Топінамбур (Helianthus tuberosus L.) у фітоменеджменті ґрунтів, забруднених потенційно токсичними металами: огляд із акцентом на кадмій
DOI:
https://doi.org/10.32636/01308521.2026-(80)-1-1Ключові слова:
Helianthus tuberosus L., топінамбур, фіторемедіація, кадмій, потенційно токсичні метали, фітостабілізація, фітоекстракція, PRISMA 2020Анотація
Забруднення ґрунтів потенційно токсичними металами, особливо кадмієм (Cd), є тривалою екологічною проблемою, оскільки метали не розкладаються та можуть потрапляти до трофічних ланцюгів. У цьому огляді оцінено доказову базу щодо використання топінамбура (Helianthus tuberosus L.) для фітоменеджменту ґрунтів, забруднених потенційно токсичними металами, з особливою увагою до Cd. Після систематичного пошуку в базах Scopus і Web of Science проведено наративний синтез відібраних досліджень. Наявні дані свідчать, що толерантність до Cd, формування біомаси, накопичення металу та його переміщення з коренів до надземних органів істотно залежать від генотипу й умов експерименту. У низці досліджень Cd переважно накопичувався в коренях, що вказує на низьку транслокацію та потенційну придатність до стабілізаційно орієнтованого фітоменеджменту; однак саме по собі кореневе накопичення не доводить довготривалої іммобілізації Cd у ґрунті. Високобіомасні генотипи можуть сприяти поступовій фітоекстракції за регулярного збирання надземної біомаси, проте польових даних щодо повного балансу Cd поки недостатньо. На ефективність також впливають pH ґрунту, сумісне забруднення іншими металами, ґрунтові добавки та асоційовані з рослинами бактерії. Отже, H. tuberosus доцільно розглядати як кандидата для довготривалого фітоменеджменту слабо та помірно забруднених земель, непридатних або не призначених для вирощування харчової продукції, а не як засіб швидкого очищення. Забруднену біомасу слід виключити з харчового й кормового ланцюгів та спрямовувати лише на валідований і регульований шлях поводження.
Посилання
1. Ali H., Khan E., Sajad M. A. Phytoremediation of heavy metals – Concepts and applications. Chemosphere. 2013. Vol. 91. No. 7. P. 869–881. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.01.075
2. Alloway B. J. Heavy Metals in Soils. Environmental Pollution. 2013. Vol. 22. 614 p. https://doi.org/10.1007/978-94-007-4470-7.
3. A review of biochars’ potential role in the remediation, revegetation and restoration of contaminated soils / L. Beesley et al. Environmental Pollution. 2011. Vol. 159. No. 12. P. 3269–3282. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2011.07.023.
4. Assessing the difference of tolerance and phytoremediation potential in mercury contaminated soil of a non-food energy crop, Helianthus tuberosus L. (Jerusalem artichoke) / S. Lv et al. PeerJ. 2018. Vol. 6. P. e4325. https://doi.org/10.7717/peerj.4325.
5. Benavides M. P., Gallego S. M., Tomaro M. L. Cadmium toxicity in plants. Brazilian Journal of Plant Physiology. 2005. Vol. 17. No. 1. P. 21–34. https://doi.org/10.1590/s1677-04202005000100003.
6. Cadmium Accumulation and Translocation in Two Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.) Cultivars / L. Chen et al. Pedosphere. 2011. Vol. 21. No. 5. P. 573–580. https://doi.org/10.1016/s1002-0160(11)60159-8.
7. Cadmium Isotopic Fractionation in the Soil-Plant System during Repeated Phytoextraction with a Cadmium Hyperaccumulating Plant Species / J.-W. Zhou et al. Environmental Science & Technology. 2020. Vol. 54. No. 21. P. 13598–13609. https://doi.org/10.1021/acs.est.0c03142.
8. Cadmium phytoextraction by Sedum alfredii and Sedum plumbizincicola: mechanisms, challenges and prospects / X. Zhu et al. International Journal of Phytoremediation. 2025. Vol. 27. No. 6. P. 852–860. https://doi.org/10.1080/15226514.2025.2451714.
9. Cadmium removal potential of hyperaccumulator Solanum nigrum L. under two planting modes in three years continuous phytoremediation / X. Dou et al. Environmental Pollution. 2022. Vol. 307. P. 119493. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119493.
