Hallitse | Plantae |
---|---|
Luokka | Equisetopsida |
Alaluokka | Polypodiidae |
Tilaus | Salviniales |
Perhe | Salviniaceae |
Ystävällinen | Azolla |
Limaskasaniainen , azolle väärä filicule , azolla filicule väärä , väärä azolla saniainen tai saniainen vettä , on laji pieni saniainen kelluva vesi, kotoisin alueet lauhkean kuuma ja trooppinen , perhe on Salviniaceae (entinen Azollaceae ).
Se on kasvi, jokaosoittaa Euroopassa - paikallisesti ja tietyissä olosuhteissa (hidas ja melko rehevöity vesi) invasiivista kapasiteettiatai ainakin leviämisen . Se on kuitenkin osoittautunut käyttökelpoiseksi vihreänä lannana ja jätteen tai teollisuusveden, erityisesti raskasmetallien , vieroitusaineena.
Se on hyvin pieni saniainen , jonka halkaisija on noin 1-2 cm . Siinä on haarautunut juurakko, joka hajoaa kasvin kasvaessa. Hilseilevä fronds ovat hydrofobisia niiden yläosassa. Ne levittyvät vaakasuoraan veden pintaan kasvin kasvaessa. Nämä frondit ovat pieniä, vihreitä tai joskus vaaleanpunaisia, oransseja tai jopa punaisella sävyttäviä loppukesällä.
Heidän alapuoli on peitetty karvoilla.
Muiden Azolla-lajien tavoin Azolla filiculoides sisältää Anabaena- suvun symbioottisia syanobakteereja ; se voi siten kiinnittää typpeä ilmassa. Näillä bakteereilla voi olla tietty rooli selitettäessä väliaineen typen kiinnitys-, lisääntymis- ja detoksifikaatiokapasiteettia, osoitettu Azollassa, mutta se ei epäilemättä ole ratkaiseva metallien kiinnittymiskyvyn suhteen. Olemme todellakin tunnistaneet geenin, joka koodaa metalloproteiinia ( metallotioneiini (MT), proteiini, joka tunnetaan kyvystään sitoutua raskasmetalleihin monissa lajeissa). Laboratoriossa tämä geeni aktivoituu myrkyllisten metallien läsnä ollessa jopa symbiontibakteereista vapautuneissa atsollissa ( erytromysiinillä antibioottikäsittelyllä ).
Tämä heterosporoinen saniainen tuottaa sporokarppeja .
Laji, kotoisin Etelä-Amerikasta , on tuotu moniin osiin Vanhaa maailmaa, jossa se on naturalisoitunut ja joskus tullut invasiivinen (useissa osissa Länsi-Eurooppaa, Etelä-Afrikkaa, Trooppista Aasiaa, Australiaa, jossa sitä pidetään paikallisena tai sopeutuneena) ja Uusi-Seelanti .
Kun se on läsnä, se voi muodostaa tiheitä pesäkkeitä, jotka kelluvat lammet ja tietyt ojat , matot tai kanavat , siihen pisteeseen asti, että ne peittävät toisinaan koko pinnan.
Tämä kasvi ei siedä pakkasta. Alle 10 ° C , lauhkeilla alueilla suuri osa populaatioista kuolee talvella ja selviytyy silti vedenalaisten silmujen kautta, kunhan jälkimmäiset eivät ole juuttuneet jäähän.
Kasvunopeus korreloi veden lämpötilan kanssa noin 25 ° C: seen . Laboratoriotutkimukset kontrolloidussa ympäristössä ovat osoittaneet, että A. filiculoides kasvaa nopeammin (lineaarinen suhde) veden lämpötilan noustessa 10 ° C: sta 25 ° C: seen ( lämpöjakson ja valoperiodin ollessa 12h / 24).
Kasvu on edelleen korkea välillä 25 ja 35 ° C: ssa .
Se on täyden valon kasvi. Kasvuvahvistus, kun valon voimakkuus kasvaa, häviää tietyn kynnyksen ( valon kyllästymiskynnyksen ) yli lämpötilassa 100 uE / m² / s 10 ° C: ssa ; mutta tämä kynnys on selvästi korkeampi lämpötiloissa 35/25 ° C, vähintään 1000 µE / m² / s.
