Biomics

При загрязнении почвы нефтью наиболее целесообразным решением проблемы ее очистки является применение биологических технологий. Известно, что различные виды растений способны поглощать из почвы загрязнители (поллютанты), концентрировать или разрушать их при помощи выделяемых корневых ферментов, особенно в симбиозе с микроорганизмами. В данной работе была проведена оценка устойчивости растений овса, ячменя, суданской травы, гороха посевного, костра безостого, овсяницы луговой, клевера лугового и ежи сборной к присутствию в почве углеводородов нефти в различных концентрациях. В лабораторных условиях выявлены особенности их реагирования на стрессовые условия. У большинства растений изученных видов обнаружено подавление прорастания и роста, снижение эвапотранспирации и изменение параметров фотосинтеза (максимальный (Fv/Fm) и эффективный (Y (II)) квантовый выход фотосистемы II и нефотохимическое тушение (NPQ)). Для каждого вида растений были выявлены особенности проявления негативного воздействия присутствия нефти в почве. Так, растения костра безостого проявляли относительно высокую способность к накоплению биомассы, но плохо прорастали, растения ячменя проявляли относительно высокую скорость роста, но затем на их листьях довольно быстро появлялись некротические пятна. Наиболее устойчивыми по всем изученным показателям проявили себя растения овса, но, тем не менее, в конце эксперимента у них наблюдали подсыхание кончиков листьев. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при загрязнении почвы нефтью подавление роста растений может быть связано, прежде всего, с нарушением водного обмена, который приводит к подавлению роста клеток побега и уменьшению площади фотоассимилирующих органов (листьев). Сравнение реакции ряда видов растений на нефтезагрязнение показало, что у каждого из них проявлялись признаки преимущественного нарушения того или иного процесса, которые могли снижать эффективность участия растений в фиторемедиации.

овѐс Avena sativa, ячмень Hordeum vulgare, суданская трава Sorghum drummondii, горох посевной Pisum sativum, костѐр безостый Bromus inermis, овсяница луговая Festuca pratensis, клевер луговой Trifolium pratense, ежа сборная Dactylis glomerata, нефтяное загрязнение, рост

1. Асабина Е.А., Четвериков С.П., Логинов О.Н. Оптимизация биосинтеза ингибиторов роста фитопатогенов бактериями рода Pseudomonas. Биотехнология. 2009. № 3. С. 67-71.

2. Логинов О.Н. Новый штамм бактерий Pseudomonas koreensis ИБ-4 как перспективный агент биологического контроля фитопатогенов. Микробиология. 2016. Т.85. № 3. С. 317-326. doi: 10.7868/S002636561603013

3. Максимов И.В., Веселова С.В., Нужная Т.В., Сарварова Е.Р., Хайруллин Р.М. Стимулирующие рост растений бактерии в регуляции устойчивости растений к стрессовым факторам. Физиология растений. 2015. Т. 62. № 6. С.763-775. doi: 10.7868/S0015330315060111

4. Четвериков С.П., Логинов О.Н. Триглицеридпептиды псевдомонад – новые агенты биологического контроля фитопатогенных грибов. Прикладная биохимия и микробиология. 2005. Т. 41. № 1. С. 90-93.

5. Afzal M., Khan Q.M., Sessitsch A. Endophytic bacteria: prospects and applications for the phytoremediation of organic pollutants. Chemosphere. 2014. V. 117. P. 232-242. doi: 10.1016/j.chemosphere.2014.06.078

6. Agbodjato N.A., Noumavo P.A., Adjanohoun A., Agbessi L., Baba-Moussa L. Synergistic effects of plant growth promoting rhizobacteria and chitosan on in vitro seeds germination, greenhouse growth, and nutrient uptake of maize (Zea mays L.). Biotechnology Research International Volume. 2016. Article ID 7830182, doi:10.1155/2016/7830182

7. Arellano P., Tansey K., Balzter H., Boyd D.S. Field spectroscopy and radiative transfer modelling to assess impacts of petroleum pollution on biophysical and biochemical parameters of the Amazon rainforest. Environ. Earth Sci. 2017. V. 76. P. 217. doi: 10.1007/s12665-017-6536-6

8. Chowdhury S.P., Hartmann A., Gao X-W., Borriss R. Biocontrol mechanism by root-associated Bacillus amyloliquefaciens FZB42. Front. Microbiol. 2015. V. 6. P. 780. doi: 10.3389/fmicb.2015.00780

9. Duca D., Lory J., Patten C.L., Rose D., Glick B.R. Indole-3-acetic acid in plant-microbe interactions. Antonie Van Leeuwenhoek. 2014. V. 106(1). P. 85-125. doi: 10.1007/s10482-013-0095-y

10. Ertekin O., Erol C., Unlu S., Yildizhan Y., Pelitli V., Yuksel B., Memon A. Aliphatic hydrocarbon fingerprints in Trifolium spp. Fresenius Environ Bull. 2011. V. 20. P. 367–371.

