Preview

ПОВОЛЖСКИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ

Расширенный поиск

Pseudomonas fluorescens, Bacillus megaterium и Pseudomonas putida в восстановлении техногенно нарушенных территорий Кузбасса

https://doi.org/10.35885/1684-7318-2024-4-385-398

Аннотация

Кузбасс – крупнейший регион, специализирующийся на добыче полезных ископаемых. Большинство горных разработок в регионе производится открытым методом, который является наиболее безопасным и эффективным, однако способствует образованию значительного количества техногенно нарушенных почв. Для формирования плодородного слоя почв и растительного покрова рационально совместное использование микроорганизмов в совокупности с растениями. Известно, что микроорганизмы способны интенсифицировать рост растений за счет улучшения их питания, синтеза ростостимулирующих веществ, защиты от фитопатогенов. При этом наибольшие ростостимулирующие свойства отмечены для представителей рода Pseudomonas и Bacillus. В свою очередь, некоторые растения, в частности житняк гребневидный (Agropyron cristatum (L.) Gaertn.), формируют устойчивый травостой и участвуют в образовании поверхностного горизонта почв (дернины). Цель исследования: изучить перспективы совместного использования Pseudomonas fluorescens B-4252, Bacillus megaterium B-3778, Pseudomonas putida B-2950 и житняка гребневидного для повышения плодородия и формирования устойчивого растительного покрова на техногенно нарушенных почвах Кузбасса. Установлено, что изучаемые штаммы способны продуцировать синильную кислоту, фитогормоны, а также осуществлять солюбилизацию фосфора и фиксацию азота. При этом штаммы и консорциумы на их основе улучшают рост житняка в лабораторных условиях. Обработка семян данными микроорганизмами способствует повышению всхожести и скорости роста житняка. Так, всхожесть семян при обработке консорциумом № 2 составила 94%, что на 12% больше по сравнению с контролем (без обработки). Средняя длина ростков при данном варианте обработки составила 56 мм, что превышает контрольные показатели на 43%. За счет описанных качеств консорциум может стать эффективным агентом, ускоряющим восстановление техноземов Кузбасса. 

Об авторах

Л. К. Асякина
Кемеровский государственный университет
Россия

Асякина Людмила Константиновна

650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6 



Е. Е. Бородина
Кемеровский государственный университет
Россия

Бородина Екатерина Евгеньевна, Лаборатория фиторемедиации техногенно нарушенных экосистем 

650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6 



Н. В. Фотина
Кемеровский государственный университет
Россия

Фотина Наталья Вячеславовна

650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6 



О. А. Неверова
Кемеровский государственный университет
Россия

Неверова Ольга Александровна

650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6 



И. С. Милентьева
Кемеровский государственный университет
Россия

Милентьева Ирина Сергеевна

650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6 



Список литературы

1. Abd El-Rahman A., Shaheen H., Abd-El-Aziz R., Ibrahim D. Influence of hydrogen cyanideproducing rhizobacteria in controlling the crown gall and root-knot nematode, Meloidogyne incognita. Egyptian Journal of Biological Pest Control, 2019, vol. 29, article no. 41. https://doi.org/10.1186/s41938-019-0143-7

2. Abdenaceur R., Farida B. T., Mourad D., Rima H., Zahia O., Fatma S. H. Effective biofertilizer Trichoderma spp. isolates with enzymatic activity and metabolites enhancing plant growth. International Microbiology, 2022, vol. 25, iss. 4, pp. 817–829. https://doi.org/10.1007/s10123-022-00263-8

3. Ahirwal J., Maiti S. K., Singh A. K. Changes in ecosystem carbon pool and soil CO2 flux following post-mine reclamation in dry tropical environment, India. Science of The Total Environment, 2017, vol. 583, pp. 153–162. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.01.043

4. Aloo B. N., Makumba B. A., Mbega E. R. The potential of Bacilli rhizobacteria for sustainable crop production and environmental sustainability. Microbiological Research, 2019, vol. 219, pp. 26– 39. https://doi.org/10.1016/j.micres.2018.10.011

