Bu tür mahsul "yakıt" üretebilir ve ağır metalleri geri dönüştürebilir. Bu ...
Son yıllarda, Çin'deki sanayileşme ve kentleşme süreci hızlanıyor ve çok sayıda kirletici istenildiği zaman boşaltılıyor, bu da ağır metallerin toprak kirliliğini giderek daha da kötüleştiriyor ve kirlilik alanı yıldan yıla genişliyor. 17 Nisan 2014 tarihinde Çevre Koruma Bakanlığı ile Arazi ve Kaynaklar Bakanlığı tarafından ortaklaşa yayınlanan "Ulusal Toprak Kirliliği Etüt Bülteni", incelenen tüm noktalar arasında, noktaların% 16,1'inin değişen derecelerde kirlendiğini göstermiştir. Kadmiyum, cıva, arsenik, bakır, kurşun, krom, çinko ve nikel ile temsil edilen inorganik kirlilik türleri, tüm standart üstü noktaların% 82,8'ini oluşturmuştur ve bunların arasında kadmiyum en yüksek standart üstü orana sahiptir (Şekil 1).
Şekil 1. Hunan Eyaleti, Zhuzhou Şehri, Tianyuan Bölgesi'ndeki kadmiyumla kirlenmiş çeltik tarlaları
Kurşun ve kadmiyum gibi ağır metaller oldukça biriktiricidir, toprağa girdikten sonra uzun süre birikerek toprağın kendi kendini temizleme yeteneğini yok ederek toprağı bir kirletici "deposu" haline getirir. Mahsuller bu tür topraklarda yetiştirildiğinde, ağır metaller bitki kökleri tarafından emilebilir, bu da mahsul veriminin azalmasına veya ağır metal "zehirli gıda" ve "zehirli sebzelerin" üretimine neden olur. İstatistiklere göre, Çin'de ağır metallerle kirlenen ekilebilir arazi alanı 20 milyon hektara ulaştı.Her yıl 12 milyon ton tahıl kirleniyor ve ağır metaller standardı aşarak 20 milyar yuan doğrudan ekonomik kayba neden oluyor. Yirminci yüzyılda Japonya'da keşfedilen "ağrı ağrısı hastalığı" nehrin kadmiyum içeren kanalizasyonla kirletilmesinden sonra nehir suyu, pirinç, balık ve karidesin kadmiyum açısından zengin olması Kadmiyumun insan vücuduna besin zinciri yoluyla girmesi ve birikmesidir. Gözeneklilik, kemik atrofisi, eklem ağrısı (Şekil 2). İnsan vücuduna giren kadmiyum, "ağrı ve ağrıya" neden olmanın yanı sıra, başlıca karaciğer, böbrek, pankreas, tiroid ve kemiklerde birikerek böbrek organları gibi hastalıklara, kansızlığa, yüksek tansiyona, nevraljiye, kemik yumuşaklığına, nefrite ve Salgı bozuklukları gibi bozukluklar. 2005 yılından bu yana Çin'de Yangzonghai, Yunnan'daki arsenik kirliliği olayı, Liuyang, Hunan'daki kadmiyum kirliliği olayı ve Chenzhou, Hunan'daki çocukların aşırı kan kurşunu gibi 100'den fazla büyük ağır metal kirliliği kazası meydana geldi.
Ağır metal kirliliği sorunu, gıda güvenliği ve insan sağlığı için ciddi bir tehdittir Toprak ağır metal kirliliğinin nasıl etkili bir şekilde kontrol edilebileceği giderek daha fazla ilgi çekmektedir.
Şekil 2. Ağır metallerle kontamine pirinç (A) ve "ağrı ağrısı" olan hastaların resimleri (B) (resimler internetten alınmıştır)
Birçok iyileştirme tekniği arasında, geleneksel fiziksel ve kimyasal iyileştirme yöntemleri maliyetlidir ve kolayca ikincil kirliliğe neden olur. Fitoremediasyon, yüksek verimliliği, ekonomikliği ve çevre dostu olması nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, geleneksel bitki ıslah teknolojilerinde yaygın olarak kullanılan süper zenginleştirilmiş bitkiler, düşük biyokütle, yavaş büyüme, tek zenginleştirilmiş ağır metaller ve ekonomik değer eksikliği gibi dezavantajlara sahiptir ve bu da bu teknolojinin büyük ölçekli uygulamasını sınırlandırmaktadır. Son yıllarda araştırmacılar, yüksek biyokütleye sahip ekonomik mahsulleri veya ağır metalle kirlenmiş toprağın enerji fitoremediasyonunu kullanmak için yeni bir fikir önerdiler Hiperakümülatör bitkilerle karşılaştırıldığında, bu bitkiler daha düşük bir ağır metal konsantrasyonu biriktirse de, yüksek biyokütleye sahiptirler. Son olarak, emilen toplam ağır metal miktarı daha fazla olabilir.
"Yüksek enerjili mahsul" olarak bilinen tatlı sorgum, bilim adamlarının toprak onarımı için bir enerji bitkisi olarak düşündükleri bir enerji bitkisidir. Tatlı sorgumun biyokütlesi büyüktür ve bitki boyu 2-5 metreyi bulabilir.Her hektar tatlı sorgum 3-6 ton tohum ve 45-75 ton sap hasat edebilir.Sapların şeker çekici genellikle% 16-22 olup şeker üretebilir. Yaklaşık 6-9 ton. Ayrıca tatlı sorgum, yılda iki veya daha fazla mevsimde hasat edilebilen kısa bir büyüme dönemine sahiptir; oldukça dayanıklıdır ve marjinal araziden tam olarak faydalanabilir; mekanize çalışmaya uygundur ve düşük işçilik maliyeti gibi birçok önemli özelliğe sahiptir.
