複数の環境に曝露されたCucurbita pepo、Lagenaria siceraria、およびRaphanus sativus植物の植物抽出能に対するクエン酸の影響

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13070 (2023) この記事を引用

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植物抽出は、植物を使用して汚染土壌から重金属を除去する新しい技術です。 屋外ポット実験は、複数の金属 (Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、および Zn) で汚染された土壌における 3 つの植物種、Cucurbita pepo、Lagenaria siceraria、Raphanus sativus の植物抽出の可能性を評価するために設計されました。クエン酸。 その結果、研究したすべての植物の中で、Raphanus sativus が根と新芽の乾燥重量が最も高く、Cu を除くすべての重金属を高濃度で蓄積する能力があることが示されました。 汚染された土壌にクエン酸を適用すると、植物の成長、バイオマス、重金属の摂取が大幅に増加しました。 高い生物濃度値は、Raphanus sativus が土壌から Cd と Ni を吸収および蓄積する有望な植物であることを示しています。 生物濃縮の最大値は、クエン酸の適用によっても観察されました。 根から苗条への金属の移動の値は、植物種およびクエン酸の施用量によって異なりました。 バイオマス、金属含有量、および除去金属パーセンテージ値に関して、Raphanus sativus 植物が複数の金属で汚染された土壌から重金属を除去するのに最も効果的な作物であることが明らかになりました。 一般に、これらの発見は、クエン酸の適用が、Raphanus sativus 植物による Cd および Ni の植物抽出を支援する有用なアプローチである可能性があることを強調しています。 これらの植物が野菜作物として生育している場合、特に食物連鎖汚染を避けるために施肥システムを通じて土壌にクエン酸を添加する場合には、重金属含有量の評価にさらに注意を払う必要があります。

重金属は世界の多くの地域で農地土壌を汚染しています。 これは現代の農業慣行によるものです。 有機肥料や無機肥料の使用、過剰な量の農薬の使用、低品質の水による灌漑などのさまざまな農業活動が、農地土壌の重金属汚染の主な原因と考えられています1、2。 農地土壌に重金属が蓄積すると、土壌の品質や地下水の質が悪化する可能性があります3。 これらは食物連鎖全体を通じて作物の生産性と人間の健康を脅かす可能性があります4,5。 したがって、農地土壌中の重金属を修復することが重要です。 この環境問題を解決するために、さまざまなアプローチが開発されています6。

特殊で高度に適応した植物を使用して、汚染土壌から採取可能な臓器のバイオマス中の重金属を吸収、輸送、蓄積することは、植物抽出として知られています7,8。 植物抽出は、その費用対効果と環境に有益な性質により、最近人気が高まっています6。 ただし、重金属の取り込みと収穫可能な部分への移動の効率は、植物の種類、土壌の種類、環境条件によって異なる場合があります9、10、11。

金属超蓄積体（周囲の土壌から空中組織に大量の金属を蓄積する能力を持つ種）は 400 種あり、金属植物抽出について広く研究されていますが、金属汚染土壌の植物抽出にそれらを使用することには課題があります。サイズが小さく、バイオマス生産量が低く、確立された栽培、害虫管理、またはその他の管理慣行が欠如している12、13。 これらの制限を克服するために、急速に成長する高バイオマス高蓄積体、高 pH および塩分に対する耐性、病気や害虫に対する耐性の発見と開発、さらにはファイトレメディエーションの有効性を向上させるためのより良い農業慣行の調査と実施に多くの関心が集まっています 12。 14.

植物は、重金属をどの程度吸収できるかに基づいて 15、低蓄積（マメ科など）、中程度の蓄積（ウリ科）、高蓄積（アブラナ科など）の 3 つのカテゴリーに分類されました。 アブラナ科には最も多くのハイパーアキュムレータ種があり、既知のすべてのハイパーアキュムレータの約 4 分の 1 を占めます 16,17。 大根 (Raphanus sativus L.) などのさまざまなアブラナ科植物のファイトレメディエーション能力は、広範囲に調査されています。 大根は、さまざまな部分に重金属を濃縮できる高蓄積植物であるため、汚染地域の修復に役立ちます18、19、20。 大根による土壌からの金属抽出は一定の濃度まで起こり、その後金属濃度が増加するにつれて金属の植物抽出率または生物蓄積係数は減少します19。 大根は年に最大 5 回播種して最大 20 t ha-1 を生産できるため、鉛で汚染された表土 (0 ～ 10 cm) を修復するために使用できます18。 大根を用いた植物抽出研究は単一金属土壌で有望な結果を達成しましたが、多金属環境におけるキレート配位子とこの植物の相乗効果についてはあまり研究されていません。