Почвенно-агрохимические аспекты ремедиации загрязненной никелем почвы при применении ростстимулирующих ризосферных бактерий

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В вегетационных опытах изучено влияние внесения стимулирующих рост растений ризосферных бактерий на урожай и химический состав яровой пшеницы при выращивании на искусственно загрязненном водорастворимым соединением никеля гумусовом горизонте агросерой почвы (Luvic Retic Greyzemic Phaeozems (Loamic)). Применение бактерий Pseudomonas fluorescens 20, P. fluorescens 21 и P. putida 23 повысило устойчивость растений к повышенным концентрациям никеля и увеличило урожай, значительно уменьшая или полностью устраняя фитотоксичность тяжелого металла. Устойчивость растений, подвергнутых никелевому стрессу, при применении бактерий обусловлена: а) стимуляцией роста корней и увеличением накопления никеля в корневой системе, б) улучшением минерального питания растений – увеличением выноса ими биофильных элементов из загрязненной почвы вследствие увеличения урожая, в целом без существенных изменений содержания большинства элементов в растениях, в том числе в зерне. Применение бактерий увеличило вынос никеля надземными органами растений из почвы, тем самым усилило фитоэкстракцию – очистку от тяжелого металла и, следовательно, ремедиацию почвы. Установлено распределение никеля в почве во фракциях, выделенных методом последовательных селективных экстракций. В первой половине вегетационного периода внесение бактерий увеличило содержание никеля в почве, главным образом, в обменной и специфически сорбированной фракциях и, в меньшей мере, во фракциях, связанных с органическим веществом и с железистыми минералами, и уменьшило содержание металла в остаточной фракции. Увеличение накопления никеля в растениях при внесении бактерий соответствовало повышенному содержанию тяжелого металла в почве в составе соединений, связанных с обменной и специфически связанной фракциями. При полной спелости растений не обнаружено значимых изменений в фракционном составе никеля в почве. Применение бактерий может быть рекомендовано при разработке стратегий ремедиации загрязненных никелем почв на основе экологически безопасных технологий.

Об авторах

В. П. Шабаев

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vpsh@rambler.ru
Россия, 142290, Московская область, Пущино, ул. Институтская, 2

В. Е. Остроумов

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: vpsh@rambler.ru
Россия, 142290, Московская область, Пущино, ул. Институтская, 2

