این فایل به فرمت docx میباشد وقابل ویرایش

     موضوع:                            گیاه پالایی

فهرست

تعریف گیاه پالایی

مقدمه      

انواع روش های پاکسازی                      

انباشتگرها(hyperaccumulator)

انواع فرایند های گیاه پالایی

واکنش گیاهان به فلزات سنگین

فیتواکسترکشن

مکانیسم های مقابله گیاهان درقبال عناصر فلزی کمیاب

گیاه پالایی طبیعی و گیاه پالایی تیمارشده با موادشیمیایینقش قارچ Arbuscular mzcorrhiyaدر phytoremediation

خصوصيات باكتري هاي مؤثر در گياه پالايی بیوتکنولوژی و گیاه پالایی

امکان استفاده از گیاهان بعد از phytoremediation.

آینده گیاه پالایی

مزیت های گیاه پالایی

محدودیت های گیاه پالایی

مقالات

Phyotremediation

منابع

تعریف گیاه پالایی:

Phytoremediationاز دو کلمه phytoبه معنی گیاه و Remediationبه معنی حل یک مشکل تشکیل شده است. فرایند phytoremediationبه معنای به کار بردن گیاهان برای حل یک مشکل محیطی مثل آلودگی خاک یا آب های زیرزمینی است.

گیاه پالایی روشی نوظهور و سبز برای پالایش آب و خاک از فلزات سنگین، موادآلی وذرات رادیواکتیو است که این روش درسال 1982 توسط چنی مطرح شد.

انواع روش های پاک سازی خاک:

-فیزیکی:حفاری، خاک برداری، دفن کردن و...

-شیمیایی:خنثی کردن،اکسیداسیون، فتولیز و...

-فرایند های زیستی: گیاه پالایی، استفاده از قارچ و باکتری.

Phytoremediationدو مکانیسم اصلی دارند:

1. تحریک فعالیت میکروبی خاک و تجزیه آلودگی
2. جذب آلودگی ها توسط گیاهان و سپس حذف گیاهان

مشخصه گیاهان مناسب برای phytoremediation:

1. توانایی تولید بالا
2. توانایی بالا در جذب آلودگی
3. توانایی انتقال آلاینده از ریشه به اندام های هوایی

انباشتگر ها(hyperaccumulator):

گیاهانی که برای پاکسازی خاک از آلاینده ها مورد استفاده قرار میگیرند،اصطلاحاً انباشتگر نامیده می شوند. گیاهان انباشتگری که برای پالایش عناصر فلزی کمیاب به کار می روند، قادرند 100 برابر گیاهان معمولی این عناصر را جذب نمایند. تاکنون بیش از 400 گیاه به عنوان انباشتگر شناخته شده اند، که از جمله آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

نیلوفرآلپی (Ipomea alpina)         
کیسه چوبان (Thlaspi caerulescens)
روبرتی (Haumaniastrum robeti)
سرخس(pteris vittata) 

انواع فرایند های گیاه پالایی:

Hydraulic control(کنترل هیدرولیک):استفاده از گیاهان به منظور جذب سریع همراه با مصرف زیادی آب است که باعث مهاجرت یون های فلزی باآب می گردد و به آن فیتوهیدرولیک نیز می گویند.

Phytodegradation(تخریب توسط گیاه):تجزیه مواد آلاینده توسط فرایند های متابولیکی گیاه و یا تجزیه مواد دراثر ترشح ترکیبات گیاهمانندآنزیم هااست که مترادف با تغییر شکل توسط گیاه است.

Phytoextraction(استخراج توسط گیاه):جذب مواد آلاینده توسط ریشه گیاه و انتقال آن به اندام های فوقانی و سپس خارج کردن عنصر مضر توسط برداشت وخروج آن از منطقه آلوده. این روش بیشتر برای رفع آلودگی آب و خاک از فلزات کمیاب اعمال می شود.

Phytostabilization(تثبیت توسط گیاه):غیر متحرک نمودن آلاینده ها در خاک و یا در سطح ریشه و یا رسوبات منطقه ریشه گیاه.

Phytovolatilization(تصعید توسط گیاه):جذب و انتقال عناصر آلاینده و یا تغییر ترکیبات وسپس رها کردن آنها در اتمسفر.