Se riippuu nitrogenaasin aktiivisuus kasvien, että kasvaa lämpötilan, kun se muuttuu 1 -10 ° C: ssa 20 -30 ° C: ssa . Kaikilla muilla tavoin typen kiinnittyminen ei lisäänny, jos insolaatiota lisätään 50: stä 1 000 µE / m² / s. Optimaalinen typensidonta tästä laitoksesta näyttää saavutetaan lämpötila-alueella välillä 15 -25 ° C ja 30 -40 ° C (ja valoisuuden 500 uE / m / s).
Yli 30 -40 ° C: ssa , nitrogenaasin aktiivisuus limaskasaniainen ei enää kasva. Kuitenkin, tutkijat huomasivat selvä vaikutus photoperiodism : jos saniaiset kasvatetaan alemmissa lämpötiloissa ja alistetaan sitten lisääntyy vähitellen lämpötilan simuloimalla keskipäivän kynnyksellä on päivittäinen sykli , nitrogenaasin aktiivisuus kasvaa. Sitten jälleen lämpötila 40 ° C, ja se pysyy korkealla, jos lämpötila nousee 45 ° C: seen. Samanlainen huippu nitrogenaasin aktiivisuutta havaittiin myös A.filiculoides kasvanut ulkona polttavan iltapäivisin (40 kohteeseen 45 ° C ).
Se korjataan paikallisesti ja jopa viljellään typen kiinnityskyvynsä vuoksi . Helppo korjata satoa, koska se kelluu, se voidaan sitten käyttää viherlannoitteen parantaa tuottavuutta kasvien kasvatettu vedessä, kuten riisiä (myös lauhkeilla vyöhykkeillä) tai vihannestuotteita . Sen viljely on tieteellisesti testattu kahden vuoden ajan kesanto tulva Californian riisipeltoja , että Sacramento laaksossa . Kokemus on osoittanut, että sen eksponentiaalinen kasvunopeus ja typpipitoisuus korreloivat korkeimman ilman lämpötilan kanssa helmikuun alun ja huhtikuun lopun välillä. Sen vuoksi sen läsnäoloa voitaisiin suosia lauhkealla ilmaston lämpenemisellä, jos talvien loppu lämpenee huomattavasti.
Keväällä annettu vihreä lanta 40 kg / ha kuivatun atsolan muodossa lisäsi riisipellon tuottavuutta 2 t / ha (verrattuna lannoittamattomiin vertailualoihin). Tämä tuottavuuden voitto oli samanarvoinen kuin sama määrä kemiallista typpilannoitetta (toimitetaan ammoniumsulfaatin muodossa ). Samassa tutkimuksessa 93 kg / h viherlannan lisääminen (keväällä 1978) kuivatun A. filiculoidesin muodossa antoi 46 päivän jakson aikana lisätä riisin tuottavuutta 2,6 t / ha eli 700% lisäyksestä, joka saadaan ekvivalentilla määrällä ammoniumsulfaattia. Nämä kokeet saivat tutkimuksen tekijät päättelemään, että 50% Kalifornian riisipeltojen käyttämistä typpilannoitteista voitaisiin korvata Azollalla.
Kolmen Azolla filiculoides -kannan viljelykokeet syrjäisiltä maantieteellisiltä alueilta ja A. pinnata -kanta tehtiin lähellä Napolia (Italia). He ovat osoittaneet, että tämän maan sadot sallivat myös paikallisen käytön orgaanisena lannoitteena. Atsolla-kasvu oli optimaalista luonnollisessa valossa (82 Klux) ja hieman happamasta neutraaliin pH-arvoon (5-7) ja A.filliculoides näytti hyötyvän tehokkaammin vähemmän insolaatiosta. Kun ihanteelliset pH-, lämpötila- ja valaistusolosuhteet täyttyivät, tuotettu biomassa kaksinkertaistui 2,7-3,3 päivän välein. Tällaiset sadot ovat verrattavissa Yhdysvalloissa tuotettuihin Azollan vihreän lannan tuotantoon.