2013 yılında, Çin Bilimler Akademisi Botanik Enstitüsü, Tsinghua Üniversitesi Nükleer Enerji Enstitüsü ve Hunan İl Tarım Bakanlığı'na bağlı deney istasyonundan araştırmacılardan oluşan ortak bir ekip, Hengyang'da ve Hunan'daki diğer yerlerde tatlı sorgum tarafından ağır metallerin emilimi üzerine saha deneyleri gerçekleştirdi (Şekil 3). Çeşitler arasından kadmiyum zenginleştirme katsayısı 8'in üzerinde olan 15 hat seçildi. 65 hat mu başına 5-10 ton sap üretti.Chenzhou Şehri, Guiyang İlçesinde (kadmiyum içeriği 11.31 mg / kg), mu başına tatlı sorgum hesaplandı. Emilen kadmiyum, hiperakümülatörlere eşdeğerdir.
Hasat edilen tatlı sorgum sapları ve taneleri ayrıca yakıt etanolü üretmek için kullanılır ve damıtıcının taneleri elektrik üretmek için yakma için kullanılır ve son olarak yanan küllerden ağır metaller çıkarılır. Bu süreçte kadmiyum, besin zincirinden enerji zincirine aktarılır, bu sadece insan sağlığına zarar vermekten kaçınmakla kalmaz, aynı zamanda ekolojik ve ekonomik faydaları da dikkate alır (Şekil 4).
Şekil 3. Hunan'ın dört bölgesinde tatlı sorgum tarafından ağır metallerin emilimi üzerine saha deneyleri
Şekil 4. Ağır metal kontamine toprağın tatlı sorgum ıslahının akış şeması
Bununla birlikte, hiper-biriktirici olmayan bir bitki olarak, tatlı sorgum tarafından emilen kadmiyumun çoğu köklerde depolanır ve bu da onun kontamine topraktan kadmiyum çıkarma kabiliyetini sınırlar. Bu nedenle, kadmiyumun kökten tatlı sorgumun toprak üstü kısmına taşınmasını teşvik etmek, kadmiyum biriktirme yeteneğini geliştirmenin anahtarıdır.
Li Yinxin'in Çin Bilimler Akademisi Botanik Enstitüsü'nden araştırma ekibi, dünyanın farklı bölgelerinden 96 tatlı sorgum suşunu taradı ve farklı suşların kadmiyum toleransı, absorpsiyonu ve taşıma yeteneklerinde büyük farklılıklar olduğunu buldu. Tarama sonuçlarına göre, tatlı sorgumda kadmiyumun emilimini ve taşınmasını etkileyen anahtar faktörler üzerine araştırma yapmak için malzeme olarak güçlü ve zayıf kadmiyum taşıma kapasitesine sahip iki tatlı sorgum hattı H18 ve L69 (kadmiyum taşıma katsayısında dört kat farkla) kullanılmıştır. Çalışma, kök emilimi, hücre duvarı bağlanması, endotel bariyer etkisi ve ksilem yüklemesi gibi çoklu işlemlerin sinerjik etkisinin, tatlı sorgumun kadmiyumu emme ve taşıma yeteneğini belirlediğini buldu. Çalışma ayrıca kadmiyum emilimini ve taşınmasını etkileyen bir dizi anahtar gen belirledi ve tatlı sorgumun kadmiyum absorbe etme yeteneğini geliştirmek için biyoteknolojiyi kullanmanın bir sonraki adımı için yeni hedefler ve fikirler sağladı (Şekil 5).
İlgili araştırma sonuçları, Uluslararası akademik dergiler Plant Biotechnology Journal, Ecotoxicology and Environmental Safety and Environmental Science and Pollution Research'te yayınlandı. Araştırma, Ulusal Anahtar Ar-Ge Projesi, İnsanlardan Yararlanmak için Ulusal Bilim ve Teknoloji Programı ve Bilim ve Teknoloji Bakanlığı'nın Uluslararası Bilim ve Teknoloji İşbirliği Projesi tarafından finanse edildi.
Şekil 5. Kadmiyumun tatlı sorgumun farklı organ ve dokularındaki dağılımı ve tatlı sorgumda kadmiyum emilimini etkileyen temel faktörler
(A) Saksıda (a) 30 mg / kg kadmiyum kullanıldığında kadmiyumun farklı tatlı sorgum organlarında dağılımı ve hidroponikte 100 µM kadmiyum kullanıldığında genç saplarda (d) ve köklerde (e) kadmiyumun ditizon boyanması . R, kök; BS, MS, TS sırasıyla alt, orta ve üst gövdeleri temsil eder; BL, ML, TL sırasıyla alt, orta ve üst yaprakları; FL, bayrak yaprağı. Ölçek çubuğu 50m'dir. (B) Hidroponik koşullar altında iki tatlı sorgum hattı H18 (yüksek kadmiyum birikimi) ve L69'un (düşük kadmiyum birikimi) hava kısımlarının ve köklerinin fotoğrafları ve 10 uM kadmiyum ile iki haftalık işlem. (C) Tatlı sorgumda kadmiyumun emilimini ve birikmesini etkileyen temel süreçler şunları içerir: (a) Kadmiyum kök hücrelere dışarıdan girer; (b) Kadmiyumun hücre duvarına bağlanması; (c) endotel tabakası ve eksozom bariyeri; (d) ksilem taşınması . Isı haritası, semplast yolu taşıyıcı genlerinde yer alan farklı şekilde ifade edilen genleri ve Kjeldahl bandının oluşumunda yer alan genleri gösterir.
