Процесс фитоэкстракции

Фитоэкстракция - это подпроцесс фиторемедиации , в котором растения удаляют опасные элементы или соединения из почвы или воды, чаще всего тяжелые металлы , металлы, которые имеют высокую плотность и могут быть токсичными для организмов даже при относительно низких концентрациях. ^{[ 1 ]} Тяжелые металлы, которые экстракт растений, также токсичны для растений, а растения, используемые для фитоэкстракции, являются известными гипераккумуляторами , которые изобилуют чрезвычайно большое количество тяжелых металлов в своих тканях. Фитоэкстракция также может быть выполнена растениями, которые поглощают более низкие уровни загрязняющих веществ, но из -за их высокой скорости роста и выработки биомассы могут удалить значительное количество загрязняющих веществ из почвы. ^{[ 2 ]}

Тяжелые металлы и биологические системы

Тяжелые металлы могут быть серьезной проблемой для любого биологического организма, так как они могут реагировать с рядом химических веществ, необходимых для биологических процессов.

Они также могут разбить другие молекулы на еще более реактивные виды (такие как активные формы кислорода ), которые также разрушают биологические процессы. Эти реакции истощают концентрацию важных молекул, а также производят опасно реактивные молекулы, такие как радикалы o ^. и о ^..

Негипераккумуляторы также поглощают некоторую концентрацию тяжелых металлов, так как многие тяжелые металлы химически похожи на другие металлы, которые необходимы для жизни растений.

Процесс

Чтобы растение для извлечения тяжелого металла из воды или почвы должен произойти пять вещей.

Металл должен растворяться в чем -то, что корни растений могут поглощать.
Корни растения должны поглощать тяжелый металл.
Завод должен хелатировать металл, чтобы защитить себя и сделать металл более подвижным (это также может произойти до поглощения металла). Хелатирование - это процесс, с помощью которого металл окружен и химически связан с органическим соединением.
Растение перемещает хелатированный металл в место, чтобы безопасно хранить его.
Наконец, завод должен адаптироваться к любому повреждению, которые металлы причиняют во время транспортировки и хранения.

Растворение

В своих нормальных состояниях металлы не могут быть приняты в какой -либо организм. Они должны быть растворены как ион в решении, чтобы быть подвижным в организме. ^{[ 3 ]} Как только металл будет подвижным, его можно либо непосредственно транспортировать над корневой клеточной стенкой определенным транспортером металла, либо переносится конкретным агентом. Корни растения опосредуют этот процесс, секретируя вещи, которые захватят металл в ризосфере , а затем переносят металл над клеточной стенкой. Некоторые примеры: фитосидерофоры, органические кислоты или карбоксилаты ^{[ 4 ]} Если металл хелат в этом этапе, то растение не нужно хелатировать его позже, и Челатер служит корпусом, чтобы скрыть металл от остальной части растения. Это способ для гипер-аккумулятора защитить себя от токсических эффектов ядовитых металлов.

Корневая поглощение

Первое, что происходит, когда металл поглощается, это связываться с корневой клеточной стенкой. ^{[ 5 ]} Затем металл транспортируется в корень. Затем некоторые растения хранят металл через хелатирование или секвестрацию. Многие конкретные лиганды переходных металлов, способствующие детоксикации и транспорту металлов, повышаются у растений, когда металлы доступны в ризосфере. ^{[ 6 ]} В этот момент металл может быть один или уже секвестрирован хелатирующим агентом или другим соединением. Чтобы добраться до ксилема , металл должен пройти через корневую симплазму.

Корневой транспорт

Системы, которые транспортируют и хранят тяжелые металлы, являются наиболее важными системами в гипер-аккумуляторе, потому что тяжелые металлы повредят завод до их сохранения. Транспорт с корнем до стрельбы тяжелых металлов сильно регулируется экспрессией генов. Были идентифицированы гены, которые код для транспортных систем транспортировки металлов в растениях. Эти гены экспрессируются как в гипер-аккумулирующих, так и неаккумулирующих растениях. Существует большое количество доказательств того, что гены, известные для кодирования транспортных систем тяжелых металлов, постоянно экспрессируются в гипер-аккумуляционных растениях, когда они подвергаются воздействию тяжелых металлов. ^{[ 7 ]} Эти генетические данные свидетельствуют о том, что гипер-аккумуляторы чрезмерно развивают свои системы транспортировки металлов. Это может быть для ускорения процесса с корнем до стрельбы, ограничивающего количество времени, когда металл подвергается воздействию заводов, прежде чем он будет сохранен. Накопление кадмия было рассмотрено. ^{[ 8 ]}

