زندگی آنلاین؛ مجله اینترنتی سبک زندگی

چكيده
با افزايش فعاليت‌هاي صنعتي، آلودگي محيط‌زيست يكي از مشكلات پيش‌روي انسان حاضر است. در اين بين آلودگي با فلزات و مواد غيرزيستي يك مشكل جهاني زيست محيطي است. تصفيه هم‌زمان آلودگي‌هاي چندگانه با استفاده از روش‌هاي شيميايي و سنتي هم از نظر تكنيكي مشكل است و هم پر هزينه مي‌باشد، علاوه بر اينكه اين روش‌ها باعث تخريب تركيبات بيوتيك خاك مي‌شوند. به همين منظور تكنولوژي نوظهور گياه پالايي براي پالايش آلودگي‌هاي خاكي، زيرزميني و فاضلاب به دلايل كم هزينه بودن و پايين بودن تكنولوژي مورد نياز در دنيا بسيار مورد توجه قرار گرفته است. گياه پالايي شامل 5 تكنولوژي مختلف است كه هر كدام يك مكانيزم متفاوت براي پالايش آلودگي دارد. تاكنون گياه‌هاي فراانباشت زيادي به منظور پالايش و تصفيه مناطق آلوده شناسايي شده است. اما اكثر اين گونه‌هاي گياهي متعلق به گروه گياهان خوراكي و مرتعي مي‌باشند كه احتمال وارد شدن به زنجيره غذايي و تهديد سلامتي بشر را به دنبال دارد. به همين منظور گياهان زينتي و فضاي سبزي گزينه‌هاي بسيار مناسبي براي اين تكنولوژي مي‌باشند پس از طي شدن زمان پالايش گياهان برداشت شده مي‌توانند در شرايط كنترل شده دفن و سوزانده مي‌شوند كه خاكستر آنها نيز مي‌تواند به منظور احياي مجدد فلزات مورد استفاده قرار گيرند.
 

مقدمه
انساني كه امروزه به كمك دانش و صنعت پيشرفته مشكلات بسياري را از پيش پاي خود برداشته، در مقابل هزاران مسأله كه خود ناشي از پيشرفت تكنولوژي مي‌باشد، بر جمع دشواري‌هايش افزوده است. براي مثال با افزايش فعاليت‌هاي صنعتي و منابع آلاينده، آلودگي محيط زيست يكي از مشكلات پيش روي انسان حاضر است. هواي آلوده به ذرات سمي، آب‌هاي‌ آلوده به مواد بيماري‌زا و سمي، دفع زباله به طور غيربهداشتي، خاك‌هاي آلوده، زندگي موجودات زنده را در كره خاكي با مشكل مواجه كرده است. فاضلاب‌ها يكي از عوامل آلوده كننده محيط زيست به شمار مي‌آيند. در اين بين آلودگي با فلزات و مواد غيرزيستي يك مشكل جهاني زيست محيطي است كه نتيجه فعاليت‌هاي معادن، صنايع، كشاورزي و نظامي مي‌باشد. تجمع آلودگي‌ها در زنجيره غذايي عامل تهديدكننده اساسي سلامت بشر مي‌باشد. در اغلب كشورهايي با صنايع مادر آلودگي‌ها به ميزان بالايي شناسايي شده. خاك‌ها و آب‌هاي آلوده هم براي توليد محصولات كشاورزي و هم مصارف انساني خطرناك مي‌باشند. گرچه جلوگيري از توليد آلودگي قطعا گزينه اوليه است اما به طور كلي در مناطق صنعتي اين اصول دنبال نمي‌شود. در بيشتر مناطق صنعتي كه نيازمند تصفيه‌اند، حاوي مخلوطي از انواع آلودگي‌ها در غلظت‌هاي مختلف در خاك، آب‌هاي زيرزميني و يا فاضلاب‌ها مي‌باشند. اين ضايعات خطرناك شامل انواع نمك‌ها، مواد آلي، فلزات سنگين، عناصر كمياب و تركيبات راديواكتيو مي‌باشند. تصفيه هم‌زمان آلودگي‌هاي چندگانه با استفاده از روش‌هاي شيميايي و سنتي هم از نظر تكنيكي مشكل است و هم پر هزينه مي‌باشد، علاوه بر اينكه اين روش‌ها باعث تخريب تركيبات بيوتيك خاك مي‌شوند. گياهان به دليل خصوصيات سيستميك قدرت فتوسنتزي با يك كارآيي بالا قادرند عناصر را در طي فعاليت‌هاي متابوليكي متعددشان پالايش نمايند به همين منظور فيتوتكنولوژي نوظهور گياه پالايي براي پالايش آلودگي‌هاي خاكي، آب‌هاي زيرزميني و فاضلاب به دلايل كم‌هزينه بودن و پايين بودن تكنولوژي مورد نياز، در دنيا بسيار مورد توجه قرار گرفته است. گياه پالايي بعنوان كاربرد گياهان سبز شامل گونه هاي گياهي گراس‌ها، گياهان پهن برگ علفي و چوبي به منظور حذف، جذب يا كم خطرتر كردن آلودگي‌هاي زيست محيطي نظير فلزات سنگين، عناصر كمياب، آلودگي‌هاي آلي و تركيبات راديواكتيو در خاك، آب يا هوا تعريف مي‌گردد. اين تعريف شامل تمام تأثيرات بيولوژيكي ، شيميايي و فيزيكي گياهان كه كمك مي‌كنند به جذب، بلوكه كردن، هضم و متابولسيم آلودگي‌ها مي‌باشد.
