Frontiers in Plant Science

Las prácticas de la industria humana, la agricultura y la eliminación de desechos han resultado en la contaminación a gran escala del suelo y el agua con compuestos orgánicos y metales pesados, con efectos perjudiciales para los ecosistemas y la salud humana. Los métodos convencionales de remediación del suelo son costosos y a menudo implican el almacenamiento de suelo en áreas designadas, posponiendo en lugar de resolver el problema. En la última década, la necesidad apremiante de encontrar métodos alternativos ha puesto de relieve los beneficios científicos y económicos de las plantas y sus microorganismos asociados, que pueden utilizarse para la recuperación de suelos y aguas contaminados (Meagher, 2000). Este es un enfoque elegante y de bajo costo para la descontaminación de sitios contaminados y ha sido recibido con un alto grado de aceptación pública, lo que ha impulsado la investigación sobre el uso de la tecnología de fitorremediación para abordar las grandes áreas de tierra y agua actualmente afectadas (revisado por Krämer, 2005; Vangronsveld et al., 2009; Lee, 2013). Este tema de investigación de Frontiers in Plant Science proporciona una instantánea de la investigación actual sobre la aplicación de estrategias de fitorremediación ambiental.

Muchos científicos están investigando actualmente el fenómeno de la hiperacumulación de metales en diferentes especies, con el objetivo de determinar los mecanismos asociados con la acumulación y desintoxicación de metales pesados y, en última instancia, utilizar estas plantas y sus microorganismos derivados de la rizosfera para la descontaminación de sitios contaminados. Un experimento de invernadero con Pteris vittata con o sin cepas bacterianas seleccionadas de microorganismos autóctonos derivados de la rizosfera mostró que la eficiencia de la fitoextracción aumentaba cuando se inoculaban plantas de P. vittata con las comunidades microbianas seleccionadas (Lampis et al., 2015). Un análisis comparativo detallado de las bacterias y hongos endofíticos de las especies hiperacumuladoras de selenio (Se) Stanleya pinnata (Brassicaceae) y Astragalus bisulcatus (Fabaceae), y los no acumuladores relacionados Physaria bellis (Brassicaceae) y Medicago sativa (Fabaceae), reveló que los aislados de especies hiperacumuladoras de Se eran más resistentes al selenato y al selenito, podrían reducir el selenito a Se elemental, podrían reducir el nitrito y producir sideróforos, y varias cepas también mostraron la capacidad de promover crecimiento de plantas (Jong et al., 2015). Los microorganismos con alta tolerancia al Se y la capacidad de producir Se elemental serían útiles para el tratamiento de aguas residuales y / o la producción de nanopartículas de Se (Staicu et al., 2015).

El uso de análisisicsicos y microscopía avanzada para estudiar la interacción entre los hiperacumuladores metálicos y el rizobioma bacteriano es considerado en un artículo de revisión de Visioli et al. (2015). Esto enfatiza las técnicas emergentes para el análisis de comunidades microbianas en suelos contaminados que ayudan a determinar el impacto de la contaminación en esas comunidades (Berg et al., 2012). También destaca las ventajas del análisis in situ para monitorear la colonización de plantas y la supervivencia de inóculos microbianos en condiciones reales, en particular el uso de microscopía electrónica de barrido ambiental, un enfoque poderoso para el análisis in situ de especímenes biológicos sin preparación de muestras (Stabenteiner et al., 2010; Visioli et al., 2014).

