Z tego artykułu dowiesz się:
Wraz z rozwojem cywilizacji, środowisko i jego elementy; woda, gleba czy powietrze poddaliśmy “próbie” w związku z rosnącym zanieczyszczeniem. Gleba stanowi ważny, ale ograniczony zasób dla działalności człowieka. Ponadto erozja, utrata materii organicznej, osuwanie się ziemi i skażenie są krytycznymi problemami, które ograniczają jej wykorzystanie. Istnieje wiele różnych metod oczyszczania gleby. W tym artykule przyjrzymy się jak działa fitoremediacja i jak radzą sobie w tym procesie konopie (Cannabis sativa L.).
Wśród związków nieorganicznych metale ciężkie (HM) mają duże znaczenie w zastosowaniach przemysłowych, a ich uwolnienie do środowiska stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia ludzi i innych organizmów żywych, dlatego temat jest tak ważny.
Czym jest fitoremediacja i jakie są jej metody?
Tradycyjne technologie remediacji gleby, takie jak immobilizacja zanieczyszczeń, płukanie gleby czy witryfikacja, są kosztowne i szkodliwe dla właściwości chemicznych gleby. Techniki te mają również negatywny wpływ na jej różnorodność biologiczną. Przeciwnie, fitoremediacja, czyli wykorzystanie roślin do immobilizacji (unieruchomienia substancji) lub usuwania zanieczyszczeń z gleby, jest zieloną technologią. Proces ten poprawia chemiczne, fizyczne i organiczne właściwości gleby. Dodatkowo jest tańszy niż tradycyjne techniki remediacji.
Istnieje kilka metod poprawy skuteczności fitoremediacji. Jedną z nich jest fitoremediacja wspomagana, w której dostępność zanieczyszczeń zwiększa się poprzez dodanie różnych czynników chelatujących (CA). Wykorzystywanie CA ma na celu poprawę wydajności fitoekstrakcji i skrócenie czasu trwania procesu fitoremediacji. Jednym z najczęściej wykorzystywanych CA jest kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA), który zwiększa rozpuszczalność metali w glebie. Negatywnym aspektem fitoremediacji wspomaganej EDTA jest niska zdolność EDTA do degradacji, która może być toksyczna dla roślin i zwierząt. Obiecującą alternatywę dla fitoremediacji wspomaganej EDTA można uzyskać poprzez stymulowanie populacji mikroorganizmów degradujących, które naturalnie rozwijają się w zanieczyszczonych glebach (rizoremediacja). Technika ta została zaproponowana w przypadku zanieczyszczeń organicznych i niedawno w przypadku metali ciężkich.
Fitoremediacja i potencjał konopi
Kluczowym aspektem w próbach fitoremediacji jest wybór najbardziej odpowiednich gatunków roślin, ponieważ tolerancja na zanieczyszczenia i zdolność akumulacji różnią się znacznie w zależności od gatunku. Czasami także w obrębie tego samego gatunku. Sukces fitoremediacji zależy od kombinacji plonu i absorpcji metali ciężkich.
Konopie zostały zaproponowane jako rośliny posiadające potencjał w procesie fitoremediacji w przypadku gleby skażonej cynkiem, chromem i miedzią. Cannabis sativa L. tolerują wysoką zawartość metali ciężkich w glebie. Rośliny te uznawane są za dobrego kandydata na roślinę uprawną w eksperymentach fitoremediacyjnych. Stoją za tym aspekty takie jak szybki wzrost, geny tolerancji na stres HM oraz drobny i głęboki system korzeniowy. Fitoremediacja z wykorzystaniem konopi pozwala na produkcję biomasy do wielozadaniowych zastosowań bioenergetycznych, przy jednoczesnej redukcji zanieczyszczeń gleby.
Co mówią wyniki badań o potencjale konopi w procesie fitoremediacji?
