Способ уменьшения количества металла в металлосодержащем растворе (варианты)

1 Отложения отходов металлообогатительного производства, плавление металлов, дубление кожи, гальваностегия, выбросы выхлопных газов, энергетическое и топливное производство, сточные воды силовых станций, интенсивное землепользование и разбавленные илистые отложения являются наиболее важными аспектами человеческой деятельности, которые загрязняют водную систему водой, содержащей огромное количество токсичных металлов. Список мест, загрязненных токсичными металлами растет с каждым годом, представляя серьезную проблему для здоровья и значительную опасность для окружающей среды. Хотя способы очистки водной среды от металлов постоянно совершенствуются, однако они оказываются недостаточными для удаления токсичных металлов из бытовых и промышленных сточных вод, также вносящих свою долю во всеобщую проблему защиты окружающей среды. Существуют способы, использующие биологически активные материалы (например,высшие растения) для удаления токсичных металлов из сточных вод. К сожалению, сточные воды, такие как стоки металлообогатительного производства и процессов плавления, бедны питательными веществами и часто содержат низкие концентрации углеродных и азотных питательных веществ, которые недостаточны для поддержания роста растений. Добавление к металлосодержащим сточным водам неорганических питательных веществ, способствующих росту растений, вызывает ряд проблем, так как добавление извне питательных веществ может привести к опасности дополнительного загрязнения. Изобретение относится к способу уменьшения количества металла в металлосодержащем растворе при использовании корней наземных растений для абсорбции, концентрирования и осаждения металла из водного раствора. Было обнаружено, что можно поддерживать рост растений в воде, не содержащей питательные вещества, подвешивая растение в воде, не содержащей питательные вещества, и выращивать растения в приемнике, который служит ловушкой для добавляемых извне питательных веществ(т.е. питательные вещества подаются к растению распылением или непосредственно в приемник, так чтобы в первую очередь в контакт с питательными для растений веществами вступали не корни). Было также обнаружено, что наземные растения на гидропонике захватывают анионы и катионы тяжелых металлов и уменьшают концентрацию тяжелых металлов до уровня менее, чем несколько частей на миллион. Методология описанная здесь имеет особенные преимущества при использовании для очистки сточных вод процессов обогащения и плавления, которые бедны питательными веществами и не могут поддержать рост растений. 2 Во-первых, способ уменьшения количества металла в металлосодержащем растворе включает контакт раствора с корневой биомассой наземного растения при условиях достаточных для удаления металла из раствора корневой биомассой наземного растения. После этого наземное растение отделяется от раствора. После удаления наземного растения из раствора может быть выделен содержащийся в нем металл. Стадия контакта может также включать контактирование раствора с корневой биомассой, пропусканием раствора через колонну, содержащую корневую биомассу. В других конструктивных решениях, наземное растение генетически изменяется и может быть получено из мутировавших предков. Предпочтительные способы включают контакт раствора с корневой биомассой при помощи выращивания наземного растения в приемнике, расположенном на поверхности раздела воздух / раствор металлосодержащего раствора,и позволяя корневой биомассе наземного растения проникать через приемник в металлосодержащий раствор. Наиболее предпочтительно,чтобы вещества, питательные для растения,вводились в приемник из внешнего источника по отношению к металлосодержащему раствору. Во-вторых, изобретение описывает способ уменьшения количества металла в металлосодержащем растворе, не содержащем питательных для растения веществ. Способ включает контакт наземного растения или семени наземного растения с приемником, расположенным на поверхности раздела воздух/раствор металлосодержащего раствора. В этом случае, в приемник добавляются питательные для растения вещества в достаточной концентрации и в течение достаточного промежутка времени, чтобы дать возможность растениям корневой биомассы дорасти через приемник в металлосодержащий раствор, не содержащий питательных веществ. Раствор приводят в контакт с корневой биомассой наземного растения при условиях,достаточных для удаления металла из раствора корневой биомассой наземного растения. Само наземное растение отделено от раствора. Предпочтительные наземные растения, используемые в этой методике, выбираются из группы,состоящей из подсолнечника, дерновых трав, и представителей семейства Brassicaceae. В-третьих, изобретение описывает способ уменьшения количества металла в металлосодержащем растворе, включающий выбор наземных растений, способных уменьшать, минимум в два раза, начальное количество металла в металлосодержащем растворе. Корневая биомасса растения контактирует с металлосодержащим раствором при условиях достаточных для уменьшения корневой биомассой наземных растений начальной концентрации металла в растворе. Затем корневая биомасса наземного растения заменяется корневой биомассой другого 3 наземного растения и корневая биомасса другого растения контактирует с металлосодержащим раствором при условиях, достаточных для корневой биомассы другого наземного растения,чтобы продолжить удаление металла из раствора. Корневая биомасса другого наземного растения затем удаляется из раствора. В-четвертых, изобретение включает способ роста наземного растения на гидропонике в растворе, не содержащем питательных веществ. Способ включает обеспечение приемника, расположенного на поверхности раздела воздух/ раствор раствора, не содержащего питательных веществ. Приемник содержит питающий слой для получения неорганических питательных веществ, необходимых для растений. Далее,неорганические питательные для растений вещества добавляются в питающий слой извне по отношению к не содержащему питательных веществ раствору. Питательные для растений вещества добавляются в количестве, достаточном для того, чтобы корни наземного растения могли дорасти до раствора, не содержащего питательных веществ. На фиг. 1 представлено схематически поперечное сечение приемника предпочтительного выполнения в комплекте с питательным слоем; на фиг. 2 - схематичный вид сверху приемника в комплекте с питательным слоем в другом конструктивном решении изобретения ; на фиг. 2 А - схематичное поперечное сечение предпочтительного приемника и питательного слоя в конструктивном решении по фиг. 2; на фиг. 3 - схематичное изображение конструктивного решения сквозного потока в поперечном сечении; на фиг. 4 - схематичное изображение конструктивного решения прерывистого потока в поперечном сечении; на фиг. 5 - график, иллюстрирующий выведение свинца с течением времени в двух идентичных опытах с целыми растениями подсолнечника (,О) и в двух идентичных опытах с отделенными корнями подсолнечника (s,q); на фиг. 6 - график, иллюстрирующий положительную корреляцию между выведением свинца и корневой биомассой подсолнечника; у = 194325,3 х+20845,3 (r = 0,91); на фиг. 7 - график, представляющий время выведения свинца отделенными корнями В.juncea (О) и целым растением В.juncea ; на фиг. 8 показывает выведение различных металлов из водных растворов корнями В.juncea. Ионы металлов указаны сверху каждого квадрата. Кратные концентрации металла в 10 мл выделялись из растворов и были определены методом DCP с пределом обнаружения 0,15 мкг/г. Это значение приписывалось для всех измерений ниже предела обнаружения. Контрольные измерения (О) проводились для рас 000561 4 творов, не содержащих корней. Корни, погруженные в раствор имели СВ от 0,7 до 1,7 г. Вертикальные полосы обозначают среднеквадратические ошибки (n= 4). На фиг. 9 показана диаграмма корневой биомассы (сухой вес), построенная для обработки питательного слоя. Добавление питательных веществ производилось: (1) 120 мл жидкости (без питательных веществ,необходимых растению) в питательный слой один раз в неделю; питательные вещества получались из гидропонического раствора ("Низ"); 2) 60 мл в питательный слой один раз в неделю("Верх 1/7"); 60 мл в питательный слой дважды в неделю ("Верх 2/7"); 60 мл в питательный слой через день ("Верх 1/2"); на фиг. 10 - диаграмма корневой биомассы(сухой