frontiere în știința plantelor

industria umană, agricultura și practicile de eliminare a deșeurilor au dus la contaminarea pe scară largă a solului și a apei cu compuși organici și metale grele, cu efecte dăunătoare asupra ecosistemelor și sănătății umane. Metodele convenționale de remediere a solului sunt costisitoare și implică adesea depozitarea solului în zonele desemnate, amânând mai degrabă decât rezolvarea problemei. În ultimul deceniu, nevoia stringentă de a găsi metode alternative a evidențiat beneficiile științifice și economice ale plantelor și ale microorganismelor asociate acestora, care pot fi utilizate pentru recuperarea solului și a apei poluate (Meagher, 2000). Aceasta este o abordare elegantă și cu costuri reduse pentru decontaminarea siturilor poluate și a fost întâmpinată cu un grad ridicat de acceptare publică, determinând astfel cercetarea utilizării tehnologiei de fitoremediere pentru a aborda suprafețele mari de teren și apă afectate în prezent (revizuit de kr Inktaktmer, 2005; Vangronsveld și colab., 2009; Lee, 2013). Acest subiect de cercetare Frontiers in Plant Science oferă o imagine a cercetărilor actuale în aplicarea strategiilor de fitoremediere a mediului.

mulți oameni de știință investighează în prezent fenomenul hiperacumulării metalelor la diferite specii, urmărind să determine mecanismele asociate cu acumularea și detoxifierea metalelor grele și, în cele din urmă, să utilizeze aceste plante și microorganismele derivate din rizosferă pentru decontaminarea siturilor poluate. Un experiment cu efect de seră folosind Pteris vittata cu sau fără tulpini bacteriene selectate din microorganisme autohtone derivate din rizosferă a arătat că eficiența fitoextracției a crescut atunci când plantele P. vittata au fost inoculate cu comunitățile microbiene selectate (Lampis și colab., 2015). O analiză comparativă detaliată a bacteriilor endofitice și a ciupercilor din speciile hiperacumulatoare de seleniu (se) Stanleya pinnata (Brassicaceae) și Astragalus bisulcatus (Fabaceae) și a non-acumulatorilor înrudiți Physaria bellis (Brassicaceae) și Medicago sativa (Fabaceae), a arătat că izolatele din speciile hiperacumulatoare de Se erau mai rezistente la selenat și selenit, ar putea reduce selenitul la se elementar, ar putea reduce nitritul și produce siderofori, iar mai multe tulpini au arătat, de asemenea, că capacitatea de a promova creșterea plantelor (Jong și colab., 2015). Microorganismele cu toleranță ridicată la Se și capacitatea de a produce se elementar ar fi utile pentru tratarea apelor uzate și/sau producerea de nanoparticule de Se (Staicu și colab., 2015).

utilizarea analizei omics și a microscopiei avansate pentru a studia interacțiunea dintre hiperacumulatoarele metalice și rizobiomul bacterian este luată în considerare într-un articol de revizuire de Visioli și colab. (2015). Acest lucru subliniază tehnicile emergente pentru analiza comunităților microbiene din solurile poluate care ajută la determinarea impactului poluării asupra acestor comunități (Berg și colab., 2012). De asemenea, evidențiază avantajele analizei in situ pentru monitorizarea colonizării plantelor și supraviețuirea inoculurilor microbiene în condiții reale, în special utilizarea microscopiei electronice de scanare a mediului, o abordare puternică pentru analiza in situ a probelor biologice fără pregătirea eșantionului (Stabentheiner și colab., 2010; Visioli și colab., 2014).