Odkrycie ogromnego potencjału konopi w zakresie fitoremediacji gleby rozpoczęło się w 1998 r. w ukraińskim Instytucie Uprawy Roślin Uprawnych. Konopie były sadzone tam wyłącznie w celu usuwania zanieczyszczeń w pobliżu elektrowni w Czarnobylu.
Wyniki badań wykazały większą akumulację w liściach konopi zebranych z miejsc skażonych, podczas gdy stężenie pozostałych metali ciężkich było nieistotne:
- Cu (1530 mg/kg-1),
- Cd (151 mg/kg -1)
- Ni (123 mg/kg -1)
Przedstawione wyniki sugerują, że rośliny konopi mogą być stosowane do rekultywacji gleb zanieczyszczonych Cu, Cd i Ni. Wiele zespołów badawczych wykazało, że w konopiach gromadzą się różne metale ciężkie, takie jak nikiel, ołów, kadm, cynk i chrom. Aspekt ten czyni je odpowiednimi do uwzględnienia w procesach remediacji gleby. Ponadto, wiele różnych badań wykazało również, że akumulacja metali ciężkich w roślinach konopi wzrasta wraz ze wzrostem stężenia metali w glebie. Jednak rozkład metali w różnych częściach konopi jest różny. Udowodniono m. in., że wyższe stężenie metali w glebie zwiększa przenoszenie metali ciężkich z korzeni do liści i pędów konopi.
W konopiach gromadzą się różne metale ciężkie, takie jak nikiel, ołów, kadm, cynk i chrom. Czyni je to odpowiednimi do uwzględnienia w procesach remediacji gleby.
Podsumowanie
Zanieczyszczenie środowiska niesie ze sobą katastrofalne skutki na skalę globalną, które odczuwane są przez wszystkie organizmy żywe. Nadmierne stężenie metali ciężkich ma negatywny wpływ na wzrost i rozwój wielu gatunków roślin. Kumulowane w roślinach zanieczyszczenia, dostarczane organizmowi drogą pokarmową, mogą mieć również negatywny wpływ na zdrowie człowieka. Konopie z dużym powodzeniem mogą być wykorzystywane do procesu fitoremediacji gleby. Od tysięcy lat, konopie stosowane są na różne sposoby w kuchni, medycynie czy kosmetyce. Zainteresowanie tą rośliną rośnie z roku na rok, a jej wszechstronny potencjał jest stale badany. Uzyskane wyniki, jak również wcześniej opublikowane dane wykazały, że konopie mają duży potencjał do usuwania metali ciężkich z gleby. Największą zdolność do akumulacji metali ciężkich, konopie wykazują w przypadku miedzi, kadmu i niklu.
Miłośniczka przyrody, biolog z pasji i wykształcenia, wyspecjalizowana w bioanalityce. Zakochana w świecie tatuaży, zainteresowana światem piłki nożnej, aktywnie zgłębiająca i poszerzająca wiedzę na temat konopi
Źródła
- Ahmad R., Tehsin Z., Malik S. T., Asad S. A., Muhammad S., Shah M. M., Khan S. A., 2015, Phytoremediation Potential of Hemp (Cannabis sativa L.): Identification and Characterization of Heavy Metals Responsive Genes, Research Gate, CLEAN- Soil Air Water, 44(2), 1-6.
- Ferrarini A., Fracasso A., Spini G., Fornasier F., Taskin E., Fontanella M. C., Beone G. M., Amaducci S., Puglisi E., 2021, Bioaugmented Phytoremediation of Metal-Contaminated Soils and Sediments by Hemp and Giant Reed, Frontiers in Microbiology, PubMed Cenral, 12.
- Rheay H. T., Omondi E. C., Brewer C. E., 2020, Potential of hemp (Cannabis sativa L.) for paired phytoremediation and bioenergy production, Research Review, GCB Bioenergy, 13, 525-536.
- Wu Y., Trejo H. X., Chen G., Li S., 2021, Phytoremediation of contaminants of emerging concern from soil with industrial hemp (Cannabis sativa L.): a review, Enviorment, Development and Sustainability, Springer, 23(2).