Frontiers in Plant Science

az emberi ipar, a gazdálkodás és a hulladék ártalmatlanítása a talaj és a víz szerves vegyületekkel és nehézfémekkel való nagymértékű szennyeződését eredményezte, káros hatással az ökoszisztémákra és az emberi egészségre. A hagyományos talajjavítási módszerek drágák, és gyakran magukban foglalják a talaj tárolását a kijelölt területeken, inkább elhalasztva, mint megoldva a problémát. Az elmúlt évtizedben az alternatív módszerek keresésének sürgető igénye rávilágított a növények és a hozzájuk kapcsolódó mikroorganizmusok tudományos és gazdasági előnyeire, amelyek felhasználhatók a szennyezett talaj és víz visszanyerésére (Meagher, 2000). Ez egy elegáns és alacsony költségű megközelítés a szennyezett területek fertőtlenítésére, és a közvélemény nagyfokú elfogadottságát fogadta, ezért a fitoremediációs technológia használatának kutatására ösztönözte a jelenleg érintett nagy földterületek és vízterületek kezelését (KR Enterprises, 2005; Vangronsveld et al., 2009; Lee, 2013). Ez a Frontiers in Plant Science kutatási téma pillanatképet nyújt a környezeti fitoremediációs stratégiák alkalmazásával kapcsolatos jelenlegi kutatásokról.

sok tudós jelenleg vizsgálja a fém hiperakkumuláció jelenségét különböző fajokban, azzal a céllal, hogy meghatározzák a nehézfémek felhalmozódásával és méregtelenítésével kapcsolatos mechanizmusokat, és végül felhasználják ezeket a növényeket és rizoszférából származó mikroorganizmusaikat a szennyezett területek fertőtlenítésére. Az üvegházhatású kísérlet során Pteris vittata-t alkalmaztak őshonos rhizoszféra eredetű mikroorganizmusokból kiválasztott baktériumtörzsekkel vagy anélkül, azt mutatták, hogy a fitoextrakció hatékonysága nőtt, amikor a P. vittata növényeket beoltották a kiválasztott mikrobiális közösségekkel (Lampis et al., 2015). A szelén (Se) hiperakkumulátor Fajok Stanleya pinnata (Brassicaceae) és Astragalus bisulcatus (Fabaceae) endofita baktériumainak és gombáinak, valamint a kapcsolódó nem akkumulátoros Physaria bellis (Brassicaceae) és Medicago sativa (Fabaceae) részletes összehasonlító elemzése feltárta, hogy az Se hiperakkumulátor Fajok izolátumai jobban ellenállnak a szelenátnak és a szelenitnek, csökkenthetik a szelenitet elemi Se-vé, csökkenthetik a nitritet és siderophores-t termelhetnek, és több törzs is kimutatta, hogy képesek A növények növekedésének elősegítése (Jong et al., 2015). A magas Se-toleranciával és elemi Se-t előállító képességgel rendelkező mikroorganizmusok hasznosak lehetnek a szennyvízkezelésben és/vagy az Se nanorészecskék előállításában (Staicu et al., 2015).

az omics analízis és a fejlett mikroszkópia használatát a fém hiperakkumulátorok és a bakteriális rhizobiome közötti kölcsönhatás tanulmányozására Visioli et al. (2015). Ez hangsúlyozza a szennyezett talajok mikrobiális közösségeinek elemzésére szolgáló új technikákat, amelyek segítenek meghatározni a szennyezés e közösségekre gyakorolt hatását (Berg et al., 2012). Kiemeli továbbá az in situ elemzés előnyeit a növények kolonizációjának és a mikrobiális inokulumok valós körülmények közötti túlélésének nyomon követésére, különös tekintettel a környezeti pásztázó elektronmikroszkópia használatára, amely hatékony megközelítés a biológiai minták in situ elemzéséhez mintaelőkészítés nélkül (Stabentheiner et al., 2010; Visioli et al., 2014).

