Batteri associati allo Zn

May 28, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12606 (2023) Citare questo articolo

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Per identificare i batteri adattati ai metalli dotati di tratti che influenzano positivamente la crescita di due specie di piante iperaccumulatrici Arabidopsis arenosa e Arabidopsis halleri, abbiamo isolato i batteri che popolano la rizosfera e i tessuti vegetativi (radici, foglie basali e fusti) di piante che crescono su due vecchi batteri Zn–Pb–Cd. cumuli di rifiuti a Bolesław e Bukowno (Polonia meridionale) e ne hanno caratterizzato i potenziali tratti di promozione della crescita delle piante (PGP), nonché le concentrazioni determinate di metalli nella rizosfera e nei tessuti vegetali. Per determinare la posizione tassonomica di 144 isolati batterici, è stato utilizzato il sequenziamento 16S rDNA Sanger. Una caratterizzazione metabolica dei ceppi isolati è stata eseguita in vitro utilizzando i test PGP. A. arenosa e A. halleri accumulano elevate quantità di Zn nei loro tessuti, soprattutto nelle foglie del fusto. Tra un totale di 22 taxa batterici identificati, il livello più alto di diversità tassonomica (H' = 2,01) è stato rivelato negli endofiti delle foglie basali di A. halleri originari dell'area del cumulo di rifiuti di Bukowno. Il 96, 98, 99 e 98% dei ceppi esaminati si sono dimostrati tolleranti rispettivamente a Cd, Zn, Pb e Cu. In generale, percentuali più elevate di batteri potrebbero sintetizzare auxine, siderofori e acetoino, nonché solubilizzare il fosfato. Nove ceppi batterici originati da cumuli di rifiuti erano tolleranti ai metalli tossici, mostravano tratti PGP in vitro e sono potenziali candidati per il biorisanamento.

Le attività antropiche legate al rilascio di metalli hanno fortemente contribuito all'inquinamento ambientale su vasta scala mondiale1. I metalli in quanto elementi non degradabili possono essere trasformati solo in forme chimiche di alterata tossicità e/o mobilità. Possono entrare nelle catene alimentari e causare tossicità agli organismi2. L'implementazione di diversi metodi fisici di bonifica come lo scavo e il riempimento del terreno, il lavaggio del suolo, l'elettrorisanamento, la vetrificazione e trattamenti chimici come la precipitazione, la lisciviazione, l'estrazione, lo scambio ionico, l'incapsulamento o l'immobilizzazione di solito comportano una riduzione della reattività del metallo ma spesso producono sottoprodotti3,4. I metodi di bonifica fisico-chimica hanno effetti negativi sulla vita microbica e su diversi parametri del suolo, come pH, argilla e materia organica5,6. Inoltre, non possono essere applicati su larga scala poiché sono generalmente troppo costosi e la loro accettazione da parte del pubblico è bassa3. In alternativa, sono state proposte strategie basate sulle piante (spesso chiamate “fitorisanamento”) come metodi più ecologici per il ripristino dei suoli degradati7,8,9. Le piante che evitano la tossicità dei metalli immagazzinando ioni metallici nei loro tessuti sotterranei vengono utilizzate come fitostabilizzatori, mentre le piante che accumulano metalli nei tessuti fuori terra possono essere utilizzate come fitoestrattori10. Quando una pianta fitoestratta assorbe metalli dal suolo e raggiunge determinate concentrazioni soglia di metalli fogliari, viene classificata come iperaccumulatrice11. Attualmente sono stati descritti più di 500 iperaccumulatori di metalli; la maggior parte di essi sono metallofiti obbligati limitati ai suoli metalliferi, mentre un gruppo più piccolo comprende iperaccumulatori facoltativi che popolano sia i suoli non metalliferi che quelli metalliferi12,13. Nonostante una vasta conoscenza dei meccanismi di adattamento dei metallofiti, è chiaro che utilizzare tali piante solo per la fitoestrazione non è economicamente fattibile a causa del loro tasso di crescita generalmente basso e della limitata produzione di biomassa14,15. È stato recentemente dimostrato che l'uso combinato di piante con specifici microrganismi può aumentare sostanzialmente l'efficienza della bonifica, sia per gli inquinanti organici che per i metalli16,17,18,19. Gli endofiti vegetali possono alleviare vari tipi di stress, ad esempio la salinità20, la siccità21, lo stress osmotico22, la temperatura23 e la tossicità dei metalli24,25,26,27. Sánchez-López et al.28, ad esempio, hanno dimostrato che il Methylobacterium sp. il ceppo Cp3 isolato dai semi di Crotolaria pumila che crescono su terreno inquinato da Zn ha mostrato nei test in vitro molteplici tratti che possono avere effetti benefici sulla crescita delle piante e quindi possono essere potenzialmente utili nel fitodepurazione. I microbi in condizioni di stress da metalli possono interagire direttamente con gli ioni29,30,31 o possono influenzare positivamente la forma fisica delle loro piante ospiti, comprese quelle che accumulano metalli tossici nei loro tessuti, riducendo la tossicità dei metalli32,33,34,35. Di notevole importanza è la conoscenza di ceppi batterici potenzialmente utili nella bonifica di terreni inquinati da metalli.