Nội dung Plantibo - Kháng thể từ thực vật

Chia sẻ: Le Quang Hoang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

134
lượt xem 52
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thế kỷ XXI - thế kỷ của CNSH, nền CNSH phát triển như vũ bão với những thành công rực rỡ cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học hiện đại. Các nhà khoa học đi sâu vào nghiên cứu các loài thực vật để phục vụ cho con người – plantibody một sản phẩm đánh dấu một bước tiến mới của công nghệ sinh học ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nội dung Plantibo - Kháng thể từ thực vật

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Thế kỷ XXI - thế kỷ của CNSH, nền CNSH phát triển như vũ bão với những thành công rực rỡ cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học hiện đại. Các nhà khoa học đi sâu vào nghiên cứu các loài thực vật để phục vụ cho con người – plantibody - một sản phẩm đánh dấu một bước tiến mới của công nghệ sinh học 1.2 Mục đích và yêu cầu 1.2.1 Mục đích Tìm hiểu sâu hơn về công nghệ Plantibody hay tìm hiểu về kháng thể được tạo ra từ thực vật, và đặc biệt quan tâm tới việc ứng dụng của công nghệ này trong cuộc sống. 1.2.2 Yêu cầu Khái quát được những khái niệm cơ bản về công nghệ Plantibody hay kháng thể thực vật, đồng thời phân loại Plantibody nêu được những ứng dụng thành công được đưa vào thực tế trong cuộc sống và thấy được những mặt hạn chế cần khắc phục của công nghệ còn rất mới mẻ và đầy tiềm năng này. 1
CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Giới thiệu về plantibody ( kháng thể thực vật): Plantibody là kháng thể được tạo ra từ thực vật. Plantibody (bắt nguồn từ thực vật và các kháng thể) là một loại kháng thể đặc biệt được tạo từ genetically thay đổi cây trồng. Thuật ngữ plantibody cũng như các khái niệm là các nhãn hiệu của công ty Biolex. Thuật ngữ đã được trích dẫn đầu tiên vào năm 1989 giới thiệu đến một kháng thể, giới thiệu sản phẩm của gene (từ chuột hoặc con người) vào cây trồng thông qua quá trình di truyền được gọi là chuyển đổi. Mặc dù cây không có một hệ miễn dịch của riêng mình, và không bình thường làm cho antibodies, plantibodies đã được hiển thị cho chức năng trong cùng một cách như bình thường antibodies. Một số công ty, thêm vào Biolex, bao gồm cả Planet nghệ sinh học ở California, và Medicago ở Canada là theo đuổi sự phát triển của thương mại plantibodies như liệu pháp trị bệnh cho các bệnh ung thư phổ biến. Một số loài thực vật đang được thử nghiệm trong sản xuất và trồng trọt của plantibodies. Humanized plantibodies có thể được sử dụng để tránh các phản ứng dị ứng nặng. Ngoài 2
ra, sự khác biệt giữa plantibodies và vắc xin là plantibodies đang có sẵn, làm antibodies được sản xuất trong transgenic cây trồng; trong khi ăn đẩy mạnh sản xuất vắc xin của antibodies cụ thể của hệ thống miễn dịch của con người sau khi được tiêm cho bệnh nhân được quản lý. Plantibodies được thuận lợi cho những người đang có immunosuppressed và không thể để sản xuất antibodies, ngay cả sau khi chúng được tiêm phòng. Vấn đề này, tuy nhiên là những chất kháng nguyên ( immunodeficient) bệnh nhân là phụ thuộc vào lại quản lý của các plantibodies vì họ không có khả năng sản xuất của riêng mình antibodies cho cùng một mầm bệnh (pathogen). Ngoại gene biểu hiện trong cây có thể được ổn định, hoặc bằng cách tích hợp của nước ngoài hoặc DNA của transient biểu được sửa đổi bằng cách sử dụng máy vi rút. Các phương pháp tích hợp có lợi thế về quy mô lớn cho phép các dòng vô tính (cloning), bảo trì các lựa chọn cao-bày tỏ gene và khả năng transgenes (trao đổi thong tin di truyền) qua đường sinh dục để có được nhiều protein bày trong cùng một cây. Molecular bằng cách sử dụng một kỹ thuật được gọi là kiềm hãm (immunomodulation), gene mã hóa antibodies hoặc kháng fragments được bày tỏ trong một môi trường, hoặc trong một số trường hợp, một cây. Molecules các kháng thể được thiết kế để ngăn cản sự lây nhiễm (infectivity) của một mầm bệnh hoặc can thiệp quá trình trao đổi chất (metabolic), chẳng hạn như sự chuyển đổi (modulation) của phytohormone hoạt động. Tuy nhiên, có tiềm năng về các vấn đề quan tâm cho cây trồng sản xuất protein: phản ứng Allergic trồng glycans và các protein có antigens cây trồng và cây trồng và sản phẩm contamination của mycotoxins, thuốc trừ sâu, herbicides và endogenous metabolites. 2.1 Đinh nghĩa Thuật ngữ "plantibodies" là thuật ngữ chỉ đơn giản cho antibodies được tạo ra (synthesized) trong transgenic, mà cụ thể cho các sản phẩm antibodies pathogens, mà là của teo sinh khác hơn là cây trồng. Những plantibodies được thiết kế trong cây thông qua chèn DNA tái tổ hợp (recombinant DNA) của gene chuyển. Mặc dù, tình trạng này 3
