Frontiers in Plant Science

Les pratiques de l’industrie humaine, de l’agriculture et de l’élimination des déchets ont entraîné une contamination à grande échelle du sol et de l’eau par des composés organiques et des métaux lourds, avec des effets néfastes sur les écosystèmes et la santé humaine. Les méthodes conventionnelles d’assainissement des sols sont coûteuses et impliquent souvent le stockage du sol dans des zones désignées, le report plutôt que la résolution du problème. Au cours de la dernière décennie, le besoin pressant de trouver des méthodes alternatives a mis en évidence les avantages scientifiques et économiques des plantes et de leurs micro-organismes associés, qui peuvent être utilisés pour la récupération des sols et des eaux pollués (Meagher, 2000). Il s’agit d’une approche élégante et peu coûteuse pour la décontamination des sites pollués et a été accueillie avec un haut degré d’acceptation du public, ce qui a incité les recherches sur l’utilisation de la technologie de phytoremédiation pour traiter les vastes zones de terre et d’eau actuellement touchées (revue par Krämer, 2005; Vangronsveld et al., 2009; Lee, 2013). Ce sujet de recherche sur les frontières de la science des plantes donne un aperçu de la recherche actuelle sur l’application des stratégies de phytoremédiation environnementale.

De nombreux scientifiques étudient actuellement le phénomène d’hyperaccumulation des métaux chez différentes espèces, dans le but de déterminer les mécanismes associés à l’accumulation et à la détoxification des métaux lourds et, à terme, d’utiliser ces plantes et leurs microorganismes dérivés de la rhizosphère pour la décontamination des sites pollués. Une expérience en serre utilisant Pteris vittata avec ou sans souches bactériennes sélectionnées parmi des microorganismes autochtones dérivés de la rhizosphère a montré que l’efficacité de la phytoextraction augmentait lorsque les plantes de P. vittata étaient inoculées avec les communautés microbiennes sélectionnées (Lampis et al., 2015). Une analyse comparative détaillée des bactéries endophytes et des champignons des espèces hyperaccumulatrices de sélénium (Se) Stanleya pinnata (Brassicaceae) et Astragalus bisulcatus (Fabaceae), et des espèces apparentées non accumulatrices Physaria bellis (Brassicaceae) et Medicago sativa (Fabaceae), a révélé que les isolats des espèces hyperaccumulatrices de Se étaient plus résistants au sélénate et au sélénite, pouvaient réduire le sélénite en Se élémentaire, pouvaient réduire le nitrite et produire des sidérophores, et plusieurs souches ont également montré la capacité favoriser la croissance des plantes (Jong et al., 2015). Des microorganismes ayant une tolérance élevée au Se et la capacité de produire du Se élémentaire seraient utiles pour le traitement des eaux usées et/ou la production de nanoparticules de Se (Staicu et al., 2015).

L’utilisation de l’analyse omique et de la microscopie avancée pour étudier l’interaction entre les hyperaccumulateurs métalliques et le rhizobiome bactérien est examinée dans un article de revue de Visioli et al. (2015). Cela met l’accent sur les techniques émergentes d’analyse des communautés microbiennes dans les sols pollués qui aident à déterminer l’impact de la pollution sur ces communautés (Berg et al., 2012). Il met également en évidence les avantages de l’analyse in situ pour surveiller la colonisation des plantes et la survie des inoculums microbiens en conditions réelles, en particulier l’utilisation de la microscopie électronique à balayage environnemental, une approche puissante pour l’analyse in situ d’échantillons biologiques sans préparation d’échantillons (Stabentheiner et al., 2010; Visioli et coll., 2014).

