Перспективы использования различных растений с целью фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами

Автор: Мещерякова В.Ю., Дьякова Н.А., Павлова Ю.А.

Журнал: Владикавказский математический журнал @vmj-ru

Статья в выпуске: 3 т.26, 2024 года.

Бесплатный доступ

Эффективным методом биологической реставрации загрязненных почв с помощью растений является фиторемедиация. Целью данной работы является обзор перспективных с точки зрения фиторемедиации растений-гипераккумуляторов. Для решения задач фиторемедиации используют разные виды растений, генную и клеточную инженерию и другие приемы, способствующие повышению эффективности очистки почв от тяжелых металлов. В работе представлен обзор опыта использования растений-гипераккумуляторов, которые способны концентрировать в тканях надземных органов различные поллютанты. Поиск литературы осуществлялся в базах данных eLIBRARY, КиберЛенинка. Растения, подходящие для целей фиторемедиации, должны соответствовать большому набору определенных критериев, однако ни одно растение не способно удовлетворить их все, в связи с чем выбор наиболее эффективного является сложной задачей. В работе проведен анализ растений, используемых в качестве фиторемедиантов на территории Российской Федерации. Перечень исследований, входящих в обзор, демонстрирует избирательность поглощения тех или иных тяжелых металлов разными видами растений. При этом большая часть (около 75 %) растений-фиторемедиантов являются аккумуляторами никеля. Лишь небольшое число растений способно аккумулировать другие тяжелые металлы, такие как медь, цинк, кадмий, свинец. В некоторых публикациях, представленных в обзоре, указывается, что для достижения эффективности фиторемедиации необходимо также уделять внимание почвенному составу и другим внешним факторам. Фиторемедиация на сегодняшний день является недостаточно изученным и непрогнозируемым способом очистки загрязненных почв, не получившим широкого применения, однако являющимся перспективным.

Еще

Фиторемедиация, тяжелые металлы, гипераккумуляция, очистка почв

Короткий адрес: https://sciup.org/143183195

IDR: 143183195 | DOI: 10.34014/2227-1848-2024-3-139-154

Список литературы Перспективы использования различных растений с целью фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами

Давыдова С.Л., Тагасова В.И. Тяжелые металлы как супертоксиканты XXI в. М.: Изд-во РУДН; 2002. 140.
Bizilli S.P., Rugh C.L., Meagher R.B. Phytodetoxification of hazardous orgsnomercurialis by geneyically engineered plants. Nat. Biotechnol. 2000; 18: 213-217.
Суюндуков Я.Т., Миркин Б.М., Абдуллин Ш.Р., Хасанова Г.Р., Сальманова Э.Ф. Роль фитомелио-рации в воспроизводстве плодородия черноземов Зауралья (Башкирия). Почвоведение. 2007; 10: 1217-1225.
Прасад М.Н. Практическое использование растений для восстановления экосистем, загрязненных металлами. Физиология растений. 2003; 50 (5): 768-780.
Копцик Г.Н. Проблемы и перспективы фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы). Почвоведение. 2014; 9: 1113.
Ушакова Е.С. Способ очистки почв г. Омутнинска, содержащих тяжелые металлы, с помощью растений-гипераккумуляторов. Современные научные исследования и разработки. 2018; 3 (12 (29)): 130-131.
GhoshM., Singh S.P. A Review on Phytoremediation of Heavy Metals and Utilization of It's by Products. Asian Journal of Energy and Environment. 2005; 6 (4): 214.
Tangahu B. V., Abdullah S.R.S., Basri H. A Review on Heavy Metals (As, Pb, and Hg) Uptake by Plants Through Phytoremediation. International Journal of Chemical Engineering. 2011; 2011: 939161. DOI: 10.1155/2011/939161.
Андреева И.В., Байбеков Р.Ф., Злобина М.В. Фиторемедиация почв, загрязненных тяжелыми металлами. Мелиорация и рекультивация, экология. 2009; 5: 5-11.
Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М. Физиологические основы устойчивости растений к тяжелым металлам: учебное пособие. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН; 2011. 77.
Копцик Г.Н. Современные подходы к ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы). Почвоведение. 2014; 7: 851-868.
Saraswat S. Rai J.P.N. Phytoextraction potential of six plant species grown in multi-metal contaminated soil. Chemistry and Ecology. 2009; 25 (1): 1-11.
Mohamed Saber, Hussein F. Abuouziena, Essam Hoballah, Fatma AbdElzaher, AzzaTurkey, Alaa Za-ghloul. Risk assessment and mitigation measures for certain amendments used in the bioremediation of sewaged soils. Int. J. Chem Tech Res. 2015; 8 (6): 423-440.
Bouwman L.A., Bloem J., Romkens P.F., Boon G.T., Vangronsveld J. Beneficial effects of the growth of metal tolerant grass on biological and chemical parameters in copper- and zinc-contaminated sandy soils. Minerva Biotechnologica. 2001; 13: 19-26.
McCutcheon S.C., Schnoor J.L. Overview of phytotransformation and control of wastes. Phytoremediation: transformation and control of contaminants. New York: John Wiley; 2003: 3-58.
Склярова А.А., Задёра М.И. О возможности применения метода фиторемедиации для почв сельскохозяйственного назначения, загрязненных тяжелыми металлами, применительно к почвам октябрьского района. Молодая наука аграрного Дона: традиции, опыт, инновации. 2018; 2-2: 102-105.
Srivastava N. Role of phytochelatins in phytoremediation of heavy metals contaminated soils. Phytore-mediation. Cham: Springer International Publishing; 2016: 393-419.
Клевцова М.А., Воронин А.А., Лепешкина Л.А., Ли Чжао. Растения-аккумуляторы тяжелых металлов и возможности их использования в экологической реставрации почв. Современные проблемы интродукции и сохранения биоразнообразия растений: материалы 3-й заочной научно-практической конференции. Воронеж, 2017: 156-159.
Панченко Л.В., Муратова А.Ю., Турковская О.В., Малаховская Л.В. Естественная и экспериментальная фиторемедиация загрязненной тяжелыми металлами почвы с территории нефтеперерабатывающего завода. Вестник Оренбургского государственного университета. 2009; 10: 585-589.
Lestan D., Luo C., Li X. The use of chelating agents in the remediation of metalcontaminated soils: A review. Environ. Pollut. 2008; 153: 3-13.
Bhargava A., Carmona F.F., Bhargava M., Srivastava S. Approaches for enhanced phytoextraction of heavy metals. J. Environ. Manag. 2012; 105: 103-120.
Baker A. Accumulators and excluders-strategies in the response of plants to heavy metals. J. Plant Nutr. 1981; 3 (1-4): 643-654.
Галиулин Р.В., Башкин В.Н., Галиулина Р.Р. Влияние эффекторов фитоэкстракции на ферментную активность почвы, загрязненной тяжелыми металлами. Агрохимия. 1998; 7: 77-86.
Атаманова Е.Б. Роль ЭДТА и лимонной кислоты в фиторемедиации древесными растениями территорий Костромской области, загрязненных медью. Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса: материалы IV Международной научно-практической конференции. Кострома: Костромской государственный университет; 2021: 207-210.
Лукаткин А.С., Пугаев С.В. Способ подготовки загрязненной тяжелыми металлами почвы для фиторемедиации: патент RU2670253C1.