5. Asyakina L. K., Vorob'eva E. E., Proskuryakova L. A., Zharko M. Yu. Evaluating extremophilic microorganisms in industrial regions. Foods and Raw Materials, 2023a, vol. 11, iss. 1, pp. 162–171. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2023-1-556

6. Asyakina L. K., Serazetdinova Yu. R., Frolova A. S., Fotina N. V., Neverova O. A., Petrov A. N. Antagonistic activity of extremophilic bacteria against phytopathogens in agricultural crops. Food Processing: Techniques and Technology, 2023b, vol. 53, no. 3, pp. 565–575. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2023-3-2457

7. Atuchin V. V., Asyakina L. K., Serazetdinova Y. R., Frolova A. S., Velichkovich N. S., Prosekov A. Y. Microorganisms for bioremediation of soils contaminated with heavy metals. Microorganisms, 2023, vol. 11, iss. 3, article no. 864. https://doi.org/10.3390/microorganisms11040864

8. Backer R., Rokem 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. Frontiers in Plant Science, 2018, vol. 9, article no. 1473. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01473

9. Bhatt K., Maheshwari D. K. Bacillus megaterium strain CDK25, a novel plant growth promoting bacterium enhances proximate chemical and nutritional composition of Capsicum annuum L.

10. Frontiers in Plant Science, 2020, vol. 11, article no. 1147. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.01147

11. Drozdova M. Yu., Pozdnyakova A. V., Osintseva M. A., Burova N. V., Minina V. I. The microorganism-plant system for remediation of soil exposed to coal mining. Foods and Raw Materials,

12. , vol. 9, iss. 2, pp. 406–418. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-2-406-418

13. Efe D. Potential plant growth-promoting bacteria with heavy metal resistance. Current Microbiology, 2020, vol. 77, iss. 12, pp. 3861–3868. https://doi.org/10.1007/s00284-020-02208-8

14. Frolova A. S., Pereverzeva M. K., Asyakina L. K., Golubtsova Yu. V., Osintseva M. A. Enzymative activity of technogenic surface formations of Kuzbass. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka, 2022, vol. 23, no. 4, pp. 538–547 (in Russian). https://doi.org/10.30766/2072-9081.2022.23.4.538-547

15. Höfte M. The use of Pseudomonas spp. as bacterial biocontrol agents to control plant disease. In: Microbial Bioprotectants for Plant Disease Management. Cambridge, Burleigh Dodds Science Publ., 2021, pp. 2–74. https://doi.org/10.19103/AS.2021.0093.11

16. Irkitova A. N., Kagan Ja. R., Sokolova G. G. Comparative analysis of the methods to define antagonistic activity of lactic bacteria. Izvestiya of Altai State University, 2012, no. 3, pp. 41–44 (in Russian).

17. Joshi A., Chitanand M. Complete genome sequence of plant growth promoting Pseudomonas aeruginosa AJ D 2 an isolate from monocropic cotton rhizosphere. Genomics, 2020, vol. 112, article no. 1318. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2019.07.022

18. Joshi D., Chandra R., Suyal D. C., Kumar S., Goel R. Impacts of bioinoculants Pseudomonas jesenii MP1 and Rhodococcus qingshengii S10107 on Chickpea (Cicer arietinum L.) yield and soil nitrogen status. Pedosphere, 2019, vol. 29, iss. 3, pp. 388–399. https://doi.org/10.1016/S10020160(19)60807-6

19. Kaur J., Mudgal G., Chand K., Singh G. B., Perveen K., Bukhari N. A., Debnath S., Mohan T. C., Charukesi R., Singh G. An exopolysaccharide-producing novel Agrobacterium pusense strain JAS1 isolated from snake plant enhances plant growth and soil water retention. Scientific Reports, 2022, vol. 12, iss. 1, article no. 21330. https://doi.org/10.1038/s41598-022-25225-y

20. Kostenkov N. M., Oznobikhin V. I. Environmental aspects of soil recultivation in the Sakhalin project pipeline systems. Bulliten KrasSAU, 2011, no. 10, pp. 23–28 (in Russian).

