کد خبر: ۳۶۳۷۲
تاریخ انتشار: ۱۲ تير ۱۳۹۸ - ۱۲:۰۹
پالایش فلزات سنگین برای حفاظت محیط زیست از اثرات سمی و حفظ آن برای نسل های آینده ضروری می باشد. تکنیک های بی شمار فیزیکوشیمیایی و بیولوژی برای حذف فلزات سنگین درحال به روز رسانی می باشد

زیست بوم - محیط زیست/ عطیه کاظمی مجرد:  فعالیت های انسانی و توسعه صنعتی منجر به آزاد شدن مواد سمی در خاک، آب و هوا شده است. این ضایعات سمی به عنوان آلودگی دسته بندی می شوند. آلاينده هاي حاصله برای محیط و موجودات زنده، به عنوان مثال، گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم ها مضر هستند. این آلاینده ها که شامل فلزات سنگین هستند دارای تراکم بیش از 5 گرم بر سانتی متر مکعب هستند ولی می تواند تفاوت هایی داشته باشد.

پالایش خاک با گیاه و باکتری

منابع اصلی فلزات سنگین عبارتند از معدن، ذوب فلزات، کودها، آفت کش ها، احتراق حاصل از زغال سنگ، زباله های بیمارستانی، احتراق حاصل از بنزین سرب دار و باتری. این منابع خاک ها، گیاهان، رسوبات و آب های سطحی را آلوده می کنند. فلزات سمی شامل جیوه (Hg)، سرب (Pb)، کادمیوم هستند
(Cd) مس (Cu) ، کروم (Cr) ، منگنز (Mn) ، روی (Zn) و آلومینیوم (Al) می باشند. از سوی دیگر، برخی از فلزوئید ها نیز سمی هستند، مانند آنتیموان (Sb) و آرسنیک (As). 
20 ماده خطرناک که  آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (US EPA) و آژانس مواد سمی و رجیستری بیماری (ATSDR)اعلام کرده اند، عبارتند از بعضی از فلزات سنگین و متالوئید مانند As، Pb، Hg و Cd. این فلزات سنگین اثرات جدی بر روی اکوسیستم های آبی و خشکی دارند که باعث افزایش خطر فیزیولوژیکی سلامت می شود. این مواد از طریق غذا، آب، هوا و تماس با پوست وارد بدن می شوند. 
خطرات عمده فلزات سنگین شامل بیماری های قلبی عروقی، کم خونی مزمن، اختلالات شناختی، سرطان، آسیب به کلیه ها سیستم عصبی،مغز، پوست، دندانها، استخوانها وخیلی چیزهای دیگر می باشد. بنابراین، مهم است که این خطرات ناشی از فلزات سنگین با حذف آن ها از محیط کاهش دهیم. 
پالایش خاک با گیاه و باکتری

استراتژی های پالایش برای فلزات سنگین
پالایش فلزات سنگین برای حفاظت محیط زیست از اثرات سمی و حفظ آن برای نسل های آینده ضروری می باشد. تکنیک های بی شمار فیزیکوشیمیایی و بیولوژی برای حذف فلزات سنگین درحال به روز رسانی می باشد و این نکته حائز اهمیت می باشد که چالش این روش ها هزینه و پیچیدگی می باشد. 

رویکردهای فیزیکوشیمیایی 
روش های فیزیکوشیمیایی  عبارتند از حفاری، land fill، روش های حرارتی، شستشو و الکتروشیمیایی. این تکنیک ها
سریع، اما ناکافی، پرهزینه، دارای اثرات نامطلوب فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی بر روی خاک است  و باعث ایجاد آلودگی ثانویه می شود. روش هایفیزیکوشیمیایی فقط مشکل را از یک فرم به فرم دیگری تغییر می دهند و آلاینده ها را به طور کامل پالایش نمی کنند. 

