Mycoremediation
Mycoremediation (från antik grekiska μύκης (mukēs) , som betyder "svamp" och suffixet -remedium , på latin som betyder "återställa balansen") är en form av biosanering där svampbaserade saneringsmetoder används för att sanera miljön . Svampar har visat sig vara ett billigt, effektivt och miljövänligt sätt att ta bort ett brett spektrum av föroreningar från skadade miljöer eller avloppsvatten . Dessa föroreningar inkluderar tungmetaller , organiska föroreningar, textilfärgämnen , lädergarvningskemikalier och avloppsvatten, petroleumbränslen, polycykliska aromatiska kolväten , läkemedel och produkter för personlig hygien, bekämpningsmedel och herbicider i land, sötvatten och marina miljöer.
Biprodukterna från saneringen kan vara värdefulla material i sig, såsom enzymer (som laccase ), ätbara eller medicinska svampar, vilket gör saneringsprocessen ännu mer lönsam. Vissa svampar är användbara vid biologisk nedbrytning av föroreningar i extremt kalla eller radioaktiva miljöer där traditionella saneringsmetoder visar sig vara för kostsamma eller är oanvändbara på grund av de extrema förhållandena. Mycoremediation kan till och med användas för brandhantering med inkapslingsmetoden. Denna process består av att använda svampsporer belagda med agaros i pelletsform. Denna pellet introduceras till ett substrat i den brända skogen, bryter ner gifterna i miljön och stimulerar tillväxten.
Föroreningar
Svampar, tack vare sina ospecifika enzymer, kan bryta ner många typer av ämnen inklusive läkemedel och dofter som normalt är motsträviga mot bakterienedbrytning, såsom paracetamol (även känd som paracetamol). Med Mucor hiemalis kan till exempel nedbrytningen av produkter som är giftiga vid traditionell vattenbehandling, såsom fenoler och pigment från vindestilleriets avloppsvatten , röntgenkontrastmedel och ingredienser i personliga hygienprodukter, brytas ned i en icke- giftigt sätt.
Mycoremediation är en billigare metod för sanering, och den kräver vanligtvis inte dyr utrustning. Av denna anledning används det ofta i småskaliga tillämpningar, såsom mykofiltrering av hushållsavloppsvatten och industriell avloppsfiltrering.
Enligt en studie från 2015 kan mycoremediation till och med hjälpa till med biologisk nedbrytning av jordens polycykliska aromatiska kolväten (PAH). Jordar indränkta med kreosot innehåller höga koncentrationer av PAH och för att stoppa spridningen har mycoremediation visat sig vara den mest framgångsrika strategin.
Metaller
Föroreningar från metaller är mycket vanliga, eftersom de används i många industriella processer som galvanisering , textilier , färg och läder . Avloppsvattnet från dessa industrier används ofta för jordbruksändamål, så förutom de omedelbara skadorna på ekosystemet det spills ut i, kan metallerna tränga in i varelser och människor långt borta genom näringskedjan. Mycoremediation är en av de billigaste, mest effektiva och miljövänliga lösningarna på detta problem. Många svampar är hyperackumulatorer , därför kan de koncentrera gifter i sina fruktkroppar för senare avlägsnande. Detta är vanligtvis sant för populationer som har exponerats för föroreningar under lång tid och har utvecklat en hög tolerans. Hyperackumulering sker via biosorption på cellytan, där metallerna passivt kommer in i mycelet med mycket lite intracellulärt upptag. En mängd olika svampar, såsom Pleurotus , Aspergillus , Trichoderma har visat sig vara effektiva för att avlägsna bly , kadmium , nickel , krom , kvicksilver , arsenik , koppar , bor , järn och zink i marina miljöer , avloppsvatten och på land .
Inte alla individer av en art är effektiva på samma sätt i ackumuleringen av toxiner. De enskilda individerna väljs vanligtvis från en äldre förorenad miljö, såsom slam eller avloppsvatten, där de hann anpassa sig till omständigheterna, och urvalet görs i laboratoriet [ citat behövs ] . En utspädning av vattnet kan drastiskt förbättra förmågan till biosorption av svamparna.