вес), построенная для обработки питательного слоя, использующего стандартный питательный раствор через день. ("Верх"). Корневая биомасса растений, снабжаемых 60 мл водопроводной воды в питательный слой обозначена как ("Низ"); на фиг. 11 - график, временных изменений в длине корня различных растений, растущих в воде, лишенной питательных веществ, при использовании приемника согласно изобретению; на фиг. 12 - зависимость концентрации тяжелых металлов в гидропоническом растворе от времени для Cd, Pb, Cu и Ni, иллюстрирующая начальную фазу быстрого захвата металлов растениями; на фиг. 13 - зависимость концентрации тяжелых металлов в гидропоническом растворе от времени для Mn ,Cr , Zn и As; на фиг. 14 - зависимость концентрации тяжелых металлов в растворе от времени для Сd,иллюстрирующая быстрое, практически законченное (порядка 700) уменьшение Сd в растворе. Изобретение частично основано на использовании способности определенных растений концентрировать в себе металлы из раствора. Это концентрирование может происходить по одному или обоим следующим механизмам. а) Растворимые металлы могут накапливаться растением и переносятся в растительную биомассу, в частности в биомассу корней и/или побегов. Согласно предпочтительному выполнению изобретения используются растения, которые накапливают металлы, предпочтительно,в корневой биомассе. б) Определенные растения могут осаждать растворимый металл из металлосодержащего раствора. Этот феномен впервые описан, как часть этого изобретения, и вероятнее всего вызван сорбцией ионов металла клетками корней и осаждением или хелатированием металлов на поверхности корня неорганическими или органическими веществами, выделяемыми корнем. С точки зрения химической технологии, корни могут действовать одновременно как ионообменные смолы и химические осадители. 5 Способ уменьшения количества металла в металлосодержащем растворе согласно изобретению используется для удаления начальных ионов металла из раствора или предоставлением возможности захватывать ионы металла биомассе растения, или переводом растворимых ионов металла в нерастворимую форму. Термин"растворимые ионы металла" относится к катионам металла или металлосодержащим анионным группам. Растворимые ионы металла могут присутствовать или одни, или в связи с анионами, или с хелатирующими агентами, которые растворимы в растворе при нормальной температуре окружающей среды (например,выше 0 С и меньше 45 С). Термин "нерастворимые" относится к ионам металла, которые частично не растворимы при нормальной температуре окружающей среды. Термин "нерастворимые" также предполагает включение неионных, элементных форм металла. Этот способ используется для удаления металлов, которые выбираются из общеизвестных тяжелых металлов, радиоактивных изотопов, и переходных металлов, таких как, например, свинец, хром, железо, магний алюминий,ртуть, кадмий, кобальт, никель, молибден, медь,мышьяк, селен, цинк, сурьма, беррилий, золото,барий, марганец, серебро, осмий, таллий, олово,рубидий, стронций, ванадий, иттрий, технеций,рутений, палладий, индий, лантан, торий,вольфрам, рений, висмут, германий, радий, цезий, уран, плутоний и церий. Термин "металл" также включает смеси металлов и обычные органические загрязняющие вещества, например свинец и хром в комбинации с нитрофенолом,бензолом, и/или алкилбензол сульфонатами(моющие средства). Способ также применим для удаления более, чем одной формы металла из водного раствора. По литературным данным определенные растения могут концентрировать в своих корнях несколько различных металлов,подразумевая, что механизм захвата металла не всегда металлоспецифичен. Термин "раствор" относится к любой загрязненной металлом жидкости, такой как промышленные и бытовые сточные воды, сточные воды предприятий, грунтовые и поверхностные воды, разбавленные илистые отложения и другие водные потоки, содержащие радиоактивные и не радиоактивные металлы. Растения используемые в предпочтительных вариантах способа являются наземными растениями. Термин "наземные" относится к фотосинтезирующим растениям, которые нормально растут в почве или в осадочных породах. Почвы и осадочные породы могут включать различные типы почв, имеющие широкий интервал содержания воды и содержания органических веществ. Поэтому наземные растения могут включать культурные растения и/или растения, произрастающие в таких природных ус 000561 6 ловиях, как заболоченные земли. Этот термин также включает части наземных растений (например, их побеги и/или корни). Термин "наземные", однако, не относится к исключительно водным растениям, весь жизненный цикл которых проходит исключительно на поверхности или в толще водного раствора. Эти водные растения также включают плавучие папоротники(например, Azolla), ряску (Lemma) и водяной гиацинт (Echhoria). Более того, термин "наземные" не предполагается переносить на изолированные клетки растений или клеточные суспензии, способные поглощать металл. Выращенные на гидропонике наземные растения, выбранные для использования в данном способе, могут накапливать металлы в своих корнях и переносить металл в побеги (т.е. в те части, которые располагаются над водным раствором). Корни всего наземного растения контактируют с металлосодержащим раствором в условиях достаточных для удаления металла из раствора и его накопления в корнях. После накопления все растение удаляется из раствора и перерабатывается, как описано ниже. Другое наземное растение, способное накапливать металл, после этого вводится в контакт с металлосодержащим раствором и процесс повторяется. Термин "гидропоника" используется в широко известном значении обычного технологического способа и в общем относится к науке выращивания растений с применением вместо почвы растворов, содержащих необходимые, обеспечивающие рост материалы. В способе и устройстве согласно изобретению используют наземные растения, не имеющие природной способности плавать в воде, и укореняющиеся в почве, а предназначенное для них устройство, подвешивают на или над поверхностью раздела раствор/воздух. Это достигается конструированием открытого приемника,содержащего питательный слой. Питательный слой, в добавлении к наземному растению, может содержать чернозем, песок, гумус, глину,синтетические материалы, такие как минеральная шерсть, и вермикулит и перкулит и, другой состав, активированный уголь, древесный уголь,песок, зола и древесные стружки. Эти материалы ведут себя, как ловушки неорганических питательных для растений веществ (например углеродные питательные вещества, такие как карбонаты, азотные питательные вещества, такие как ионы нитрата, ионы нитрита, ионы аммония, аммиака, фосфорсодержащие питательные вещества, такие как неорганические фосфаты). Приемник и его питательный слой в значительной степени, служат системой жизнеобеспечения наземному растению, в которую извне добавляются питательные вещества. С этой точки зрения, термин "извне" означает неорганические питательные вещества, и, возможно, другие материалы, обеспечивающие рост растения,которые не получаются растением из гидропо 7 нического раствора. Наиболее предпочтительно,чтобы питательные вещества добавлялись либо распылением на растущие побеги и/или листья или добавлялись непосредственно в форме раствора в питательный слой приемника. В любом случае питательные вещества в первую очередь контактируют с побегами и листьями растения,но не с его корнями. Используя этот подход,удается вырастить корни наземного растения в воде, не содержащей питательных веществ,подвешивая растение при помощи приемника в воде, не содержащей питательных веществ, и используя, питающий слой, как ловушку для питательных веществ, подаваемых извне (т.