Ольшанская Л.Н., Халиева А.С., Кузнецова А.А. Влияние обработки семян в постоянном магнитном поле на процессы роста и развития растений и фиторемедиацию ими почвы от катионов меди и свинца. Вестник Казанского технологического университета. 2013; 16 (13): 154-158.
Prasad M.N. V., Freitas H.M.O. Metal hyperaccumulation in plants - Biodiversity prospecting for phytoremediation technology. Electronic J. of Biotechnology. 2003; 6 (3): 285-321.
Yin-Ming Li, Rufus L. Chaney, Roger D. Reeves, J. Scott Angle, Alan J.M. Baker. Thlaspi caerulescens subspeciesfor cadmium and zinc recovery: patent US7049492B1.
Rufus L. Chaney, Jay Scott Angle, Alan J.M. Baker, Yin-Ming Li. Method for phytomining of nickel, cobalt and other metals from soil: patent US5711784.
Yuan Yi Ning, Lu Ming. Method for treating antimony, arsenic, lead and zinc-polluted soil or water body by using hyperaccumulator Arthraxon hispidus: patent CN104174638.
Wang Z., Liu X., Qin H. Bioconcentration and translocation of heavy metals in the soil-plants system in Machangqing copper mine, Yunnan Province, China. Journal of Geochemical Exploration. 2019; 200: 159-166.
Pulford I.D., Watson C. Phytoremediation of heavy metalcontaminated land by trees - a review. Environment International. 2003; 29: 529-540.
Wieshammer G., Unterbrunner R., Bañares García T., Zivkovic M.F., Puschenreiter M., Wenzel W.W. Phytoextraction of Cd and Zn from agricultural soils by Salix ssp. and intercropping of Salix caprea and Arabidopsis halleri. Plant and Soil. 2007; 298: 255-264.
Brunner I., Luster J., Günthardt-Goerg M.S., Frey B. Heavy metal accumulation and phytostabilisation potential of tree fine roots in a contaminated soil. Environ. Pollut. 2008; 152: 559-568.
Колесникова А.А., Качмар А.П., Фрунзе О.В. Фиторемедиация почв, загрязненных ионами кобальта, марганца и хрома. Донецкие чтения 2019: образование, наука, инновации, культура и вызовы современности: материалы IV Международной научной конференции. Донецк: Донецкий национальный университет; 2019: 347-349.
Bhargava A., Carmona F.F., Bhargava M., Srivastava S. Approaches for enhanced phytoextraction of heavy metals. J. Environ. Manag. 2012; 105: 103-120.
Martínez M., Bernai P., Almela C., Vélez D., García-Agustín P., Serrano R., Navarro-Aviñó J. An engineered plant that accumulates higher levels of heavy metals than Thlaspi caerulescens, with yields of 100 times more biomass in mine soils. Chemosphere. 2006; 64: 478-485.
Постригань Б.Н., Князев А.В., Кулуев Б.Р., Яхин О.И., Чемерис А.В. Активность синтетического псевдофитохелатинового гена в растениях табака. Физиология растений. 2012; 59 (2): 303-308.
AlfordÉ.R., PilonSmitsE.A.H., PaschkeM.W. Metallophytes - a view from the rhizosphere. Plant Soil. 2010; 337: 33-50.
Hu Jiangqin, Pang Jiliang, Wang Lilin, Xiang Taihe, Zhang Daoxiang. Cultivating method of transgenic petunia capable of removing environmental pollutants efficiently: patent CN101768603.
Terry Norman, Pilon-Smits Elizabeth, Zhu Yong Liang. Heavy metal phytoremediation: patent US6576816.
Гладков Е.А., Гладкова О.В. Экобиогеотехнологические подходы для повышения коэффициента биологического поглощения растений в фиторемедиации. Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. 2019; 4 (4): 32-40.
Bhargava A., Carmona F.F., Bhargava M., Srivastava S. Approaches for enhanced phytoextraction of heavy metals. J. Environ. Manag. 2012; 105: 103-120.
Wei S., da Silva J.A.T., Zhou Q. Agroimproving method of phytoextracting heavy metal contaminated soil. J. Hazard. Materials. 2008; 150: 662-668.
Корж О.П., Савченко И.Г., Гура Н.О. Фiтopeмeдiaцiйний cnoci6 очищения грунпв ввд важких ме-талiв: патент UA76416.
Постников Д.А. Способ очистки почв от тяжелых металлов: патент RU2365078C1.
Кирейчева Л.В., Ильинский А.В., Яшин В.М. К вопросу фиторемедиации почв, загрязненных комплексом тяжелых металлов. Мелиорация и водное хозяйство. 2016; 4: 8-13.
Волков К.С., Иванова Е.М., Великсар С.Г. Возможности использования растений различных семейств в целях фиторемедиации загрязненных медью территорий. Проблемы региональной экологии. 2013; 1: 97-101.
Алексеева-Попова Н.В., Дроздова И.В., Калимова И.Б. Концентрирование тяжелых металлов видами сем. Cruciferae флоры северного Кавказа в связи с проблемой фиторемедиации. Геохимия. 2015; 5: 466-474.
Ольшанская Л.Н., ТарушкинаЮ.А., Стоянов А.В., РусскихМ.Л. Фиторемедиационные технологии в защите гидросферы: монография. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т.; 2011. 136.
Постников Д.А. Фитомелиорация и фиторемедиация почв сельскохозяйственного назначения с различной степенью окультуренности и экологической нагрузки: автореф. дис. ... д-ра с.х. наук. Брянск: Издат. центр ФГОУ ВПО МГАУ; 2009.
Хуснидинов Ш.К., Замащиков Р.В., Дмитриев Н.Н., Бутырин М.В., Сосницкая Т.Н., Дагуров А.В. Способ очистки почв, загрязненных мышьяком, кадмием и свинцом, с использованием свербиги восточной: патент RU2020120991.
