Frontiers in Plant Science

menneskelig industri, landbrug og bortskaffelse af affald har resulteret i storstilet forurening af jord og vand med organiske forbindelser og tungmetaller med skadelige virkninger på økosystemer og menneskers sundhed. Konventionelle metoder til jordrensning er dyre og involverer ofte opbevaring af jord i udpegede områder og udsætter snarere end at løse problemet. I det sidste årti har det presserende behov for at finde alternative metoder fremhævet de videnskabelige og økonomiske fordele ved planter og deres tilknyttede mikroorganismer, som kan bruges til genvinding af forurenet jord og vand (Meagher, 2000). Dette er en elegant og billig tilgang til dekontaminering af forurenede steder og er blevet mødt med en høj grad af offentlig accept, hvilket tilskynder til forskning i brugen af fytoremedieringsteknologi til at tackle de store områder af jord og vand, der i øjeblikket er berørt (gennemgået af kr larmer, 2005; Vangronsveld et al., 2009; Lee, 2013). Dette Frontiers in Plant Science research-emne giver et øjebliksbillede af den aktuelle forskning i anvendelsen af miljømæssige fytoremedieringsstrategier.

mange forskere undersøger i øjeblikket fænomenet metalhyperakkumulering i forskellige arter med det formål at bestemme mekanismerne forbundet med ophobning og afgiftning af tungmetaller og i sidste ende at bruge disse planter og deres jordstænglerafledte mikroorganismer til dekontaminering af forurenede steder. Et drivhuseksperiment ved anvendelse af Pteris vittata med eller uden bakteriestammer valgt fra autoktone jordstænglerafledte mikroorganismer viste, at effektiviteten af fytoekstraktion steg, når P. vittata-planter blev podet med de valgte mikrobielle samfund (Lampis et al., 2015). En detaljeret sammenlignende analyse af de endofytiske bakterier og svampe fra selen (Se) hyperakkumulatorarterne Stanleya pinnata (Brassicaceae) og Astragalus bisulcatus (Fabaceae) og de relaterede ikke-akkumulatorer Physaria bellis (Brassicaceae) og Medicago sativa (Fabaceae) afslørede, at isolater fra Se-hyperakkumulatorarter var mere resistente over for selenat og selenit, kunne reducere selenit til elementært Se, kunne reducere nitrit og producere sideroforer, og flere stammer viste også, at evne til at fremme plantevækst (Jong et al., 2015). Mikroorganismer med høj Se-tolerance og evnen til at producere elementært Se ville være nyttige til spildevandsrensning og/eller produktion af se-nanopartikler (Staicu et al., 2015).

brugen af omics-analyse og avanceret mikroskopi til undersøgelse af interaktionen mellem metalhyperakkumulatorer og bakteriestængel er overvejet i en gennemgangsartikel af Visioli et al. (2015). Dette understreger nye teknikker til analyse af mikrobielle samfund i forurenet jord, der hjælper med at bestemme virkningen af forurening på disse samfund (Berg et al., 2012). Det fremhæver også fordelene ved in situ-analyse til overvågning af kolonisering af planter og overlevelsen af mikrobielle inokulum under reelle forhold, især brugen af miljøscanningselektronmikroskopi, en stærk tilgang til in situ-analyse af biologiske prøver uden prøveforberedelse (Stabentheiner et al., 2010; Visioli et al., 2014).

fytoremedieringspotentialet for planter podet med bakterier isoleret fra jordstænglen og endosfæren af andre planter dyrket i jord forurenet med tungmetaller diskuteres i to artikler (Khan et al., 2015; Ma et al., 2015). Den arboreale Art Prosopis juliflora, hjemmehørende i Sydamerika, blev tidligere betragtet som en bioindikatorart for forurenede steder (Senthilkumar et al., 2005) og viste sig at tolerere høje koncentrationer af tungmetaller og kan derfor være nyttige til jordgenvinding (Varun et al., 2011). Flere bakteriestammer med resistens over for chrom (Cr), isoleret fra jordstængler og endosfære af P. juliflora planter dyrket på jord forurenet med garveri spildevand, viste også tolerance over for andre tungmetaller såsom Cd, Cu, Pb og nn. Inokuleringen af rajgræs (Lolium multiflorum L.) med tre af disse isolater fremmede plantevækst og fjernelse af giftige metaller fra forurenet jord, hvilket viser, at interaktionen mellem planter og bakteriestammer identificeret i forurenede områder kunne forbedre plantevæksten og effektiviteten af fytoremediering (Khan et al., 2015). Ligeledes akkumulerede Brassica juncea og Ricinus communis planter podet med jordstængler og endofytiske bakterier isoleret fra et forurenet serpentinmiljø mere biomasse og tungmetaller end ikke-inokulerede kontrolplanter (Ma et al., 2015). Disse virkninger blev tydeligt tilskrevet produktionen af bakterielle metabolitter, der fremmede plantevækst og metalmobilisering. Imidlertid indikerede den lave metaltranslokationsfaktor opnået ved podning, at metalresistente serpentinbakterier er egnede til fytostabilisering af forurenet jord (Ma et al., 2015).

