Экологическая полифункциональность микроорганизмов и растительно-микробных комплексов в биоремедиации загрязненных почв

  • Ярослав Константинович Куликов Белорусский государственный университет

Аннотация

Выявлены механизмы биосорбции и биодеградации загрязняющих веществ в почве, связанные с рядом физиологобиохимических особенностей микроорганизмов и зависящие от их видового разнообразия и специфики действия. Отмечена роль и значение микроорганизмов на примере цианобактерий, микромицетов и водорослей как эффективных биоремедиаторов почвы. Перспективным направлением совершенствования процессов биоремедиации почвенных экосистем является использование альго-цианобактериальных сообществ. Особую устойчивость к загрязняющим веществам проявляют цианобактериальные ассоциации. Они способны адаптироваться к нефти, нефтепродуктам, тяжелым металлам, продуктам уничтожения химического оружия, поддерживать окислительный уровень экосистем за счет выделения кислорода, увеличивать численность гетеротрофных спутников в ассоциациях. Цианобактериальные биологические препараты в комплексе с минеральными удобрениями при внесении в нефтезагрязненные почвы активизируют процессы деградации нефти. Во многом деградационная способность цианобактерий по отношению к нефти объясняется тем, что в колониальной слизи цианобактерий создаются благоприятные условия для развития других микроорганизмов. Показано, что на биосорбционную функцию цианобактерий оказывают влияние плотность их популяции, степень агрегированности, время контакта с загрязняющим компонентом и его концентрация. Выявлены оптимальные параметры статуса цианобактерий для использования их в качестве биосорбентов. Среди важнейших аспектов ассоциативного взаимодействия актиномицетов с фитоценозами могут быть названы такие, как роль этих микроорганизмов в регуляции численности и состава их микрофлоры (контроль фитопатогенов) и повышение способности растений выдерживать разнообразные абиотические стрессы, в числе которых засуха, засоление, загрязнение почв тяжелыми металлами и другими ксенобиотиками. Самую большую группу биоактивных вторичных метаболитов актиномицетов составляют антибиотики с антибактериальной, противогрибковой, антипротозойной и противовирусной активностью. Продуцируемые ими антибиотики могут проявлять активность в природных условиях и иметь значение в судьбе других микроорганизмов в прикорневой зоне растений. Способность актиномицетов образовывать антибиотики основана на конкурентных взаимоотношениях микроорганизмов в естественных условиях их обитания.

Биография автора

Ярослав Константинович Куликов, Белорусский государственный университет

доктор биологических наук, профессор кафедры общей экологии и методики преподавания биологии.

Литература

  1. Kondakova LV. Algo-cianobakterial’naja flora i osobennosti ee razvitija v antropogenno narushennyh pochvah (na primere pochv podzony juzhnoj tajgi Evropejskoj chasti Rossii) [Algo-cyanobacterial flora and features of its development in anthropogenically disturbed soils (on the example of soils of the southern taiga subzone of the European part of Russia)] [PhD disertation]. Syktyvkar: [publisher unknown]; 2012. 356 p. Russian.
  2. Ashikhmina TYa, Alalykina NM. Biologicheskij monitoring prirodno-tehnogennyh system [Biological monitoring of natural and man-made systems]. Syktyvkar: [publisher unknown]; 2011. 388 p. Russian.
  3. Nozhevnikova AN. Bioremediacija zagrjaznennyh pochv i gruntov. Ekologiya mikroorganizmov [Bioremediation of contaminated soils and soils. Ecology of microorganisms]. Moscow: Publishing center «Academy»; 2004. p. 196–199. Russian.
  4. Skvortsova TA. Bioremediacija pochvy associativnymi uglevodorodokisljajushhimi mikroorganizmami [Bioremediation of soil. by associative hydrocarbon-oxidizing microorganisms]. Byulleten VIUA. 2002;116:445–447. Russian.
  5. Giridhar BA, Shea PJ, Oh BT. Trichoderma sp. PDRI-7 promotes Pinus sylvestris reforestation of lead-contaminated mine tailing sites. Total Environment. 2014;476–477:561–567.
  6. Grigorieva EN, Smirnova ON, Smirnov VF, Kryazhev DV. Mikromicety pochvy poligona tverdyh bytovyh othodov «Igumnovo» [Micromycetes of the soil of the Igumnovo solid waste landfill]. Mikology and phytopathology. 2015;49(5):286–292. Russian.
  7. Domracheva LI, Trefilova LV, Kovina AL, Gornostaeva EA, Kazakova DV, Subbotina ES. Mikrobnaja introdukcija i sostojanie pochvennoj aborigennoj mikroflory [Microbial introduction and state of soil native microflora]. Theoretical and applied ecology. 2015;2:55–59. Russian.
  8. Shabaev VP. Postuplenie svinca v rastenija iz zagrjaznennoj tjazhelym metallom pochvy pri inokuljacii roststimulirujushhimi rizosfernymi bakterijami [The entry of lead into plants from soil contaminated with heavy metal during inoculation with growth-stimulating rhizospheric bacteria]. Izvestiya RAS. The series is biological. 2014;4:424–432. Russian.
  9. Gradova NB, Gornova IB, Eddaudi R, Salina RN. Ispol’zvanie bakterij roda Azotobacter pri bioremediacii neftezagrjaznennyh pochv [The use of bacteria of the genus Azotobacter in bioremediation of oil-contaminated soils]. Applied biochemistry and microbiology. 2003;39(3):318–321. Russian.
  10. Iliev I, Petkov G, Lukavsky J. An approach to bioremediation of mineral oil polluted soil. Genetic and Plant Physiology. 2015;5(2):162–169.
  11. Silabarasan SJ. Abraham Ecofriendly method for bioremediation of chlorpyrifos from agricultural soil by novel fungus Aspergillus terreus, JASI. Water, Air and Soil Pollution. 2013;224(1):1369/1–1369/11.
  12. Kruglov YuV, Paromenskaya LN. Mikrobiologicheskie faktory bioremediacii pochvy, zagrjaznennoj gerbicidom prometrinom. [Microbiological factors of bioremediation soil contaminated with the herbicide promethrin]. Agricultural Biology. Ser. Plant Biology. 2011;3:76–80. Russian.
  13. Kim AA, Pestsov GV, Yadgarov HT, Dzhumaniyazova GI, Zinoviev PV, Juraeva GT, Abdukarimov AA, Gins VK. Mikroorganizmy – destruktory polihlorirovannyh bifenilov [Microorganisms – destructors of polychlorinated biphenyls]. Prikladnaja biochemistry and microbiology. 2004;40(1):70–73. Russian.
  14. Domracheva LI, Kondakova LV, Popov LB, Zykova YuI. Bioremediacionnye vozmozhnosti pochvennyh cianobakterij [Bioremediation capabilities of soil cyanobacteria]. Theoretical and applied ecology. 2009;1:8–17. Russian.
  15. Domracheva L, Trefilova L, Fokina A. Fuzarii: biologicheskij kontrol’, sorbcionnye vozmozhnosti [Fusarii: biological control, sorption]. Saarbrucken, Deutschland: Lap Lambert Academic Publishing; 2013. 182 p. Russian.
