RICERCA ITALIANA     

PROCESSI BIOTICI E ABIOTICI CHE INFLUENZANO LA MOBILITA' E LA BIODISPONIBILITA' DI ELEMENTI TOSSICI NEL SISTEMA SUOLO-PIANTA

Università degli Studi di Napoli "Federico II"

Abstract

Si intende condurre ricerche su processi che influenzano la mobilità di As, Cu e Cr nel suolo e la loro biodisponibilità e tossicità per microrganismi e piante.
Metalli pesanti interagiscono facilmente con i componenti abiotici e biotici del suolo, quali fillosilicati, microrganismi, sostanza organica, ossidi di Fe, Al, Mn ed enzimi extracellulari. Tuttavia le trasformazioni e la mobilità di sostanze xenobiotiche sono dovute all'azione combinata di tutti questi componenti, che non si accertano però presenti nel suolo come entità separate ma risultano invece intimamente associate a formare complessi organo-minerali caratterizzati da peculiari proprietà e reattività. E' pertanto importante che ricercatori che conducono ricerche concernenti la chimica, la biochimica, la microbiologia del suolo, la nutrizione delle piante e la fisiologia vegetale interagiscano gli uni con gli altri per condurre studi per la comprensione delle reazioni che regolano la mobilità di elementi tossici nel sistema suolo-pianta.
Dopo aver caratterizzato le proprietà chimiche e mineralogiche di suoli inquinati da Cu, As e/o Cr, saranno condotte estrazioni chimiche sequenziali per determinare le diverse specie presenti nei suoli in forme legate ai componenti del suolo con forze diverse quali le specie scambiabili, legate a carbonati e a sostanze umiche, fissate a ossidi noncristallini o cristallini e presenti in minerali argillosi. Su tali suoli verranno anche determinate la biomassa microbica, alcune attività enzimatiche, la respirazione basale e saranno analizzate la biodiversità strutturale e funzionale dei batteri in essi presenti. Si cercherà di individuare tra le popolazioni di batteri metallo-resistenti e non ceppi con caratteristiche di promozione della crescita delle piante (PGP) e con un ceppo modello saranno condotte prove per la verifica delle potenziali caratteristiche PGP con esperimenti in vaso, utilizzando specie vegetali etilene-sensibili.
Saranno quindi condotte prove di fitodisponibilità (in particolare Cu) facendo crescere in vaso piante di grano su suoli inquinati precedentemente caratterizzati e determinando le quantità di elemento tossico assimilato dalle piante Si cercherà quindi di correlare le quantità di metallo assimilato dalle piante con le diverse specie estratte dai suoli e di valutare le specie che appaiono più fitodisponibili e correlarle anche alla biodiversità strutturale e funzionale dei batteri presenti nei suoli.
Si cercherà di valutare la mobilità e biodisponibilità di elementi tossici studiando l'influenza di biomolecole diverse e di fosfato (per studiare l'influenza di essudati radicali e di fertilizzanti) sul loro adsorbimento/desorbimento su/da ossidi di Fe e di Al e su/da complessi organo-minerali di sintesi in diverse condizioni di pH ed Eh. Si valuteranno eventuali meccanismi di selettività e affinità specifica di elementi diversi con frazioni organiche diverse.
Per conoscere i processi che regolano il trasporto e l'accumulo degli ioni di metalli pesanti all'interfaccia suolo-radice e nel sistema apoplastico saranno condotte ricerche sulle interazioni che si possono stabilire tra specie diverse di elementi tossici con le componenti polisaccaridiche delle mucillagini radicali in assenza ed in presenza di essudati radicali e di specie idrolitiche del Fe e dell'Al.
Si intende altresì studiare l'effetto di biomolecole e di frazioni organiche solubili isolate da suoli con caratteristiche chimiche e mineralogiche diverse sulla tossicità del Cu su semenzali di mais cresciuti in idroponica in condizioni controllate, valutando parametri biochimici e fisiologici correlati al danno ossidativo e alla risposta antiossidativa delle radici di mais. Infine su piante di mais fatte crescere su aree con elevato contenuto di rame sarà determinato il contenuto di poliammine (putrescina e spermina) che potrebbero essere utilizzate come markers dello stress ossidativo in piante che crescono in aree inquinate. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Antonio VIOLANTE Università degli Studi di NAPOLI "Federico II"