Förmågan hos vissa svampar att extrahera metaller från marken kan också vara användbar för bioindikatorändamål , och kan vara ett problem när svampen är av en ätbar sort. Till exempel kan det lurviga bläcklocket ( Coprinus comatus ), en vanlig matsvamp som finns på norra halvklotet, vara en mycket bra bioindikator på kvicksilver. Men eftersom det lurviga bläcklocket samlar kvicksilver i sin kropp kan det vara giftigt för konsumenten.
Kapaciteten för metallupptagning av svamp har också använts för att återvinna ädelmetaller från medium. Till exempel rapporterade Finlands tekniska forskningscenter VTT en 80 % återvinning av guld från elektroniskt avfall med hjälp av mykofiltreringsteknik .
Organiska föroreningar
Svampar är bland de primära saprotrofa organismerna i ett ekosystem , eftersom de är effektiva i nedbrytningen av materia. Träsönderfallande svampar , särskilt vitröta , utsöndrar extracellulära enzymer och syror som bryter ner lignin och cellulosa , de två huvudsakliga byggstenarna i växtfiber. Dessa är långkedjiga organiska ( kolbaserade ) föreningar, strukturellt liknar många organiska föroreningar. De uppnår detta genom att använda ett brett utbud av enzymer. När det gäller polycykliska aromatiska kolväten (PAH), komplexa organiska föreningar med smälta, mycket stabila, polycykliska aromatiska ringar , är svampar mycket effektiva förutom marina miljöer . Enzymerna involverade i denna nedbrytning är ligninolytiska och inkluderar ligninperoxidas , mångsidigt peroxidas , manganperoxidas , allmänt lipas , laccas och ibland intracellulära enzymer, särskilt cytokrom P450 .
Andra toxiner svampar kan brytas ned till ofarliga föreningar inkluderar petroleumbränslen , fenoler i avloppsvatten, polyklorerad bifenyl (PCB) i förorenad jord med Pleurotus ostreatus , polyuretan under aeroba och anaeroba förhållanden, såsom förhållanden på botten av deponier med två arter. Ecuadoriansk svamp Pestalotiopsis och mer.
Nedbrytningsmekanismerna är inte alltid tydliga, eftersom svampen kan vara en föregångare till efterföljande mikrobiell aktivitet snarare än individuellt effektiv för att avlägsna föroreningar.
Bekämpningsmedel
av bekämpningsmedel kan vara långvarig och ha en betydande inverkan på nedbrytningsprocesser och näringsämneskretslopp. Därför kan deras nedbrytning vara dyrt och svårt. De vanligast använda svamparna för att hjälpa till med nedbrytningen av sådana ämnen är vitrötasvampar, som tack vare sina extracellulära ligninolytiska enzymer som lackas och manganperoxidas kan bryta ned stora mängder av sådana komponenter. Exempel inkluderar insekticiden endosulfan , imazalil , tiofanatmetyl , orto-fenylfenol , difenylamin , klorpyrifos i avloppsvatten och atrazin i lerhaltiga jordar.
Färgämnen
Färgämnen används i många industrier, som papperstryck eller textil. De är ofta motsträviga mot nedbrytning och i vissa fall, som vissa azofärgämnen , cancerframkallande eller på annat sätt giftiga.
Mekanismen genom vilken svamparna bryter ner färgämnen är via deras lignolytiska enzymer, särskilt laccas, därför är vitröta svampar de vanligaste. [ citat behövs ]
Mycoremediation har visat sig vara en billig och effektiv saneringsteknik för färgämnen som malakitgrönt , nigrosin och basiskt fuchsin med Aspergillus niger och Phanerochaete chrysosporium och Kongorött , ett cancerframkallande färgämne som motsätter sig biologiska nedbrytningsprocesser, direkt blått 14 (med Pleurotus ).
Synergi med fytoremediering
Fytoremediation är användningen av växtbaserad teknik för att dekontaminera ett område.
