Phytoremediation Bodenreinigung mit Blumen

Laut der Website der International Phytotechnology Society wird unter Phytotechnologie die Wissenschaft des Einsatzes von Pflanzen zur Lösung von Umweltproblemen wie Umweltverschmutzung, Wiederaufforstung, Biokraftstoffen und Deponierung verstanden. Die Phytoremediation, eine Unterkategorie der Phytotechnologie, verwendet Pflanzen, um Schadstoffe aus dem Boden oder aus dem Wasser zu absorbieren.

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

Warum Phytoremediation verwenden??

Andere Methoden zur Sanierung von mit Schwermetallen belasteten Böden können 1 Million US-Dollar pro Hektar kosten, wohingegen die Kosten für die Phytosanierung auf 45 Cent bis 1,69 US-Dollar pro Quadratfuß geschätzt wurden, was die Kosten pro Hektar auf Zehntausende US-Dollar senkt.

Wie funktioniert Phytoremediation??

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 im Boden vorhanden sind, in dem sie wachsen.

Alle Pflanzen benötigen einige Schwermetalle in geringen 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 vertragen können, sogar mehr als sie für ein normales Wachstum benötigen, anstatt Toxizitätssymptome aufzuweisen. Zum Beispiel eine Art von Thlaspi hat ein Protein, das als "Metalltoleranzprotein" bezeichnet wird. Zink wird stark aufgenommen von Thlaspi aufgrund der Aktivierung einer systemischen Zinkmangelreaktion. Mit anderen Worten, das Metalltoleranzprotein sagt der Pflanze, dass sie mehr Zink benötigt, weil sie "mehr braucht", auch wenn dies nicht der Fall ist, weshalb sie mehr aufnimmt!

Spezialisierte Metalltransporter innerhalb einer Anlage können 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 in Pflanzen unterstützen.

Mikroben in der Rhizosphäre halten sich an der Oberfläche der Pflanzenwurzeln fest, und einige Mikroben können organische Materialien wie Erdöl abbauen und Schwermetalle aus dem Boden aufnehmen. Dies kommt sowohl den Mikroben als auch der Pflanze zugute, da das Verfahren eine Schablone und eine Nahrungsquelle für Mikroben bereitstellen kann, die organische Schadstoffe abbauen können. Die Pflanzen setzen anschließend Wurzelausscheidungen, Enzyme und organischen Kohlenstoff frei, mit denen sich die Mikroben ernähren können.

Geschichte der Phytoremediation

Der "Pate" der Phytoremediation und der Erforschung von Hyperakkumulatorpflanzen dürfte wohl R. R. Brooks aus Neuseeland sein. Eine der ersten Arbeiten mit ungewöhnlich hoher Schwermetallaufnahme in Pflanzen in einem verschmutzten Ökosystem wurde 1983 von Reeves und Brooks verfasst Thlaspi Die in einem Bergbaugebiet gelegene Pflanze war mit Abstand die höchste, die jemals für eine blühende Pflanze verzeichnet wurde.

Professor Brooks 'Arbeit zur Überakkumulation von Schwermetallen durch Pflanzen führte 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 von speziell ausgewählten und technisch hergestellten Metall-Akkumulationsanlagen zur Reinigung verschmutzter Böden verfasst. 1993 wurde ein US-amerikanisches Patent von einer Firma namens Phytotech angemeldet. Das Patent mit dem Titel "Phytoremediation of Metals" offenbart ein Verfahren zum Entfernen von Metallionen aus dem Boden unter Verwendung von Pflanzen. Einige 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.

Externe Faktoren, die die Phytoremediation beeinflussen

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

Pflanzenarten zur Phytoremediation

Über 500 Pflanzenarten sollen Hyperakkumulationseigenschaften aufweisen. Natürliche Hyperakkumulatoren umfassen Iberis intermedia und Thlaspi spp. Verschiedene Pflanzen sammeln verschiedene Metalle an. beispielsweise, Brassica juncea akkumuliert Kupfer, Selen und Nickel, wohingegen Arabidopsis halleri akkumuliert Cadmium und Lemna Gibba sammelt Arsen an. Pflanzen, die in künstlich angelegten Feuchtgebieten verwendet werden, sind Seggen, Binsen, Schilf und Rohrkolben, da sie hochwassertolerant sind und Schadstoffe aufnehmen können. Gentechnisch veränderte Pflanzen, einschließlich Arabidopsis, Tabak, Raps und Reis wurden modifiziert, um mit Quecksilber kontaminierte Bereiche zu sanieren.

Wie werden Pflanzen auf ihre Hyperakkumulationsfähigkeit getestet? Pflanzliche Gewebekulturen werden häufig in der Pflanzenheilungsforschung eingesetzt, da sie das Ansprechen der Pflanzen vorhersagen und Zeit und Geld sparen können.

Marktfähigkeit der Phytoremediation

Phytoremediation ist in der Theorie aufgrund seiner geringen Einrichtungskosten und seiner relativen Einfachheit beliebt. In den neunziger Jahren gab es mehrere Unternehmen, die sich mit Phytoremediation beschäftigten, darunter Phytotech, PhytoWorks und Earthcare. Andere große Unternehmen wie Chevron und DuPont entwickelten ebenfalls Phytoremediationstechnologien. In letzter Zeit haben die Unternehmen jedoch wenig Arbeit geleistet, und einige der kleineren Unternehmen haben ihre Geschäftstätigkeit eingestellt. Probleme mit der Technologie sind die Tatsache, dass Pflanzenwurzeln nicht weit genug in den Bodenkern vordringen können, um einige Schadstoffe anzusammeln, und die Entsorgung der Pflanzen nach erfolgter Hyperakkumulation. Die Pflanzen können nicht in den Boden zurückgepflügt, von Menschen oder Tieren verzehrt oder auf eine Mülldeponie verbracht werden. Dr. Brooks leitete die Pionierarbeit zur Gewinnung von Metallen aus Hyperakkumulatoranlagen. Dieser Prozess wird als Phytomining bezeichnet und beinhaltet das Schmelzen von Metallen aus den Pflanzen.