е. добавляемых распылением или добавляемых непосредственно в питательный слой). Термин"не содержащий питательных веществ" требует определения и относится к растворам, содержащим питательные вещества, обеспечивающие рост растения, в концентрациях ниже, чем это необходимо для поддержания роста растения, в независимости от того, являются ли концентрации детектируемыми или нет. Люди, имеющие навыки в данной технологии, могут протестировать наземные растения, используемые в данном изобретении на предельные концентрации питательных для растения веществ, понижение концентрации которых влияет на рост определенного растения. Приемник представляет собой предпочтительно жесткий каркас, который может быть сделан из пластика, дерева, или металла, или комбинации вышеперечисленных материалов. Точная природа этого каркаса для данного изобретения не важна, единственно необходимо,чтобы он был достаточно жестким для того,чтобы корни и корневища наземного растения могли прорасти сквозь каркас в металлосодержащую воду без потери материала питательного слоя, как описано выше. Каркас может быть подвешен выше линии раздела раствор/воздух(см. фиг. 1) или может плавать на поверхности раствора. Многие из используемых в данном способе наземных растений не содержат значимых количеств металла в их побегах. Побеги, которые содержат большее количество металла могут быть удалены без особых мер предосторожности или могут быть использованы для укоренения. В этом отношении ряд преимуществ имеется у многолетних трав. Их корни могут постоянно срезаться и из оставшихся побегов вырастают новые корни. Как только новые корни выращены, поглощение металла на гидропонике повторяется. Поэтому, наиболее предпочтительны наземные растения, корни которых абсорбируют и/или осаждают металлы, и которые могут постоянно массово срезаться через короткие с практической точки зрения промежутки времени. Концентрирование металла из растений после срезки может выполняться либо непо 000561 8 средственным плавлением растительной массы или может включать несколько стадий уменьшения объема перед процессами плавления. Способы уменьшения объема массы растительного вещества включают сжигание, анаэробное и аэробное гниение, вываривание с кислотой или сочетание нескольких способов. Наиболее предпочтительным способом концентрирования является способ включающий один или более указанных выше способов уменьшения объема с последующим непосредственным плавлением. Плавление содержащего металл (например, свинец) материала является хорошо известным технологическим способом и модификации этого метода представлены, например, в "LeadMackey (ed.); Mineral., Metal. Mater. Soc., Warrendale, Pa (1990), и цитируемая там литература. Таким образом, обработка наземных растений, проводимая после срезки, включает одну или несколько стадий, приводящих к приемлемым с точки зрения окружающей среды утилизации или удалению металла из ткани растения. Учитывая, что стадия перед обработкой необходима для увеличения концентрации металла и плотности массы, так же как и для уменьшения общего объема, концентрирование биомассы наземного растения может производиться процессами, включающими аэробное гниение (например, компостная куча), анаэробное гниение(например, закрытый бак), сожжение (например,озоление), растирание, измельчение, смягчение,влажное химическое вываривание (кислотная обработка). Наземные растения, наиболее подходящие для данного изобретения, представлены разнообразными дерновыми травами и представителями семейства Brassicaceae, как и обыкновенными подсолнухами. Heliantus annuus L, и рожью (Secale cereale L.). Наиболее подходящие дерновые травы включают полевицу волосовидную, мятлик луговой, плевел многолетний, полевицу побегообразующую, разнообразные овсяницы и полевички, свинорой пальчатый, бухлоэ, эримохлоэ,просо прутьевидное, зойсию японскую и просо береговое. Представители Brassicaeceae включают Brasica juncea и В. oleracea. Другие растения также пригодные для данного способа включают шпинат, сорго, табак и кукурузу(смотри табл. 1). Предпочтительной процедурой является выращивание выбираемых растений из семян(например, дерновых трав) в условиях гидропоники, с корнями погруженными в питательный раствор. После некоторого периода времени,питательный раствор, заменяется металлосодержащим раствором. Существует множество 9 доступных способов измерения для анализа тяжелых токсичных металлов. Среди наиболее часто применяемых способов пламенная и тепловая атомная адсорбционная спектрофотометрия (AAS), анодная вольтометрия с накоплением, и полярографическая техника. Предпочтительным является способ спектроскопии индуцированной атомной плазмы (ICP) и наиболее предпочтительно оборудование, сходное с SPECTROFLAME ICP (SpectroAnalytical Instruments Inc., Fitchburg, Mass). Для точного определения концентраций металла спектроскопическим способом он должен включать несколько стандартов из сходных органических составов, включающих известное количество металла, для его определения. Например,подходящим свинцовым стандартом могут быть, такие как Pine Needle Standarts u BuffaloRiver Sediment Standarts, включающие известное количество свинца, получаемые из Национального института науки и технологии (NIST). Ткань растений и стандарты подвергаются кислотному вывариванию и ICP анализу вместе с образцами, в которых предполагается свинец с содержанием согласно принятым протоколам. Смотри Blinocoe et al., Comm. Soil. Plant Anal.,18: 687 (1987); Baker Suhr, "Atomic AbsorptionAnalysis, part 2, Am. Soc. Argon., Madison.,Wise., (1982). Остаток металла в растворе определяется, например, атомной адсорбционной или плазменной спектрометрией. Смотри Soltanpour et al., "Optical emission Spectrometry", pp. 29-65 в Methods of Soil Analysis, part 2,Am.Soc.Agron., Madison, Wisс. (1982). Разность между уменьшением металла в растворе и концентрированием металла в растении представляет количество металла, осажденного из раствора (см. пример 1). Растения, обеспечивающие лучшее поглощение и/или осаждающие свойства могут быть далее протестированы получением семян из центров и лабораторий, собирающих разнообразную зародышевую плазму. Культуры, выращенные из этих семян,снова тестируются количественным отбором,описанным выше. Ниже показано, что этот количественный отбор может быть использован для растений, не описанных здесь, и для других не указанных здесь металлов. Наземные растения могут также включать те растения, которые подвергаются селекции и/или генетической инженерии для повышения способности к накапливанию металлов в условиях гидропоники. Поэтому, альтернативно или дополнительно растения могут быть генетически управляемыми. Например, растения могут быть генетически управляемыми мутагенезом при использовании хорошо известных химических мутагенов. Например,этилметилсульфонат (ЕМС) - эффективный мутаген,который увеличивает генетическую изменчивость, повышая частоту генных мутаций. Смот 000561of higher Plants", L.Ledoux (ed) , Plenum Press,N.Y., (1975), и цитированную там литературу. Этилметилсульфокат использовался в селекционных программах для получения наследуемых изменений в биохимии и физиологии растений,в частности для Arabidopsis thaliana представителя Brassicaceae. Система отбора для гидропоники, описанная выше, используется для определения разновидностей наземных растений с наибольшим потенциалом накапливания и осаждения металла. Семена этих линий подвергаются мутагенезу при использовании ЕМС, используя, например, методы предложенные Estellin Genetics, Elsevier Science Publishers, B.V., Amsterdam, 1986. Кратко, генетическое управление путем мутагенеза, может проводиться с зернами, намоченными в растворе ЕМС, чтобы вызвать гетерозиготные мутации в тех клетках, которые образуют репродуктивные структуры. Поколению растений Ml дают возможность самоопыляться и не менее 50000 проростков потомства М 2 проверяются на толерантность к металлу в искусственных растворах, содержащих различные концентрации металла. Наиболее толерантные М 2 растения, которые растут наиболее энергично, анализируются на накопление металла (смотри пример 2). Более того, наземные растения, используемые в способах с применением гидропоники согласно изобретению, также могут генетически управляться при использовании отработанной методики переноса генов в растениях. СмотриRedei, там же. В качестве одного из примеров возможности генного управления можно привести хорошо известный факт, что разнообразные нефотосинтезирующие организмы отвечают на присутствие металлов образованием металлотиокетонов (МТ), низко молекулярных протеинов, кодируемых структурными генами. Смотри, например, Maroni, G., "Animal Metallothioneins", pp. 215-232 in Heavy Metal Tolerancein Plants; Evolutionary Aspects, (ed. A.J. Shaw),CRC Press. Inc., Florida (1990). Данное изобретение предполагает увеличение захвата металлов корнями в результате гетерологичных экспрессий МТ в трансгенных растениях, термин "гетерологичный" означает ген другого организма,такого как трансформированное растение. МТ комплиментарнной ДНК млекопитающих (например, обезьян) могут быть коммерчески доступны или могут быть получены из выбранного источника и рестрикцированные ферментами фрагменты клонируются в, например, трансформационный/экспрессионный вектор растения на основе Agrobacterium, такой как pJB90,производный pGSER780A. Смотри, DeBlock etal., Physiol Plant., 915694-701 (1989). Сегменты проростков наземных растений,используемые в данном способе, затем инкуби 11 руются в присутствии суспензии бактериальных клеток (например, Agrobacterium tumefaciens),несущих экспрессионный вектор. Через несколько дней регенерирующие сегменты проростков переносятся в подходящую селекционную среду и инкубируются далее. В качестве результата получают трансгенные организмы, содержащие ген МТ млекопитающих (см. пример 6). Трансформанты анализируются на присутствие МТ ДНК способом "Саузерн" блок и "Нозерн" блок гибридизации, используя МТ млекопитающих в качестве пробы. Трансформанты также анализируются экспрессией МТ протеина иммуноблотинговым анализом с антисывороткой против МТ млекопитающих. Смотри, доступные протоколы, например, Sambrook et al.,Molecular Cloning: A laboratory Manual, ColdSpring Harbor Laboratory Press, NY (1989). Легко понять, что трансформанты могут быть получены экспрессией гомологичного гена, т.