Phytoremediation as a promising technology for water and soil purification: Azolla caroliniana Willd. As a case study

• Autorzy: Banach A.M. , Banach K. , Stepniewska Z.

Warianty tytułu

PL

Fitoremendiacja jako obiecująca technologia oczyszczania wód i gleb: Azolla caroliniana Willd. Jako studium przypadku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The environmental pollution resulting from natural resources acquisition is one of the most severe problems nowadays. New environmental friendly and economically attractive techniques are proposed, using the ability of microorganisms (bioremediation) or plants (phytoremediation) for detoxification of their substrate. Depending on the type of pollutant and the mechanism of its immobilisation (accumulation or decomposition), several techniques are proposed. The specialised plant spe-cies are called hyperaccumulators, e.g. Brassica juncia, Helianthus annuus, Nicotiana tabacum or genetically modified Arabidopsis thaliana. Azolla caroliniana Willd. (Azollaceae) is an aquatic fern occurring in temperate and tropical climates. Recently, some natural stands of it were found in western Poland. The fern lives in symbiosis with cyanobacterium Anabaena azollae which is capable of fixing atmospheric nitrogen. Besides numerous application of Azolla in agriculture, e.g. as green manure, it was found that this plant possess a huge ability for phytoremediation. Our studies showed its ability for removal and accumulation of Hg, Cd, Pb, Cr, As, Ag, Pt and Au from waters (up to 100% of applied doses). These promising results open a new application of Azolla spp. for the purification of water polluted by heavy metals, for example as an additional step of wastewater purification.

PL

Zanieczyszczenie środowiska, wynikające z pozyskiwania zasobów naturalnych jest obecnie jednym z najpoważniejszych problemów. Proponowane są nowe, przyjazne środowisku oraz ekonomicznie atrakcyjne techniki wykorzystujące zdolności mikroorganizmów (bioremediacja) lub roślin (fitoremediacja) do oczyszczania ich podłoża. Zależnie od rodzaju substancji zanieczyszczającej oraz mechanizmu jej unieszkodliwiania (akumulacja lub rozkład) zaproponowano kilka technik. Wyspecjalizowane gatunki roślin nazywane są hiperakumulatorami, np. Brassica juncia, Helianthus annuus, Nicotiana tabacum czy genetycznie modyfikowana Arabidopsis thalia-na. Azolla caroliniana Willd. (Azollaceae) jest paprocią wodną występująca w klimacie umiarkowanym i tropikalnym. W ostatnich czasach odnaleziono kilka jej naturalnych stanowisk w Polsce. Paproć żyje w symbiozie z sinicą Anabaena azollae, która jest zdolna do wiązania azotu atmosferycznego. Oprócz licznych zastosowań Azolla w rolnictwie, np. jako zielony nawóz, odkryto, że roślina posiada wysoką zdolność do fitoremediacji. Nasze badania wykazały jej zdolność do usuwania i akumulacji Hg, Cd, Pb, Cr, As, Ag, Pt oraz Au z wód (do 100% wprowadzonych dawek). Te obiecujące wyniki otwierają nowe zastosowanie Azolla spp. w oczyszczaniu wód zanieczyszczonych metalami ciężkimi, np. jako dodatkowy etap oczyszczania ścieków.

Słowa kluczowe

EN

water purification; soil remediation; phytoremediation; Azolla caroliniana; case study

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Agrophysica
• Rocznik: 2012
• Tom: 19
• Numer: 2
• Opis fizyczny: p.241-252,fig.,ref.

Twórcy

autor

Banach A.M.

• Institute of Biotechnology, Department of Biochemistry and Environmental Chemistry, The John Paul II Catholic University of Lublin, Al.Krasnicka 102, 20-718 Lublin, Poland

autor

Banach K.

autor

Stepniewska Z.