21. Kumar A., Das S. K., Nainegali L., Reddy K. R. Phytostabilization of coalmine overburden waste rock dump slopes: Current status, challenges, and perspectives. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2023, vol. 82, article no. 130. https://doi.org/10.1007/s10064-023-03159-7

22. Li H. B., Singh R. K., Singh P., Song Q. Q., Xing Y. X., Yang L. T., Li Y. R. Genetic diversity of nitrogen-fixing and plant growth promoting Pseudomonas species isolated from sugarcane rhizosphere. Frontiers in Microbiology, 2017, vol. 8, article no. 1268. https://doi.org/10.3389/ fmicb.2017.01268

23. Mahar А., Wang Р., Ali А., Awasthi М. K., Lahori A. H., Wang Q., Li R., Zhang Z. Challenges and opportunities in the phytoremediation of heavy metals contaminated soils: A review. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2016, vol. 126, pp. 111–121. https://doi.org/10.1016/ j.ecoenv.2015.12.023

24. Mendis H. C., Thomas V. P., Schwientek P., Salamzade R., Chien J.-T., Waidyarathne P., Kloepper J., de La Fuente L. Strain-specific quantification of root colonization by plant growth promoting rhizobacteria Bacillus firmus I-1582 and Bacillus amyloliquefaciens QST713 in nonsterile soil and field conditions. PLoS ONE, 2018, vol. 13, iss. 2, article no. e0193119. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0193119

25. Milentyeva I. S., Fotina N. V., Zharko M. Yu., Proskuryakova L. A. Microbial treatment and oxidative stress in agricultural plants. Food Processing: Techniques and Technology, 2022, vol. 52, no. 4, pp. 750–761 (in Russian). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-4-2403

26. Mishra J., Mishra I., Arora N. K. 2,4-Diacetylphloroglucinol producing Pseudomonas fluorescens JM-1 for management of ear rot disease caused by Fusarium moniliforme in Zea mays L.

27. Biotech, 2022, vol. 12, iss. 6, article no. 138. https://doi.org/10.1007/s13205-022-03201-7

28. Nascimento F. X., Hernández A. G., Glick B. R., Rossi M. J. Plant growth-promoting activities and genomic analysis of the stress-resistant Bacillus megaterium STB1, a bacterium of agricultural and biotechnological interest. Biotechnology Reports, 2020, vol. 25, article no. e00406. https://doi.org/10.1016/j.btre.2019.e00406

29. Ogale S., Yadav K. S., Navale S. Screening of endophytic bacteria from the pharmacologically important medicinal plant Gloriosa superba for their multiple plant growth promoting properties. Journal of Pharmaceutical Innovation, 2018, vol. 7, iss. 1, pp. 208–214.

30. Ortiz-Castro R., Campos-García J., López-Bucio J. Pseudomonas putida and Pseudomonas fluorescens influence arabidopsis root system architecture through an auxin response mediated by bioactive cyclodipeptides. Journal of Plant Growth Regulation, 2020, vol. 39, iss. 1, pp. 254–265. https://doi.org/10.1007/s00344-019-09979-w

31. Osintseva M. A., Melentyeva I. S., Golubtsova Yu. V. Physico-chemical analysis of the soil cover of technogenically disturbed territories of Kuzbass. Sustainable Development of Mountain Territories, 2022, vol. 14, no. 2, pp. 252–262 (in Russian). https://doi.org/10.21177/1998-4502-202214-2-252-262

32. Patten C. L., Glick B. R. Role of Pseudomonas putida indoleacetic acid in development of the host plant root system. Applied and Environmental Microbiology, 2002, vol. 68, iss. 8, pp. 3795–3801. https://doi.org/10.1128/AEM.68.8.3795-3801.2002

33. Podurets O. I., Osintseva M. A. Ecological aspect of the development of soil-forming processes at the post-technogenic stage. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, vol. 937, article no. 022008. https://doi.org/10.1088/1755-1315/937/2/022008

34. Qi L., Sun S., Gao K., Ren W., Liu Y., Chen Z., Yuan X. Effect of reclamation years on soil physical, chemical, bacterial, and fungal community compositions in an open-pit coal mine dump in grassland area of Inner Mongolia, China. Land Degradation & Development, 2023, vol. 34, iss. 12, pp. 3568–3580. https://doi.org/10.1002/ldr.4703

35. Rahal A. Gh., Zaghloul R. A., Neweigy N. A., Hanafy E. A., El-Meihy R. M. Effect of carbon source and precursors on the production of plant growth regulators by Azotobacter chroococcum (R19) and Bacillus megaterium var. phosphaticum (R44). Egyptian Journal of Microbiology, 2010, vol. 13, special iss., pp. 45–61.

