Корни белого люпина очищают почвы, загрязнённые мышьяком
Исследователи из Университета Монреаля и Монреальского ботанического сада обнаружили новый химический механизм, который используют корни белого люпина для очистки почв, загрязнённых мышьяком.
Загрязнение почв высокотоксичным мышьяком — это общемировая проблема, создающая серьёзные риски для здоровья человека и окружающей среды.
В Канаде более 7000 участков, загрязнённых такими металлами, как мышьяк, считаются правительством «вызывающими серьёзную озабоченность». Некоторые прошлые и недавние горнодобывающие операции и предприятия по обработке древесины оставили свой след, повысив уровень мышьяка в почве до 1000 раз по сравнению с максимальными установленными нормами для здоровья.
Один из способов восстановления загрязнённых мышьяком почв — использование естественных механизмов, выработанных у некоторых растений для устойчивости к загрязнению.
«Белый люпин (L. albus) — одна из таких устойчивых к мышьяку сельскохозяйственных культур, изучаемых для целей устойчивой ремедиации», — объясняет Адриен Фремон, ведущий автор исследования и докторант биологических наук. — «Считается, что механизм устойчивости белого люпина к мышьяку заключается в выделении корнями растительных химических веществ прямо в почву, но природа этих соединений неизвестна и сложна для изучения из-за комплексности подземных взаимодействий».
Химические вещества корней — неизведанная территория
Для изучения этого процесса команда разработала нейлоновые мешочки, которые можно было размещать рядом с корнями в почве для сбора выделяемых молекул без повреждения корневой системы. Сложную смесь молекул, собранных из этих мешочков, проанализировали с помощью передового химического профилирования (метаболомики), чтобы идентифицировать соединения, способные связывать металлы, которые производит люпин в ответ на высокие концентрации мышьяка. Некоторые из этих металл-связывающих молекул, фитохелатины, как известно, используются растениями внутри для борьбы со стрессом от металлов, но никогда ранее не фиксировались как выделяемые в загрязнённую почву.
«Мы очень рады видеть, как сочетание новых подходов к отбору проб в системе корень-почва с передовым метаболомным профилированием может привести к таким неожиданным открытиям», — отмечает Фремон. — «Мы знаем, что растения могут кардинально менять свойства почвы и трансформировать или иммобилизовать загрязнения, но химические основы того, как они этого достигают, и в частности состав и функция соединений, выделяемых корнями, всё ещё во многом остаются неизведанной территорией».
Корни растений напрямую изменяют загрязнённые почвы
Следующие шаги исследования — углубиться в детальный анализ точных химических реакций, происходящих на границе раздела корень-почва, включая изучение разных видов растений, взаимодействий с микроорганизмами и проблемы разнообразного загрязнения почв.
Как отмечает старший автор исследования доктор Николас Бреретон: «Исследовать сложные взаимодействия, происходящие под землёй между растениями и почвой, может быть настоящим вызовом, но эти открытия вознаграждают нас, показывая, что у растений эволюционировали естественные механизмы для борьбы с этим типом загрязнения. Хотя мы только начинаем царапать поверхность в понимании того, как работают эти стратегии корней растений, по мере углубления знаний мы потенциально сможем использовать эти естественные процессы для улучшения здоровья почв и помощи в устранении наиболее устойчивого антропогенного ущерба нашей окружающей среде».