تاريخچه گياه پالايي
واژه گياه پالايي Phytoremediation شامل پيشوند يوناني Phyto به معني گياه و ريشه لاتين Remedium به معني اصلاح يا حذف يك عامل مزاحم و خارجي مي‌باشد. اين تكنيك به يك سري از تنكولوژي‌‌هايي با استفاده از گياهان طبيعي يا ترنسژنيك براي پالايش آلودگي زيست محيطي آلي و غيرآلي خاك، آب، هوا برمي‌گردد. پيش زمينه حركت اوليه به سمت توسعه تكنولوژي‌هاي گياه پالايي به دليل پتانسيل پالايندگي هزينه كم آن بود. گرچه لغت گياه پالايي يك تكنيك نسبتاً جديد است اما كاربرد آن قدمت طولاني دارد. در سال 1962 تحقيقاتي با استفاده از گياهان آبي براي پالايش آب‌هاي آلوده به مواد راديواكتيو در مناطق هسته‌اي روسيه شروع گرديد. آنها دريافتند برخي گياهان رشد يافته در خاك‌هاي آلوده بدون نشان دادن علايم سميت قادر به تجمع مقادير بالاي فلزات در بافت‌هايشان هستند. چني در سال 1983 اولين كسي بود كه hyperaccumulators را براي پالايش فلزات مناطق آلوده معرفي كرد. مزاياي قابل توجه تكنولوژي‌هاي گياه پالايي در يك دهه اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته است و هم‌اكنون مراحل تجاري شدن خود را طي مي‌كند. براي مثال 30 درصد پروژه‌هاي تحقيقات سازمان محيط زيست آمريكا EPA در سال 2000 اختصاص به پروژه‌هاي گياه پالايي فلزات سنگين و مواد راديواكتيو داشت.
گياه پالاينده‌ها
گياه پالاينده‌ها مجموعه‌اي از گياهان مي‌باشد كه براي حذف مواد آلي، فلزي، بقاياي آفت كش‌ها و بقاياي مواد راديواكتيو از خاك يا پساب‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين فيتوتكنولوژي‌ هم مي‌توانند به صورت مستقل و هم در تلفيق با ساير روش‌هاي پالايش به كار رود. براساس اين تعريف يك گياه پالاينده بايد حداقل mg/g 100 (10/0 درصد وزن خشك) كادميم، آرسنيك و برخي از فلزات كمياب، mg/g 100 (1/0درصد وزن خشك) كبالت، مس، كروم، نيكل و سرب mg/g 10000 (1 درصد وزن خشك) منيزيم و نيكل را در بافت‌هايش انباشت كنند.
تنكولوژي‌هاي گياه پالايي گياه پالايي براساس نوع گياه شامل 5 تكنولوژي مختلف است كه هر كدام يك مكانيزم متفاوت براي پالايش آلودگي‌هاي خاك، آب و يا فاضلاب دارند.
1- Rhyzofiltiration
اين تكنيك شامل استفاده گياهان خاكي و آبي به منظور جذب، تغليظ و رسوب آلودگي‌ها از منابع آلاينده آبي بر روي ريشه گياهان مي‌باشد. ريز و فيلتريشن مي‌تواند پساب‌هاي صنعتي، روان آب‌هاي كشاورزي يا رسوبات اسيدهاي معدني را تا حدودي تيمار كند. اين تكنيك هم به صورت in-situ و هم ex-situ براي پالايش مناطق آلوده به كار مي‌رود. ترشحات ريشه و تغييرات PH ناحيه ريز و سفر باعث رسوب اين فلزات بر روي سطح ريشه مي‌شود. اكثر محققان اعتقاد دارند كه گياهان پالاينده بايد فلزات را فقط بر روي ريشه‌هايشان تجمع دهند. دوشنكو در سال 1995 تشريح كرد كه انتقال فلزات به اندام‌هاي هوايي كارآيي ريز و فيلتريشن را به خاطر افزايش حجم بقاياي مواد گياهي آلوده كه نيازمند مدفون كردن است را كاهش مي‌دهد.