Obiettivo del Programma di Ricerca

Tra gli elementi tossici per animali e piante l'As, il Cu ed il Cr meritano particolare attenzione per gli enormi problemi derivanti dalla loro presenza negli ambienti naturali. Questi elementi sono inclusi nella lista della U.S. Environmental Protection Agency come inquinanti da controllare con assoluta priorità.
Per valutare la potenziale tossicità di un metallo pesante è necessario studiare i fattori che possono influenzarne la mobilità e la biodisponibilità per piante e microrganismi. La presenza di un elemento tossico nel suolo può non arrecare alcun effetto negativo su organismi viventi se esso non si trova in forme chimicamente, fisicamente e biologicamente disponibili. La determinazione della concentrazione totale di un elemento potenzialmente tossico è solo un aspetto del problema poiché la speciazione, cioè la forma in cui il metallo è presente nell'ambiente ne influenza la mobilità e quindi la tossicità.
I minerali argillosi, i microrganismi, i composti organici, gli ossidi di Fe e Al, gli enzimi extracellulari sono i componenti del suolo con cui le sostanze tossiche interagiscono. Tuttavia, nel suolo componenti abiotici e biotici non sono entità separate ma sono intimamente associate le une alle altre a costituire complessi con caratteristiche peculiari e ben diverse da quelle dei singoli componenti che li compongono. Le interazioni tra diversi componenti del suolo hanno un grandissimo impatto sulla mobilità degli inquinanti e sulla qualità dell'ambiente.
Per contribuire ad individuare i fattori che influenzano la mobilità, la biodisponibilità e la tossicità di Cu, As e Cr nel suolo per microrganismi e piante è stato costituito nel 2002 un gruppo di lavoro formato da ricercatori di chimica e mineralogia del suolo, chimica delle sostanze umiche, microbiologia ed enzimologia del suolo e di biochimica vegetale. Il gruppo di lavoro è costituito da sei UR delle Università di Napoli, Milano, Sassari, Bari, Viterbo e Torino. Tale gruppo di lavoro intende proseguire ed approfondire ricerche già iniziate con il programma PRIN2002, studiando in particolare processi biotici e abiotici che influenzano la mobilità di elementi tossici nel sistema suolo-pianta. Si intende studiare:

a) Speciazione e fitodisponibilità di Cu e As in suoli contaminati e modificazioni indotte da tali elementi sulla flora microbica. Si intende in particolare:
i) determinare le diverse frazioni di Cu e As presenti in suoli contaminati con estrazioni chimiche sequenziali per la determinazione di specie presenti in forme con diversa mobilità; ii) condurre prove di assimilabilità di Cu da parte di piante per correlare la quantità di elemento tossico assimilato dalle piante con le diverse specie del metallo estratte dal suolo; iii) analizzare la biodiversità strutturale e funzionale dei batteri presenti in suoli contaminati da forme diverse di arsenico e rame e alcune attività enzimatiche prima e dopo la lisi cellulare

b) Caratterizzazione di batteri metallo resistenti con caratteristiche di promozione della crescita delle piante
Si intende i) individuare tra le popolazioni di batteri metallo-resistenti e non, ceppi con caratteristiche di promozione della crescita delle piante (PGP) e con un ceppo modello condurre prove per la verifica delle potenziali caratteristiche PGP con esperimenti in vaso, utilizzando semi di piante modello; ii) analizzare la biodiversità strutturale e funzionale dei batteri presenti in suoli contaminati da arsenico; iii) valutare le dinamiche relative allo status evolutivo o involutivo della biomassa microbica nei suoli contaminati, studio dei processi di immobilizzazione e rilascio dei contaminanti in funzione delle dinamiche della componente microbica.

