Bioremediatie in de klas Teach article

Vertaald door Piet Das. Vered Yephlach-Wiskerman biedt hier een project aan om in klasseverband de mogelijkheden voor bioremediatie te onderzoeken met de aquatische varen Azolla

Wanneer de bodem of het water is vervuild met bijvoorbeeld zware metalen, oplosmiddelen of olie, is een uitstekende mogelijkheid om ze schoon te maken bioremediatie: het gebruik van micro-organismen of planten die de verontreinigingen opnemen en ze dan ofwel verteren tot minder schadelijke stoffen of ze opslaan waardoor ze worden verwijderd.

Veel gebruikte toepassingen hiervan zijn het schoonmaken van verlaten mijnen of olieverontreinigingen. Fytosanering ( van het Griekse phyto – plant) maakt gebruik van het natuurlijke vermogen van een plant om giftige chemische en verontreinigende stoffen op te nemen, af te breken of te verwijderen uit grond, slib, sediment of grondwater.

Azolla is zo’n plant: in deze soort drijvende zoetwatervarens kunnen zich zware metalen zoals nikkel , cadmium en kwik (Arora et al., 2006); ophopen; zijn biomassa is eenvoudig te oogsten en zeer snel te drogen (Wagner, 1997). Deze kenmerken zorgen ervoor dat het een perfecte kandidaat is voor bioremediatiesystemen (Cohen, 2004), alhoewel het altijd belangrijk is om de mogelijke effecten van invoering van een nieuwe soort in een ecosysteem^w1, ^w2 van te voren in te schatten. Azolla leeft in symbiose met de cyanobacterie Anabaena azollae , die stikstof uit de lucht kan vastleggen. Door deze onafhankelijkheid van een verdere externe bron van stikstof is de varen in staat om de twee tot drie dagen bij kamertemperatuur zijn biomassa te verdubbelen en dat is ook de reden dat het al eeuwen wordt gebruikt in China als een biomeststof in rijstvelden.

Azolla in de klas

De plant is een geweldig hulpmiddel voor vakoverstijgende schoolprojecten van ecologie, milieustudies, biologie, chemie en biotechnologie. Tijdens een dergelijk project kunnen studenten essentiële vaardigheden ontwikkelen voor wetenschappelijk werk: het formuleren van een probleem en een hypothese, het plannen van een experiment , het beschrijven van de resultaten en het trekken van conclusies .

Begin de les met het onderwerp bioremediatie en laat de studenten informatie verzamelen over Azolla^w1, ^w3, ^w4, ^w5, ^w6, ^w7, ^w8 (Arora & Saxena, 2005), zoals de morfologie van waterplanten in tegenstelling tot landplanten , het belang van symbiose , de stikstofcyclus , het gebruik van Azolla in de landbouw (Pabby et al., 2004), en het vermogen van Azolla om zware metalen op te nemen.

Help de leerlingen met het formuleren van onderzoeksvragen en hypothesen die ze willen onderzoeken. Mogelijke onderwerpen zijn het meten van de toename van biomassa afhankelijk van de groeiomstandigheden (bijv. CO₂– niveau, ijzergehalte van het water, de hoeveelheid licht), of het effect van Azolla op de waterkwaliteit.

Teams van twee tot drie studenten werken goed en elk experiment moet drie keer worden herhaald om te bewijzen dat de hypothese juist is. Verschillende teams kunnen werken aan verschillende aspecten van de plant óf aan hetzelfde onderwerp om zo één experiment te herhalen. In de laatste bijeenkomst kunnen de resultaten worden gepresenteerd en besproken in de klas.

Tabel 1 kan studenten helpen om hun experiment te plannen. De tabel kan ook gedownload worden van de Science in School website^w8.

Vervolgens moeten de leerlingen tabellen maken van de experimentele resultaten en grafisch weergeven. Ze moeten er bij stil- staan dat ze het meest geschikte type grafiek gebruiken (bijvoorbeeld een lijngrafiek of staafdiagram ).

