The use of plants to remove toxic metals from soil (phytoremediation) is emerging as a cost-effective alternative to conventional methods for the removal of heavy metals from contaminated soil. Indian mustard (Brassica juncea) was used as the plant to accumulate high tissue concentrations of lead when grown in contaminated soil. For this study, the application of an electric field combined effectively with EDTA-enhanced phytoremediation. A stimulation of direct and alternating electric potential was compared and EDTA-enhanced phytoremediation of lead using Indian mustard has been performed. The effects of experimental parameters such as operating voltage with different concentration of EDTA, the number of graphite electrodes, and cultivation period on the removal of toxic metal were studied. Shoot lead accumulations in Indian mustard increased as the concentration of EDTA and dc electric potential was increased. Two to four folds was increased when EDTA plus a dc electric potential was applied, compared to an ac electric potential. The maximum lead accumulation in the shoots was achieved by applying EDTA plus dc electric potential with 6 graphite electrodes.
Phytoremediation-the use of plants for the in situ treatment of contaminated soil and water-has recently emerged as an inexpensive and user-friendly alternative to traditional methods of environmental clean-up. The present article outlines the characteristics of phytoremediation based on accumulated research evidence, along with discussions on its advantages and disadvantages. It further reviews various mechanisms involved in the phytoremediation processes: phytoextraction, rhizofiltration, phytostabilization, phytovolatilization and phytodegradation. Along the way, the author summarizes examples of its applications to environmental pollution control. These include wastewater treatment, removal of heavy metals, and hydrocarbons, remediation of recalcitrant contaminants, phytoremediation of radionuclides, and application of transgenic plants for enhanced biodegradation and phytoremediation. The remainder of the article briefly concludes with directions for future research.
폐광지역 비소오염 토양에 이용될 식물상복원공법으로서 논에서 쉽게 발견되는 피의 적용가능성을 알아보고자 하였다. 식물을 이용한 토양 정화 공법이 가지는 장기간의 처리시간이 소요된다는 단점을 해결하고자 PSM(phosphate-solubilizing microbes)과 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)를 처리하여 그 상승효과를 관찰하였다. PSM을 처리한 시험구에서는 식물의 바이오매스가 증가하여 비교 시험구에 비하여 비소재거 효율이 약 16% 정도 증가하였다. EDTA 처리구에서는 토양 내 중금속의 이동성야 증가하여 BF(bioaccumulation factor) 는 증가하였으나, EDTA가 식풀의 성장을 저해해 오히려 제거 효율이 20% 정도 감소하는 결과를 가져왔다. 따라서 식물성복원공법에 PSM 및 EDTA의 처리는 식물의 비소 흡수를 어느 정도 증대시킬 수는 있으나, 특히 EDTA를 처리할 경우에는 처리 시기 및 처리량의 선택에 있어서 식물의 성장을 저해하지 않도록 해야 하며, 지속적인 모니터링이 요구된다는 결과를 얻었다.
Plants may enhance the remediation of munitions at contaminated soils using various natural processes. A computer model can be used as a valuable tool for assisting phytoremediation by predicting the transport and fate of target contaminants at remediation sites. For this research, modeling of phytoremediation and bioremediation of soil contaminated with 2, 4, 6-trinitrotoluene (TNT) was studied. Indian mallow (Abutilion avicennae) was grown in columns packed with 126mg TNT/kg contaminated soils for 50 days and a simulation model was developed to simulate the transport and fate of TNT and its breakdown products interacting with plant roots in a partially saturated soil. The column test showed the substantially enhanced reduction of TNT and greater soil microbial activity in Indian mallow planted soil compared to unplanted soil. The model successfully simulated the fate of TNT and by-products in phytoremediation. The results suggested that plants could provide favorable environments for reduction of TNT.
The contaminated soils near abandoned mine area can threaten human's health and natural ecosystems through multiple pathways. Remediation of contaminated soil using physicochemical technologies are expensive and destructive of soil environments. On the other hand, environmentally friendly approach that maximize biological remediation, that is, phytoremediation, attracts attention as a low carbon green growth technology. This research is a field demonstration study, focused on the enhanced phytoremediation by bioaugmenting PGPR(Plant Growth Promoting Rhizobacteria)that is helpful on the growth of and heavy metal removal by Echinochloa frumentacea, at a Zn contaminated paddy soil near SamBo mine at Hwasung, Kyunggi. The results showed that the zinc removal by the plant with PSM(Phosphate Solubilizing Bacteria), a kind of PGPR, was three times higher than that by the control. The results are valuable as it is a result from the field-scale technology demonstration. The results also implies that application of PGPR can enhance heavy metal removal from contaminated soil in full scale phytoremediation using Echinochloa frumentacea.
본 연구에서는 중금속오염 토양에 대하여 소량의 다양한 안정화제를 이용한 안정화공법과 식물정화증진공법을 동시에 적용하여 식물상 정화공법의 보조단계로 최적의 효과를 가진 안정화제를 알아보고자 하였다. 국내의 비교적 큰 규모의 중금속 오염토양인 제련소 오염토양을 대상으로 zeolite, Mn dioxide, slag, Ca oxide, 및 magnetite를 안정화제로 처리한 후 고사리과 식물을 이용한 식물상 정화증진공법 실험을 진행하였다. 안정화제 사용여부 및 종류에 따른 토양의 중금속 추출율을 확인하였으며, 식물시료의 성장 특성과 중금속 흡수율을 확인하였다. 안정화제 적용 시 토양의 용출율은 감소되었으며 중금속의 안정화가 이루어졌으며, magnetite, calcium oxide등의 안정화제가 좋은 효과를 보였다. 식물시료의 분석결과 Pb, Cu, Zn, 그리고 Ni등의 중금속은 식물의 뿌리 부분에 높은 농도로 농집 되는 것을 확인하였고, As의 경우 잎에 높게 농집 되는 것을 확인하였다. 안정화제를 투입한 결과 식물의 성장이 촉진되어 바이오매스생산량이 증대되었다. 안정화제는 식물상 정화공법이 적용되는 비교적 장기간 동안 토양 내의 중금속의 용출을 막아주며 식물의 성장을 촉진시켜 식물상 정화공법만을 사용할 경우 염려되는 오염의 유출 등의 식물상 정화공법의 단점을 보완해줄 것으로 판단된다.
A siderophore-producing bacterium (i.e., Pseudomonas aeruginosa) capable of chelating Fe3+ from its mineral form (i.e., iron oxides) was used to enhance As uptake by plants. Since As in soil is mainly associated with iron oxides, siderophore can play an important role in As mobilization through the dissolution of As-bearing iron oxides. A series of pot experiment using Pteris cretica showed that As removal by P. cretica with siderophore-producing bacteria addition increased more than three times compared to that without bacteria addition. Competition between indigenous bacteria and introduced bacteria (i.e., P. aeruginosa) was also observed, but such competition seemed not to be significant. This study suggests that enhanced-phytoremediation by siderophore-producing bacteria addition could be a visible option for longterm As removal in the forest area at the former Janghang smelter site.
토양중 중금속을 흡수해서 체내에 고농도로 축적할 수 있는 식물, 이른바 고축적식물(hyperaccumulator)의 발견으로 오염토양에 대한 식물복원(phytoremediation) 기술에 대한 많은 연구들이 수행되고 있다. 이들 연구의 방향은 크게 고축적식물의 중금속 축적 기작을 밝히기 위한 것과 축적효율을 높임으로써 복원 효율을 향상시키는 실용적인 기술개발로 나누어진다. 지금까지 고축적식물에 의한 중금속 축적 기작은 다섯 가지의 특이 기작으로 알려져 있는데, 1) 뿌리세포의 중금속 흡수 증진, 2) 식물체 조직내의 중금속 이동성 향상, 3) 중금속의 무독화(detoxification) 및 격리(sequestration), 4) 토양-뿌리 경계면에서의 중금속 유효도 증진, 그리고 5) 중금속 오염토양으로의 능동적인 뿌리의 성장 등이 이에 속한다. 일반적으로 토양 중 낮은 중금속 유효도는 식물복원 기술의 현장 적용에 있어 제한요소로 간주된다. 이를 극복하기 위해서는 위에 기술된 다섯 가지 기작 중 고축적식물의 뿌리가 근권 토양중 중금속의 화학변화에 미치는 영향을 이해하는 것이 매우 중요하다. 식물 뿌리에 의한 근권 토양의 pH 변화와 뿌리에서 나오는 분자량이 적은 유기산(low-molecular-weight organic acids, LMWOAs)과 같은 유기성 분비물은 근권부 토양의 화학적 특성을 변화시키고 결과적으로 중금속의 유효도를 변화시킨다. 예를 들어 뿌리에서 나오는 $H^+$ 이온은 토양 pH를 감소시키고 이에 따라 중금속의 유효도는 증가한다. 또한 고농도의 중금속에 노출된 뿌리는 많은 양의 유기물질을 분비하게 되고 근권 토양에 축적되는 이 유기물질은 토양중 중금속과 결합하여 유기복합물질(organo-metallic complexes)을 형성하면서 유효도를 증가시킨다.
Indigenous bacteria from poplar roots (Populus mnadensis var. eugenei, 'Imperial Carolina') and Southern Californian shrub rhizospheres as well as two tree-colonizing Rhizobium strains (ATCC 10320 and 35645) were genetically engineered to express constitutively and stably toluene o-monooxygenase (TOM) from Burkholderia cepacia G4 by integrating the torn locus into the chromosome. The poplar and Rhizobium recombinants degraded trichloroethylene (TCE) at 0.8-2.1 nmol/min.mg protein (initial TCE concentration, 10u M) and competitive against the unengineered hosts in wheat and barley rhizospheres for one month (colonization at 1-23 $\times$ 10$^{5}$ CFU/cm root). In addition, six of these recombinants colonized poplar roots stably and competitively with populations as high as 79 $\pm$ 12% of all rhizosphere bacteria after 28 days (0.2-31 $\times$ 10$^{5}$ CFU/cm root). Furthermore, five of the most-competitive poplar recombinants (e.g., Pb3-1 and Pb5-1 which were identified as Pseudomonas PsK) retained the ability to express TOM for 29 days as 100 $\pm$ 0% of the recombinants detected in the poplar rhizosphere had constitutive expression of TOM.
Kim, Young-Nam;Kim, Jiseong;Lee, Jeongeun;Kim, Sujung;Lee, Keum-Ah;Kim, Sun-Hyung
Journal of Plant Biotechnology
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제47권4호
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pp.324-329
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2020
Reed (Phragmites spp.) is a rhizomatous plant of the Poaceae family and is known as high tolerant plant to heavy metal contaminants. This plant is widely recognized as a Cd root-accumulator, but improved heavy metal tolerance and uptake capacity are still required for phytoremediation efficiency. To enhance capacity of hyperaccumulator plants, ethyl methane sulfonate (EMS) as chemical mutagen has been introduced and applied to remediation approaches. This study aimed to select EMS-mutagenized reeds representing high Cd resistance and large biomass and to investigate their ability of Cd accumulation. After 6 months cultivation of M2 mutant reeds under Cd stress conditions (up to 1,500 µM), we discovered seven mutant individuals that showed good performances like survivorship, vitality, and high accumulation of Cd, particularly in their roots. Compared to wild type (WT) reeds as control, on average, dry weight of mutant type (MT) reeds was larger by 2 and 1.5 times in roots and shoots, respectively. In addition, these mutant plants accumulated 6 times more Cd, mostly in the roots. In particular, MT8 reeds showed the greatest ability to accumulate Cd. These results suggest that EMS mutagenesis could generate hyperaccumulator plants with enhanced Cd tolerance and biomass, thereby contributing to improvement of phytoremediation efficiency in Cd-contaminated soil or wastewater. Further studies should focus on identifying Cd tolerance mechanisms of such EMS-mutagenized plants, developing techniques for its biomass production, and investigating the practical potential of the EMS mutants for phytoremediation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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