không khác với những điều kiện bình thường mà chất kháng nguyên (immunodeficient) bệnh nhân là phải anyways. Việc sản xuất plantibodies cung cấp dễ dàng hơn và rẻ hơn sản xuất antibodies cần thiết cho bệnh nhân mà không thể đủ khả năng kháng sinh đắt tiền. Plantibodies là một lựa chọn tuyệt vời cho những người trong thế giới thứ ba các quốc gia mà thường là không thể có được đúng loại thuốc, như thuốc kháng sinh, bởi vì những chi phí cao, sản xuất thuốc kháng sinh. Plantibody sản xuất có thể dễ dàng instituted vào thứ ba thế giới các quốc gia và cung cấp một cơ hội cho những người dân bình thường mà có khả năng nhận được sự quan tâm đúng y tế Antibodies là một lớp học quan trọng của protein có thể được sử dụng cho công tác phòng chống, điều trị và chẩn đoán của nhiều người bệnh. Do vậy, có một cường và phát triển, nhu cầu recombinant antibodies, đặt trên bao la áp lực hiện nay năng lực sản xuất trong đó phần lớn là dựa trên các nền văn hóa trực khuẩn (microbial) và mammalian các tế bào. Thay thế cho các hệ thống hiệu quả về chi phí sản xuất kháng thể sẽ rất hoan nghênh, và bây giờ là cây trồng phổ biến rộng rãi được chấp nhận như là màu xanh lá cây nhịp sinh học (bioreactors) với các lợi thế về chi phí, mở rộng và an toàn. Một số cây trồng-sản xuất antibodies (plantibodies) đang trải qua thử nghiệm lâm sàng và thương mại đầu tiên có thể được chấp nhận chỉ một vài năm đi. Hiệu quả hoạt động của các thế hệ thứ nhất của sản phẩm đã được rất khuyến khích cho đến nay. Trong điều khoản của sản phẩm xác thực, sự khác biệt trong glycosylation giữa plantibodies và các mammalian counterparts đã được xác định, và các khoa học đánh giá của bất kỳ hậu quả có thể được. Tiếp tục nghiên cứu, còn lại là địa chỉ Sinh hoá khó khăn, và nhằm mục đích cải thiện thêm sản phẩm mang lại, homogeneity và xác thực, đặc biệt là nơi mà các kháng thể được tiêm vào con người cho bệnh nhân. Một thách thức thực tế còn lại là việc thực hiện các quy mô lớn sản xuất và chế biến theo điều kiện thực hành sản xuất tốt mà chưa được xác nhận của cơ quan quy định. Các quy định hiện nay không chắc chắn và các chi phí liên quan đến đại diện cho mục mới trở ngại cho các ngành công nghiệp dược phẩm. Tuy nhiên, những thuận lợi tài sản của cây có khả năng để làm cho cây trồng một hệ thống 4
hữu ích thay thế cho nhỏ, trung và sản xuất quy mô lớn trong suốt sự phát triển mới dựa vào dược phẩm kháng thể. Từ 1983, tiến bộ trong lĩnh vực sản xuất kháng thể trong cây trồng đã tăng mạnh, và nó được dự kiến trong tương lai gần, rất nhiều những con người cần thiết antibodies sẽ có một nguồn gốc như là một plantibody 2.2. Nguồn gốc Chúng ta đã nhìn thấy thực vật hoang dã ở ruộng hoang và đất hoang, không ít cây trên to dưới nhỏ, cành lá yếu ớt, có một số quả rất nhỏ mà chua. Nhìn bên ngoài chúng cũng tương đương với thực vật được trồng. Nhưng những người làm công tác khoa học lại có cảm tình sâu sắc với chúng. Họ xem trọng điểm nào của thực vật hoang dã? Thực vật hoang dã có một ưu điểm vô cùng quý báu, ưu điểm này được các nhà thực vật học gọi là “Tính kháng chọi mạnh”. Cái gọi là tính kháng chọi là chỉ khả năng chống lại những bất lợi trong môi trường sống của chúng. Trong giới tự nhiên, thực vật đang tồn tại khi gặp phải những điều có hại cho sự sống của chúng thì chúng luôn muốn tìm cách để 5
chống lại. Trong những thực vật khác loài, đặc biệt là giữa những loài thực vật được trồng và những loài thực vật mọc hoang thì khả năng đối kháng được biểu hiện ra không giống nhau. Có người đã từng làm một số thử nghiệm, trong cùng một điều kiện, khả năng kháng bệnh đậu đen giữa nho mọc hoang và cây nho trồng rõ ràng là khác nhau. Khi lá nho hương hoa hồng được trồng đã đầy vết ban đen của bệnh đậu đen thì gai nho và lông nho mọc hoang gần như không có vết ban đen. Đây là do nguyên nhân nào? Đó là vì thực vật mọc hoang từ một hạt mọc thành một cây, từ trước tới giờ không ai vun trồng và quản lý nhưng lại có rất nhiều kẻ thù tấn công, như mưa, gió, tuyết lạnh, hạn hán lũ lụt, bệnh tật và sâu hại luôn muốn tìm cách bóp chết sinh mạng của chúng. Để tiếp tục sinh tồn, bắt đầu từ thời tổ tiên, từ thế hệ này đến thế hệ khác luôn luôn phải đấu tranh với kẻ thù vô tình, dần dần hình thành khả năng kháng bệnh cực mạnh để thích ứng với môi trường chúng thường phải đưa ra nhiều kiểu biến đổi về cấu tạo hình thái bên ngoài và cơ năng sinh lý bên trong của chính mình để thích ứng. Ví dụ nhiều loại thực vật mọc hoang hoặc là toàn thân hoặc là lá đầy lông, có loại thì đầy gai, có loại thì chứa độc. Toàn bộ những thứ này đều giúp cho chúng có thể đấu tranh tốt hơn để chống lại kẻ thù. Những ưu điểm này của thực vật mọc hoang đã nói rõ sức sống và sức chiến đấu của chúng đều rất mạnh mẽ. Nhưng những thực vật trồng thì lại không như vậy, chúng từ nhỏ đến lớn đều được sự chăm sóc, quan tâm của con người, thiếu sự rèn luyện cho tính đối kháng, một khi nguy hiểm đến thì không chịu được, thậm chí bị chết. Những người làm công tác nuôi trồng thực vật cực kỳ coi trọng ưu điểm có tính kháng cự cực mạnh của thực vật mọc hoang. Họ thường thông qua con đường lai giữa loại được nuôi trồng và loại mọc hoang để tạo ra những chủng loại tốt và được nhiều người hoan nghênh, những thực vật có tính kháng cự kém được cải tạo thành những loại mới có chất lượng tốt và tính kháng cự mạnh. Do đó, tất cả những loại thực vật mọc hoang trên đất cằn cỗi trên núi không chịu đựng gió mưa, mà là chúng được lớn lên trong khí hậu khắc nghiệt. Chúng ta phải đặc biệt coi trọng vốn quý báu của tài nguyên phong phú, lợi dụng 6
triệt để ưu điểm là tính kháng bệnh mạnh này của chúng, tạo ra giống lai để đưa ra nhiều loại mới, giúp ích cho nhân loại. 2.3. Phân loại • Phytostabilization độc tố thực vật - the use of plants to minimize contaminant movement off-site . • Rhizofiltration (Phytofiltration) - sự hình thành (mọc rễ) using plants to clean aqueous environments. • Phytovolatilization - using plants to volatilize absorbed contaminants into the atmosphere. • Phytoextraction - sự phát sinh thực vật - exploiting the metal-accumulating ability of plants to clean polluted soils • Rhizodegaradation 2.3.1. Phytostabilization (độc tố thực vật) 7
Phytostabilization là một quá trình vegetating mine tailings với đầy đủ các phạm vi bảo hiểm để giảm gió và nước erosion. Nó sẽ tích lũy kim loại trong các khu căn chứ không phải là để trích xuất chúng vào ở trên-ground biomass. Để tìm hiểu làm thế nào cây gốc- microbe ảnh hưởng đến các hiệp hội kim loại speciation trong mỏ tailings chúng tôi là coupling vĩ mô ướt phương pháp hóa học với số lượng lớn và cả hai đã giải quyết spatially-(EXAFS, FTIR, XRD) spectroscopic kỹ thuật. Mục đích: với hàng ngàn unvegetated, xúc tailings piles trình bày một nguồn contamination cho cộng đồng lân cận. Tailings sử dụng các trang web trong arid và semiarid môi trường được đặc biệt là tùy thuộc vào eolian dispersion và nước erosion. Phytostabilization, việc sử dụng cho cây trồng trong situ ổn định của tailings và kim loại contaminants, là khả thi để thay thế cho tốn kém remediation thực hành. Gi ới thi ệu Mine tailings, hoặc mill tailings, là các vật liệu còn lại sau khi khai thác và beneficiation của ores. Điều gì ngăn cản tự nhiên revegetation của tôi tailings? Nó thường là một sự kết hợp các yếu tố bắt đầu bằng kim loại độc tính. Tailings được nâng lên concentrations đặc trưng của các kim loại như: arsenic, cadmium, đồng, mangan, chì, kẽm và (1-50 g / kg) (Boulet và Larocque 1998; Bradshaw et al. 1978; Walder Chavez và 1995). Ngoài ra, tailings chứa hữu cơ không có vấn đề hoặc macronutrients, và thường là vật acidic pH, mặc dù một số có thể được tailings Alkaline (Johnson và Bradshaw 1977; Krzaklewski và Pietrzykowski 2002). Đối với những lý do này, tailings đất vẫn bình thường mà không có cấu trúc và hỗ trợ một nghiêm nhấn mạnh heterotrophic microbial cộng đồng (Mendez et al. 2007; Southam và Beveridge 1992). Do đó, các microbial cộng đồng là vô cùng thấp trong loài phong phú và đa dạng sử dụng khí carbon so với uncontaminated đất (Moynahan et al. 2002). Hơn nữa, autotrophic sắt và sulfur-oxidizing vi khuẩn thống trị của cộng đồng trong tế bào microbial nhiên liệu mine tailings và được liên kết với các cây trồng chết trong acidic tailings (Schippers et al. 2000). 8
Hôm nay, containment bề mặt của tailings vẫn là một trong embankments thường sử dụng phương pháp tiếp cận. Năm 1995 nó đã được ước tính trên một cơ sở hàng năm hơn 700 triệu kg trong mỏ kim loại được tailings BỎ về đất đai (Warhurst 2000). Ngoài ra, tailings có thể được trả lại cho tôi (trong pit-lưu trữ hoặc backfilling) hoặc trộn lẫn với chất thải coarse mỏ (đồng sử dụng). Trong arid và semiarid vùng, khô-stacking các cơ sở được phổ biến nhất mà tailings được sấy khô, lây lan ra, và compacted. Tuy nhiên, họ vẫn không ổn định và tùy thuộc vào eolian dispersion và nước erosion với tiềm năng contaminate lân cận cộng đồng và môi trường các khu vực nhạy cảm (Gonzalez và Gonzalez-Chavez 2006; Schwegler 2006). Một số quốc gia uỷ thác cho các công ty khai remediate hoặc chứa tailings piles, trong khi những người khác không có những yêu cầu và vẫn còn cho phép của tôi Trao tailings vào cơ quan của nước, do đó tăng các vấn đề hiện tại của hàng ngàn bỏ tôi tailings trang web trên toàn thế giới (Coates 2005; Munshower 1994) . Khởi công xây dựng trên đất impoundments cho tôi tailings lưu trữ ngày càng problematic trong arid và semiarid khu vực. Công tác phòng chống gió erosion-wetting của bề mặt không phải là thực hành trong các môi trường, đặc biệt là sau khi closure khai các hoạt động kinh doanh. Vì vậy, tailings đáng kể là một nguồn ô nhiễm không khí trong các hình thức particulate vấn đề về đo lường trong số thập phân ≤ 10 μm (PM10) và ≤ 2,5 μm (PM2.5), đường kính trong aerodynamic (Schwegler 2006). Ngắn hạn với các khách hàng particulates (PM2.5/10) có thể dẫn tới bệnh tật và thậm chí tử vong Premature trong những người có bệnh tim hay phổi, điều kiện hô hấp, và giảm chức năng phổi, trong khi lâu dài với các khách hàng sử dụng tốt particles có thể đẩy nhanh và ung thư phổi gây ra các bệnh hô hấp mãn tính ở trẻ em (US EPA 2006). Đo lường của PM2.5/10 được theo dõi trong thời gian gần đây thành lập khai các hoạt động trong một số quốc gia, nhưng sẽ không được theo dõi cho tôi bỏ tailings sử dụng các trang web mặc dù một liên kết đến vấn đề sức khỏe hô hấp và mức độ gần nhau của các trang web để sử dụng con người dân. 9
Tuy nhiên, vẫn còn tailings vật liệu còn lại sau khi tái sản xuất (reprocessing) và phải được ổn định trong một số cách. Nói chung, kỹ thuật truyền thống remediation khoảng từ khoảng US $ 1,50-450 cho mỗi m3 cho tôi tailings chứa chất thải của nhạc rock hay cemented backfilling (Berti và Cunningham 2000; Evans và Willgoose 2000). Một công nghệ nổi (môi trường remediation), phytostabilization, có thể giảm chi phí này vào một dự kiến US $ 0,40-26 cho mỗi m3 cho revegetation một mình hoặc cho lined và revegetated repositories (Ford Walker và 2003).er 2003). Ước remediation. Theo các công nghệ cho remediation của tôi tailings đã tập trung vào vật lý và hóa chất ổn định. Vật lý ổn định đòi hỏi phải bao gồm chất thải của tôi với một innocuous vật chất, chất thải thông thường từ khai hoạt động kinh doanh đá, sỏi, topsoil giáp từ một trang web, hoặc một đất sét Capping, để giảm gió và nước erosion. Những giải pháp này thường tạm thời trong bản chất vô thường, do sự phát triển của các quá trình Capping (Johnson và Bradshaw 1977). Ví dụ, đất sét trong arid mũ và môi trường semiarid crack từ wetting khô trong chu kỳ củng cố và người nghèo của các tailings do của họ cao salinity (Newson và Fahey 2003; Swanson et al. 1997). Hóa chất ổn định nhằm mục đích ngăn cản gió và nước erosion bằng cách sử dụng một hóa chất như là một đại lý lignin sulfonate hay một resinous adhesive để tạo thành một crust qua tailings, cũng tạm ổn định kỹ thuật, như các crusts có thể thất bại (Tordoff et al. 2000). Gần đây, reprocessing di tích lịch sử tailings vật liệu sử dụng nhiều công nghệ tiên tiến để giảm concentrations kim loại và độc tính đã được coi là kinh tế và trong một số trường hợp (Warhurst 2000). Phytostabilization như là một chiến lược remediation. Phytostabilization tạo ra một vegetative cap cho lâu dài và ổn định containment của tailings. Canopy cây phục vụ để giảm eolian dispersion khi gốc cây ngăn nước erosion, immobilize kim loại của adsorption hoặc tích lũy, và cung cấp một rhizosphere mà precipitate kim loại và ổn định. Không giống như phytoextraction, hoặc hyperaccumulation của kim loại vào shoot / gốc mô (Ernst 2005), phytostabilization chủ yếu tập trung vào sequestration của các kim loại 10
trong rhizosphere, nhưng không có trong cây mô (Hình 1). Do vậy, trở nên ít bioavailable kim loại và vật nuôi, động vật hoang dã, và tiếp xúc của con người là giảm (Cunningham et al. 1995; Munshower 1994; Wong năm 2003 Phytostabilization của tôi tailings trong arid và semiarid môi trường liên quan đến việc sử dụng hạn hán, muối, và kim loại-khoan dung đối với cây trồng immobilization của kim loại nặng trong tailings substrate. Trên lý thuyết, kim loại bioavailability (và qua đó độc tính) sẽ giảm xuống như cây tạo điều kiện để các Precipitation của kim loại để ít tan hình thức, ví dụ, kim loại sulfides hoặc carbonates kim loại, kim loại phức tạp với các sản phẩm hữu cơ, kim loại sorb gốc lên bề mặt, và tích lũy kim loại vào gốc mô (Cunningham et al. 1995; Wong năm 2003). Hơn nữa, sự hiện diện của cây trong tailings tôi nâng cao tinh heterotrophic microbial cộng đồng, trong đó có thể, lần lượt, thúc đẩy cây tăng trưởng, và tham gia vào các kim loại ổn định (Glick 2003; Mendez et al. 2007; Mummey et al. 2002). Các Mục tiêu cuối cùng cho thành công phytostabilization là lâu dài succession của cây trồng trong cộng đồng của tôi tailings đất để thúc đẩy phát triển các quy trình, microbial đa dạng, và cuối cùng, để phục hồi lại chức năng hệ sinh thái đất đến một nhà nước tự phát triển bền vững.y. Cây yêu cầu của ứng cử viên cho phytostabilization. Phytostabilization của tôi tailings trong arid và semiarid môi trường đòi hỏi phải thiết lập một cộng đồng đa dạng của cây trồng bao gồm cả hạn hán, kim loại, khoan dung và muối-cây không hyperaccumulate kim loại của mối quan tâm vào shoot mô. Phytostabilization lý tưởng cho các ứng viên phải được các khu vực trong đó có tôi tailings đang được tìm thấy, vì chúng có tồn tại phát triển các cơ chế phù hợp với khí hậu của arid thô và semiarid môi trường. Một phụ nhưng cũng quan trọng đáng quan tâm là việc sử dụng các bản giới thiệu những cây tránh nonnative và có khả năng xâm loài có thể có kết quả giảm trong khu vực cây đa dạng. Đến nay, nhiều lĩnh vực thử nghiệm đã không lấy lợi thế của các cây đa dạng, dẫn đến người nghèo và đất trồng colonization điều kiện 11
Lựa chọn của nhiều loại cây lâu năm grasses, shrubs, và cây cho revegetation của tôi tailings là rất quan trọng cho phytostabilization. Grasses cung cấp một cách nhanh chóng che phủ đất và tạm thời hạn eolian dispersion của tailings, trong khi shrubs cây và trở thành thành lập (Williams và Currey 2002). Shrubs và cung cấp một cây rộng lớn bao gồm canopy và thiết lập một mạng lưới sâu gốc để ngăn chặn erosion qua lâu dài. Hơn nữa, bao gồm nội dung đó của các thói quen duy trì tốc độ tăng trưởng và các chức năng đa dạng loài. Shrubs hoặc cây dinh dưỡng cao, cung cấp một môi trường cho các grasses, trong khi độ ẩm giảm bớt căng thẳng và cải thiện đất vật lý tính đặc thù trong việc arid và semiarid khí hậu (Belsky et al. 1989; Tiedemann và Klemmedson 1973, 2004). Ngoài ra, việc thành lập các nhóm khác nhau chức năng làm tăng năng suất và sản lượng cây trồng. Mặc dù một số cây trồng có thể thống trị các hệ sinh thái, vì áp lực của chọn lọc, sự hiện diện và hiệu quả của công tác ít loài phong phú vẫn còn đáng kể trong việc thúc đẩy tự bền vững của hệ sinh thái (Tilman et al. 2001). Arid và semiarid loại đất này thường Saline, như bay hơi vượt quá tỷ lệ mưa và bắt nguồn từ thiên nhiên salts Saline mưa, unweathered khoáng chất, và fossil salts. Trong tôi tailings hoạt động trong vòng arid và semiarid môi trường, Saline Groundwater thường được sử dụng trong quá trình beneficiation, mà sẽ trở thành hypersaline giống như nó được tái sinh trong suốt chế biến quặng. Như tailings khô, muối crusts mẫu trên bề mặt (Munshower 1994; Newson và Fahey 2003). Vì vậy, halophytes (muối-khoan dung cây) là có giá trị đặc biệt là trong phytostabilization. Chenopodiaceae các thành viên trong gia đình, cụ thể Atriplex spp., Là rất cao muối khoan dung và phục vụ như pioneer loài mỏ trên tailings trong semiarid Tây Úc và được sử dụng trong revegetation của tôi tailings trong Tây Hoa Kỳ (Glenn et al. 2001; Jefferson 2004; Rosario et al. 2007). Khác halophytic shrubs được đề nghị trong Tây Hoa Kỳ đang có creosote bush (Larrea tridentate DC., Zygophyllaceae) và sa mạc broom (Baccharis sarothroides xám, Asteraceae). Ngoài ra, cây leguminous rằng phục vụ như là một nitơ cung cấp chẳng hạn như cây xiêm gai spp. và Prosopis spp. đã được báo cáo là thành công colonizing tôi tailings ở miền Tây Hoa Kỳ (Ngày et al. 1980). 12
Cây được sử dụng cho phytostabilization phải được metallophytes (kim loại-khoan dung cây), nhưng những người thân mà không tích lũy tích lũy kim loại hoặc hạn chế cho mô gốc. Mặc dù metallophytes đã phát triển các cơ chế để cản trở translocation của kim loại trong các cây trồng trên đất quần chúng, có thể vẫn còn là một quá nhiều tập trung cao của kim loại trong các vật liệu shoot. Có một số cách để đo lường và trình bày kim loại tích lũy trong cây. , Bao gồm: a) bioconcentration yếu tố (BF), hoặc có yếu tố tích lũy (AF) = (tổng số phần tử tập trung trong tế bào shoot ÷ tổng số yếu tố tập trung ở mỏ tailings) và b) translocation yếu tố (TF) hoặc shoot: gốc (S: R) = Tỉ lệ (tổng số phần tử tập trung trong tế bào shoot ÷ tổng số yếu tố tập trung trong các tế bào gốc). Lý tưởng là những giá trị này sẽ là
