidoptera : Noctuidae ) |
Boyd a kol. 1994 | Streptanthus polygaloides Gray | Nebo | Xanthomonas campestris (gramnegativní bakterie) |
Boyd a kol. 1994 | Streptanthus polygaloides Gray | Nebo | Alternaria brassicicola (nedokonalá houba) |
Boyd a kol. 1994 | Streptanthus polygaloides Gray | Nebo | Erisyphus polygoni (padlí) |
Martens & Boyd 1994 | Streptanthus polygaloides | Nebo | Pieris rapae L. ( Lepidoptera : Pieridae ) |
Boyd & Martens 1994 | Thlaspi montanum L. var. montanum | Nebo | Pieris rapae |
Pollard & Baker 1997 | Thlaspi caerulescens J. a C. Presl. | Zn | Schistocerca gregaria ( Forsk. ) ( Orthoptera : Acrididae ) |
Pollard & Baker 1997 | Thlaspi caerulescens J. a C. Presl. | Zn | Deroceras carvanae ( Pollonera ) ( Pulmonata : Limacidae ) |
Pollard & Baker 1997 | Thlaspi caerulescens J. a C. Presl. | Zn | Pieris brassicae L. ( Lepidoptera : Pieridae ) |
Obrana proti virům není vždy zlepšena přítomností kovů. Davis a kol. srovnával dva příbuzné druhy S. polygaloides Gray (hyperakumulátor niklu ) a S. insignis Jepson (neakumulátor) a naočkoval je mozaikovým virem Turnip . Dokázali tak, že přítomnost niklu oslabuje reakci rostlin na virus .
Elementární obranu rostlin obcházejí jejich predátoři třemi způsoby: (a) selektivní krmení tkání s nízkou koncentrací kovů, (b) pestrá strava pro zředění kovu (pravděpodobně u velkých býložravců v poměru k rostlinám) a (c) tolerance vysokých koncentrací kovů.
Selektivní stravaMšice hrachová ( Acyrthosiphon pisum (Harris), Homoptera : Aphididae ) krmení na lýka z Streptanthus polygaloides šedé ( Brassicaceae ) se přežití a reprodukci rovná rostlin s obsahem asi 5000 mg / kg z niklu ve znění pozdějších předpisů s NiCl2 ( nikl chlorid ), a ty, které obsahující asi 40 mg / kg z niklu . Buď je tedy floém chudý na nikl, dokonce i na hyperakumulátory niklu , nebo mšice snášejí vysoké dávky niklu.
Ti, kteří se živili rostlinami s vysokou koncentrací niklu, vykazují pouze velmi mírné zvýšení hladiny niklu v těle ve srovnání s mšicemi, které se živí rostlinami s nízkým obsahem niklu.
Naproti tomu mšice ( Brachycaudus lychnidis L.) krmené zinkovým akumulátorem Silene vulgaris (Moench) Garcke ( Caryophyllaceae ) - který může v listech obsahovat až 1400 mg / kg zinku - vykazovaly vysokou hladinu akumulace zinku (9000 mg / kg ) v těle.
Hopkin (1989) a Klerks (1990) to prokázali pro druhy zvířat; Brown & Hall pro druhy hub ; a Schlegel a kol. (1992) a Stoppel & Schlegel (1995) pro bakteriální druhy.
Streptanthus polygaloides ( Brassicaceae ) může být parazitován na Cuscuta californica var. breviflora Engelm. ( Cuscutaceae ). Rostliny Cuscuta tedy objevili obsažen mezi 540 a 1220 mg z Ni / kg suché hmotnosti, (maximálně) 73 násobku obsahu niklu rostlin Cuscuta parazitování Rostliny jiné místní druhy nekumulativního. Boyd & Martens (subm.) Považujte to za první dokumentovaný případ přenosu elementární obrany z hyperakumulativního hostitele na parazitickou rostlinu .
