Сравнительное исследование ризосферной микрофлоры культиваров подсолнечника – Helianthus annuus (Asteráceae, Magnoliópsida), выращенных на почвах с техногенными полиэлементными аномалиями

В лабораторном вегетационном эксперименте на почвах с техногенными полиэлементными аномалиями и контрольной почве фоновой зоны были выращены два мутантных культивара подсолнечника (Helianthus annuus cv. r2p2 и Helianthus annuus cv. r5n1) и проведен сравнительный анализ их ризосферной микрофлоры. В ходе работы в ризосфере подсолнечников оценивали численность почвенных бактерий, актиномицетов и микромицетов, а также численность ризосферных микроорганизмов, устойчивых к ионам Zn2+, Pb2+ и Cu2+. Были установлены количественные изменения в ризосферных микробоценозах металлтолерантных мутантных культиваров подсолнечника, формируемых под влиянием как сортового генотипа растения, так и техногенного загрязнения почвы. Обнаружена выраженная стимуляция численности ризосферных микроорганизмов всех исследованных групп при выращивании растений на техногенно загрязненной почве ПАО «Косогорский металлургический завод». При этом отмечены сортовые различия – в ризосфере H. annuus cv. r2p2 наблюдалась максимальная численность бактерий и актиномицетов, а в ризосфере H. annuus cv. r5n1 – микромицетов. Продемонстрирована повышенная численность микроорганизмов, устойчивых к ионам свинца, в ризосфере H. annuus cv. r2p2. Обнаруженные изменения в структуре ризосферных сообществ изученных сортов подсолнечника, связанные со стимуляцией роста и активности микрофлоры, могут быть востребованы в технологиях фиторемедиации техногенно загрязненной почвы.

техногенное загрязнение, тяжелые металлы, фиторемедиация, подсолнечник, ризосферные микроорганизмы

1. Битюцкий Н. П. Микроэлементы и растения. СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 1999. 230 с.

2. Временные методические рекомендации по контролю загрязнения почв : в 2 ч. / под ред. С. Г. Малахова. М. : Гидрометеоиздат, 1984. Ч. 2. 61 с.

3. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве : Гигиенические нормативы / Фед. центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. М., 2006. 15 с.

4. ГН 2.1.7.2511-09. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве : Гигиенические нормативы / Фед. центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. М., 2009. 10 с.

5. ГОСТ 26483-85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИНАО. М. : Изд-во стандартов, 1985. 5 с.

6. ГОСТ 26488-85. Почвы. Определение нитратов по методу ЦИНАО. М. : Изд-во стандартов, 1985. 7 с.

7. ГОСТ 26489-85. Почвы. Определение обменного аммония по методу ЦИНАО. М. : Изд-во стандартов, 1985. 8 с.

8. Другов Ю. С., Родин А. А. Экологические анализы при разливах нефти и нефтепродуктов : практическое руководство. М. : БИНОМ, 2017. 270 с.

9. Колесников С. И., Пономарева С. В., Казеев К. Ш., Вальков В. Ф. Ранжирование химических элементов по степени их экологической опасности для почвы // Докл. РАСХН. 2010. № 1. С. 27 – 29.

10. Колесников С. И., Попович А. А., Казеев К. Ш., Вальков В. Ф. Влияние загрязнения фтором, бором, селеном, мышьяком на биологические свойства чернозема обыкновенного // Почвоведение. 2008. № 4. С. 448 – 453.

11. Марфенина О. Е. Антропогенная экология почвенных грибов. М. : Медицина для всех, 2005. 196 с. ОСТ 4641-76.

12. Методы агрохимических анализов почв. Определение подвижных форм фосфора и калия в почвах по методу Чирикова в модификации ЦИНАО. М., 1976. 14 с.

13. ПНД Ф 16.1:2:2.2:2.3:3.64-10. Методика измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почв, грунтов, донных отложений, илов, осадков сточных вод, отходов производства и потребления гравиметрическим методом / Фед. центр анализа и оценки техногенного воздействия. М., 2010. 18 с.

14. Строганова М. Н., Агаркова М. Г. Городские почвы : опыт изучения и систематики // Почвоведение. 1992. № 7. С. 16 – 24.

