Frontiers In Plant Science

Menneskelig industri, jordbruk og avfallshåndtering praksis har resultert i storskala forurensning av jord og vann med organiske forbindelser og tungmetaller, med skadelige effekter på økosystemer og menneskers helse. Konvensjonelle jordreparasjonsmetoder er dyre og involverer ofte lagring av jord i utpekte områder, utsette i stedet for å løse problemet. I det siste tiåret har det presserende behovet for å finne alternative metoder fremhevet de vitenskapelige og økonomiske fordelene med planter og deres tilknyttede mikroorganismer, som kan brukes til gjenvinning av forurenset jord og vann (Meagher, 2000). Dette er en elegant og rimelig tilnærming for dekontaminering av forurensede områder og har blitt møtt med en høy grad av offentlig aksept, derfor spørre forskning på bruk av phytoremediation teknologi for å løse de store områdene av land og vann i dag berørt(anmeldt Av Krä, 2005; Vangronsveld et al.(2009; Lee, 2013). Dette Grenser I Plantevitenskapsforskningsemnet gir et øyeblikksbilde av dagens forskning i anvendelsen av miljøfytoremedieringsstrategier.

Mange forskere undersøker for tiden fenomenet metallhyperakkumulering i forskjellige arter, med sikte på å bestemme mekanismene knyttet til akkumulering og avgiftning av tungmetaller og til slutt å bruke disse plantene og deres rhizosfære-avledede mikroorganismer for dekontaminering av forurensede steder. Et drivhus eksperiment med Pteris vittata med eller uten bakteriestammer valgt fra stedegne rhizosphere-avledet mikroorganismer viste at effektiviteten av fytoekstraksjon økt når p. vittata planter ble inokulert med de utvalgte mikrobielle samfunn (Lampis et al ., 2015). En detaljert komparativ analyse av endofytiske bakterier og sopp fra selen (Se) hyperaccumulator-artene Stanleya pinnata (Brassicaceae) og Astragalus bisulcatus (Fabaceae), og de relaterte Ikke-akkumulatorene Physaria bellis (Brassicaceae) og Medicago sativa (Fabaceae), viste at isolater fra se hyperaccumulator-artene var mer resistente mot selenat Og selenitt, kunne redusere selenitt til elementær Se, kunne redusere nitritt og produsere siderophorer, og flere stammer viste også evnen å fremme plantevekst (jong et al., 2015). Mikroorganismer med høy Se toleranse og evnen til å produsere elementær Se ville være nyttig for avløpsvannbehandling og / eller produksjon Av se nanopartikler (Staicu et al., 2015).

bruk av omics analyse og avansert mikroskopi for å studere samspillet mellom metall hyperakkumulatorer og bakteriell rhizobiome er vurdert I en gjennomgang artikkel Av Visioli et al. (2015). Dette understreker nye teknikker for analyse av mikrobielle samfunn i forurenset jord som bidrar til å bestemme virkningen av forurensning på disse samfunnene (Berg et al ., 2012). Det fremhever også fordelene ved in situ-analyse for å overvåke kolonisering av planter og overlevelse av mikrobielle inokulum under reelle forhold, spesielt bruk av miljøskanningelektronmikroskopi, en kraftig tilnærming til in situ-analyse av biologiske prøver uten prøvepreparering(Stabentheiner et al ., 2010; Visioli et al., 2014).

phytoremediation potensialet av planter inokulert med bakterier isolert fra rhizosphere og endosphere av andre planter dyrket i jord forurenset med tungmetaller er omtalt i to artikler (Khan et al., 2015; Ma et al., 2015). Den arboreale arten Prosopis juliflora, innfødt I Sør-Amerika, ble tidligere ansett som en bioindikatorart for forurensede steder (Senthilkumar et al., 2005) og ble vist å tolerere høye konsentrasjoner av tungmetaller og kan derfor være nyttig i jordgjenvinning (Varun et al., 2011). Flere bakteriestammer med resistens mot krom (Cr), isolert fra rhizosfæren og endosfæren Av p. juliflora-planter dyrket på jord forurenset med garveriavløp, viste også toleranse mot andre tungmetaller som Cd, Cu, Pb og Zn. Inokuleringen av raigrass (Lolium multiflorum L.) med tre av disse isolatene fremmet plantevekst og fjerning av giftige metaller fra forurenset jord, noe som viste at samspillet mellom planter og bakteriestammer identifisert i forurensede områder kunne forbedre planteveksten og effektiviteten av fytoremediering (Khan et al., 2015). På Samme måte samlet Brassica juncea og Ricinus communis planter inokulert med rhizosfæriske og endofytiske bakterier isolert fra et forurenset serpentinmiljø mer biomasse og tungmetaller enn ikke-inokulerte kontrollplanter (Ma et al., 2015). Disse effektene ble tydelig tilskrevet produksjonen av bakterielle metabolitter som fremmet plantevekst og metallmobilisering. Imidlertid indikerte lavmetalltranslokasjonsfaktoren oppnådd ved inokulering at metallresistente serpentinbakterier er egnet for fytostabilisering av forurenset jord (Ma et al., 2015).

den gunstige samspillet mellom planter og rhizobia for utbedring av forurenset jord diskuteres Av Teng et al. (2015). Visse symbiotiske forhold mellom belgfrukter og nitrogenfikserende bakterier er resistente mot tungmetaller, fremmer spredning av organiske forurensninger og forbedrer fjerningen av dem (Fan et al., 2008; Glick, 2010; Li et al., 2013). Rhizobia løser ikke bare nitrogen, men fremmer også plantevekst, og øker dermed plantebiomasse, jordfruktbarhet, biotilgjengelighet, opptak og translokasjon av forurensende stoffer, nedbrytning av organiske forurensninger og fytostabilisering av metaller. Alle disse funksjonene gjør rhizobia verdifulle fytoremedieringsverktøy. Endofytisk rhizobia nedbryter organiske forurensninger som har akkumulert i knuter, og reduserer dermed fytovolatilisering og letter fytoremediering i forurensede miljøer (Teng et al., 2015).

Ytterligere to artikler diskuterer bruken av planter og tilhørende mikroorganismer for gjenvinning av land forurenset med organiske forurensninger (Germaine et al., 2015; Sauvê Og Schrö, 2015). I det første prosjektet (Sauvê Og Schrö, 2015) ble Phragmites australis-planter utsatt for karbamazepin, et mye brukt stoff som er tilstede i miljøet som en vedvarende og tilbakevendende forurensning (Ternes et al., 2007; Huerta-Fontela et al., 2011). Etter 9 dager reduserte plantene den opprinnelige legemiddelkonsentrasjonen med 90%, og karakterisering av endofytiske bakterier viste at alle isolater hadde minst ett plantevekstfremmende trekk. Flere hadde evnen til å fjerne karbamazepin fra jord, mens andre produserte sideroforer og var i stand til å løseliggjøre fosfat, noe som tyder på at de ville være gunstige i fytoremedieringsprogrammer. Den andre artikkelen tar for seg effektiviteten av en storskala kombinert phytoremediation / biopiling system, kalt ecopiling, for fjerning av hydrokarboner fra jord påvirket av industriell forurensning (Germaine et al., 2015). Bakterielle samfunn i stand til total petroleum hydrokarbon (TPH) nedbrytning ble brukt til å inokulere jord forurenset med kjemisk gjødsel. Flerårig rug gress og hvit kløver ble deretter sådd for å fullføre ecopile. Under en 2-årig studie var det en konsekvent reduksjon I TPH-nivået som tyder på at denne multifaktorielle tilnærmingen som involverer biostimulering, bioforstørrelse og fytoremediering er egnet for rensejord forurenset med industrielle hydrokarboner.

det er bemerkelsesverdig at alle artiklene som er sendt inn i dette forskningsemnet, fokuserte på bruk av naturlig forekommende hyperakkumulatorarter i stedet for transgene planter og/eller mikroorganismer, selv om genetisk utviklede planter og mikrober også kan brukes til effektiv behandling av forurenset jord og vann (Van Aben, 2009; Singh et al., 2011). Dette fremhever de ulike og lovende tilnærmingene som utvikles av miljøfytoremedieringsforskningsmiljøet.

Interessekonflikt

forfatterne erklærer at forskningen ble utført i fravær av kommersielle eller økonomiske forhold som kan tolkes som en potensiell interessekonflikt.