Mercury (Hg) tolerance and accumulation assay of a native plant species naturally growing on a highly Hg-polluted site in Romania

Stipendiatin/Stipendiat: Dana Emanuela Tiodar

Nicht biologisch abbaubare Schwermetalle sind ein allgegenwärtiger Bestandteil des Bodens, der entweder durch natürliche Prozesse entsteht oder sich durch menschliche Aktivität akkumuliert (Micó et al., 2006; Alloway, 2013; Kabata-Pendias, 2011). Bestimmte Minerale werden für das Überleben, Entwicklung und Wachstum von Pflanzen benötigt, jedoch wird die Metallaufnahme streng durch die Wurzeln der Pflanzen kontrolliert. Ein Überschuss an Mineralnährstoffen oder auch die Aufnahme nicht-essentieller Metalle beeinträchtigt Pflanzenwachstum und Ertrag erheblich. Quecksilber (Hg) ist eines der giftigsten Elemente für Pflanzen, da es bereits in sehr niedrigen Konzentrationen zu Toxizität führt. Sobald Hg in die Oberflächenschichten des Bodens gelangt, wird die Vegetation in diesen Gebieten spärlich. Mit Hg kontaminierte Böden stellen eine Bedrohung für die Umwelt dar, nicht nur durch Wertminderung jeglicher landwirtschaftlicher Böden oder eines erhöhten Risikos für die Luft/Wind Verbreitung dieser Metallpartikel, jedoch auch durch Pflanzen, die diese Böden besiedeln können, da Hg auf diese Weise in die Nahrungskette gelangt. Ebenfalls ist Hg toxisch für das Tierreich. Die Minamata-Krankheit umfasst unterschiedliche Krankheitssymptome, die durch die Aufnahme von Hg beim Menschen entstehen.

Hg kann als Nebenprodukt weniger weit verbreiteten Industriezweigen, die auf Verbrennung fossiler Brennstoffe oder dem aktiven Abbau von Hg beruhen, zu den oberflächlichen, organischen Schichten gelangen. Gelangt es in die globale Atmosphäre, kann Hg letztendlich wieder in die Böden gelangen (Pacyna et al., 2006). Obwohl in den letzten Jahren die Hg Emission auf dem europäischen Kontinent abnimmt, sind die negativen Folgen des umfassenden Einsatzes von Hg immer noch fortlaufend (Pirrone et al., 2010).

Um Hg verschmutze Böden nachhaltig wieder herzustellen, würde die zurzeit möglichst am wenigsten umweltschädigende Methode zur Extraktion des Hg benötigt. Eine vielversprechende Methode zur Beseitigung toxischer Metalle ist die Pflanzen vermittelte Bodensanierung (Ali et al., 2013; Liu et al., 2018; Montpetit and Lachapelle, 2017). Diese alternative biologische Strategie Pflanzen für die Aufnahme und Speicherung toxischer Metalle einzusetzen, ist auf eine auf natürliche Weise erworbene, beeindruckende Eigenschaft weniger, aber angepassteren  Pflanzen zurückzuführen. Pflanzen, die in der Lage sind Metalle zu akkumulieren sind selten in der Natur zu finden, aber perfekte Werkzeuge um einen bestimmten Schadstoff aus der Umwelt zu entfernen, den die Pflanze bereits kennt und angepasst hat, sowie tolerant diesem gegenüber ist.

Weltweit gibt es immer noch Orte mit gefährlichen Mengen an Hg. Trotzdem muss die Zukunft nicht dunkel aussehen, wenn wir einen genaueren Blick auf diese Pflanzen, die in der Lage sind jene Gebiete selbst zu besiedeln, werfen. Hierfür könnten die bereits wenigen unerforschten/ Pioneer Pflanzen, die jene Gebiete besiedeln, der Schlüssel für die Kontrolle des Hg Gehalts im Boden sein. Dieses Projekt ist darauf aus gerichtet das Potenzial zur Hg Akkumulation und/oder Stabilisierung einer nativen Pflanzenart zu untersuchen und zu bewerten, die in einem Hg verschmutzen Standort in Rumänien vorkommt und so potenziell zur Wiederherstellung und Sanierung der Böden an diesem Standort verwendet werden könnte.

 

Referenzen:

Ali, H., Khan, E., & Sajad, M. A. (2013). Phytoremediation of heavy metals—concepts and applications. Chemosphere, 91(7), 869-881.

Alloway, B. J. (2013). Sources of heavy metals and metalloids in soils. In Heavy metals in soils (pp. 11-50; 195-209). Springer, Dordrecht.

Kabata-Pendias, A., 2011. Trace Elements of Soils and Plants, fourth ed. CRC Press,Taylor & Francis Group, pp. 28-534.

Liu, L., Li, W., Song, W., & Guo, M. (2018). Remediation techniques for heavy metal-contaminated soils: principles and applicability. Science of the Total Environment, 633, 206-219.

Micó, C., Recatalá, L., Peris, M., & Sánchez, J. (2006). Assessing heavy metal sources in agricultural soils of an European Mediterranean area by multivariate analysis. Chemosphere, 65(5), 863-872.

Montpetit, É., & Lachapelle, E. (2017). New environmental technology uptake and bias toward the status quo: The case of phytoremediation. Environmental Technology & Innovation, 7, 102-109.

Pacyna, E. G., Pacyna, J. M., Steenhuisen, F., & Wilson, S. (2006). Global anthropogenic mercury emission inventory for 2000. Atmospheric environment, 40(22), 4048-4063.

Pirrone, N., Cinnirella, S., Feng, X., Finkelman, R. B., Friedli, H. R., Leaner, J., ... & Telmer, K. (2010). Global mercury emissions to the atmosphere from anthropogenic and natural sources. Atmospheric Chemistry & Physics, 10(13).

Förderzeitraum:
01.09.2020 - 31.10.2021

Institut:
Ruhr-Universität Bochum
Fakultät für Biologie und Biotechnologie
Lehrstuhl für Molekulargenetik

Betreuer:
Prof. Dr. Ute Krämer

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