11. Fan S., Li P., Gong Z., Ren W., He N. Promotion of pyrene degradation in rhizosphere of alfalfa (Medicago  sativa L.). Chemosphere. 2008. V. 71. P. 1593–1598. doi: 10.1016/j.chemosphere.2007.10.068

12. Fox C.H., O'Hara P.D., Bertazzon S., Morgan K., Underwood F.E., Paquet P.C. A preliminary spatial assessment of risk: Marine birds and chronic oil pollution on Canada's pacific coast. Sci. Total Environ. 2016. V. 573. P. 799-809. doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.08.145

13. Gkorezis P., Daghio M., Franzetti A., Van Hamme J.D., Sillen W., Vangronsveld J. The interaction between plants and bacteria in the remediation of petroleum hydrocarbons: An environmental perspective. Front Microbiol. 2016. V. 21(7). P. 1836. doi: 10.3389/fmicb.2016.01836

14. Han G., Cui B. X., Zhang X.X., Li K. R. The effects of petroleum-contaminated soil on photosynthesis of Amorpha fruticosa seedlings. Int. J. Environ. Sci. Technol. 2016. V.13. P. 2383 –2392. doi: 10.1007/s13762-016-1071-7

15. Ijaz A., Imran A., Haq M.A., Khan Q.M., Afzal M. Phytoremediation: Recent advances in plant-endophytic synergistic interactions. Plant and Soil. 2015. V. 405(1-2). Р. 179-195. doi: 10.1007/s11104-015-2606-2

16. Kamath R., Rentz J.A., Schnoor J.L., Alvarez P.J.J. Phytoremediation of hydrocarbon-contaminated soils: principles and applications. Studies in Surface Science and Catalysis. 2004. V. 151. P. 447-478. doi: 10.1016/S0167-2991(04)80157-5

17. Khan S., Afzal M., Iqbal S., Khan Q.M. Plant-bacteria partnerships for the remediation of hydrocarbon contaminated soils. Chemosphere. 2013. V. 90 P.1317-32. doi: 10.1016/j.chemosphere.2012.09.045

18. Khoramnejadian S., Matinfar F., Khoramnejadian S. Phytoremediation of petroleum hydrocarbons by native plants of Damavand region. Global Journal of Medicinal Plant Research. 2013. V. 1(1). P. 8-11.

19. 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. V. 7. P. 1-15. doi: 10.7603/s40682-016-0001-1

20. Kudoyarova G.R., Vysotskaya L.B., Arkhipova T.N., Kuzmina L.Yu, Galimsyanova N.F., Sidorova L.V., Gabbasova I.M., Melentiev A.I., Veselov S.Yu. Effect of auxin producing and phosphate solubilizing bacteria on mobility of soil phosphorus, growth rate, and P acquisition by wheat plants. Acta Physiol Plant. 2017 V. 39. P. 253. doi: 10.1007/s11738-017-2556-9

21. Kudoyarova G.R., Dodd I.C., Veselov D.S., Rothwell S.A., Veselov S.Y. Common and specific responses to availability of mineral nutrients and water. Journal of Experimental Botany. 2015. V. 66. P. 2133-2144. doi: 10.1093/jxb/erv017

22. Mesa-Marín J., Del-Saz N.F., Rodríguez-Llorente I.D., Redondo-Gómez S., Pajuelo E., Ribas-Carbó M., MateosNaranjo E. PGPR reduce root respiration and oxidative stress enhancing Spartina maritima root growth and heavy metal rhizoaccumulation. Front Plant Sci. 2018. V. 9. P.1500. doi: 10.3389/fpls.2018.01500

23. Muratova A.Y., Dmitrieva T.V., Panchenko L.V., Turkovskaya O.V. Phytoremediation of oil-sludgecontaminated soil. Int. J. Phytoremediation. 2008. V. 10(6). P. 486-502. doi: 10.1080/15226510802114920

