Сотрудники кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий Института естественных наук и математики Уральского федерального университета (УрФУ, г. Екатеринбург) под руководством доцента Ирины Киселёвой занимаются фиторемедиацией с 2012 года: с помощью клеточной селекции биологи пытаются вывести растения, которые были бы устойчивы к повышенному содержанию меди в почве. В качестве объекта экспериментов был выбран клевер ползучий (Trifolium repens L.). Биологи хотят получить растения-гипераккумуляторы, способные накапливать в своём организме тяжёлые металлы, к которым относят и медь, в концентрациях на один-два порядка выше в сравнении с их содержанием в окружающей среде. Помимо гипераккумуляторов бывают растения-индикаторы, содержащие столько же тяжёлых металлов, сколько и почва, на которой они произрастают, и растения-исключители, практически не поглощающие вредные вещества и сохраняющие свою чистоту даже на загрязнённых территориях, но ни те, ни другие для фиторемедиации не подходят. Конкретный вид растения может быть гипераккумулятором одного или нескольких видов веществ.
Явление сверхнакопления в растениях установлено для цинка, никеля, кобальта, селена, кадмия. Но использование растений для очистки окружающей среды, в частности почвы, наталкивается на серьёзное препятствие: попадая в загрязнённые зоны, растения быстро накапливают в своём организме критические концентрации токсичных элементов, после чего их рост замедляется, погибают листья, а за ними и корневая система. Уральские исследователи поставили перед собой задачу вывести растение-гипераккумулятор, устойчивое к негативному воздействию меди.
«Клетки растений тотипотентны, то есть любая клетка может дать начало целому организму, — это свойство позволяет нам использовать метод клеточной селекции, — поясняет доцент кафедры Александр Ермошин. — Мы берём чашку Петри с питательной средой, добавляем в неё клеточную массу клевера и ионы меди. В подобных условиях выживают только клетки, устойчивые к этому тяжёлому металлу. За год мы получаем до двенадцати поколений клеток, каждое последующее из которых способно выдержать всё более высокую концентрацию токсичного элемента. При этом клеточная масса, содержащаяся в чашке Петри, может дать начало такому количеству растений, что они могли бы покрыть огромное поле до горизонта. Если вместо клеточной селекции мы бы использовали классическую, наше исследование затянулось бы на несколько десятилетий, и, конечно, его было бы невозможно выполнить в лаборатории».
За пять лет клеточной селекционной работы биологи подобрали условия стерилизации растений, культивирования, дозы ионов меди. Наконец, была найдена стратегия, позволившая получить побег клевера, устойчивого к 200 мкмолям ионов меди, — обычно такая доза убивает растение за несколько дней. Сейчас выведенный клевер растёт на питательной среде в асептических условиях. Зимой растения предполагают высадить в горшок, то есть продолжить выращивание методом горшечной культуры. На этом этапе можно проводить первые модельные опыты, доказывающие, что полученный клевер действительно поглощает ионы меди из субстрата, на котором растёт, и проявляет к ним устойчивость. Для этого в грунт будут добавлять известное количество ионов меди и затем определять, сколько её поступило в растение, причём предполагается использовать технологию мокрого озоления растительного материала* и атомно-абсорбционный спектральный анализ полученной пробы.
«Мы рассчитываем, что клевер станет поглощать медь из любого субстрата, на который будет высажен, — говорит Александр Ермошин. — Это может быть как почва, так и пустая порода на отвалах рудников и шахт. Кстати, возможно, удастся выявить способность растения поглощать не только медь, в этом случае его можно будет использовать для очистки и от других загрязнителей. К началу летнего сезона мы сможем пересадить клевер в открытый грунт».
Биологи из УрФУ хотели бы провести такие посадки на наиболее загрязнённых уральских территориях, к примеру в районе города Карабаш. Разработка промышленной технологии рекультивации загрязнённых участков — это вопрос перспективы, но растения, поглотившие высокие концентрации токсичных элементов, можно сжигать и такую золу использовать в металлургии для вторичного извлечения металлов.
Комментарии к статье
* Мокрое озоление растительного материала — разрушение растения кислотами.
