ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Цель нашего исследования – оценить потенциал почвенного прокариотного сообщества к разложению пестицидов из разных целевых групп и химических классов.
The project is aimed at solving the fundamental scientific problem of modern ecology, agriculture and soil science, associated with the identification of the role of soil microbiocenosis in the processes of pesticide mineralization. According to monitoring carried out in the EU in 2015, more than 80% of agricultural land contains residues of pesticides and their decay products (Silva V. et al., 2019). In the Russian Federation, the soils of agricultural regions are contaminated with two or three pesticides at the same time (Yearbook, 2019). In this regard, a priority direction for the development of rational nature management is the search for ways to remediate such territories and reduce the negative impact of chemical plant protection products, in particular, the creation of biopesticides, the development of drugs with low toxicity for non-target organisms. One of the types of remediation is bioremediation, i.e. using the metabolic potential of living organisms to restore disturbed areas. Microorganisms play a key role in the biodegradation of pollutants. It is the microbocenosis that forms the ecological resistance of soils to anthropogenic environmental factors (Gianfreda, L. et al .., 2008; Singh, N. et al .., 2010; Álvarez-Martín et al .., 2016). The use of microorganisms for remediation of areas contaminated with pesticides has a number of advantages: safety for the environment (in situ activation of the destructive potential of the aboriginal microbial complex of the soil), low cost of remediation, absence of toxic decay products and, consequently, the absence of secondary soil contamination. Analysis of the literature showed that most of the research in this area is devoted to the study of the biodegradation of a particular pesticide. For example, the process of microbial decomposition was studied in detail and bacteria-destructors of such pesticides as 2,4-D, prometrine, DDT, glyphosate, HCCH, MCPA were isolated (Sviridov AV et al .., 2015, Vasnetsova E.V. et al., 2016, Ignatovets O.S. et al., 2018,). However, the effectiveness of the isolated strains in the degradation of several pesticides at the same time has not been practically investigated (Rahman M.A. et al .., 2018, Khatun M.A. et al .., 2018). Moreover, as noted by Jeffries T.C., modern ecogenomic technologies, including methods of molecular genetic analysis, should be used to reveal the mechanisms of biodegradation of pesticides and assess the destructive potential of the prokaryotic community (Jeffries T.C. et al., 2018).
В рамках реализации проекта с помощью новейших методов молекулярно-генетического анализа будет оценено влияние имидаклоприда (инсектицида), беномила (фунгицида) и метрибузина (гербицида) на структуру прокариотного сообщества агродерново-подзолистой почвы при системном применении этих пестицидов. По итогам модельного эксперимента будут выделены и идентифицированы штаммы бактерий, способные производить разложение более чем одного действующего вещества пестицидов in situ. Будет определена ферментативная активность бактерий-деструкторов пестицидов. Это позволит сделать вывод о роли бактериальных ферментов в процессе биодеградации пестицидов. На основе полученных результатов будет оценен потенциал прокариотного сообщества агродерново-подзолистой почвы к разложению пестицидов из разных целевых групп (инсектицид, фунгицид и гербицид). Будут разработаны рекомендации по созданию биопрепарата для ремедиации почв, загрязненных несколькими пестицидами. Также запланировано патентование выделенных штаммов универсальных бактерий-деструкторов. По итогам исследования будет опубликована статья в журнале WoS.