24. Muratova A., Dubrovskaya E., Golubev S., Grinev V. Chernyshova M., Turkovskaya O. The coupling of the plant and microbial catabolisms of phenanthrene in the rhizosphere of Medicago sativa. J. Plant Physiol. 2015. V. 188. P. 1-8. doi: 10.1016/j.jplph.2015.07.014

25. Murchie E.H., Lawson T. Chlorophyll fluorescence analysis: a guide to good practice and understanding some new applications. J Exp Bot. 2013. V. 64. P. 3983-98. doi: 10.1093/jxb/ert208

26. Panhwar Q.A., Naher U.A., Jusop S., Othman R., Latif Md.A., Ismail M.R. Biochemical and molecular characterization of potential phosphate-solubilizing bacteria in acid sulfate soil and their beneficial effects on rice growth. PLoS One. 2014. V. 9. № 10. doi: 10.1371/journal.pone.0097241

27. Salomon M.V., Bottini R., de Souza Filho G.A., Cohen A.C., Moreno D., Gil M., Piccoli P. Bacteria isolated from roots and rhizosphere of Vitis vinifera retard water losses, induce abscisic acid accumulation and synthesis of defense-related terpenes in in vitro cultured grapevine. Physiol. Plant. 2014. V. 151. P.359-374. doi: 10.1111/ppl.1211

28.Shtangeeva I., Perämäki P., Niemelä M., Kurashov E., Krylova Y. Potential of wheat (Triticum aestivum L.) and pea (Pisum sativum) for remediation of soils contaminated with bromides and PAHs. Int. J. Phytoremediation. 2018. V. 20(6). P.560-566. doi: 10.1080/15226514.2017.1405375

29. Soleimani M., Afyuni M., Hajabbasi M.A., Nourbakhsh F., Sabzalian M.R., Christensen J.H. Phytoremediation of an aged petroleum contaminated soil using endophyte infected and non-infected grasses. Chemosphere. 2010. V. 81(9). P. 1084-1090. doi: 10.1016/j.chemosphere.2010.09.034

30. Van Dam N.M., Weinhold A., Garbeva P. Calling in the dark: The role of volatiles for communication in the rhizosphere. In: Blande J., Glinwood R. (Еds.) Deciphering Chemical Language of Plant Communication. Signaling and Communication in Plants. Springer, Cham. 2016. Р. 175-210. doi: 10.1007/978-3-319-33498-1_8

31. Varjani, S.J., Gnansounou E., Gurunathan B., Pant D., Zakaria Z. Polycyclic aromatic hydrocarbons from petroleum oil industry activities: effect on human health and their biodegradation. In: Varjani S., Gnansounou E., Gurunathan B., Pant D., Zakaria Z. (eds) Waste bioremediation. Energy, environment and sustainability. Springer, Singapore. 2018. P. 185-199. doi: 10.1007/978-981-10-7413-4_9

32. Wang W.H., Chen J., Liu T.W., Chen J., Han A.D., Simon M., Dong X.J., He J.X., Zheng H.L. Regulation of the calcium-sensing receptor in both stomatal movement and photosynthetic electron transport is crucial for water use efficiency and drought tolerance in Arabidopsis. J Exp Bot. 2014. V.65. P. 223-34. doi: 10.1093/jxb/ert362

33. Xu J.G., Johnson R.L. Nitrogen dynamics in soils with different hydrocarbon contents planted to barley and field pea. Can. J. Soil Sci. 1997. V.77 P. 453-458. doi: 10.4141/S96-046

34. Zhang H., Xie X., Kim M-S, Kornyeyev D.A., Holaday S., Pare P.W. Soil bacteria augment Arabidopsis photosynthesis by decreasing glucose sensing and abscisic acid levels in planta. The Plant Journal. 2008. V. 56. P. 264–273. doi: 10.1111/j.1365-313X.2008.03593.x

35. Zulfugarov I.S., Tovuu A, Eu Y-J, Dogsom B., Poudyal RS, Krishna K., Hall M, Banerjee M, Yoon U.C., Moon Y-H, An G., Jansson S., Lee C-H. Production of superoxide from Photosystem II in a rice (Oryza sativa L.) mutant lacking PsbS. BMC Plant Biology. 2014. V. 14. P.242. doi: 10.1186/s12870-014-0242-2