A new conceptual framework for plant responses to soil metals based on metal transporter kinetic parameters

Abstract

Based on a review of the literature, we have developed a functional conceptual framework of plant metal uptake in relation to plant available metal concentration in the soil. This framework applies to all plant parts and plant available metal levels in soils, and was validated using independent datasets from field surveys and the literature. This is the first framework based on metal transporter kinetic parameters and combining Michaelis-Menten (hyperbolic) kinetics facilitated by the High Affinity Transport System (HATS) for soil concentrations below the transition concentration between transport systems, and linear metal uptake facilitated by the Low Affinity Transport System (LATS) for higher soil available metal concentrations. We propose a new terminology for metal tolerant plants, i.e. metal tolerators, based on this framework. Depending on the plant available metal levels in the soil, tolerator responses to metals can be described best by either Vmax and Km for soil concentrations below the transition concentration between metal transport systems (HATS), or by the slope for greater soil concentrations (LATS). This conceptual framework may be a useful tool for selecting suitable metal tolerators for specific phytoremediation purposes, and may be also applied to non-metal elements or ions.

Development of a process-based model for revealing role of silicon in regulating metal stress in roots

“…The Michaelis-Menten equation can adequately capture this uptake trend (Epstein & Hagen, 1952). Thus, this equation has been widely used to study plant uptake of nutrients (N, P, and Mn) and harmful elements (Cd, As, and Cr) (Guterres et al, 2019;Skeffington et al, 1976;Lu et al, 2008). The total uptake of metal ions by roots also increases with time and gradually tends to reach saturation.…”

Fitorremediación de suelos contaminados con arsénico, cobre y plomo empleando Echeveria elegans y Crassula ovata

“…Además, pueden modificar la composición química de los exudados de la raíz y pH del suelo, por lo tanto, la biodisponibilidad de los metales pesados y metaloides en el suelo. Desempeñan un papel protector contra el exceso de metales y tienen un valor nutricional en la adquisición de elementos esenciales, que suelen estar presentes en baja concentración comparado con los metales no esenciales en suelos contaminados (Sherameti y Varma, 2010) 3.4.7 Cinética de fitoextracción Las plantas pueden acumular metales y metaloides mediante mecanismos de defensa, que utilizan sistemas de transporte que generalmente siguen la cinética de Michaelis-Menten (Guterres et al, 2019) Otra ley federal que regula en esta materia, es la Ley General para la Prevención y Gestión Integral de los Residuos, menciona en el artículo 68 a quienes resulten responsables de la contaminación de un sitio, así como de daños a la salud como consecuencia de ésta, estarán obligados a reparar el daño causado. Además, en el Reglamento de esta Ley en el artículo 40, se indica que la mezcla de suelos con residuos peligrosos listados será considerada como residuo peligroso, y se manejará como tal cuando se transfiera.…”