Новости Пердью
ЗАПАДНЫЙ ЛАФАЙЕТ, Индиана — Растения тихо убираются позади нас, перерабатывая отработанный углекислый газ в животворный кислород с тех пор, как люди дышат.
Теперь исследователи Университета Пердью подталкивают их к тому, чтобы сделать еще один шаг в очистке, чтобы они стали фиторемедиаторами — растениями, которые собирают тяжелые металлы и радиоактивные отходы из загрязненной воды и зараженных почв.
«Фиторемедиации всего пять или десять лет, — говорит профессор садоводства Purdue Питер Голдсбро, — но есть большая надежда, что в конечном итоге растения можно будет использовать для восстановления участков и удаления загрязняющих веществ с относительно низкими затратами».
Первоначальные коммерческие усилия по фиторемедиации были многообещающими, но официальные лица из Министерства энергетики США (DOE), которому принадлежат самые токсичные участки в Соединенных Штатах, не уверены в том, насколько хорошо текущие процессы будут работать в крупных проектах, и насколько большой Масштабная операция будет стоить.
В одном многонациональном проекте компания из Нью-Джерси использует установки для очистки от радиоактивного загрязнения после ядерной аварии в Чернобыле в апреле 1986 года, Украина.
По словам представителей Министерства энергетики, использование традиционных технологий для очистки загрязненной почвы (например, ее удаление, химическая обработка или нагревание) будет стоить несколько сотен долларов за тонну почвы. Таким образом, затраты на очистку загрязненной почвы в Соединенных Штатах исчисляются сотнями миллиардов долларов. Если бы фиторемедиация снизила эти затраты на очистку хотя бы на 10 процентов (оценка, которую Голдсбро считает правдоподобной), это сэкономило бы налогоплательщикам миллиарды долларов.
Голдсбро, работая с исследователями из Австралии, изучал, как растения поглощают и хранят кадмий, токсичный тяжелый металл. Это одновременно природный и промышленный загрязнитель. Кадмий недавно был обнаружен в больших количествах в печени британских овец, пасущихся на пастбищах, которые в течение многих лет удобрялись осадком сточных вод. Согласно выводам, представленным на ежегодном собрании Британского общества зоотехников, уровень кадмия в печени овец был достаточно высоким, чтобы вызывать беспокойство, но, вероятно, недостаточно высоким, чтобы вызвать серьезные проблемы со здоровьем у людей, которые ели зараженное мясо внутренних органов.
По данным Всемирной организации здравоохранения, кадмий может повредить почки и другие органы человека. Высокие дозы кадмия изнурительны.
Кадмий также может быть токсичным для тканей растений, но растения обычно находят способы детоксикации тяжелого металла до того, как он нанесет ущерб.
В исследовании, опубликованном в журнале Plant Physiology, Голдсбро и его австралийские коллеги описали мутантный штамм Arabidopsis thaliana (растение семейства горчичных, часто используемое в лабораторных исследованиях), который не может защитить себя от кадмия. Затем они выяснили, почему он так восприимчив к отравлению кадмием.
«Обычные растения арабидопсиса защищают себя, связывая токсичный металл с пептидом, как только он оказывается внутри растения», — говорит Голдсбро. Связанная, нетоксичная форма кадмия затем сбрасывается в клеточную вакуоль, своего рода пузырь внутри клетки, который ограничивает секцию и удерживает токсины в страхе.
В мутантных растениях отсутствовали пептиды, которые связывают и обезвреживают тяжелый металл.
В последующем связанном исследовании коллеги Голдсбро и Пердью идентифицировали в арабидопсисе гены других пептидов, которые могут связывать и обезвреживать токсичные металлы.
ДНК, которую идентифицировал Голдсбро, можно манипулировать для получения растений, способных добывать большое количество токсичных металлов из почвы. И то, что он узнал об арабидопсисе, можно применить к другим растениям. После того, как селекционеры разработают заводы по добыче металлов, фермеры из Суперфонда Агентства по охране окружающей среды могут очистить загрязненные участки после нескольких сельскохозяйственных сезонов.