c) Valutazione della mobilità e biodisponibilità di elementi tossici usando suoli inquinati e modelli di sintesi.
Si intende studiare i) l'influenza di biomolecole diverse, frazioni organiche di diversa complessità o fosfato sull'adsorbimento di Cu, As o Cr su ossidi di Fe e di Al e su complessi organo-minerali di sintesi in diverse condizioni di pH ed Eh; ii) determinare la frazione desorbibile di As, Cu e/o Cr presenti in suoli inquinati o previamente adsorbiti su o coprecipitati in ossidi o complessi organo-minerali da parte di biomolecole o fosfato; iii) valutare eventuali meccanismi di selettività e affinità specifica di elementi diversi con frazioni organiche più o meno semplici, estratte dai suoli selezionati a diverso livello di contaminazione

d) Valutazione dei possibili processi biotici e abiotici che regolano il trasporto e l'accumulo degli ioni di metalli pesanti all'interfaccia suolo-radice e, in particolare, nel sistema apoplastico.
Si intende i) valutare il ruolo di ossidi di Fe e/o Al, intrappolati nelle componenti polisaccaridiche delle mucillagini radicali, nei fenomeni di accumulo e nei processi redox e di complessazione di elementi tossici da parte degli escreti radicali; ii) valutare il ruolo degli essudati di ceppi batterici metallo-resistenti sui fenomeni di mobilizzazione del Cu e Cr accumulato nelle fibrille di Ca-poligalatturonato; iii) definire i meccanismi di riduzione e di complessazione dell'acido caffeico e dei suoi derivati nei confronti del Cu, del Cr e dell' As in forma libera o accumulati nelle fibrille di Ca-poligalatturonato in presenza ed in assenza di essudati radicali; iv) immobilizzare batteri metallo-resistenti in matrice di Ca-poligalatturonato per valutare la capacità di questi batteri di solubilizzare il Cu quando complessato da una matrice modello.

e) Reazione metabolica di piantine al rame in assenza ed in presenza di molecole organiche.
Si intende studiare i) l'effetto di biomolecole e frazioni organiche solubili (DOM) isolate da suoli sulla tossicità del Cu su semenzali di mais cresciuti in idroponica in condizioni controllate; ii) i parametri biochimici e fisiologici correlati al danno ossidativo e alla risposta antiossidativa delle radici di mais; iii) l'effetto di biomolecole sul passaggio del Cu dall'apoplasto al simplasto.

Gli obiettivi descritti ai punti a) e b) permetterebbero di correlare la quantità di un elemento tossico assimilato da piante con diverse specie di metallo estratte dal suolo. Si potrebbero valutare le specie di un elemento tossico che appaiono più fitodisponibili e correlarle anche alla biodiversità strutturale e funzionale dei batteri presenti nei suoli.
Gli esperimenti da condurre sull' adsorbimento/desorbimento di metalli pesanti in presenza di biomolecole e di anioni inorganici, quali fosfato, aggiunti al suolo come fertilizzanti, (punto c) permetterebbero di avere utili informazioni su alcuni importanti processi che possono influenzare la biodisponibilità di elementi inquinanti nella rizosfera, in particolare, ed in suoli coltivati in generale. Ad esempio, la mobilità di As dai suoli alle acque di falda per aggiunta di fertilizzanti fosfatici è tra le cause più drammatiche di inquinamento delle acque che si verifica in molti paesi del mondo dove i suoli hanno alti contenuti di As proveniente dalle rocce che lo contengono o per indiscriminato uso di pesticidi contenenti As.
Le conoscenze acquisite al punto d) consentirebbero di stabilire l'azione combinata delle mucillagini radicali, di molecole organiche e di ossidi idrati di Fe e/o Al nei processi di accumulo e di mobilizzazione di ioni di metalli pesanti all'interfaccia suolo-radice. Inoltre si potrebbero individuare possibili fenomeni di sinergismo e di competizione tra le componenti organiche ed inorganiche considerate, che potrebbero influenzare i meccanismi di detossificazione da metalli pesanti che hanno luogo nella rizosfera.
Le conoscenze acquisite al punto e) permetterebbero di conoscere il ruolo di biomolecole sulla tossicità di metalli e sulla loro traslocazione nelle piante e potrebbero aiutare a comprendere se alcune poliammine possano essere utilizzate come markers dello stress ossidativo in piante che crescono in aree inquinate. <<<

