Frontiers in Plant Science

Human Industri, Jordbruk och avfallshantering har resulterat i storskalig förorening av mark och vatten med organiska föreningar och tungmetaller, med skadliga effekter på ekosystem och människors hälsa. Konventionella metoder för markrening är dyra och innebär ofta lagring av mark i utsedda områden, uppskjutning snarare än att lösa problemet. Under det senaste decenniet har det pressande behovet av att hitta alternativa metoder framhävt de vetenskapliga och ekonomiska fördelarna med växter och deras associerade mikroorganismer, som kan användas för återvinning av förorenad mark och vatten (Meagher, 2000). Detta är ett elegant och billigt tillvägagångssätt för dekontaminering av förorenade platser och har hälsats med en hög grad av allmän acceptans, vilket ger upphov till forskning om användningen av fytoremedieringsteknik för att ta itu med de stora områdena mark och vatten som för närvarande påverkas (granskad av Kr Jacobmer, 2005; Vangronsveld et al., 2009; Lee, 2013). Detta gränser inom Växtvetenskapsforskningsämne ger en ögonblicksbild av aktuell forskning om tillämpningen av miljöfytoremedieringsstrategier.

många forskare undersöker för närvarande fenomenet metallhyperackumulering i olika arter, som syftar till att bestämma mekanismerna i samband med ackumulering och avgiftning av tungmetaller och i slutändan att använda dessa växter och deras rhizosphere-härledda mikroorganismer för dekontaminering av förorenade platser. Ett växthusexperiment med Pteris vittata med eller utan bakteriestammar valda från autoktona rhizosphere-härledda mikroorganismer visade att effektiviteten hos fytoextraktion ökade när P. vittata-växter inokulerades med de valda mikrobiella samhällena (Lampis et al., 2015). En detaljerad jämförande analys av endofytiska bakterier och svampar från selen (se) hyperaccumulator arter Stanleya pinnata (Brassicaceae) och Astragalus bisulcatus (Fabaceae), och de relaterade icke-ackumulatorer Physaria bellis (Brassicaceae) och Medicago sativa (Fabaceae), visade att isolat från SE hyperaccumulator arter var mer resistenta mot selenat och selenit, kunde minska selenit till elemental Se, kunde minska nitrit och producera sideroforer, och flera stammar visade också att de var mer resistenta mot förmåga att främja växttillväxt (Jong et al., 2015). Mikroorganismer med hög se-tolerans och förmågan att producera elementärt Se skulle vara användbart för avloppsrening och/eller produktion av se-nanopartiklar (Staicu et al., 2015).

användningen av omics-analys och avancerad mikroskopi för att studera interaktionen mellan metallhyperackumulatorer och bakteriell rhizobiom beaktas i en översiktsartikel av Visioli et al. (2015). Detta betonar nya tekniker för analys av mikrobiella samhällen i förorenade jordar som hjälper till att bestämma föroreningarnas inverkan på dessa samhällen (Berg et al., 2012). Det belyser också fördelarna med in situ-analys för att övervaka koloniseringen av växter och överlevnaden av mikrobiella ympningar under verkliga förhållanden, särskilt användningen av miljöskanningelektronmikroskopi, ett kraftfullt tillvägagångssätt för in situ-analys av biologiska prover utan provberedning (Stabentheiner et al., 2010; Visioli et al., 2014).

