grenzen in Plant Science

menselijke industrie, landbouw en afvalverwijdering hebben geleid tot grootschalige verontreiniging van bodem en water met organische verbindingen en zware metalen, met nadelige gevolgen voor ecosystemen en de gezondheid van de mens. Conventionele bodemsaneringsmethoden zijn duur en brengen vaak de opslag van de bodem in aangewezen gebieden met zich mee, waardoor het probleem eerder wordt uitgesteld dan opgelost. In de afgelopen tien jaar heeft de dringende noodzaak om alternatieve methoden te vinden De wetenschappelijke en economische voordelen van planten en hun geassocieerde micro-organismen, die kunnen worden gebruikt voor de terugwinning van vervuilde grond en water, aan het licht gebracht (Meagher, 2000). Dit is een elegante en goedkope aanpak voor de decontaminatie van vervuilde sites en is begroet met een hoge mate van publieke acceptatie, daarom gevraagd Onderzoek naar het gebruik van fytoremediatie technologie om de grote gebieden van land en water die momenteel getroffen (beoordeeld door Krämer, 2005; Vangronsveld et al., 2009; Lee, 2013). Dit onderwerp Frontiers in Plant Science geeft een momentopname van het huidige onderzoek naar de toepassing van milieu fytoremediatiestrategieën.Veel wetenschappers onderzoeken momenteel het fenomeen van metaalhyperaccumulatie bij verschillende soorten, met als doel de mechanismen te bepalen die samenhangen met de accumulatie en ontgifting van zware metalen en uiteindelijk deze planten en hun uit de rhizosfeer afgeleide micro-organismen te gebruiken voor de decontaminatie van verontreinigde locaties. Een broeikasexperiment met Pteris vittata met of zonder bacteriestammen geselecteerd uit autochtone rhizosfeer-afgeleide micro-organismen toonde aan dat de efficiëntie van fyto-extractie toen P. vittata planten werden ingeënt met de geselecteerde microbiële gemeenschappen (Lampis et al., 2015). Een gedetailleerde vergelijkende analyse van de endophytic bacteriën en schimmels uit de selenium (Se) hyperaccumulator soorten Stanleya pinnata (Brassicaceae) en Astragalus bisulcatus (Fabaceae), en de daarmee verband houdende niet-accu ‘ s Physaria bellis (Brassicaceae) en Medicago sativa (Fabaceae), bleek dat isolaten van Se hyperaccumulator soorten beter bestand tegen selenate en seleniet, zouden kunnen verminderen seleniet aan elementaire Se, zouden kunnen verminderen nitriet en produceren siderophores, en de verschillende stammen toonden ook de mogelijkheid om de installatiegroei te bevorderen (Jong et al., 2015). Micro-organismen met een hoge Se-tolerantie en het vermogen om elementair Se te produceren zouden nuttig zijn voor afvalwaterbehandeling en / of de productie van SE nanodeeltjes (Staicu et al., 2015).

het gebruik van omics-analyse en geavanceerde microscopie om de interactie tussen metaalhyperaccumulatoren en het bacteriële rhizobioom te bestuderen wordt overwogen in een overzichtsartikel door Visioli et al. (2015). Dit benadrukt opkomende technieken voor de analyse van microbiële gemeenschappen in vervuilde bodems die helpen om de impact van vervuiling op die gemeenschappen te bepalen (Berg et al., 2012). Het benadrukt ook de voordelen van in situ analyse om de kolonisatie van planten en de overleving van microbiële entmateriaal onder reële omstandigheden te controleren, in het bijzonder het gebruik van milieu scanning elektronenmicroscopie, een krachtige benadering voor de in situ analyse van biologische specimens zonder monstervoorbereiding (Stabentheiner et al., 2010; Visioli et al., 2014).

het fytoremediatiepotentieel van planten geïnoculeerd met bacteriën geïsoleerd uit de rhizosfeer en de endosfeer van andere planten gekweekt in met zware metalen verontreinigde grond wordt besproken in twee artikelen (Khan et al., 2015; Ma et al., 2015). De boomsoort Prosopis juliflora, inheems in Zuid-Amerika, werd eerder beschouwd als een bio-indicatorsoort voor vervuilde sites (Senthilkumar et al., 2005) en bleek hoge concentraties zware metalen te verdragen en kan daarom nuttig zijn in de bodemwinning (Varun et al., 2011). Verschillende bacteriestammen met resistentie tegen chroom (Cr), geïsoleerd uit de rhizosfeer en de endosfeer van P. juliflora-planten geteeld op grond die verontreinigd was met looierij-effluent, vertoonden ook tolerantie ten opzichte van andere zware metalen zoals Cd, Cu, Pb en Zn. De inoculatie van raaigras (Lolium multiflorum L.) met drie van deze isolaten bevorderde de plantengroei en de verwijdering van giftige metalen uit vervuilde grond, wat aantoont dat de interactie tussen planten en bacteriestammen die in verontreinigde gebieden zijn geïdentificeerd, de plantengroei en de efficiëntie van fytoremediatie kan verbeteren (Khan et al., 2015). Ook Brassica juncea en Ricinus communis planten geïnoculeerd met rhizosferische en endofytische bacteriën geïsoleerd uit een vervuilde serpentine omgeving geaccumuleerd meer biomassa en zware metalen dan niet-geïnoculeerde controle planten (Ma et al., 2015). Deze effecten werden duidelijk toegeschreven aan de productie van bacteriële metabolieten die de groei van planten en metaalmobilisatie bevorderden. De lage metaaltranslocatiefactor verkregen bij inoculatie wees er echter op dat metaalbestendige serpentinebacteriën geschikt zijn voor de fytostabilisatie van verontreinigde grond (Ma et al., 2015).

