Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 14 – vyšlo 14. dubna, ročník 12 (2014) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

14/2014

Fytoremediace – využití rostlin a mikroflóry k dekontaminaci půdy

Lenka Přibylová

Půda je důležitý přírodní zdroj, jehož plochu nelze rozšířit, proto je třeba s ní opatrně hospodařit. Člověk plochu volné půdy neustále zmenšuje, například výstavbou, rozšiřováním silniční sítě atd. Dále může být znečištěna, ať už lidskou činností nebo přirozenými procesy (například zasolování v aridních oblastechAridní oblast – oblast, ve které je úhrn srážek nižší než vsak a výpar.). Znečištěnou půdu lze obnovit – dekontaminovat. Konvenční metodou je odtěžení znečištěné půdy, která je potom očištěna, například vymýváním, nebo uložena tak, aby se kontaminanty nedostaly zpět do krajiny. Je zřejmé, že takový proces je drahý a vůči krajině drastický.

Odstraňování kontaminované zeminy v areálu bývalé výrobny fenolů ve společnosti
UNIPETROL RPA s. r. o., Litvínov. Zdroj: Klement, a.s.

Aridní oblast – oblast, ve které je úhrn srážek nižší než vsak a výpar. Biomasa – celková hmotnost organizmů v daném objemu (rostlin, bakterií, sinic, hub a živočichů). Enzymy – jednoduché či složené bílkoviny, které katalyzují chemické přeměny v živých organizmech. Fytoremediace – dekontaminace půdy s využitím rostlin. Gen – úsek DNA se specifickou funkcí, který je schopen utvářet při dělení buňky svoje vlastní přesné kopie, které se přenáší do dalších generací. Lignin – složka dřeva zajišťující dřevnatění buněčných stěn dřevin. Mikroflóra – různá společenstva nižších rostlin, bakterií a prvoků. Polutant – znečišťující látka. Remediace – pokus o navrácení původních vlastností danému prostředí. Sorpce – souhrnný výraz pro absorpci, adsorpci a chemisorpci. Absorpce je vstřebávání jedné látky v druhé v celém objemu. Adsorpce je navázání plynné či kapalné látky na povrch jiné látky. Chemisorpce je druh adsorpce, při které na povrchu vzniká chemická vazba. Vakuola – prostor v buňce umožňující zadržovat vodu, odpadní a nebezpečné látky. Udržuje v buňce rovnoměrné pH a udržuje hydrostatický tlak buňky.

Fytoremediace

V posledních desetiletích se celosvětově hledají šetrnější a levnější metody remediace půdy využívající přirozených procesů, které příroda nabízí. Patří mezi ně fytoremediace využívající k odstranění cizorodých látek rostlin, případně ve spolupráci s bakteriemi a houbami. Fytoremediační procesy můžeme rozdělit podle toho, jakým způsobem rostlina pracuje. Povšimněme si některých z nich:

Fytoextrakce
Rostliny mají přirozenou schopnost transportovat živiny vzlínáním z půdy a povrchové vody rostlinným kořenovým systémem. Anorganické látky považované za kontaminanty, například kovy, jsou pro rostlinu živinou, kterou je zvyklá zpracovávat. Patří sem železo, mangan, zinek, měď, hořčík, molybden a pravděpodobně i nikl. Některé rostliny ale dokáží akumulovat i těžké kovy, u kterých není známa žádná biologická funkce, jako kadmium, chrom, olovo, kobalt, stříbro, selen a rtuť. Vstřebané kontaminanty se ukládají v těle rostliny, hlavně ve vakuoláchVakuola – prostor v buňce umožňující zadržovat vodu, odpadní a nebezpečné látky. Udržuje v buňce rovnoměrné pH a udržuje hydrostatický tlak buňky. a buněčných stěnách, například v ligninuLignin – složka dřeva zajišťující dřevnatění buněčných stěn dřevin.. Při využití fytoextrakce je třeba rostliny s akumulovanými polutantyPolutant – znečišťující látka. ze stanoviště odstranit, jinak se s odumřelým rostlinným tělem vrátí zpět do půdy. Proto je výhodné, když se kontaminující látky ukládají v nadzemních částech rostliny, sklizeň je pak snazší. Kovy, jako jsou olovo a rtuť, bohužel zůstávají hlavně v kořenech, takže odstranění je náročnější. Sklizená biomasa se potom dá vytěžit nebo jinak zpracovat pro bezpečné uložení.
Rhizofiltrace
Tato metoda představuje sorpciSorpce – souhrnný výraz pro absorpci, adsorpci a chemisorpci. Absorpce je vstřebávání jedné látky v druhé v celém objemu. Adsorpce je navázání plynné či kapalné látky na povrch jiné látky. Chemisorpce je druh adsorpce, při které na povrchu vzniká chemická vazba. kořenů, vhodné jsou rostliny s rychle rostoucím kořenovým systémem. Obvykle se využívá u mokřadů určených například k dekontaminaci odpadních vod.
Fytovolatilizace
Některé těkavé organické sloučeniny mohou být v plynném stavu transpirovány do ovzduší, například trichloretylén a perchloretylén. Uvolněné množství je mnohem menší než emise z jiných zdrojů, není tedy nebezpečné. Naopak prostřednictvím listů může rostlina cizorodé látky z ovzduší absorbovat, například polyaromatické uhlovodíky nebo oxidy dusíku. V různých zemích se dělají pokusy s městskou zelení, která by mohla pomáhat čistit vzduch. Ve Švédsku měli například úspěchy s kaštanem – jírovcem – ovšem ještě před útokem klíněnky. Intenzívní výzkum v této oblasti probíhá například také v Japonsku.
Fytodegradace
Tato metoda má oproti předešlým tu výhodu, že se polutanty rovnou transformují. Rostliny jsou schopny metabolizovat široké spektrum cizorodých chemických látek pomocí enzymatického aparátu. Činí tak často v několika krocích, na jejichž konci je ukládání metabolitu do vakuol a buněčných stěn. Pokud jsou příslušné metabolity neškodné, není třeba rostliny ani sklízet, stačí jen udržovat porost. Významná část fytodegradace probíhá v oblasti kořenů – rhizosféře za účasti asociované mikroflóry. Spolupráce rostliny s bakteriemi a houbami umožňuje využívat unikátní enzymové dráhy. To vede k výrazně efektivnější degradaci kontaminujících látek.