Baker & Brooks (1989) zmínili tuto možnost, ale nenabídli vysvětlující mechanismus. Gabrielli a kol. (1991) a Wilson & Agnew (1992) navrhli snížení konkurence u hyperakumulátorů vrhem jejich listů.
Tento mechanismus napodobuje alelopatie , ačkoliv účinek je zde vzhledem k přerozdělení element v půdě , než rostlina manufacturant o organické sloučeniny . Boyd a Martens volat tuto elementární allelopathy - bez problému autotoxicity prokázána v jiných případech allelopathy (Newman, 1978).
Obsah kovů v půdě je jasně vyšší kolem hyperakumulátorů. Hypotéza elementární alelopatie vyžaduje prokázání, že tyto vysoké hladiny inhibují jiné hadovité druhy .
Uvažujeme zde o dvou typech vzájemnosti :
Existují dva typy mykorhizních hub : ektomykorhizní a endomykorhizní . Ektomykorhizní houby tvoří pochvy kolem kořenů ; endomykorhizní houby vstupují do kortikálních buněk v kořenech.
Mykorhizní asociace jsou symbiotické vztahy mezi houbami a kořeny rostlin. Některé hyperakumulátory mohou vytvářet mykorhizní asociace a v některých případech může mykorhizní houba hrát roli při zpracování kovů. V půdách s nízkou hladinou kovů zvyšují vezikulární a arbuskulární mykorhizy absorpci kovů neakumulujících se druhů. Na druhou stranu některé mykorhizy zvyšují toleranci ke kovům snížením absorpce kovu u určitých nehromadících se druhů. Mykorhizní asociace tedy pomáhá Calluně vyhnout se toxicitě mědi a zinku . Většina kořeny potřebovat asi 100 krát více uhlíku než hyf z hub spojených k pokrytí stejné množství půdy . Proto je pro hyfy snadnější než pro rostliny získat prvky se sníženou pohyblivostí, jako je cesium-137 a stroncium-90.
Mykorhizní houby závisí na uhlíku na hostitelských rostlinách , přičemž rostlinám umožňují účinněji absorbovat živiny a vodu. Houba dělá to jednodušší pro rostliny, aby se na živiny, zatímco rostliny poskytnout jim organických sloučenin, které jsou bohaté na energii. Některé druhy rostlin obvykle symbiotické s micorrhizálními houbami mohou existovat bez asociace; ale houba výrazně zlepšuje růst rostliny. Z hlediska vynaložené energie je pěstování hub pro rostlinu mnohem účinnější než produkce kořenů.
Rodina Brassicaceae by vytvořila několik micorrhizálních asociací. Hopkins (1987) však konstatuje mykorhizy spojené s hákem Streptanthus glandulosus . ( Brassicaceae ), nekumulátor. Hadovité pozemky jsou osídleny houbami tolerujícími obecně vysokou hladinu kovu nacházejícího se v těchto půdách . Některé z těchto hub jsou mikorizální.
Absorpce radionuklidů houbami závisí na jejich nutričním mechanismu ( mykorhizní nebo saprofytické ). Pleurotus eryngii vstřebává lépe než Cs Sr a Co, zatímco Hebeloma cylindrosporum podporuje Co . Zvyšování množství K ale zvyšuje absorpci Sr (chemická látka analogická s Ca), ale nikoli absorpce Cs (chemická látka analogická K). Kromě toho se obsah Cs snižuje u Pleurotus eryngii (mykorhizní) a Hebeloma cylindrosporum ( saprofyt ), pokud se zvýší dávka Cs, ale obsah Sr se zvýší, pokud se zvýší dávka Cs - to by znamenalo, že absorpce je nezávislá. nutriční mechanismus.
Rozptyl pylu a semenNěkterá zvířata získávají potravu z rostlin (nektar, pyl nebo ovocná dřeň - Howe & Westley 1988). Zvířata krmená hyperakumulátory s vysokou koncentrací kovu musí být buď tolerantní, nebo zředit koncentraci kovu smícháním krmiva s jinými zdroji s nižším obsahem kovu. Alternativně mohou hyperakumulátory záviset na svém rozptýlení semen na abiotických vektorech nebo ne-vzájemných zvířecích vektorech, ale chybí nám informace o těchto mechanismech šíření s ohledem na hyperakumulátory.