 
رویکردهای بیولوژیکی
گیاهان و میکروارگانیسم ها برای حذف آلاینده های سمی از محیط  استفاده می شوند که به عنوان تصفیه بیولوژیکی شناخته شده است. تصفیه بیولوژیکی است به عنوان موثر ترین روش حذف فلز سمی در نظر گرفته شده است زیرا این یک فرایند طبیعی، سازگار با محیط زیست، کم هزینه و با پذیرش عمومی بالااست. تکنیک های زیستی شامل تصفیه زیستی، گیاه پالایی، تهویه زیستی، شستشوی زیستی، شکل دهی زمین، بیوراکتورها، کمپوست، افزایش زیستی و تحریک زیستی می باشد. در میان این روش ها، تصفیه زیستی و گیاه پالایی پرکابردترین روش ها هستند. این روش ها مزیت های بیشتری نسبت به متدهای فیزیکوشیمیایی دارند زیرا خواص طبیعی خاک را حفظ می کنند و به انرژی خورشیدی وابسته هستند. 
پالایش زیستی bioremediation یک تکنیک زیستی   برای پالایش فلزات سنگین است. برای مثال یک گونه از Bacillus و Pseudomonas aeruginosa مس و زینک را پالایش می کنند. مثال های کمی از پالایش زیستی شامل کمپوست، فرم دهی زمین، افزایش زیستی، تحریک زیستی، فیلترهای زیستی، تهویه زیستی، راکتورهای زیستی، پالایش های زیستی ذاتی و متدهای پمپ و تیمار می باشد.
گیاه پالایی یکی دیگر از روش های بیولوژیکی است که اگر همراه با میکروب باشد، بهبود می یابد. در این نوع تیمار، گیاه پالایی در مقایسه با حالتی که پالایش زیستی و گیاه پالایی به تنهایی انجام شده بود، افزایش یافت.   مقاومت به فلزات و برهمکنش های میکروب- گیاه برای هایپر اکومولیشن مورد توجه قرار گرفته است زیرا میکروب ها این پتانسیل را دارند که فلزات را از محیط های آلوده بیو انباشت کرده و همچنین بر روی تحرک آن ها تاثیر گذاشته که منجر به افزایش جذب فلزات و افزایش رشد گیاه می شود. گرهک ها و باکتری های خاک می توانند به طور مثبت بر گیاه اثر بگذارند با بهبود رشد و توسعه ریشه که منجر به افزایش مقاومت گیاه به تنش های مختلف محیطی می شود. به نوبه خود، گیاهان بزرگتر و سالم تر توانایی بیشتری در پالایش آلوده کننده های هم ارگانیک و هم غیر ارگانیک دارند.

گیاه پالایی فلزات سنگین
گیاه پالای  یک تکنولوژی سبز در حال ظهور است که مورد استفاده قرار می گیرد برای جذب مقدار وسیعی از فلزات سنگین از خاک و ذخیره سازی آن ها در اجزای قابل  برداشت (قابل جابجایی). گیاهان به طور معمول از عهده آلاینده ها با تغییر خواص خاک بر می آیند که منجر به حفظ کارایی و باروری خاک می شود. بعد از بیش انباشت گیاهان در بخش های آلوده، بیوماس باید برای بازیافت مواد آلوده تیمار شود. گیاه پالایی می تواند گزینه ای مناسب برای از بین بردن خاک های آلوده از فلزات سنگین می باشد، به خصوص وقتی که زیست توده تولید شده  در طول مراحل گیاه پالایی می تواند از لحاظ اقتصادی به شکل زیست انرژی، به عنوان مثال تولید بیودیزل، ارزشمند باشد. استفاده از محصولات کشاورزی در بیوانرژی  که در آن ها فلزات بیش انباشت شده (مانند گونه های براسیکا یا کلمیان) می توانند برای این مقصود مناسب باشد. گیاهان خاص قادر هستند آلاینده ها را  در بافت هایشان انباشت کنند. برای مثال Eleocharis acicularis  می توانند As, Cu, Zn و Pb را انباشت کند.
 
