Ural je bohatý na měděné rudy a produkce mědi se zde datuje do 1910.-XNUMX. tisíciletí před naším letopočtem. E. Za Petra I. byla tavba mědi na Uralu postavena na průmyslový základ. Dnes se hlavní podnik největšího ruského výrobce mědi nachází ve Sverdlovské oblasti. Takže kontaminace půdy v regionu tímto prvkem představuje vážný problém. A město Karabash v Čeljabinské oblasti, kde byla v roce XNUMX založena měděná huť, je známé jako oblast ekologické katastrofy. Je zřejmé, že uralské půdy (a nejen ony) vyžadují čištění. Jednou z nadějných technologií je fytoremediace, tedy čištění půdy, odpadních vod a atmosférického vzduchu pomocí rostlin.
Jetel plazivý (Trifolium repens L.), známý také jako jetel holandský, jetel bílý a jetel bílý. Rostlina je trvalka a má plazivý stonek (odtud zřejmě název druhu). Roste v mírném klimatickém pásmu. Foto: Forest Starr & Kim Starr/Wikimedia Commons/CC BY 3.0.
Rostliny jetele plazivého získané selekcí buněk v klimatické komoře. Foto: UrFU.
Zaměstnanci katedry experimentální biologie a biotechnologie Ústavu přírodních věd a matematiky Uralské federální univerzity (Uralská federální univerzita, Jekatěrinburg) pod vedením docentky Iriny Kiselevové se fytoremediaci věnují od roku 2012: s pomocí Při selekci buněk se biologové snaží vyšlechtit rostliny, které by byly odolné vůči vysokému obsahu mědi v půdě. Jako objekt pokusů byl vybrán jetel plazivý (Trifolium repens L.). Biologové chtějí získat hyperakumulační rostliny schopné akumulovat těžké kovy, mezi které patří i měď, ve svém těle v koncentracích o jeden až dva řády vyšších, než je jejich obsah v prostředí. Kromě hyperakumulátorů existují indikátorové rostliny, které obsahují tolik těžkých kovů jako půda, na které rostou, a vylučující rostliny, které prakticky nevstřebávají škodlivé látky a udržují si čistotu i v kontaminovaných oblastech, ale ani jedna z nich není vhodná pro fytoremediaci vejít se. Konkrétní rostlinný druh může být hyperakumulátorem jednoho nebo více typů látek.
Fenomén nadměrné akumulace v rostlinách byl prokázán u zinku, niklu, kobaltu, selenu a kadmia. Ale použití rostlin k čištění prostředí, zejména půdy, naráží na vážnou překážku: při vstupu do kontaminovaných oblastí rostliny rychle akumulují kritické koncentrace toxických prvků ve svém těle, poté se jejich růst zpomalí, listy odumírají a následně kořenový systém. Uralští vědci si dali za úkol vyvinout hyperakumulační zařízení, které bude odolné vůči negativním účinkům mědi.
“Rostlinné buňky jsou totipotentní, to znamená, že jakákoli buňka může dát vzniknout celému organismu; tato vlastnost nám umožňuje použít metodu buněčné selekce,” vysvětluje docent katedry Alexander Ermoshin. — Vezmeme Petriho misku se živnou půdou, přidáme do ní buněčnou hmotu jetele a ionty mědi. Za takových podmínek přežijí pouze buňky odolné vůči tomuto těžkému kovu. Během roku dostáváme až dvanáct generací buněk, z nichž každá další je schopna odolávat stále vyšším koncentracím toxického prvku. Navíc buněčná hmota obsažená v Petriho misce může dát vzniknout tolika rostlinám, že by mohly pokrýt obrovské pole až k obzoru. Kdybychom místo buněčné selekce použili klasickou selekci, náš výzkum by trval několik desítek let a samozřejmě by to nebylo možné provést v laboratoři.“
Během pěti let práce na výběru buněk biologové vybrali podmínky pro sterilizaci rostlin, kultivaci a dávku iontů mědi. Nakonec byla nalezena strategie, která umožnila vyrobit výhonek jetele, který byl odolný vůči 200 mikromolům iontů mědi – což je dávka, která rostlinu obvykle zabije během pár dní. Nyní vyšlechtěný jetel roste na živném médiu za aseptických podmínek. V zimě se předpokládá, že rostliny budou zasazeny do květináče, to znamená pokračovat v pěstování metodou zalévání. V této fázi lze provést první modelové experimenty, které mají prokázat, že výsledný jetel skutečně absorbuje ionty mědi ze substrátu, na kterém roste, a vykazuje vůči nim odolnost. K tomu se do půdy přidá známé množství iontů mědi a následně se určí, kolik se jich dostalo do závodu, a plánuje se využití technologie mokrého zpopelňování rostlinného materiálu* a atomové absorpční spektrální analýza výsledného vzorku.
„Očekáváme, že jetel absorbuje měď z jakéhokoli substrátu, na kterém je vysazen,“ říká Alexander Ermoshin. — Může to být buď zemina, nebo hlušina na skládkách dolů a dolů. Mimochodem, může být možné identifikovat schopnost rostliny absorbovat nejen měď, v takovém případě ji lze použít k čištění jiných znečišťujících látek. Do začátku letní sezóny budeme moci jetel přesadit do volné půdy.“
Biologové z UrFU by rádi provedli takové výsadby na nejvíce znečištěných Uralských územích, například v oblasti města Karabash. Vývoj průmyslových technologií pro sanaci kontaminovaných míst je perspektivní, ale rostliny, které absorbovaly vysoké koncentrace toxických prvků, lze spálit a takový popel lze využít v metalurgii pro sekundární těžbu kovů.
Komentáře k článku
* Mokré zpopelňování rostlinného materiálu – ničení rostliny kyselinami.
