Soil-agrochemical aspects of remediation of copper-contaminated soil in applying growth-promoting rhizosphere bacteria

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Impact of introducing growth-promoting rhizosphere bacteria of genus Pseudomonas on growth and chemical composition of spring wheat plants in artificial contamination with copper nitrate in increased quantity, at rate of 300 mg/kg of humus horizon of agro-gray soil (Luvic Retic Greyzemic Phaeozems (Loamic)) in pot experiment was studied. Applying bacteria P. fluorecens SV20, P. fluorecens SV21 and P. putida SV23 reduced significantly copper toxicity on plants in first half of growing season. Increasing plant resistance to application of copper nitrate in using bacteria was due to increase in their biophilic elements N, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn and Zn uptake from contaminated soil without significant changes in concentrations of most elements in plants and in soil medium reaction. Positive effect of bacteria was also associated with increase in copper uptake by roots – increase in barrier ability of root system towards metal. Bacteria increased presence of copper in soil mainly in specifically sorbed and associated with ferruginous minerals fractions, and, to a lesser extent, in fraction associated with organic matter, and decrease metal in residual fraction firmly associated with clay minerals in extraction by sequential selective extractions method. Bacteria enhanced phytoextraction – purification of contaminated soil, increasing copper uptake by plant shoots. Application of bacteria can be recommended in developing strategies for remediation of copper-contaminated soils based on environmentally friendly technologies.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. P. Shabayev

Institute for Biological Instrumentation of the Russian Academy of Sciences (IBI RAS)

Author for correspondence.
Email: vpsh@rambler.ru

Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science

Russian Federation, Pushchino, 142290

V. E. Ostroumov

Institute for Biological Instrumentation of the Russian Academy of Sciences (IBI RAS)