Tästä huolimatta tämä kasvi on erinomainen raskasmetallien varaaja . Siksi se voi myös olla tekijä myrkyllisten tuotteiden (ei biohajoavien tai hajoavien) siirtymisessä.
Sen viljely vihreänä lannoitena kosteikoilla voi myös aiheuttaa ekologista epätasapainoa kahdesta syystä:
Jalometallien hinnalla on ollut taipumus nousta useita vuosikymmeniä, ja tietyt metallit, jotka ovat hyödyllisiä laskennassa tai tietyissä lääkehoidoissa ( erityisesti kemoterapiassa ), voivat heikentyä taloudellisesti. Jotkut näistä metalleista ovat myrkyllisiä ja ekotoksisia, jos ne päästetään ympäristöön. Siksi on tärkeää, että näitä metalleja voidaan erottaa paremmin kaivostoiminnasta tai teollisuuden jätevesistä kierrätyksen parantamiseksi.
Erilaisia menetelmiä testataan kohtuullisin kustannuksin niiden jalometallien poistamiseksi, joita on vähän jätevedessä. Menestyminen tässä aiheuttaa kaksinkertaisen ympäristöhyödyn (paljon parempi kierrätys, mutta myös ympäristön pilaantumisen hallinta, esimerkiksi kemoterapiaa saaneiden potilaiden virtsan kautta menetettyjen platinoidien (myrkyllisten) suolojen suhteen ).
Biokertyvyysmenetelmä käyttää kasveja tai sienet elävät kautta vastaavasti fytoremediaatio ja viime aikoina kautta fongoremédiation kohteena tutkimusten ja testien laboratoriossa ja in situ . Nämä ovat kohtalaisen kalliita ratkaisuja, joskus erittäin tehokkaita, mutta joiden - metallien - toteuttaminen vaatii usein kauan.
Toinen 1980-luvulta lähtien testattu ratkaisu on tiettyjen lajien, mukaan lukien Azolla, kuolleen ja valmistetun (helposti varastoitavan) biomassan käyttö, mikä vaikuttaa erityisen tehokkaalta tälle käytölle. Erityisesti se mahdollistaa nopeasti vedellä laimennettujen metallien uuttamisen nopeasti erinomaisilla saannoilla ilman, että metallin myrkyllisyys vaikuttaa saantoon (koska käytetään kuolleita kasveja).
Azolla filiculoïdes, kuollut, uuttaa siten erittäin tehokkaasti metalleja vesipitoisista nesteistä, vaikka sillä olisi kilpailijoita, mukaan lukien erityisesti sienirihmastot , joilla on usein merkittävä (ja joskus kohdennettu) kyky sitoutua metalli-ioneihin liuoksista. Kuolleet Azolla-filikuloidisolut uuttavat itse asiassa aktiivisesti metalleja vedestä kemiallisilla sidoksilla (kutsutaan " biosorptioksi ") tietyistä soluista tai lajeista.
Esimerkki upeasta suorituskyvystä on kultakaivoksen jätevesien käsittely . Jälkimmäinen (tai käsiteollisuus, kullan pinnoitus tai galvaaninen kullanvalmistusteollisuus) vapauttaa merkittäviä määriä kultaa pieninä pitoisuuksina (1-10 mg / l tai vähemmän) ja muodoissa, joita aiemmin on ollut vaikea saada talteen (toisin kuin muut metallit, ioninen kulta on erityisen vaikea erottaa liuoksesta).
Tutkimus oli jo 1980-luvun puolivälissä osoittanut, että biomassa tai levän nekromassi pystyi uuttamaan kultaa sitä sisältävästä vesipitoisesta väliaineesta erityyppisille liuenneille kultoille ja että siitä voitiin tehdä biosorbentti tällä tavalla.
Azolla filiculoides testattiin sitten (Etelä-Afrikassa) kullan talteen saamiseksi liuoksessa. Viemällä liuotettua kultaa sisältävää vettä aiemmin luonnossa kerätyn, tislatulla vedellä pestyn ja sitten 37 ° C: ssa kuivatun atsolapedin yli atsolan biomassan on osoitettu pystyvän "vangitsemaan" ja kiinnittymään 86%: sta 100%: iin. kulta (III) läsnä liuoksessa, joka sisälsi aluksi 2-10 mg / l.
Yli 95% liuoksessa olevasta kullasta voidaan siten ottaa talteen: happamassa pidetyssä väliaineessa (pH: n korjaus pitämään se 2: ssa koko uuttovaiheen ajan) uutettiin liuokseen lisätty atsolla-biomassa. noin 40 minuutissa (ja yli 80% louhittiin 20 minuutissa). Tämä koe osoitti, että pH oli ratkaiseva kuolleen atsolan kyvyllä kiinnittää metalli-ioneja; kullan kiinnittyminen vaihtelee suuresti pH: sta riippuen. Jälkimmäinen vaikuttaa tämän tutkimuksen kirjoittajien mukaan kullan käyttäytymiseen (anioninen muoto AuCl 4 - pH 2: ssa ja kulta III -komplekseihin pH: ssa, joka on lähellä neutraalia), mutta myös atsolla nekromassin käyttäytymiseen. PH: n ja imeytymisen tai adsorption väliset suhteet eivät ole lainkaan lineaarisia. Siten 180 minuutin kuluttua vain 42% kulta uutetaan liuoksesta pH-arvoissa 3 ja 4, kun taas 63% uutetaan pH-arvosta 5 ja 73% pH-arvossa 6. Sama tutkimus osoitti, että väliaineen lämpötila Pieni interventio uuttotehokkuudessa eikä ollenkaan pH-arvossa 2, jossa kaikki kulta siepataan lämpötilasta riippumatta. Tässä tapauksessa alkuperäinen kultakonsentraatio oli 8 mg / l ja 5 g kuivattuja Azolla filiculoideja lisättiin litraa kohti liuosta (väliainetta sekoittaen sekoittimella). Tämä azolla-nekromassinopeus (5 g / l) määritettiin kokeellisesti optimaaliseksi kullan uuttamiseksi (testattujen nopeuksien jälkeen 1 - 9 g kuivattua atsolla-biomassaa litrassa). 5 g kuivattuja azolla litraa kohti ja pH 2, 99,9% kultaa liuos uutettiin.
Parhaat tulokset (enemmän kuin 99%: n saanto) saatiin, kun kulta oli muodossa vety (III) tetrakloroauraatti, tapahtuu pH: ssa 2 muodossa AuCl 4 anionin - erittäin helposti uutettavissa azolla. Kirjoittajat päättelivät, että kuivattu atsolla on erittäin tehokas " biosorbentti ", koska sen " sitomisvoima " ylittää markkinoilla saatavilla olevien kalliiden ja saastuttavien ioninvaihtohartsien tai aktiivihiilen tehon .
Kupari on erittäin myrkyllistä pieninä annoksina leville ja jäkälien . Se on hyödyllinen myös monille hyödyllisille maaperän bakteereille ja estää myös sienien kasvua. Tästä syystä se on laajalti käytetty torjunta on antifoolings , tai muodossa Bordeaux seosta viljelykasveja herkkiä hometta ( viiniköynnökset , tomaatit ). Tästä kuparista tulee tietyn annoksen ylittyessä maaperän epäpuhtaus (biologisesti hajoamaton ja hajoamaton), joka voi kerääntyä siihen saakka, että se aiheuttaa vakavia ekotoksikologisia ongelmia.
Monet teollisuudenalat tai kaivos- ja metallurgiset toiminnot menettävät huomattavia määriä liuotettua kuparia jätevesissä. Pehmennettyä vettä myös liukenee sen kupariputket . Sadevesi, luonnollisesti happamia, ja joskus hyvin happamaksi kaupungeissa tai tuulen alapuolella joillakin teollisuuden aloilla voi myös poimia kuparioksidimalmeista kourut tai downspouts, maissa, joissa niitä ei ole tehty sinkki- tai valurautaa.