е. гена из того же самого организма, что и трансформированное растение. Гомологичный ген может трансформироваться иначе, по сравнению с тем же геном в нетрансформированном растении. Способ уменьшения количества металла в металлосодержащем растворе, включает контактирование водного раствора с корневой биомассой наземного растения, при условиях достаточных для корневой биомассы для перевода металла из растворимой в нерастворимую форму. Как обсуждалось выше, удаление ионов металла может быть легко определено измерением концентрации металла в растворе и в биомассе растения при использовании разнообразных хорошо известных и подробно описанных количественных способов определения металла. Способ согласно изобретению рассчитан на то, что выращивание наземных растений в системе гидропоники происходит таким образом, что корневая биомасса максимально контактирует с раствором. Выращивание растений на исключительно гидропонике не приводится,поскольку не входит в рамки патента. Например, способ может включать несколько различных систем на гидропонике, доступных в настоящее время. Одна система, представляет собой способ гидропоники, в котором растения выращиваются в приемнике, содержащем аэрированные растворы, в которых корни растений контактируют с раствором, содержащим металлы. Металлосодержащий раствор периодически пропускается через инертную опору, закрепляющую растения. Другой способ гидропоники включает выращивание растений в колоннах,через которые пропускается раствор через регулярные интервалы времени, так что у корней нет возможности высохнуть. Этот способ пропускания металлосодержащего раствора через корни будет обозначаться как система "сквозного потока". Следующий способ включает инкубирование корней в металлосодержащем растворе, который пополняется по мере его исто 000561 12 щения. Этот способ обеспечивает хорошую аэрацию корней и будет здесь далее обозначаться как способ "прерывистого" потока. Другой способ, так называемый способ "аэропоники",включающий контактирование развивающихся корней с металлосодержащим раствором при использовании ультразвука или сжатого воздуха для получения в качестве раствора водной эмульсии или аэрозоля. Получение эмульсии или аэрозоля при использовании ультразвука или сжатого воздуха - хорошо известные процессы, приведенные, например, в U.S. Patent N 5,017,351 (Rafson). Предпочтительный способ включает контактирование металлосодержащего водного раствора с корневой биомассой наземного растения путем пропускания раствора через колонну, содержащую корневую биомассу. Колонна, предпочтительно, должна быть непрозрачной, чтобы корни были в темноте. Колонна может, однако,иметь различную конфигурацию, не рассматриваемую здесь, поскольку это не входит в рамки изобретения. Например, колонна может быть,преимущественно, горизонтальной с глубиной раствора, преимущественно, меньше длины колонны. Обычно это включает систему удлиненных лотков, которые содержат корневую биомассу. В другом случае, колонна может располагаться вертикально, при этом глубина раствора равна или превышает ширину колонны. При такой конфигурации раствор может протекать вертикально внутри колонны. Так как водный раствор контактирует с корневой биомассой в течение времени, достаточного для перевода корнями металла из растворимой формы в нерастворимую, точная конфигурация колонны имеет небольшое значение. После того, как захват и/или осаждение закончены, корни изолируются от раствора. Предпочтительный приемник в комплекте с питательным слоем представлен на фиг. 1. Приемник 70 содержит питательный слой 74,который содержит, по меньшей мере, одно наземное растение 72. Непосредственно под питательным слоем 74 располагается пористый слой 76. Пористость слоя 76 такова, чтобы корни 73 наземного растения 72 могли проникать как в питательный слой 74, так и в слой 76 и дорастать до металлосодержащего раствора 75. В представленном варианте конструкции слой 76 выполнен из сетки, но может быть любым биологически и химически инертным пористым полимером. Сетчатый слой 76 подстилается поддерживающей сеткой 78, предпочтительно выполненной из пластика. Питательный слой 74 может включать материалы, выбираемые из почвы, песка, чернозема, гумуса, глины, вермикулита, перлита, каменного угля, активированного угля, дерева (сожженного и не соженного),синтетических материалов 13 слоя составляет предпочтительно от 1 до 10 сантиметров, хотя установлено, что достаточно 1 см питательного слоя. Металлосодержащий раствор 75 аэрируется через трубопровод 77 для подвода воздуха, а питательные вещества поставляются извне в питательный слой через трубопровод 79. Дополнительно или альтернативно подача питательных веществ извне может осуществляться распылением на листья наземного растения. Один из примеров расширенной системы гидропоники представлен на фиг. 2. Система состоит из баков с растущими растениями 80,каждый бак 80 содержит многочисленные стенки 82, соединяющие основание 84, расположенное на земле, со стороной приемки растения 86,расположенной напротив по отношению к основанию 84. Отдельные баки 80 могут быть практически квадратными, хотя могут применяться любые формы многостенных полых баков. На фиг. 2 каждый соответствующий бак 80 дискретен и отделен от ближайшего бака, хотя возможны другие конфигурации, включая форму выполнения в виде единого прямоугольного бака. Резервуар 87 находится в жидкостной связи с каждым баком 80 с помощью подводящего трубопровода 88 и выводящего трубопровода 90. Насос 100 обеспечивает рециркуляцию металлосодержащего гидропонного раствора 102 между баками 80 и резервуаром 87. Многочисленные отверстия 104 располагаются на стороне приемки растения 86 в каждом баке 80. Согласно фиг. 2 А, на которой позиции обозначают те же элементы, кроме отдельно оговоренных),каждое отверстие приспособлено для установки съемного приемника 106, который содержит питательный слой 108 с расположенным ниже пористым слоем 110 и, например, полиуретановой пены. В свою очередь под пористым слоем 110 имеется поддерживающая сетка 112. Поддерживающая сетка 112 расположена над гидропонным раствором 102 на расстоянии (X) около 1 см (0,5 дюйма). Подвешивание приемника 106 над раствором 102 и закрепление приемника 106 в отверстии осуществляется с использованием обычных съемных крепежных средств, включая устройства Velcro (r), зажимы,пружинные держатели, защелки и подобным им. В описываемом конструктивном решении крепежные средства 114 включают фланец 116,располагающийся по всей внешней периферии 118 отверстия. Фланец 116 имеет возможность соединяться с помощью соответствующего крепежного элемента с краем 118, выступающим из приемника 106. Опытная система включает 4 бака, каждый из которых представляет собой куб со стороной около 100 см (40") (общий объем системы = 4195 л). Каждое отверстие около 35 см на 43 см (около 14" на 17") . При использовании поддерживается постоянное прохождение раствора через корни растений. В других случаях прохождение рас 000561 14 твора может быть остановлено и корням представляется возможность забирать и/или осаждать металл в статических условиях (т.