phytostabilization và hiểu biết của họ tích lũy các mẫu kim loại, trong đó có các khu vực nghiên cứu bổ sung tuùc là cần thiết cho việc trong cùng lĩnh vực. Việc triển khai thực hiện các Phytostabilization Một nghiên cứu gần đây kiểm tra kim loại uptake của Lygeum spartum trồng từ hạt hoặc rhizomes trong tailings trong một nghiên cứu Hoa (Conesa et al. 2007). Những cây trồng từ hạt đã tăng đáng kể chi tiết kim loại trên cây trồng từ rhizomes. Tuy nhiên, cây thu thập được từ các trang web tailings chính nó cho thấy một trong những thứ tự của magnitude chưa tích lũy kim loại. Các tác giả ra được các điều kiện mà Hoa (độ ẩm cao hơn nội dung và homogeneity của tailings) có khả năng ảnh hưởng kết quả của nghiên cứu. Hạt giống so với transplants. Nói chung, trực tiếp sản xuất seeding hơn patchy thực vật bằng cách sử dụng bao gồm hơn transplants. Tuy nhiên, mặc dù việc sử dụng các transplants sản xuất các kết quả tốt hơn, phương pháp tiếp cận này là sử dụng nhiều lao động, và điều này là một trong những yếu tố đó phải được cân nhắc cho mỗi trang web. Ngoài ra, có thể được seeding như đã chứng tỏ thành công của một tin tại trang web của tôi tailings Zimbabwe trong đó có 40% thực vật đã được che phủ đạt được với một hỗn hợp của grasses, herbaceous legumes, và cây và một điều trị duy nhất của phân bón NPK Sửa đổi. Vì việc bổ sung các topsoil sửa đổi hữu cơ với vật chất và chất dinh dưỡng không phải là kinh tế rộng rãi cho các mỏ tailings trang web, các sửa đổi thường được sử dụng như là một thay thế. Hữu cơ được giúp đỡ để sửa đổi ngay lập tức giảm bioavailability kim loại, cung cấp một bản phát hành chậm-phân bón, và phục vụ như là một microbial inoculum. Ngoài ra, các vấn đề cải thiện kết cấu đất, làm giảm erosion, và tăng infiltration. Các vật chất hữu cơ có thể được gồm gỗ vụn, rơm, biosolids, composted chung với rác sinh hoạt, hoặc phân (Munshower 1994). Các-bon-to-nitơ (C: N) Tỉ lệ của các sửa đổi cần khoảng từ 12:1 đến 20:1 để ngăn chặn tỷ lệ cao của vật chất hữu cơ 14
decomposition nitơ và tiêu thụ của các microbial cộng đồng. Ví dụ, sửa đổi uncomposted hữu cơ như woodchips chứa cao C: N ratio, do vậy, nitơ có thể trở thành immobilized và dài hạn cản trở thành cây trồng (Văn Rensburg và Morgenthal 2004). Việc bổ sung các thương mại để phân tailings của tôi đã được hiển thị để tăng cường tốc độ tăng trưởng cây trồng thử nghiệm tại Hoa (Mendez et al. 2007; Munshower 1994; Schippers et al. 2000; Schroeder et al. 2005; Southam và Beveridge 1992). Cũng như ngày càng tăng với mức độ pH phân sửa đổi, có một sự giảm xuống trong số lượng và chất sắt-sulfur- oxidizers quy cho sản xuất axit và thực vật chết trong pyritic tailings. Hơn nữa, phân có thể tăng khả năng giữ nước và trao đổi năng lực của các ca thi on mine tailings Biosolids cũng đã được sử dụng như là một sửa đổi ameliorate thô các điều kiện của tôi tailings. Ví dụ, biosolids thành công cây trồng tăng tốc độ tăng trưởng trong một mỏ vàng tailings lĩnh vực thử nghiệm ở New Zealand (Mains et al. 2006a). Anaerobically digested biosolids được ưa thích để aerobically điều trị biosolids nitơ cao hơn vì nội dung và tăng cường lớn hơn tốc độ tăng trưởng của cây trồng như là kiểm tra trong một mỏ đồng tailings trang web (McNearny 1998). Tuy nhiên, biosolids có thể chứa phytotoxic cấp của kim loại, tùy thuộc vào các nguồn tài liệu (Munshower 1994). Ngoài ra, biosolids sửa đổi không phải là thường ecologically thiết trong các khu vực nhạy cảm. Một trong những khu vực mà yêu cầu là nghiên cứu bổ sung tiềm năng cho các tốc của kim loại leaching thông qua việc bổ sung các phân hoặc biosolids (Burckhard et al. 1995; Pond et al. 2005). Phòng thí nghiệm nghiên cứu đã chứng tỏ tiềm năng tăng cường cho leaching của Zn từ mỏ tailings sau khi bổ sung các axit hữu cơ mô hình, ví dụ, oxalic hoặc axit citric, được tìm thấy trong rhizosphere (Burckhard et al. 1995). Một nghiên cứu kiểm tra thứ hai của leaching Cư, nickel, và Zn từ biosolid-sửa đổi tailings từ bốn trang web trong miền Nam, Arizona. Nghiên cứu này đã được thực hiện theo các điều kiện phòng thí nghiệm, và kết quả cho thấy, đối với ba trong số tailings, trong đó có circumneutral pH, kim loại leaching chỉ tăng chút ít. Đối với những người thứ tư, acidic tailing, kim loại leaching tăng lên đến 3-gấp cho Cư và lên đến 100-gấp cho Zn. Cần lưu 15