10. Clemens S. Toxic metal accumulation, responses to exposure and mechanisms of tolerance in plants. Biochimie. 2006. Vol. 88. No. 11. P. 1707–1719. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2006.07.003.
11. Clemens S., Ma J. F. Toxic Heavy Metal and Metalloid Accumulation in Crop Plants and Foods. Annual Review of Plant Biology. 2016. Vol. 67. No. 1. P. 489–512. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-043015-112301.
12. Cultivar and Metal-Specific Effects of Endophytic Bacteria in Helianthus tuberosus Exposed to Cd and Zn / B. Montalbán et al. International Journal of Molecular Sciences. 2017. Vol. 18. No. 10. P. 2026. https://doi.org/10.3390/ijms18102026.
13. Cultivation Practices, Adaptability and Phytochemical Composition of Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.): A Weed with Economic Value / V. Liava et al. Agronomy. 2021. Vol. 11. No. 5. P. 914. https://doi.org/10.3390/agronomy11050914.
14. Cunningham S. D., Ow D. W. Promises and Prospects of Phytoremediation. Plant Physiology. 1996. Vol. 110. No. 3. P. 715–719. https://doi.org/10.1104/pp.110.3.715.
15. Exploiting plant–microbe partnerships to improve biomass production and remediation / N. Weyens et al. Trends in Biotechnology. 2009. Vol. 27. No. 10. P. 591–598. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2009.07.006.
16. Factors influencing cadmium accumulation in plants after inoculation with rhizobacteria: A meta-analysis / B. Shi et al. Science of the Total Environment. 2024. Vol. 916. P. 170277. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170277.
17. Genome skimming reveals the origin of the Jerusalem Artichoke tuber crop species: neither from Jerusalem nor an artichoke / D. G. Bock et al. New Phytologist. 2013. Vol. 201. No. 3. P. 1021–1030. https://doi.org/10.1111/nph.12560.
18. Glick B. R. Using soil bacteria to facilitate phytoremediation. Biotechnology Advances. 2010. Vol. 28. No. 3. P. 367–374. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2010.02.001.
19. Growth, yield formation, and inulin performance of a non-food energy crop, Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.), in a semi-arid area of China / S. Lv et al. Industrial Crops and Products. 2019. Vol. 134. P. 71–79. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.03.064.
20. Heavy Metal Toxicity and the Environment / P. B. Tchounwou et al. Experientia Supplementum. 2012. Vol. 101. P. 133‒164. https://doi.org/10.1007/978-3-7643-8340-4_6.
21. Hyperaccumulators of metal and metalloid trace elements: Facts and fiction / A. van der Ent et al. Plant and Soil. 2012. Vol. 362. No. 1–2. P. 319–334. https://doi.org/10.1007/s11104-012-1287-3.
22. Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.): A Versatile and Sustainable Crop for Renewable Energy Production in Europe / F. Rossini et al. Agronomy. 2019. Vol. 9. No. 9. P. 528. https://doi.org/10.3390/agronomy9090528.
23. Jerusalem artichoke: A sustainable biomass feedstock for biorefinery / X. H. Long et al. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. Vol. 54. P. 1382–1388. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.10.063.
24. Krämer U. Metal Hyperaccumulation in Plants. Annual Review of Plant Biology. 2010. Vol. 61. No. 1. P. 517–534. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042809-112156.
25. Luo J.-S., Zhang Z. Mechanisms of cadmium phytoremediation and detoxification in plants. The Crop Journal. 2021. Vol. 9. No. 3. P. 521–529. https://doi.org/10.1016/j.cj.2021.02.001.
26. McGrath S. P., Zhao F. J. Phytoextraction of metals and metalloids from contaminated soils. Current Opinion in Biotechnology. 2003. Vol. 14. No. 3. P. 277–282. https://doi.org/10.1016/s0958-1669(03)00060-0.
27. Meagher R. B. Phytoremediation of toxic elemental and organic pollutants. Current Opinion in Plant Biology. 2000. Vol. 3. No. 2. P. 153–162. https://doi.org/10.1016/s1369-5266(99)00054-0.
28. Mendez M. O., Maier R. M. Phytostabilization of Mine Tailings in Arid and Semiarid Environments–An Emerging Remediation Technology. Environmental Health Perspectives. 2008. Vol. 116. No. 3. P. 278–283. https://doi.org/10.1289/ehp.10608.