Risultati parziali attesi

- Speciazione di forme diverse di Cu e As e messa a punto di metodiche analitiche efficaci e riproducibili per la loro determinazione
- Correlare la quantità di un elemento tossico (Cu) assimilato da piante nelle radici e nelle foglie con le diver <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Tra gli elementi tossici per animali e piante l'arsenico, il rame ed il cromo meritano particolare attenzione per gli enormi problemi derivanti dalla loro presenza nell'ambiente suolo (Adriano, 1992). Questi elementi sono presenti in diversi stati di ossidazione ed in forme sia anioniche che cationiche con diversa mobilità e tossicità (Sparks, 1995; Jackson, 1998; Kabata-Pendias, 2002). Intossicazione da Cu, As o Cr attraverso la catena alimentare o da acque inquinate porta a gravissime malattie quali tumori, anemie, malattie cardiovascolari etc (Huang et al., 1998; 2002; Frankerberg, 2002; Violante et al. 2002). Questi elementi sono inclusi nella lista della U.S. Environmental Protection Agency come inquinanti da controllare con assoluta priorità.
L'inquinamento da As in suoli ed acque di falda in molti paesi del mondo per cause naturali e per uso indiscriminato di pesticidi è un problema ambientale di enorme gravità (Smith et al., 1998; Frankerberg, 2002). L'As(III) è più mobile e circa 100-200 volte più tossico dell'As(V) e pertanto la lisciviazione dell'As nel suolo, particolarmente in condizioni riducenti, pone un elevato rischio di inquinamento delle falde acquifere. Disastrose calamità di popolazioni che soffrono per intossicazioni da As è ben conosciuto nel sud-est asiatico (Smith et al., 1998; Frankerberg, 2002). La trasformazione microbica delle specie di As è associata alla diminuzione della tossicità e, pertanto, l'ossidazione di As(III) ad As(V) può essere considerata un processo di detossificazione (Tamaki & Frankenberger, 1992; Neff, 1997). Alcuni batteri arsenito-ossidanti mostrano alta tolleranza nei confronti di As(III) e quindi sono potenziali agenti di attenuazione della presenza di As in zone altamente inquinate (Weeger et al., 1999; Bansan et al., 2001)
Il Cu, come molti altri metalli, è un importante nutriente per le piante, sebbene ad alte concentrazioni diventi estremamente tossico particolarmente a pH < 6, influenzando negativamente crescita e sviluppo della pianta. Tale azione tossica si manifesta sulla membrana cellulare attraverso l'ossidazione di ponti solfuro e catalizzando la produzione di radicali ossigeno che inducono la perossidazione di acidi grassi polinsaturi (Wecky & Clijsters, 1966). L'applicazione di Cu in suoli agricoli in quantità superiori a quelle richieste dalla pianta si verifica con lo smaltimento di liquami e fanghi o in vigneti dove sali di rame vengono usati come fungicidi (Iskandar, 2001; Huang et al, 2002; Kabata-Pendias, 2002).
Il largo uso di Cr nell'industria tessile e meccanica nonchè nella conciatura del cuoio ha portato ad una notevole immissione di Cr nell'ambiente. Il Cr(VI) risulta essere tra le forme più dannose per gli organismi viventi per la sua tossicità e mobilità nel suolo. Sintomi di tossicità da Cr per le piante appare evidente per danni alle radici e con sintomi di clorosi nelle foglie giovani (Kabata-Pendias, 2001).

