Según el sitio web de la Sociedad Internacional de Fitotecnología , la fitotecnología se define como la ciencia del uso de plantas para resolver problemas ambientales como la contaminación, la deforestación, los biocombustibles y los vertederos. La fitorremediación, una subcategoría de la fitotecnología, utiliza plantas para absorber contaminantes del suelo o del agua.
Los contaminantes involucrados pueden incluir metales pesados, definidos como cualquier elemento considerado como un metal que pueda causar contaminación o un problema ambiental, y que no pueda degradarse aún más. Una alta acumulación de metales pesados en un suelo o agua puede considerarse tóxica para plantas o animales.
¿Por qué usar fitorremediación?
Otras metodologías utilizadas para remediar suelos contaminados con metales pesados pueden costar $ 1 millón de dólares estadounidenses por acre, mientras que se estima que la fitorremediación costará entre 45 centavos y $ 1.69 dólares estadounidenses por pie cuadrado, reduciendo el costo por acre a decenas de miles de dólares.
¿Cómo funciona la fitorremediación?
No todas las especies de plantas se pueden usar para la fitorremediación. Una planta que puede absorber más metales que las plantas normales se llama hiperacumulador. Los hiperacumuladores pueden absorber más metales pesados que los presentes en el suelo en el que están creciendo.
Todas las plantas necesitan algunos metales pesados en pequeñas cantidades; El hierro, el cobre y el manganeso son solo algunos de los metales pesados que son esenciales para la función de la planta.
Además, hay plantas que pueden tolerar una gran cantidad de metales en su sistema, incluso más de lo que necesitan para un crecimiento normal, en lugar de presentar síntomas de toxicidad.
Por ejemplo, una especie de Thlaspi tiene una proteína llamada «proteína de tolerancia al metal». El zinc es fuertemente absorbido por Thlaspi debido a la activación de una respuesta sistémica de deficiencia de zinc. En otras palabras, la proteína de tolerancia al metal le dice a la planta que necesita más zinc porque «necesita más», incluso si no lo necesita, ¡así que toma más!
Los transportadores de metales especializados dentro de una planta también pueden ayudar en la absorción de metales pesados. Los transportadores, que son específicos del metal pesado al que se une, son proteínas que ayudan en el transporte, la desintoxicación y el secuestro de metales pesados dentro de las plantas.
Los microbios en la rizosfera se adhieren a la superficie de las raíces de las plantas, y algunos microbios remediadores pueden descomponer materiales orgánicos como el petróleo y extraer metales pesados del suelo.
Esto beneficia tanto a los microbios como a la planta, ya que el proceso puede proporcionar una plantilla y una fuente de alimento para los microbios que pueden degradar los contaminantes orgánicos. Posteriormente, las plantas liberan exudados de raíz, enzimas y carbono orgánico para que los microbios se alimenten.
Historia de la fitorremediación
El «padrino» de la fitorremediación y el estudio de las plantas hiperacumuladoras puede ser RR Brooks de Nueva Zelanda. Reeves y Brooks escribió en 1983 uno de los primeros documentos que incluía un nivel inusualmente alto de absorción de metales pesados en plantas en un ecosistema contaminado. Descubrieron que la concentración de plomo en Thlaspi ubicada en un área minera fue fácilmente la más alta registrada para Cualquier planta con flores.
El trabajo del profesor Brooks sobre la hiperacumulación de metales pesados por las plantas generó preguntas sobre cómo este conocimiento podría usarse para limpiar suelos contaminados. El primer artículo sobre fitorremediación fue escrito por científicos de la Universidad de Rutgers sobre el uso de plantas de acumulación de metales especialmente seleccionadas y diseñadas para limpiar suelos contaminados.
En 1993, una empresa llamada Phytotech presentó una patente de los Estados Unidos . Titulada «Fitorremediación de metales», la patente reveló un método para eliminar iones metálicos del suelo usando plantas.
Varias especies de plantas, como el rábano y la mostaza, fueron modificadas genéticamente para expresar una proteína llamada metalotioneína. La proteína vegetal se une a metales pesados y los elimina para que no se produzca toxicidad vegetal. Debido a esta tecnología, las plantas genéticamente modificadas, incluidasArabidopsis , tabaco, canola y arroz han sido modificados para remediar áreas contaminadas con mercurio.
Factores externos que afectan la fitorremediación
El factor principal que afecta la capacidad de una planta para hiperacumular metales pesados es la edad. Las raíces jóvenes crecen más rápido y absorben nutrientes a un ritmo mayor que las raíces más viejas, y la edad también puede afectar la forma en que el contaminante químico se mueve por la planta.
Naturalmente, las poblaciones microbianas en el área de la raíz afectan la absorción de metales. Las tasas de transpiración, debido a la exposición al sol / sombra y los cambios estacionales, también pueden afectar la absorción de metales pesados por parte de la planta.
Especies de plantas utilizadas para fitorremediación
Se informa que más de 500 especies de plantas tienen propiedades de hiperacumulación. Los hiperacumuladores naturales incluyen Iberis intermedia y Thlaspi spp.
Diferentes plantas acumulan diferentes metales; por ejemplo, Brassica juncea acumula cobre, selenio y níquel, mientras que Arabidopsis halleri acumula cadmio y Lemna gibba acumula arsénico.
Las plantas utilizadas en humedales de ingeniería incluyen juncias, juncos, juncos y espadañas porque son tolerantes a las inundaciones y pueden absorber contaminantes. Las plantas modificadas genéticamente, como Arabidopsis , tabaco, canola y arroz, se han modificado para remediar áreas contaminadas con mercurio.
¿Cómo se evalúan las plantas por sus habilidades hiperacumulativas? Los cultivos de tejidos vegetales se utilizan con frecuencia en la investigación de fitorremediación, debido a su capacidad para predecir la respuesta de la planta y ahorrar tiempo y dinero.
Comercialización de la fitorremediación
La fitorremediación es popular en teoría debido a su bajo costo de establecimiento y su relativa simplicidad. En la década de 1990, había varias compañías que trabajaban con fitorremediación, incluidas Phytotech, PhytoWorks y Earthcare.
Otras grandes empresas como Chevron y DuPont también estaban desarrollando tecnologías de fitorremediación. Sin embargo, las empresas han realizado poco trabajo recientemente, y varias de las empresas más pequeñas han cerrado. Los problemas con la tecnología incluyen el hecho de que las raíces de las plantas no pueden penetrar lo suficiente en el núcleo del suelo como para acumular algunos contaminantes, y la eliminación de las plantas después de la hiperacumulación.
Las plantas no se pueden volver a arar en el suelo, consumir por humanos o animales, o poner en un vertedero. El Dr. Brooks dirigió trabajos pioneros en la extracción de metales de plantas hiperacumuladoras. Este proceso se llama fitominería e implica la fundición de metales de las plantas.
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