29. Nagajyoti P. C., Lee K. D., Sreekanth T. V. M. Heavy metals, occurrence and toxicity for plants: a review. Environmental Chemistry Letters. 2010. Vol. 8. No. 3. P. 199–216. https://doi.org/10.1007/s10311-010-0297-8.
30. Perspectives of plant-associated microbes in heavy metal phytoremediation / M. Rajkumar et al. Biotechnology Advances. 2012. Vol. 30. No. 6. P. 1562–1574. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2012.04.011.
31. Phytoremediation experiments with Helianthus tuberosus under different pH and heavy metal soil concentrations / S. Willscher et al. Hydrometallurgy. 2017. Vol. 168. P. 153–158. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2016.10.016.
32. Phytoremediation of Cadmium‐Contaminated Soil by Two Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.) Genotypes / X. Long et al. CLEAN – Soil, Air, Water. 2012. Vol. 41. No. 2. P. 202–209. https://doi.org/10.1002/clen.201100668.
33. Phytoremediation of contaminated soils and groundwater: lessons from the field / J. Vangronsveld et al. Environmental Science and Pollution Research. 2009. Vol. 16. No. 7. P. 765–794. https://doi.org/10.1007/s11356-009-0213-6.
34. Phytoremediation of heavy metal polluted soils and water: Progresses and perspectives / M. I. Lone et al. Journal of Zhejiang University SCIENCE B. 2008. Vol. 9. No. 3. P. 210–220. https://doi.org/10.1631/jzus.b0710633.
35. Phytoremediation of heavy metal pollution: Hotspots and future prospects / L. Yang et al. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2022. Vol. 234. P. 113403. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.113403.
36. Phytoremediation of soil metals / R. L. Chaney et al. Current Opinion in Biotechnology. 1997. Vol. 8. No. 3. P. 279–284. https://doi.org/10.1016/s0958-1669(97)80004-3.
37. Phytoremediation: A Novel Strategy for the Removal of Toxic Metals from the Environment Using Plants / D. E. Salt et al. Nature Biotechnology. 1995. Vol. 13. No. 5. P. 468–474. https://doi.org/10.1038/nbt0595-468.
38. Phytoremediation: A Promising Approach for Revegetation of Heavy Metal-Polluted Land / A. Yan et al. Frontiers in Plant Science. 2020. Vol. 11. P. 359. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00359.
39. Phytoremediation of cadmium from soil, air and water / G. Li et al. Chemosphere. 2023. Vol. 320. P. 138058. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.138058.
40. Pilon-Smits E. Phytoremediation. Annual Review of Plant Biology. 2005. Vol. 56. No. 1. P. 15–39. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.56.032604.144214.
41. Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses: The PRISMA Statement / D. Moher et al. PLoS Medicine. 2009. Vol. 6. No. 7. P. e1000097. https://doi.org/10.1371/journal.pmed.1000097.
42. PRISMA 2020 explanation and elaboration: updated guidance and exemplars for reporting systematic reviews. BMJ. 2021. Vol. 372. P. n160. https://doi.org/10.1136/bmj.n160.
43. Raskin I., Smith R. D., Salt D. E. Phytoremediation of metals: using plants to remove pollutants from the environment. Current Opinion in Biotechnology. 1997. Vol. 8. No. 2. P. 221–226. https://doi.org/10.1016/s0958-1669(97)80106-1.
44. Remediation of heavy metal(loid)s contaminated soils – To mobilize or to immobilize? / N. Bolan et al. Journal of Hazardous Materials. 2014. Vol. 266. P. 141–166. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.12.018.
45. Salt D. E., Smith R. D., Raskin I. Phytoremediation. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 1998. Vol. 49. No. 1. P. 643–668. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.49.1.643.
46. The PRISMA 2020 statement: an updated guideline for reporting systematic reviews / M. J. Page et al. BMJ. 2021. P. n71. https://doi.org/10.1136/bmj.n71.
47. The Uptake, Transfer, and Detoxification of Cadmium in Plants and Its Exogenous Effects / X. Zhang et al. Cells. 2024. Vol. 13. No. 11. P. 907. https://doi.org/10.3390/cells13110907.
48. Toxic effects of cadmium on the physiological and biochemical attributes of plants, and phytoremediation strategies : A review / Y. Li et al. Environmental Pollution. 2023. Vol. 325. P. 121433. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.121433.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Ігор ЗАДАРКО, Віктор ГУСАК (Автор)
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