Эти переносчики известны как транспортировка АТФазы из тяжелых металлов (HMA). ^{[ 9 ]} Одним из наиболее хорошо документированных HMA является HMA4, который принадлежит к подклассу Zn/Co/CD/PB HMA и локализуется на плазматических мембранах Xylem Parenchyma. ^{[ 7 ]} HMA4 активируется, когда растения подвергаются воздействию высоких уровней CD и Zn, но он понижается в своих негипераккумулирующих родственниках. ^{[ 10 ]} Кроме того, когда экспрессия HMA4 увеличивается, наблюдается коррелированное увеличение экспрессии генов, принадлежащих к семейству ZIP (регулируемого транспортером железа, регулируемых железом, регулируемыми железом). Это говорит о том, что транспортная система корня к стрельбе действует как движущая сила гипер-аккумуляции, создавая отклик дефицита металла в корнях. ^{[ 11 ]}

Хранилище

Системы, которые транспортируют и хранят тяжелые металлы, являются наиболее важными системами в гипер-аккумуляторе, потому что тяжелые металлы повреждают растение до их хранения. Часто у гипераккумуляторов тяжелые металлы хранятся в листьях.

Как может быть полезно фитоэкстракция

Для растений

Есть несколько теорий, чтобы объяснить, почему для завода было бы полезно. Например, гипотеза «элементарной защиты» предполагает, что, возможно, хищники избегают употребления гипераккумуляторов из -за тяжелых металлов. До сих пор ученые не смогли определить корреляцию. ^{[ 12 ]} В 2002 году было проведено исследование Департаментом фармакологии в Медицинском университете Бангабандху шейха в Бангладеш, который использовал водный гиацинт для удаления мышьяка из воды. ^{[ 13 ]} Это исследование доказало, что вода может быть полностью очищена от мышьяка за несколько часов, и что растение может быть использовано в качестве корма для животных, пожарной древесины и многих других практических целей. Поскольку водный гиацинт является инвазивным, для этой цели он становится недорого и чрезвычайно практично.

Смотрите также

Биомининг

Ссылки

^ «MSDS HyperGlossary: Heavy Metal» . www.ilpi.com . Архивировано из оригинала 2011-09-23 . Получено 2011-10-30 .
^ Guidi Nissim W., Palm E., Mancuso S., Azzarello E. (2018) «Фитоэксстракция трассировки из загрязненной почвы: тематическое исследование под средиземноморским климатом». Исследования науки и загрязнения окружающей среды https://doi.org/10.1007/s11356-018-1197-x Архивировано 2021-10-06 на машине Wayback
^ Misra V., Tiwari A., Shukla B. & Seth CS (2009) Влияние поправок в почву на биодоступность тяжелых металлов из хвостов цинка. Оценка мониторинга окружающей среды 155, 467–475.
^ Han F., Shan XQ, Zhang SZ, Wen B. & Owens G. (2006) Увеличенное накопление кадмия в корнях кукурузы - влияние органических кислот. Растение и почва 289, 355–368.
^ Clemens S., Palmgren Mg & Krämer U. (2002). Тенденции в растительной науке 7, 309–315.
^ Seth, CS, et al. «Фитоэкстракция токсичных металлов: центральная роль глутатиона». Завод, клетка и окружающая среда (2011) Scopus. Веб - 16 октября 2011 года.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Rascio, N. и F. Navari-izzo. «Гипер-аккумулирующие растения из тяжелых металлов: как и почему они это делают? И что делает их такими интересными?» Plant Science 180.2 (2011): 169-81. Scopus. Веб - 16 октября 2011 года.
^ Кюппер, Хендрик; Leitenmaier, Barbara (2013). «Глава 12. Кадмия-аккумулирующие растения». В Астрид Сигел, Гельмут Сигел и Роланд Ко Сигел (ред.). Кадмий: от токсикологии до сущности . Металлические ионы в науках о жизни. Тол. 11. Springer. С. 373–413. doi : 10.1007/978-94-007-5179-8_12 . ISBN 978-94-007-5178-1 Полем PMID 23430779 .
^ KB Axelsen и Mg Palmgren, инвентарь суперсемейства ионных насосов P-типа у арабидопсиса. Plant Physiol., 126 (1998), с. 696–706.
^ A. Papoyan и LV Kochian, Идентификация генов Thlaspi Caerulescens, которые могут быть вовлечены в гипер-аккумуляцию тяжелых металлов и толерантность. Характеристика новой тяжелой металлической транспортировки АТФазы. Plant Physiol., 136 (2004), с. 3814–3823.
^ M. Hanikenne, et al. Эволюция гипер-аккумуляции металлов потребовала цис-регуляторных изменений и трижды HMA4. Nature, 453 (2008), с. 391–395
^ Rascio, N., и F. Navari-Iizo. «Гипераккумулирующие растения из тяжелых металлов: как и почему они это делают? И что делает их такими интересными?» Plant Science 180.2 (2011): 169-81. Scopus. Веб - 16 октября 2011 года.
^ Мисбахуддин, М. и А. Фаридуддин. «Водный гиацинт удаляет мышьяк из питьевой воды, загрязненной мышьяком». Архивы здоровья окружающей среды 57,6 (2002): 516-8. Scopus. Веб - 26 сентября 2011 года.