По словам Голдсбро, ту же самую ДНК, которая отвечает за способность растений вытягивать токсичные металлы из почвы, можно манипулировать, чтобы заставить корни моркови, кукурузы, яблок или брюквы отвергать тяжелые металлы. Если бы такие биоинженерные фрукты и овощи выращивали в районах с загрязненной почвой, они содержали бы меньше токсинов, а люди, которые их употребляли бы, питались бы более здоровой пищей.
В то время как Голдсбро подталкивает овощи к тому, чтобы они изменили способ поглощения токсичных металлов, другой исследователь Purdue подталкивает табачные растения к очистке радиоактивных отходов.
Профессор ботаники Purdue Мэри Элис Уэбб использует проростки табака для поглощения стронция, загрязняющего вещества, прославившегося чернобыльской аварией. Стронций-90 — один из радиоактивных отходов, взметнувшихся в дыму чернобыльского пожара, затем выпавшего и заразившего землю вокруг взорванного реактора. У человека радиоактивный стронций может вызывать опухоли костей и, возможно, лейкемию.
Уэбб не собирался убирать радиоактивные отходы. Ее работа началась с кальция, но привела к стронцию. Она была и остается очарована тем, как некоторые растения поглощают и хранят кальций. Растениям необходимо большое количество кальция для нормального роста и развития, но избыток может их убить.
«У большинства растений есть клетки, которые служат отвалами кальция», — говорит Уэбб. «Растения обладают огромной способностью накапливать оксалат кальция». Некоторые растения содержат почти вдвое меньше кальция по весу, чем средний человеческий организм, и все они без богатого кальцием скелета.
Уэбб нашел способ выделить пучки кристаллов оксалата кальция из виноградных листьев и изучить, как они образуются. О ее работе сообщалось в The Plant Journal.
Работая с кальцием, Уэбб узнала об исследованиях, которые показали, как стронций может имитировать кальций в биологических системах.
«Я предположил, что, поскольку кальций и стронций очень похожи, растительные клетки могут поглощать стронций и включать его в кристаллы оксалата кальция, и это должно увеличить способность растений усваивать стронций», — говорит Уэбб.
Она и студентка Кристина Риндерле обнаружили, что табак усваивает стронций так же, как и кальций. Они уже вырастили саженцы табака, которые содержат более 1% от их сухого веса стронция. Если они смогут найти способы увеличить процент, они смогут создать супер-растения, которые будут быстрее извлекать большие количества стронция из загрязненной почвы и воды. Их работа дополнит текущие коммерческие усилия по использованию растений для очистки от токсичных веществ.
Phytotech, компания по фиторемедиации, базирующаяся в Нью-Джерси, использовала плавучие плоты из подсолнухов для очистки радиоактивной чернобыльской воды. Свисающие корни подсолнуха вытягивают из воды цезий-137 и стронций-90. После того, как они сделали свою работу, подсолнухи утилизируются как радиоактивные отходы. Ориентировочная стоимость проекта составляет от 2 до 6 долларов за тысячу галлонов воды. Исследователи Phytotech также использовали индийскую горчицу для очистки почвы от цезия и стронция, загрязненной чернобыльскими осадками.
Источники: Питер Голдсбро, (765) 494-1334; электронная почта: goldsbrough@hort.purdue.edu
Мэри Элис Уэбб в творческом отпуске. Вы можете связаться с ней по электронной почте webb@btny.purdue.edu.
Сценарист: Ребекка Дж. Гетц, (765) 494-0461; электронная почта, rjg@aes.purdue.edu
Служба новостей Purdue: (765) 494-2096; электронная почта: purduenews@purdue.edu
Садовод из Purdue Питер Голдсбро проверяет рост растений горчицы, в которых отсутствуют пептиды, связывающие кадмий, необходимые для связывания и детоксикации тяжелого металла. (Фото службы сельскохозяйственных коммуникаций Майка Керпера)
Доступны цветные фотографии, электронная передача и загрузка через Интернет и FTP. ID фотографии: Goldsbrough/Phyto
Скачать здесь.
Ботаник Purdue Мэри Элис Уэбб (слева) и студентка Кристина Риндерле рассматривают саженцы табака, богатые стронцием, через электронный микроскоп. (Фото службы сельскохозяйственных коммуникаций Майка Керпера)
Доступны цветные фотографии, электронная передача и загрузка через Интернет и FTP. ID фотографии: Webb/Phyto
Скачать здесь.
