Фиторемедиация
Для обезвреживания ядовитых органических веществ, попадающих в окружающую среду с отходами химических предприятий, давно и довольно успешно используют различные микроорганизмы. Однако они не способны удалять из почвы и воды вредные для здоровья тяжёлые металлы — например, мышьяк, кадмий, медь, ртуть, селен, свинец, а также радиоактивные изотопы стронция, цезия, урана и другие радионуклиды. Иное дело зелёные растения, которые извлекают из окружающей среды и концентрируют в своих тканях различные элементы. Растительную массу не составляет особого труда собрать и сжечь, а образовавшийся пепел или захоронить, или использовать как вторичное сырье.
Этот метод очистки окружающей среды был назван фиторемедиацией — от греческого “фитон” (растение) и латинского “ремедиум” (восстанавливать).
Фиторемедиация стала эффективным и экономически выгодным методом очистки окружающей среды только после того, как обнаружили растения-гипераккумуляторы тяжёлых металлов, способные накапливать в своих листьях до 5 % никеля, цинка или меди в пересчёте на сухой вес — то есть в десятки раз больше, чем обычные растения. Биологическое значение этого феномена ещё до конца не раскрыто: можно, например, предположить, что высокое содержание токсичных элементов защищает растения от вредителей и делает их более устойчивыми к болезням.
Большинство дикорастущих гипераккумуляторов относится к семейству крестоцветных — близких родственников капусты и горчицы. Один из видов горчицы, называемой индийской, или сарептской, оказался весьма эффективным накопителем свинца, меди и никеля. Свинец способны накапливать также кукуруза и известный сорняк амброзия.
Растения слабо усваивают многие тяжёлые металлы даже при их высоком содержании в почве- например, тот же свинец — из-за того, что они находятся в виде малорастворимых соединений. Поэтому концентрация свинца в растениях обычно не превышает 50 мг/кг; индийская горчица, генетически предрасположенная к поглощению тяжёлых металлов, даже если растёт на почве, сильно загрязнённой этим элементом, накапливает свинец в концентрации всего 200 мг/кг.
Проблему удалось решить, когда обнаружили, что поступление тяжёлых металлов в растения стимулируют вещества (например, этилендиаминтетра — уксусная кислота), образующие с металлами в почвенном растворе устойчивые, но растворимые комплексные соединения. Так, стоило внести подобное вещество в почву, содержащую свинец в концентрации 1 200 мг/кг, как концентрация тяжёлого металла в побегах индийской горчицы возрастала до 1 600 мг/кг.
Для очистки воды пытались использовать растения, способные накапливать металлы не только в стеблях и листьях, но и в корневой системе; наиболее подходящими для этой цели оказались некоторые сорта подсолнечника. В специальных условиях основная часть корней развивалась под слоем искусственной почвы (гидропоника) в проточной воде, поглощая из неё тяжёлые металлы.
Возможность очистки почвы и воды от радионуклидов с помощью пророщенного подсолнечника продемонстрирована на территории бывшего завода по обогащению урана в США, в штате Огайо, а также на Украине, на небольшом водоёме в километре от четвёртого реактора Чернобыльской АЭС. Концентрация урана в растениях в тридцать тысяч раз превышала его концентрацию в почве и воде, а для цезия — 137 и стронция — 90 эта величина составила восемь тысяч и две тысячи соответственно. Новозеландские учёные посадили индийскую горчицу в почву, содержащую золото (оно было растворено в тиоцианате аммония). В почве металла было 4 части на миллион, а в тканях растения, после поглощения драгоценного раствора, концентрация золота достигла в среднем 10 частей на миллион. Правда, растения не перенесли такого издевательства и через неделю погибли, ведь тиоцианат — соединение весьма ядовитое. Но к тому времени их задача была выполнена. После сожжения ‘‘трупов” в пепле оказалось уже около 150 частей металла на миллион. При такой концентрации золото извлекается классическими способами.