De flesta landväxter kan bilda ett symbiotiskt förhållande med svampar vilket är fördelaktigt för båda organismerna. Detta förhållande kallas mykorrhiza . Forskare fann att fytoremediering förstärks av mykorrhiza. Mykorrhizasvamparnas symbiotiska relationer med växtrötter hjälper till med upptaget av näringsämnen och växtens förmåga att motstå biotiska och abiotiska stressfaktorer som tungmetaller som är biotillgängliga i rhizosfären. Arbuskulära mykorrhizasvampar (AMF) producerar proteiner som binder tungmetaller och därigenom minskar deras biotillgänglighet. Avlägsnande av markföroreningar av mykorrhizasvampar kallas mykorrhizoremediering.
Mykorrhizasvampar, särskilt AMF, kan avsevärt förbättra fytoremedieringskapaciteten hos vissa växter. Detta beror mest på att den stress som växterna utsätts för på grund av att föroreningarna reduceras kraftigt i närvaro av AMF, så att de kan växa mer och producera mer biomassa. Svamparna ger också mer näring, särskilt fosfor , och främjar de övergripande hälsoväxterna. Mycelets snabba expansion kan också avsevärt utöka rhizosfärens påverkanszon (hyfosfären), vilket ger växten tillgång till mer näringsämnen och föroreningar. Att öka rhizosfärens övergripande hälsa innebär också en ökning av bakteriepopulationen, vilket också kan bidra till bioremedieringsprocessen.
Detta samband har visat sig vara användbart med många föroreningar, såsom Rhizophagus intraradices och Robinia pseudoacacia i blyförorenad jord, Rhizophagus intraradices med Glomus versiforme inokulerad i vetivergräs för blyavlägsnande, AMF och Calendula officinalis i kadmium och blyförorenad och i allmänhet jord. effektivt för att öka anläggningens biosaneringskapacitet för metaller, petroleumbränslen och PAH. I våtmarker främjar AMF i hög grad den biologiska nedbrytningen av organiska föroreningar som bensen-, metyl-tert-butyleter och ammoniak från grundvatten när de inokuleras i Phragmites australis .
Viabilitet i extrema miljöer
Antarktiska svamparter som Metschnikowia sp., Cryptococcus gilvescens, Cryptococcus victoriae , Pichia caribbica och Leucosporidium creatinivorum tål extrem kyla och ger fortfarande effektiv biologisk nedbrytning av föroreningar. På grund av kallare, avlägsna miljöer som Antarktis kan vanliga metoder för sanering av föroreningar, såsom fysiskt avlägsnande av förorenade medier, visa sig vara kostsamma. De flesta arter av psykrofila antarktiska svampar är resistenta mot de minskade nivåerna av ATP-produktion ( adenosintrifosfat ) vilket orsakar minskad energitillgänglighet, minskade nivåer av syre på grund av den låga permeabiliteten hos frusen jord och störningar i transport av näringsämnen orsakade av frys-upptiningscykler. Dessa svamparter kan assimilera och bryta ned föreningar såsom fenoler , n-hexadekan , toluen och polycykliska aromatiska kolväten under dessa svåra förhållanden. Dessa föreningar finns i råolja och raffinerad petroleum .
Vissa svamparter, som Rhodotorula taiwanensis, är resistenta mot det extremt låga pH (sura) och radioaktiva mediet som finns i radioaktivt avfall och kan framgångsrikt växa under dessa förhållanden, till skillnad från de flesta andra organismer. De kan också frodas i närvaro av höga koncentrationer av kvicksilver och krom . Svampar som Rhodotorula taiwanensis kan möjligen användas vid biosanering av radioaktivt avfall på grund av deras låga pH och strålningsbeständiga egenskaper. Vissa arter av svampar kan absorbera och behålla radionuklider såsom 137 Cs , 121 Sr , 152 Eu , 239 Pu och 241 Am . Faktum är att cellväggar hos vissa arter av döda svampar kan användas som ett filter som kan adsorbera tungmetaller och radionuklider som finns i industriella avloppsvatten, vilket förhindrar att de släpps ut i miljön.