بیش انباشت گیاهان برای جذب فلزات سنگین
 تعداد قابل توجهی از گونه های گیاهی  برای بیش انباشت فلزات سنگین در بافت هایشان مورد توجه قرار گرفته است. گیاهانی که بیش از حد تجمع دارند، آنهایی هستند که  بیش از 100 میلی گرم بر کیلوگرم وزن خشکشان Cd یا بیشتر از 1000 میلی گرم بر کیلوگرم وزن خشکشان نیکل، Cu یا Pb یا بیش از 10،000 میلی گرم برکیلوگرم وزن خشکشان Zn یا Mn در شاخه های آنها هنگامی که بر روی خاک های سرشار از فلز سنگین رشد یابند. 
حدود 45 خانواده گیاهی وجود دارند که دارای توانایی جمع آوری فلزات سنگین هستند. چند خانواده مهم آن ها عبارتند از Brassicaceae,
Euphorbiaceae, Asteraceae, Fabaceae, Lamiaceae, Scrophulariaceae
تقریبا 500  گونه گیاهی شناخته شده است که مقادیری از فلزات سنگین را بیش انباشت می کنند. موثرترین گیاهان برای حذف فلزات سنگین، گونه های Thalaspi caerulescens و Alyssum bertolonii می باشند. T.caerulescens  احتمالا بهترین گیاه برای بیش تجمع فلزات روی، کادمیوم و نیکل در بین گیاهان می باشد. این گیاه می تواند 500 تا 52000 میلی گرم بر کیلوگرم از Zn و 0.3 تا 1020 میلی گرم بر کیلوگرم از Cd  را در خود انباشت کند. 
درختان به علت داشتن زیست توده بالا و گستردگی سیستم ریشه ای برای گیاه پالایی مناسب ترند. با این حال، تجمع فلز در درختان معمولا کم است  و زمان زیادی طول می کشد. این روند می تواند  با  پرورش درختان سریع الرشد مانند صنوبر کارآمد می شود. 

 پتانسيل گیاهان برای گیاه پالایی بستگي به توانایی گیاه برای جمع آوری بیش از حد ازفلزات دارد. گیاه های متعددی آنزیم هایی تولید می کنند که بسیاری از ترکیبات آلی را تجزیه می کنند؛ در حالی که مواد غیر آلی به راحتی تجزیه نمی شوند. 
بنابراین، آلاینده های معدنی باید در خاک تثبیت شوند تا یا از دسترس خارج شوند یا انتقال یابند، استخراج شوند، در بافت گیاهان ذخیره شوند و یا به فرم های گازی تبدیل شوند.  زیست توده گیاهی برداشت شده  می تواند به زیست انرژی تبدیل شود. دراین روش از تکنیک های مختلف بازیابی انرژی، به عنوان مثال بیودیزل استفاده می شود. پیرولیز یک روش تخریب زیست توده حرارتی است که از گرما استفاده می کند و در غیاب اکسیژن محصولاتی مانند زغال، روغن های زیستی، قیر و سوخت های گازی تولید می کند. برای رفع موثر آلاینده های فلزی خاک،  گیاهانی که در مناطق آلوده قرار می گیرند، باید نسبت به یک یا چند فلز مقاوم باشند قدرت رقابت داشته باشند، دارای نرخ رشد سریع باشند و در سطح بالا بیوماس تولید کنند. 

برهمکنش های  گیاه-میکروب و نقش باکتریهای PGP در گیاه پالایی فلزات سنگین
میکروارگانیسم ها تقریبا در همه جا در محیط زیست یافت می شود.آنها در خاک، هوا، آب و بیابان رشد می کنند و شرایط مختلف، و حتی درجه حرارت شدید را تحمل می کنند. خاک نزدیک ریشه گیاهان (به عنوان مثال، ریزوسفر) یک زیستگاه مهم است وزیست بوم میکروارگانیسم ها، از جمله باکتری ها، قارچ ها، جلبک ها،وپروتوزوئیدها می باشند. این میکروارگانیسم ها به طور طبیعی از راه های مختلف با گیاهان ارتباط دارند. 
سلول های میکروبی می توانند مولکول های سیگنالی را  تولید وحس کنند که اجازه می دهد مواد آلوده مثل یک بیوفیلم بر روی سطح ریشه گسترش یابند و پس از این که به یک تراکم خاص رسیدند، شروع به یک اقدام هماهنگ می کنند. این پدیده به عنوان شناسایی حد نصاب، شناخته شده است. 
میکروارگانیسم هایی که  مفید هستند و نقش مهمی در ارائه مواد مغذی ایفا می کند، می تواند اثرات مضر فلزات را در گیاهان کاهش دهد. بعضی از این میکروارگانیسم های ریزوسفر می توانند به طور مستقیم بر روی آلی و غیر آلی کار کنند و از قابلیت های تخریبی خود، به عنوان مثال، فرآوری، تبدیل و تجزیه ریزدانه استفاده می کنند. سازوكارهاي مقاومت باكتريها شامل فرسايش، نفوذپذيري به فلزات، فرار شدن، ترشح EPS، ترکیب فلزات و سم زدایی آنزیمی که از سلول هایشان آزاد می شود، به عنوان مثال، کاهش (II) Hg به) Hg (0 می باشد. 
علاوه بر این، پلاسمید های باکتریایی  دارای ژن های مقاوم به بسیاری از فلزات سمی / سنگین و متالوئید، مانند Ag، Cd، ، HG، نیکل، کبالت، روی، مس و Sb می باشند. میکروارگانیسم ها بخصوص باکتری های PGP می توانند تعدادی از عوامل محدود کننده  درتکنیک های  گیاه پالایی مانند حلالیت فلز، سطح آلودگی و شیمیایی خاک  را کاهش دهند. 

پالایش خاک با گیاه و باکتری

 باکتری هایی که رشد گیاه را افزایش می دهند به عنوان PGP شناخته می شوند. این باکتری ها ممکن است به صورت آزاد زندگی کنند، یا همزیستی و یا باکتری های  اندوفیتی هستند. برخی جنس های مهم  باکتریهای PGP عبارتند از Serratia, Bacillus, Pseudomonas, Burkholderia, Enterobacter, Erwinia, Klebsiella, Beijerinckia, Flavobacterium and Gluconacetobacter
 باکتری های  PGP رشد گیاه را با تثبیت نیتروژن اتمسفر  (diazotrophs)،  تولید فیتوهورمون ها،  فعالیت های آنزیمی خاص و حفاظت  گیاه ازبیماری ها با تولید آنتی بیوتیک ها، سیدورفورها و عوامل شیمیایی بهبود می بخشند. علاوه بر این، برخی از باکتریهای PGP نیز دارای توانایی   برای کاهش سطح اتیلن در گیاهان هستند، که موجب افزایش رشد گیاه می شود. این به ACC deaminase  مربوط می شود که ACC را هیدرولیز می کند و اتیلن را در گیاهان به آمونیوم و کتوبوتیرات تبدیل می کند. در نتیجه، گیاهان سالم تر و قوی تر بهتر می توانند گیاه پالایی فلزات سنگین  را در خاک های آلوده به فلز انجام دهند.
علاوه بر این  برای رشد گیاهان، باکتری های PGP توانایی تأثیر بر تحرک فلزات و دسترسی آن ها به گیاه را از طریق رهایی  عوامل شلات، اسیدی کردن، محلول سازی فسفات و تغییر در اکسیداسیون و احیا را  دارند. علاوه بر این،کشف شده است که  این باکتری ها مقاومت های متفاوتی  فلزاتی را در برابر فلزات سنگین با مکانیسم هایی مانند دفع، جذب بیولوژیک، حذف فعال، ته نشینی  یا ذخیره زیستی درداخل و خارج فضاهای سلولی دارند.
 مکانیسم های مقاومت باکتری همچنین شامل سم زدایی آنزیمی، به عنوان مثال، کاهش Hg (II) به Hg(0) می باشد. در پی این همه فرآیند، فلزات و مواد معدنی نامحلول به فرم قابل دسترس و محلول تبدیل می شوند. مثلا؛ در مورد گیاه  Solanum nigrum  تلقیح  با باکتری PGP، Pseudomonas sp. LK9  جذب کادمیوم  از 230 میلیگرم بر کیلوگرم به 292 میلی گرم بر کیلوگرم در شاخه ها و  ریشه در مقایسه با گیاهان تلقیح نشده رسید. آنها نتیجه گرفتند که تجمع فلز به علت افزایش تولید بیوسورفکتانت ها، سیدورفورها و اسیدهای ارگانیک بوده است. 


باکتری های مهندسی ژنتیک و گیاه پالایی
  روابط همزیستی بین باکتری های مهندسی ژنتیکی و گیاهان به طور گسترده ای برای بهبود در محیط زیست از آلاینده های مختلف آلی مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، گزارش های کمی  از پالایش فلزات سنگین با استفاده از این نوع از همزیستی وجود دارد.   PGPهای مهندسی ژنتیک شده یک تکنولوژی ناب برای پالایش فلزات سنگین می باشد. در این   باکتری های مهندسی شده ممکن است یک یا چند ژن  برای بهبود جبران وارد شوند، به عنوان مثال، ژن هایی که برای آنزیم های زیست تخریب پذیر، تنش های زیستی و غیر زیستی، هوموتازیست فلزی، کلراتورها و ناقل های فلزی، تنظیم کننده های جذب فلز و کاهش دهنده های خطر کد می شوند.
 یونگ  و همکاران (2014) ژن های فیتوکلاتین سنتاز (PCS) از جانب   Schizosaccharomyces pombe در Pseudomonas putida KT2440 بیان شده بود را کلون کردند.
 (Phytochelatins (PCs غنی از سیستئین هستند که میل ترکیبی بالايي براي فلزات سمي، يعني فلزات سنگین دارند. نوترکیب  KT2440-spPCS مقاومت به Hg، Cd و Ag و 3 تا 5 برابرتجمع  Cdرا افزایش داد  که منجر به افزایش اثربخش گیاه پالایی فلزات سنگین شد. علاوه بر این، باکتری های مهندسی شده  به طور قابل توجهی سبب افزایش جوانه زني و رشد گیاه گندم شدند، که نشان می دهدکه استفاده از  P. putida KT2440   گیاه پالایی فلزات سنگین را افزایش می دهد.
 وو  و همکاران (2006) نشان دادند که بیان پپتید باند شده با  فلز (EC20) با استفاده از نوترکیب P. putida اتصال کادمیوم را بهبود داده و موجب کاهش سمیت کادمیوم می شود. 
علاوه بر این، تلقیح ریشه Helianthus annuus   (آفتابگردان) با P. putida 06909  منجر به کاهش معنی دار  فیتو سمیت کادمیوم شد و افزایش 40 درصدی تجمع کادمیوم در ریشه های گیاهی مشاهده شد. این همزیستی به طور قابل توجهی گیاه پالایی  فلزات سنگین را بهبود می دهد و موجب افزایش رشد گیاهان می شود، که  استفاده از باکتری های PGP مهندسی ژنتیکی را توصیه می کند.
 Sriprang و همکاران(2002) یک سیستم فیتوباکتریایی  برای پالایش فلزات سنگین از طریق بیان تترامر انسانی متالوتیونین   (MTL4)در Mesorhizobium huakuii زیر گونه  Renge B3 تولید کردند. باکتریهای مهندسی ژنتیک شده متالوتیونین (MTs) یعنی پروتئین های متصل شده به فلزتولید می کنند، که منجر به 1.7 تا 2.0 برابر افزایش تجمع کادمیوم می شود. 
در مورد دیگری Sriprang و همکاران. (2003) ژن AtPCS Arabidopsis  thaliana را در M. huakuii زیرگونه Rengei B3 برای تولید PC های انباشتن  Cd تولید کردند. این نوترکیب ها، تجمع کادمیوم را 9 تا 19 برابر کردند. هنگامی که باکتریهای نوترکیب ارتباط همزیستی با Astragalus sinicus ایجاد کردند، انباشت Cd درگره ها1.5 برابر افزایش یافت. 
ایکی و همکاران (2007) ژن AtMTL4 و ATPCS را به M.huakuiiزیرگونه  rengei B3 ترکیب کردند. سویه های نوترکیب حاصل با این  ژن AtMTL4 و ATPCS  به ترتیب 12-تا 25 بار  کادمیوم بیشتر   در سلولهایشان انباشته کردند. هنگامی که این گونه های نوترکیب ایجاد یک رابطه همزیستی با A. sinicusکردند، انباشت Cd در ریشه ها 3 برابر افزایش یافته است. علاوه براین، ژن 1 ناقل تنظیم کننده آهن از آرابیدوبسیس به نوترکیب ذکر شده در بالا داخل شد. زمانیکه   سويه نوترکيب رابطه همزيستي را با A. sinicus برقرار کرد تجمع بیشتری از Cu و As درگره ها در مقایسه با Cd و Zn مشاهده شد. پ