Elementi tossici interagiscono con i componenti del suolo sia abiotici che biotici, quali fillosilicati, microrganismi, sostanza organica (acidi umici, fulvici, polisaccaridi, polifenoli, essudati radicali etc), ossidi di Fe, Al, Mn, enzimi extracellulari. Tuttavia le trasformazioni, la mobilità e la biodisponibilità di sostanze xenobiotiche sono dovute all'azione combinata di tutti questi componenti, che non si accertano presenti nel suolo come entità separate le une dalle altre ma risultano intimamente associate formando complessi organo-minerali caratterizzati da peculiari proprietà chimiche, chimico-fisiche, reattività e attività (Sparks, 1995; Huang et al, 1998; Violante & Gianfreda, 2000). Ciascuno di questi componenti del suolo non solo influenza le trasformazioni e la mobilità di xenobiotici ma influenza anche l'azione degli altri componenti (Violante et al., 2002).
E' pertanto importantissimo che ricercatori che conducono ricerche concernenti la chimica, la biochimica, la microbiologia, l'enzimologia del suolo, la nutrizione delle piante e la biochimica e fisiologia vegetale interagiscano gli uni con gli altri per condurre studi più approfonditi per la comprensione delle reazioni che riguardano la qualità del suolo e i processi abiotici e biotici che regolano la mobilità di elementi fitotossici nel sistema suolo-pianta.

