Bodemvervuiling te lijf met courgetteplanten

DDT: From hero to zero

“How could intelligent beings seek to control a few unwanted species by a method that contaminated the entire environment and brought the threat of disease and death even to their own kind?”

Rachel Carson, Silent Spring

DDT is wereldwijd een van de meest gekende (lees: beruchte) pesticiden. Het werd ontwikkeld in 1939 en jarenlang gebruikt en aangeprezen om dodelijke ziekten zoals malaria en tyfus te bestrijden, om gewassen en planten te beschermen en waterlopen van muggen te vrijwaren. Het gebruik van DDT in de landbouw was een absoluut succesverhaal en algauw werd het ook aangewend in volksgezondheidsprogramma’s. In de jaren vijftig daalde de populariteit van DDT snel nadat wetenschappers berichten de wereld instuurden over de nefaste gevolgen van DDT voor de gezondheid van mens en dier. Zo kan DDT hormoonverstorend werken en het afweersysteem beïnvloeden. In 1962 publiceerde Rachel Carson ‘Silent Spring’, waarin ze negatieve gevolgen aanhaalt van het overmatig gebruik van pesticides. DDT werd naar voor geschoven als hét schoolvoorbeeld. Het gebruik van DDT in de landbouw werd uiteindelijk verboden in de jaren zeventig, maar het gebruik ervan als bestrijding van ziekteoverdracht wordt nog steeds toegelaten, voornamelijk in derdewereldlanden, als goedkoop alternatief voor de bescherming tegen malaria.

Courgette: from zero to hero

The greatest service which can be rendered any country is to add a useful plant to its culture.

Thomas Jefferson

Wanneer DDT in de bodem terechtkomt, kan het worden omgezet naar DDE, een al even schadelijk afbraakproduct. Zowel DDT als DDE worden geclassificeerd als persistente organische polluenten (POPs), verontreinigende stoffen die persistent zijn in het milieu. Ondanks het feit dat het gebruik van DDT in de landbouw sinds de jaren zeventig verboden is, hebben DDT en DDE zich door veelvuldig gebruik in het verleden opgestapeld in het milieu waardoor we ze nog steeds wereldwijd terugvinden in voeding en in het drinkwater.

Verschillende technieken kunnen aangewend worden om deze bodems van DDT en DDE te ontdoen. Zo kan men de grond volledig afgraven of chemisch reinigingen. Beide opties zijn echter kostelijk, belastend voor het bodemleven en vaak geen optie op landbouwgrond. Daarom wordt fytoremediatie, een technologie waarbij specifieke planten gebruikt worden om schadelijke stoffen uit bodems of water te verwijderen, af te breken of vast te leggen steeds vaker als alternatief naar voren geschoven. Wanneer planten voedingsstoffen opnemen uit de bodem, nemen ze onbedoeld ook schadelijke stoffen mee op, waardoor die laatste hun concentratie in de bodem daalt. Fytoremediatie is onder andere al succesvol gebleken voor het saneren van bodems verontreinigd met TCE, een ontvetter bij droogkuis. Of denk maar aan de populieren die een met minerale oliën en metalen vervuilde plek op de Ford Genk site proper kregen. Deze site had een omvang die ingeburgerde technieken praktisch onmogelijk maakte en vertoonde concentraties die andere technieken inefficiënt maakte.

Gegeven deze positieve resultaten is er recent onderzoek gestart naar de mogelijkheden van fytoremediatie voor de sanering van DDE-verontreinigende bodems. Verschillende plantensoorten werden onderzocht. Hieruit bleek al dat de courgetteplant in staat is om hoge concentraties DDE uit de bodem op te nemen. Bijkomend onderzoek toonde aan dat de efficiëntie waarmee een courgetteplant DDE uit de bodem opneemt, verbeterd kan worden door optimaal gebruik te maken van bacteriën aanwezig in de courgetteplant.

1 + 1 = 3

“If you don't like bacteria, you're on the wrong planet.”

Stewart Brand

Vaak is de plant niet de ‘exclusieve hoofdrolspeler’ in het fytoremediatie-proces. Een erg belangrijke rol is weggelegd voor plantgeassocieerde bacteriën, van nature aanwezig in de plant. Planten en bacteriën hebben een symbiotische relatie, ze zijn erg goed op elkaar ingespeeld. Planten voorzien zowel een habitat als voedingsstoffen voor de bacteriën. De bacteriën van hun kant produceren stoffen die de afbraak van schadelijke stoffen opgenomen door de plant verbeteren. Daarenboven zijn ze in staat om verschillende stoffen te produceren die de groei van de plant op vervuilde bodems stimuleren. Wij hebben binnen de onderzoeksgroep Milieubiologie van de Universiteit Hasselt drie belangrijke bacteriële soorten in de courgetteplant kunnen isoleren en identificeren. Deze bacteriën vertonen kenmerken die noodzakelijk zijn om de opname en afbraak van DDE door de courgetteplant te verbeteren, met name door (1) hun productie van groei-stimulerende stoffen en, nog belangrijker, (2) hun vermogen om DDE af te breken.

Naast het gebruik van specifieke bacteriën om fytoremediatie van DDE te verbeteren, kunnen koper nanopartikels (Cu-NPs) worden toegevoegd aan de plant. Cu-NPs zijn koperpartikels met een dimensie kleiner dan 5nm die vaak worden toegevoegd aan pesticiden om de opname ervan te verhogen. Het is dus een logische denkwijze dat Cu-NPs, net zoals bacteriën, het fytoremediatie-proces kunnen verbeteren. Dit kan ertoe leiden dat de bodemkwaliteit sneller verbetert waardoor landbouwgrond sneller terug gebruikt kan worden voor voedingsgewassen. De vraag die ik onderzocht in mijn masterthesis is of we de efficiëntie van fytoremediatie van DDE door de courgetteplant nog bijkomend kunnen verbeteren wanneer we Cu-NPs en specifieke bacteriën combineren. Zaden van de courgetteplant werden daarom geplant in aan- en afwezigheid van DDT en Cu-NPs.

De resultaten van de uitgevoerde studie zijn veelbelovend. Cu-NPs hebben geen negatief effect op de plantengroei of op de bacteriën in de plant. Daarnaast werd aangetoond dat het toevoegen van Cu-NPs aan de bodem ervoor zorgt dat de plant meer DDT opneemt. Enkele bacteriën, geïsoleerd uit planten opgegroeid in de aanwezigheid van DDT en Cu-NPs, vertoonden plantengroei stimulerende eigenschappen én het vermogen om DDE af te breken. Deze bacteriën werden geïdentificeerd als Stenotrophomonas en Enterobacter. Uit verder onderzoek bleek dat het mogelijk is om met deze bacteriën de efficiëntie van fytoremediatie van DDE met de courgetteplant nog verder te verhogen.

DDE-ophoping in de bodem is een wereldwijd probleem met een impact op de gezondheid van mens en dier. Fytoremediatie biedt een veelbelovend alternatief voor de dure en invasieve methodes die tot nu toe gebruikt werden. Resultaten van ons onderzoek kunnen als een belangrijke ontwikkeling gezien worden in de verbetering van fytoremediatie van DDE, een wereldwijd toepasbare technologie.