  16. Fokina AI, Domracheva LI, Shirokikh IG, Kondakova LV, Ogorodnikova SYu. Mikrobnaja detoksikacija tjazhelyh metallov (obzor) [Microbial detoxification of heavy metals (review)]. Theoretical and Applied Ecology. 2008;1:4–10. Russian.
  17. Samsonova A, Aleshenkova ZM, Semochkina NF. Mikrobnyj preparat «Rodobel» dlja ochistki pochvy ot nefti [Microbial preparation «Rodobel» for soil purification from oil]. In: Biotechnology – state and prospects of development. Materials of the II International Congress. Moscow: CJSC «PEAK “Maxima», D. I. Mendeleev Russian Technical University; 2003. Part 2. p. 40–41. Russian.
  18. Soprunova OB, Utepesheva AA. Novye shtammy bakterij-destruktorov PAV [New strains of bacteria-destructors of surfactants]. In: Modern problems of physiology, ecology and biotechnology of microorganisms. Materialy Vserossijskogo simposiuma s mezhdunarodnym uchastiem. Moscow: MAKS Press; 2014. p. 219. Russian.
  19. Bukharin OV, Lobakova ES, Nemtseva NV, Cherkasov SV. Associativnyj simbioz [Associative symbiosis]. Yekaterinburg: Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; 2007. 264 p. Russian.
  20. Srividya, S. А. Thapa, D.V. Bhat, К. Golmei, N. Dey Streptomyces sp. as effective biocontrol against chilli soilborne fungal phytopathogens. European Journal of Experimental Biology. 2012;2(1):163–173.
  21. Merzaeva OV, Shirokikh IG. Kolonizacija aktinomicetami razlichnyh rodov prikornevoj zony rastenij [Colonization by actinomycetes of various genera of the root zone of plants]. Microbiology. 2006;75(2):271–276. Russian.
  22. Shanmuganathan K, Yasin J, Jayaprakasam M. Antibiotics in agriculture. Agriculture Today. 2001;6:40–41.
  23. Sysuev VA. Shirokikh IG, Merzaeva OV. Biological efficiency of Streptomyces hygroscopicus A-4 against phytopathogenic fungus Fusarium avenaceum 7/2 in the rhizosphere. Journal of Fungal Research. 2008;6(2):83–87.
  24. Nimnoi P, Pongsilp N, Lumyong S.Endophytic actinomycetes isolated from Aquilaria crassna Pierre ex Lec and screening of plant growth promoters production World Journal of Microbioljgy and Biotechnology. 2010;26;193–203.
  25. Zinniel DK, Lambrecht P, Harris NB, Feng Z, Kuczmarski D, Higley P, Ishimaru CA, Arunakumari A, Barletta RG, Vidaver AK. Isolation and characterization of endophytic colonizing bacteria from agronomic crops and prairie plants. Applied and environmental microbiology. 2002;68:2198–2208.
  26. Merzaeva OV, Shirokikh IG. Obrazovanie auksinov jendofitnymi aktinobakterijami ozimoj rzhi [Formation of auxins by endophytic actinobacteria of winter rye]. Applied biochemistry and microbiology. 2010;45(1):51–57. Russian.
  27. Aly MM, El-Sayed H, El-Sayed A, Jastaniah SD. Synergistic Effect between Azotobacter vinelandii and Streptomyces sp. Isolated From Saline Soil on 246 Seed Germination and Growth of Wheat Plant. Journal of American Science. 2012;8(5):667–676.
  28. Tokala RK, Strap JL, Jung CM, Crawford DL, Salove MH, Deobald LA, Bailey JF, Morra MJ. Novel plant-microbe rhizosphere interaction involving Streptomyces lydicus WYEC108 and the pea plant (Pisum sativum). Applied and environmental microbiology. 2002;68:2161–2171.
  29. Haferburg G, Groth I, Möllmann U, Kothe E, Sattler I. Arousing sleeping genes: shifts in secondary metabolism of metal tolerant actinobacteria under conditions of heavy metal stress. Biometals. 2009;22:225–234.
  30. Solovyova ES, Shirokikh IG. Osobennosti rosta izoljatov streptomicetov v prisutstvii tjazhelyh metallov [Features of growth of streptomyces isolates in the presence of heavy metals]. In: Factors of plant and microorganism resistance in extreme natural conditions and technogenic environment. Materials of the All-Russian Scientific Conference with international. with the participation of the school of young scientists. Irkutsk: Publishing House of the V. B. Sochava Institute of Geography SB RAS; 2016. p. 226–227. Russian.