Список литературы

  1. Анохина Т.О., Сиунова Т.В., Сизова О.И., Захарченко Н.С., Кочетков В.В. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas в современных агробиотехнологиях // Агрохимия. 2018. № 10. С. 54–66. https://doi.org/10.1134/S0002188118100034
  2. Водяницкий Ю.Н. Загрязнение почв тяжелыми металлами и металлоидами и их экологическая опасность (аналитический обзор) // Почвоведение. 2013. № 7. С. 872–881. https://doi.org/10.7868/S0032180X130501171
  3. 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.
  4. 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.
  5. Серегин И.В., Кожевникова А.Д. Физиологическая роль никеля и его токсическое действие на высшие растения // Физиология растений. 2006. Т. 53. № 2. С. 285–308.
  6. Соколова М.Г., Белоголова Г.А., Гордеева О.Н., Акимова Г.П. Влияние ризосферных бактерий на рост растений и накопление ими тяжелых металлов на техногенно загрязненных почвах // Агрохимия. 2014. № 2. С. 73–80.
  7. Теория и практика химического анализа почв / Под ред. Л.А. Воробьевой. М.: ГЕОС, 2006. 400 с.
  8. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск: Карельский НЦ РАН. Ин-т биологии, 2014. 194 с.
  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. Почвенно-агрохимические аспекты ремедиации загрязненной свинцом почвы при внесении стимулирующих рост растений ризосферных бактерий // Почвоведение. 2012. № 5. С. 601–611.
  11. 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
  12. Ameen N., Amjad M., Murtaza B., Abbas G., Shahid M., Imran M., Naeem M A., Niazin N.K. Biogeochemical behavior of nickel under different abiotic stresses: toxicity and detoxification mechanisms in plants. Review // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2019. V. 26. № 11. P. 10496–10514. https://doi.org/10.1007/s11356-019-04540-4
  13. Backer R., Roken J.S., Ilangumaran G., Lamont J., Praslickova D., Ricci E., Subramanian S. Smith D.L. Plant growth-promoting rhizobacteria: context, mechanisms of action, and roadmap to commercialization of biostimulants for sustainable agriculture. Review article // Front. Plant Sci. 2018. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01473
  14. Barman M., Datta S.P., Rattan R.K., Meena M.C. Chemical fractions and bioavailability of nickel in alluvial soils // Plant Soil Environ. 2015. V. 61. № 1. P. 17–22. https://doi.org/10.17221/613/2014-PSE
  15. 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
  16. Dorjey S., Dolkar D., Sharma R. Plant growth promoting rhizobacteria Pseudomonas: A review // Int. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci. 2017. V. 6. № 7. P. 1335–1344. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2017.607.160
  17. Farwell A.J., Vesely S., Nero V., Rodrigues H., McCormack K., Shah S., Dixon D.G., Glick B.R. Tolerance of transgenic canola plants (Brassica napus) amended with plant growth-promoting bacteria to flooding stress at a metal-contaminated field site // Environ. Pollut. 2007. V. 147. № 3. P. 540–545.https://doi.org/10.1016/j.envpol. 2006.10.014
  18. Farwell A.J., Vesely S., Nero V., Rodriguez H., Shan S., Dixon D.G., Glick B.R. The use of transgenic canola (Brassica napus) and plant growth-promoting bacteria to enhance plant biomass at a nickel-contaminated field site // Plant Soil. 2006. V. 288. № 1–2. P. 309–318. https://doi.org/10.1007/s11104-006-9119-y
  19. Gupta G., Parihar S.S., Ahirwar N.K., Snehi S.K., Singh V. Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR): Current and future prospects for development of sustainable agriculture // J. Microb. Biochem. Technol. 2015. V. 7. № 2. P. 96–102. https://doi.org/10.4172/1948-5948.1000188
  20. Handsa A., Kumar V., Anshumali A., Usmani Z. Phytoremediation of heavy metals contaminated soil using plant growth promoting rhizobacteria (PGPR): A current perspective // Recent Res. Sci. Technol. 2014. V. 6. № 1. P. 131–134. http://recent-science.com/
  21. Hassan M.U., Chattha M.U., Khan I., Chattha M.B., Aamer M., Nawaz M., Ali. A., Khan M.A.U., Khan T.A. Nickel toxicity in plants: reasons, toxic effects, tolerance mechanisms, and remediation possibilities – a review // Environ. Sci. Pollut. Res. 2019. V. 26. № 13. P. 12673–12688. https://doi.org/10.1007/s11356-019-04892-x
  22. Jakubus M., Graczyk M. Availability of nickel in soil evaluated by various chemical extractants and plant accumulation // Agronomy. 2020. V. 10. № 11. 1805. https://doi.org/10.3390/agronomy10111805
  23. Kalita M., Bharadwaz M., Dey T., Gogoi K., Dowarah P., Unni B.G., Ozah D., Saikia I. Developing novel bacterial based bioformulation having PGPR properties for enhanced production of agricultural crops // Ind. J. Exp. Biol. 2015. V. 53. № 1. P. 56–60.
  24. Ma Y., Rajkumar M., Freitas H. Isolation and characterization of Ni mobilizing PGPB from serpentine soils and their potential in promoting plant growth and Ni accumulation by Brassica spp // Chemosphere. 2009. V. 75. № 6. P. 719–725. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2009.01.056
  25. Ma Y., Rajkumar M., Luo Y., Freitas H. Inoculation of endophytic bacteria on host and non-host plants-effects on plant growth and Ni uptake // J. Hazard. Mater. 2011. V. 195. P. 230–237. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.08.034
  26. Microbes for Sustainable Development and Bioremediation / Eds. R. Chandra, R.C. Sobti. Boca Raton: CRC Press, 2020. 386 p. https://doi.org/10.1201/9780429275876
  27. Mishra J., Singh R., Arora N.K. Alleviation of heavy metal stress in plants and remediation of soil by rhizosphere microorganisms. Mini review article. // Front. Microbiol. 2017. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01706
  28. Mishra I, Fatima T., Egamberdieva D., Arora N.K. Novel bioformulations developed from Pseudomonas putida BSP9 and its biosurfactant for growth promotion of Brassica juncea (L.) // Plants (Basel). 2020. V. 9. № 10. 1349. https://doi.org/10.3390/plants9101349
  29. Mitra D., Anđjelković S., Panneerselvam P., Chauham M., Senapati A., Vasić T., Ganeshamurthy A.N., Verma D., Arya P., Radha T.K., Jain D. Review paper: Plant growth promoting microorganisms helping in sustainable agriculture: current perspectives // Int. J. Agr. Sci. Vet. Med. 2019. V. 7. № 2. P. 50–74.
  30. 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 // Front. Agron. 2021. https://doi.org/10.3389/fagro.2021.689972
  31. Rajkumar M., Freitas H. Effects of inoculation of plant-growth promoting bacteria on Ni uptake by Indian mustard // Bioresour. Technol. 2008. V. 99. № 9. P. 3491–3498. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.07.046
  32. 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/ajps 2018.913191
  33. Tank N., Saraf M. Enhancement of plant growth and decontamination of nickel-spiked soil using PGPR // J. Basic Microbiol. 2009. V. 49. № 2. P. 195–204. https://doi.org/10.1002/jobm.200800090
  34. Ullah, A., Heng 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
  35. Wang Y., Wang S., Nan Z., Ma J., Zang F., Chen Y., Li Y., Zhang Q. Effects of Ni on the uptake and translocation of Ni and other mineral nutrition elements in mature wheat grown in sierozems from northwest of China // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2015. V. 22. № 24. P. 19756–19763. https://doi.org/10.1007/s11356-015-5153-8
  36. Zawadzka A.M., Paszczynski A.J., Crawford R.L. Transformations of toxic metals and metalloids by Pseudomonas stutzeri strain KC and its siderophore pyridine-2,6-bis (thiocarboxylic acid) // Advances in Applied Bioremediation (Soil Biology 17). Berlin: Springer-Verlag. 2009. P. 221–238. https://doi.org/10.1007/978-3-540-89621-0_12

© В.П. Шабаев, В.Е. Остроумов, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах