פיטורמציה: ניקוי האדמה בפרחים

על פי האגודה הבינלאומית לפיטוטכנולוגיה אתר פיטוטכנולוגיה מוגדר כמדע השימוש במפעלים לפיתרון בעיות סביבתיות כמו זיהום, יערות מחדש, דלק ביולוגי והטמנה. Phytoremediation, תת-קטגוריה של פיטוטכנולוגיה, משתמש בצמחים לקליטת מזהמים בקרקעות או מים.

המזהמים המעורבים יכולים לכלול מתכות כבדות, המוגדר כאלמנטים הנחשבים כמתכת שעלולה לגרום לזיהום או לבעיה סביבתית, ולא ניתן יהיה להשפיל אותה עוד יותר. הצטברות גבוהה של מתכות כבדות באדמה או במים יכולה להיחשב רעילה לצמחים או לבעלי חיים.

מתודולוגיות אחרות המשמשות לתיקון קרקעות המזוהמות במתכות כבדות יכולות לעלות מיליון דולר ארה"ב לדונם, ואילו פיטורדיאציה הוערך בין 45 סנט ל -1.69 דולר ארה"ב למ"ר, והוריד את העלות לדונם לעשרות אלפי דולרים.

לא כל מיני צמחים ניתנים לשימוש לפיטורדיקציה. צמח שמסוגל לתפוס יותר מתכות מצמחים רגילים נקרא היפר אקומולטור. אקומולטורים יכולים לספוג מתכות כבדות יותר ממה שקיים באדמה בה הם צומחים.

כל הצמחים זקוקים לכמה מתכות כבדות בכמויות קטנות; ברזל, נחושת ומנגן הם רק חלק מהמתכות הכבדות החיוניות לתפקוד הצמח. כמו כן, ישנם צמחים שיכולים לסבול כמות גבוהה של מתכות במערכת שלהם, אפילו יותר מכפי שהם זקוקים לגידול רגיל, במקום להפגין תסמיני רעילות. לדוגמה, מין של

הובלות מתכת מתמחות בתוך צמח יכול לסייע גם בקליטת מתכות כבדות. המובילים, הספציפיים למתכת הכבדה שאליה הוא נקשר, הם חלבונים המסייעים בהובלה, ניקוי רעלים והפרשת מתכות כבדות בצמחים.

חיידקים בריזוזפרה נדבקים לפני השטח של שורשי הצמח, וחלק מהמיקרובים המחדשים מסוגלים לפרק חומרים אורגניים כמו נפט ולהוציא מתכות כבדות מהאדמה והחוצה. זה מועיל למיקרובים כמו גם לצמח, מכיוון שהתהליך יכול לספק תבנית ומקור מזון למיקרובים שיכולים לבזות מזהמים אורגניים. לאחר מכן, הצמחים משחררים אקסודטים שורשים, אנזימים ופחמן אורגני למיקרובים שיוכלו להאכיל עליהם.

יתכן מאוד ש"סנדק "הפיטורדיאציה וחקר צמחי היפר-אקומפטור ר. ר. ברוקס של ניו זילנד. אחת העיתונים הראשונים שכללה ספיגת מתכות כבדות בצורה יוצאת דופן בצמחים במערכת אקולוגית מזוהמת נכתבה על ידי ריבס וברוקס בשנת 1983. הם גילו כי ריכוז העופרת פנימה תלספי הממוקם באזור כרייה היה בקלות הגבוה ביותר שנרשם אי פעם לכל צמח פורח.

עבודתו של פרופסור ברוקס בנושא הצטברות יתר של מתכות כבדות על ידי צמחים הובילה לשאלות כיצד ניתן להשתמש בידע זה לניקוי קרקעות מזוהמות. המאמר הראשון בנושא פיתור-תיווך נכתב על ידי מדענים מאוניברסיטת רוטגרס, על השימוש בצמחים המצטברים ומתוכננים במיוחד לצבירת מתכת המשמשים לניקוי קרקעות מזוהמות. בשנת 1993, א פטנט של ארצות הברית הוגשה על ידי חברה בשם פיטוטק. הפטנט גילה את הכותרת "Phytoremediation of מתכות" על שיטה להוצאת יוני מתכת מהאדמה באמצעות צמחים. כמה מינים של צמחים, כולל צנון וחרדל, הונדסו גנטית לביטוי חלבון הנקרא מטאלתיונין. החלבון מהצומח קושר מתכות כבדות ומסלק אותן כך שלא תתרחש רעילות מהצומח. בשל טכנולוגיה זו, צמחים מהונדסים גנטית, כולל Arabidopsis, טבק, קנולה ואורז שונו כדי לתקן אזורים שזוהמו בכספית.

הגורם העיקרי המשפיע על יכולתו של הצמח לחסל מתכות כבדות הוא הגיל. שורשים צעירים צומחים מהר יותר ותופסים חומרים מזינים בשיעור גבוה יותר משורשים ישנים, והגיל עשוי להשפיע גם על אופן הזיהום הכימי ברחבי הצמח. באופן טבעי, אוכלוסיות החיידקים באזור השורש משפיעות על ספיגת המתכות. שיעורי טרנספירציה, כתוצאה מחשיפה לשמש / צל ושינויים עונתיים, יכולים להשפיע על ספיגת הצמח של מתכות כבדות.

מעל 500 מיני צמחים מדווחים כי הם בעלי תכונות היפר-הצטברות. אקומולטורים טבעיים כוללים איבריס בינדיה ו תלספי spp. צמחים שונים צוברים מתכות שונות; לדוגמה, צומת ברסיקה צובר נחושת, סלניום וניקל, ואילו Arabidopsis halleri צובר קדמיום ו למבה גיבא צובר ארסן. צמחים המשמשים ב שטחי מים רטובים מהונדסים כוללים משקעים, זריזות, קנים וחתולים מכיוון שהם סובלני שיטפון ומסוגלים לספוג מזהמים. צמחים מהונדסים גנטית, כולל Arabidopsis, טבק, קנולה ואורז שונו כדי לתקן את האזורים המזוהמים בכספית.

כיצד נבדקים צמחים על יכולות ההיפר-חיבור שלהם? תרבויות רקמות צמחיות משמשים לעיתים קרובות במחקר פיטורדיאציה, בשל יכולתם לחזות את תגובת הצומח ולחסוך זמן וכסף.

תיאוריה של פיטוריימינג פופולרית בתיאוריה בגלל עלות ההקמה הנמוכה והפשטות היחסית שלה. בשנות התשעים היו כמה חברות שעבדו בתחום הפיתור-תיווך, כולל פיטוטק, פיטו-וורקס וכלי אדמה. חברות גדולות אחרות כמו שברון ודופונט פיתחו גם פיטורייציה טכנולוגיות. עם זאת, מעט מאוד עבודות בוצעו לאחרונה על ידי החברות, וכמה מהחברות הקטנות יותר יצאו מהעסק. בעיות הטכנולוגיה כוללות את העובדה ששורשי הצמח אינם יכולים להגיע מספיק רחוק לאדמה גרעין לצבירת כמה מזהמים וסילוק הצמחים לאחר הצטברות יתר מקום. לא ניתן לחרוש את הצמחים לאדמה, לצרוך על ידי בני אדם או בעלי חיים, או להכניסם למזבלה. ד"ר ברוקס הוביל עבודות חלוציות בנושא חילוץ מתכות מצמחי היפר-אקומולטורים. תהליך זה נקרא פיטומינציה והוא כולל התכת מתכות מהצמחים.