Uralkodik | Plantae |
---|---|
Osztály | Equisetopsida |
Alosztály | Polypodiidae |
Rendelés | Salviniales |
Család | Salviniaceae |
Kedves | Azolla |
Azolla filiculoides a azolle hamis filicule , Azolla filicule hamis , hamis Azolla páfrány vagy páfrány víz , egy faj apró páfrány úszó vízi, őshonos területeken mérsékelt meleg és trópusi , a család a Salviniaceae (korábban Azollaceae ).
Ez egy olyan növény, amely Európában - helyileg és bizonyos körülmények között (lassú és meglehetősen eutrofikus vizek) - invazív képességet mutat, vagy legalábbis szaporodást mutat . Hasznosnak bizonyult azonban zöldtrágyaként , valamint a hulladék vagy az ipari víz méregtelenítésére szolgáló szerként, különösen a nehézfémek tekintetében.
Nagyon kicsi, 1-2 cm átmérőjű páfrány . Ez egy elágazó rizóma , amely szétválasztja a növény nő. A pikkelyes törmelék felső részén hidrofób. A növény növekedésével vízszintesen szétterülnek a víz felszínén. Ezek a lepkék kicsiek, zöldek vagy néha rózsaszínűek, narancssárgák, vagy akár nyár végén is vörös színnel árnyalják őket.
Alját szőrszálak borítják.
Mint a többi Azolla fajok Azolla filiculoides kikötők szimbiotikus cianobaktériumok , a nemzetség Anabaena ; ezért megkötheti a levegő nitrogénjét . Ezek a baktériumok játszhatnak bizonyos szerepet a közeg nitrogénmegkötő, szaporodási és méregtelenítő képességének magyarázatában, amelyet az Azolla bizonyított, de kétségtelen, hogy ez nem meghatározó a fémek megkötési képességét illetően.
Valójában azonosítottunk egy gént, amely egy metalloproteint kódol ( metallotionein (MT), egy fehérje, amely számos fajban ismert arról, hogy nehézfémekhez kötődik). A laboratóriumban ez a gén mérgező fémek jelenlétében aktiválódik még a szimbiont baktériumaiktól felszabadult azollákban ( eritromicinnel végzett antibiotikus kezeléssel ).
Ez a heterosporos páfrány sporokarpákat termel .
A Dél-Amerikában őshonos faj az Óvilág számos részén megismertetett, ahol honosodott és időnként invazívvá vált (Nyugat-Európa több részén, Afrika déli részén, Trópusi Ázsiában, Ausztráliában, ahol helyi vagy akklimatizálódottnak számít) és Új-Zéland .
Ha jelen van, sűrű kolóniákat képezhet, amelyek a tavak és bizonyos árkok , átjárók vagy csatornák felszínén úsznak , egészen addig , amíg néha az egész felületet beborítják.
Ez a növény nem tolerálja a fagyot. Az alábbiakban 10 ° C , mérsékelt égövi, a nagy részét a lakosság meghal télen, túlélő mégis keresztül elmerült rügyek, amíg az utóbbiakat nem ragadt a jég.
A növekedési sebesség körülbelül 25 ° C-ra korrelál a víz hőmérsékletével . Laboratóriumi vizsgálatok, ellenőrzött környezetben, kimutatták, hogy az A. filiculoides gyorsabban növekszik (lineáris összefüggés), mint a víz hőmérséklete emelkedik, a 10 ° C és 25 ° C-on (a thermoperiod és fényperiódus a 12h / 24).
A növekedés továbbra is magas 25 és 35 ° C között .
Teljes fényű növény. A növekedés növekedése a fényintenzitás növekedésével azonban eltűnik egy bizonyos küszöbön ( fénytelítettségi küszöb ) meghaladva 100 μE / m² / s hőmérsékleten 10 ° C-on ; de ez a küszöb egyértelműen magasabb 35/25 ° C hőmérséklet esetén, legalább 1000 µE / m² / s.
Ez a növény nitrogén-aktivitásától függ , amely a hőmérséklet hatására növekszik, ha 1 -10 ° C-ról 20 -30 ° C-ra változik . Ha a többi tényező egyenlő, a nitrogén rögzítése nem növekszik, ha az inszolációt 50-ről 1000 µE / m² / s-ra növeljük. Az optimális nitrogénkötés számára ez a növény úgy tűnik, hogy elérte a közötti hőmérséklet-tartományban 15 -25 ° C és 30 -40 ° C-on (a fényesség 500 μE / m / s).