Rhizodegradation(تخریب توسط ریزوسفر):تجزیه آلاینده ها توسط جمعیت های میکروبی که در نزدیکی ریشه فعالیت دارند و مترادف آن تجزیه به کمک گیاه است.

Rhizofiltration(تصفیه توسط ریزوسفر):جذب آلاینده ها از محلول خاک اطراف ریشه به درون ریشه و یا رسوب آنها روی سطح ریشه.

فلزات سنگين و دسترسي آنها در خاك:
    فلزات سنگين، عناصري با وزن اتمي 54/63 تا 59/200 و وزن مخصوص بيشتر از 4 هستند. برخي از فلزات سنگين به مقدار كم مورد نياز ارگانيسم هاي زنده هستند، هر چند افزايش بيش از حد همين فلزات سنگين ضروري مي تواند براي ارگانيسم ها مضر باشد. فلزات سنگين غير ضروري شامل آرسنيك، آنتيموان، كادميوم، كرم، جيوه، و سرب است كه اين فلزات در رابطه با آلودگي خاك و آب هاي سطحي بسيار مهم هستند و مورد توجه علم گياه پالايي قرار مي گيرند.

  واكنش گياهان به فلزات سنگين
    گياهان سه راهبرد پايه براي رشد در خاك هاي آلوده به فلزات سنگين دارند. گونه هايي كه از ورود فلزات به بخش هاي هوايي خود جلوگيري كرده يا غلظت فلزات را در خاك پايين نگه مي دارند، گونه هايي كه فلزات را در اندام هاي هوايي خود تجمع داده و دوباره به خاك بر مي گرداند و گياهاني كه مي توانند فلزات را در اندام هاي هوايي خود تغليظ كرده به طوري كه چندين برابر غلظت فلز در خاك شود و گياهاني كه غلظت بالايي از آلاينده ها را جذب كرده و در ريشه، ساقه يا برگ هايشان تغليظ مي كنند.

پالايش فلزات سمي:

روشهای مختلفی برای حذففلزات سنگین و خارج نمودن آنها از محیط از جمله پساب های صنعتی وجود دارد که به طورعمده شامل روشهای شیمیایی و بیولوژیک می شود.
از جمله روشهای شیمیایی می توان بهخنثی سازی ترسیبی به کمک سودآهک یا کربنات سدیم اشاره کرد.
برای جلوگیری از ورود آلودگی ناشی از تجمع فلزات سنگین در خاک به داخلگیاهان و نیز آبهای زیرزمینی،که می‌تواند خطرات جبرانناپذیری را ببار آورد،روشهایمتعددی در دنیا بررسی و مورد آزمایش قرار گرفته‌اند.از جمله روشها که هنوز در ایرانمورد آزمایش کافی قرار نگرفته،بررسی و عملکرد تثبیت فلزات سنگین توسط خاک رس درخاکهای آلوده می‌باشد.خاک های رس به دلیل خاصیت هیدراته شدن می‌توانند مواد آلی وغیرآلی را در ساختمان خود جلب نمایند.که این خود بستر مناسبی برای پژوهش در اینزمینه می باشد.
در بحث روش های بیولوژیک که می توان به آنBioremediation اطلاق کرد نیز مدلهای مختلفی ارایه شده است .یکی از مدلها ،روشاحیای باکتریائی سولفات می باشد به این ترتیب که باکتری های احیا کننده سولفاتترکیبات آلی مانند متانول و اتانول را با استفاده ازسولفات اکسید نموده وبی کربناتوسولفید هیدروژن ایجاد می نماید . درمرحله بعد سولفید هیدروژن با یونهای فلزاتسنگین ترکیب و سولفید های نا محلول به شکل لجن متراکم رسوب می نماید .در حالا حاضرتصفیه خانه های متعددی در نقاط مختلف جهان با استفاده از انواعمیکروارگانیزمها عملحذف فلزات سنگین را انجام میدهند.
اکثر فلزات سنگین عناصر واسطه هستند کهکاتیون های فلزی سنگین را تشکیل می دهند. این یون ها به خاطر داشتن توانایی تشکیلترکیبات پیچیده، نقش اساسی در واکنش های بیوشیمیایی گوناگون ایفا می کنند و در غلظتهای بالا برای سلول سمی هستند.
از این رو مطالعه انتقال، ژنتیک و مکانیسمهای مقاومت به فلزات سنگین در باکتری ها، ممکن است در درک عملکرد و فیزیولوژی اینسلول ها سودمند باشد. بیشتر فلزات سنگین، عناصر وابسته(انتقالی)هستند که اوربیتالهایd آنها به طور کامل پر نشده است. اوربیتال هایd موجب ایجاد کاتیون های فلزیسنگین می شوند که این کاتیون ها توانایی تشکیل ترکیبات پیچیده را داشته و ممکن استدارای فعالیت های احیایی یا فاقد آن باشند. در غلظت های بالاتر، یون های فلزاتسنگین، ترکیبات پیچیده غیراختصاصی را در سلول تشکیل می دهند که منجر به اثرات سمیمی شود. برخی از کاتیون های فلزات سنگین مانندcd2 , Hg2 ,Ag کمپکس های سمی راتشکیل می دهند که برای اعمال حیاتی سلول بسیار خطرناک است. بنابراین غلظت درونسلولی یون های فلزات سنگین بایستی به شدت کنترل شده و از افزایش تراکم آنها جلوگیریشود.
جذب عناصر فلزی به پوشش باکتری ناشی از خاصیت آنیونی پوشش است که قادربه ترکیب شیمیایی یا جذب کاتیون های فلزی است.
باکتری ها به دو دلیل فلزاترا جذب خود می کنند:

1. کاهش غلظت فلز در محیط و در نتیجه کاهش نقش مسموم کننده آنبرای باکتری

2- ذخیره فلز برای سنتز مواد ساختاری خود که چنانچه در محیط های اینعناصر قرار بگیرند، آنها را آزاد کرده و پس از انتقال به داخل سلول به مصارفساختاری خود برسانند.
به طور کلی فلزات را از نظر سمی و در دسترس بودن برایباکتری به 3 دسته تقسیم می کنند؛
- فلزاتی که به فراوانی در دسترسمیکروارگانیسم ها بوده و در غلظت های موجود در طبیعت (10 الی 20 گرم در لیتر) فاقدخاصیت سمی است مانند آهن، کلسیم، منیزیم و غیره.
-فلزاتی که به طور نسبیدر دسترس میکروارگانیسم ها بوده و برای آنها نقش مسموم کننده را دارند. معمولاًمیکروارگانیسم ها غلظت بالاتراز 1000 در میلیون(ppm) آنها را تحمل نمی کنند مانندنقره، کادمیم، آنتیموان، قلع، بیسموت و غیره.
- فلزاتی که همانند دسته قبلیمسموم کننده هستند ولی به علت کمیابی یا نامحلول بودن اکثر ترکیبات آنها عملاً دردسترس میکروارگانیسم ها قرار نمی گیرند مانند زیرکنیم، تنگستن، هامنیوم و بسیاری ازفلزات رادیواکتیو.
مکانیسم های اتصال فلز بهجدار خارجی سلول را می توان بهسه دسته تقسیم کرد:
- جذب الکتریکی: در این مکانیسم بار الکتریکی منفی جدارباعث کشش و جذب بارهای مثبت الکتریکی (کاتیون ها) می شود.
جذب فیزیکی یاجذب با دخالت نیروهای واندروالس؛ در این نوعاتصال، مولکول های فلزی دارای حرکتموازی با سطح جذب کننده هستند. در این اتصال در عین حال که مولکول های فلزی دارایحرکت هستند، ولی نمی توانند از سطح خارجی سلول فاصله گرفته و دور شوند.
جذب شیمیایی؛ در این اتصال عامل آنیونی موجود در جدار سلول با کاتیون فلزی واردواکنش شیمیایی شده و با تشکیل یک ترکیب پایدار به آن اتصال مییابد.
میکروارگانیسم ها بعضی از فلزات را که دارای خاصیت مسموم کننده شدیدهستند، از محیط جذب و در درون سلول به صورت بی خطر و غیرسمی درآورده و سپس آن راذخیره یا مجدداً به محیط خارج دفع می کنند برای این منظور از مکانیسم های متفاوتیاستفاده می کنند:
متیله کردن فلز؛ باکتری ها بعضی از فلزات و به خصوص فلزجیوه را به صورت ترکیبات فرار متیلات جیوه درآورده و مجدداً به محیط خارج منتقل میکنند. این ترکیب، فرار بوده و به صورت گازی از محیط خارج می شود.
این عمل درچند مرحله انجام می گیرد:

1. جذب ترکیب حاوی فلز در روی جدار
2. انتقال ترکیبفلزدار به داخل سلول
3. احیا و تبدیل فلز موجود در ترکیب به صورت عنصری
4. تولیدآنزیم هایی که بعضی از موادآلی را تبدیل به گروه متیل میکند. بهعنوان مثال باکتریها با تغییر شکل ماده آلیمتیل کوبالامین (ویتامینB12 )آن را به گروه متیل تبدیلمی کنند.
5. ترکیب گروه متیل تولید شده با فلز

-  انتقال ترکیب متیله شده به خارج وتصاعد آن از محیط به فضا و کاهش مسمومیت محیط. متیله کردن منحصر به فلز جیوه نبودهو فرار کردن سایر فلزات مانند سرب، ارسنیک، سلنیوم، قلع و آنتیموان نیز با این روشدر باکتری ها دیده شده است بعضی از باکتری ها برای فرار کردن از گروه اتیل استفادهمی کنندn(-C2H5) که ضریبn متغیر بوده و بستگی به نوع فلز دارد. به عنوان مثال اینضریب در مورد فلز قلع مساوی با یک است. محل انجام واکنش در داخل سلول برحسب نوع فلزمتغیر است. فلزاتی مانند تلور، کروم، کادمیم، مس و نقره در پلاسمید موجود در سلولتغییر شکل یافته و به صورت ترکیب فرار به خارج از فلزات مانند جیوه در کروموزومتغییر شکل می یابند و تعدادی از فلزات توسط ریبوزوم ها مورد عمل قرارگرفته و بهصورت فرار در می آیند.
سولفوره کردن؛ بعضی از باکتری ها ترکیب فلزدار راپس از احیا و تبدیل فلز به صورت عنصر آن را سولفوره کرده و ذخیره می کنند. به عنوانمثال تیوباسیلوس ها ترکیبات نقره دار را به صورت سولفوره درآورده و سپس در جدار خودذخیره می کنند، به طوری که جدار خشک این باکتری ها تا 25 درصد حاوی سولفور نقرهاست.

- رسوب فلزات مسموم کننده به صورت غیرمستقیم؛ بعضی از باکتری ها آهن رااز محیط خارج جذب و در داخل سلول تبدیل به آهن سه ظرفیتی یا هیدروکسید آهن سهظرفیتی می کنند که در جریان رسوب، بسیاری از یون های فلزی دیگر را جذب و همراه خودراسب می کند و بدین ترتیب یون های فلزی مسموم کننده همراه با هیدروکسیدآهن سهظرفیتی رسوب کرده و از محیط زندگی باکتری خارج می شوند.
سایر روش های حذففلزات سنگین توسط میکروارگانیسم ها شامل تشکیل کمپلکس توسط گروه های کربوکسیل پلیساکاریدهای میکروبی و سایر پلیمرها، رسوب دادن (برای مثال رسوب دادنcd به وسیلهکلبسیلا آئروژنز)، تبخیر (برای مثال جیوه) و تجمع داخل سلولی است. مکانیسم هایمتفاوت به یون های فلزی ضروری در ارتباط مستقیم با مکانیسم های هومئوستازی بوده وبه این ترتیب حیات سلول تحت شرایط افزایش فلز یا فقدان آن تضمین می شود. مطالعهانتقال، ژنتیک و مکانیسم های متفاوت به فلزات سنگین در باکتری ها ممکن است در درکعملکرد فیزیولوژی سلول ها و افزایش دادن توانایی میکروارگانیسم ها برای خارج کردنیون های فلزی زیان آور مفید باشد. ازاین رو امروزه استفاده از میکروارگانیسم هابرای پاکسازی محیط از فلزات سنگین یک راه حل طبیعی، پایدار و اقتصادیاست.

فیتواکسترکشن:Phytoextraction