در مقابل زو و همكاران در سال 1999 اظهار داشت كه كارآيي تكنيك مي‌تواند با استفاده از گياهان مرتفع به خاطر توانايي آنها در جذب و انتقال فلزات در گياه افزايش يابد. جدا از اين اختلاف نظرها اين مسأله واضح است كه انتخاب صحيح گياه كليد اطمينان موفقيت ريز و فيلتريشن به عنوان يك استراتژي تصفيه آب مي‌باشد. دوشنكو و كاپولينك در سال 2000 خصوصيات يك گياه ايده‌آل براي ريز و فيلتريشن را تشريح كردند؛ اين‌گونه گياهان بايد قادر به تجمع و مقاومت در برابر مقادير معني‌داري از فلز مورد نظر، جابجايي و برداشت آسان، هزينه نگهداري كم و حداقل ضايعات ثانويه را داشته باشند.
 همچنين براي ايجاد عملكرد بالا، توليد مقادير بالاي بيومس ريشه يا سطح بالايي از ناحيه ريشه را داشته باشند. چندين گونه از گياهان آبي مثل، Pennywort, duckweed, Hyacinlh توانايي حذف فلزات سنگين را از آب دارند ولي به هر حال اين گياهان به خاطر كوچكي اندازه و رشد كند ريشه‌هايشان، پتانسيل محدودي براي ريز و فيلتريشن دارند. همچنين به علت بالا بودن محتواي آبي اين گياهان، خشك كردن، كمپوست كردن و يا خاكستر كردن آنها مشكل مي‌باشد. كيهان خاكي به دليل ارتفاع بلندتر و سيستم ريشه‌اي گسترده به نظر مي‌رسد مناسب‌تر باشند. گياهاني نظير آفتابگردان، خردل هندي، تنباكو، چاودار، اسفناج و ذرت كارايي بالايي براي حذف فلزات نشان داده‌اند. به خصوص خردل هندي كه ثابت شده يك دامنه وسيع (mg/lit 500- 400) حذف سرب را دارد. ريز و فيلتريشن يك تكنولوژي كم‌هزينه در تيمار آب‌هاي سطحي يا آب‌هاي زيرزميني حاوي آلودگي‌هاي كم اما با غلظت‌هاي معني‌دار فلزات سنگيني نظير كرم، سرب و روي مي‌‌باشد. به دلايل فوايد تكنيكي ريز و فيلتريشن مانند در كاربرد پالايش اكثر آلودگي‌هاي فلزي، توانايي در تيمار حجم‌هاي زياد آب‌هاي آلوده، نياز كمتر به مواد شيميايي سمي، كاهش حجم ضايعات ثانويه، احتمال احياي مجدد و امكان تنظيم و انتشار كنترل‌شده تجاري شدن آن را امكان‌پذير مي‌باشد.
2- Phytostabilization
 گاهي اوقات ضروريت فوري و تقدم براي پالايش سايت‌هاي آلوده به فلزات وجود ندارد. يك تكنيك پالايش كه مي‌تواند براي اصلاح چنين سايت‌هايي به كار رود غيرمتحرك كردن و تثبيت فلزات در خاك است. گرچه مهاجرت فلزات در خاك خيلي كم است ولي اغلب خاك‌ها در معرض فرسايش‌اند كه اين مسأله سلامتي انسان و محيط‌زيست را در معرض خطر قرار مي‌دهد. فيتواستبليزيشن كه به عنوان يك تكنيك Phytorestoration نيز شناخته مي‌شود، يك تكنيك پالايش براساس گياهان است كه آلودگي‌ها را تثبيت كرده و از طريق كنترل هيدروليكي، مهاجرت آلودگي‌‌ها را به داخل آب‌هاي زيرزميني متوقف كرده، اين تكنيك دقيقاً يك نسخه تغيير يافته روش in place inactivation در اثر عمل اصلاحي گياهان بر روي خاك مي‌باشد. برخلاف ساير روش‌هاي گياه پالايي، هدف فيتواستبليزيشن حذف آلودگي‌هاي فلزي از يك سايت نمي‌باشد، بلكه با تثبيت آنها خطر تهديد سلامت انسان و محيط زيست را كاهش مي‌دهد. گياهان انتخاب شده براي فيتواستبليزيشن بايد سيستم انتقال ضعيف آلودگي‌هاي فلزي به اندام‌هاي هوايي كه توسط انسان و حيوانات ممكن است مصرف گردد، داشته باشد. عدم فلزات نفوذ يافته در اندام‌هاي هوايي، ضرورت تيمار بقاياي شاخ و برگ را به عنوان ضايعات خطرناك را حذف مي‌كند. گياهان انتخاب‌شده بايد به آساني بتوانند در محل استقرار يابند، مراقبت آسان، داراي رشد سريع، كانوپي متراكم، سيستم ريشه‌اي گسترده و مقاوم در برابر آلودگي‌ها باشند. تحقيقات اسميت و برادشاو در سال 1992 منجر به معرفي دو رقم Agrostis وfestuca  كه هم‌‌اكنون به صورت چمن تجاري در دسترس هستند، براي فيتواستبليزيشن آلودگي‌هاي مس، روي و سرب شد. فيتواستبليزيشن بيشترين كارآيي را در خاك‌هايي با بافت ظريف و محتواي بالاي مواد آلي دارند و براي تيمار يك دامنه وسيع از سايت‌هايي كه نواحي بزرگي از آلودگي‌هاي سطحي را دارند، مناسب مي‌باشد.