[1] «MSDS HyperGlossary: Heavy Metal» . www.ilpi.com . Архивировано из оригинала 2011-09-23 . Получено 2011-10-30 .

[2] Guidi Nissim W., Palm E., Mancuso S., Azzarello E. (2018) «Фитоэксстракция трассировки из загрязненной почвы: тематическое исследование под средиземноморским климатом». Исследования науки и загрязнения окружающей среды https://doi.org/10.1007/s11356-018-1197-x Архивировано 2021-10-06 на машине Wayback

[3] Misra V., Tiwari A., Shukla B. & Seth CS (2009) Влияние поправок в почву на биодоступность тяжелых металлов из хвостов цинка. Оценка мониторинга окружающей среды 155, 467–475.

[4] Han F., Shan XQ, Zhang SZ, Wen B. & Owens G. (2006) Увеличенное накопление кадмия в корнях кукурузы - влияние органических кислот. Растение и почва 289, 355–368.

[5] Clemens S., Palmgren Mg & Krämer U. (2002). Тенденции в растительной науке 7, 309–315.

[6] Seth, CS, et al. «Фитоэкстракция токсичных металлов: центральная роль глутатиона». Завод, клетка и окружающая среда (2011) Scopus. Веб - 16 октября 2011 года.

[auto-7] Jump up to: ^а ^{беременный} Rascio, N. и F. Navari-izzo. «Гипер-аккумулирующие растения из тяжелых металлов: как и почему они это делают? И что делает их такими интересными?» Plant Science 180.2 (2011): 169-81. Scopus. Веб - 16 октября 2011 года.

[8] Кюппер, Хендрик; Leitenmaier, Barbara (2013). «Глава 12. Кадмия-аккумулирующие растения». В Астрид Сигел, Гельмут Сигел и Роланд Ко Сигел (ред.). Кадмий: от токсикологии до сущности . Металлические ионы в науках о жизни. Тол. 11. Springer. С. 373–413. doi : 10.1007/978-94-007-5179-8_12 . ISBN 978-94-007-5178-1 Полем PMID 23430779 .

[9] KB Axelsen и Mg Palmgren, инвентарь суперсемейства ионных насосов P-типа у арабидопсиса. Plant Physiol., 126 (1998), с. 696–706.

[10] A. Papoyan и LV Kochian, Идентификация генов Thlaspi Caerulescens, которые могут быть вовлечены в гипер-аккумуляцию тяжелых металлов и толерантность. Характеристика новой тяжелой металлической транспортировки АТФазы. Plant Physiol., 136 (2004), с. 3814–3823.

[11] M. Hanikenne, et al. Эволюция гипер-аккумуляции металлов потребовала цис-регуляторных изменений и трижды HMA4. Nature, 453 (2008), с. 391–395

[12] Rascio, N., и F. Navari-Iizo. «Гипераккумулирующие растения из тяжелых металлов: как и почему они это делают? И что делает их такими интересными?» Plant Science 180.2 (2011): 169-81. Scopus. Веб - 16 октября 2011 года.

[13] Мисбахуддин, М. и А. Фаридуддин. «Водный гиацинт удаляет мышьяк из питьевой воды, загрязненной мышьяком». Архивы здоровья окружающей среды 57,6 (2002): 516-8. Scopus. Веб - 26 сентября 2011 года.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]