30 −40 ° C felett az Azolla filiculoides nitrázaktivitása már nem növekszik. A kutatók azonban a fotoperiodizmus markáns hatását vették észre : ha a páfrányokat alacsonyabb hőmérsékleten növesztik, majd fokozatos hőmérséklet-emelkedésnek vetik alá őket egy napos ciklus déli hajnalának szimulálásával , akkor megnő a nitráz aktivitás, majd ismét 40 ° C hőmérsékletig C, és magas marad, ha a hőmérséklet 45 ° C-ra emelkedik. Hasonló nitrogénaktivitási csúcsot figyeltünk meg a szabadban termesztett A.filiculoides esetében is perzselő délutánokon ( 40–45 ° C ).
Helyben betakarítják, sőt termesztik nitrogénmegkötő képessége miatt . Könnyen betakarítható, mert úszik, ezért zöldtrágyaként felhasználható a vízben termesztett növények, például a rizs termelékenységének javítására (beleértve a mérsékelt égövi zónákat is), vagy a piaci kertészkedésre . Termesztése már tudományosan tesztelt két éve parlagok elárasztott kaliforniai rizsföldek , a Sacramento Valley . A tapasztalatok azt mutatják, hogy exponenciális növekedési sebessége és nitrogéntartalma összefüggésben állt a maximális levegő hőmérsékletével február eleje és április vége között. Jelenlétét tehát mérsékelt égövi övezetben elősegítheti a globális felmelegedés, ha a tél vége jelentősen felmelegszik.
A zöldtrágya tavaszi kijuttatása 40 kg / ha szárított azolla formájában 2 t / ha-val növelte a rizsföld termelékenységét (összehasonlítva a meg nem termékenyített kontroll parcellákkal). Ez a termelékenységnövekedés egyenértékű volt az azonos mennyiségű kémiai nitrogén műtrágya ( ammónium-szulfát formájában szállított ) mennyiségével. Ugyanebben a tanulmányban 93 kg / ha zöldtrágya szárított A. filiculoides formájában történő beépítése (1978 tavaszán) 46 napos időszak alatt lehetővé tette a rizs termelékenységének 2,6 t / ha-val történő növelését. , azaz az egyenértékű ammónium-szulfáttal elért növekedés 700% -a. Ezek a kísérletek arra késztették a tanulmány szerzőit, hogy a kaliforniai rizsföldek által felhasznált nitrogén műtrágyák 50% -át helyettesíthesse Azolla.
A távoli földrajzi területekről származó 3 Azolla filiculoides törzs és az A. pinnata törzs tenyésztési tesztjeit Nápoly (Olaszország) közelében hajtották végre. Kimutatták, hogy az ország termésmennyisége lehetővé teszi a szerves trágyaként történő helyi felhasználást is. Az azolla növekedés optimális volt természetes fényben (82 Klux) és enyhén savas vagy semleges pH-nál (5-7 között), és az A.filliculoides hatékonyabbnak tűnt a kevesebb inszoláció hatására . Amikor az ideális ph, hőmérséklet és megvilágítási feltételek teljesültek, a megtermelt biomassza 2,7-3,3 naponta megduplázódott. Ezek a hozamok összehasonlíthatók az Egyesült Államokban az Azolla zöldtrágyaként történő előállításához kapott hozamokkal.
Ennek ellenére ez a növény kiváló nehézfém- felhalmozó . Tehát a mérgező termékek (sem biológiailag nem lebontható, sem lebontható) átadásának egyik tényezője lehet.
A vizes élőhelyeken nagy mennyiségben zöldtrágyaként történő termesztése két okból is ökológiai egyensúlyhiányt okozhat:
A nemesfémek ára évtizedek óta növekszik, és bizonyos, a számításhoz vagy bizonyos gyógykezelésekhez ( különösen a kemoterápiához ) hasznos fémek gazdaságilag kevésbé hozzáférhetők. Ezen fémek egy része mérgező és ökotoxikus is, ha a környezetbe kerül. Ezért fontos kérdés, hogy ezeket a fémeket jobban ki tudjuk-e nyerni a bányászatból vagy az ipari szennyvizekből , annak jobb újrahasznosítása érdekében.
Különböző módszereket tesztelnek - ésszerű költség mellett - a szennyvíz alacsony tartalmú nemesfémjeinek kinyerésére. Ennek elérése kettős környezeti érdekkel jár (sokkal jobb az újrahasznosítás, de a környezeti környezet szennyezésének ellenőrzése is, például a kemoterápiával kezelt betegek vizeletében elveszett platinoidok (toxikus) sói miatt ).