در عين حال براي مناطقي كه داراي آلودگي‌هاي بالا هستند به دليل عدم رشد و بقاي گياهان در آن منطقه كارآيي ندارند. فيتواستبليزيشن فوايدي بيش از فعاليت‌هاي اصلاحي خاك از جمله: هزينه خيلي كم، پايين آوردن ريسك‌هاي محيط زيستي، كاربرد آسان و ارزش زيباشناختي آن در طراحي منظر سايت‌هاي آلوده دارد.
استراتژي فيتواستبليزيشن در مواقعي كه كمبود بودجه در برنامه‌هاي اصلاحي و پالايش وجود دارد يا منطقه آلوده بسيار وسيع مي‌باشد، روشي كاربردي و باارزش مي‌باشد. همچنين اين تكنيك به عنوان يك استراتژي موقتي به منظور كاهش ريسك در سايت‌هايي كه هنوز تصميم‌گيري براي انتخاب متد پالايش براي آن پيچيده مي‌باشد، كارآمد است.
3- phytovolatilization
برخي آلودگي‌هاي فلزي نظير آرسنيك، جيوه يا سلنيوم به صورت آلاينده‌هاي گازي در محيط زيست وجود دارند در سال‌هاي اخير محققان بر روي يكسري گياهان طبيعي يا تراريخته كه قادر به جذب شكل‌هاي عنصري اين فلزات از خاك و تبديل آنها به فرم‌هاي گازي در طي مراحل بيولوژيكي دروني گياه و رها كردن آنها به داخل اتمسفر بررسي كرده‌اند. اين تكنيك كه فيتوولاتليزشين نام دارد، بحث برانگيزترين تكنولوژي گياه پالايي مي‌باشد، چون به هر حال جيوه و سلنيوم به شكل تركيبات فرار رها شده به اتمسفر بدون شك سمي هستند.
بيشترين تمركز تحقيقاتي بر روي فيتوولاتليزشين سلنيوم انجام گرفته، زيرا اين عنصر در نواحي خاك‌هاي غني از سلنيوم مشكل جدي در اكثر نقاط جهان مي‌باشد. رهاسازي تركيبات فرار سلنيومي از گياهان آلي اولين بار توسط لويز 1966 گزارش شد. تري و همكاران در سال 1992 گزارش كردند كه اعضاي خانواده براسيكاسه قادر به رهاسازي سلنيوم به صورت تركيبات مختلف گازي تا بيش از 40 گرم در يك هكتار در طي يك روز مي‌باشند. برخي از گياهان آبي نظير Thypa مناسب براي فيتوولاتليزشين سلنيوم تشخيص داده شده‌اند. سرويس تحقيقات كشاورزي USD-UU-'s دريافت كه برخي از گياهان به خوبي در محيط‌هاي حاوي مقادير بالاي سلنيوم رشد كرده و توليد تركيبات سلنيوم فرار به شكل دي‌متيل سلنيد و دي‌اتيل دي‌سلنيد را مي‌كنند. در سال‌هاي اخير تلاش‌هايي به منظور وارد كردن ژن‌هاي باكتريايي ردوكتاز يون Hg به داخل گياهان با هدف فيتوولاتيليزشينHg صورت گرفته است. فيتوولاتليزشين سلنيوم و جيوه به اتمسفر به هر حال چندين مزيت دارد. تركيبات فرار سلنيوم نظير دي‌اتيل سلنيد 600 تا 500 برابر سميت نسبت كمتر به شكل‌هاي غيرآلي اين عناصر در خاك دارند.
اين تكنيك همچنين يك روش دائمي براي پالايش سايت‌ها است، زيرا فرم‌هاي غيرآلي اين عناصر حذف شده و شكل‌هاي گازي نيز احتمال ندارد دوباره در همان مكان يا سايت‌هاي نزديك نشست كند. بنابراين سايت‌هايي كه اين تكنولوژي را اعمال مي‌كنند نياز به مديريت زيادي پس از كاشت گياهان ندارند، علاوه بر اين ديگر نيازي به مدفون كردن مواد گياهي نيز نمي‌باشد.
