Микоризная биоремедиация - Википедия - Mycorrhizal bioremediation

Микоризное улучшение тяжелых металлов или загрязняющих веществ это процесс, посредством которого микоризный грибы в мутуалистический отношения с растениями могут изолировать токсичные соединения из окружающей среды, как форму биоремедиация.[1][2][3]

Партнеры микоризы-растения

Эти симбиотические отношения обычно возникают между растениями и арбускулярная микориза в Гломеромикота клады грибов.[3][4] Были задокументированы и другие типы грибов. Например, есть случай, когда фитоэкстракция цинка из ив была увеличена после Базидиомицет грибок Paxillus invutus засевали в почву.[5]

Механизмы симбиоза

Микориза позволяет растениям лучше переносить тяжелые металлы, отчасти из-за увеличения биомассы, которую они помогают им достичь. Грибы также стимулируют поглощение тяжелых металлов (таких как марганец и кадмий) с помощью ферментов и органических кислот (таких как уксусная кислота и яблочная кислота ), которые они выделяют в окружающую среду, чтобы переварить их.[5][6]

Как микориза помогает растениям переносить тяжелые металлы

Грибки могут препятствовать прохождению тяжелых металлов мимо корней растения.[6] Они также могут хранить в своих вакуолях тяжелые металлы. Однако в некоторых случаях грибы не снижают поглощение растениями тяжелых металлов, а повышают их устойчивость. В некоторых случаях это достигается за счет увеличения общей биомассы растения, так что концентрация металлов ниже. Они также могут изменять ответ растения на тяжелые металлы на уровне транскрипции и трансляции растений.[3][7]

Колонизация бесплодной почвы

Микоризы продолжают функционировать под землей даже в экстремальных условиях, например, после лесного пожара. Исследователи полагают, что это позволяет им получать минералы и питательные вещества, которые выделяются во время пожара, прежде чем они вымываются из почвы. Это, вероятно, увеличивает возможность быстрого восстановления после лесных пожаров.[8]

Серпентинные почвы частично характеризуются низким соотношением кальция и магния. Исследования показывают, что арбускулярная микориза помогают растениям увеличить потребление магния в почвах с низким содержанием магния. Однако растения в серпентиновых почвах, зараженные грибком, либо не проявляли влияния на концентрацию магния, либо снижали поглощение магния.[9]

Устойчивость к токсичности

Исследования показывают, что микоризные симбионты сеянцев тополя способны предотвращать попадание тяжелых металлов в уязвимые части растения, удерживая токсины в ризосфере.[10] Другое исследование показывает, что Arctostaphylos uva-ursi растения в симбиотических отношениях были более устойчивы к токсинам, потому что грибы помогали растениям расти под токсичными слоями почвы.[11]

Применяется в биоремедиации

В провинциях Китая Гуйчжоу, Юньнань и Гуанси, скалистый опустынивание расширяется и плохо контролируется. Эта территория характеризуется истощением почв, эрозией почв и засухой. В этом регионе очень трудно выращивать растения, и он в основном заполнен засухоустойчивыми растениями, литофиты и кальцифилоптерис растения. Morus alba Широко известное как шелковица - засухоустойчивое дерево, которое может переносить бесплодные почвы. Было обнаружено, что тутовник с прививкой арбускулярная микориза имеет повышенную живучесть в карст пустынные районы и, следовательно, повышение скорости улучшения почвы и снижение эрозии.[12]

В 1993 году художник Мел Чин сотрудничал с USDA агроном д-р Руфус Чейни в попытке детоксикации свалки Свиного глаза, суперфонда в Святой Павел, Миннесота. Команда посадила Thlaspi которые были выбраны для увеличения поглощения и связывания тяжелых металлов. Анализ показал повышенные концентрации кадмия в Thlaspi биомасса.[13] Было обнаружено, что Thlaspi имеет значительную ассоциацию арбускулярной микоризы.