Biokoncentráció alkalmazásával növények vagy gombák élnek keresztül rendre a fitoremediációs és újabban keresztül a fongoremédiation tárgyát tanulmányok és vizsgálatok a laboratóriumi és in situ . Ezek mérsékelten drága megoldások, néha nagyon hatékonyak, de amelyek megvalósítása - a fémek esetében - gyakran hosszú időt igényel.
Az 1980-as évek óta tesztelt másik megoldás bizonyos fajok, köztük az Azolla elhullott és előkészített (könnyen tárolható) biomasszájának használata, amely különösen hatékonynak tűnik erre a felhasználásra. Különösen lehetővé teszi a vízben nagyon hígított, kiváló hozamú fémek gyors kivonását anélkül, hogy a fém toxicitása befolyásolná a hozamot (mivel az elhalt növényt használják).
Az elhalt Azolla filiculoïdes tehát nagyon hatékonyan vonja ki a fémeket a vizes folyadékokból, még akkor is, ha vannak versenytársai, ideértve különösen a gombák micéliumait , amelyek gyakran jelentős (és néha célzott) kapacitást mutatnak az oldatok fémionjaival. Az elhalt Azolla filiculoid sejtek valójában bizonyos sejtekből vagy fajokból kémiai kötésekkel (úgynevezett „ bioszorbcióval ”) aktívan vonják ki a fémeket .
Látványos teljesítményre példa az aranybánya szennyvízkezelés . Ez utóbbi (vagy a kézműipar, az aranyozás vagy a galvanikus aranyozás) jelentős mennyiségű aranyat bocsát ki alacsony koncentrációban (1–10 mg / l vagy kevesebb) és korábban nehezen visszanyerhető formában (más fémekkel ellentétben az ionos arany különösen nehezen nyerhető ki az oldatból).
Egy tanulmány volt már az 1980-as évek kimutatták, hogy a biomassza vagy alga necromass lehetne kivonat aranyat tartalmazó vizes közegben úgy, különböző típusú oldott aranyat, és hogy lehetne tenni egy biosorbent olyan módon. Hatékony.
Ezután az Azolla filiculoide-okat (Dél-Afrikában) tesztelték az oldatban lévő arany kinyerésére. Ha az oldott aranyat tartalmazó vizet korábban a természetben összegyűjtött, desztillált vízzel mossuk, majd 37 ° C-on szárítottuk , az azolla biomassza az elasztán 86–100% -át képes „megfogni” és megkötni. az eredetileg 2–10 mg / l oldatot tartalmazó oldatban lévő arany (III) .
Az oldatban lévő arany több mint 95% -a visszanyerhető: savasan tartott táptalajban (a pH korrigálása úgy, hogy az egész extrakciós fázis alatt 2 legyen) az oldatba bevezetett azolla biomasszát kivonták belőle. arany körülbelül 40 perc alatt (és több mint 80% -ot 20 perc alatt bányásztak). Ez a kísérlet azt mutatta, hogy a pH meghatározó volt az elhalt azolla fémionok megkötésére való képességében; az arany rögzülése a pH-tól függően nagymértékben változik. Ez utóbbi a tanulmány szerzői szerint befolyásolja az arany viselkedését (AuCl 4 anionos forma - 2-es pH-n, és az arany III-komplexek pH-ját semlegeshez közeli pH-n), de az azolla-nekromas viselkedését is. A pH és az abszorpció vagy az adszorpció közötti viszony egyáltalán nem lineáris. Így 180 perc elteltével az aranynak csak 42% -át extrahálják az oldatból 3 és 4 pH-érték mellett, míg 63% -ot 5-nél és 73% -ot 6-os pH-n. Ugyanez a tanulmány kimutatta, hogy a közeg hőmérséklete kevés az extrakció hatékonyságában, és egyáltalán nem 2-es pH-n, ahol az összes arany befogódik, a hőmérséklettől függetlenül. Ebben az esetben a kezdeti aranykoncentráció 8 mg / l volt, és liter oldathoz 5 g szárított Azolla filiculoide-t adtunk (a tápközeget keverővel kevertük). Ezt az Azolla-necromass sebességet (5 g / l) kísérletileg meghatároztuk az arany kitermelésének optimálisaként (1–9 g szárított azolla biomassza / liter sebességének vizsgálata után ). Literenként 5 g szárított azolla és pH 2 érték mellett az oldatban lévő arany 99,9% -át extraháltuk.
