Fisiologia della fitodepurazione

Heavy metal pollution represents one of the most urgent environmental challenges, with serious impacts on ecosystems and human health. This thesis explores the potential of phytoremediation, an ecological approach that harnesses the natural ability of certain plants, in synergy with rhizosphere microorganisms, to remediate contaminated soil and water. The thesis analyzes four main phytoremediation techniques: phytoextraction, rhizofiltration, phytostabilization, and phytovolatilization, discussing their advantages and limitations. The interaction between plants and microorganisms is also examined, with particular attention to the mechanisms of metal transport and detoxification by plants, and the benefits provided by PGPB (plant growth-promoting bacteria), such as nutrient solubilization, hormone synthesis, and induction of systemic resistance in plants. Two case studies, related to the contaminated sites of ACNA of Cengio and Bagnoli, are analyzed to demonstrate the practical applicability of phytoremediation. In both sites, the combination of hyperaccumulating plants with woody species has shown promising results, improving stabilization and environmental recovery. Finally, the thesis discusses future perspectives of phytoremediation, including the potential application of genetic engineering techniques, such as CRISPR-Cas9 genome editing, to enhance the ability of plants to tolerate and accumulate heavy metals. The multidisciplinary approach, which combines advanced biotechnologies with traditional ecological techniques, represents a promising path toward more efficient and sustainable environmental remediation.

L'inquinamento da metalli pesanti rappresenta una delle sfide ambientali più urgenti, con gravi impatti sugli ecosistemi e la salute umana. Questa tesi esplora il potenziale del fitorisanamento, un approccio ecologico che sfrutta la capacità naturale di alcune piante, in sinergia con i microrganismi della rizosfera, per la bonifica di terreni e acque contaminati. La tesi analizza quattro tecniche principali di fitorisanamento: la fitoestrazione, la rizofiltrazione, la fitostabilizzazione e la fitovolatilizzazione, discutendone vantaggi e limiti. Viene inoltre esaminata l'interazione tra piante e microrganismi, con particolare attenzione ai meccanismi di trasporto e detossificazione dei metalli da parte delle piante e ai benefici forniti dai PGPB, i batteri promotori della crescita delle piante, come la solubilizzazione di nutrienti, la sintesi di ormoni e l'induzione della resistenza sistemica nelle piante. Due casi di studio, relativi ai siti contaminati di ACNA di Cengio e Bagnoli, vengono analizzati per dimostrare l'applicabilità pratica del fitorisanamento. In entrambi i siti, la combinazione di piante iperaccumulatrici con specie legnose ha mostrato risultati promettenti, migliorando la stabilizzazione e il recupero ambientale. Infine, la tesi discute le prospettive future del fitorisanamento, inclusa la possibilità di applicare tecniche di ingegneria genetica, come l'editing genomico CRISPR-Cas9, per migliorare la capacità delle piante di tollerare e accumulare metalli pesanti. L'approccio multidisciplinare, che combina biotecnologie avanzate con tecniche ecologiche tradizionali, rappresenta una strada promettente per una bonifica ambientale sostenibile e più efficiente.