Frontiers in Plant Science

Lidského průmyslu, zemědělství a nakládání s odpady postupy mají za následek rozsáhlou kontaminaci půdy a vody se organické sloučeniny a těžké kovy, škodlivé účinky na ekosystémy a lidské zdraví. Konvenční metody sanace půdy jsou drahé a často zahrnují skladování půdy v určených oblastech, spíše odkládání než řešení problému. V posledním desetiletí, je naléhavě nutné najít alternativní metody zdůraznila vědecký a ekonomický přínos rostlin a jejich přidružené mikroorganismy, které mohou být použity pro rekultivaci znečištěné půdy a vody (Meagher, 2000). Je to elegantní a low-cost přístup pro dekontaminaci znečištěných míst a byl pozdraven s vysokou mírou přijetí ze strany veřejnosti, proto pobízet výzkum využití fytoremediace technologie pro řešení velkých ploch půdy a vody, v současné době postižené (přezkoumána Krämer, 2005; Vangronsveld et al., 2009; Lee, 2013). Toto téma Frontiers in Plant Science research poskytuje snímek současného výzkumu aplikace environmentálních fytoremediačních strategií.

Mnozí vědci jsou v současné době vyšetřuje jev kovové hyperaccumulation v různých druhů, jejichž cílem určit mechanismy spojené s akumulací a detoxikaci těžkých kovů a v konečném důsledku se používání těchto rostlin a jejich rhizosféry-odvozené mikroorganismy pro dekontaminaci znečištěných míst. Skleníkový experiment s použitím Pteris vittata s nebo bez bakteriální kmeny vybrané z autochtonních rhizosféry-odvozené mikroorganismů ukázaly, že účinnost fytoextrakce zvyšuje, když P. vittata rostlin byl naočkován vybrané mikrobiální společenství (Lampis et al., 2015). Podrobnou srovnávací analýzu endofytickými bakteriemi a plísní z selen (Se) hyperaccumulator druhů Stanleya pinnata (Brassicaceae) a Kozinec bisulcatus (Fabaceae), a související non-akumulátory Physaria bellis (Brassicaceae) a Medicago sativa (Fabaceae), bylo zjištěno, že izoláty ze Se hyperaccumulator druhů byly více odolné vůči selenate a tomu, že by mohla snížit selenite na elementární o Sobě, by mohlo snížit dusitanů a vyrábět siderophores, a několik kmenů také ukázal schopnost podporovat růst rostlin (Jong et al., 2015). Mikroorganismy s vysokou tolerancí Se a schopností produkovat elementární Se by byly užitečné pro čištění odpadních vod a / nebo výrobu nanočástic Se (Staicu et al ., 2015).

využití omics analýzy a pokročilé mikroskopie pro studium interakce mezi kovovými hyperaccumulators a bakteriální rhizobiome je považován za v recenzi článku Visioli et al. (2015). To zdůrazňuje vznikající techniky pro analýzu mikrobiálních komunit ve znečištěných půdách, které pomáhají určit dopad znečištění na tato společenství (Berg et al ., 2012). To také upozorňuje na výhody in situ analýzy pro sledování kolonizace rostlin a přežití mikrobiálních inokulátory v reálných podmínkách, zejména použití environmentální rastrovací elektronové mikroskopie, výkonný přístup pro in situ analýzu biologických vzorků bez přípravy vzorku (Stabentheiner et al., 2010; Visioli a kol., 2014).

fytoremediace potenciálu rostlin inokulovaných bakterií izolované z rhizosféry a endosphere z jiné rostliny pěstované v půdě kontaminované těžkými kovy je diskutována ve dvou článcích (Khan et al., 2015; Ma a kol., 2015). Stromový druh Prosopis juliflora, původem z Jižní Ameriky, byl dříve považován za bioindikátor pro znečištěná místa (Senthilkumar et al., 2005) a bylo prokázáno, že toleruje vysoké koncentrace těžkých kovů, a proto může být užitečné při rekultivaci půdy (Varun et al., 2011). Několik bakteriálních kmenů s rezistencí vůči chrom (Cr), izolované z rhizosféry a endosphere P. juliflora rostlin pěstovaných na půdě kontaminované koželužských odpadních vod, také ukázal, tolerance k jiné těžké kovy jako Cd, Cu, Pb, a Zn. Očkování jílek (Lolium multiflorum L.) se tři z těchto izolátů podporoval růst rostlin a odstraňování toxických kovů ze znečištěných půd, které prokazují, že interakce mezi rostlinami a bakteriální kmeny identifikovány v kontaminovaných oblastech může zlepšit růst rostlin a účinnost fytoremediace (Khan et al., 2015). Podobně, Brassica juncea a Ricinus communis rostlin inokulovaných rhizospheric a endofytickými bakteriemi izolovanými ze znečištěného serpentine prostředí nahromaděné více biomasy a těžkých kovů, než non-naočkována kontrolních rostlin (Ma et al., 2015). Tyto účinky byly jasně přičítány produkci bakteriálních metabolitů, které podporovaly růst rostlin a mobilizaci kovů. Nicméně, nízké kovové translokační faktor získané po očkování je uvedeno, že kovové odolné serpentine bakterie jsou vhodné pro phytostabilization kontaminované půdy (Ma et al., 2015).