  31. Tikhonovich IA, Provorov NA. Simbiozy rastenij i mikroorganizmov: molekuljarnaja genetika agrosistem budushhego [Symbioses of plants and microorganisms: molecular genetics of agricultural systems of the future]. Saint Petersburg: Publishing House of Saint Petersburg University; 2009. 210 p. Russian.
  32. Muratova AYu, Bondarenko AD, Panchenko LV, Turkovskaya OV. Ispol’zovanie kompleksnoj fitoremediacii dlja ochistki pochvy, zagrjaznennoj nefteshlamom [The use of complex phytoremediation for cleaning soil contaminated with oil sludge]. Biotechnology. 2010;1:77–84. Russian.
  33. Al-Ghazawi Z, Saadoun I, Al-Shak ah A. Selection of bacteria and plant seeds for potential use in the remediation of diesel contaminated soils. Journal of Basic Microbiology. 2005;45(4):251–256.
  34. Khabibullina FM. Pochvennaja mikobiota estestvennyh i antropogenno narushennyh jekosistem severo-vostoka Evropejskoj chasti Rossii [Soil mycobiota of natural and anthropogenic disturbed ecosystems of the North-east of the European part of Russia] [PhD dissertation]. Syktyvkar: [publisher unknown]; 2009. 40 p. Russian.
  35. Galchenko SV, Mazhaysky YuA. Fitomelioracija kak sposob detoksikacii zagrjaznennyh tjazhelymi metallami gorodov [Phytomelioration as a method of detoxification of cities polluted with heavy metals]. Melioration and environment. Moscow: All-Russian Research Institute of Hydraulic Engineering and Melioration; 2004. Volume 2. p. 3–6. Russian.
  36. Ekman S, Campbell EL, Meeks JC, Flores EA. Nostoc punctiforme sugar transporter necessary to establish a cyanobacterium-plant symbiosis. Plant Physioljgy. 2013;161(4):1984–1992.
  37. Turkovskaya OV, Muratova AYu. Biodegradacija organicheskih polljutantov v kornevoj zone rastenij [Biodegradation of organic pollutants in the root zone of plants]. Molecular foundations of the relationship of associative microorganisms with plants. Moscow: Nauka; 2005. p. 180–208. Russian.
  38. Abdrakhmanova LR, Grigoriadi AS, Bakaeva MD, Kireeva NA. Soobshhestvo mikroskopicheskih gribov v jekotoksikologicheskoj ocenke fitoremediacii neftezagrjaznennyh pochv [Community of microscopic fungi in ecotoxicological assessment of phytoremediation of oil-contaminated soils]. In: Environment and management of natural resources: Abstracts of reports of the 2nd International Conference, Tyumen. Tyumen: [publisher unknown]; 2011. p. 143–145. Russian.
  39. Stepanok VV, Yudkin LYu, Rabinovich RM. Vlijanie bakterizacii semjan associativnymi diazotrofami na postuplenie svinca i kadmija v rastenija jachmenja [The effect of bacterization of seeds by associative diazotrophs on the intake of lead and cadmium in barley plants]. Agrochemistry. 2003;5:69–80. Russian.
  40. Sizova OI, Lyubun EV, Kochetkov VV, Validov SZ, Boronin AM. Vlijanie prirodnyh i geneticheski modificirovannyh rizosfernyh bakterij Pseudomonas aureofaciens na nakoplenie mysh’jaka rastenijami [Influence of natural and genetically modified rhizosphere bacteria Pseudomonas aureofaciens on arsenic accumulation by plants]. Biochimia and microbiologia. 2004;40(1):78–82. Russian.
Опубликован
2024-05-20
Ключевые слова: биоремедиация почв, аборигенная микрофлора, микроорганизмы-деструкторы, цианобактерии, растительно-актиномицетные комплексы, растительно-микробные взаимодействия
Как цитировать
Куликов, Я. (2024). Экологическая полифункциональность микроорганизмов и растительно-микробных комплексов в биоремедиации загрязненных почв. Журнал Белорусского государственного университета. Экология, 4, 4-15. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/ecology/article/view/6399
Выпуск
№ 4 (2023): Журнал Белорусского государственного университета. Экология
Раздел
Изучение и реабилитация экосистем