Tapetut, valkaistut ja epikloorihydriinillä stabiloidut atsollat on testattu onnistuneesti biosorbenttina kuparin (kuten Cu2 + ) uuttamiseksi liuoksesta. Laboratorion pylväissä Azolla-nekromassi biosorboi 320-363 mg / mol / gramma atsolaa liuoksesta, joka sisälsi 100 mg / l Cu 2+: ta . Tämän epikloorihydriinillä käsitellyllä nekromassilla tapahtuvan Cu2 + -uuton saannot olivat korkeammat kuin yksinkertaisesti valkaistulla ja seulotulla nekromassilla saadut saannot, jotka itse olivat parempia kuin elävillä atsolloilla.
Laboratoriossa pylväs, joka sisälsi 2,5 grammaa kuolleita Azolloja, stabiloitiin epikloorihydriinisekvensseillä 100% kupari-ioneja 12 litran liuoksessa, joka sisälsi 5 mg Cu 2+ / l. Ja kun noin 22 litraa liuosta on kulunut sen läpi, sama kolonni on edelleen alle 75% sen kyllästymispisteestä. Tämä menetelmä näyttää paljon tehokkaammalta - sekä saannolta että nopeudelta - kuin muut aiemmin testatut menetelmät, esimerkiksi planktonilevien nekromassilla, joka on helposti kasvatettavissa ( esimerkiksi Microcystis ), joka on stabiloitu alginaatin muodossa ). Metalleja adsorboinut nekromassi on sitten käsiteltävä desorboimaan ne esimerkiksi pesemällä hapotetulla kaksitislatulla vedellä (pH2) tai ETA: lla.
Raskasmetallien biokeskittyminenTämä kasvi korjaa raskasmetalleja niin hyvin , että se on ehdotettu bioremediaatiossa tai vieroitus ja nesteen teollisuuden jätevesien saastuneet metalleja.
Laboratoriossa, vain 3-7 päivää, limaskasaniainen, viljellään 8-15 ppm eri raskasmetallien väliaineessa, itse asiassa erittäin voimakkaasti keskittynyt näiden metallien (10000 ppm ja kadmiumia , 1990 ppm kromia , 9 000 ppm (kupari , 9000 ppm nikkelille ja 6500 ppm sinkille ). Lisäksi 98% raskasmetalleista sitoutui Azollan liukenemattomaan fraktioon, mikä teoreettisesti tekee niistä helpommin uutettavissa. Kun kasvi on kuivattu, metallien määrä on 3-7 kertaa korkeampi kuin elävässä tai kuolleessa ja märässä kasvissa. Hidas palaminen (höyryjen suodattamisella) on menetelmä metallien, erityisesti jalometallien talteenottamiseksi. Metallien talteenotto matalassa sulamislämpötilassa vaatii myrkyllisten höyryjen (esimerkiksi lyijyn ja vielä enemmän elohopean ) optimaalisen kondensaation .
Se kykenee voimakkaasti biokonsentroimaan hopeasuoloja ( myrkyllisiä ja ekotoksisia monille vesieliöille), sitä käytettiin valokuvateollisuuden saastuttaman veden puhdistamiseen 1980-luvulla . Tutkimukset ovat osoittaneet, että A. filiculoides pystyy absorboimaan ja kiinnittämään suuren osan läsnä olevasta sinkistä (biologisesti imeytyvässä ionimuodossa) vesiliuoksissa ja galvanoivassa jätevedessä , myös kolonnissa. Imeytyminen näyttää olevan suurin (45,2 mg / g) eräjärjestelmässä, jossa on vettä pH-arvossa 6,0. Kuivattiin A. filiculoids lisäksi tarjota vakaa ja helppo prosessi materiaalia.
Bioselectivity talteenotto metallienVaikuttaa tulevaisuudessa mahdolliselta metallien talteenotto valikoivasti; juuret ja juuret eivät itse asiassa sido samoja metalleja. Juuret sitovat 2 - 5 kertaa enemmän tiettyjä metalleja kuin rypyt. Sinkki ja kadmium ovat sen sijaan helpommin siirtää juuret sekovarret, kun taas nikkeli, kupari ja kromi ovat enemmän juuria.