 به هر حال پيش‌بيني‌هاي اين تكنيك توافق دارد كه فيتوولاتليزشين براي سايت‌هايي كه هم‌جوار مراكز جمعيتي‌‌اند يا داراي شرايط اقليمي كه منجر به نشست سريع تركيبات فرار مي‌‌شود، عاقلانه نمي‌باشد زيرا كه برخلاف ساير تكنيك‌هاي گياه پالايي، پس از حذف آلودگي‌ها از اين طيق كنترل كمتري براي عدم مهاجرت آنها به نواحي ديگر وجود دارد.
4- Phytoextraction
فيتواكستركشن شناخته‌ترين متد پالايش در ميان تكنولوژي‌هاي گياه پالايي و اكثر تحقيقات بر روي اين زمينه تمركز يافته است. واژه گياه پالايي و فيتواكستركشن گاهي به اشتباه به يك مفهوم به كار مي‌رود، در حالي كه فيتواكستركشن يك نوع تكنولوژي خاصي در پالايش مي‌باشد. مراحل فيتواكستركشن شامل استفاه گياهان به منظور حذف آلودگي‌هاي فلزي و راديواكتيو از ماتريكس خاك مي‌باشد. اين متد بهترين روش به منظور حذف آلودگي‌هاي اوليه از خاك و ايزوله كردن آنها بدون تخريب ساختار خاك و حاصلخيزي آن مي‌باشد كه برمي‌گردد به خاصيت phytoaccumulation گياهان كه باعث جذب و تغليظ آلودگي‌هاي خاك در بيومس گياهي مي‌شود.
اگر دسترسي اين فلزات در خاك براي گياهان مناسب نباشد ممكن است استفاده از كلات‌هاي سنتزي يا تركيبات اسيدزا به منظور آزاد شدن آنها به داخل محلول خاك و جذب كافي آنها در گياه لازم باشد.
پس از رشد كافي گياه و تجمع فلزات در بيومس، بخش‌هاي هوايي گياه برداشت و حذف شده. برخي محققان عنوان كردند كه سوزاندن مواد گياهي برداشت شده به مقدار زيادي حجم مواد برداشت شده براي دفن ضايعات گياهي را كاهش مي‌دهد.
حتي در برخي موارد فلزات قابل ارزش مي‌توانند از خاكستر غني فلزي به عنوان يك سنگ معدن زيستي bio- ore استخراج گردند و به اين طريق مقداري از هزينه پالايش نيز احيا شود. فيتواكستركشن بايد به عنوان يك فعاليت پالايش طولاني مدت كه نيازمند سيكل‌هاي زراعي بيشتري به منظور كاهش غلظت آلودگي‌ها و رسيدن آن به يك سطح قابل قبول مي‌باشد، نگاه شود.
زمان مورد نياز براي پالايش بستگي به نوع و گسترش آلودگي‌ها، طول فصل رشد و كارآيي حذف فلزات توسط گياهان در دامنه‌‌اي بين 1 تا 20 سال طول مي‌كشد. اين تكنولوژي مناسب براي پالايش نواحي گسترده آلودگي‌ها در عمق‌هاي سطحي با مقادير كم تا متوسط مي‌باشد.
در تعيين كارآمدي اين تكنيك فاكتورهاي زيادي دخيل مي‌باشند. فيتواكستركشن فقط در سايت‌هايي قابل اجرا است كه حاوي آلودگي‌هاي فلزي كم تا متوسط باشند زيرا رشد گياهان در غير اين مناطق با محدوديت مواجه است. همچنين اين آلودگي‌ها بايد قابليت دسترسي زيستي bioavalibility براي گياهان داشته باشند. زمين بايد نسبتاً عاري از موانع نظير درخت‌هاي افتاده و توپوگرافي قابل قبولي براي اجراي عمليات كشت را داشته باشد. موفقيت فيتواكستركشن بستگي به چند خصوصيت گياهي دارد از جمله توانايي تجمع مقادير زياد بيوس، رشد سريع، توانايي تجمع مقادير زياد فلزات در بافت‌هاي هوايي كه نتيجه اينها حذف اكثر آلودگي‌ها از خاك مي‌باشد. گياهان در نظر گرفته شده براي اين تكنولوژي بايد به غلظت‌هاي بالاي اين فلزات مقاوم و كارآمد در انتقال آنها از ريشه‌ها به اندام‌هاي هوايي باشند. ساير صفات گياهي مطلوب شامل توانايي مقاومت به شرايط خاكي (نظير PH، شوري، ساختار خاك و محتواي آب ...)، توليد سيستم ريشه‌اي متراكم، مراقبت آسان و استقرار سريع، مقاومت به حشرات، آفات و بيماري‌ها مي‌باشد.
اگرچه گياهي كه تمامي اين صفات را دارا باشد، وجود ندارد ولي چشم‌انداز پروژه‌هاي تحقيقاتي با تمركز بر روي گياهان اصلاح شده و تراريخته در اين زمينه وجود دارد.
