Control of the microbial block of the biogeochemical cycle of organochlorine pesticides in agroecosystems. Message 2. Bioremediation of ecosystems contaminated with OCPs

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

In this paper, conceptual and technological approaches based on modern knowledge in the field of agrochemistry, ecotoxicology and biogeochemistry of pesticides are considered. The ways of microbiological transformation and degradation of organochlorine pesticides (OCP) in soil and natural waters in connection with their bioremediation are shown. The environmental risk assessment is given. The application of biogeochemical technologies is characterized both for the assessment of pollution of agroecosystems and for the management of the microbial block of biogeochemical cycles during their bioremediation.

全文:

受限制的访问

作者简介

V. Bashkin

Institute of Physicochemical and Biological Problems of Soil Science, RAS

编辑信件的主要联系方式.
Email: vladimirbashkin@yandex.ru
俄罗斯联邦, ul. Institutskaya 2, Moscow region, Pushchino 142290

R. Galiulina

Institute of Fundamental Problems of Biology RAS

Email: vladimirbashkin@yandex.ru
俄罗斯联邦, ul. Institutskaya 2, Moscow region, Pushchino 142290

参考

  1. Соколов М.С., Галиулин Р.В. Микробиологическое самоочищение почвы от пестицидов. Обзор. информ. М.: ВНИИТЭИ, 1987. 51 с.
  2. Galiulin R.V., Bashkin V.N., Galiulina R.А., Birch P. The theoretical basis of microbiological transformation and degradation of pesticides in soil // Land Contam. Reclamat. 2001. V. 9. № 4. P. 367–376.
  3. Parte S.G., Mohekar A.D., Kharat A.S. Microbial degradation of pesticide: A review // Afric. J. Microbiol. Res. 2017. V. 11(24). Р. 992–1012. doi: 10.5897/AJMR2016.8402
  4. Bashkin V.N. Environmental Chemistry: Asian Lessons (textbook). Kluwer Academic Publishers, 2003. 472 p.
  5. Radojevic M., Bashkin V.N. Practical environmental analysis (textbook) 2d end. Royal Chemical Society Publications, UK, 2006. 457p.
  6. Bashkin V.N. Modern biogeochemistry: Environmental risk assessment. 2nd ed. CIP, China: Chinese translation, 2009. 268 p.
  7. Bashkin V. (Ed). Ecological and biogeochemical cycling in impacted polar ecosystems // N.Y.: NOVA Publishers, 2017. 308 p.
  8. Braunholtz J.T. Crop protection: the role of the chemical industry in an uncertain future // Phil. Trans Roy Soc. London, 1981. В 295. № 1076. P. 19–34.
  9. UNEP. The Synthesis report: Environmental and health impacts of pesticides and fertilizers and the ways for minimizing, 2022. URL: https://www.unep.org/resources/report/environmental-and-health-impacts-pesticides-and-fertilizers-and-ways-minimizing
  10. Головлева Л.А., Финкельштейн 3.И. Условия микробной деградации пестицидов // Агрохимия. 1984. № 3. С. 105–119.
  11. Экологические последствия применения агрохимикатов (пестициды) // Тр. Всесоюзн. совещ. Пущино: ПЦБИ АН СССР, 1982. С. 123–126, 130–137, 145–150.
  12. Registration of pesticides in the United States // Propos. Guidelines EPA USA Federal Register. 1978. V. 43. № 132. P. 29702–29724.
  13. Прогнозирование поведения пестицидов в окружающей среде // Тр. Совет.-амер. Симп. (Ереван, окт. 1981) / Под ред. М. Волощука, В.А. Борзилова. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 305 с.
  14. Пурмаль А.II., Скурлатов Ю.И. Экологическая химия водной среды // Природа. 1984. № 10. С. 94–103.
  15. Сухопарова В.П., Соколов М.С., Васильева Г.К. Особенности сорбционного взаимодействия с почвой гербицидных арилмочевин и хлорированных анилинов // Агрохимия. 1984. № 7. С. 88–103.
  16. Кретова Л.Г. Лабораторные и полевые исследования деградации 14С-2,4-Д в почвах / /Изв. ТСХА. 1984. № 6. С. 52–54.
  17. Dоmsli К.I., Jagnow G., Anderson T.H. An ecological concept for the assessment of side-effects of agrochemicals on soil microorganisms // Res. Rev. 1983. V. 86. P. 65–105.
  18. Radojevic M., Bashkin V.N. Practical environmental analysis (Guide). 3nd ed. // Royal Chem. Soc. Publ. UK, 2009. 470 p.