fytoremedieringspotentialen hos växter inokulerade med bakterier isolerade från rhizosfären och endosfären hos andra växter som odlas i jord förorenad med tungmetaller diskuteras i två artiklar (Khan et al., 2015; Ma et al., 2015). Den arboreala arten Prosopis juliflora, infödd i Sydamerika, betraktades tidigare som en bioindikatorart för förorenade platser (Senthilkumar et al., 2005) och visade sig tolerera höga koncentrationer av tungmetaller och kan därför vara användbara vid jordåtervinning (Varun et al., 2011). Flera bakteriestammar med resistens mot krom (Cr), isolerade från rhizosfären och endosfären av P. juliflora-växter odlade på jord förorenad med garveriutflöde, visade också tolerans mot andra tungmetaller som Cd, Cu, Pb och Zn. Inokuleringen av rajgräs (Lolium multiflorum L.) med tre av dessa isolat främjade växttillväxt och avlägsnande av giftiga metaller från förorenad mark, vilket visar att interaktionen mellan växter och bakteriestammar identifierade i förorenade områden kan förbättra växttillväxten och effektiviteten av fytoremediering (Khan et al., 2015). På samma sätt Brassica juncea och Ricinus communis växter inokulerade med rhizosfäriska och endofytiska bakterier isolerade från en förorenad serpentinmiljö ackumulerade mer biomassa och tungmetaller än icke-inokulerade kontrollanläggningar (Ma et al., 2015). Dessa effekter tillskrivs tydligt produktionen av bakteriemetaboliter som främjade växttillväxt och metallmobilisering. Emellertid indikerade den låga metalltranslokationsfaktorn erhållen vid ympning att metallresistenta serpentinbakterier är lämpliga för fytostabilisering av förorenad jord (Ma et al., 2015).

den fördelaktiga interaktionen mellan växter och rhizobia för sanering av förorenad jord diskuteras av Teng et al. (2015). Vissa symbiotiska förhållanden mellan baljväxter och kvävefixerande bakterier är resistenta mot tungmetaller, främjar spridningen av organiska föroreningar och förbättrar deras avlägsnande (Fan et al., 2008; Glick, 2010; Li et al., 2013). Rhizobia fixar inte bara kväve utan främjar också växttillväxt, vilket ökar växtbiomassa, jordfruktbarhet, biotillgänglighet, upptag och translokation av föroreningar, nedbrytning av organiska föroreningar och fytostabilisering av metaller. Alla dessa funktioner gör rhizobia värdefulla fytoremedieringsverktyg. Endofytisk rhizobia försämrar organiska föroreningar som har ackumulerats i knölar, vilket minskar fytovolatilisering och underlättar fytoremediering i förorenade miljöer (Teng et al., 2015).

ytterligare två artiklar diskuterar användningen av växter och deras associerade mikroorganismer för återvinning av mark förorenad med organiska föroreningar (Germaine et al., 2015, sauv och Schr, 2015). I det första projektet (sauv Exportre och Schr Exporder, 2015) exponerades phragmites australis-växter för karbamazepin, ett allmänt använt läkemedel som finns i miljön som en ihållande och motstridig förorening (Ternes et al., 2007; Huerta-Fontela et al., 2011). Efter 9 dagar minskade växterna den initiala läkemedelskoncentrationen med 90% och karakterisering av de endofytiska bakterierna avslöjade att alla isolat hade minst ett växttillväxtfrämjande drag. Flera hade förmågan att ta bort karbamazepin från jorden, medan andra producerade sideroforer och kunde solubilisera fosfat, vilket tyder på att de skulle vara fördelaktiga i fytoremedieringsprogram. Den andra artikeln behandlar effektiviteten hos ett storskaligt kombinerat fytoremediering/biopiling-system, benämnt ekopiling, för avlägsnande av kolväten från jord som påverkas av industriell förorening (Germaine et al., 2015). Bakteriella samhällen med förmåga till nedbrytning av totalt petroleumkolväte (TPH) användes för att inokulera jord förorenad med kemiska gödningsmedel. Flerårigt råggräs och vitklöver såddes sedan för att slutföra ekopilen. Under en 2-årig studie var det en konsekvent minskning av TPH-nivån som tyder på att detta multifaktoriella tillvägagångssätt som involverar biostimulering, bioförstoring och fytoremediering är lämplig för saneringsjordar förorenade med industriella kolväten.

det är anmärkningsvärt att alla artiklar som lämnats in i detta forskningsämne fokuserade på användningen av naturligt förekommande hyperaccumulatorarter snarare än transgena växter och/eller mikroorganismer, även om genetiskt konstruerade växter och mikrober också kan användas för effektiv behandling av förorenad mark och vatten (Van Aben, 2009; Singh et al., 2011). Detta belyser de olika och lovande tillvägagångssätt som utvecklas av miljöfytoremedieringsforskningssamhället.

intressekonflikt uttalande

författarna förklarar att forskningen genomfördes i avsaknad av kommersiella eller finansiella relationer som kan tolkas som en potentiell intressekonflikt.