ý rằng cả các nghiên cứu đã được thực hiện qua ngắn hạn, và trong hành với sự có mặt của cây. Ngoài ra các inorganic phân bón phải được hạn chế, như là các thực vật được sử dụng cho phytostabilization của tôi tailings trong arid và semiarid môi trường có xu hướng được điều chỉnh phù hợp để chất dinh dưỡng thấp và có xu hướng đáp ứng một cách khác nhau để phân bón đầu vào (Piha et al. 1995). Hơn nữa, nếu hữu cơ được sửa đổi bổ sung, có một khả năng đầy đủ hoặc gần đầy đủ các chất dinh dưỡng đã tập trung nay (Munshower 1994; Văn Rensburg và Morgenthal 2004). Một trong những trường hợp ngoại lệ này là phosphorous phân bón, trong đó có thể là cần thiết để alleviate phosphorous deficiency do sự hình thành của kim loại-insoluble Phosphates; như vậy, điều quan trọng là phải xem xét phosphorous phân bón để alleviate phosphat thiếu. Tuy nhiên, việc bổ sung các phosphorous sửa đổi có thể tăng arsenic uptake vào cây, cũng như leaching trong tôi, vì tailings phosphat behaves chemically tương tự như arsenate (Mains et al. 2006b). Trong rất acidic tôi tailings, vôi có thể được yêu cầu để neutralize acidification, tuy nhiên, không có vật chất hữu cơ Ngoài ra, các trang web liên tục có thể yêu cầu đầu vào của vôi để duy trì một pH> 5 Thuỷ lợi. Mặc dù hạn hán-khoan dung cây phải được sử dụng trong phytostabilization, thủy lợi đầu tiên thường là cần thiết để hỗ trợ cây trồng thành lập. Nếu hạt giống được gieo trực tiếp vào tailings mỏ, đặc biệt là các công trình thủy lợi là rất quan trọng. Tuy nhiên, với đặc biệt lập kế hoạch, các địa điểm từ xa của hạt có thể được tận dụng theo mùa mưa (Piha et al. 1995). Nhỏ giọt thuỷ lợi cho ít nhất 3-6 tháng hoặc cho đến khi trở thành cây trồng được thành lập đã chứng minh là mang lại thành công trong việc revegetation của tôi tailings (Tordoff et al. 2000; Williams và Currey 2002). Tuy nhiên, công trình thủy lợi cần được giới hạn cho cả chi phí và dependence của cây trồng cộng đồng về sự tồn tại của nước Đánh giá của thành công revegetation. Phần lớn các nghiên cứu phytostabilization trong arid và semiarid môi trường đã tập trung vào việc phát triển cây trồng biến như biomass 16
cây trồng và bao gồm phần trăm, tuy nhiên, các phương pháp đánh giá thành công revegetation phải được cân nhắc cho lâu dài phục hồi chức năng của tôi tailings (Phụ lục 1). Ví dụ, cây nên có khả năng tự phổ thành công mà không có thêm các yếu tố đầu vào. Ngoài ra, loài thực vật không phải là con hạt hoặc transplanted nên bắt đầu colonize khu vực. Như đã đề cập trước đó, như đã nêu ở trên cây-ground biomass có thể là nguồn gốc của kim loại xúc foraging cho động vật (Castro-Larragoitia et al. 1997; Gỗ et al. 1995). Do đó, độc tính giới hạn hình trong nước phải được quan sát để ngăn chặn thêm contamination của các hệ sinh thái. Ngoài ra, microbial cộng đồng đã được bỏ qua phần lớn trong lĩnh vực nghiên cứu trong vòng arid và môi trường semiarid (Mummey et al. 2002). Tuy nhiên, các heterotrophic microbial cộng đồng có thể được liên kết với cây trồng thành lập, và các cây trồng-microbe tương tác rất quan trọng để thúc đẩy phát triển dinh dưỡng đi xe đạp, tập hợp đất, và dinh dưỡng cây trồng uptake (Bearden và Petersen 2000; Mendez et al. 2007; Moynahan et al. 2002; Rosario et al. 2007). Heterotrophic microbial số điện thoại phải tăng lên, thay thế chi phối hiện diện của autotrophic sắt và sulfur-oxidizing vi khuẩn, một cộng đồng các vi sinh có phát một vai trò quan trọng trong acidification của tailings. Ngoài ra, cơ cấu đất phải cải thiện với một heterotrophic phục hồi của các vi sinh và tái chế các vật chất hữu cơ. Một trong những khía cạnh quan trọng thiếu phần lớn từ các xuất bản văn học là thông tin về lâu dài thành công của phytostabilization. Hầu hết các nghiên cứu được chấm dứt sau 1-2 năm. Mặc dù hữu cơ được sửa đổi favored cho khả năng của họ ngay lập tức giảm kim loại bioavailability, weathering decomposition và hữu cơ của residues tháng năm cuối cùng là nâng cao khả năng di kim loại (Pierzynski et al. 2002; Pond et al. 2005; Tordoff et al. 2000). Ví dụ, Pond et al. (2005) cả hai circumneutral kiểm tra và acidic đồng của tôi tailings từ Arizona trong một mô phỏng weathering học. Ngoài ra các biosolids giảm concentrations của đồng, nitrate, và sulfate trong leachate từ acidic tailings mẫu nhưng hơi gia tăng và đồng arsenic trong leachate từ circumneutral mẫu so với concentrations trong unamended tailings Hơn nữa, trong ngắn hạn nghiên cứu, kim loại có sẵn dựa trên cây tích lũy kim loại có thể là lừa gạt. Ví dụ, một nghiên cứu của một 17
