Fitoremediasi: Membersihkan Tanah dengan Bunga

Menurut Masyarakat Phytotechnology Internasional situs web, phytotechnology didefinisikan sebagai ilmu yang menggunakan tanaman untuk memecahkan masalah lingkungan seperti polusi, reboisasi, biofuel, dan penimbunan. Fitoremediasi, subkategori fitoteknologi, menggunakan tanaman untuk menyerap polutan dari tanah atau dari air.

Polutan yang terlibat dapat mencakup logam berat, didefinisikan sebagai elemen apa saja yang dianggap sebagai logam yang dapat menyebabkan polusi atau masalah lingkungan, dan yang tidak dapat terdegradasi lebih lanjut. Akumulasi logam berat dalam tanah atau air yang tinggi dapat dianggap beracun bagi tanaman atau hewan.

Metodologi lain yang digunakan untuk memulihkan tanah yang tercemar logam berat dapat menelan biaya $ 1 juta AS per hektar, sedangkan fitoremediasi diperkirakan biayanya antara 45 sen dan $ 1,69 AS per kaki persegi, menurunkan biaya per hektar menjadi puluhan ribu dolar.

Tidak setiap spesies tanaman dapat digunakan untuk fitoremediasi. Sebuah tanaman yang mampu mengambil lebih banyak logam dari tanaman normal disebut hyperaccumulator. Hyperaccumulator dapat menyerap lebih banyak logam berat daripada yang ada di tanah tempat mereka tumbuh.

Semua pabrik membutuhkan beberapa logam berat dalam jumlah kecil; besi, tembaga, dan mangan hanyalah beberapa dari logam berat yang penting untuk fungsi tanaman. Juga, ada tanaman yang dapat mentoleransi sejumlah besar logam dalam sistem mereka, bahkan lebih dari yang mereka butuhkan untuk pertumbuhan normal, alih-alih menunjukkan gejala toksisitas. Sebagai contoh, suatu spesies Thlaspi memiliki protein yang disebut "protein toleransi logam". Seng banyak diambil oleh Thlaspi karena aktivasi respon defisiensi seng sistemik. Dengan kata lain, protein toleransi logam memberi tahu tanaman bahwa ia membutuhkan lebih banyak seng karena "membutuhkan lebih banyak", bahkan jika tidak, sehingga dibutuhkan lebih banyak!

Transporter logam khusus dalam sebuah pabrik dapat membantu penyerapan logam berat juga. Transporter, yang khusus untuk logam berat yang diikatnya, adalah protein yang membantu dalam transportasi, detoksifikasi, dan penyerapan logam berat di dalam tanaman.

Mikroba di rhizosfer menempel pada permukaan akar tanaman, dan beberapa mikroba yang dapat memulihkan mampu memecah bahan organik seperti minyak bumi dan mengambil logam berat ke atas dan keluar dari tanah. Ini bermanfaat bagi mikroba maupun tanaman, karena prosesnya dapat menyediakan templat dan sumber makanan bagi mikroba yang dapat menurunkan polutan organik. Tanaman kemudian melepaskan eksudat akar, enzim, dan karbon organik untuk dimakan oleh mikroba.

"Ayah baptis" fitoremediasi dan studi tentang tanaman hiperakumulator mungkin sangat baik R. R. Anak sungai Selandia Baru. Salah satu makalah pertama yang melibatkan penyerapan logam berat tingkat tinggi yang tidak biasa pada tanaman dalam ekosistem tercemar ditulis oleh Reeves dan Brooks pada tahun 1983. Mereka menemukan bahwa konsentrasi timbal dalam Thlaspi terletak di area penambangan dengan mudah adalah yang tertinggi yang pernah dicatat untuk tanaman berbunga.

Karya Profesor Brooks tentang hiperakumulasi logam berat oleh tanaman menimbulkan pertanyaan bagaimana pengetahuan ini dapat digunakan untuk membersihkan tanah yang tercemar. Artikel pertama tentang fitoremediasi ditulis oleh para ilmuwan di Universitas Rutgers tentang penggunaan tanaman pengumpul logam yang dipilih secara khusus dan direkayasa yang digunakan untuk membersihkan tanah yang tercemar. Pada tahun 1993, a Paten Amerika Serikat diajukan oleh perusahaan bernama Phytotech. Berjudul "Fitoremediasi Logam", paten mengungkapkan metode untuk menghilangkan ion logam dari tanah menggunakan tanaman. Beberapa spesies tanaman, termasuk lobak dan sawi, direkayasa secara genetika untuk mengekspresikan protein yang disebut metallothionein. Protein nabati mengikat logam berat dan menghilangkannya sehingga toksisitas tanaman tidak terjadi. Karena teknologi ini, tanaman rekayasa genetika, termasuk Arabidopsis, tembakau, kanola, dan beras telah dimodifikasi untuk memulihkan daerah yang terkontaminasi merkuri.

Faktor utama yang mempengaruhi kemampuan tanaman untuk mengakumulasi logam berat adalah usia. Akar muda tumbuh lebih cepat dan mengambil nutrisi pada tingkat yang lebih tinggi daripada akar yang lebih tua, dan usia juga dapat mempengaruhi bagaimana zat kimia kontaminan bergerak di seluruh tanaman. Secara alami, populasi mikroba di area akar mempengaruhi penyerapan logam. Laju transpirasi, karena paparan sinar matahari / naungan dan perubahan musim, dapat mempengaruhi penyerapan logam berat oleh tanaman juga.

Lebih dari 500 spesies tanaman dilaporkan memiliki sifat hiperakumulasi. Hyperaccumulator alami termasuk Iberis intermedia dan Thlaspi spp. Tumbuhan yang berbeda mengumpulkan logam yang berbeda; sebagai contoh, Brassica juncea mengakumulasi tembaga, selenium, dan nikel, sedangkan Arabidopsis halleri mengakumulasi kadmium dan Lemna gibba menumpuk arsenik. Tanaman yang digunakan di lahan basah yang direkayasa termasuk endapan, serbuan, alang-alang, dan cattail karena mereka tahan banjir dan mampu mengambil polutan. Tanaman rekayasa genetika, termasuk Arabidopsis, tembakau, kanola, dan beras, telah dimodifikasi untuk memulihkan daerah yang terkontaminasi merkuri.

Bagaimana tanaman diuji kemampuan hiperakumulatifnya? Kultur jaringan tanaman sering digunakan dalam penelitian fitoremediasi, karena kemampuannya untuk memprediksi respons tanaman dan menghemat waktu dan uang.

Secara teori fitoremediasi populer karena biaya pendirian yang rendah dan kesederhanaan relatif. Pada 1990-an, ada beberapa perusahaan yang bekerja dengan fitoremediasi, termasuk Phytotech, PhytoWorks, dan Earthcare. Perusahaan besar lainnya seperti Chevron dan DuPont juga mengembangkan fitoremediasi teknologi. Namun, sedikit pekerjaan yang dilakukan baru-baru ini oleh perusahaan, dan beberapa perusahaan kecil telah gulung tikar. Masalah dengan teknologi termasuk fakta bahwa akar tanaman tidak dapat mencapai cukup jauh ke dalam tanah inti untuk mengakumulasi beberapa polutan, dan pembuangan tanaman setelah hiperakumulasi tempat. Tumbuhan tidak dapat dibajak kembali ke tanah, dikonsumsi oleh manusia atau hewan, atau dimasukkan ke tempat pembuangan sampah. Brooks memimpin pekerjaan perintis pada ekstraksi logam dari pabrik hyperaccumulator. Proses ini disebut phytomining dan melibatkan peleburan logam dari tanaman.