A legjobb eredményeket (több mint 99% -os visszanyerés) akkor kaptuk, amikor az arany hidrogén (III) tetraklór-urát volt, 2-es pH-értéknél AuCl 4 anion formájában fordul elő - nagyon könnyen kivonható azollával. A szerzők arra a következtetésre jutottak, hogy a szárított azolla nagyon hatékony " bioszorbens ", mivel "elkülönítő ereje" meghaladja a piacon kapható drága és szennyező ioncserélő gyanták vagy az aktív szénét .
A réz alacsony dózisban nagyon mérgező az algákra és a zuzmókra . Az is előnyös , hogy sok hasznos talaj baktériumok és gátolja a gombák növekedését. Ezért széles körben használják rovarirtóként a gombaölő szerekben , vagy Bordeaux keverék formájában penészre érzékeny növényeknél ( szőlő , paradicsom ). Ez a réz, túl egy bizonyos dózisban, válik a talaj szennyezőanyag (biológiailag nem lebontható és nem lebontható), amely felhalmozódik a pont jelentő súlyos ökotoxikológiai problémák.
Számos ipar, illetve a bányászati és kohászati tevékenység jelentős mennyiségű szolubilizált rézet veszít el a szennyvízéből. A lágyított víz a rézcsövekben is feloldja . A csapadékvíz, természetesen savas, és néha nagyon megsavanyodott a városokban vagy egyes ipari területek széllel szemben, szintén rézet nyerhet ki rézcsatornákból vagy lefolyókból , olyan országokban, ahol nem cinkből vagy öntöttvasból készülnek.
Az elejtett, fehérített és epiklórhidrinnel stabilizált azollákat sikeresen tesztelték bioszorbensként a réz (mint Cu 2+ ) kivonására az oldatból. Laboratóriumi oszlopokban az Azolla necromass 100 mg / l Cu 2+ -ot tartalmazó oldatból bioszorbált 320-363 mg / mol / g azolla . Ennek a Cu 2+ extrakciónak az epiklórhidrinnel kezelt nekromasszal történő hozama magasabb volt, mint az egyszerűen fehérített és szitált nekromasszal kapott hozam, amely önmagában jobb volt, mint élő azollákkal.
A laboratóriumban egy 2,5 g elhalt Azollát tartalmazó oszlop stabilizálódott epiklórhidrin-elválasztókkal, a rézionok 100% -a 12 literes oldatban, amely literenként 5 mg Cu 2+ -ot tartalmaz. És miután körülbelül 22 liter oldat áthaladt rajta, ugyanaz az oszlop még mindig kevesebb, mint a telítési pontjának 75% -a. Ez a módszer sokkal hatékonyabbnak tűnik - mind a hozam, mind a sebesség szempontjából -, mint más korábban kipróbált módszerek, például planktonikus algák necromassájával, amely könnyen tenyészthető ( például Microcystis ), stabilizálva alginát formájában ). A fémeket adszorbeáló necromassát ezután deszorbeálás céljából kell kezelni, például savanyított kétszeresen desztillált vízzel (pH2) való mosással vagy ETA-val.
A nehézfémek biokoncentrációjaEz a növény rögzíti nehézfémek olyan jól , hogy azt javasolták, hogy a biológiai tisztítási vagy méregtelenítő a folyékony ipari szennyvizek szennyezett fémek.
A laboratóriumban, mindössze 3 és 7 nap, Azolla filiculoides, termesztenek 8 és 15 ppm különböző nehézfémek a közegben, valójában nagyon erősen koncentrált ezek a fémek (10000 ppm a kadmium , 1,990 ppm krómot , 9 000 ppm réz , 9000 ppm a nikkelnél és 6500 ppm a cinknél ). Ezenkívül a nehézfémek 98% -a az Azolla oldhatatlan frakciójához kötődött, ami elméletileg könnyebben kivonhatóbbá teszi őket. A növény szárítását követően a fémek szintje 3–7-szer magasabb, mint az élő vagy elhalt és nedves növényekben. A lassú égés (a füstök szűrésével) a fémek, különösen a nemesfémek kinyerésének egyik eszköze. A fémek visszanyerése alacsony olvadási hőmérsékleten azonban megköveteli a mérgező gőzök optimális kondenzálását ( például az ólom és még inkább a higany esetében ).