مکانیسم های باکتری های PGP برای گیاه پالایی
  به تازگی توجه ها به باکتری های PGP که درگیاه پالایی فلزات سنگین، به طور مستقیم یا به طور غیر مستقیم نقش دارند، جلب شده است. فرایندهایی که مستقیما در حلالیت، قابلیت دسترسی و تجمع نهایی فلزات سنگین توسط گیاهان نقش دارند، به عنوان فرآیندهای مستقیم شناخته می شوند. فرآیندهای غیر مستقیم روی رشد گیاه و حفاظت گیاه در برابر پاتوژن ها که بر روی رشد اثر می گذارند، نقش دارند که منجر به تسهییل تجمع فلزات سنگین می شود. 

پالایش خاک با گیاه و باکتری

روش های مستقیم گیاه پالایی
فرآیندهای مستقیم به حلالیت  و قابلیت دسترسی زیستی فلزات سنگین کمک می کنند، که وسیله ای است که به وسیله آن می توان فلزات سنگین را از ماتریسهای جامد مانند خاک، اعماق، رسوبات و سایر ضایعات صنعتی و شهری پاک کرد. میکروب های خاک در واکنش های مختلف و فرآیندهای متابولیک که در چرخه های زیست جغرافیایی از مواد مغذی، نگهداری از ساختار خاک و سم زدایی از آلاینده ها نقش دارند.  PGP باکتری ها  عوامل کلاتی  به نام سیدورفورها تولید می کنند که قادر به اتصال فلزات هستند و در نتیجه منجر به افزایش دسترسی زیستی آنها در ریزوسفر از طریق یک واکنش پیچیده می شوند. سیدوفورها توسط گروه وسیعی از باکتری ها تولید می شود ولی تولید آن  در میان باکتری های PGP شایع تر است که  رشد مطلوبشان  در شرایط مفرط محیطی از جمله کمبود مواد مغذی یا حضور غلظت بالاتری از فلزات سنگین با تولید سیدوفور می باشد. 
به عنوان مثال، Braud و همکاران. (2009) نشان دادند که siderophores تولید شده توسط P. aeruginosa به طور قابل توجهی  غلظت Pb و Cr در دسترس را در ریزوسفر افزایش داد  و آنها را برای جذب در دسترس ذرت قرار داد. 
  علاوه بر این، باکتری های PGP اسید های ارگانیک با وزن کم مولکولی تولید می کنند  به عنوان مثال، گلوکونیک، اگزالیک و اسید سیتریک، که درتحرک و حلالیت فلزات سنگین نقش مثبت ایفا می کنند. این ارگانیک اسیدها  نقش مهمی در واکنش های پیچیده فلزات سنگین  و افزایش تحرک آنها برای جذب گیاه ایفا می کنند. 
ساراوانان و همکاران (2007) نشان دادند که   باکتری  Gluconacetobacter Diasotrophicus با  تولید اسید گلوکونیک، یعنی مشتقش اسید 5-کتوگلوکون، منجر به حلالیت ترکیبات Zn می شود. 
بیوسورفکتانت ها ازدیگر متابولیت های مهم باکتری های PGP است که تحرک فلزات و گیاه پالایی را بهبود می بخشند. بیوسورفکتانت های تولید شده توسط باکتری ها، کمپلکس هایی با فلزات سنگین سطح خاک تشکیل می دهد که منجر به دفع فلزات در ماتریس خاک می شود و بنابراین حلالیت و قابلیت دسترسی آن ها افزایش می یابد.
 Juwarkar و همکاران. (2007) اثبات کردند که تحرک فلزات طریق بیوسورفکتانت های تولید شده توسط P. aeruginosaBS2، در حلالیت از Pb و Cd کمک کرد.
علاوه بر این، واکنش های اکسیداسیون یا کاهش نیز ممکن است در تحرک  فلزات، فلزوئید و ترکیبات فلزات آلی نقش دارد. مانند حلالیت Fe III و Mn IV   با کاهش به Fe II و Mn III به ترتیب، افزایش یافت. PGP باکتری ها می تواند +Hg2 آنزیمی را  به جیوه فلزی کاهش دهند که  به عنوان مکانیسم مقاومت و مکانیسم سم زدایی است زیرا  به عنوان Hg فرار است و بخار می شود. 