Le potentiel de phytoremédiation des plantes inoculées avec des bactéries isolées de la rhizosphère et de l’endosphère d’autres plantes cultivées dans un sol contaminé par des métaux lourds est discuté dans deux articles (Khan et al., 2015; Ma et coll., 2015). L’espèce arboricole Prosopis juliflora, originaire d’Amérique du Sud, était auparavant considérée comme une espèce bioindicatrice des sites pollués (Senthilkumar et al., 2005) et il a été démontré qu’il tolérait des concentrations élevées de métaux lourds et qu’il pouvait donc être utile pour la remise en état des sols (Varun et al., 2011). Plusieurs souches bactériennes résistantes au chrome (Cr), isolées de la rhizosphère et de l’endosphère de plantes de P. juliflora cultivées sur un sol contaminé par des effluents de tannerie, ont également montré une tolérance envers d’autres métaux lourds tels que le Cd, le Cu, le Pb et le Zn. L’inoculation du ray-grass (Lolium multiflorum L.) avec trois de ces isolats a favorisé la croissance des plantes et l’élimination des métaux toxiques du sol pollué, démontrant que l’interaction entre les plantes et les souches bactériennes identifiées dans les zones contaminées pouvait améliorer la croissance des plantes et l’efficacité de la phytoremédiation (Khan et al., 2015). De même, les plantes Brassica juncea et Ricinus communis inoculées avec des bactéries rhizosphériques et endophytes isolées d’un environnement serpentin pollué ont accumulé plus de biomasse et de métaux lourds que les plantes témoins non inoculées (Ma et al., 2015). Ces effets étaient clairement attribués à la production de métabolites bactériens qui favorisaient la croissance des plantes et la mobilisation des métaux. Cependant, le faible facteur de translocation des métaux obtenu lors de l’inoculation indique que les bactéries serpentines résistantes aux métaux conviennent à la phytostabilisation des sols contaminés (Ma et al., 2015).

L’interaction bénéfique entre les plantes et la rhizobie pour l’assainissement des sols contaminés est discutée par Teng et al. (2015). Certaines relations symbiotiques entre les légumineuses et les bactéries fixatrices d’azote sont résistantes aux métaux lourds, favorisant la dissipation des polluants organiques et améliorant leur élimination (Fan et al., 2008; Glick, 2010; Li et coll., 2013). Les rhizobies fixent non seulement l’azote, mais favorisent également la croissance des plantes, augmentant ainsi la biomasse végétale, la fertilité du sol, la biodisponibilité, l’absorption et la translocation des polluants, la dégradation des contaminants organiques et la phytostabilisation des métaux. Toutes ces caractéristiques font de rhizobia des outils de phytoremédiation précieux. Les rhizobies endophytes dégradent les contaminants organiques qui se sont accumulés dans les nodules, réduisant ainsi la phytovolatilisation et facilitant la phytoremédiation dans les environnements pollués (Teng et al., 2015).

Deux autres articles traitent de l’utilisation des plantes et de leurs microorganismes associés pour la remise en état des terres polluées par des contaminants organiques (Germaine et al., 2015; Sauvêtre et Schröder, 2015). Dans le premier projet (Sauvêtre et Schröder, 2015), des plantes de Phragmites australis ont été exposées à la carbamazépine, un médicament largement utilisé présent dans l’environnement en tant que contaminant persistant et récalcitrant (Ternes et al., 2007; Huerta-Fontela et coll., 2011). Après 9 jours, les plantes ont réduit la concentration initiale du médicament de 90%, et la caractérisation des bactéries endophytes a révélé que tous les isolats possédaient au moins un trait favorisant la croissance des plantes. Plusieurs avaient la capacité d’éliminer la carbamazépine du sol, tandis que d’autres produisaient des sidérophores et étaient capables de solubiliser le phosphate, ce qui suggère qu’ils seraient bénéfiques dans les programmes de phytoremédiation. Le deuxième article traite de l’efficacité d’un système combiné de phytoremédiation/biopiling à grande échelle, appelé écopiling, pour l’élimination des hydrocarbures des sols affectés par la contamination industrielle (Germaine et al., 2015). Des communautés bactériennes capables de dégradation totale des hydrocarbures pétroliers (TPH) ont été utilisées pour inoculer des sols contaminés par des engrais chimiques. Le seigle vivace et le trèfle blanc ont ensuite été semés pour compléter l’écopile. Au cours d’un essai de 2 ans, il y a eu une réduction constante du taux de TPH suggérant que cette approche multifactorielle impliquant la biostimulation, la bio-augmentation et la phytoremédiation convient aux sols d’assainissement contaminés par des hydrocarbures industriels.

Il est à noter que tous les articles soumis dans ce sujet de recherche ont porté sur l’utilisation d’espèces hyperaccumulatrices d’origine naturelle plutôt que de plantes et / ou de microorganismes transgéniques, bien que des plantes et des microbes génétiquement modifiés puissent également être utilisés pour le traitement efficace des sols et des eaux pollués (Van Aben, 2009; Singh et al., 2011). Cela met en évidence les approches diverses et prometteuses développées par la communauté de recherche en phytoremédiation environnementale.

Déclaration de conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de relations commerciales ou financières pouvant être interprétées comme un conflit d’intérêts potentiel.