Учёные показали, что в качестве старателей можно использовать и другие растения, просто индийская горчица быстрее накапливает биомассу.
Дальнейшего развития возможностей фиторемедиации можно ожидать после того, как методами генной инженерии будут созданы растения, способные более эффективно, чем известные виды, концентрировать тяжёлые металлы.
Этот метод очистки окружающей среды был назван фиторемедиацией — от греческого “фитон” (растение) и латинского “ремедиум” (восстанавливать).
Фиторемедиация стала эффективным и экономически выгодным методом очистки окружающей среды только после того, как обнаружили растения-гипераккумуляторы тяжёлых металлов, способные накапливать в своих листьях до 5 % никеля, цинка или меди в пересчёте на сухой вес — то есть в десятки раз больше, чем обычные растения. Биологическое значение этого феномена ещё до конца не раскрыто: можно, например, предположить, что высокое содержание токсичных элементов защищает растения от вредителей и делает их более устойчивыми к болезням.
Большинство дикорастущих гипераккумуляторов относится к семейству крестоцветных — близких родственников капусты и горчицы. Один из видов горчицы, называемой индийской, или сарептской, оказался весьма эффективным накопителем свинца, меди и никеля. Свинец способны накапливать также кукуруза и известный сорняк амброзия.
Растения слабо усваивают многие тяжёлые металлы даже при их высоком содержании в почве- например, тот же свинец — из-за того, что они находятся в виде малорастворимых соединений. Поэтому концентрация свинца в растениях обычно не превышает 50 мг/кг; индийская горчица, генетически предрасположенная к поглощению тяжёлых металлов, даже если растёт на почве, сильно загрязнённой этим элементом, накапливает свинец в концентрации всего 200 мг/кг.
Проблему удалось решить, когда обнаружили, что поступление тяжёлых металлов в растения стимулируют вещества (например, этилендиаминтетра — уксусная кислота), образующие с металлами в почвенном растворе устойчивые, но растворимые комплексные соединения. Так, стоило внести подобное вещество в почву, содержащую свинец в концентрации 1 200 мг/кг, как концентрация тяжёлого металла в побегах индийской горчицы возрастала до 1 600 мг/кг.
Для очистки воды пытались использовать растения, способные накапливать металлы не только в стеблях и листьях, но и в корневой системе; наиболее подходящими для этой цели оказались некоторые сорта подсолнечника. В специальных условиях основная часть корней развивалась под слоем искусственной почвы (гидропоника) в проточной воде, поглощая из неё тяжёлые металлы.
Возможность очистки почвы и воды от радионуклидов с помощью пророщенного подсолнечника продемонстрирована на территории бывшего завода по обогащению урана в США, в штате Огайо, а также на Украине, на небольшом водоёме в километре от четвёртого реактора Чернобыльской АЭС. Концентрация урана в растениях в тридцать тысяч раз превышала его концентрацию в почве и воде, а для цезия — 137 и стронция — 90 эта величина составила восемь тысяч и две тысячи соответственно. Новозеландские учёные посадили индийскую горчицу в почву, содержащую золото (оно было растворено в тиоцианате аммония). В почве металла было 4 части на миллион, а в тканях растения, после поглощения драгоценного раствора, концентрация золота достигла в среднем 10 частей на миллион. Правда, растения не перенесли такого издевательства и через неделю погибли, ведь тиоцианат — соединение весьма ядовитое. Но к тому времени их задача была выполнена. После сожжения ‘‘трупов” в пепле оказалось уже около 150 частей металла на миллион. При такой концентрации золото извлекается классическими способами.
Учёные показали, что в качестве старателей можно использовать и другие растения, просто индийская горчица быстрее накапливает биомассу.
Дальнейшего развития возможностей фиторемедиации можно ожидать после того, как методами генной инженерии будут созданы растения, способные более эффективно, чем известные виды, концентрировать тяжёлые металлы.