吸毒草可以清理数百万英亩受污染的土地
- May 7, 2023
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作者：Good News Network
出处：Good News Network
翻译：Rachel Wong
在军事训练场上，部队练习发射炮弹、向旧坦克投掷炸弹以及测试新武器的能力。这些炸药和弹药留下的有毒化合物污染了美国许多军事基地——估计清理费用在 160 亿至 1650 亿美元之间。很快，可能会有一种工厂可以为他们完成这项工作。
在本月发表在《植物生物技术杂志》网络版上的一篇论文中，华盛顿大学和约克大学的研究人员描述了一种新的转基因草种，它可以中和和根除黑索金索——一种自二战以来被广泛用于炸药的有毒化合物.
威斯康星大学的工程师从学会吃黑索金的细菌中引入了两个基因，并将其分解为两种多年生草类的成分：柳枝稷 (Panicum virgatum) 和匍匐翦股颖 (Agrostis stolonifera)。表现最好的菌株从两周前作为幼苗种植的模拟土壤中去除了所有 RDX，并且它们的叶子或茎中没有保留任何有毒化学物质。
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这是首次报道的转基因草的示范，以增强它们从环境中清除污染的能力。草是生长旺盛、生长迅速、维护成本低的植物，在现实世界的清理环境中比其他物种具有实际优势。
“这是一种可持续且负担得起的方法，可以去除和销毁这些训练范围内的污染物，”资深作者兼威斯康星大学土木与环境工程教授 Stuart Strand 说，他的实验室专注于从能够降解有毒化合物的微生物和动物身上获取基因并将它们设计成有用的植物。
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“这些草可以种植在训练场上，自行生长，几乎不需要维护。当来自弹药的有毒颗粒落在目标区域时，它们的根部会吸收黑索金并在它到达地下水之前将其降解，”斯特兰德说。
RDX 是一种有机化合物，是许多常见军用炸药的基础，这些炸药可以在未爆炸或部分爆炸的弹药中残留在环境中。在足够大的剂量下，它已被证明会导致癫痫发作和器官损伤，目前它被美国有毒物质和疾病登记处列为潜在的人类致癌物。
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与 TNT 等其他有毒炸药成分不同——它会与土壤结合并倾向于留在原地——RDX 很容易溶解在水中，并且更容易将污染传播到军事范围、制造设施或战场之外。
“颗粒四处散落，然后下雨，”斯特兰德说。“然后，RDX 溶解在雨水中，因为它向下穿过土壤并最终进入地下水。而且，在某些情况下，它会从基地流出并最终流入饮用水井。”
当野草通过根部吸水时，它们确实会去除土壤中的黑索金索污染物，但它们不会显着降解土壤。因此，当草死亡时，有毒化学物质会重新引入景观。
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合著者约克大学的生物技术教授和研究科学家 Neil Bruce 和 Liz Rylott 及其同事之前分离出在细菌中发现的酶，这些细菌进化为使用 RDX 中的氮作为食物来源。该消化过程具有将有毒的 RDX 化合物降解为无害成分的额外好处。
细菌本身并不是理想的清理工具，因为它们需要其他食物来源，而这些食物来源并不总是出现在军事训练场上。因此 Bruce 和 Rylott 尝试将细菌基因插入实验室环境中常用的植物物种中。这些实验证明，新植物菌株能够比野生菌株更成功地去除黑索金毒素污染。
“考虑到全球范围内的爆炸物污染，植物是清理这些污染场地的唯一低成本、可持续的解决方案，”布鲁斯说。
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威斯康星大学的土木和环境工程师团队花了八年时间在植物物种中表达能够经得起现实世界使用的相同基因。他们需要一种年复一年地重新生长并且具有可以在火灾后恢复的强大根系的丰盛的多年生物种。
草符合这一要求，但它们更难通过基因来操纵。特别是，威斯康星大学的工程师必须在他们的基因构建体中构建强大的单子叶植物“启动子”——或导致特定基因表达的 DNA 区域——才能使该过程在草种中发挥作用。
“对于清理受污染的土壤，草类效果最好，但它们绝对不容易转化，特别是因为以前没有使用过灵活的系统来表达草类中的多个基因，”第一作者和代理 UW 讲师张龙说。
研究小组还发现了另一个意想不到的附带好处：因为转基因草使用黑索金作为氮源，它们实际上比野生草种生长得更快。
UW 研究团队的下一步包括在军事训练场进行有限的现场试验，以测试菌株在不同条件下的表现。更广泛的使用需要美国农业部的批准，以确保基因改造不会对野生草种构成威胁。
“我认为这在生态学上是可以接受的，因为我们引入的基因可以降解环境中的真正污染物并且不会造成伤害，”斯特兰德说。“在我看来，这是一项有益于环境的有用技术，有可能消除数十年军事活动留下的危险遗留污染。”
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