Abstract Plants colonizing metalliferous soils have evolved physiological mechanisms which enable them to tolerate metal toxicity. These mechanisms do not generally suppress metal uptake but result in internal detoxification. Two basic strategies of plant response are suggested, accumulators and excluders. In the former, metals can be concentrated in plant parts from low or high background levels. By contrast, differential uptake and transport between root and shoot in excluders, lead to more or less constant low shoot levels over a wide range of external concentration. 'Indicators' are seen as a further mode of response where proportional relationships exist between metal levels in the soil, uptake and accumulation in plant parts. The physiological properties of accumulator and excluder species are considered in relation to metal tolerance mechanisms.

Plants that accumulate metal and metalloid trace elements to extraordinarily high concentrations in their living biomass have inspired much research worldwide during the last decades. Hyperaccumulators have been recorded and experimentally confirmed for elements such as nickel, zinc, cadmium, manganese, arsenic and selenium. However, to date, hyperaccumulation of lead, copper, cobalt, chromium and thallium remain largely unconfirmed. Recent uses of the term in relation to rare-earth elements require critical evaluation. Since the mid-1970s the term ‘hyperaccumulator’ has been used millions of times by thousands of people, with varying degrees of precision, aptness and understanding that have not always corresponded with the views of the originators of the terminology and of the present authors. There is therefore a need to clarify the circumstances in which the term ‘hyperaccumulator’ is appropriate and to set out the conditions that should be met when the terms are used. We outline here the main considerations for establishing metal or metalloid hyperaccumulation status of plants, (re)define some of the terminology and note potential pitfalls. Unambiguous communication will require the international scientific community to adopt standard terminology and methods for confirming the reliability of analytical data in relation to metal and metalloid hyperaccumulators.

Conversion of natural habitats into agricultural and industrial landscapes, and ultimately into degraded land, is the major impact of humans on the natural environment, posing a great threat to biodiversity. The emerging discipline of restoration ecology provides a powerful suite of tools for speeding the recovery of degraded lands. In doing so, restoration ecology provides a crucial complement to the establishment of nature reserves as a way of increasing land for the preservation of biodiversity. An integrated understanding of how human population growth and changes in agricultural practice interact with natural recovery processes and restoration ecology provides some hope for the future of the environment.

Abandoned metalliferous mine wastes can result in severe pollution and have aesthetic impacts on the local environment. Use of a vegetation cover gives a cost-effective and environmentally sustainable method of stabilising and reclaiming wastes such as mine-spoils and tailings. Many characteristics of metalliferous wastes are often inimical to successful vegetation establishment, most notably phytotoxic levels of residual heavy metals, low nutrient status and poor physical structure of the substratum. Current approaches to revegetation and reclamation involve both ameliorative and adaptive strategies to allow plant establishment and encourage subsequent vegetation development. Different techniques of revegetation are available for temperate and arid, subtropical regions depending on the characteristics of the waste. These include direct seeding with commercially available plants, use of cover and barrier systems and the enhancement of natural revegetation processes.

The decontamination of soils and wastes polluted with heavy metals presents one of the most intractable problems for soil clean-up. Present technology relies upon metal extraction or immobilization processes, both of which are expensive and which remove all biological activity in the soil during decontamination. They may only be appropriate for small areas of valuable redevelopment land. In this paper the use of metal-accumulating plants is explored for the removal of metals from superficially-contaminated soils such as those resulting from the long-term application to land of metal-contaminated sewage sludges. Green remediation employs plants native to metalliferous soils with a capacity to bioaccumulate metals such as zinc and nickel to concentrations greater than 2% in the aerial plant dry matter (hyperaccumulators). Growing such plants under intensive crop conditions and harvesting the dry matter is proposed as a possible method of metal removal and for ‘polishing’ contaminated agricultural soils down to metal concentrations below statutory limits. Not only are the biological activity and physical structure of soils maintained but the technique is potentially cheap, visually unobtrusive and offers the possibility of biorecovery of metals. The limitations of the process are reviewed and the future requirements for the development of efficient phytoremediators are outlined.

SUMMARY Heavy metai uptake, accumulation and tolerance were investigated in five British populations of the metallophyte Thlaspi caerulescens from metalliferous sites from the north and south Pennines orefields. Analysis of field samples showed mean shoot Zn, Pb and Cd concentrations of up to 21000, 660 and 164/zMug g ‐1 respectively. A solution culture experiment designed to investigate both tolerance and metal accumulation is reported. Indices of tolerance of five populations to 12 metals (Ag, Al, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Zn) showed few population differences but unexpectedly high tolerance to metals not present at elevated concentrations in the parent soils. This was paralleled by exceptionally high uptakes of all metals studied. Zn, Cd, Co, Mn and Ni were readily transported to the shoot whereas Al, Cr Cu, Fe and Pb were predominantly immobilized in the roots. The data suggest common mechanisms of absorption and transport of several metals in this species.

S ummary This paper highlights major developments in the field of heavy metal tolerance in plants over the last 15 years. Advances in experimental and theoretical aspects are considered. The value of both intra‐ and interspecific studies in assessing the ecological significance of adaptive strategies is stressed.

Using the noninvasive technique of X-ray absorption spectroscopy (XAS), we have been able to determine the ligand environment of Zn in different tissues of the Zn-hyperaccumulator Thlaspi caerulescens (J. & C. Presl.). The majority of intracellular Zn in roots of T. caerulescens was found to be coordinated with histidine. In the xylem sap. Zn was found to be transported mainly as the free hydrated Zn2+ cation with a smaller proportion coordinated with organic acids. In the shoots, Zn coordination occurred mainly via organic acids, with a smaller proportion present as the hydrated cation and coordinated with histidine and the cell wall. Our data suggest that histidine plays an important role in Zn homeostasis in the roots, whereas organic acids are involved in xylem transport and Zn storage in shoots.