Hieronder een voorbeeld van een project geschikt voor studenten in de leeftijd 10-12 ( 16-18 jaar). We gebruikten Azolla filiculoides, maar elk van de zeven Azolla soorten is bruikbaar. Ze kunnen eenvoudig worden verkregen in kwekerijen of tuincentra , aquariumwinkels of online.

Het effect van Azolla op waterkwaliteit

Hypothese / vraagstelling: Azolla zal de elektrische geleiding van water verlagen omdat de plant de beschikbare metaalionen absorbeert. Beïnvloedt Azolla de kwaliteit van water op andere manieren?

Om deze hypothese te testen en de vraag te beantwoorden zul je een aantal meetwaarden die een indicatie zijn voor de waterkwaliteit gedurende 2 weken moeten bepalen. Naast het meten van de geleiding hebben we ook besloten om een aantal aspecten van de waterkwaliteit te onderzoeken die gemakkelijk te testen zijn en waarvoor de apparatuur al beschikbaar is.

Studenten moeten bekend zijn met basiskennis van plantenfysiologie en het gebruik van instrumenten / methoden.

1. Giet 250 mL kraanwater in elk van twee glazen potjes en zet ze op de vensterbank

   In een ideale situatie zouden we verontreinigd water gebruiken zodat de plant zijn bioremediatie kan demonstreren, maar dat zou niet veilig zijn. Je kunt er echter wel metalen uit de schoolvoorraad bij doen en dat mengsel gebruiken.

2. Meet de beginwaarden die je wilt gebruiken in beide potjes.
    

3. Doe in een van de potjes 50 gram Azolla (doe er meer bij als de plant erg nat is). Het andere potje laat je onbehandeld staan.
   Het onderzoek kan worden uitgebreid met een derde waterplant – die geen zware metalen absorbeert, zoals eendenkroos ( Lemna spp.) – Deze kan worden gebruikt in een derde potje.
    
4. Herhaal je metingen elke 1-2 dagen.
   Neem als alternatief elke dag monsters en vries ze in en analyseer ze allemaal aan het eind.

Voeg niets toe of verander iets aan het water tijdens het experiment.

Metingen

1. Meet de geleiding met een geleidbaarheidsmeter om de concentratie van de elektrolyten te bepalen.

   Omdat metaalionen worden opgenomen door Azolla moet de geleiding van het water afnemen met de tijd.

2. Meet de concentratie van diverse specifieke ionen . Dit kan gemakkelijk gedaan worden met behulp van commerciële teststrookjes. We testten het nitraat-en ijzergehalte, want daarvoor hadden we speciale sets.

   Het ijzergehalte moet dalen na verloop van tijd omdat het wordt opgenomen door Azolla , want dat is een essentieel element voor de omzetting van stikstof uit de lucht in opneembare stikstof (nitrogenase). Als het ijzeraanbod te laag is, zullen Azollabladeren geel worden en verwelken.

   Omdat ze in symbiose leven met de cyanobacteriën kan Azolla leven zonder een verdere bron van stikstof, afgezien van uit de lucht, maar de groei van de plant zal afnemen. Dus je zou een kleine daling van het nitraatgehalte in het water kunnen verwachten.

3. Meet de pH met een pHmeter of een pHstrookje om zo een indicatie te krijgen van de koolstofdioxide (CO₂).

   De cellulaire ademhaling van de plant zou de concentratie van CO₂ moeten verhogen waardoor de pH lager wordt

4. Meet het zoutgehalte (chlorideionen-concentratie) met een teststrookje.

   Als het zoutgehalte toeneemt, wat in gelijke mate in beide waterproefjes zou moeten gebeuren –zal dat het gevolg zijn van verdamping, omdat Azolla geen chloride- ionen opneemt.

Als controle kan de hoeveelheid bacteriën bepaald worden met een spectrometer of door met een turbiditeitsmeter de troebelheid te bepalen of door de concentratie van kolonievormende deeltjes te meten met de verdunningsmethode, uitzaaiingen apart tellen en door het tellen van bacteriekolonies op een rijk agar medium. Verschillende hoeveelheden bacteriën in de eerste watermonsters kunnen invloed hebben op de kwaliteit van het water en zouden resultaten kunnen vervalsen, omdat bacteriën ook voedingsstoffen en metalen kunnen opnemen.