5- Phytodegration
در فيتودگريشن مواد آلي، يكسري از فعاليت‌هاي متابوليسمي گياهان باعث كاهش و حذف آلودگي‌ها از طريق ترسنفورم كردن، شكستن، تثبيت و تبديل كردن به تركيبات فرار مي‌‌شود. در تكنولوژي فيتودگريشن مواد آلي به مولكول‌هاي ساده‌تر در بافت‌هاي گياهي تجزيه‌شده. گياهان داراي آنزيم‌هايي‌اند كه مي‌توانند بقاياي آمونيومي، حلال‌هاي كلروره نظير تري‌كلرواتيلن و ساير علفكش‌ها را تجزيه و تبديل كنند.
اين آنزيم‌ها معمولاً دهالوژناز، اكسيرناز و ردوكتاز مي‌باشند. ريزودگريشن تجزيه مواد آلي در خاك از طريق فعاليت‌هاي ميكروبي ناحيه ريشه (ريزوسفر) است و مراحل آن كندتر از فيتودگريشن مي‌باشد. يك سري از مخمرها، قارچ‌ها، باكتري‌ها و ساير ارگانيزم‌ها مواد آلي مانند سوخت‌ها و حلال‌ها را مصرف و حذف مي‌كنند. كلاً تكنولوژي‌هاي گياه پالايي انحصاري نمي‌باشند و ممكن است هم‌زمان چند تكنيك با هم نيز استفاده شود و اين بستگي به نوع و حجم ... آلودگي‌ها دارد.
گياه پالاينده‌هاي زينتي
تاكنون گياه‌هاي فرا انباشت زيادي به منظور پالايش و تصفيه مناطق صنعتي و آلوده شناسايي و معرفي شده است. به طوري كه تاكنون 163 تاكسا گياهي متعلق به 45 خانواده با توانايي رشد بر روي غلظت‌هاي بالاي فلزات شناسايي شده‌اند. اما اكثر اين گونه‌هاي گياهي متعلق به گروه گياهان خوراكي و مرتعي مي‌باشند كه احتمال وارد شدن به زنجيره غذايي انسان، حيوانات و تهديد سلامتي بشر را به دنبال دارد.
به همين منظور گياهان غيرخوراكي به خصوص گياهان زينتي و فضاي سبزي گزينه‌هاي بسيار مناسبي براي اين تكنولوژي مي‌باشند. آزمايشات گلخانه‌اي و مزرعه‌اي بر روي هيبريدي از درخت سپيدار. Populus sp نشان داد كه اين‌گونه گياهي قادر به تجمع مقادير بالايي از Zn (mg/kg..) در برگ‌هايش مي‌باشد.
آزمايشات درون شيشه‌اي با افزودن µm 5/0 سرب در محيط كشت نشان داد كه گياهچه‌هاي باززايي شده Populus tremula با تجمع 3500 mg سرب در يك گرم بيومس گياه توانايي بالايي را در جذب اين فلز سنگين دارند. محققان گياه زينتي خرزهره  Nerium oleander را به دليل انباشت مقادير بالايي از سرب (mg/g 87) در واحد وزن خشك برگ‌ها در منطقه آلوده به سرب را به عنوان يك گياه شاخص براي ارزيابي و مونيتور كردن سرب در هوا معرفي نمودند.
در شرايط كشت هيدروپونيك تيمار شده با فلز سرب،generalis × Canna كه يك گياه زينتي مهم در فضاي سبز مي‌باشد و داراي بيومس بالايي نيز است، پتانسيل زيادي را براي فيتواكستركشن سرب از محلول غذايي دارد. Pelargonium sp يا شمعداني معطر كارآمدي بالايي براي فراانباشت فلزات سنگين دارد. در طي يك مطالعه گلخانه‌اي، قلمه‌هاي جوان شمعداني معطر در بستر مصنوعي كشت و با محلول‌هاي مختلف فلزي در غلظت‌هاي متفاوت كشت داده شد. نتايج نشان داد كه اين‌گونه زينتي قادر به جذب مقادير زيادي از سه آلاينده اصلي فلزي (سرب، كادميوم و نيكل) در يك زمان نسبتاً كوتاه مي‌باشد.
ريشه‌هاي اين گياه قادر به استخراج سرب، كادميوم و نيكل به مقادير 9%، 7/2% و 9/1% به ترتيب در وزن خشك گياه در طي 14 روز از محلول‌هاي غذايي مي‌باشد. پيش‌بيني شد اگر اين سرعت‌هاي جذب در شرايط مزرعه هم حفظ گردد، شمعداني معطر قادر به تصفيه يك سايت؛ آلوده با آلاينده‌هاي فلزي در كمتر از 10 سال مي‌باشد و با تراكم 100 گياه در مترمربع اين گياه قادر به جذب 5000- 1000 كيلوگرم سرب در هكتار در سال مي‌باشد. ويژگي برجسته اين گياه آن است كه توانايي بقا و رشد بر روي خاك‌هاي حاوي آلودگي چندگانه فلزي يا مخلوط آلودگي‌هاي فلزي و هيدروكربني مي‌باشد.