năm 20-uranium phục hồi trang web ở Úc chỉ tăng kim loại di trong đất bề mặt và tăng tích lũy kim loại cây trồng (Lottermoser et al. 2005). Như những nghiên cứu đề xuất, bổ sung lâu dài nghiên cứu về hóa chất nhà nước của tailings và các cây trồng rất quan trọng để xác định phytostabilization thành công. Kết luận Hiện tại phytostabilization nghiên cứu trong arid và semiarid môi trường được giới hạn và không chỉ có một số vấn đề quan trọng. Ví dụ, cây tích lũy kim loại chưa được tài liệu trong phần lớn các lĩnh vực nghiên cứu (Johansson et al. 2005). Điều này đặc biệt quan trọng trong việc xác định lâu dài số phận của cây trồng thành lập cũng như các kim loại contaminants. Ngoài ra, có thể truy cập dễ dàng các thông tin cần thiết trên phạm vi của kim loại trong metallophyte loài khoan dung cho phù hợp với tốc độ tăng trưởng trong tôi tailings; số tiền tối thiểu của các sửa đổi cần thiết cho cây trồng thành công thành lập; và nước yêu cầu tối thiểu cần thiết cho việc thành lập thành công cây trồng. Đó là khả năng là một thí điểm, học tập, thực hiện để tối ưu hóa sự lựa chọn của thí sinh loài và số lượng tăng trưởng điều chỉnh cho mỗi tailings trang web cụ thể, có thể là cần thiết để giảm bớt chi phí và cuối cùng là làm cho việc triển khai thực hiện thành công của phytostabilization Cuối cùng, số phận lâu dài của kim loại trong revegetated tailings chưa được khai thác đầy đủ. Thông tin đó là cần thiết để giúp đánh giá hiệu quả của phytostabilization vĩnh viễn trong việc giảm độc tính kim loại, trong việc thúc đẩy cây trồng succession, và trong việc thúc đẩy sự hình thành cấu trúc của đất và tài sản trong tailings nguyên vật liệu. Nói tóm lại, phytostabilization của tôi tailings trong arid và semiarid khu vực có tiềm năng hứa hẹn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng cây trồng thành lập trên tailings của tôi là có thể, và khi thành công, giúp giảm bớt các quy trình và tăng cường erosion đất hình thành tài sản. Mặc dù nó có thể không được có thể để tạo ra một hệ sinh thái tương đương với 18
các khu vực xung quanh uncontaminated, thành công có thể tạo một phytostabilization tự duy trì sinh học nắp với một hệ sinh thái mà attendant chặt chẽ hơn một phần đất cây lành mạnh môi trường. Xác định và hiểu biết quá trình này sẽ đòi hỏi thời gian dài tìm hiểu rằng nghiên cứu tương tác giữa các cây trồng và vật chất-microbial và hóa chất đặc tính của họ tailings như các các quy trình revegetation 2.3.2.Phytoremediation Phytoremediation là việc sử dụng các sinh hoạt cho các cây xanh trong situ có nguy cơ giảm và / hoặc xóa bỏ việc contaminants từ contaminated đất, nước, sediments, và không khí. Đặc biệt lựa chọn hoặc thiết kế cây trồng được sử dụng trong tiến trình. Giảm nguy cơ có thể được thông qua một quá trình xóa bỏ, suy thoái, hoặc containment của một contaminant hay một sự kết hợp của các bất kỳ điều nào trong những yếu tố này. Phytoremediation là một năng lượng hiệu quả, lòng aesthically phương pháp remediating các trang web có từ thấp đến mức độ vừa contamination và nó có thể được sử dụng trong conjuction với các chi tiết Remedial phương pháp truyền thống như là một bước để hoàn thiện các quy trình Remedial. 19
Một trong những lợi thế của phytoremediation chính là những chi phí tương đối thấp so với các phương pháp khác Remedial như moi lên. Chi phí của phytoremediation đã được ước tính là $ 25 - $ 100 một tấn đất, và $ 0,60 - $ 6,00 cho mỗi gallon 1000 về ô nhiễm nước với remediation của organics được cheaoer hơn remediation của kim loại. Trong nhiều trường hợp phytoremediation đã được tìm thấy sẽ được ít hơn một nửa giá của phương pháp thay thế. Phytoremediation cũng cung cấp một thường trú tại situ remediation hơn là chỉ đơn giản translocating là vấn đề. Tuy nhiên phytoremediation không phải là không có những lỗi lầm, đó là một quá trình mà phụ thuộc vào độ sâu của các gốc và khoan dung của các cây trồng cho contaminant. Phytoremediation thật là một genneric thuật ngữ cho một số cách, trong đó cây có thể được sử dụng để làm sạch lên contaminated đất và nước. Cây có thể bể xuống hoặc degrade ô nhiễm hữu cơ, hoặc gỡ bỏ và ổn định kim loại contaminants. Điều này có thể được thực hiện thông qua một trong những hoặc một sự kết hợp của các phương pháp được mô tả trong chương kế tiếp. Các phương pháp được sử dụng để phytoremediate kim loại contaminants đang có hơi khác nhau cho các trang web được sử dụng để remediate ô nhiễm hữu cơ với contaminants. 20