Тебиева Д.И., Бекузарова С.А., Бекмурзов А.Д., Кебалова Л.А. Способ фиторемедиации автомобильных дорог: патент RU2020110423.
Смирнов Ю.Д., Кремчеев Э.А., Матвеева В.А., Чукаева М.А., Громыка Д.С. Способ очистки почв от тяжелых металлов: патент RU2019124369.
ОзероваД.В. Изучение процесса фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами. Международная научно-техническая конференция молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова. Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова; 2015: 499-500.
Salt D.E., Prince R.C., Pickering I. J., Raskin I. Mechanisms of cadmium mobility and accumulation in Indian Mustard. Plant Physiol. 1995; 109: 1427-1433.
Hart J.J., Welch R.M., Norvell W.A., Sullivan L.A., Kochian L.V. Characterization of cadmium binding, uptake and translocation in intact seedlings of bread and durum wheat cultivars. Plant Physiol. 1998; 116: 1413-1420.
УльрихД.В., Тимофеева С.С. Фиторемедиация загрязненных почв и техногенных грунтов хвосто-хранилищ на территории меднорудных предприятий южного Урала. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2016; 3: 341-349.
ZhangXingli, Zhou Qixing, Shi Honglei, Gao Yuanyuan. Method for restoring Cd-polychlorinated diben-zofurans polluted soil by utilizing French marigold: patent CN103480625.
Lin Maohong, Zhou Qixing, Su Hui, Zhou Ruiren, Gao Yuanyuan. Method for remediating soil polluted with cadmiumpolychlorinated biphenyl compounds: patent CN103191915.
Jing Yande. New application of French marigold, Balsamine and Nephrolepis auriculata on repairing contaminated soil: patent CN102886377.
Гальченко С.В., Чердакова А.С. Фиторемедиация городских почв цинерарией серебристой (Cineraria Silverdust L.). Наука, образование, производство в решении экологических проблем (Экология-2021): материалы XVII Международной научно-технической конференции: в 2 т. Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет; 2021: 49-55.
Высоцкий С.П., Фркнзе О.В. Технология фиторемедиации загрязненных тяжелыми металлами почв с помощью декоративных травянистых растений. Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2019; 5 (139): 105-112.
Довбан К.И. Зеленые удобрения в современном земледелии: вопросы теории и практики. Минск: Белорусская наука; 2009. 404.
Гальченко С.В., Мажайский Ю.А., Гусева Т.М., Чердакова А.С. Фиторемедиация городских почв, загрязненных тяжелыми металлами, декоративными цветочными культурами. Вестник Рязанского государственного университета имени С.А. Есенина. 2015; 4 (49).
Фрунзе О.В. Фиторемедиация загрязненных тяжелыми металлами почв с помощью древесных растений. Биодиагностика состояния природных и природно-техногенных систем: материалы XIX Всероссийской научно-практической конференции c международным участием. Киров: Вятский государственный университет; 2021: 332-334.
Анилова Л.В., Сальникова Е.В., Примак О.В., Шарыгина М.В. Перспективы фиторемедиации почвенного покрова урбанизированных территорий (на примере г. Оренбурга). Вестник Оренбургского государственного университета. 2012; 6 (142): 82-85.
Яшин В.М., Пыленок П.И., Майсснер Р., Рупп X Оценка загрязнения и перспективы фиторемеди-ации аллювиальных почв Окской поймы. Новые методы и результаты исследований ландшафтов в Европе, центральной Азии и Сибири: монография: в 5 т. Москва: Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова; 2018: 212-217.
Лукаткин А.С., Башмаков Д.И. Способ биологической очистки почв: патент RU2231944C2.
Абдуллаев С.Ф., Сафаралиев Н.М., Партоев К. Исследование биологического поглощения тяжелых металлов растением-фиторемедиантом - топинамбуром (Helianthus tuberosus l.). Химическая безопасность. 2019; 3 (1): 110-117.
Roemer W., Kang D., Egle K., Gerke J., Keller H. The acquisition of cadmium by Lupinus albus L., Lupinus angustifolius L., and Lolium multiflorum Lam. J. of Plant Nutr. and Soil Sci. 2000; 163: 623-628.
Trejo N., Matus I., Pozo A., Walter I., Hirzel J. Cadmium phytoextraction capacity of white lupine (Lupinus albus L.) and narrow-leafed lupine (Lupinus angustifolius L.) in three contrasting agroclimatic conditions of Chile. Chilean J. Agric. Res. 2016; 76 (2): 228-235.
Fumagalli P., ComolliR., Ferre Ch., Ghiani A., GentiliR., Citterio S. The rotation of white lupin (Lupinus albus L.) with metal-accumulating plant crops: A strategy to increase the benefits of soil phytoremediation. Journal of Environmental Management. 2014; 145: 35-42.
Болышева Т.Н., Касатиков В.А., Абакар А.У. Использование люпина узколистного (Lupinus An-gustifolius L.) для фиторемедиации почв с полиметаллическим загрязнением. Проблемы агрохимии и экологии. 2016; 4: 51-53.
Куриленко В.В., Осмоловская Н.Г. Фиторемедиационный способ очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами: патент RU2017137084.

Еще

Статья научная