در يك تحقيق جالب ارزيابي توانايي گياهان زينتي براي حذف آلاينده‌هاي فرار در اتمسفر داخلي ساختمان‌ها توسط 73 گونه گياهي زينتي مورد بررسي قرار گرفت كه در اين آزمايش 10 گونه گياهي از جمله، Hydrangea macrophlla, crassula portulacea, ficus microcarpa, citrus medica بيشترين ظرفيت را براي حذف بنزن از اتمسفر داخلي ساختمان‌ها در طي 2 روز از خود نشان دادند. مقايسه 5 گونه از درخت بيد. Salix spp به منظور توانايي براي استخراج و تجمع فلزات سنگيني از جمله كادميوم، كروم، مس، نيكل، سرب و روي در بخش‌هاي هوايي انجام گرفت و رقم S. dasyclados را براي فراانباشتي مس، رقم هيبريد S.daphnoides × S.pupurea براي كروم، S.triandra براي نيكل، S.schwerinii براي سرب و روي و S.fragilis براي كادميوم معرفي شدند.
استفاده از جذب 137 Cs براي آناليز و رديابي آلاينده‌ها در شرايط هيدروپونيك با كشت چندگونه گياهي شامل گياهان مردابي، آفتابگردان و Populus simonii مورد آزمايش قرار گرفت. نتايج جذب Popular 137 Cs نسبت به گياهان ديگر بالاتر بود و بيشترين تجمع در مناطق توسعه سلولي نظير گره‌ها، نوك برگ، برگ‌هاي جوان و مريستم ساقه‌هاي جوان مشاهده شد. گياه زينتي دارويي Alyssum lebiacum به عنوان گياه فراانباشت نيكل در يك سايت آلوده با آلودگي‌هاي چندگانه كه حاوي آلودگي هيدروكربن‌هاي چند حلقه‌اي آروماتيك بود پتانسيل بالايي در جذب نيكل داشت.
فعاليت آنزيم روبيسكو RUBPC يك ماركر خوب براي تعيين درجه سميت فلزات در گياهان مي‌باشد. در همين راستا مطالعه كلروپلاست برگ‌هاي Populus nigra نشان داد كه با افزايش غلظت مس در خاك، تجمع مس در برگ‌ها نيز افزايش مي‌يابد. در اين تحقيق مطالعه جذب فلزات سمي (كادميوم، مس، آلومينيوم، جيوه و نيكل) و پاسخ فيزيولوژيكي برخي درختان غيرمثمر (Salix, Btula, Populus, fagus, Quercus) و تعدادي از گياهان دارويي (Hypercium, Karwinskia) مورد بررسي قرار گرفت.
گونه‌هاي دارويي مورد نظر بدون كاهش رشد و بيومس تجمع بالايي از كادميوم را به خصوص در ريشه‌هايشان داشتند. اما فعاليت Oxygen Evolution Rate (OER) در كلروپلاست اين دو گياه توسط مس، جيوه و نيكل اثر بازدارندگي داشت. درجه مقاومت سلول‌هاي كالوس Popular alba از نظر فاكتورهايي نظير وزن تر، وزن خشك و شاخص رشد در تيمار كادميوم نتايج قابل توجهي داشت. (mol 10) پروفايل توسعه ريشه به منظور ارزيابي استقرار ريشه چمن Lolium perenne در سطوح مختلف آلودگي‌هاي ديزلي براي كارآيي هضم زيستي در منطقه ريزوسفر Biodegredation نيز مطالعه شد. مقاومت به كادميوم در شرايط درون شيشه‌اي دو نوع چمن فصل گرم Cynodon dactylon و Paspalum vaginatum با بررسي ميزان رشد و تشكيل ريشه مورد ارزيابي قرار گرفت. برخي از جنس‌هاي گونه‌هاي سرخس Pteris كه به‌عنوان گياهان فراانباشت آرسنيك شناخته شده‌اند، در شرايط هيدروپونيك بيشترين تجمع را در قسمت هوايي نسبت به ريشه‌ها داشتند. سيستم سنتز يكسري فيتوكلات‌ها (پروتئين‌هاي غني از سيستئين) براي مكانيزم سم‌زدائي كادميوم در يكسري از بازدانگان و نهاندانگاني نظير Gingko biloba, Abies alba, picea abies, Pinuspin, Pinus sylvestris, Phoeonix dactylifera, Cyperus esculentum, Ananas comosus, … شناسايي شد. اصلاح گياهان با توليد بيومس بالا و پتانسيل انباشت زياد يك روش كارآمد براي انتقال توان گياه پالايي مي‌باشد.