Raskasmetallien toksikologiset vaikutuksetNiillä on vaikutus kasvin aineenvaihduntaan: laboratoriossa A. filiculoidesin kasvu raskasmetallien läsnä ollessa on johtanut merkittäviin K + , Mg 2+ ja Na + -ionien häviöihin juurista, vähemmän menetystä Ca 2+ . Raskasmetallien vaikutus K +: n , Na +: n ja Mg 2+ : n häviöön frondeista oli rajallisempi. Kadmium, nikkeli ja sinkin vaikutus estivät nitrataasiaktiivisuutta melkein kokonaan, vähemmän kuparilla ja kromilla.
Sopeutumiskyvyn rajoittaminen ympäristöönVerrattiin laboratoriossa tämän lajin (samoin kuin viiden ankkurilajin ) kapasiteettia ( Lemna gibba L., Lemna minor L., Lemna trisulca L., Spirodela polyrhiza (L.) Schleiden ja Wolffia arrhiza (L ) Hork Ex. Wimm.) Kasvaa kotitalousjätevedessä ja kahden tyyppisessä teollisuusjätevedessä (verrattuna niiden kasvuun tavallisessa mineraaliväliaineessa). Näissä kokeissa kolmen tyyppisissä jätevedissä orgaaninen kuormitus vaihteli 300: sta 442: een. mg / l (DOC), kun taas typen kokonaismäärä vaihteli välillä 14-52 mg / l ja fosforin kokonaismäärä vaihteli välillä 7-9 mg / l.Kaikkien lajien kasvu estyi molemmissa ihmisen tekemissä jätevesissä (verrattuna vertailustandardin mineraaliväliaineeseen) ) Kotitalousjätevesissä vain Lemna gibba ja Spirodela polyrhiza kasvoivat samoin kuin vertailualustassa.
Filiculoidatsolan merkittävä kyky konsentroida metalleja, mukaan lukien ympäristössä erittäin läsnä olevat myrkylliset metallit (erityisesti lyijy), viittaa kuitenkin myös siihen, että atsolla voi olla tärkeä osa kosteikoissa raskasmetallien biokeskittymässä ympäristössä. etenkin johto korroosio taklauksia kalastuksesta , ja rakeita sekä metsästys- tai skeet hävisi luonnossa (ks esim artikkeleita omistettu lintujen myrkytyksen tai myrkyllisyyden ammuksia ).
Azollojen maatalouden ja ympäristön käyttö aiheuttaa samoista syistä ja muista rajoista:
Etelä-Afrikassa, jossa se havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 1948, todennäköisesti ihmisten käyttöön, tästä lajista tuli nopeasti invasiivinen. Se asitti siellä olevat alueet keskimääräisellä laajenemisnopeudella 1,33 ha / vuosi. Tässä maassa pieni kovakuoriainen ( Curculionidae ), Stenopelmus rufinasus Gyllenhal, istutettiin biologisena torjunta- aineena vuoden 1997 lopusta lähtien tämän hyökkäyksen kohteena oleviin ympäristöihin.
Kolmen vuoden kuluessa tämän kärpäsen vapaaehtoisesta käyttöönotosta, joka tuottaa useita nuoria sukupolvia vuodessa, tämä hyönteinen vähensi saniaisen invasiivisuutta siihen pisteeseen, että sitä ei enää pidetty ongelmana maassa. Ennen käyttöönottoa se oli tuotu karanteeniin ja testattu sitten laboratoriossa sen elintarvikevalikoiman todentamiseksi: sen oli tuhottava tuodut atsollat eikä paikallisia kasveja. Tätä varten se testattiin 31 Etelä-Afrikan kasvilajilla, jotka kuuluvat 19 kasvitieteelliseen perheeseen. Siitä lähtien tätä hyönteistä on käytetty muissa maissa, mukaan lukien Yhdistynyt kuningaskunta.