Le interazioni tra metalli pesanti e componenti del suolo risultano particolarmente intensi nella rizosfera dove, essendo più intense le attività biologiche per più elevata presenza di microrganismi, si ha un continuo rilascio di biomolecole da parte delle piante (essudati radicali) e dei microrganismi (Marchner, 1995; Gobran et al., 2000). La presenza di essudati radicali può influire notevolmente sulla biodisponibilità di metalli pesanti (Erricade & Campbell, 2000) poiché reazioni di chelazione e desorbimento risultano particolarmente significative.
I più importanti essudati ad elevato peso molecolare sono mucillagini, polisaccaridi, polimeri fenolici e proteine, mentre i principali essudati a basso peso molecolare sono acidi organici, aminoacidi, monosaccaridi, fenoli e peptidi. La principale classe di siti di legame di essudati ad elevato peso molecolare è costituita dai gruppi carbossilato di polisaccaridi acidi, prevalentemente acido poligalatturonico (PGA), i quali vengono depositati all'esterno dei peli radicali formando una guaina gelatinosa nota come "mucigel" (Gessa & Deiana, 2001). All'interno del mucigel si trovano microrganismi, particelle di suolo e composti organici ad alto e basso peso molecolare, come sostanze fenoliche, acidi organici, zuccheri e amminoacidi, prodotti dall'attività biologica del suolo, delle piante e dei microrganismi. L'accumulo degli ioni metallici all'interfaccia suolo-radice è regolato dalla loro affinità nei confronti dei siti di legame presenti sulle mucillagini radicali. Il PGA, che costituisce anche un'importante frazione del sistema apoplastico, possiede un'elevata capacità di complessare i metalli, immobilizzandoli nei siti di reticolazione dello spazio libero della radice.
La rizosfera delle piante è una zona d'intensa attività microbica, dove i rizobatteri colonizzano attivamente la radice. I plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) rappresentano una vasta gamma di batteri del suolo che, quando associati con una pianta ospite, ne stimolano la crescita.
Tali batteri promotori della crescita possono colonizzare la rizosfera, la superficie delle radici o gli spazi intercellulari superficiali, aree queste che non tutti i batteri del suolo sono in grado di colonizzare.
Alte concentrazioni di metalli pesanti si sono dimostrate capaci di influenzare sfavorevolmente la consistenza, la diversità e l'attività della popolazione microbica del suolo, anche se molti microrganismi hanno sviluppato meccanismi di resistenza ai metalli (Andreoni et al., 2003; Mazzocchi et al., 2004; PRIN2002). Alcuni meccanismi sono specifici per un metallo, altri sono generali in quanto conferiscono resistenza a vari metalli.
Le piante, quando esposte a condizioni che mettono a repentaglio la loro capacità di sopravvivenza, rispondono ad una serie di differenti stress ambientali sintetizzando etilene "da stress" (Salisbury, 1994).
Nella rizosfera e particolarmente nelle mucillagini radicali e nell'apoplasto la tossicità, biodisponibilità e mobilità di elementi tossici è determinata oltre che dal pH e dal potenziale redox (pe) del sistema, dalla presenza di molecole organiche con attività complessante e riducente prodotte dall'attività biologica dei microrganismi e delle piante, così come dalla presenza di idrossidi e ossidrossidi di Fe, Mn e Al. Questi ultimi possono influenzare le reazioni di complessazione e di riduzione di elementi a diverso stato di ossidazione (come Cr, As e Cu) da parte degli escreti radicali e microbici essendo in grado di interagire sia con gli ioni metallici che con gli escreti attraverso processi di adsorbimento. La secrezione di acidi organici dalle radici è stimolata dalla presenza di metalli pesanti e questo fenomeno è stato descritto come risposta che serve a mitigare l'effetto deleterio di alcuni metalli sulle piante. In particolare, è stato riportato che la presenza di Al e Cu può stimolare la secrezione di acido citrico e acido malico, rendendo le piante più tolleranti a questi metalli (Nian et al., 2002; Zhu et al, 2003). Recentemente, Deiana et al. (2003a-c; PRIN2002) hanno dimostrato che l'adsorbimento del Cu, del Fe e dell'Al da parte delle componenti polisaccaridiche delle mucillagini radicali (in particolare PGA) è regolato dalla affinità dello ione nei confronti sia del polielettrolita che degli essudati radicali a basso peso molecolare (acido citrico, piruvico, galatturonico). Sono necessari studi approfonditi sulla influenza di concentrazioni crescenti di essudati radicali diversi o frazioni organiche solubili del suolo (DOM) su piantine modello fatte crescere in soluzioni idroponiche contenenti quantità diverse di elemento tossico. Esperimenti sullo stress ossidativo causato dal rame in radici di mais sono stati recentemente condotti in assenza di biomolecole E' stato accertato che, aumentando il danno ossidativo causato dal Cu e le attività enzimatiche correlate alla risposta antiossidativa, le piantine di semenzali di mais hanno aumentato in maniera significativa il contenuto di putrescina e spermina nei tessuti delle radici (Zacchini et al, 2003; PRIN2002).

Le superfici di ossidi di Fe, Al e Mn (presenti nella rizosfera, nelle mucillagini radicali e nell'apoplasto come detto precedentemente) sono particolarmente reattive per la presenza di gruppi -OH e -OH2. Molti ioni di metalli pesanti sia in forma cationica (Cu) che anionica (arseniato) formano forti complessi di coordinazione ("inner-sphere") con tali gruppi di superficie. In tal caso, essi non sono facilmente desorbiti da biomolecole o nutrienti (Violante & Pigna, 2002; Violante et al., 2004) e sono non facilmente disponibili per le piante e i microrganismi. Viceversa, quei metalli che formano legami deboli con queste superfici ("outer-sphere" complexes) possono essere facilmente rimossi e resi disponibili per piante e microrganismi. Sfortunatamente pochi studi sono stati condotti sulle interazioni tra metalli pesanti e biomolecole o nutrienti introdotti come fertilizzanti (fosfato, solfato). Come accertato in lavori precedenti (Violante et al., 2003; 2004; programma PRIN2002), acidi di- e tricarbossilici e fosfato possono competere con metalli pesanti per i siti di adsorbimento di colloidi del suolo o comunque influenzare sensibilmente il loro adsorbimento (Violante & Pigna, 2002). Tuttavia ricerche sui fattori che influenzano la capacità di biomolecole e fertilizzanti a rimuovere elementi tossici rendendoli più biodisponibili meritano particolare attenzione. Inoltre pur essendo ben noto che elementi tossici possono coprecipitare con Fe ed Al, anche in presenza di sostanze organiche, in ossidi poco solubili o in complessi organo-minerali, a tutt'oggi non è stato dimostrato se essi possono essere parzialmente desorbiti da da biomolecole chelanti o ioni fosfato (Selim & Sparks, 2000; Huang et al., 2002). Inoltre, poco è noto sul ruolo di componenti abiotici e biotici sui processi di ossido-riduzione, di chelazione e di fissazione che determinano l'accumulo e la mobilizzazione delle diverse specie di Cr, As e Cu nell'interfaccia suolo-radice e nel sistema apoplastico. Studi sulle interazioni dei componenti del suolo (fillosilicati, ossidi, sostanza organica, complessi organo-minerali) e di mucillagini con metalli pesanti in assenza e presenza di leganti organici (essudati radicali) appaiono molto promettenti.