е. без прохождения раствора). После этого корни изолируются от раствора. В данном изобретении могут быть использованы также различные системы гидропоники. Например, ряды колонн, содержащих грядки на гидропонике могут располагаться последовательно или параллельно. Более того, раствор может непрерывно протекать через колонны,содержащие гидропонически обрабатываемые грядки. Далее, поток может прерываться, и внутри отдельной грядки становиться статичным. Вне зависимости от типа потока или конфигурации колонны через определенное время,необходимое растениям для перевода растворимого металла в нерастворимый металл, раствор может быть удален и корни изолированы от него. Для обеспечения движения раствора через колонну(ны) кроме насосов могут использоваться и другие способы. Раствор может, например, течь самотеком через колонну(ны). Схематическое изображение системы сквозного потока 54 представлено на фиг. 3. Колонны 10 связаны в ряды и раствор 14 подается одним или несколькими насосами 60. Трубопровод 62 связан с трубопроводом 64, подводящим раствор и с трубопроводом 66, отводящим раствор. Трубопровод 62 служит в качестве рециркулярного контура для протекания раствора. На фиг. 4 схематически изображена система прерывистого потока 56. Колонны 10 устанавливаются рядами между трубопроводом 64 для подвода раствора и общим выводящим трубопроводом 68. Поток при необходимости может быть остановлен для обеспечения статических условий в колоннах. После поглощения и/или осаждения поток опять возобновляется. Представленный на фиг. 3 и 4 фильтрационный блок 58, расположен на нижнем конце колонны со сквозным потоком и располагается на общем выходном трубопроводе в системе прерывистого потока. Фильтрационный блок 58 может состоять из одного или нескольких фильтров (не показаны) для отделения осажденного нерастворимого металла из раствора 14. Тип мембраны, используемой для отделения осажденного металла, может быть одним из разнообразных коммерчески доступных фильтров, таких как,например, производимые Millipore Company,Bedford, Massachusetts, u Whatman InternationalLtd., Maidstone, England. Существует несколько возможностей подготовки растений и их корней для удаления металлов при использовании данного способа. Простейший способ состоит в выращивании растений на гидропонике в описанных колоннах, колонны заполняются питательным раствором. Рост продолжается до тех пор, пока корни не достигнут подходящего размера. В этот момент корни помещаются в раствор, содержащий 15 металл. Альтернативно растения могут выращиваться отдельно в "питомнике" (либо на гидропонике, либо в твердой среде) и, затем, когда корни достигнут подходящего размера, перемещаться на гидропонные грядки. Установлено, что отделенные корни подсолнечника и некоторых представителей Brassicacea также эффективно выводят металлы из растворов. Для выполнения способа с использованием отделенных корней, корни просто отрезают от растения, культивируемого на гидропонике и помещают в металлосодержащий раствор. Колонна, подобная той, которая описывалась здесь, может быть наполнена отделенными корнями и металлосодержащий раствор вводится в контакт с корнями, способом, близким к описанному ранее (смотри пример 4). Ниже изобретение будет пояснено более подробно с помощью следующих примеров выполнения. Пример 1. Питательный слой. Рост корней при использовании добавляемых извне питательных веществ. Проводилось несколько экспериментов по отделению процесса накапливания металла корнями наземного растения с высокой вероятностью от любых процессов подачи питательных веществ к корням. Как показано на фиг. 1, питательные вещества подаются извне в слой абсорбирующего материала (питательный слой), содержащийся в приемнике, подвешиваемом над поверхностью воды, лишенной питательных веществ. Питательный слой поддерживался влажным при помощи питательного раствора,для предотвращения нехватки питательных веществ у растений. В то же время, содержание воды в питательном слое было минимизировано для стимуляции разрастания корней растения в лишенной питательных веществ гидропонной среде. Таким образом, в этих экспериментах процессы питания и обеспечения водой были разделены. Было установлено, что использование питательного слоя возможно для выращивания растений на гидропонике, так что основная часть корневой системы будет помещаться в потоке лишенной питательных веществ воды,содержащей загрязняющие вещества. Эксперимент А. В качестве питательного слоя использовалась минеральная шерсть. Проростки подсолнечника были выращены гидропоническим способом. Два приемника были помещены в колонну, содержащую 4 л водопроводной воды ("гидропонной жидкости"). Питательный раствор добавлялся в соответствующий питательный слой и сухой вес корней определялся через 5 недель. Добавление питательных веществ производилось: (1) 120 мл в колонну один раз в неделю ("Низ"); (2) 60 мл в питательный слой каждого приемника один раз в неделю("Верх 1/7"); 60 мл в питательный слой каждого приемника дважды в неделю ("Верх 2/7"); 60 мл 16 в питательный слой каждого приемника через день ("Верх 1/2"). Здоровые растения с хорошо развитыми корневыми системами наблюдались при каждом типе обработки. Не было значительных различий в корневой биомассе, развивающейся в гидропонной жидкости с добавлением питательных веществ разными способами(см. фиг. 9). Эксперимент Б. В качестве питательного слоя использовался вермикулит. Проростки подсолнечника были выращены на гидропонике. Четыре приемника поместили в колонну,содержащую 4 л водопроводной воды или стандартного питательного раствора. Капельная система орошения использовалась для поддержания влажности питательного слоя. Растение в колонне с водопроводной водой снабжались по 60 мл стандартного питательного раствора в питательный слой каждого приемника через день (см. фиг. 10: "Верх"). Растения, развивающиеся на питательном растворе, имели возможность отращивать корни, чтобы непосредственно захватывать питательные вещества из воды. Эти растения снабжались по 60 мл водопроводной воды в питательный слой каждого приемника колонны (см фиг. 10: "Низ"). Через 4 недели растения были собраны. Здоровые растения с хорошо развитыми корневыми системами наблюдались в каждом типе обработки. Не было значительных различий между разными типами обработки в измерениях корневой биомассы за пределами питательного слоя. Важно, что растения питающиеся за счет питательных веществ, получаемых извне, имели более развитую корневую систему в питающем слое, чем растения, получающие питательные вещества непосредственно из гидропонной жидкости. Эксперимент В. Семена шести видов культурных растений (подсолнечник, Helianthus annuus L.; рожь, Secale cereale L.; горчица сарептская, Brassia juncea (L.) Czern.; горох; бобы и люцерна, Mesicago sativa L.) посадили в приемник 35,5 х 43 см с пластиковым сетчатым дном. Приемник наполняли питательным слоем, содержащим около 3 см тонкого вермикулита,поддерживаемого пластиной толщиной 5 мм из пористой полиуретановой пены. Шестнадцать приемников с растениями поместили в бак глубиной 1 м, наполненный 3000 л рециркулирующей и аэрируемой водопроводной воды, поддерживаемой при 21 С. Приемники закрепили на светонепроницаемом каркасе, покрывающем верх бака. Около 0,5 л питательного раствора добавлялось в питательный слой три раза в неделю. Для получения питательного раствора растворили 1,3 г Hydrosol и 2,6 г Са(NO3)2 в одном литре воды. В течение первых двух недель использовался половинный раствор, затем в течение следующих двух недель использовался полный раствор. Раствор удвоенной концентрации использовался в течение 10 оставшихся 17 недель эксперимента. Выросли шесть из 100 растений из каждого приемника и длину самых длинных корней периодически измеряли (фиг. 11). Пример 2. Отбор наземных растений для накопления и осаждения металлов. Удаление свинца. Этот пример демонстрирует удаление свинца из раствора корнями различных дерновых трав теплого и холодного сезона и другими растениями, отобранными для использования в настоящем способе. Растения выращенные из семян и дерновины трав культивировались на гидропонике с корнями, растущими в питательном растворе, дополненном 0,6 г/л Ca(NO3)2. Предпочтительный питательный раствор 1 г/лHydrosol. Этот раствор содержит следующие компоненты: Стадия 1. 