ファイトレメディエーション：花で土をきれいにする

デビッド・トロード/ゲッティイメージズ

による 国際植物工学協会 ファイトテクノロジーは、汚染、森林再生、バイオ燃料、埋め立てなどの環境問題を解決するために植物を使用する科学と定義されています。ファイトテクノロジーのサブカテゴリーであるファイトレメディエーションでは、植物を使用して土壌や水から汚染物質を吸収します。

関連する汚染物質には次のものがあります。 ヘビーメタル 、汚染または環境問題を引き起こす可能性があり、それ以上分解できない金属と見なされる元素として定義されます。土壌や水中に重金属が大量に蓄積すると、植物や動物にとって有毒であると見なされる可能性があります。

ファイトレメディエーションを使用する理由

重金属で汚染された土壌を修復するために使用される他の方法論は、1 エーカーあたり 100 万ドルの費用がかかる可能性がありますが、ファイトレメディエーションは 1 平方フィートあたり 45 セントから 1.69 米ドルの費用がかかると見積もられており、1 エーカーあたりのコストは数万ドルに下がります。

ファイトレメディエーションはどのように機能しますか?

すべての植物種がファイトレメディエーションに使用できるわけではありません。通常の植物よりも多くの金属を吸収できる植物は、超蓄積性植物と呼ばれます。ハイパーアキュムレータは、成長している土壌に存在するよりも多くの重金属を吸収できます.

すべての植物は少量の重金属を必要とします。鉄、銅、マンガンは、植物の機能に不可欠な重金属のほんの一部です。また、毒性症状を示す代わりに、通常の成長に必要な量を超えて、システム内の大量の金属に耐えることができる植物があります.たとえば、 トラスピ 「金属耐性タンパク質」と呼ばれるタンパク質を持っています。亜鉛が大量に摂取される トラスピ 全身の亜鉛欠乏反応の活性化によるものです。言い換えれば、金属耐性タンパク質は、たとえそうでなくても、より多くの亜鉛を必要とするため、より多くの亜鉛が必要であることを植物に伝えます。

特殊な金属輸送機 植物内では、重金属の取り込みも助けることができます.それが結合する重金属に特異的なトランスポーターは、植物内の重金属の輸送、解毒、隔離を助けるタンパク質です。

根圏の微生物は植物の根の表面にしがみつき、一部の修復微生物は次のような有機物を分解することができます。 石油 重金属を土から取り出します。このプロセスは、有機汚染物質を分解する可能性のある微生物のテンプレートと食料源を提供できるため、これは微生物だけでなく植物にも利益をもたらします.その後、植物は根の浸出液、酵素、有機炭素を放出して、微生物がそれを食べます。

ファイトレメディエーションの歴史

ファイトレメディエーションの「ゴッドファーザー」と超蓄積植物の研究は、 R.R.ブルックス ニュージーランドの。汚染された生態系における植物の異常に高いレベルの重金属の取り込みを含む最初の論文の 1 つは、によって書かれました。 リーブスとブルックス 1983 年。 トラスピ 採掘地域に位置する植物は、これまでに記録された開花植物の中で最も高かった.

植物による重金属の過剰蓄積に関するブルックス教授の研究は、汚染された土壌を浄化するためにこの知識をどのように使用できるかという疑問を引き起こしました。ファイトレメディエーションに関する最初の記事は、ラトガース大学の科学者によって、汚染された土壌を浄化するために使用される特別に選択され、設計された金属蓄積植物の使用について書かれました。 1993 年に、 米国特許 Phytotechと呼ばれる会社によって提出されました。 「金属のファイトレメディエーション」と題されたこの特許は、植物を使用して土壌から金属イオンを除去する方法を開示しました。大根やマスタードなどの植物のいくつかの種は、メタロチオネインと呼ばれるタンパク質を発現するように遺伝子操作されました.植物タンパク質は重金属に結合し、植物毒性が起こらないようにそれらを取り除きます。この技術により、以下を含む遺伝子組み換え植物 シロイヌナズナ 、タバコ、キャノーラ、および米は、水銀で汚染された地域を修復するために変更されました.

ファイトレメディエーションに影響を与える外部要因

植物が重金属を過剰に蓄積する能力に影響を与える主な要因は、年齢です。若い根は、古い根よりも速く成長し、より高い速度で栄養素を吸収します。年齢も、化学汚染物質が植物全体に移動する方法に影響を与える可能性があります.当然のことながら、根域の微生物集団は金属の取り込みに影響を与えます。太陽/日陰への露出や季節の変化による蒸散率も、植物の重金属の取り込みに影響を与える可能性があります.

ファイトレメディエーションに使用される植物種

500以上の植物種 超蓄積性があると報告されています。天然のハイパーアキュムレータには以下が含まれます 中型イベリス と トラスピ 種。異なる植物は異なる金属を蓄積します。例えば、 ブラッシカ・ジュンセア 銅、セレン、ニッケルを蓄積しますが、 シロイヌナズナの状態 カドミウムを蓄積し、 上はレムナ 砒素を蓄積します。で使用される植物 人工湿地 スゲ、イグサ、葦、ガマなどは耐洪水性があり、汚染物質を吸収できるためです。を含む遺伝子操作された植物 シロイヌナズナ 、タバコ、キャノーラ、および米は、水銀で汚染された地域を修復するために変更されました.

植物の超蓄積能力はどのようにテストされていますか? 植物組織培養 植物の反応を予測し、時間とお金を節約できるため、ファイトレメディエーション研究で頻繁に使用されます。

ファイトレメディエーションの市場性

ファイトレメディエーションは、確立コストが低く、比較的単純であるため、理論的には人気があります。 1990 年代には、ファイトテック、フィトワークス、アースケアなど、ファイトレメディエーションに取り組んでいる企業がいくつかありました。 Chevron や DuPont などの他の大企業も、ファイトレメディエーションを開発していました。テクノロジー.しかし、最近では企業による仕事はほとんど行われておらず、小規模な企業のいくつかは倒産しています。この技術の問題には、植物の根が汚染物質を蓄積するのに十分なほど土壌コアに到達できないという事実と、過蓄積が起こった後の植物の処分が含まれます。植物は、土に戻したり、人間や動物が消費したり、埋め立て地に入れたりすることはできません。ブルックス博士は、超蓄積植物からの金属の抽出に関する先駆的な研究を主導しました。このプロセスはフィトマイニングと呼ばれ、植物からの金属の製錬を伴います。