  19. Башкин В.Н. Биогеохимия. М.: Высш. шк., 2008. 424 с.
  20. Башкин В.Н., Галиулина Р.А. Управление микробным блоком биогеохимического круговорота хлорорганических пестицидов в агроэкосистемах. Сообщение 1. Микробная трансформация пестицидов // Агрохимия. 2024. № 10.С. 94–108. doi: 10.31857/S0002188124100104
  21. Башкин В.Н. Экологические риски: оценка, управление, страхование. M.: Высш. шк., 2006. 360 с.
  22. Bashkin V.N. Xenobiotic (pesticides, PCB, dioxins) cycles. Encyclopedia of Ecology. Elsevier, 2008. P. 3821–3829.
  23. Галиулин Р.В., Башкин В.Н. Оценка экологического риска загрязнения поверхностных вод стойкими хлорорганическими пестицидами // Вестн. МГУ. Сер. Географ. 2008. № 2. С. 3–7.
  24. Боронин А.М. Роль плазмид в микробиологической деградации пестицидов // Сел.-хоз. биол. 1984. № 10. С. 79–86.
  25. Головлева Л.А. Микробная деградация пестицидов: биотехнологические аспекты проблемы // Агрохимия. 1983. № 9. С. 124–130.
  26. Sandmann E.R.I.C. Study of the persistence of important halogenated herbicides and some Naial Soils 1974–1978 // Weed Abstr. 1984. V. 30. Abst. 3729.
  27. Егорова Д.О., Фарофонова В.В., Андреев Д.Н., Бузмаков С.А., Демаков В.А. Сообщества аэробных бактерий-деструкторов ДДТ как результат естественной и искусственной селекции // Изв. Сарат. гос. ун-та. Сер. Химия. Биология. Экология. 2017. Т. 17. Вып. 1. С. 79–86. doi: 10.18500/1816-9775-2017-17-1-79-86
  28. Созинов А.А. Генетика созидающая // Наука и жизнь. 1986. № 9. С. 26–32.
  29. Alcock R., Bashkin V. Health risk of persistent organic pollutants from long–range transboundary air pollution. WHO, 2003. 252 p.
  30. Chauhan A, Singh J. Biodegradation of DDT // J. Textil. Sci. Eng. 2015. V. 5. № 183. DOI: 0.4172/2165-8064.1000183
  31. Purnomoa A.S., Morib T., Kameic I., Kondob R. Basic studies and applications on bioremediation of DDT: A review // Inter. Biodeteriorat. Biodegradation. 2011. V. 65. P. 921e930. doi: 10.1016/j.ibiod.2011.07.011
  32. Ma W., Zhao Y., Wu J. Biodegradation of DDT in soil under different conditions by white rot fungi and laccase extract from white rot fungi // Adv. Mater. Res. 2011. V. 233–235. Р. 549–553. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR.233-235.549' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.233-235.549
  33. Rizqi H.D., Purnomo A.S., Ulfi A. The effect of bacteria addition on DDT biodegradation by BROWN-ROT fungus Gloeophyllum trabeum // Heliyon. 2023. V. 9. e18216. doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e18216
  34. Xie H., Liu R., Xu Y., Liu X., Sun F., Ma Y., Wang Y. Effect of in situ bioremediation of soil contaminated with DDT and DDE by Stenotrophomonas sp. strain DXZ9 and ryegrass on soil microorganism // Microbiol. Res. 2022/ V. 13. P. 64–86. doi: 10.3390/microbiolres13010005
  35. Huang Yi, Wang Jie. Degradation and mineralization of DDT by the ectomycorrhizal fungi, Xerocomus chrysenteron // J. Chemosphere. 2013. V. 92(7). P. 760–764. doi: 10.1016/j.chemosphere.2013.04.002
  36. Megharaj M., Kantachote D., Singleton I., Naidu R. Effects of long-term contamination of DDT on soil microflora with special reference to soil algae and algal transformation of DDT // Environ. Pollut. 2000. V. 109. Р. 35–42. PII: S0269-7491(99)00231-6
  37. Xu H.-J., Bai J., Li W., Colin J., Zhang, Wang J., Luo C., Li Y. Mechanisms of the enhanced DDT removal from soils by earthworms: identification of DDT degraders in drilosphere and non-drilosphere matrices // J. Hazard. Mater. 2020. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.124006. PII: S0304-3894(20)31996-8
  38. Куликова-Хлебникова Е.Н., Робертус Ю.В., Кивацкая А.В. Особенности метаболизма хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды в условиях горного Алтая // Вестн. Алтай. ГАУ. 2011. № 10(84). С. 50–53.
  39. Fu J.M., Mai B.X., Sheng G.Y., Zhang G., Wang X.M., Peng P.A., Xiao X.M., Ran R., Cheng F.Z., Peng X.Z., Wang Z.S., Tang U.W. Persistent organic pollutants in environment of the Pearl River Delta, China: An overview // Chemosphere. 2003. V. 52. Р. 1411−1422.