Képes erősen biokoncentrálni az ezüst sókat ( mérgező és ökotoxikus sok vízi organizmus számára), a fényképezőipar által szennyezett víz tisztítására használták az 1980-as években . Tanulmányok kimutatták, hogy az A. filiculoides képes a jelenlévő cink nagy részét (biológiailag felszívódó ionos formában) felszívni és rögzíteni vizes oldatokban és galvanizáló szennyvízben , beleértve az oszlopokat is. Úgy tűnik, hogy a felszívódás maximális (45,2 mg / g) egy szakaszos rendszerben 6,0 pH-jú vízzel. A szárított A. filiculoidok stabil és könnyen feldolgozható anyagot nyújtanak.
A fémek bioszelektivitásának helyreállításaA jövőben lehetségesnek tűnik a fémek szelektív visszanyerése; valójában a gyökerek és a töredékek nem kötik meg ugyanazt a fémet. A gyökerek bizonyos fémeket 2–5-ször jobban rögzítenek, mint a töredékek. A cink és a kadmium ehelyett könnyebben átvihető a gyökerekből a tömlőkbe, míg a nikkel, a réz és a króm inkább a gyökerekben található.
A nehézfémek toxikológiai hatásaiHatással vannak a növény anyagcseréjére: a laboratóriumban az A. filiculoides növekedése nehézfémek jelenlétében a K + , Mg 2+ és Na + ionok jelentős veszteségéhez vezetett a gyökerekből, kevesebb veszteséggel. Ca 2+ . A nehézfémek hatása a töredékek K + , Na + és Mg 2+ veszteségére korlátozottabb volt. A nitráz aktivitást szinte teljesen gátolta a kadmium, a nikkel és a cink hatása, kevésbé a réz és a króm.
A környezettel való alkalmazkodás képességének korlátozásaA laboratóriumban összehasonlítottuk e faj (valamint 5 kacsafűfaj ( Lemna gibba L., Lemna minor L., Lemna trisulca L., Spirodela polyrhiza (L.) Schleiden és Wolffia arrhiza (L ) kapacitását) .) Hork Ex. Wimm.) Növekedni a háztartási szennyvízben és kétféle ipari szennyvízben (összehasonlítva standard ásványi közegben való növekedésükkel). Ezekben a kísérletekben a három szennyvízben a szerves terhelés 300 és 442 mg között mozgott / L (DOC), míg az összes nitrogén 14 és 52 mg / l között, az összes foszfor pedig 7 és 9 mg / l között mozgott. Az összes faj növekedése mindkét emberi szennyvízben gátolt volt (összehasonlítva a standard referencia ásványi közeggel). A háztartási szennyvízben csak a Lemna gibba és a Spirodela polyrhiza nőtt, valamint a referencia közegben.
A filiculoid azolla figyelemre méltó képessége a fémek - köztük a környezetben nagyon jelen lévő mérgező fémek (különösen az ólom) - koncentrálására ugyanakkor arra is utal, hogy az azolla szerepet játszhat a vizes élőhelyeken a nehézfémek biokoncentrációjában a környezetben. különösen a vezetést korrózió foglalkozik halászat , a granulátumok a vadászat vagy Skeet elveszett jellegű (lásd pl cikkeket szentelt madár mérgezés vagy mérgező lőszer ).
Az azollák agro-környezeti felhasználása ugyanezen okokból és más korlátokból fakad:
Dél-Afrikában, ahol 1948-ban figyelték meg először, valószínűleg emberek hozták be, ez a faj gyorsan invazívvá vált. Gyarmatosította az ottani területeket átlagos terjeszkedési sebességgel, 1,33 ha / év. Ebben az országban egy kis bogarat ( Curculionidae ), a Stenopelmus rufinasus Gyllenhal-ot ültettek be biológiai védőszerként 1997 végétől az invázió által érintett környezetbe.
Ennek a zsizsiknek az önkéntes bevezetésétől számított 3 éven belül, amely évente több nemzedéket hoz létre, ez a rovar olyan mértékben csökkentette a páfrány invazivitását , hogy az országban már nem számít problémának. Bevezetése előtt karanténba importálták, majd a laboratóriumban tesztelték, hogy ellenőrizzék az élelmiszer-szelektivitását: kifejezetten meg kellett semmisítenie a behozott azollákat, és nem őshonos növényeket. Ehhez 31 botanikai családba tartozó dél-afrikai növényfaj 31 faján tesztelték. Azóta ezt a rovart más országokban, például az Egyesült Királyságban használják.