prospěšná interakce mezi rostlinami a rhizobií pro sanaci kontaminované půdy je diskutována Teng et al. (2015). Některé symbiotické vztahy mezi luštěniny a dusíku stanovení bakterie jsou rezistentní na těžké kovy, podpora pohlcování organických znečišťujících látek a zvýšení jejich odstranění (Fan et al., 2008; Glick, 2010; Li et al., 2013). Rhizobia nejen opravit dusík, ale také podporovat růst rostlin, čímž se zvyšuje rostlinná biomasa, půdní úrodnost, biologická dostupnost, příjem a translokace znečišťujících látek, rozklad organických znečišťujících látek a phytostabilization kovů. Všechny tyto funkce činí rhizobii cennými fytoremediačními nástroji. Endofytickými rhizobia degradovat organické nečistoty, které se nahromadily v uzlíků, čímž se snižuje phytovolatilization a usnadnění fytoremediace ve znečištěném prostředí (Teng et al., 2015).

další Dva články pojednávají o využití rostlin a jejich přidružené mikroorganismy pro rekultivace půdy znečištěné organickými kontaminanty (Germaine et al., 2015; Sauvêtre a Schröder, 2015). V prvním projektu (Sauvêtre a Schröder, 2015), Phragmites australis byly rostliny vystaveny na karbamazepin, široce používaný lék, který je přítomen v prostředí, jako trvalé a vzpurné kontaminantu (Ternes et al., 2007; Huerta-Fontela et al., 2011). Po 9 dnech, rostliny snižuje počáteční koncentrace léčiva o 90%, a charakterizace endofytickými bakteriemi zjištěno, že všechny izoláty vlastnil alespoň jednu rostlinu růst podporující vlastnost. Několik z nich mělo možnost odstranění karbamazepinu z půdy, vzhledem k tomu, že ostatní vyrábí siderophores a byli schopni solubilizaci fosfát, což naznačuje, že by mohlo být prospěšné v fytoremediace programy. Druhý článek se zabývá efektivita ve velkém měřítku v kombinaci fytoremediace/biopiling systém, zvaný ecopiling, pro odstranění uhlovodíků z půdy ovlivněné průmyslové znečištění (Germaine et al., 2015). Bakteriální komunity schopné celkové degradace ropných uhlovodíků (TPH) byly použity k inokulaci půdy kontaminované chemickými hnojivy. Trvalá žitná tráva a jetel bílý byly poté zasety, aby se dokončil ekopil. Během 2-leté studii, bylo konzistentní snížení TPH úrovni, což naznačuje, že tento multifaktoriální přístup zahrnující biostimulační, bio-prsou a fytoremediace je vhodný pro sanaci půd kontaminovaných průmyslových uhlovodíků.

je pozoruhodné, že všechny předložené články v této výzkumné téma zaměřené na využití přirozeně se vyskytující hyperaccumulator druhů, spíše než transgenní rostliny a/nebo mikroorganismy, i když se geneticky modifikovaných rostlin a mikrobů mohou být také použity pro účinnou léčbu znečištěné půdy a vody (Van Aben, 2009; Singh et al., 2011). To zdůrazňuje rozmanité a slibné přístupy, které vyvíjí výzkumná komunita pro fytoremediaci životního prostředí.

Střet Zájmů Prohlášení

autoři prohlašují, že výzkum byl prováděn v nepřítomnosti jakékoli obchodní nebo finanční vztahy, které by mohlo být chápáno jako potenciální konflikt zájmů.