شی و همکاران (2012) نشان داد که گوگرد اکسید کننده باکتریایی تحرک Cu را در خاک آلوده افزایش داد و متعاقب آن  جذب کادمیوم در بافت گیاهی بیشتر شد. 
علاوه بر این، bioleaching  یک فرآیند مهم برای تحرک فلزات از منابع مواد معدنی می باشد. باکتریهای تشکیل دهنده HCN، مانند Chromobacterium violaceum و   Pseudomonas fluorescens، می تواند Ni و Cu را به صورت های مختلف کمپلکس های سیانید و ترکیبات از مواد جامد حاوی مس مانند  سنگ معدن و منابع الکترونیکی متحرک کند. میکروارگانیزم ها محیط شان را با تثبیت دی اکسیدکربن اسیدی می کنند. این کاررا از طریق اکسیداسیون ترکیبات آهن دار و کاهش ترکیبات گوگردی انجام می دهند که منجر به حل شدن فلزات با تولید آهن (III) و H2SO4 می شود. 
به عنوان مثال، Thiobacillus thiooxidans  یک  باکتری اکسید کننده گوگرد،  T. ferrooxidans باکتری اکسید کننده آهن و سولفور و Leptospirillum ferrooxidans باکتری اکسید کننده آهن است. به عنوان نتیجه اکسیداسیون آهن و گوگرد منجر به کاهش pH خاک اطراف شده که سبب افزایش حلالیت سایر فلزات می شود. 
میکروارگانیزم ها می توانند تحرک فلزات را از طریق بیومتیلاسیون افزایش دهند زیرا این ترکیبات فرار هستند. باکتری های متعددی می توانند میانجی  متیلاسیون Pb، Hg، Se، As، Tn و Sn باشند. این باکتری ها می توانند یک گروه متیل به فلزات منتقل کنند که منجر به متیله شدن فلز می شود که ممکن است در تبخبر، حلالیت و سمیت فلزات اثر بگذارد. گونه های متیله کننده فلزات اغلب در خاک از بین می روند. باکتری های زیادی می توانند متیلن جیوه را به دی متیل جیوه تبدیل کنند که فرم فرار است. باکتری ها می توانند متیلن جیوه و فنیل جیوه را با آنزیم به متیلیک جیوه بخاری تبدیل کنند.  همچنین فنیل جیوه میتواند توسط آنزیم به دی فنیل جیوه تبدیل شود. 
فیتوکلاتین ها (PCs) پپتیدهای غنی از سیستئن هستند که به فلزات متصل می شوند و به صورت آنزیمی در بعضی گیاهان و قارچ ها از گلوتاتیون در پاسخ به تنش فلزات سنتز می شوند. بعضی باکتری های مهندسی ژنتیک شده می توانند فیتوکلاتین سنتاز ها در تنش به فلزات سنگین مانند Cu, Cd, Pb and Hg تولید کنند. این آنزیم ها به فلزات سنگین به ویژه به کادمیوم با میل ترکیبی بالا متصل می شوند که منجر به تحرک و دسترسی فلزات سنگین می گردند.
از طرف دیگر، متالوتیونین ها (MTs)  پلی پپتیدهای غنی از سیستئین هستند که با فلزاتی مانند Cd, Zn, Hg, Cu, and Ag باند می شوند. این ها توسط یک خانواده ژنی که در حیوانات، گیاهان و بعضی پروکاریوت ها وجود دارد، کد می شوند. به منظور ارتقا، تقسیم یا انباشتن فلزات سنگین، ظرفیت بالای  MT ها در اتصال به فلزات  به طور گسترده مورد بهره برداری قرار گرفته است. ژن های کدگذار MT در باکتری ها و سایر ارگانیزم ها با موفقیت به منظور انباشت فلزات سنگین بیان شده است. 