a nehézfémekkel szennyezett talajban termesztett más növények rizoszférájából és endoszférájából izolált baktériumokkal beoltott növények fitoremediációs potenciálját két cikk tárgyalja (Khan et al., 2015; Ma et al., 2015). A Dél-Amerikában őshonos Prosopis juliflora fafajt korábban a szennyezett területek bioindikátor fajának tekintették (Senthilkumar et al., 2005), és kimutatták, hogy tolerálja a nehézfémek magas koncentrációját, ezért hasznos lehet a talaj visszanyerésében (Varun et al., 2011). Számos krómmal (CR) szemben ellenálló baktériumtörzs, amelyet a P. juliflora növények rizoszférájából és endoszférájából izoláltak, a cserzőüzem szennyezettségével szennyezett talajon termesztettek, toleranciát mutattak más nehézfémekkel, például Cd-vel, Cu-val, Pb-vel és Zn-vel szemben. A perje (lolium multiflorum L.) oltása három ilyen izolátummal elősegítette a növények növekedését és a mérgező fémek eltávolítását a szennyezett talajból, bizonyítva, hogy a szennyezett területeken azonosított növények és baktériumtörzsek közötti kölcsönhatás javíthatja a növények növekedését és a fitoremediáció hatékonyságát (Khan et al., 2015). Hasonlóképpen, a szennyezett szerpentin környezetből izolált rizoszférikus és endofitikus baktériumokkal beoltott Brassica juncea és Ricinus communis növények több biomasszát és nehézfémet halmoztak fel, mint a nem beoltott kontroll növények (Ma et al., 2015). Ezeket a hatásokat egyértelműen a bakteriális metabolitok termelésének tulajdonították, amelyek elősegítették a növények növekedését és a fém mobilizálódását. Az oltáskor kapott alacsony fém transzlokációs faktor azonban azt jelezte, hogy a fémálló szerpentin baktériumok alkalmasak a szennyezett talaj fitostabilizálására (Ma et al., 2015).

a növények és a rhizobia közötti előnyös kölcsönhatást a szennyezett talaj kármentesítésében Teng et al. (2015). A hüvelyesek és a nitrogénmegkötő baktériumok közötti bizonyos szimbiotikus kapcsolatok ellenállóak a nehézfémekkel szemben, elősegítik a szerves szennyező anyagok eloszlását és fokozzák azok eltávolítását (Fan et al., 2008; Glick, 2010; Li et al., 2013). A Rhizobia nemcsak a nitrogént rögzíti, hanem elősegíti a növények növekedését is, ezáltal növelve a növényi biomasszát, a talaj termékenységét, a szennyező anyagok biohasznosulását, felvételét és transzlokációját, a szerves szennyező anyagok lebomlását és a fémek fitostabilizációját. Mindezek a tulajdonságok teszik a rhizobia értékes fitoremediációs eszközeit. Az endofitikus rhizobia lebontja a csomókban felhalmozódott szerves szennyeződéseket, ezáltal csökkentve a fitovolatilizációt és megkönnyítve a fitoremediációt szennyezett környezetben (Teng et al., 2015).

két további cikk foglalkozik a növények és a hozzájuk kapcsolódó mikroorganizmusok szerves szennyező anyagokkal szennyezett talaj visszanyerésére történő felhasználásával (Germaine et al., 2015; sauv Enterprises és Schr Enterprises, 2015). Az első projektben (sauv enterprises and Schr Enterprises, 2015) A Phragmites australis növényeket karbamazepinnek tették ki, egy széles körben használt gyógyszernek, amely állandó és ellenszenves szennyezőként van jelen a környezetben (Ternes et al., 2007; Huerta-Fontela et al., 2011). 9 nap elteltével a növények 90%-kal csökkentették a kezdeti gyógyszerkoncentrációt, és az endofita baktériumok jellemzése kimutatta, hogy minden izolátum rendelkezik legalább egy növénynövekedést elősegítő tulajdonsággal. Sokan képesek voltak eltávolítani a karbamazepint a talajból, míg mások sideroforokat termeltek és képesek voltak foszfátot szolubilizálni, ami arra utal, hogy hasznosak lennének a fitoremediációs programokban. A második cikk egy nagyszabású kombinált fitoremediációs/biopiling rendszer hatékonyságával foglalkozik, amelyet ökopilingnek neveznek, az ipari szennyeződés által érintett talajból származó szénhidrogének eltávolítására (Germaine et al., 2015). A teljes kőolaj-szénhidrogén (TPH) lebomlásra képes baktériumközösségeket kémiai műtrágyákkal szennyezett talaj beoltására használták. Ezután évelő rozs füvet és fehér lóhere-t vetettek az ökopile befejezéséhez. Egy 2 éves vizsgálat során következetesen csökkent a TPH-szint, ami arra utal, hogy ez a multifaktoriális megközelítés, amely magában foglalja a biostimulációt, a bio-augmentációt és a fitoremediációt, alkalmas az ipari szénhidrogénekkel szennyezett kármentesítő talajokra.

figyelemre méltó, hogy az ebben a kutatási témában benyújtott összes cikk a természetben előforduló hiperakkumulátor Fajok használatára összpontosított, nem pedig transzgenikus növényekre és/vagy mikroorganizmusokra, bár a genetikailag módosított növények és mikrobák felhasználhatók a szennyezett talaj és víz hatékony kezelésére is (van Aben, 2009; Singh et al., 2011). Ez rávilágít a környezeti fitoremediációs kutatói közösség által kidolgozott változatos és ígéretes megközelítésekre.

összeférhetetlenségi nyilatkozat

a szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.