den gavnlige interaktion mellem planter og jordstængler til afhjælpning af forurenet jord diskuteres af Teng et al. (2015). Visse symbiotiske forhold mellem bælgfrugter og kvælstoffikserende bakterier er resistente over for tungmetaller, hvilket fremmer spredning af organiske forurenende stoffer og forbedrer deres fjernelse (Fan et al., 2008; Glick, 2010; Li et al., 2013). Jordstængler fikserer ikke kun kvælstof, men fremmer også plantevækst, hvilket øger plantebiomasse, jordens frugtbarhed, biotilgængelighed, optagelse og translokation af forurenende stoffer, nedbrydning af organiske forurenende stoffer og fytostabilisering af metaller. Alle disse funktioner gør jordstængler værdifulde phytoremediering værktøjer. Endofytisk jordstængler nedbryder organiske forurenende stoffer, der er ophobet i knuder, hvilket reducerer fytovolatilisering og letter fytoremediering i forurenede miljøer (Teng et al., 2015).

to yderligere artikler diskuterer brugen af planter og deres tilknyttede mikroorganismer til genvinding af jord forurenet med organiske forurenende stoffer (Germaine et al., 2015; Sauv Kruttre og Schr Krutder, 2015). I det første projekt (Sauv Kartre og Schr Kartder, 2015) blev Phragmites australis-planter udsat for carbamasepin, et almindeligt anvendt lægemiddel, der er til stede i miljøet som en vedvarende og genstridig forurening (Ternes et al., 2007; Huerta-Fontela et al., 2011). Efter 9 dage reducerede planterne den indledende lægemiddelkoncentration med 90%, og karakterisering af de endofytiske bakterier afslørede, at alle isolater havde mindst et plantevækstfremmende træk. Flere havde evnen til at fjerne carbamasepin fra jorden, mens andre producerede sideroforer og var i stand til at opløse fosfat, hvilket tyder på, at de ville være gavnlige i fytoremedieringsprogrammer. Den anden artikel omhandler effektiviteten af en storstilet kombineret fytoremediering/biopiling system, betegnet økopilering, til fjernelse af kulbrinter fra jord påvirket af industriel forurening (Germaine et al., 2015). Bakteriesamfund, der var i stand til total nedbrydning af petroleumskulbrinte (TPH), blev brugt til at inokulere jord forurenet med kemisk gødning. Flerårigt ruggræs og hvidkløver blev derefter sået for at fuldføre økopilen. I løbet af et 2-årigt forsøg var der en konsekvent reduktion i TPH-niveauet, hvilket tyder på, at denne multifaktorielle tilgang, der involverer biostimulering, bioforstørrelse og fytoremediering, er egnet til oprensning af jord, der er forurenet med industrielle kulbrinter.

det er bemærkelsesværdigt, at alle de artikler, der er indsendt i dette forskningsemne, fokuserede på brugen af naturligt forekommende hyperakkumulatorarter snarere end transgene planter og/eller mikroorganismer, selvom genetisk konstruerede planter og mikrober også kan bruges til effektiv behandling af forurenet jord og vand (Van Aben, 2009; Singh et al., 2011). Dette fremhæver de forskellige og lovende tilgange, der udvikles af forskningsmiljøet for miljøfytoremediering.

interessekonflikt Erklæring

forfatterne erklærer, at forskningen blev udført i mangel af kommercielle eller økonomiske forhold, der kunne fortolkes som en potentiel interessekonflikt.