روش های غیرمستقیم گیاه پالایی
باکتری های PGP مقامت گیاهان را از طریق افزایش تولید بیوماس، جلوگیری از فیتوپاتوژن هایی که گیاهان را آلوده می کند و تسهیل در دفع فلزات سنگین انجام می دهند. فلزات سنگین در ریزوسفر بر روی جذب مواد مغذی اثر می گذارند که رشد گیاه را کند می کنند. تحت بعضی شرایط محدود کننده مواد مغذی، باکتری های PGP دارای پتانسیل ارائه مواد مغذی ضروری به گیاهان هستند. 
در حالی که 78% جو نیتروژن می باشد ولی نیتروژن جوی برای گیاهان قابل استفاده نیست. باکتری های Diazotrophic، می توانند نیتروژن اتمسفر را تثبیت کنند حتی در حالت تنش فلزی. برای مثال، Rhizobium leguminosarum bv trifolii می تواند نیتروژن را در حضور فلزات سنگین تثبیت کند.
 فسفر دومین ماده مغذی بعد از نیتروژن است که محدود کننده رشد می باشد. فسفر در خاک فراوان است، اما گیاهان نمی توانند به طور مستقیم آن را جذب کند زیرا  غیر قابل حل است. باکتریها اسیدهای آلی را آزاد می کنند که موجب انحلال فسفر می شود. باکتری هایی که سبب حلالیت فسفر می شوند شامل Rhizobium, Bacillus  و  Pseudomonasمی باشند.
 آهن به صورت +Fe3 غیرانحلال است و برای گیاهان و میکروارگانیزم ها غیر قابل دسترس است. با این حال، باکتری های ریزوسفری که سیدوفور تولید می کنند، قادر به تولید +chelating Fe3  هستند که  توسط ریشه گیاه به عنوان مواد مغذی آهن جذب می شود. علاوه بر این، باکتری های PGP در جذب مواد معدنی و تامین ویتامین های ضروری، تنظیمات روزنه ای ، اصلاح اسمزی و سازگاری مورفولوژی ریشه نقش دارند. 
گیاهان معمولا در معرض استرس های محیطی هستند، فلزات سنگین فیزولوژی و بیوشیمی گیاه را تغییر می دهند. با این حال، بسیاری از باکتری های PGP توانایی تولید فیتوهورمون ها (اکسین، سیتوکینین و ژیبرلین) را دارند و بر روی سطح هورمون و پاسخ گیاه به تنش اثر می گذارند. اگرچه اتیلن  نقش کلیدی در ایجاد تغییرات فیزیولوژیکی مختلف در گیاهان، ترشح بیش از حد   از این هورمون مانع رشد گیاه می شود. باکتری ویژه ای تولید ACC دامیناز می کند، که ACC پیش ماده بیوسنتز اتیلن در گیاهان را به آمونیاک و آلفا کتوبوتیرات هیدرولیز می کند. بنابراین، ACC دامیناز با هیدرولیز ACC آمونیاک تولید می کند که منبع نیتروژن برای گیاهان است. 
علاوه بر افزایش رشد گیاه، باکتری های PGP به عنوان عوامل کنترل زیست محیطی عمل می کنند. تعداد زیادی  گزارش شده است که باکتری های PGP متابولیت های ضد قارچی تولید می کنند مانند HCN, pyrrolnitrin, phenazines, pyoluteorin, 2,4 diacetylphloroglucinol, tensin and viscosinamide


منبع: زیست بوم
مطالب مرتبط
نام:
ایمیل:
* نظر:
پربحث ترین عناوین