Email: vpsh@rambler.ru

Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science

Russian Federation, Pushchino, 142290

References

  1. Алексеев Ю.В. Качество растениеводческой продукции. Л.: Колос, 1978. 256 с.
  2. Ильин В.Б. Тяжелые металлы и неметаллы в системе почва–растение. Новосибирск: СО РАН, 2012. 220 с.
  3. Ладонин Д.В. Фракционный состав тяжелых металлов в почвах, загрязненных оксидами и легкорастворимыми солями в модельном эксперименте // Формы соединений тяжелых металлов в техногенно-загрязненных почвах. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2019. 312 с.
  4. Ладонин Д.В., Карпухин М.М. Фракционный состав соединений никеля, меди, цинка и свинца, загрязненных оксидами и растворимыми солями металлов // Почвоведение. 2011. № 8. С. 953–965.
  5. Олюнина Л.Н., Шабаев В.П. Продуцирование индолил-3-уксусной кислоты ризосферными бактериями рода Pseudomonas в процессе роста // Микробиология. 1996. Т. 65. № 6. С. 813–817.
  6. Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2042–06. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. 2006. 11 с.
  7. Парубец Ю.С., Карпова Е.А., Ермаков А.А., Шохин В.В. Влияние фосфорных удобрений на состояние цинка и меди в системе “загрязненная почва – растения” // Проблемы агрохимии и экологии. 2012. № 3. С. 9–14.
  8. Теория и практика химического анализа почв / Под ред. Воробьевой Л.А. М.: ГЕОС, 2006. 400 c.
  9. Шабаев В.П. Микробиологическая азотфиксация и рост растений при внесении ризосферных микроорганизмов и минеральных удобрений // Почвенные процессы и пространственно-временная организация почв. М.: Наука, 2006. С. 195–211.
  10. Шабаев В.П., Бочарникова Е.А., Остроумов В.Е. Ремедиация загрязненной кадмием почвы при применении стимулирующих рост растений ризобактерий и природного цеолита // Почвоведение. 2020. № 6. С. 738–750. https://doi.org/10.31857/S0032180X20060118
  11. Шабаев В.П., Остроумов В.Е. Почвенно-агрохимические аспекты ремедиации загрязненной никелем почвы при применении ростстимулирующих ризосферных бактерий // Почвоведение. 2023. № 2. С. 226–239. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600925
  12. Chandel A.K., Chen H., Sharma H.Ch., Adhikari K., Gao B. Beneficial Microbes for Sustainable Agriculture // Microbes for Sustainable Development and Bioremediation. Raton: CRC Press. 2020. 386 p. https://doi.org/10.1201/9780429275876
  13. Cruz F.J.R., Ferreira R.L. da Cruz, Conceicao S.S. et al. Copper toxicity in plants: Nutritional, physiological and biochemical aspects // Adv. Plant Mechanisms. 2022. 370 р. https://doi.org/10.5772/intechopen.105212
  14. Dutta P., Muthukrishnan G., Sabarinathan K.G. KG., Rajakumar D. Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) and its mechanisms against plant diseases for sustainable agriculture and better productivity // Biocell. 2022. V. 46. № 8. P. 1843–1859. https://doi.org/10.32604/biocell.2022.019291
  15. Dorjey S., Dolkar D., Sharma R. Plant growth promoting rhizobacteria Pseudomonas: A review // Int. J. Current Microbiol. Appl. Sci. 2017. V. 6. № 7. P. 1335–1344. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2017.607.160
  16. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. 4th Edition. 2010. Boca Raton: CRC Press. 548 p. https://doi.org/10.1201/b10158
  17. Kumar A., Tripti, Voropaeva O., Maleva M., Panikovskaya K, Borisova G., Rajkumar M., Bruno L.B. Bioaugmentation with copper tolerant endophyte Pseudomonas lurida strain EOO26 for improved plant growth and copper phytoremediation by Helianthus annuus // Chemosphere. 2021. V. 266. P. 128983. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128983
  18. Mishra J., Singh R., Arora N.K. Alleviation of heavy metal stress in plants and remediation of soil by rhizosphere microorganisms. Mini review article. Sec. Microbial Symbioses // Front. Microbiol. 2017. 8. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01706
  19. Nadeem S., Naveed M., Ayyub M., Khan M.Y., Ahmad M., Zahir Z.A. Potential, limitations and future prospects of Pseudomonas spp. for sustainable agriculture and environment: A Review // Soil Environ. 2016. V. 35. № 2. P. 106–145. https://www.researchgate.net/publication/309202604
  20. Nadeem N., Asif R., Ayyub S., Salman S., Shafique F., Ali Q., Malik A. Role of rhizobacteria in phytoremediation of heavy metals. Review Article // Biol. Clin. Sci. Res. J. 2020. V. 2020. P. e035. https://doi.org/10.47264/bcsrj0101035
  21. Ojha S., Jaiswal S., Thakur P., Mishra S.K. Bioremediation techniques for heavy metal and metalloid removal from polluted lands: a review // Int. J. Sci. Technol. 2023. V. 20. P. 10591–10612. https://doi.org/10.1007/s13762-022-04502-3
  22. Pattnaik S., Mohapatra B., Gupta A. Plant-growth promoting microbe mediated uptake of essential nutrients (Fe, P, K) for crop stress management: microbe–soil–plant continuum. Review article // Front. Agron. 2021. V. 3. https://doi.org/10.3389/fagro.2021.689972
  23. Rasafi T.El., Haouas A., Tallou A. et al. Recent progress on emerging technologies for trace elements-contaminated soil remediation. Review // Chemosphere. 2023. V. 341. P. 140121. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.140121
  24. Ren X.M., Guo S.J., Tian W. et al. Effects of plant growth-promoting bacteria (PGPB) inoculation on the growth, antioxidant activity, Сu uptake, and bacterial community structure of rape (Brassica napus L.) grown in Cu-contaminated agricultural soil // Front. Microbiol. 2019. V. 10. P. 1455. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01455
  25. Saha L., Tiwari J., Bauddh K., Ma Y. Recent developments in microbe-plant-based bioremediation for tackling heavy metal-polluted soils. Review article // Front. Microbiol. 2021. V. 12. 731723. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.731723
  26. Saxena G., Purchase D., Mulla S.I., Saratale G.D., Bharagava R.N. Phytoremediation of heavy metal-contaminated sites: eco-environmental concerns, fields studies, sustainability issues and future prospects // Rev. Environ. Contamin. Toxicol. 2020. V. 249 P. 71–131. https://doi.org/10.1007/398_2019_24
  27. Seraj F., Rahman T. Heavy metals, metalloids, their toxic effect and living systems // Am. J. Plant Sci. 2018. V. 9. № 13. P. 2626–2643. https://doi.org/10.4236/ajps2018.913191
  28. Singh S.N., Goyal S.K., Singh S.R. Bioremediation of heavy metals polluted soils and their effect on plants // Agriways. 2015. V. 3. № 1. P. 19–24. https://www.researchgate.net/publication/353446009_Bioremediation_of_Heavy_Metals_Polluted_Soil (обращение 16 апреля 2024).
  29. Singh P.K. Effect of soil polluted by heavy metals: Effect on plants, bioremediation and adoptive evolution in plants // Plant Res. Soil Pollut. 2020. P. 89–102. https://doi.org/10.1007/978-981-15-4964-9_5
  30. Srivastava R., Singh A. Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) for sustainable agriculture // Intern. J. Agr. Sci. Res. 2017. V. 7. № 4. P. 505–510. https://doi.org/10.24247/ijasraug201765
  31. Ullah, A., Hung S., Munis M.F.H., Fahad S., Yang X. Phytoremediation of heavy metals assisted by plant growth promoting (PGP) bacteria: A review // Environ. Exp. Bot. 2015. V. 117. P. 28–40. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2015.05.001

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».