15. Строганова М. Н., Мягкова А. Д., Прокофьева Т. В. Роль почв в городских экосистемах // Почвоведение. 1997. № 1. С. 96 – 101.

16. Практикум по микробиологии / под ред. А. И. Нетрусова. М. : Академия, 2005. 608 с.

17. Фокина А. И., Ашихмина Т. Я., Домрачева Л. И., Горностаева Е. А. Тяжелые металлы как фактор изменения метаболизма у микроорганизмов (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2015. № 2. С. 5 – 17.

18. Чиркин Л. А. Рентгенофлуоресцентный анализ объектов окружающей среды : учеб. пособие. Владимир : Изд-во Владим. гос. ун-та, 2009. 57 с.

19. Alaboudi K., Ahmeda B., Brodie G. Phytoremediation of Pb and Cd Contaminated Soils by Using Sunflower (Helianthus annuus) Plant // Annals of Agricultural Sciences. 2018. Vol. 63, iss. 1. P. 123 – 127. DOI: 10.1016/j.aoas.2018.05.007

20. Ashraf M. Y., Ashraf M., Mehmood K., Akhtar J., Hussain F., Arshad M. Phytoremediation of Saline Soils for Sustainable Agricultural Productivity // Plant Adaptation and Phytoremediation / eds. M. Ashraf, M. Ozturk, M. S. A. Ahmad. Dordrecht : Springer, 2010. P. 335 – 355. DOI: 10.1007/978-90-481-9370-7_15

21. Deng S., Caddell D., Yang J., Dahlen L., Washington L., Coleman-Derr D. Genome Wide Association Study Reveals Plant Loci Controlling Heritability of the Rhizosphere Microbiome // BioRxiv. 2020. P. 1 – 24. DOI: 10.1101/2020.02.21.960377

22. Dhiman S. S., Zhao X., Li J., Kim D., Kalia V. C., Kim I.-W., Kim J. Y., Lee J.-K. Metal Accumulation by Sunflower (Helianthus annuus L.) and the Efficacy of its Biomass in Enzymatic Saccharification // PLoS ONE. 2017. Vol. 12. P. e0175845. DOI: 10.1371/journal.pone.0175845

23. Govarthanan M., Mythili R., Selvankumar T., Kamala-Kannan S., Kim H. Mycophytoremediation of Arsenic- and Lead-contaminated Soils by Helianthus annuus and Wood Rot Fungi, Trichoderma sp. Isolated from Decayed Wood // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. Vol. 151. P. 279 – 284. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2018.01.020

24. Grishko V. N., Syshchikova O. V. Streptomyces Communities in Soils Polluted With Heavy Metals // Eurasian Soil Science. 2009. Vol. 42, № 2. P. 217 – 224. DOI: 10.1134/S1064229309020136

25. Hemida S. K., Omar S. A., Abdel-Mallek A. Y. Microbial Populations and Enzyme Activity in Soil Treated With Heavy Metals // Water, Air, Soil Pollution. 1997. Vol. 95, № 1 – 4. P. 13 – 22.

26. Joynt J., Bischoff M., Turco R., Konopka A., Nakatsu C. H. Microbial Community Analysis of Soils Contaminated With Lead, Chromium and Petroleum Hydrocarbons // Microbial Ecology. 2006. Vol. 51, № 2. Р. 209 – 219.

27. Kolbas A., Mench M., Herzig R., Nehnevajova E., Bes C. M. Copper Phytoextraction in Tandem With Oilseed Production Using Commercial Cultivars and Mutant Lines of Sunflower // International J. of Phytoremediation. 2011. Vol. 13. P. 55 – 76. DOI: 10.1080/15226514.2011.568536

28. Kötschau A., Büchel G., Einax J. W., von Tümpling W., Merten D. Sunflower (Helianthus annuus) : Phytoextraction Capacity for Heavy Metals on a Mining-influenced Area in Thuringia, Germany // Environmental Earth Sciences. 2014. Vol. 72, iss. 6. P. 2023 – 2031. DOI: 10.1007/s12665-014-3111-2

29. Leff J. W., Lynch R. C., Kane N. C., Fierer N. Plant Domestication and the Assembly of Bacterial and Fungal Communities Associated With Strains of the Common Sunflower, Helianthus annuus // New Phytologist. 2017. Vol. 214. P. 412 – 423. DOI: 10.1111/nph.14323

30. Lenart-Boroń A., Boroń P. The Effect of Industrial Heavy Metal Pollution on Microbial Abundance and Diversity in Soils – A Review // Environmental Risk Assessment of Soil Contamination Soil / ed. M. C. Hernandez-Soriano. Rijeka : InTech, 2014. P. 759 – 783. DOI: 10.5772/57406

31. Mench M., Dellise M., Bes C. M., Marchand L., Kolbas A., Le Coustumer Ph., Oustrière N. Phytomanagement and Remediation of Cu-contaminated Soils by High Yielding Crops at a Former Wood Preservation Site : Sunflower Biomass and Ionome // Frontiers in Ecology and Evolution. 2018. Vol. 6. Article 123. DOI: 10.3389/fevo.2018.00123

32. Mortvedt J. J. Heavy Metal Contaminants in Inorganic and Organic Fertilizers // Fertilizers and Environment / ed. C. Rodriguez-Barrueco. Dordrecht : Kluwer Academic Publishers, 1996. P. 5 – 11.

33. Nehnevajova E., Herzig R., Bourigault C´E., Bangerter S., Schwitzguebel J.-P. Stability of Enhanced Yield and Metal Uptake by Sunflower Mutants for Improved Phytoremediation // International J. of Phytoremediation. 2009. Vol. 11. P. 329 – 346. DOI: 10.1080/15226510802565394

34. Rizwan M., Ali S., Rizvi H., Rinklebe J., Tsang D. C. W., Meers E., Ok Y. S., Ishaque W. Phytomanagement of Heavy Metals in Contaminate Soils Using Sunflower – A Review // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 2016. Vol. 46. P. 1498 – 1528. DOI: 10.1080/10643389.2016.1248199

35. Schlemper T. R., Leite M. F. A., Luccheta A. R., Shimels M., Bouwmeester H. J., van Veen J. A., Kuramae E. E. Rhizobacterial Community Structure Differences Among Sorghum Cultivars in Different Growth Stages and Soils // FEMS Microbiology Ecology. 2017. Vol. 93, № 8. P. 1 – 11. DOI: 10.1093/femsec/fix096

36. Schlemper T. R., van Veen J. A., Kuramae E. E. Co-variation of Bacterial and Fungal Communities in Different Sorghum Cultivars and Growth Stages is Soil Dependent // Microbial Ecology. 2018. Vol. 76, iss. 1. P. 205 – 214. DOI: 10.1007/s00248-017-1108-6

37. Shirokikh I. G., Solov’eva E. S., Ashikhmina T. Y. Actinomycete Complexes in Soils of Industrial and Residential Zones in the City of Kirov // Eurasian Soil Science. 2014. Vol. 47, № 2. P. 89 – 95. DOI: 10.1134/S1064229313100062

38. Singh A., Prasad M. Reduction of Heavy Metal Load in Food Chain : Technology Assessment // Reviews in Environmental Science and Biotechnology. 2011. Vol. 10, № 3. P. 199 – 214. DOI: 10.1007/s11157-011-9241-z

39. Tejeda-Agredano M. C., Gallego S., Vila J., Grifoll M., Ortega-Calvo J. J., Cantos M. Influence of the Sunflower Rhizosphere on the Biodegradation of PAHs in Soil // Soil Biology and Biochemistry. 2013. Vol. 57. P. 830 – 840. DOI: 10.1016/j.soilbio.2012.08.008

40. Terekhova V. A., Shitikov V. K., Ivanova A. E., Kydralieva K. A. Assessment of the Ecological Risk of Technogenic Soil Pollution on the Basis of the Statistical Distribution of the Occurrence of Micromycete Species // Russian J. Ecology. 2017. Vol. 48, № 5. P. 417 – 424. DOI: 10.1134/S1067413617050125

41. Zhang X., Ma M., Zhenzhen W.U., Zhang Z., Gao R., Shi L. Effects of Helianthus annuus Varieties on rhizosphere Soil Enzyme Activities and Microbial Community Functional Diversity of Saline-alkali Land in Xinjiang // Acta Ecologica Sinica. 2017. Vol. 37, iss. 5. P. 1659 – 1666. DOI: 10.5846/stxb201510172095