La presenza di un elemento tossico nel suolo può non arrecare alcun effetto negativo su un singolo organismo o una comunità di organismi se tale elemento non si trova in una forma biologicamente, chimicamente o fisicamente disponibile. Inoltre, mentre la mobilità e la biodisponibilità di un elemento sono direttamente correlate, una relazione meno diretta esiste tra mobilità e tossicità. Per esempio, la forma più tossica di un elemento può non essere la forma più mobile.

L'importanza ecotossicologica di metalli pesanti e metalloidi presenti nel suolo è determinata principalmente dalle forme solubili e scambiabili o da specie diverse che formano con componenti del suolo interazioni non particolarmente forti. La determinazione della concentrazione totale del metallo è solo un aspetto del problema poiché la speciazione, cioè la forma in cui il metallo è presente nell'ambiente, ne influenza sensibilmente la mobilità e quindi la tossicità.
La biodisponibilità e quindi la potenziale tossicità di un metallo pesante dipende dalla sua concentrazione in soluzione, la natura della sua associazione con altre specie ioniche solubili e la capacità del suolo a rilasciare i metalli pesanti dalla fase solida alla soluzione una volta che l'elemento viene assimilato dalla pianta. Elementi tossici possono essere solubili, facilmente scambiabili, complessati con la sostanza organica o fissati a ossidi di ferro o alluminio, presenti in composti insolubili o occlusi in precipitati diversi (Krishnamurti et al., 2000; 2002). E' estremamente importante condurre ricerche che permettono di correlare la quantità di un elemento tossico assimilate da piante con diverse specie del metallo estratto dal suolo. Tali indagini permetterebbero di valutare la frazione di elemento tossico desorbibile e disponibile per piante e microrganismi e di correlarle ad alcune attività enzimatiche. Studi specifici hanno messo in evidenza sia significative correlazioni tra la frazione disponibile di alcuni elementi, la quantità della biomassa e l'attività respiratoria, sia la selettività delle interazioni tra metallo e componente microbiologica del suolo equilibrato, arricchito e contaminato (Leita et al. 1996; 1999).

Interazioni tra piante e microrganismi sono processi biologici particolarmente intensi all'interfaccia suolo-radici (Pinton et al., 2001). Le reazioni e i processi che avvengono in generale nel suolo, ma particolarmente nella rizosfera, possono essere comprese solo con un approccio interdisciplinare. E' infatti estremamente difficile separare gli effetti che l'attività di microrganismi può avere su contaminanti chimici da quelli dell'attività della pianta. Inoltre, gli effetti della natura e delle proprietà delle particelle del suolo sulle interazioni piante-microrganismi e sulla potenziale disponibilità di ioni di metalli pesanti per componenti biotici del suolo non sono conosciuti. Le interazioni tra componenti abiotici e biotici del suolo ed il loro ruolo sulla mobilità, disponibilità e tossicità merita grande attenzione. <<<