potențialul de fitoremediere al plantelor inoculate cu bacterii izolate din rizosferă și endosferă a altor plante cultivate în sol contaminat cu metale grele este discutat în două articole (Khan și colab., 2015; Ma și colab., 2015). Specia arborică Prosopis juliflora, originară din America de Sud, a fost considerată anterior ca o specie bioindicatoare pentru siturile poluate (Senthilkumar și colab., 2005) și s-a demonstrat că tolerează concentrații mari de metale grele și, prin urmare, pot fi utile în recuperarea solului (Varun și colab., 2011). Mai multe tulpini bacteriene cu rezistență la crom (Cr), izolate din rizosferă și endosferă a plantelor P. juliflora cultivate pe sol contaminat cu efluent de tăbăcărie, au arătat, de asemenea, toleranță față de alte metale grele, cum ar fi Cd, Cu, Pb și Zn. Inocularea raigrasului (Lolium multiflorum L.) cu trei dintre aceste izolate a favorizat creșterea plantelor și îndepărtarea metalelor toxice din solul poluat, demonstrând că interacțiunea dintre plante și tulpinile bacteriene identificate în zonele contaminate ar putea îmbunătăți creșterea plantelor și eficiența fitoremedierii (Khan și colab., 2015). De asemenea, plantele Brassica juncea și Ricinus communis inoculate cu bacterii rizosferice și endofitice izolate dintr-un mediu Serpentin poluat au acumulat mai multă biomasă și metale grele decât plantele de control neinoculate (Ma și colab., 2015). Aceste efecte au fost atribuite în mod clar producției de metaboliți bacterieni care au promovat creșterea plantelor și mobilizarea metalelor. Cu toate acestea, factorul de translocație scăzută a metalelor obținut la inoculare a indicat faptul că bacteriile serpentine rezistente la metale sunt potrivite pentru fitostabilizarea solului contaminat (Ma și colab., 2015).

interacțiunea benefică dintre plante și rizobie pentru remedierea solului contaminat este discutată de Teng și colab. (2015). Anumite relații simbiotice între leguminoase și bacteriile care fixează azotul sunt rezistente la metalele grele, promovând disiparea poluanților organici și îmbunătățind eliminarea acestora (Fan și colab., 2008; Glick, 2010; Li și colab., 2013). Rhizobia nu numai că fixează azotul, ci promovează și creșterea plantelor, crescând astfel biomasa plantelor, fertilitatea solului, biodisponibilitatea, absorbția și translocarea poluanților, degradarea contaminanților organici și fitostabilizarea metalelor. Toate aceste caracteristici fac din rhizobia instrumente valoroase de fitoremediere. Rizobia endofitică degradează contaminanții organici care s-au acumulat în noduli, reducând astfel fitovolatizarea și facilitând fitoremedierea în medii poluate (Teng și colab., 2015).

alte două articole discută despre utilizarea plantelor și a microorganismelor asociate acestora pentru recuperarea terenurilor poluate cu contaminanți organici (Germaine și colab., 2015; Sauv-uri și Schr-URI-uri, 2015). În primul proiect (Sauv-uri și Schr-uri, 2015), plantele Phragmites australis au fost expuse la carbamazepină, un medicament utilizat pe scară largă, care este prezent în mediu ca un contaminant persistent și recalcitrant (Ternes și colab., 2007; Huerta-Fontela și colab., 2011). După 9 zile, plantele au redus concentrația inițială de medicament cu 90%, iar caracterizarea bacteriilor endofitice a arătat că toate izolatele posedă cel puțin o trăsătură de promovare a creșterii plantelor. Mai mulți au avut capacitatea de a elimina carbamazepina din sol, în timp ce alții au produs siderofori și au fost capabili să solubilizeze fosfatul, sugerând că ar fi benefici în programele de fitoremediere. Al doilea articol abordează eficacitatea unui sistem combinat de fitoremediere/biopilare pe scară largă, denumit ecopilare, pentru îndepărtarea hidrocarburilor din solul afectat de contaminarea industrială (Germaine și colab., 2015). Comunitățile bacteriene capabile de degradarea totală a hidrocarburilor petroliere (TPH) au fost utilizate pentru inocularea solului contaminat cu îngrășăminte chimice. Iarba de secară perenă și trifoiul alb au fost apoi semănate pentru a finaliza Ecopilul. Pe parcursul unui studiu de 2 ani, a existat o reducere consistentă a nivelului TPH, sugerând că această abordare multifactorială care implică biostimulare, bio-augmentare și fitoremediere este adecvată pentru solurile de remediere contaminate cu hidrocarburi industriale.

este de remarcat faptul că toate articolele prezentate în acest subiect de cercetare s-au axat pe utilizarea speciilor hiperacumulatoare naturale, mai degrabă decât a plantelor transgenice și/sau a microorganismelor, deși plantele și microbii modificați genetic pot fi utilizați și pentru tratarea eficientă a solului și a apei poluate (Van Aben, 2009; Singh și colab., 2011). Acest lucru evidențiază abordările diverse și promițătoare care sunt dezvoltate de comunitatea de cercetare a fitoremedierii mediului.

Declarație privind conflictul de interese

autorii declară că cercetarea a fost realizată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.