de nuttige interactie tussen planten en rhizobia voor de sanering van verontreinigde grond wordt besproken door Teng et al. (2015). Bepaalde symbiotische relaties tussen peulvruchten en stikstof-fixerende bacteriën zijn resistent tegen zware metalen, het bevorderen van de dissipatie van organische verontreinigende stoffen en het verbeteren van hun verwijdering (Fan et al., 2008; Glick, 2010; Li et al., 2013). Rhizobia fixeert niet alleen stikstof maar bevordert ook de groei van planten, waardoor de biomassa van planten, de vruchtbaarheid van de bodem, de biologische beschikbaarheid, opname en translocatie van verontreinigende stoffen, de afbraak van organische verontreinigende stoffen en de fytostabilisatie van metalen toenemen. Al deze functies maken rhizobia waardevolle fytoremediatie tools. Endofytische rhizobia degraderen organische verontreinigingen die zich hebben opgehoopt in knobbeltjes, waardoor fytovolatilisatie wordt verminderd en fytoremediatie in vervuilde omgevingen wordt vergemakkelijkt (Teng et al., 2015).

twee andere artikelen bespreken het gebruik van planten en hun geassocieerde micro-organismen voor de regeneratie van land dat verontreinigd is met organische contaminanten (Germaine et al., 2015; Sauvêtre en Schröder, 2015). In het eerste project (Sauvêtre en Schröder, 2015) werden Phragmites australis planten blootgesteld aan carbamazepine, een veel gebruikt geneesmiddel dat in het milieu aanwezig is als een persistente en recalcitrante contaminant (Ternes et al., 2007; Huerta-Fontela et al., 2011). Na 9 dagen verminderden de planten de initiële concentratie van het geneesmiddel met 90% en karakterisering van de endofytische bacteriën toonde aan dat alle isolaten ten minste één groeibevorderende eigenschap van planten hadden. Verscheidene hadden de capaciteit om carbamazepine uit grond te verwijderen, terwijl anderen siderophores produceerden en fosfaat konden oplossen, voorstellend zij in fytoremediationprogramma ‘ s voordelig zouden zijn. Het tweede artikel heeft betrekking op de doeltreffendheid van een grootschalig gecombineerd fytoremediatie/biopileringssysteem, ecopileringssysteem genoemd, voor de verwijdering van koolwaterstoffen uit de bodem die door industriële verontreiniging is aangetast (Germaine et al., 2015). Bacteriële gemeenschappen die in staat zijn tot totale afbraak van petroleumkoolwaterstof (TPH) werden gebruikt om met chemische meststoffen verontreinigde grond in te enten. Overblijvend roggengras en witte klaver werden vervolgens gezaaid om de ecopile te voltooien. Tijdens een 2 jaar durende studie was er een consistente verlaging van het TPH-gehalte, wat suggereert dat deze multifactoriële benadering met biostimulatie, bio-augmentatie en fytoremediatie geschikt is voor de sanering van met industriële koolwaterstoffen verontreinigde bodems.Het is opmerkelijk dat alle artikelen in dit onderzoeksonderwerp gericht waren op het gebruik van in de natuur voorkomende hyperaccumulatorsoorten in plaats van transgene planten en/of micro-organismen, hoewel genetisch gemanipuleerde planten en microben ook kunnen worden gebruikt voor de efficiënte behandeling van vervuilde grond en water (van Aben, 2009; Singh et al., 2011). Dit benadrukt de diverse en veelbelovende benaderingen die worden ontwikkeld door de milieu fytoremediatie onderzoeksgemeenschap.

belangenverstrengeling verklaring

de auteurs verklaren dat het onderzoek werd uitgevoerd zonder enige commerciële of financiële relatie die als een potentieel belangenconflict kon worden opgevat.Berg, J., Brandt, K. K., Al-Soud, W. A., Holm, P. E., Hansen, L. H., Sørensen, S. J., et al. (2012). Selectie voor cu-tolerante bacteriële gemeenschappen met gewijzigde samenstelling, maar ongewijzigde rijkdom, via langdurige cu-blootstelling. Appl. Environ. Microbiol. 78, 7438–7446. doi: 10.1128 / AEM.01071-12

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar