Phytoremediation: pulizia del terreno con fiori

Secondo il Società internazionale di fitotecnologia sito web, la fitotecnologia è definita come la scienza dell'uso delle piante per risolvere problemi ambientali come l'inquinamento, il rimboschimento, i biocarburanti e le discariche. Phytoremediation, una sottocategoria di fitotecnologia, utilizza le piante per assorbire gli inquinanti dai suoli o dall'acqua.

Le sostanze inquinanti coinvolte possono includere metalli pesanti, definito come qualsiasi elemento considerato come un metallo che può causare inquinamento o problemi ambientali e che non può essere ulteriormente degradato. Un elevato accumulo di metalli pesanti in un suolo o in acqua può essere considerato tossico per piante o animali.

Altre metodologie utilizzate per riparare i suoli inquinati con metalli pesanti possono costare $ 1 milione di dollari USA per acro, mentre il fitorisanamento è stato stimato a costare tra 45 centesimi e $ 1,69 US per piede quadrato, riducendo il costo per acro a decine di migliaia di dollari.

Non tutte le specie di piante possono essere utilizzate per il fitorisanamento. 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 quelli presenti nel terreno in cui crescono.

Tutte le piante hanno bisogno 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 presentare sintomi di tossicità. Ad esempio, una specie di Thlaspi ha una proteina chiamata "proteina di tolleranza al metallo". Lo zinco è fortemente assorbito da Thlaspi a causa dell'attivazione di una risposta sistemica alla carenza di zinco. In altre parole, la proteina di tolleranza al metallo dice alla pianta che ha bisogno di più zinco perché "ha bisogno di più", anche se non lo fa, quindi impiega di più!

Trasportatori di metalli specializzati all'interno di una pianta può aiutare anche l'assorbimento di metalli pesanti. I trasportatori, che sono specifici del metallo pesante a cui si lega, sono proteine ​​che aiutano nel trasporto, nella disintossicazione e nel 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 terreno. Ciò avvantaggia i microbi e 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 di radice, enzimi e carbonio organico su cui i microbi possono nutrirsi.

Il "padrino" del fitorimedio e lo studio delle piante di iperaccumulatori possono benissimo essere R. R. Brooks della Nuova Zelanda. È stato scritto da uno dei primi documenti che coinvolgono un livello insolitamente alto di assorbimento di metalli pesanti nelle piante in un ecosistema inquinato Reeves e Brooks nel 1983. Hanno scoperto che la concentrazione di piombo dentro Thlaspi situato in una zona mineraria era facilmente il più alto mai registrato per qualsiasi pianta fiorita.

Il lavoro del professor Brooks sull'iperaccumulo di metalli pesanti da parte delle piante ha sollevato dubbi su come utilizzare queste conoscenze per pulire i terreni inquinati. Il primo articolo sul phytoremediation è stato scritto dagli scienziati della Rutgers University sull'uso di impianti di accumulo di metallo appositamente selezionati e progettati per la pulizia dei suoli inquinati. Nel 1993, a Brevetto degli Stati Uniti è stato presentato da una società chiamata Phytotech. Intitolato "Phytoremediation of Metals", il brevetto ha rivelato un metodo per rimuovere gli ioni metallici dal suolo usando le piante. Diverse specie di piante, tra cui ravanello e senape, sono state geneticamente progettate per esprimere una proteina chiamata metallotioneina. La proteina vegetale lega i metalli pesanti e li rimuove in modo da evitare la tossicità delle piante. Grazie a questa tecnologia, piante geneticamente modificate, tra cui Arabidopsis, tabacco, colza e riso sono stati modificati per riparare le aree contaminate da mercurio.

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 un ritmo più elevato 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. Le velocità di traspirazione, dovute all'esposizione al sole / all'ombra e ai cambiamenti stagionali, possono influenzare anche l'assorbimento delle piante di metalli pesanti.

Oltre 500 specie vegetali si dice che abbiano proprietà di iperaccumulo. Iperaccumulatori naturali includono Iberis intermedia e Thlaspi spp. Diverse piante accumulano metalli diversi; per esempio, Brassica juncea accumula rame, selenio e nichel, mentre Arabidopsis halleri accumula cadmio e Lemna gibba 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 gli inquinanti. Piante geneticamente modificate, tra cui Arabidopsis, tabacco, colza e riso, sono stati modificati per riparare le aree contaminate da mercurio.

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

Il phytoremediation è popolare in teoria grazie al suo basso costo di stabilimento e alla relativa semplicità. Negli anni '90, c'erano diverse aziende che lavoravano con il phytoremediation, tra cui Phytotech, PhytoWorks e Earthcare. Anche altre grandi aziende come Chevron e DuPont stavano sviluppando il phytoremediation tecnologie. Tuttavia, recentemente le aziende 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 terreno nucleo per l'accumulo di alcuni inquinanti e lo smaltimento delle piante dopo l'iperaccumulo posto. Le piante non possono essere arate nel terreno, consumate da esseri umani o animali o messe in discarica. Il Dr. Brooks ha guidato il lavoro pionieristico sull'estrazione di metalli dagli impianti di iperaccumulatore. Questo processo si chiama fitomining e comporta la fusione dei metalli dalle piante.