Response of the rhizosphere microbial community of phytoremediation plants to oil pollution and the application of biopreparations

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The present study aims to evaluate microbiological activity in the rhizosphere of plants growing under oil pollution conditions and in the presence of biopreparations having a different spectrum of action. Common sunflower (Helianthus annuus L.) and crested wheatgrass (Agropyron cristatum L.) were selected as phytoremediation plants. The soil was treated with the hydrocarbon-oxidizing preparation “Lenoil” and two preparations of nonspecific action having a growth-stimulating effect: “Elena” and “Azolen”. A soil pollutant concentration of 4% was selected for conducting plant-based bioremediation. The study showed a slight increase in the total microbial count and the microscopic fungi count in the rhizosphere of plants due to pollution, while indicating a decrease in the count of amino-autotrophs and cellulolytics. The introduction of non-specific biopreparations into the soil promoted the growth of destructive microorganisms despite the fact that microorganisms in the preparations are not designed for soil detoxification and decontamination. Under the effect of biopreparations, the rhizosphere of sunflower and wheatgrass plants exhibited an increase or stabilization of microbiological activity, which may indicate their positive effect on microbiological processes occurring in contaminated soil. The rhizosphere of Agropyron cristatum L. plants generally provided a more favorable environment for the development of such groups of bacteria as amino-autotrophs, cellulolytics, micromycetes, and hydrocarbon-oxidizing bacteria. Of the studied variants of soil treatment with biopreparations for phytoremediation purposes, it is recommended to combine the application of the “Lenoil” biopreparation and the planting of phytoremediation plants in oil-contaminated soil.