عموماً ژن‌هاي دخيل در مقاومت و انباشت توسط ژن‌هاي زيادي كنترل مي‌شود و بنابراين تحريك تك ژن وارد شده به گياه ميزبان مشكل مي‌باشد. تكنيك‌هاي مهندسي ژنتيك به منظور ايجاد كارآيي بيشتر ژن‌هاي تجمعي به ساير گياهان توسط تعداد زيادي از محققان ارائه شده است.
خردل هندي Brassica juncea به عنوان يك گياه فراانباشت با بيومس بالا شناخته مي‌شود. به منظور بالا بردن كارآيي گياه پالايي در گياه محققان يك ژن آنزيم سلنوسيستئين ترنسفراز (SMT) را از گياه كند رشد Astragalus bisulcatus را به خردل هندي منتقل كردند و مشاهده نمودند. با بيان فوق‌العاده اين ژن مقاومت به سلنيوم و تجمع آن نسبت به ارقام وحشي تفاوت چشمگيري پيدا كرد. همچنين با استفاده از كشت امبريوژنتيك و تكنيك انتقال ژن در درخت لاله Liriodendron tulipfera دانهال‌هايي توليد شدند كه بيان ژن تغيير يافته Mer A را از باكتري داشته باشند.
به اين صورت كه توده پلي امبريوژنتيك درخت لاله (PEMS) از طريق بمباران ذره‌اي با ژن مقاومت به جيوه (Mer A) از يك باكتري ترسفورم گرديد. دانهال سوماتيكي درخت لاله كه حاوي ژن مديفايد شده بود در محيط حاوي سطح سمي MM 50 يون جيوه رشد نرمالي داشت.
همچنين اين گياهچه‌هاي ترسفورم شده جيوه (HG II) را به ميزان 10 برابر بيشتر از گياهچه‌هاي وحشي به شكل عنصري و كم‌خطرتر آن (Hg.) به اتمسفر رها نمودند (Phytovolatilization). اين گياه با استفاده از روش اگروباكتريوم در ريزنمونه‌هاي شاخساره‌هاي نابجا حاصر از ريزنمونه‌هاي برگي ترسفورم شده در حضور MM 50 يون جيوه Hg II باززايي و ريشه‌دار شدند. گياهچه‌هاي ترنسفورم شده در حضور يون جيوه HgII ، 4-2 برابر بيشتر 0Hg را نسبت به گياهچه‌هاي ترنسفورم نشده به اتمسفر رها نمودند.
نتيجه‌گيري كلي
گياه پالايي يك تكنولوژي رو به گسترشي است كه از 10 سال پيش جنبه‌هاي كاربردي آن در تمام دنيا آغاز گرديد و آن شامل پالايش آلودگي‌هاي ارگانيك، غيرارگانيك و مواد راديواكتيويته مي‌باشد. اين تكنيك پايدار و ارزان خيلي سريع به عنوان يك راه‌حل جايگزين براي روش‌هاي تصفيه سنتي رواج پيدا كرد. در بيشتر سايت‌هاي آلوده گونه‌هاي گياهي علفي و مقاومي وجود دارد و پالايش توسط آنها و ساير گونه‌هاي غيرخوراكي به‌ويژه گونه‌هاي زينتي به دليل عدم وارد شده به شبكه زنجيره غذايي يك روش ايمن تصفيه بيولوژيكي مي‌باشد. پس از طي شدن زمان پالايش گياهان برداشت شده و مي‌توانند به منظور كاهش حجم بقاياي مواد آلوده گياهي، متراكم شده و سپس در شرايط كنترل شده دفن و سوزانده مي‌شوند كه خاكستر آنها نيز مي‌تواند به عنوان يك سنگ معدن زيستي bio- ore به منظور احياي مجدد فلزات مورد استفاده قرار گيرند.
اما به هر حال در اين تكنيك نيز يكسري محدوديت‌هايي وجود دارد. از موارد قابل توجه آن است كه به هر حال گياهان براي استخراج و انباشت مواد آلوده پتانسيل خاصي دارند. همچنين پس از طي مدتي اين بقاياي آلوده بايد برداشت و مدفون يا سوزانده شوند كه ايجاد عدم شرايط بازگشت مجدد اين فلزات به خاك و نشت مواد آلوده به محيط ضروري مي‌باشد.
عموماً گياه‌هاي فراانباشت شناخته شده داراي بيومس پايين، رشد كند و سيستم ريشه‌اي سطحي‌اند كه پتانسيل گياه پالايي را پايين مي‌آورد. عواملي مانند PH خاك و آب در فراهمي زيستي bioavailable فلزات سنگين براي گياهان بسيار تأثيرگذار است و هنوز مطالعات تكنيكي بسياري براي شناسايي گياهان فراانباشت براي پالايش آلودگي‌هاي چندگانه در مناطق آلوده مورد نياز است.