Metoda fytoremediace je poměrně levná, šetrná k životnímu prostředí a má i významný estetický efekt. Proto je také veřejností velmi dobře přijímána. Nevýhodou je nízká efektivita. Rostliny s nejlepšími schopnostmi akumulovat těžké kovy – hyperakumulátory – jsou velmi drobné, vytvářejí jen málo biomasy. Vzrůstné rostliny zase nejsou v dekontaminaci tak úspěšné. K dekontaminaci je potřeba příliš dlouhá doba. Proto jsou stále častější snahy šlechtěním nebo pomocí genovýchGen – úsek DNA se specifickou funkcí, který je schopen utvářet při dělení buňky svoje vlastní přesné kopie, které se přenáší do dalších generací. manipulací získat rostliny, které by si lépe poradily se specifickými požadavky fytoremediaceFytoremediace – dekontaminace půdy s využitím rostlin.. Existují možnosti zvýšení exprese existujících genů nebo vnesení například bakteriálních genů do rostlin. Nové geny by umožnily zvýšení účinnosti přirozených metabolických drah. Použití geneticky modifikovaných rostlin se zatím soustředí do laboratoří, ale časem jistě někdo přistoupí k širším polním pokusům.

Pro ilustraci dva příklady možného využití transgenních rostlin:

1) Některé mikroorganizmy mohou enzymaticky redukovat rtuťnaté ionty na kovovou rtuť, která se potom rozptyluje do okolí ve formě par. Gen kódující reduktázu rtuti se podařilo vnést do genomu huseníčku rolního, a také do liliovníku tulipánokvětého. Expresí tohoto genu (převedením do buněčné struktury) se zvýšila odolnost rostlin vůči koncentraci Hg²⁺ iontů a současně se podařilo převést větší část rtuti ve formě HgO do ovzduší.

Huseníček rolní (Arabidopsis thaliana) plevelná rostlina z čeledi brukvovitých. Často se používá jako modelový organizmus v molekulární genetice rostlin. Zdroj: FC.

2) Tentýž huseníček rolní (Arabidopsis thaliana) vytváří na podzim zvýšené množství antokyanů a barví se do fialova. Geneticky modifikovaný huseníček vyvinutý dánskou firmou Aresa Biodetection se takto barví v přítomnosti oxidu dusičitého. Ten se uvolňuje z explozivních látek v zakopaných minách a proniká do půdy. Pokud by se modifikovaným huseníčkem oselo minové pole – například z dálkově ovládaného letounu či z práškovacího letadla – již za šest týdnů by trsy fialově zbarvených rostlin ukázaly, kde je třeba hledat miny.

Geneticky upravený huseníček rolní (Arabidopsis thaliana) se v přítomnosti oxidu dusičitého barví do červena, stejně jako na podzim. Zdroj: Steve Jurvetson, Menlo Park, USA.

Závěr

Bohužel nejen veřejnost, ale i političtí představitelé se vinou nízké informovanosti o transgenních rostlinách stále bojí a uplatňují v přehnané míře princip předběžné opatrnostiPrincip předběžné opatrnosti – způsob chování, podle něhož vždy, když existuje riziko možného nebezpečí, je třeba jednat tak, jako by toto nebezpečí bylo reálné. A to i v případě, že riziko není zcela ověřené. Pro nás platí definice Evropské komise z 2. února 2000, podle které je třeba užít principu předběžné opatrnosti vždy, když existuje alespoň předběžný vědecký názor, že je opodstatněný důvod k obavám před riziky poškození životního prostředí či zdraví lidí, živočichů a rostlin, která by mohla narušit základní princip vysoké úrovně ochrany životního prostředí.. Je to škoda, protože je nesmyslně blokováno využívání poznatků, které by pomohly životnímu prostředí nejen fytoremediací, ale i rostlinami odolnějšími vůči škůdcům. Ty není nutné chemicky ošetřovat a dochází tak k významnému omezování kontaminace herbicidy, pesticidy či insekticidy.

Odkazy