Jaffré a Schmid 1974; Jaffré a kol. 1976; Reeves a kol. devatenáct osmdesát jedna; studoval hladinu kovu v celých plodech a květinách . Obecně v nich našli významnou hladinu kovů. Baker a kol. (1992) našli výjimku u Walsura monophylla Elm. ( Meliaceae ), původem z Filipín, který vykazuje 7000 mg / kg Ni v listech, ale pouze 54 mg / kg v plodech. Některé rostliny proto mají mechanismus, který vylučuje kovy nebo jiné kontaminanty z jejich reprodukčních struktur.
Komenzalismus je interakce prospěšná pro jeden organismus, přičemž má pro jiný neutrální hodnotu . Nejpravděpodobnější u hyperakumulátorů je epifytismus . Tento jev se však nejčastěji vyskytuje v tropických lesích a studie na takových stanovištích tomuto bodu věnovaly malou nebo menší pozornost. (např. Proctor et al. 1989; Baker et al. 1992). Proctor et al. (1988) studovali strom Shorea tenuiramulosa , který v jeho listech může akumulovat až 1000 mg Ni / kg suché hmotnosti. Odhadli pokrytí epifytů v Malajsii, ale nehlásili hodnoty pro jednotlivé druhy. Boyd a kol. (1999) studovali výskyt epifytů na listech hyperakumulativního tropického keře v Ni Psychotria douarrei (Beauvis.). Množství epifytů se s věkem listu značně zvyšuje, u nejstarších listů až 62%. Epifytická kopie [listových játrovek] z listu P. douarrei obsahovala 400 mg Ni / kg sušiny (mnohem méně než hostitelská rostlina, jejíž nejstarší listy - nejvíce epifitizované - obsahovaly průměrnou hodnotu 32 000 mg Ni / kg sušiny hmotnost). Vysoké dávky Ni proto nebrání kolonizaci Psychotria douarrei epifity.
Chemické sloučeniny podílející se na interakcích hostitel-epifyt jsou pravděpodobněji lokalizovány v nejvzdálenějších tkáních hostitele (Gustafsson & Eriksson 1995). Kromě toho se většina kovu hromadí ve stěnách epidermálních nebo subepidermálních buněk nebo vakuol (Ernst & Weinert 1972; Vazquez et al. 1994; Mesjasz-Rzybylowicz et al. 1996; Gabrielli et al. 1997). To naznačuje, že u epifytů by při růstu na listech hyperakumulátorů došlo k vyšším rychlostem koncentrace kovů. Ale Severne (1974) měřil evakuaci plechu pro hyperakumulátor niklu Hybanthus floribundus (Lindl.) F. Muell. ( Violaceae ), původem ze západní Austrálie; došel k závěru, že fólie nikl snadno neuvolní .
V zásadě by mohla existovat další komenzální interakce , pokud by byla nezbytná vysoká hladina kovu v půdě, aby se mohl usadit jiný druh rostlin. Žádným důkazem se v tomto směru zatím nešlo.
Viz odpovídající články o biofilmu a Pseudomonas aeruginosa .
Vědecký článek uzavřený listopadu 2010že opadavé zalesněné ekosystémy budou schopny čistit vzduch lépe, než se původně myslelo, pro testované těkavé organické sloučeniny (VOC). Experimenty prováděné v laboratoři naznačují, že listy absorbují těkavé organické sloučeniny ještě efektivněji a ničí je enzymatickou přeměnou), když jsou během experimentů stresovány úrazy nebo některými znečišťujícími látkami (ozon a methylvinylketon). Cyklus okysličených VOC ve vzduchu by proto měl být přezkoumán a lépe začleněn do globálních modelů atmosférické chemie a transportu znečišťujících látek.
Zdroje