  40. Glass B.L. Relation between the degradation of DDT and the iron redox system in soils // J. Agric. Food Chem. 1972. № 20. Р. 324−327.
  41. Li F.B., Wang X.G., Liu C.S., Li Y.T., Zeng F., Liu L. Reductive transformation of pentachlorophenol on the interface of subtropical soil colloids and water // Geoderma. 2008. V. 148. P. 70−78.
  42. Nadeau L.J., Menn F.M., Breen A., Sayler G.S. Aerobic degradation of 1,1,1-trichloro-2,2-bis (4-chlorophenyl) ethane (DDT) by Alcaligenes eutrophus A5 // Appl. Environ. Microbiol. 1994. V. 60. P. 51−55.
  43. Bidlan R., Manonmani H.K. Aerobic degradation of dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) by Serratia marcescens DT-1P // Proces. Biochem. 2002. V. 38. P. 49−56.
  44. Santacruz G., Bandala E.R., Torres L.G. Chlorinated pesticides (2,4-D and DDT) biodegradation at high concentrations using immobilized Pseudomonas fluorescens // J. Environ. Sci. Health. 2005. V. 40. P. 571−583.
  45. Purnomo A.S., Mori T., Kazuhiro T., Ryuichiro K. Bioremediation of DDT contaminated soil using brown-rot fungi // Inter. Biodeterior. Biodegrad. 2011. V. 65. P. 691−695.
  46. Kamanavalli C.M., Ninnekar H.Z. Biodegradation of DDT by a Pseudomonas species // Curr. Microbiol. 2004. V. 48. Р. 10−13.
  47. Foght J., April T., Biggar K., Aislabie J. Bioremediation of DDT-contaminated soils: A review // Biorem. J. 2001. V. 5. P. 225−246.
  48. Borch T., Kretzschmar R., Kappler A., Cappellen P.V., Vogel M.G., Voegelin A., Campbell K. Biogeochemical redox processes and their impact on contaminant dynamics // Environ. Sci. Technol. 2009. V. 44. P. 15−23.
  49. Алексеев А.О., Алексеева Т.В. Оксидогенез железа в почвах степной зоны. М.: ГЕОС, 2012. 204 с.
  50. Kappler A., Benz M., Schink B., Brune A. Electron shuttling via humic acids in microbial iron (III) reduction in a freshwater sediment // FEMS Microbiol. Ecol. 2004. V. 47. P. 85−92.
  51. Cao F., Li F.B., Liu T.X., Huang D.Y., Wu C.Y., Feng C.H., Li X.M. Effect of Aeromonas hydrophila on reductive dechlorination of DDTs by zero-valent iron // J. Agric. Food Chem. 2010. V. 23. P. 12366−12372.
  52. Bond D.R., Lovley D.R. Reduction of Fe (III) oxide by methanogens in the presence and absence of extracellular quinines // Environ. Microbiol. 2002. V. 4. P. 115−124.
  53. Chen M., Cao F., Li F., Liu C., Tong H., Wu W., Hu M. Anaerobic transformation of DDT related to iron(III) reduction and microbial community structure in paddy soils // J. Agric. Food Chem. 2013. V. 61. P. 2224−2233. doi: 10.1021/jf305029p
  54. Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Стойкие поллютанты суши и моря // Вестн. РАН. 2014. Т. 84. № 4. С. 335–339, doi: 10.7868/S0869587314040045
  55. Галиулина Р.А., Башкин В.Н., Галиулин Р.В. Экологический риск загрязнения рек бассейна Каспийского моря стойкими хлорорганическими соединениями // Агрохимия. 2004. № 3. С. 82–90.
  56. Pandey S., Singh D.K. Total bacterial and fungal population after chlorpyrifos and quinalphos treatments in groundnut (Arachis hypogaea L.) soil // Chemosphere. 2004. V. 55. № 2. P. 197–205.
  57. Prashar P., Shah S. Impact of fertilizers and pesticides on soil microflora in agriculture // Sustainable Agriculture Reviews 19 / Еd. E. Lichtfouse. Switzerland: Springer, 2017. P. 331–360. doi: 10.1007/978-3-319-26777-7_8
  58. Enserink M., Hines P.J., Vignieri S.N., Wigginton N.S., Yeston J.S. The pesticide paradox // Science. 2013. V. 341(6147). P. 728–729.
  59. Gupta S., Dikshit A.K. Biopesticides: An ecofriendly approach for pest control // J. Biopest. 2010. V. 3. № 1. Special Issue, P. 186–188.
  60. Sharma M.P., Sharma A.N., Hussaini S.S. Entomopathogenic nematodes, a potential microbial biopesticide: mass production and commercialisation status – A mini review // Arch. Phytopathol. Plant Protect. 2011. V. 44. № 9. P. 855–870.
