Fitodepurazione: pulire il terreno con i fiori

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Secondo il Società internazionale di fitotecnologie sito web, la fitotecnologia è definita come la scienza dell'utilizzo delle piante per risolvere problemi ambientali come inquinamento, riforestazione, biocarburanti e discariche. Il fitodepurazione, una sottocategoria della fitotecnologia, utilizza le piante per assorbire gli inquinanti dal suolo o dall'acqua.

Gli inquinanti coinvolti possono includere metalli pesanti , definito come qualsiasi elemento considerato come un metallo che può causare inquinamento o un problema ambientale e che non può essere ulteriormente degradato. Un elevato accumulo di metalli pesanti nel suolo o nell'acqua può essere considerato tossico per piante o animali.

Perché usare il fitodepurazione?

Altre metodologie utilizzate per bonificare i terreni inquinati da metalli pesanti possono costare 1 milione di dollari USA per acro, mentre si stima che il fitorisanamento costi tra 45 centesimi e 1,69 dollari USA per piede quadrato, abbassando il costo per acro a decine di migliaia di dollari.

Come funziona il fitodepurazione?

Non tutte le specie vegetali possono essere utilizzate per il fitodepurazione. Una pianta che è in grado di assorbire più metalli rispetto alle piante normali è chiamata iperaccumulatore. Gli iperaccumulatori possono assorbire più metalli pesanti di quanti ne siano presenti nel terreno in cui crescono.

Tutte le piante necessitano di alcuni metalli pesanti in piccole quantità; ferro, rame e manganese sono solo alcuni dei metalli pesanti essenziali per la funzione delle piante. Inoltre, ci sono piante che possono tollerare un'elevata quantità di metalli nel loro sistema, anche più del necessario per una crescita normale, invece di mostrare sintomi di tossicità. Ad esempio, una specie di Thlaspi ha una proteina chiamata 'proteina di tolleranza ai metalli'. Lo zinco è pesantemente assorbito da Thlaspi a causa dell'attivazione di una risposta sistemica alla carenza di zinco. In altre parole, la proteina tollerante ai metalli dice alla pianta che ha bisogno di più zinco perché ne 'ha bisogno di più', anche se non ne ha, quindi ne richiede di più!

Trasportatori di metalli specializzati all'interno di un impianto può anche aiutare nell'assorbimento di metalli pesanti. I trasportatori, che sono specifici del metallo pesante a cui si lega, sono proteine ​​che aiutano nel trasporto, disintossicazione e sequestro dei metalli pesanti all'interno delle piante.

I microbi nella rizosfera si aggrappano alla superficie delle radici delle piante e alcuni microbi riparatori sono in grado di scomporre materiali organici come petrolio e prendere i metalli pesanti su e fuori dal suolo. Ciò avvantaggia i microbi così come la pianta, poiché il processo può fornire un modello e una fonte di cibo per i microbi che possono degradare gli inquinanti organici. Le piante successivamente rilasciano essudati radicali, enzimi e carbonio organico di cui i microbi si nutrono.

Storia del fitodepurazione

Il 'padrino' del fitorisanamento e dello studio delle piante iperaccumulatrici potrebbe benissimo esserlo R. R. Brooks della Nuova Zelanda. Uno dei primi articoli che coinvolgono un livello insolitamente alto di assorbimento di metalli pesanti nelle piante in un ecosistema inquinato è stato scritto da Reeves e Brooks nel 1983. Hanno scoperto che la concentrazione di piombo in Thlaspi situato in una zona mineraria è stato facilmente il più alto mai registrato per qualsiasi pianta da fiore.

Il lavoro del professor Brooks sull'iperaccumulo di metalli pesanti da parte delle piante ha portato a interrogarsi su come questa conoscenza potrebbe essere utilizzata per pulire i suoli inquinati. Il primo articolo sul fitodepurazione è stato scritto dagli scienziati della Rutgers University sull'uso di piante ad accumulo di metalli appositamente selezionate e progettate utilizzate per pulire i suoli inquinati. Nel 1993 l'a Brevetto degli Stati Uniti è stato depositato da una società chiamata Phytotech. Intitolato 'Phytoremediation of Metals', il brevetto ha divulgato un metodo per rimuovere gli ioni metallici dal suolo utilizzando le piante. Diverse specie di piante, tra cui ravanello e senape, sono state geneticamente modificate per esprimere una proteina chiamata metallotioneina. La proteina vegetale lega i metalli pesanti e li rimuove in modo che non si verifichi tossicità per le piante. Grazie a questa tecnologia, piante geneticamente modificate, tra cui Arabidopsi , tabacco, colza e riso sono stati modificati per bonificare le aree contaminate dal mercurio.

Fattori esterni che influiscono sul fitorimedio

Il fattore principale che influenza la capacità di una pianta di iperaccumulare metalli pesanti è l'età. Le radici giovani crescono più velocemente e assorbono i nutrienti a una velocità maggiore rispetto alle radici più vecchie e l'età può anche influenzare il modo in cui il contaminante chimico si muove attraverso la pianta. Naturalmente, le popolazioni microbiche nell'area delle radici influenzano l'assorbimento dei metalli. I tassi di traspirazione, dovuti all'esposizione al sole/ombra e ai cambiamenti stagionali, possono influenzare anche l'assorbimento da parte delle piante di metalli pesanti.

Specie vegetali utilizzate per il fitodepurazione

Oltre 500 specie vegetali si dice che abbiano proprietà di iperaccumulo. Gli iperaccumulatori naturali includono iberis intermedio e Thlaspi spp. Piante diverse accumulano metalli diversi; Per esempio, Brassica juncea accumula rame, selenio e nichel, mentre Stati di Arabidopsis accumula cadmio e Lemna è in cima accumula arsenico. Piante utilizzate in zone umide ingegnerizzate includono carici, giunchi, canne e tife perché sono resistenti alle inondazioni e sono in grado di assorbire sostanze inquinanti. Piante geneticamente modificate, tra cui Arabidopsi , tabacco, colza e riso, sono stati modificati per bonificare le aree contaminate dal mercurio.

Come vengono testate le piante per le loro capacità di iperaccumulo? Colture di tessuti vegetali sono utilizzati frequentemente nella ricerca sulla fitorimediazione, grazie alla loro capacità di prevedere la risposta delle piante e di risparmiare tempo e denaro.

Commerciabilità del fitodepurazione

Il fitoremediatore è popolare in teoria grazie al suo basso costo di insediamento e alla relativa semplicità. Negli anni '90 c'erano diverse aziende che lavoravano con il fitorisanamento, tra cui Phytotech, PhytoWorks e Earthcare. Anche altre grandi aziende come Chevron e DuPont stavano sviluppando il fitodepurazionetecnologie. Tuttavia, di recente le società hanno svolto poco lavoro e molte delle società più piccole hanno cessato l'attività. I problemi con la tecnologia includono il fatto che le radici delle piante non possono raggiungere abbastanza lontano nel nucleo del suolo per accumulare alcuni inquinanti e lo smaltimento delle piante dopo che si è verificato l'iperaccumulo. Le piante non possono essere riarate nel terreno, consumate da esseri umani o animali o messe in una discarica. Il Dr. Brooks ha condotto un lavoro pionieristico sull'estrazione di metalli dagli impianti di iperaccumulatori. Questo processo è chiamato phytomining e comporta la fusione dei metalli dalle piante.