Combining alders, frankiae, and mycorrhizae for the revegetation and remediation of contaminated ecosystems

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Abstract

Alder shrubs and trees that are capable of forming symbioses with mycorrhizal fungi and the nitrogen-fixing actinomycete Frankia sp. are particularly hardy species found worldwide in harsh and nutrient-deficient ecosystems. The mycorrhizal symbiosis may assist alders in nutrient and water uptake, while the actinorhizal symbiosis provides assimilable nitrogen. It is through these highly efficient symbioses, in which microsymbionts benefit from plant photosynthates, that actinorhizal plants such as alders colonize poor substrates, enrich soil, and initiate plant succession. These natural capabilities, combined with careful screening of microsymbionts and host plants, may prove useful for the rehabilitation of disturbed ecosystems. Although alders have been used extensively at industrial scales in forestry, nurse planting, and contaminated land revegetation, relatively little research has focussed on their actinorhizal and mycorrhizal plant–microbe interactions in contaminated environments. To study such a topic is, however, critical to the successful development of phytotechnologies, and to understand the impact of anthropogenic stress on these organisms. In this review, we discuss two alder-based phytotechnologies that hold promise: the stimulation of organic contaminant biodegradation (rhizodegradation) by soil microflora in the presence of alders, and the phytostabilization of inorganic contaminants. We also summarize the plant–microbe interactions that characterize alders, and discuss important issues related to the study of actinorhizal and (or) mycorrhizal alders for the rehabilitation of disturbed soils.

Les aulnes arbustifs et arborescents, formant des symbioses avec des champignons mycorhiziens et les actinomycètes fixateurs Frankia sp., sont des espèces particulièrement robustes qu'on retrouve partout au monde, dans des écosystèmes inhospitaliers et pauvres en nutriments. La symbiose mycorhizienne peut assister les aulnes dans l'absorption de l'eau et des nutriments, alors que la symbiose actinorhizienne fournit l'azote assimilable. C'est par l'intermédiaire de ces symbioses très efficaces, où les microsymbiontes obtiennent les photosynthétats de la plante, que les plantes actinorhiziennes, telles que les aulnes, colonisent des substrats pauvres, enrichissent le sol et initient la succession végétale. Ces capacités naturelles combinées avec une sélection soignée des microsymbiontes et des plantes hôtes, peuvent s'avérer utiles pour la réhabilitation d'écosystèmes perturbés. Bien qu'on ait largement utilisé les aulnes à l'échelle industrielle en foresterie, comme plantes compagnes et pour la réhabilitation des sols contaminés, relativement peu de recherches ont porté sur leurs interactions actinorhiziennes et mycorhiziennes plante-microbe, dans des environnements contaminés. Cependant, l'étude de ce sujet est nécessaire pour développer des phytotechnologies efficaces et pour comprendre l'impact des stress anthropogènes sur ces organismes. Dans cette revue, les auteurs discutent deux phytotechnologies prometteuses basées sur l'aulne; la stimulation de la biodégradation (rhizodégradation) par la microflore du sol en présence d'aulnes, et la phytostabilisation des contaminants organiques. Les auteurs résument également les interactions plante–microbe qui caractérisent les aulnes et discutent de questions pertinentes reliées à l'étude des aulnes actinorhiziens et (ou) mycorhiziens, pour la réhabilitation des sols perturbés.

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