  61. Dwivedi D., Johri B.N., Ineichen K., Wray V., Wiemken A. Impact of antifungals producing rhizobacteria on the performance of Vigna radiata in the presence of arbuscular mycorrhizal fungi // Mycorrhiza. 2009. V. 19. № 8. P. 559–570.
  62. Bottiglieri M., Keel C. Characterization of PhlG, a hydrolase that specifically degrades the antifungal compound 2,4-diacetylphloroglucinol in the biocontrol agent Pseudomonas fluorescens CHA0 // Appl. Environ. Microbiol. 2006. V. 72(1). Р. 418–427.
  63. Karpunina L.V., Mel’nikova U.Y., Konnova S.A. Biological role of lectins from the nitrogen-fixing Paenibacillus polymyxa Strain 1460 during bacterial–plant–root interactions // Curr. Microbiol. 2003. V. 47. № 5. P. 376–378.
  64. Tripathi A.K., Mishra S. Plant monoterpenoids (Prospective pesticides) // Ecofriendly pest management for food security, chapter 16. Cambridge, MA, USA: Academic Press, 2016. P. 507–524.
  65. Neal A.L., Ahmad S., Gordon-Weeks R., Ton J. Benzoxazinoids in root exudates of maize attract Pseudomonas putida to the rhizosphere // Plos One. 2012. V. 7. № 4. e35498.
  66. Akiyama K., Hayashi H. Strigolactones: chemical signals for fungal symbionts and parasitic weeds in plant roots // Annal. Bot. 2006. V. 97. № 6. P. 925–931.
  67. Pathan S.I., Větrovský T., Giagnoni L., Datta R., Baldrian P., Nannipieri P. Microbial expression profiles in the rhizosphere of two maize lines differing in N use efficiency // Plant and Soil. 2018. V. 433. № 1. P. 401–413.
  68. Govindachari T.R., Suresh G., Gopalakrishnan G., Masilamani S., Banumathi B. Antifungal activity of some tetranortriterpenoids // Fitoterapia. 2000. V. 71. № 3. P. 317–320.
  69. Ipsilantis I., Samourelis C., Karpouzas D.G. The impact of biological pesticides on arbuscular mycorrhizal fungi // Soil Biol. Biochem. 2012. V. 45. P. 147–155.
  70. Kiran U., Patra D.D. Medicinal and aromatic plant materials as nitrification inhibitors for augmenting yield and nitrogen uptake of Japanese mint (Mentha arvensis L. var. Piperascens) // Bioresour. Technol. 2003. V. 86. № 3. P. 267–276.
  71. Abdollahdokht D., Gao Y., Faramarz S., Poustforoosh A., Abbasi M., Asadikaram G. Conventional agrochemicals towards nano-biopesticides: An overview on recent advances // Chem. Biol. Technol. Agricult. 2022. V. 9. № 1. P. 1–19.
  72. An C., Sun C., Li N., Huang B., Jiang J., Shen Y. Nanomaterials and nanotechnology for the delivery of agrochemicals: Strategies towards sustainable agriculture // J. Nanobiotechnol. 2022. V. 20. № 1. P. 1–19.
  73. Prashar P., Shah S. Impact of fertilizers and pesticides on soil microflora in agriculture // Sustainable Agriculture Reviews 19 / Еd. E. Lichtfouse. Switzerland: Springer, 2017. P. 331–360. doi: 10.1007/978-3-319-26777-7_8
  74. Yadav Suwa Lal, Birla Devilal, Inwati Devendra Kumar, Yadav Manish, Yadav Indra Raj, Makwana Sanjay N., Lakshman Papnai Neeraj. Impact of agrochemicals on soil biota and ways to mitigate it: a review // Inter. J. Environ. Climate Change. 2023. V. 13. № 5. P. 366–375. Article no.IJECC.97565. doi: 10.9734/IJECC/2023/v13i51779
  75. Патент РФ № 2 735 756. Способ идентификации микробного загрязнения водной среды посредством анализа активности фермента дегидрогеназы // Бюл. патент. и изобрет. 2020. № 31. Опубл.: 06.11.2020.
  76. Башкин В.Н., Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Риск загрязнения экологических цепей стойкими хлорорганическими пестицидами // Пробл. анализа риска. 2015. Т. 12. № 5. С. 16–20.
  77. Kanissery R.G., Sims G.K. Biostimulation for the enhanced degradation of herbicides in soil: Review article // Appl. Environ. Soil Sci. 2011. Article ID 843450. 10 p. doi: 10.1155/2011/843450

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Conceptual model of the environmental risk of pollution of river waters entering the Caspian Sea by persistent organochlorine compounds (POCs); POCs – synthetic surface-active substances.

下载 (233KB)
索引源数据

版权所有 © The Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».