грант Президента РФ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Влияние имидаклоприда, беномила, метрибузина, как в смеси, так и по отдельности, на почвенные прокариотные сообщества in situ |
Результаты этапа: Среди культивируемых прокариотных сообществ, выделенных практически из всех исследуемых образцов, представители родов Paenarthrobacter sp., Arthrobacter sp., Bacillus sp. и видов Microbacterium maritypicum, Bacillus acidiceler, Streptomyces pratensis, Arthrobacter agilis, Streptomyces violaceolatus, Streptomyces violaceoruber, Bacillus pseudomycoides, Leucobacter komagatae были доминантными. Полученные результаты согласуются с литературными данными. Во многих работах показана высокая эффективность биоразложения форсфорорганических и пиретроидных пестицидов штаммами бактерий родов Bacillus sp. Pseudomonas sp. и Arthrobacter sp., выделенными из почвы, хронически загрязненной этими пестицидами (Третьякова С. Э., 2013, Васнецова Е. В., 2016, Sharma A. et al., 2016, Kumar S. et al., 2018). Из образцов с добавлением гербицида Лазурита, СП (700 г/кг метрибузина) в рекомендованной норме применения выделены в чистую культуру бактерии родов Stenotrophomonas sp., Serratia sp. и Yersinia sp. При этом представители рода Stenotrophomonas sp. активно развивались в присутствии как фунгицида Бенорад, СП (500 г/кг беномила) в рекомендованной норме применения, так и в 10-кратной норме применения смеси из трех пестицидов. Штаммы бактерий, проявившие способность развиваться in vitro в присутствии пестицида в качестве единственного источника углерода, также принадлежали к родам Stenotrophomonas sp., Yersinia sp., Serratia sp. При этом представители рода Stenotrophomonas sp. способны к росту на среде с фунгицидом Бенорад, СП (500 г/кг беномила), с инсектицидом Танрек, ВРК (200 г/л имидаклоприда) и с тремя пестицидами одновременно в качестве единственного источника углерода. Бактерии родов Yersinia sp. и Serratia sp. росли только на среде со смесью из трех пестицидов. Таким образом выделенные штаммы бактерий Stenotrophomonas sp., Yersinia sp., Serratia sp. обладают уникальной способностью к разложению неоникотиноидов (имидаклоприд), бензимидазолов (беномил) и триазинонов (метрибузин). Бактерии рода Stenotrophomonas sp. и Serratia sp. являются деструкторами также и многих форсфорорганических пестицидов (диазинон, паратион, паратион-метил, этион, хлорпирифос, метидатион) (Li, C., Lan, Y., Zhang, J. et al., 2013, Kumar S. et al, 2018). Более того, выделенный в нашем эксперименте комплекс бактерий в целом совпадает с консорциумом штаммов-деструкторов тетрахлорвинфоса Stenotrophomonas malthophilia, Proteus vulgaris, Vibrio metschinkouii, Serratia ficaria, Serratia spp. и Yersinia enterocolitica. Перечисленные штаммы были получены из аборигенного прокариотного сообщества сельскохозяйственных почв, загрязненных фосфорорганическими пестицидами (Ortiz-Hernández M. et al., 2010). | ||
2 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Разработка рекомендаций по созданию биопрепарата для ремедиации почв, загрязненных пестицидами |
Результаты этапа: В отчетном периоде для обнаружения бактерий-деструкторов пестицидов из разных химических классов (неоникотиноиды, бензимидазолы, триазиноны) использовали как классические методы почвенной микробиологии (метод прямого посева почвенных суспензий на питательные среды, техника накопительных культур), так и современные методы молекулярно-генетического анализа. Всего из исследованной почвы при различных условиях было выделено и протестировано на способность к деструкции пестицидов in vitro 576 морфотипов культивируемых бактерий. Наибольшее разнообразие бактерий было выделено из накопительных культур, содержащих 100-кратную норму применения пестицида (192 культуры). Минимальное разнообразие культивируемых бактерий было выявлено в накопительных культурах, содержащих пестициды в 1-кратной норме применения (72 культуры). Подавляющее большинство изолятов, полученное из накопительных культур с данной концентрацией пестицидов, являлось представителями рода Bacillus. Из накопительных культур, содержащих 10- и 100-кратные нормы применения пестицидов, разнообразие культивируемых бактерий значительно выше: преобладали представители филума Actinomycetota (рода Arthrobacter, Rhodococcus, Micrococcus, Micromonospora, Streptomyces, Georgenia, Agrococcus, Cellulomonas); группой среднего обилия являлись представители филума Pseudomonadota (рода Pseudomonas, Rhizobium, Xanthomonas, Serratia) и Bacteriodota (Flavobacterium, Cytophaga); представители филума Bacillota являлись минорными компонентами и были представлены родами Bacillus и Planococcus. Рост на средах, содержащих только пестициды в качестве основного источника углерода, наблюдался крайне редко: обнаружены 2 штамма бактерий рода Streptomyces, способные к росту на среде, содержащей в качестве единственного источника углерода 10-кратную норму применения исследуемых пестицидов. К стабильному росту на средах, содержащих пестициды в 10- и 100-кратной норме применения и глюкозу в концентрации 10 мг/л, способны 12 изолятов бактерий родов Micrococcus, Rhodococcus и Chryseobacterium. Данные штаммы способны к росту как в вариантах с внесением пестицидов по отдельности, так и на смеси трёх препаратов одновременно. Однако, для их развития необходимо присутствие в среде небольшого количества альтернативных легкодоступных источников углерода (глюкозы). |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".