0,97 г этого материала растворили в одном литре для получения следующих концентраций. Элементный состав: Суммарно частей на миллион Азот (все нитраты) NО 350,00 Фосфор Р 48,0 Калий К 210,00 Магний Мg 30,0 Сульфат SO42117,0 Железо Fe 3,0 Марганец Mn 0,50 Цинк Zn 0,15 Медь Сu 0,15 Бор В 0,50 Молибден Мо 0,10 Стадия 2. К раствору добавили 0,644 г/л нитрата кальция. Суммарная концентрация питательных веществ составит: Азота, как N: 150 в частях на миллион N; Кальция, как Са: 129 в частях на миллион Са. Гидропонная культивация производилась в системе, сходной с представленной на фиг. 2, за исключением того, что использовалось небольшое количество корневой массы. Через 2-4 недели питательный раствор замещался на посто 000561 18 янно аэрируемый раствор Pb(NO3)2, содержащий 275 мг/л свинца, в виде иона свинца. Общий объем раствора поддерживался на уровне 400 мл путем добавления дистиллированной воды для компенсации водной потери за счет поглощения растением и испарения. Свинец накапливался в ткани растения и остаток свинца в растворе измеряли через 3 дня. Разность между уменьшением в растворе и свинцом, захваченным корнями, показывает количество свинца, осажденного веществами, выделяемыми корнем (смотри таблицу 1, ниже). Контроль при помощи фильтровальной бумаги (тонкие полосы фильтровальной бумаги, 0,4 г СВ (сухой вес), погруженные в аэрированный раствор свинца) использовался, чтобы показать, что захват и осаждение свинца специфично для корня. Сходные результаты были получены в большей(общий объем 7 л) системе сквозного потока. Эксперименты проводились в камере с условиями окружающей среды при 25 С, 75% относительной влажности и 16 ч световом дне (600 мкмольм-2 с-1), обеспечиваемый лампами теплового накала и холодного белого флуоресцентного излучения. Тяжелые металлы в корневой ткани анализировали при использовании спектрометра прямого расщепленного плазменного потока (DCP) модель SS-7. Корни высушивали в течение 2 дней при 80 С и озоляли при 500 С в течение 6 ч. Золу растворили в 2 частях 1 М НNO3, 1 части 2 М НСl и раствор подвергли анализу при помощи DCP. Анализ концентрации свинца в растворах проводили непосредственно при использовании Perkin Elmer 603 атомно адсорбционного спектрофотометра. Другие металлы в растворе анализировали при помощи DCP. Тот факт, что количество металла измеряемого при 0 времени часто немного ниже, чем количество металла,растворенного в растворе, позволяет предположить, что некоторая часть металла адсорбируется на стенках контейнера, используемого в эксперименте. Таблица 1 Полевица восолосовидная "Exeter" (Agrostic tenuis Sibth) Мятлик луговой "Liberty" (Poa pratensis L.) Плевел многолетний "Brazil II" (Lolium perenne L.) Полевица болотная "Putter" (Agrostis palustris Huds) Овсяница скученная "Jamestown" (Festuca rubra var. commutata Gaud.) Овсяница овечья "Bighorn" (Festuca ovina L.) Полевичка согнутая (Eragrostis curvula (Schard. женские растения Овсяница жестковатая "Releant" (Festuca ovina L. var. Duriscula (L.) Koch) Овсяница высокая "Rebel" (Festuca arundinacea Schreb.) Мятлик луговой "Baron" Овсяница жестковатая "Crystal" Холодный Холодный Холодный Холодный Холодный Исчезновение из раствора (мг Метод возделыРb/г СВ корней ваниясреднеквадр. ошибка Семя 675200 Семя 54512 Семя 54334 Семя 48599 Дерновина 388277 Выведение других тяжелых металлов кроме свинца Свинец был не единственным металлом эффективно выводимым из воды корнями. РасРb(NO3)2,творы солейK2Cr2O7 приготовили в деионизированной воде,и выведение других тяжелых металлов было показано погружением корней растений В. выращенных на гидропонике, в 400 мл деионизированной воды, содержащей Cd+2 (2 мг/л) , Ni+2(10 мг/л) , Сu+2(6 мг/л), Zn+2(100 мг/л), Сr+6 (4 мг/л) или Pb+2 (2 мг/л) (см. фиг. 8). Экспериментальные растения не показали видимой фитотоксичности, заметной в течение эксперимента. Через 8 ч корни резко уменьшили содержание всех тестируемых металлов в растворе. Смотри также фиг. 12-14. Коэффициенты биоаккумуляции, соотношение концентрации металлов в ткани корня (мкг/г СВ) к начальной Холодный Холодный Теплый Теплый Теплый Теплый Теплый Теплый Семя Дерновина Семя Семя Семя Семя Семя Семя Семя Семя Семя Семя Семя Семя Семя концентрации металла в растворе (мг/л), определенные после 24 ч культивирования, значительно варьировали для различных металлов(таблица 2). При используемых концентрациях Рb имел наибольший коэффициент биоаккумуляции 563, тогда как Zn имел самый низкий 131. Коэффициенты биоакуммуляции металлов не пропорциональны начальной концентрации каждого металла в растворе. Cd, Ni, Cu, Zn и Сr в значительно большей степени выводились из раствора, чем было выделено из корней (таблица 2). Это дает возможность предположить, что эти металлы не только адсорбируются корнями,но также осаждаются из раствора веществами,выделяемыми корнем, или, вероятно, транспортируются в побеги. Корни выводили хромовый анион СrO4-2 почти также эффективно, как и катионы других металлов (фиг. 8 и фиг. 13). Таблица 2. Захват тяжелых металлов Корнями Brassica juncea БиоаккумуВыделено из Концентрация Количество ляционный Металл Раствор Корниa (мкг/г Раствор (мкг) Корни (мкг сред- корней (% коэффициент среднекв. некв. ошибка)a Корни были погружены в растворы различных металлов на 24 ч (смотри фиг. 6)среднекв. ошибка ( n=3) Пример 3. ЕМС мутагенез. Этот пример представляет протокол использования в мутагенезе растений представителей семейства Brassicacae. 1. Сухие семена поместили в примерно 100 мл раствора 0,3% (объем/объем) ЕМС (полученный от Sigma chemicals, St. Louis, МО). Возможны небольшие различия от образца к образцу ЕМС, поэтому необходимо каким-либо образом уточнить концентрацию. От 20000 до 250000 семян были подвергнуты мутагенезу в течение некоторого времени. Этилметансульфонат (ЕМС) - летучий мутаген. С ним необходимо работать только в вытяжном шкафу и все растворы и вещества, с которыми он контактирует, должны быть как следует изолированы. 2. Семена перемешивались время от времени или перемешивались при помощи мешалки и были оставлены при комнатной температуре на 16-20 ч. Скорость мутагенеза может быть температурно зависимой, так что использование 21 магнитной мешалки может изменять результаты из-за нагревания раствора. 3. Семена промыли дистиллированной водой 10-15 раз в течение 2-3 ч декантированием раствора, добавлением свежей воды, перемешиванием, позволяя семенам осаждаться, и декантируя их снова. Через 8 ч промытые семена перенесли в новый контейнер, а начальный убирали. 4. После промывки семена немедленно посеяли, примерно 3 семени на квадратный см.(3000 семян в 50 мл 0.1% агара в контейнер 35 х 28 х 9 см). 5. После нескольких недель полезно определить количество проросших семян для того,чтобы знать размер Ml поколения. Около 75% мутировавших семян обычно прорастают. Идеально Ml определяется количеством растений,которые производят М 2 семена, но это значительно труднее определить. 6. Растения выращиваются до тех пор, пока они начнут естественно увядать, затем им позволяют полностью высохнуть перед сбором. Полное высыхание улучшает урожай и облегчает его сбор. Пример 4. Кинетика выведения металла. Для того чтобы определить кинетику выведения свинца, корни целых 7-недельных растений подсолнечника все вместе инкубировались в питательном слое, аналогичном тому,который представлен на фиг. 1 (общий объем 400 мл). В течение 4,5 ч, корни целых растений вывели более 90% 275 мг Pb/л первоначально присутствующего в растворе (фиг. 5b). Общая масса свежих растений 1 равна 33,2 г (2,1 г сухого веса) и растений 2 30,7 г (2,3 г сухого веса). Более того, скорость выведения свинца значительно коррелирует (r=0,83) с сухой биомассой корней, используемых в эксперименте (фиг. 6). Другие металлы (например, Са 2+, Со 2+,2+ Сu и К+) не оказывали значительного влияния на способность корнефильтрующих растений накапливать ион свинца. Это подтверждает, что настоящие способы могут быть использованы для выведения свинца из сложных водных смесей, содержащих различные ионы. Важно отметить, что при подходящих условиях, наземные растения могут уменьшать количество тяжелых металлов в растворе более чем в два раза по величине, т.