About the authors

A. S. Grigoriadi

Ufa University of Science and Technology

Email: GrigoriadiAS@uust.ru

N. V. Zobkova

Orenburg State Medical University

Email: zobkova_natali@mail.ru

Yu. M. Sotnikova

Ufa University of Science and Technology

Email: bashedu@mail.ru

A. A. Yamaleeva

Ufa University of Science and Technology

Email: frg2@mail.ru

R. G. Farkhutdinov

Ufa University of Science and Technology

Email: frg2@mail.ru

References

  1. Мелехина Е.Н., Канев В.А., Маркарова М.Ю., Надежкин С.М., Новаковский А.Б., Таскаева А.А.. Оценка состояния загрязненных нефтью экосистем Европейской Субарктики: мультидисциплинарный подход // Теоретическая и прикладная экология. 2020. N 2. С. 123–129. doi: 10.25750/1995-43012020-2-123-129. EDN: WWQBYT.
  2. Рябухина М.В., Филиппова А.В., Рябинина З.Н. Фи-томониторинг районов сбора нефти и газа со скважин Романовского месторождения Оренбургской области // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. N 6. С. 202–204. EDN: VDOOVB.
  3. Shi L., Liu Z., Yang L., Fan W. Effects of oil pollution on soil microbial diversity in the Loess hilly areas, China // Annals of Microbiology. 2022. Vol. 72. P. 26. doi: 10.1186/s13213-022-01683-7.
  4. Логинов О.Н., Силищев Н.Н., Бойко Т.Ф., Галимзянова Н.Ф. Биорекультивация: микробиологические технологии очистки нефтезагрязненных почв и техногенных отходов. М.: Наука, 2009. 111 с. EDN: QLAIWR.
  5. Коршунова Т.Ю., Четвериков С.П., Бакаева М.Д., Кузина Е.В., Рафикова Г.Ф., Четверикова Д.В.. Микроорганизмы в ликвидации последствий нефтяного загрязнения (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2019. Т. 55. N 4. С. 338–349. doi: 10.1134/S0555109919040093. EDN: HNVRQU.
  6. Wang A., Fu W., Feng Y., Liu Z., Song D. Synergetic effects of microbial-phytoremediation reshape microbial communities and improve degradation of petroleum contaminants // Journal of Hazardous Materials. 2022. Vol. 429. P. 128396. doi: 10.1016/j.jhazmat.2022.128396.
  7. Merkl N., Schultze-Kraft R., Infante С. Phytore-mediation in the tropics – influence of heavy crude oil on root morphological characteristics of graminoids // Environmental Pollution. 2005. Vol. 138, no. 1. P. 86– 91. doi: 10.1016/j.envpol.2005.02.023.
  8. Kechavarzi C., Pettersson K., Leeds-Harrison P., Ritchie L., Ledin S. Root establishment of perennial ryegrass (L. perenne) in diesel contaminated surface soil layers // Environmental Pollution. 2007. Vol. 145, no. 1. P. 68–74. doi: 10.1016/j.envpol.2006.03.039.
  9. Турковская О.В., Позднякова Н.Н., Муратова А.Ю., Дубровская Е.В., Голубев С.Н. Деградационный потенциал растений и микроорганизмов в отношении полициклических ароматических углеводородов // Биомика. 2018. Т. 10. N 2. С. 193–201. doi: 10.31301/22216197.bmcs.2018-27. EDN: XVBOHZ.
  10. Kafle A., Timilsina A., Gautam A., Adhikari K., Bhattarai A., Aryal N. Phytoremediation: mechanisms, plant selection and enhancement by natural and synthetic agents // Environmental Advances. 2022. Vol. 8. P. 100203. doi: 10.1016/j.envadv.2022.100203.
  11. Киреева Н.А., Григориади А.С., Багаутдинов Ф.Я. Фиторемедиация как способ очищения почв, загрязненных тяжелыми металлами // Теоретическая и прикладная экология. 2011. N 3. С. 4–10. EDN: OOFKOH.
  12. Деревянникова М.В. Изучение коллекции жит-няка гребневидного (Agropyron pectiniforme) по зимостойкости и энергии весеннего отрастания травостоя в условиях Ставропольского края // Сельскохозяйственный журнал. 2020. N 5. С. 30–36. doi: 10.25930/2687-1254/005.5.13.2020. EDN: XKDIKJ.
  13. Коршунова Т.Ю., Логинов О.Н. Токсикологическая оценка биопрепарата-нефтедеструктора «Ленойл»® – NORD, СХП // Токсикологический вестник. 2017. N 3. С. 58–60. doi: 10.36946/0869-79222017-3-58-60. EDN: ZAGZJT.
  14. Киреева Н.А., Рафикова Г.Ф., Галимзянова Н.Ф., Логинов О.Н., Григориади А.С., Якупова А.Б. Влияние биофунгицида Елена на комплексы микромицетов нефтезагрязненных почв различных типов при биоремедиации // Микология и фитопатология. 2010. Т. 44. N 1. С. 53–62. EDN: OIYKXZ.
  15. Угрехелидзе Д.Ш., Дурмишидзе С.В. Поступле-ние и детоксикация органических ксенобиотиков в растениях. Тбилиси: Мецниереба, 1984. 230 с.
  16. Талайбекова Г.Т., Кожобаев К.А., Токпаева Ж.К., Эсенжанова Г.К., Тотубаева Н.Э. Фитотестирование нефтезагрязненных почв с помощью фитотолерантных растений // Проблемы региональной экологии. 2019. N 2. С. 20–24. doi: 10.24411/1728-323X-201912020. EDN: MVBVAX.
  17. Da Silva Correa H., Maranho L.T. The potential association of Echinochloa polystachya (Kunth) Hitchc. with bacterial consortium for petroleum degradation in contaminated soil // SN Applied Sciences. 2021. Vol. 3. P. 80. doi: 10.1007/s42452-020-04070-6.
  18. Athar H.-R., Ambreen S., Javed M., Hina M., Ra-sul S., Zafar Z.U., et al. Influence of sub-lethal crude oil concentration on growth, water relations and photosynthetic capacity of maize (Zea mays L.) plants // Environmental Science and Pollution Research. 2016. Vol. 23. Р. 18320–18331. doi: 10.1007/s11356-016-6976-7.
  19. Сотникова Ю.М., Григориади А.С., Федяев В.В., Гарипова М.И., Фархутдинов Р.Г. Оценка влияния биопрепаратов на морфометрические и физиологические показатели растений-ремедиантов в условиях нефтяного загрязнения почв // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. 2022. N 1. С. 51–63. doi: 10.21685/23079150-2022-1-5. EDN: QYJLLE.
  20. Kitamura R.S.A., Maranho L.T. Phytoremediation of petroleum hydrocarbons-contaminated soil using Desmodium incanum DC., Fabaceae // Revista Latinoamericana de Biotecnología Ambiental y Algal. 2016. Vol. 7, no. 1. doi: 10.7603/s40682-016-0001-1.
  21. Кузина Е.В., Рафикова Г.Ф., Столярова Е.А., Логинов О.Н. Эффективность ассоциаций растений семейства бобовых и ростстимулирующих бактерий для восстановления нефтезагрязненных почв // Агрохимия. 2021. N 4. С. 87–96. doi: 10.31857/S0002188121040074. EDN: AMIIYV.
  22. Пиковский Ю.И. Природные и техногенные по-токи углеводородов в окружающей среде. М.: Изд-во МГУ, 1993. 206 с.
  23. Панасов М.Н., Денисов Е.П., Уполовников Д.А., Денисов К.Ю., Марс А.М. Житняк как эффективный фитомелиорант в сухостепном Заволжье // Нива Поволжья. 2008. N 3. С. 47–54. EDN: JSILIF.
  24. Chaudhary D.K., Bajagain R., Jeong S.-W., Kim J. Development of a bacterial consortium comprising oil-degraders and diazotrophic bacteria for elimination of exogenous nitrogen requirement in bioremediation of diesel-contaminated soil // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2019. Vol. 35. P. 99. doi: 10.1007/s11274-019-2674-1.
  25. Енкина О.В. Коробский Н.Ф. Микробиологиче-ские аспекты сохранения плодородия черноземов Кубани. Краснодар: Агропромполиграфист, 1999. 150 с.
  26. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Велигонова Н.В., Патрушева Е.В., Азнаурьян Д.К., Вальков В.Ф. Изменение комплекса почвенных микроорганизмов при загрязнении чернозема обыкновенного нефтью и нефтепродуктами // Агрохимия. 2007. N 12. С. 44– 48. EDN: IBJUID.
  27. Терехова В.А. Микромицеты в экологической оценке водных и наземных экосистем. М.: Наука, 2007. 214 с.
  28. Liu Q., Tang J., Liu X., Song B., Zhen M., Ashbolt N.J. Vertical response of microbial community and degrading genes to petroleum hydrocarbon contamination in saline alkaline soil // Journal of Environmental Sciences. 2019. Vol. 81. P. 80–92. doi: 10.1016/j.jes.2019.02.001.
  29. Wasen A.-A.A. Biodegradation and phytotoxicity of crude oil hydrocarbons in an agricultural soil // Chilean Journal of Agricultural Research. 2019. Vol. 79. Iss. 2. P. 266–277. doi: 10.4067/S0718-58392019000200266.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».