Frontiers in Plant Science

Ihmisteollisuus, maanviljely ja jätehuolto ovat johtaneet maaperän ja veden laajamittaiseen saastumiseen orgaanisilla yhdisteillä ja raskasmetalleilla, millä on haitallisia vaikutuksia ekosysteemeihin ja ihmisten terveyteen. Perinteiset maaperän kunnostusmenetelmät ovat kalliita, ja niihin liittyy usein maa-aineksen varastoiminen määrätyille alueille, mikä pikemminkin lykkää kuin ratkaisee ongelman. Viime vuosikymmenellä on korostunut tarve löytää vaihtoehtoisia menetelmiä, ja kasvien ja niihin liittyvien mikro-organismien tieteelliset ja taloudelliset hyödyt, joita voidaan käyttää saastuneen maaperän ja veden talteenottoon (Meagher, 2000). Tämä on tyylikäs ja edullinen lähestymistapa saastuneiden alueiden puhdistamiseen, ja se on saanut suuren yleisön hyväksynnän, mikä kannustaa tutkimusta fytoremediatointiteknologian käytöstä laajojen maa-ja vesialueiden käsittelemiseksi tällä hetkellä (tarkistettu Krämer, 2005; Vangronsveld et al., 2009; Lee, 2013). This Frontiers in Plant Science – tutkimusaihe tarjoaa tilannekuvan nykyisestä tutkimuksesta, joka koskee kasvinsuojelustrategioiden soveltamista ympäristöön.

monet tiedemiehet tutkivat parhaillaan metallien hyperakkumulaatiota eri lajeissa ja pyrkivät selvittämään raskasmetallien kertymiseen ja detoksifikaatioon liittyvät mekanismit ja lopulta käyttämään näitä kasveja ja niiden rhizosfääristä peräisin olevia mikro-organismeja saastuneiden alueiden puhdistamiseen. Kasvihuonekoe, jossa käytettiin Pteris vittata-bakteerikantojen kanssa tai ilman niitä, jotka oli valittu autochthonous rhizosphere-johdannaisista mikro-organismeista, osoitti, että fytoekstraation tehokkuus lisääntyi, kun P. vittata-kasveja inokuloitiin valikoiduilla mikrobiyhteisöillä (Lampis et al., 2015). Seleeni-(se) hyperakkumulatorilajeista Stanleya pinnata (Brassicaceae) ja Astragalus bisulcatus (Fabaceae) sekä niihin liittyvistä Ei-akuista Physaria bellis (Brassicaceae) ja Medicago sativa (Fabaceae) peräisin olevien endofyyttisten bakteerien ja sienten yksityiskohtainen vertaileva analyysi osoitti, että Se-hyperakkumulatoreista peräisin olevat isolaatit olivat vastustuskykyisempiä selenaatille ja seleniitille, saattoivat pelkistää seleniitin alkuaineeksi Se: ksi, vähentää nitriittiä ja tuottaa sideroforeja, ja useat kannat osoittivat myös kykyä edistää kasvien kasvua (Jong et al., 2015). Mikro-organismit, joilla on korkea Se-toleranssi ja kyky tuottaa Se: tä, olisivat hyödyllisiä jäteveden käsittelyssä ja/tai Se-nanohiukkasten tuotannossa (Staicu et al., 2015).

omics-analyysin ja kehittyneen mikroskopian käyttöä metallisten hyperakkumulaattoreiden ja bakteerien rhizobiomen välisen vuorovaikutuksen tutkimiseen tarkastellaan Visioli et al: n tarkasteluartikkelissa. (2015). Tämä korostaa saastuneen maaperän mikrobiyhteisöjen analyysimenetelmiä, joiden avulla voidaan määrittää saastumisen vaikutus näihin yhteisöihin (Berg et al., 2012). Siinä korostetaan myös in situ-analyysin etuja, joilla seurataan kasvien kolonisaatiota ja mikrobien inokulumien selviytymistä todellisissa olosuhteissa, erityisesti ympäristön pyyhkäisyelektronimikroskopian käyttöä, joka on tehokas lähestymistapa biologisten yksilöiden in situ-analyysiin ilman näytteen valmistelua (Stabentheiner et al., 2010; Visioli et al., 2014).

muiden raskasmetallien saastuttamassa maaperässä kasvatettujen kasvien rhizosfääristä ja endosfääristä eristetyillä bakteereilla inokuloitujen kasvien fytoremediaatiopotentiaalia käsitellään kahdessa artikkelissa (Khan et al., 2015; Ma et al., 2015). Etelä-Amerikasta kotoisin olevaa arboreaalista lajia Prosopis juliflora pidettiin aiemmin saastuneiden kohteiden bioindikaattorilajina (Senthilkumar et al., 2005) ja sen osoitettiin sietävän korkeita raskasmetallipitoisuuksia ja voivan siksi olla hyödyllisiä maaperän talteenotossa (Varun et al., 2011). Useat bakteerikannat, jotka ovat vastustuskykyisiä kromia (CR), eristetty rhizosfääristä ja endosfääristä P. juliflora-kasveista, joita kasvatetaan parkituslaitoksen jätevesien saastuttamassa maaperässä, osoittivat myös sietokykyä muita raskasmetalleja, kuten Cd: tä, Cu: ta, Pb: tä ja Zn: ää kohtaan. Raiheinän (lolium multiflorum L.) inokulointi kolmella näistä isolaateista edisti kasvien kasvua ja myrkyllisten metallien poistamista saastuneesta maaperästä, mikä osoittaa, että saastuneilla alueilla Havaittujen kasvien ja bakteerikantojen välinen vuorovaikutus voisi parantaa kasvien kasvua ja fytoremediaation tehokkuutta (Khan et al., 2015). Samoin Brassica juncea-ja Ricinus communis-kasvit, joihin on istutettu saastuneesta serpentiiniympäristöstä eristettyjä rhizospheric-ja endofytibakteereja, keräsivät enemmän biomassaa ja raskasmetalleja kuin inokuloimattomat verrokkilaitokset (Ma et al., 2015). Näiden vaikutusten katsottiin selvästi johtuvan bakteerien aineenvaihduntatuotteiden tuotannosta, joka edisti kasvien kasvua ja metallin liikekannallepanoa. Inokulaation yhteydessä saatu Alhainen metallin translokaatiokerroin osoitti kuitenkin, että metallinkestävät serpentiinibakteerit soveltuvat saastuneen maaperän fytostabilointiin (Ma et al., 2015).

kasvien ja rhizobian hyödyllisestä vuorovaikutuksesta saastuneen maaperän kunnostamisessa on keskusteltu Teng et al-lehdessä. (2015). Tietyt palkokasvien ja typpeä sitovien bakteerien väliset symbioottiset suhteet ovat vastustuskykyisiä raskasmetalleille, mikä edistää orgaanisten yhdisteiden haihtumista ja tehostaa niiden poistumista (Fan et al., 2008; Glick, 2010; Li et al., 2013). Rhizobia ei ainoastaan korjaa typpeä, vaan myös edistää kasvien kasvua, mikä lisää kasvien biomassaa, maaperän hedelmällisyyttä, biologista hyötyosuutta, saasteiden sisäänottoa ja translokaatiota, orgaanisten epäpuhtauksien hajoamista ja metallien fytostabilisaatiota. Kaikki nämä ominaisuudet tekevät rhizobiasta arvokkaita fytoremediation-työkaluja. Endofyyttinen rhizobia hajottaa orgaanisia epäpuhtauksia, jotka ovat kertyneet kyhmyihin, mikä vähentää kasvivolatilaatiota ja helpottaa fytoremediaatiota saastuneissa ympäristöissä (Teng et al., 2015).

kaksi muuta artikkelia käsittelee kasvien ja niihin liittyvien mikro-organismien käyttöä orgaanisten epäpuhtauksien saastuttaman maan talteenotossa (Germaine et al., 2015; Sauvêtre ja Schröder, 2015). Ensimmäisessä projektissa (Sauvêtre and Schröder, 2015) Phragmites australis-kasvit altistuivat karbamatsepiinille, laajalti käytetylle lääkkeelle, joka esiintyy ympäristössä pysyvänä ja vastahakoisena saastuttajana (Ternes et al., 2007; Huerta-Fontela et al., 2011). 9 päivän kuluttua kasvit vähensivät alkuperäistä lääkepitoisuutta 90%: lla, ja endofyyttisten bakteerien Luonnehdinta paljasti, että kaikilla isolaateilla oli ainakin yksi kasvien kasvua edistävä ominaisuus. Useilla oli kyky poistaa karbamatsepiinia maaperästä, kun taas toiset tuottivat sideroforeja ja pystyivät liuottamaan fosfaattia, mikä viittaa siihen, että niistä olisi hyötyä fytoremediatio-ohjelmissa. Toisessa artikkelissa käsitellään suuren mittakaavan yhdistetyn fytoremediation/biopiling-järjestelmän, jota kutsutaan ekopilingiksi, tehokkuutta hiilivetyjen poistamisessa maaperästä, johon teollinen saastuminen vaikuttaa (Germaine et al., 2015). Maaöljyn hiilivetyjen (TPH) kokonaishajoamiseen kykeneviä bakteeriyhteisöjä käytettiin inokuloimaan kemiallisilla lannoitteilla saastunutta maaperää. Tämän jälkeen kylvettiin monivuotista ruisruohoa ja valkoapilaa ekopilven täydentämiseksi. Kaksivuotisen tutkimuksen aikana TPH-taso laski johdonmukaisesti, mikä viittaa siihen, että tämä monitekijäinen lähestymistapa, johon liittyy biostimulaatio, biolisäys ja fytoremediatio, soveltuu teollisuuden hiilivetyjen saastuttamille kunnostusmaille.

on huomattava, että kaikki tämän tutkimusaiheen artikkelit keskittyivät luonnossa esiintyvien hyperakkumulaattorilajien käyttöön siirtogeenisten kasvien ja/tai mikro-organismien sijaan, vaikka geneettisesti muunneltuja kasveja ja mikrobeja voidaan käyttää myös saastuneen maaperän ja veden tehokkaaseen käsittelyyn (Van Aben, 2009; Singh et al., 2011). Tämä korostaa monimuotoisia ja lupaavia lähestymistapoja, joita ympäristöfytoremediation-tutkimusyhteisö kehittää.

Eturistiriitalausunto

kirjoittajat toteavat, että tutkimus tehtiin ilman kaupallisia tai taloudellisia suhteita, joita voitaisiin pitää mahdollisena eturistiriitana.