Proceso de fitoextracción - Phytoextraction process
La fitoextracción es un subproceso de la fitorremediación en el que las plantas eliminan elementos o compuestos peligrosos del suelo o el agua, generalmente metales pesados , metales que tienen una alta densidad y pueden ser tóxicos para los organismos incluso en concentraciones relativamente bajas. Los metales pesados que extraen las plantas también son tóxicos para las plantas, y las plantas utilizadas para la fitoextracción son hiperacumuladores conocidos que secuestran cantidades extremadamente grandes de metales pesados en sus tejidos. La fitoextracción también puede ser realizada por plantas que absorben niveles más bajos de contaminantes, pero debido a su alta tasa de crecimiento y producción de biomasa, pueden eliminar una cantidad considerable de contaminantes del suelo.
Metales pesados y sistema biológico
Los metales pesados pueden ser un problema importante para cualquier organismo biológico, ya que pueden ser reactivos con una serie de sustancias químicas esenciales para los procesos biológicos.
También pueden dividir otras moléculas en especies aún más reactivas (como: especies reactivas de oxígeno ), que también interrumpen los procesos biológicos. Estas reacciones agotan la concentración de moléculas importantes y también producen peligrosamente moléculas reactivas tales como los radicales O . y OH . .
Los no hiperacumuladores también absorben cierta concentración de metales pesados, ya que muchos metales pesados son químicamente similares a otros metales que son esenciales para la vida de las plantas.
El proceso
Para que una planta extraiga un metal pesado del agua o del suelo, deben suceder cinco cosas. 1. El metal debe disolverse en algo que las raíces de las plantas puedan absorber. 2. Las raíces de las plantas deben absorber el metal pesado. 3. La planta debe quelar el metal para protegerse y hacer que el metal sea más móvil (esto también puede suceder antes de que el metal sea absorbido).
- La quelación es un proceso mediante el cual un metal se rodea y se une químicamente a un compuesto orgánico. Este proceso se muestra en la figura titulada "Metal-EDTA Chelate"
4. La planta traslada el metal quelado a un lugar para almacenarlo de forma segura 5. Finalmente, la planta debe adaptarse a los daños que los metales causen durante el transporte y almacenamiento
Disolución
En sus estados normales, ningún organismo puede introducir metales. Deben disolverse como iones en solución para que sean móviles en un organismo. Una vez que el metal es móvil, puede ser transportado directamente sobre la pared celular de la raíz por un transportador de metal específico o transportado por un agente específico. Las raíces de las plantas median en este proceso secretando cosas que capturan el metal en la rizosfera y luego transportan el metal sobre la pared celular. Algunos ejemplos son: fitosideróforos, ácidos orgánicos o carboxilatos. Si el metal está quelado en este punto, entonces la planta no necesita quelarlo más tarde y el quelante sirve como estuche para ocultar el metal del resto de la planta. Esta es una forma en que un hiperacumulador puede protegerse de los efectos tóxicos de los metales venenosos.
Absorción de raíces
Lo primero que sucede cuando se absorbe un metal es que se adhiere a la pared celular de la raíz. Luego, el metal se transporta a la raíz. Algunas plantas luego almacenan el metal mediante quelación o secuestro. Muchos ligandos de metales de transición específicos que contribuyen a la desintoxicación y el transporte de metales se regulan positivamente en las plantas cuando los metales están disponibles en la rizosfera. En este punto, el metal puede estar solo o ya secuestrado por un agente quelante u otro compuesto. Para llegar al xilema , el metal debe pasar a través del simplasma de la raíz.
Transporte de raíz a brote
Los sistemas que transportan y almacenan metales pesados son los sistemas más críticos en un hiperacumulador porque los metales pesados dañarán la planta antes de ser almacenados. El transporte de los metales pesados de raíz a brote está fuertemente regulado por la expresión génica. Se han identificado los genes que codifican los sistemas de transporte de metales en las plantas. Estos genes se expresan tanto en plantas hiperacumulativas como no hiperacumulativas. Existe una gran cantidad de evidencia de que los genes que se sabe que codifican los sistemas de transporte de metales pesados se sobreexpresan constantemente en plantas que se acumulan en exceso cuando se exponen a metales pesados. Esta evidencia genética sugiere que los hiperacumuladores sobredesarrollan sus sistemas de transporte de metales. Esto puede ser para acelerar el proceso de raíz a brote, limitando la cantidad de tiempo que el metal está expuesto a los sistemas de la planta antes de ser almacenado. Se ha revisado la acumulación de cadmio.
Estos transportadores se conocen como ATPasas transportadoras de metales pesados (HMA). Uno de los HMA mejor documentados es el HMA4, que pertenece a la subclase Zn / Co / Cd / Pb HMA y se localiza en las membranas plasmáticas del parénquima del xilema. El HMA4 se regula al alza cuando las plantas están expuestas a altos niveles de Cd y Zn, pero se regula a la baja en sus parientes no hiperacumuladores. Además, cuando aumenta la expresión de HMA4, existe un aumento correlativo en la expresión de genes que pertenecen a la familia ZIP (proteínas transportadoras reguladas por hierro reguladas por zinc). Esto sugiere que el sistema de transporte de raíz a brote actúa como una fuerza impulsora de la hiperacumulación al crear una respuesta de deficiencia de metal en las raíces.
Almacenamiento
Los sistemas que transportan y almacenan metales pesados son los sistemas más críticos en un hiperacumulador, porque los metales pesados dañan la planta antes de ser almacenados. A menudo, en los hiperacumuladores, los metales pesados se almacenan en las hojas.
Cómo puede ser útil la fitoextracción
Para Plantas
Hay varias teorías para explicar por qué sería beneficioso para una planta hacer esto.
- La hipótesis de la "defensa elemental" asume que tal vez los depredadores evitarán comer hiper-acumuladores debido a los metales pesados. En este momento, aunque los científicos no han podido determinar una correlación.
En 2002, el Departamento de Farmacología de la Universidad Médica de Bangabandhu Sheikh Mujib en Bangladesh realizó un estudio en el que se utilizó Jacinto de agua para eliminar el arsénico del agua. Este estudio demostró que el agua podía purificarse completamente de arsénico en unas pocas horas y que la planta podía usarse como alimento para animales, leña y muchos otros propósitos prácticos. Dado que el jacinto de agua es invasivo, su cultivo es económico y extremadamente práctico.