El potencial de fitorremediación de plantas inoculadas con bacterias aisladas de la rizosfera y la endosfera de otras plantas cultivadas en suelos contaminados con metales pesados se discute en dos artículos (Khan et al., 2015; Ma et al., 2015). La especie arbórea Prosopis juliflora, nativa de América del Sur, fue considerada previamente como una especie bioindicadora para sitios contaminados(Senthilkumar et al., 2005) y se demostró que tolera altas concentraciones de metales pesados y, por lo tanto, puede ser útil en la recuperación de suelos (Varun et al., 2011). Varias cepas bacterianas con resistencia al cromo (Cr), aisladas de la rizosfera y la endosfera de plantas de P. juliflora cultivadas en suelo contaminado con efluentes de tenería, también mostraron tolerancia hacia otros metales pesados como Cd, Cu, Pb y Zn. La inoculación de ballico (Lolium multiflorum L.) con tres de estos aislados promovió el crecimiento de las plantas y la eliminación de metales tóxicos del suelo contaminado, demostrando que la interacción entre las plantas y las cepas bacterianas identificadas en áreas contaminadas podría mejorar el crecimiento de las plantas y la eficiencia de la fitorremediación (Khan et al., 2015). Asimismo, las plantas de Brassica juncea y Ricinus communis inoculadas con bacterias rizosféricas y endofíticas aisladas de un ambiente de serpentina contaminado acumularon más biomasa y metales pesados que las plantas de control no inoculadas(Ma et al., 2015). Estos efectos se atribuyeron claramente a la producción de metabolitos bacterianos que promovían el crecimiento de las plantas y la movilización de metales. Sin embargo, el bajo factor de translocación de metales obtenido tras la inoculación indicó que las bacterias serpentinas resistentes a los metales son adecuadas para la fitoestabilización de suelos contaminados (Ma et al., 2015).

La interacción beneficiosa entre las plantas y los rizobios para la remediación de suelos contaminados es discutida por Teng et al. (2015). Ciertas relaciones simbióticas entre las legumbres y las bacterias fijadoras de nitrógeno son resistentes a los metales pesados, promoviendo la disipación de contaminantes orgánicos y mejorando su eliminación (Fan et al., 2008; Glick, 2010; Li et al., 2013). La rizobia no solo fija el nitrógeno, sino que también promueve el crecimiento de las plantas, aumentando así la biomasa vegetal, la fertilidad del suelo, la biodisponibilidad, la absorción y la translocación de contaminantes, la degradación de contaminantes orgánicos y la fitoestabilización de metales. Todas estas características hacen de la rizobia herramientas de fitorremediación valiosas. Los rizobios endofíticos degradan los contaminantes orgánicos que se han acumulado en los nódulos, reduciendo así la fitovolatilización y facilitando la fitorremediación en ambientes contaminados (Teng et al., 2015).

Dos artículos más discuten el uso de plantas y sus microorganismos asociados para la recuperación de tierras contaminadas con contaminantes orgánicos (Germaine et al., 2015; Sauvêtre y Schröder, 2015). En el primer proyecto (Sauvêtre y Schröder, 2015), las plantas de Phragmites australis se expusieron a la carbamazepina, un fármaco ampliamente utilizado que está presente en el medio ambiente como contaminante persistente y recalcitrante (Ternes et al., 2007; Huerta-Fontela et al., 2011). Después de 9 días, las plantas redujeron la concentración inicial del fármaco en un 90%, y la caracterización de las bacterias endofíticas reveló que todos los aislados poseían al menos un rasgo promotor del crecimiento de la planta. Varios tenían la capacidad de eliminar la carbamazepina del suelo, mientras que otros producían sideróforos y eran capaces de solubilizar fosfato, lo que sugiere que serían beneficiosos en programas de fitorremediación. El segundo artículo aborda la eficacia de un sistema combinado de fitorremediación/biopilatación a gran escala, denominado ecopilaje, para la eliminación de hidrocarburos del suelo afectado por contaminación industrial (Germaine et al., 2015). Se utilizaron comunidades bacterianas capaces de degradar totalmente los hidrocarburos de petróleo (TPH) para inocular suelos contaminados con fertilizantes químicos. La hierba de centeno perenne y el trébol blanco se sembraron para completar el ecopilo. Durante un ensayo de 2 años, hubo una reducción constante en el nivel de TPH, lo que sugiere que este enfoque multifactorial que implica bioestimulación, bioaumentación y fitorremediación es adecuado para la remediación de suelos contaminados con hidrocarburos industriales.

Es notable que todos los artículos presentados en este tema de investigación se centraron en el uso de especies hiperacumuladoras de origen natural en lugar de plantas y/o microorganismos transgénicos, aunque las plantas y microbios genéticamente modificados también pueden usarse para el tratamiento eficiente de suelos y aguas contaminados (Van Aben, 2009; Singh et al., 2011). Esto pone de relieve los diversos y prometedores enfoques que está desarrollando la comunidad de investigación en fitorremediación ambiental.

Declaración de Conflicto de Intereses

Los autores declaran que la investigación se realizó en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un conflicto de intereses potencial.