Oplossing op termijn voor zware metalen in de bodem
1 nov 2006
Onderdeel: Wageningen UR
Nummer: P087
Oude industriegebieden en mijnen die zijn verontreinigd met zware
metalen zoals nikkel, cadmium en zink zijn op termijn op een
biologische manier te saneren. De hoge concentraties aan zware metalen
in de bodem kunnen aanzienlijk dalen door de verontreinigde terreinen
te laten begroeien met planten die metalen van nature in grote mate
kunnen opnemen en opslaan. De geoogste planten kunnen tot één
procent aan bijvoorbeeld cadmium bevatten. Onderzoekers van Wageningen
Universiteit ontrafelden met collegaâs van de Vrije Universiteit en
het Academisch Medisch Centrum de genetische basis van specifieke
plantensoorten die in staat zijn zware metalen op te nemen.
De onderzoekers vergeleken de zinkboerenkers, die zink en cadmium kan
opnemen, met de modelplant zandraket, waarover veel onderzoeksgegevens
bekend zijn. Zinkboerenkers groeit van nature op grond die veel meer
zink bevat dan de meeste planten kunnen verdragen. De zinkboerenkers
beschikt over een regelmechanisme dat zink via de wortels opneemt en
opslaat in de bladeren. De plant houdt de giftige metalen steeds
gescheiden van de vitale delen van de plant. De zinkboerenkers is ook
in staat cadmium en nikkel te binden en kan één procent cadmium
bevatten, honderd tot duizend maal meer dan andere plantensoorten.
Om de cadmiumgehaltes van verontreinigde bodems met zinkboerenkers te
halveren zijn wel 15-20 teelten nodig. Zinkboerenkersplantjes maken
met hun hoogte van 20-30 cm te weinig biomassa om meer cadmium per
teelt te kunnen ontrekken. De onderzoekers richten zich daarom ook op
mogelijkheden om via productievere gewassen, zoals wilde tabak of
koolzaad, bodemverontreinigingen aan te pakken. Die gewassen dienen
wel in het laboratorium te zijn voorzien van een set genen om zware
metalen op te nemen. Dit toekomstmodel vereist echter maatschappelijke
acceptatie van genetisch gemodificeerde planten voor
bodemsaneringsdoeleinden.
Genetische vergelijking
De onderzoekers vergeleken de genen van de zinkboerenkers die in de
wortels van de plant tot expressie komen, met de genen in zandraket.
Beide planten behoren tot dezelfde familie van kruisbloemigen,
waardoor vergelijking tot op moleculair niveau mogelijk is. Het
onderzoeksteam vond ruim tweeduizend genen die veel actiever zijn in
de zinkboerenkers dan in de zandraket. De planten gaan verschillend om
met zink, waarbij veel genen sturing geven aan het transport van de
metalen door membranen van de cel en bij de opslag in de bladeren. In
de cel komen metalen zelden als âkaalâ ion voor, maar worden ze
gebonden aan organische zuren of aminozuren om te voorkomen dat ze
ongewild reageren met andere moleculen. Het onderzoeksteam publiceert
zijn bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift Plant
Physiology.
Om de zinkopname van zinkboerenkers met zandraket te vergelijken
lieten de onderzoekers de planten groeien op verschillende
concentraties zink, variërend van extreem laag tot extreem hoog. Zij
constateerden dat bij normale planten de genen voor zinkopname alleen
maar ingeschakeld zijn bij zeer lage zinkconcentraties en zijn
uitgeschakeld zodra er meer zink wordt aangeboden. Zinkboerenkers
echter schakelt bij een hoog zinkaanbod die genen niet uit, ook niet
als er wel vijfhonderd maal meer zink dan normaal in de bodem
voorkomt.
De onderzoekers vermoeden dat de planten het mechanisme om zink op te
nemen gebruiken als bescherming tegen vraat door insecten en
besmetting met schimmels. De plant neemt daarbij op de koop toe dat
voor de tolerantie tegen zware metalen een sterke stressrespons nodig
is, vergelijkbaar met een reactie op blootstelling aan droogte, koude,
UV-straling, zout of andere abiotische factoren, hetgeen de groei
waarschijnlijk niet ten goede komt.
Wereldwijd zijn er vierhonderd verschillende plantensoorten bekend die
specifieke zware metalen kunnen opnemen en opslaan (hyperaccumuleren).
De meeste planten hyperaccumuleren nikkel. Er zijn daarnaast tien
plantensoorten bekend die zink kunnen opslaan. Voor cadmium zijn er
maar drie soorten bekend, waaronder de ook in Zuid-Limburg
voorkomende, maar zeldzame zinkboerenkers.
In Nederland is, anders dan in Oost-Europa en het Verre Oosten,
vervuiling van grond met zink en cadmium een relatief gering probleem.
Afgezien van enkele ernstig vervuilde industriële locaties bevatten
alleen de uiterwaarden van de grote rivieren en de regio in de Kempen
rondom de voormalige zinkfabrieken aan beide zijden van de
Belgisch-Nederlandse grens ernstig verhoogde concentraties aan zink en
cadmium. Over het algemeen zijn de zware metalen in de uiterwaarden
moeilijk beschikbaar voor planten en dieren omdat ze stevig gebonden
zijn aan kleideeltjes. Op de zure zandgronden in de Kempen is dit
echter veel minder het geval zodat daar door middel van
beheersmaatregelen zoals bekalken, en monitoring het risico op
besmetting van de voedselketen door met name cadmium zo laag mogelijk
gehouden wordt. Deze gronden zouden zich het best lenen voor sanering
met planten. Na oogsten, drogen en verbranding, kan de as
geconcentreerd afgevoerd worden als chemisch afval, of zelfs
hergebruikt worden voor cadmiumproductie. Dit lijkt op de langere
termijn een veiligere oplossing dan handhaven van de
beheersmaatregelen.