Bibliografia

• Mortvedt J.J., Giordano P.M., 1975. Response of corn to zinc and chromium in municipal wastes applied to soil. J. Environ. Qual., 4, 170-174.
• Mukherji S., Roy B.K., 1978. Characterization of chromium toxicity in different plant materials. Indian J. Exp. Biol., 16, 1017-1019.
• Rakhshaee R., Khosravi M., Ganji M.T., 2006. Kinetic modeling and thermodynamic study to re-move Pb(II), Cd(II), Ni(II) and Zn(II) from aqueous solution using dead and living Azolla filiculoides. Journal of Hazardous Materials, 134, 120-129.
• Rascon A.E., Tiemann K.J., Dokken K., Gamez G., Parsons J.G., Chianelli R., Gardea-Torresdey J.L., 2000. Study of the binding mechanism of heavy metals by inactivated tissues of Solanum elaeagnifolium. Proceedings of the 2000 Conference on Hazardous Waste Research, 361–369.
• Rugh C.L., Senecoff J.F., Meagher R.B., Merkle S.A., 1998a. Development of transgenic yellow-poplar for mercury phytoremediation. Nat. Biotechnol., 16, 925-928.
• Rugh C.L., Wang N., Meagher R.B., 1998b. Phytoremediation of mercury- and methylmercury-polluted soils using genetically engineered plant. J. Soil Contam., 7, 497-509.
• Rugh C.L., Wilde H.D., Stack N.M., Marin-Thompson D., Summers A.O., Meagher R.B., 1996. Mercuric ion reduction and resistance in transgenic Arabidopsis thaliana plants expressing a modified bacterial merA gene. Proc. Natl. Acad. Sci., 93, 3182-3187.
• Salt D.E., Kramer U., 1999. Mechanisms of metal hyperaccumulation in plants. In: I. Phytoremedia-ton of Toxic Metals: Using Plants to Clean-up the Environment (Raskin and B.D. Enslely Editors). John Wiley and Sons, New York, 231-246.
• Salt D.E., Prince R.C., Pickering I.J., Raskin I., 1995. Mechanisms of cadmium mobility and accumulation in Indian mustard. Plant Physiol., 109, 1427-1433.
• Salt D.E., Smith R.D., Raskin I., 1998. Phytoremediation. Ann Rev Plant Physiol. Plant Mol Biol., 49, 643-668.
• Sela M., Garty J., Tel-or E., 1989. The accumulation and the effect of heavy metals on the water fern Azolla filiculoides. New Phytologist, 112, 7–12.
• Singh, H., 2006. Mycoremediation: Fungal Bioremediation, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA, 592 pp.
• Sood A., Uniyal P.L., Prasanna R. Ahluwalia, A.S., 2011. Phytoremediation Potential of Aquatic Macrophyte, Azolla. AMBIO: A Journal of the Human Environment, 2011, DOI: 10.1007/ s13280-011-0159-z
• Stępniewska Z., Bennicelli R.P., Balakhnina T.I., Szajnocha K., Banach A., Wolińska A., 2005. Poten-tial of Azolla caroliniana for the removal of Pb and Cd from wastewaters. Int. Agrophysics, 19, 251-255.
• Szczęśniak E., Błachuta J., Krukowski M., Picińska-Fałtynowicz J., 2009. Distribution of Azolla filicu-loides Lam. (Azollaceae) in Poland. Acta Societatis Botanicorum Poloniae, 78(3), 241-246.
• Thomas S.A., 2000. Mushrooms: Higher Macrofungi to Clean Up the Environment, Battelle Environ-mental Issues, Fall 2000.
• Wagner G.M., 1997. Azolla: a review of its biology and utilization. Bot. Rev., 63, 1-26.
• Watanabe I., Roger P.A., Ladha J.K., and Van Hove C., 1992. Biofertilizer Germplasm Collections at IRRI. IRRI, 8.
• Wild H., 1974. Indigenous plants and chromium in Rhodesia. Kiekia, 9, 233–241.
• Wołkowycki D., 1999. Azolla filiculoides (Pteridophyta, Azollaceae) in Poland, Fragm. (in Polish). Flor. Geobot. Ser. Pol., 6, 165-170.
• Zhang X., Lin A-J., Zhao F-J., Xu G-Z., Duan G-L., Zhu Y-G., 2008. Arsenic accumulation by the aquatic fern Azolla: Comparison of arsenate uptake, speciation and efflux by A. caroliniana and A. filiculoides. Environmental Pollution, 156, 1149–1155.
• Zhao M. and Duncan J.R., 1998. Removal and recovery of nickel from aqueous solution and elec-troplating rinse effluent using Azolla filiculoides. Process Biochem., 33, 249-255.
• Zhao M., Duncan J.R., 1997. Batch removal of sexivalent chromium by Azolla filiculoides. Bio-technol. Appl. Biochem., 26, 172-179.

Uwagi

Rekord w opracowaniu