Словакия имеется много шахт по добыче тяжелых металлов, которые вызвали значительное загрязнение почвы в регионе. Образцы Thlaspi собран в Словакия из загрязненных почв возле свинцового рудника показали повышенные уровни кадмия, свинца и цинка. более того Thlaspi рост в загрязненных регионах имел более высокие показатели некоторых арбускулярных микоризных грибов по сравнению с незараженными Thlaspi.[14] Поскольку ручная очистка обычно неэффективна и дорога, микориза колонизировала Thlaspi может быть полезно в биоремедиация усилия.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хильдебрандт, Ульрих; Регвар, Марджана; Боте, Германн (январь 2007 г.). «Арбускулярная микориза и толерантность к тяжелым металлам». Фитохимия. 68 (1): 139–146. Дои:10.1016 / j.phytochem.2006.09.023. PMID  17078985.
  2. ^ Ло, Чжи-Бинь; Ву, Ченхань; Чжан, Чао; Ли, Хун; Липка, Ульрике; Опрос, Андреа (2014). «Роль эктомикоризы в устойчивости растений-хозяев к стрессу тяжелыми металлами». Экологическая и экспериментальная ботаника. 108: 47–62. Дои:10.1016 / j.envexpbot.2013.10.018.
  3. ^ а б c Феррол, Нурия; Тамайо, Элизабет; Варгас, Паола (декабрь 2016 г.). «Парадокс тяжелых металлов в арбускулярных микоризах: от механизмов к биотехнологическим приложениям». Журнал экспериментальной ботаники. 67 (22): 6253–6265. Дои:10.1093 / jxb / erw403. PMID  27799283.
  4. ^ Вангронсвельд, Дж; Colpaert, СП; Ван Тихелен, К.К. (1996). «Рекультивация голой промышленной территории, загрязненной цветными металлами: физико-химическая и биологическая оценка стойкости обработки почвы и восстановления растительного покрова». Загрязнение окружающей среды (Barking, Essex: 1987). 94 (2): 131–40. Дои:10.1016 / S0269-7491 (96) 00082-6. PMID  15093499.
  5. ^ а б ШЕОРАН, Вимла; ШЕОРАН, Аттар Сингх; Пуния, Пунам (апрель 2016 г.). «Факторы, влияющие на фитоэкстракцию: обзор». Педосфера. 26 (2): 148–166. Дои:10.1016 / S1002-0160 (15) 60032-7.
  6. ^ а б Rajkumar, M .; Sandhya, S .; Prasad, M.N.V .; Фрейтас, Х. (ноябрь 2012 г.). «Перспективы ассоциированных с растениями микробов в фиторемедиации тяжелых металлов». Достижения биотехнологии. 30 (6): 1562–1574. Дои:10.1016 / j.biotechadv.2012.04.011. PMID  22580219.
  7. ^ Мехарг, Эндрю А. (ноябрь 2003 г.). «Механические основы взаимодействия микоризных ассоциаций с токсичными катионами металлов». Микологические исследования. 107 (11): 1253–1265. Дои:10.1017 / S0953756203008608. PMID  15000228.
  8. ^ Бухгольц, Кеннет; Девиз, Гарри (1981). «Изобилие и вертикальное распределение микоризы в лесных почвах равнин и степей из сосновых пустошей Нью-Джерси». Бюллетень Ботанического клуба Торри. 108 (2): 268–271. Дои:10.2307/2484905. JSTOR  2484905.
  9. ^ Дубкова, Павла; Суда, Ян; Судова, Радка (01.08.2011). «Арбускулярный микоризный симбиоз на серпентиновых почвах: влияние аборигенных грибных сообществ на различные экотипы Knautia arvensis». Растение и почва. 345 (1–2): 325–338. Дои:10.1007 / s11104-011-0785-z. ISSN  0032-079X. S2CID  29085114.
  10. ^ Люкс, Хайди Б .; Камминг, Джонатан Р. (нет данных). «Микориза придает устойчивость к алюминию сеянцам тюльпана и тополя». Канадский журнал исследований леса. 31 (4): 694–702. Дои:10.1139 / x01-004.
  11. ^ Салемаа, Майя; Монни, Сату (2003). «Медная устойчивость вечнозеленого кустарника Arctostaphylos uva-ursi: экспериментальная экспозиция». Загрязнение окружающей среды. 126 (3): 435–443. Дои:10.1016 / s0269-7491 (03) 00235-5. PMID  12963307.
  12. ^ Син, Дан; и другие. (Ноябрь 2014 г.). «Исследование экологического восстановления микоризной шелковицы в карстовой зоне каменистого опустынивания». Сельскохозяйственная наука и технологии. 15 (11): 1998–2002 - через EBSCOhost.
  13. ^ "Интернет-журнал USDA ARS, том 43, № 11". Журнал AgResearch Министерства сельского хозяйства США. 1995. Дата обращения 09.05.2020. Проверить значения даты в: | дата доступа = (помощь)
  14. ^ Фогель-Микуш, Катарина; Дробне, Дамьяна; Регвар, Марджана (2005). «Накопление Zn, Cd и Pb и колонизация арбускулярной микоризой кресс-салата Thlaspi praecox Wulf. (Brassicaceae) в окрестностях свинцового рудника и плавильного завода в Словении». Загрязнение окружающей среды. 133 (2): 233–242. Дои:10.1016 / j.envpol.2004.06.021. PMID  15519454.