е. от мг/л (частей на миллион) до уровня 10 частей на миллиард или меньше. Во многих случаях концентрация тяжелого металла в растворе после фильтрования корнями равна или меньше измеряемого оборудованием предела обнаружения. Следующие эксперименты иллюстрируют этот факт. Проростки подсолнечника культивировались на гидропонике с корнями, растущими в аэрированном питательном растворе (1 г/л Hydrosol, дополненного 0,6 г/л нитрата кальция). Каждая гидропонная ячейка состоит из ПВХ пластикового цилиндpa (12 см высота и 10 см 22 диаметр), содержащего 2 растения, закрепленных вместе в питательном слое; металлическая сетка, расположена на расстоянии 7 см от дна контейнера, и слой вермикулита с толщиной 1 см лежит сверху сетки. Восемь гидропонных ячеек поместили в общую кювету, содержащую 4 л питательного раствора. Через 5 недель отобрали примерно одинаковые растения (средний сухой вес корней был 0,7 г 0,2 г). Корни промыли в течение 20 мин в деионизованной воде для удаления следов питательного раствора. После этого, питательный слой вместе с растениями поместили на 24 ч в пустой пластиковый контейнер глубиной 13 см с непрерывно аэрируемым раствором металла. Были протестированы восемь тяжелых металлов в форме растворов Рb(NО 3)2; Сd(NО 3)2; Cu(NO3)2;Ni(NO3)2; MnCl2; K2Cr2O7 и NaAsO2. Общий объем раствора поддерживался постоянным за счет добавления деионизированной воды для того, чтобы компенсировать водную потерю за счет поглощения растением, взятия проб и испарения. Эксперименты проводились в камере с условиями окружающей среды при 25C, 75% относительной влажности и 16 ч световом дне(600 мкмоль/м 2/с), обеспечиваемом лампами теплового накала и холодного белого флуоресцентного излучения. Контрольные измерения (не закрашенные кружки на фиг. 12 и 13) проводились для растворов, не содержащих корней. Во всех экспериментах корни растений вызывали резкое уменьшение концентрации металла в растворе. Для Cd, Pb, Сu и Ni в течение первого часа эксперимента концентрация понизилась на несколько порядков. За этой быстрой фазой последовала медленная фаза (см. фиг. 2). Для оставшихся металлов быстрая стадия выражена не так отчетливо. Тем не менее, в течение 24 ч, корни подсолнечника сумели уменьшить концентрацию Мn и Сr на два порядка (от 1000 до 10 мкг/л) (см. фиг. 13). Относительно низкая скорость удаления Zn из раствора может быть объяснена наблюдаемой в данных экспериментах фитотоксичностью. Мышьяк тестировался при низких концентрациях и это может быть частично объясняет низкую скорость удаления металла. Для того чтобы в большей степени воспользоваться преимуществом быстрой стадии выведения металла, раствор, содержащий Сd,обрабатывался в течение четырех часов корнями растений подсолнечника. После каждого часа растения и связанные с ними корни заменялись свежими растениями. В течение эксперимента (проводили два параллельных) концентрация кадмия упала от 700 мкг Cd/л до величины, меньшей предела количественного обнаружения (около 5 мкг Cd/л) (см. фиг. 14). Уменьшение концентрации металла даже в два раза в большинстве случаев оказывается достаточным для получения воды, удовлетворяющей госу 23 дарственным стандартам по загрязнению металлами. Пример 5. Накопление металла отделенными корнями. Корни отделили от выращенных гидропонным способом растений и отделенные корни погрузили в колонну, содержащую раствор с ионами свинца (400 мл общего объема с концентрацией Pb 2+ между 275-285 мг/л). Время, в течение которого свинец выводится из раствора корнями, связанными с растением, сравнимо с накоплением свинца только в отделенных корнях. На фиг. 5 показано сравнение кинетики захвата свинца корнями целых растений подсолнечника и отделенных корней подсолнечника (общая корневая биомасса была 12,1-15,7 г(0,8-0,10 г сухого веса). На фиг. 7 представлена кинетика захвата свинца целыми растениями В.junceaи отделенными корнями В.juncea (О). Средняя масса свежих корней целого растения была 3,3+0,3 г(0,3+0,1 г сухого веса; n=4). Средняя масса только одних свежих отделенных корней была 3,7+1,0 г (0,3+0,1 г сухого веса; n = 4). Пример 6. Химический анализ осадка. Обработанные свинцом корни свинороя пальчатого B.juncea и подсолнечника были исследованы при помощи растровой электронной микроскопии при помощи Jeol 35C SEM, работающего при ускорении 15 кВ. Изображение было получено одновременно при помощи вторичного электронного способа и способа обратного рассеивания для визуализации областей отложения свинца в корневой ткани. Начальные результаты показывают, что большинство ионов свинца накапливается в экстраклеточном пространстве эпидермального слоя в форме смеси карбоната свинца, небольшого количества фосфата свинца и, возможно, оксида свинца. Выведение свинца в данном способе вызывается одновременно накоплением в корнях растения и способностью корней живых растений осаждать ионы свинца из раствора. Осажденный свинец приводит к образованию жидкости мелочнобелого цвета в растворе, окружающем корни. Химический анализ корневого осадка, собранного из системы, производился инфракрасной спектроскопией при использовании "Cygnus 100" инфракрасного спектрометра с преобразованием Фурье при разрушении 4 см-1 и спектроскопией прямого потока плазмы. Осадок был идентифицирован как фосфат Рb3(PO4)2. Химический состав осадка не изменялся при использовании в данной системе различных видов. Эти результаты могут означать, что выделение фосфата из растения представляет собой защитный механизм, вызываемый в корнях травы свинцом и возможно другими металлами. Функция этого защитного механизма может состоять в том,чтобы осадить свинец до того, как он сможет 24 придти в контакт с тканями корня живого растения. Пример 7. Создание вектора и трансформация в B.Juncea МТ гена. А. Создание вектора. Комплиментарные ДНК МТ обезьяны(МТ 1 МТ 2) были получены от Dr. Dean H.Hamer, National Institute of Health, Bethesda,Maryland. Рестрикционный Hind III/Bam HI фрагмент длиной 341 нуклеотид, содержащий полную МТ 1 кодирующую последовательность,включая инициирующий метиониновый кодон,был клонирован в Hind III/Bgl II участок pJB90 для получения плазмиды pNKl.pJB90 (полученный от Dr.Deepak Pental, Tata Energy ReseachInstitute, New Delhi, India) представляет собой бинарный трансформационный/экспрессионный вектор растения на основе Agrobacterium. Это плазмида содержит селективный в отношении растений hpt (гидромицин фосфотрансферазы) ген и многочисленные клонированные участки для введения чужеродной ДНК между концевыми повторяющимися последовательностями Т-ДНК. Плазмида также содержит ген устойчивости к спектиномицину, функционирующий в бактериальных клетках. pNKl культивированный в Е. coli Dh5 был использован для трансформации в Agrobacterium tumefaciens штаммpGV2260, несущий pNKl выращивается в течение ночи (220 об/мин, 28 С, в темноте) в 5 мл раствора YЕВ [ мясной экстракт - 0, 5%, дрожжевой экстракт - 0,1%, пептон - 0,5%, сахароза 0,5%, MgSO47H2O - 0,005%] содержащий по 100 мг/л спектиномицина и рифампицина. Один мл этой суспензии использовался в качестве затравки для 50 мл YEB с той же концентрацией антибиотиков и был оставлен расти на ночь. На третий день бактерии выделялись центрифугированием (5500 об/мин) и вновь переводились в суспензию в отфильтрованной стерилизованной жидкой MS (смотри Murashige, Т., and Skoog F.,Physiol Plant 15: 473-497. 1962) модифицированной среде (MS соли и витамины с по 10 г/л каждого из сахарозы, глюкозы и маннита) дополненной 200 микромоль ацетосирингона и по 100 мг/л каждого из спектиномицина и рифампицина при рН 5,6. Оптическая плотность бактериальной суспензии была около А 600 =1,0 и бактерии росли в течение 6 ч, собирались также как и прежде и вновь переводились в суспензию в той же среде. Эксплантаты свежесрезанного гипокотиля инкубировались в бактериальной суспензии в течение 1 ч и совместно культивировались на MS модифицированной среде, дополненной 2 мг/л ВАР (6-бензоламинопурин) и 0,1 мг/л NAA (нафталинуксусная кислота). По 25 сле 2 дней эксплантанты переносились в MS среду 2 мг/л ВАР, 0,1 мг/л 2,4-D (2-4 дихлорофеноксиуксусной кислоты), 200 мг/л цефотаксима и 30 микромоль Аg(NO3) и 10 мг/л гидромицина В. Через 10 дней инкубации на этой среде эксплантаты переносились на MS среду,дополненную 2 мг/л ВАР, 0,1 мг/л NAA, 200 мг/л цефотаксима, 10 мг/л гидромицина В и 10% кокосовым молоком. Побеги, развившиеся за 15-20 дней выращивались дальше и укоренялись в присутствии 20 г/л гидромицина. В результате получены трансформанты с линией 173874 с частотой 2%. В. Характеризация экспрессии МТ гена в линиях трансгенных растений. Около 15 независимых трансгенных растений было генерировано из вышеназванной линии В.juncea. Предполагаемые трансформанты анализировались на присутствие МТ 1 ДНК методом Саузерн блот и Ноузерн блот гибридизации при использовании МТ 1 комплиментарной ДНК в качестве пробы. Предполагаемые трансформанты анализировались на экспрессию MT1 протеина методом иммуноблотинга с антисывороткой на МТ обезьяны. Трансгенная линия с высоким уровнем экспрессии МТ была отобрана и протестирована на накопление свинца и хрома и устойчивость к металлу в тепличных испытаниях, описанных выше. Трансгенные линии оценивались в крупномасштабных тепличных испытаниях, при которых утилизировались свинец и хром, загрязняющие почву из зараженных участков. Корни лучших растений, выявленных в результате отбора, содержат около 15% по весу свинца в сухой биомассе (таблица 1), что эквивалентно 65% содержания свинца по весу в золе. Эта концентрация делает утилизацию металлов из золы реальной альтернативой захоронению золы. Комбинируя захват и осаждение,корни наиболее эффективных растений (т.е. подсолнечников) выводят свинец в количестве равным 60% от общего сухого веса. Это намного выше возможностей всех известных ионообменных колонн, которые могут рассматриваться как альтернатива способу согласно изобретению. К тому же, оценки показывают, что осуществление данного изобретения на порядок дешевле, чем схемы очистки на основе ионнообменных процессов. Вышеописанная технология или е усовершенствование с помощью стандартных экспериментов на определенных продуктах и процессах считаются входящими в рамки изобретения и охватываются формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ уменьшения количества металла в металлосодержащем растворе, включающий стадии, в ходе которых металлосодержащий раствор, обедненный, по меньшей мере, одним 26 питательным веществом, требующимся для роста растений, вводят в контакт с первой частью наземного растения, включающей, по меньшей мере, корневую биомассу растения, вторую часть наземного растения, не относящуюся к первой части, вводят в контакт с композицией,содержащей, по меньшей мере, одно питательное вещество, которое требуется для питания растения и которое отсутствует в растворе, при этом контакт между первой частью растения и раствором и контакт между второй частью растения и композицией поддерживают в течение периода времени и в условиях, достаточных для питания растения композицией и удаления, по меньшей мере, части металла из раствора без добавки в него, по меньшей мере, одного питательного для растения вещества. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что наземное растение затем отделяют от раствора. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что металл, содержащийся в наземном растении,после удаления наземного растения из раствора выделяют из растения. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадия контактирования включает контактирование раствора с корневой биомассой, выращивание наземного растения в приемнике и предоставление возможности корневой биомассе наземного растения проникать через приемник в металлосодержащий раствор, не содержащий питательных веществ. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что приемник расположен на поверхности раздела воздух/металлосодержащий раствор. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что приемник расположен выше поверхности раздела воздух/металлосодержащий раствор. 7. Способ по п.4, отличающийся тем, что стадия выращивания включает введение питательных для растения веществ в приемник из источника питательных для растения веществ,который является внешним по отношению к металлосодержащему раствору, не содержащему питательных веществ. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что приемник включает питательный слой для получения поставляемых извне питательных для растения веществ. 9. Способ уменьшения количества металла в металлосодержащем растворе, отличающийся тем, что в приемник помещают наземное растение или семена наземного растения, питательные вещества для растения, размещают приемник над металлосодержащим раствором, в котором недостает одного или нескольких питательных веществ, нужных для роста растения, вводят раствор в контакт с корневой биомассой,выращивают корневую биомассу в растворе при условиях, достаточных для того, чтобы корневая биомасса удалила, по меньшей мере, часть металла из раствора без добавления в раствор одного или нескольких питательных веществ. 27 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что затем наземное растение отделяют от раствора. 11. Способ по п.9, отличающийся тем, что приемник расположен на поверхности раздела воздух/металлосодержащий раствор. 12. Способ по п.9, отличающийся тем, что приемник расположен выше поверхности раздела воздух/металлосодержащий раствор. 13. Способ по п.1 или 9, отличающийся тем, что металл выбирают из группы состоящей из свинца, хрома, железа, магния, алюминия,ртути, кадмия, кобальта, никеля, молибдена,меди, мышьяка, селена, цинка, сурьмы, бериллия, золота, бария, марганца, серебра, таллия,олова, скандия, осмия, лантана, тория, вольфрама, рения, висмута, германия, радия, рубидия,стронция, ванадия, иттрия, технеция, рутения,палладия, индия, цезия, урана, плутония и церия и их радиоактивных изотопов. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что операция размещения содержит также размещение преемника над металлосодержащим раствором, содержащим смеси металлов или смеси металлов и обычных органических загрязняющих веществ. 15. Способ по п.1 или 9, отличающийся тем, что используют наземное растение, имеющее возможность удаления более одного металла. 16. Способ по п.1 или 9, отличающийся тем, что стадия контактирования включает контактирование наземного растения, которое выбирается из группы, состоящей из подсолнечника, гороха, ржи, бобов, дерновых трав, представителей семейства Brassicacea, шпината, сорго,табака и кукурузы. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что дерновые травы выбирают из полевицы волосовидной, мятлика лугового, плевела многолетнего, полевицы болотной, овсяницы, полевички,свинороя пальчатого, бухлоэ, эремохлоэ, проса прутьевидного, зойсии и проса берегового. 18. Способ по п.16, отличающийся тем, что представители Brassicacea выбирают из группы состоящей из Brassica juncea B.oleracea. 19. Способ по п.7 или 9, отличающийся тем, что питательные вещества вводят в виде тумана или аэрозоля. 20. Способ по п.1 или 9, отличающийся тем, что стадия контактирования раствора с корневой биомассой наземного растения включает контактирование с растением, которое име 000561 28 ет возможность уменьшать, по крайней мере, в два раза начальную концентрацию металла в металлосодержащем растворе. 21. Способ по п.20, отличающийся тем, что замещают корневую биомассу наземного растения корневой биомассой другого наземного растения; вводят в контакт металлосодержащий раствор, в котором металлосодержащий раствор обеднен одним или более питательным веществом, требующимся для роста растения, с корневой биомассой указанного другого наземного растения при условиях, достаточных для корневой биомассы указанного другого наземного растения для продолжения удаления металла из раствора; создают возможности роста корневой биомассе указанного другого наземного растения в растворе, не содержащем питательных веществ, с удалением металла корневой биомассой. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что затем отделяют наземное растение от раствора,не содержащего питательные вещества. 23. Способ по п.20, отличающийся тем, что стадия контактирования с наземным растением включает контактирование наземного растения,которое способно уменьшать, по крайней мере,на 50% начальное количество металла, в течение времени, не превышающего 8 ч. 24. Способ по п.20, отличающийся тем, что металл выбирают из группы, состоящей из кадмия, свинца, меди и никеля. 25. Способ по п.20, отличающийся тем, что для контактирования раствора с корневой биомассой наземного растения наземное растение помещают в приемник и добавляют питательные для растений вещества в достаточных концентрациях и в течение времени, достаточного для того, чтобы дать возможность корневой биомассе прорасти через приемник в не содержащий питательных веществ металлосодержащий раствор. 26. Способ по п.20, отличающийся тем,что, по крайней мере, из корневой биомассы наземного растения выделяют содержащийся в ней металл после отделения корневой биомассы от раствора. 27. Способ по п.8, отличающийся тем, что питательный слой выбирают из группы, состоящей из почвы, гумуса, песка, глины, каменного угля, активированного угля, дерева, синтетических материалов и их комбинаций.