36. Rodríguez M., Torres M., Blanco L., Béjar V., Sampedro I., Llamas I. Plant growthpromoting activity and quorum quenching-mediated biocontrol of bacterial phytopathogens by Pseudomonas segetis strain P6. Scientific Reports, 2020, vol. 10, article no. 4121. https://doi.org/10.1038/s41598-020-61084-1

37. Sah S., Singh R. Phylogenetical coherence of Pseudomonas in unexplored soils of Himalayan region. 3 Biotech, 2016, vol. 6, article no. 170. https://doi.org/10.1007/s13205-016-0493-8

38. Sandilya S. P., Bhuyan P. M., Gogoi D. K., Kardong D. Phosphorus solubilization and plant growth promotion ability of rhizobacteria of R. communis L growing in Assam, India. Proceedings of the National Academy of Sciences, India, Section B: Biological Sciences, 2018, vol. 88, iss. 3, pp. 959–966. https://doi.org/10.1007/s40011-016-0833-9

39. Sepehri M., Khatabi B. Combination of siderophore-producing bacteria and piriformospora indica provides an efficient approach to improve cadmium tolerance in alfalfa. Microbial Ecology, 2021, vol. 81, iss. 3, pp. 717–730. https://doi.org/10.1007/s00248-020-01629-z

40. Subhasmita M., Radheshyam Y., Wusirika R. Bacillus subtilis impact on plant growth, soil health and environment: Dr. Jekyll and Mr. Hyde. Journal of Applied Microbiology, 2022, vol. 132, iss. 5, pp. 3543–3562. https://doi.org/10.1111/jam.15480

41. Swain M. R., Laxminarayana K., Ray R. C. Phosphorus solubilization by thermotolerant Bacillus subtilis isolated from cow dung microflora. Agricultural Research, 2012, vol. 1, iss. 3, pp. 273–279. https://doi.org/10.1007/s40003-012-0022-x

42. Syed A., Elgorban A. M., Bahkali A. H., Eswaramoorthy R., Iqbal R. K., Danish S. Metaltolerant and siderophore producing Pseudomonas fluorescence and Trichoderma spp. improved the growth, biochemical features and yield attributes of chickpea by lowering Cd uptake. Scientific

43. Reports, 2023, vol. 13, iss. 1, article no. 4471. https://doi.org/10.1038/s41598-023-31330-3

44. Verma P., Yadav A. N., Khannam K. S., Mishra S., Kumar S., Saxena A. K., Suman A. Appraisal of diversity and functional attributes of thermotolerant wheat associated bacteria from the peninsular zone of India. Saudi Journal of Biological Sciences, 2019, vol. 26, iss. 7, pp. 1882–

45. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2016.01.042

46. Wang K., Bi Y., Cao Y., Peng S., Christie P., Ma S., Zhang J., Xie L. Shifts in composition and function of soil fungal communities and edaphic properties during the reclamation chronosequence of an open-cast coal mining dump. Science of The Total Environment, 2021, vol. 767, article no. 144465. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.144465

47. Wu Y., Xiao S., Qi J., Gong Y., Li K. Pseudomonas fluorescens BsEB-1: An endophytic bacterium isolated from the root of Bletilla striata that can promote its growth. Plant Signaling & Behavior, 2022, vol. 17, no. 1, article no. 2100626. https://doi.org/10.1080/15592324.2022.2100626

48. Zhang L., Chen W., Jiang Q., Fei Z., Xiao M. Genome analysis of plant growth-promoting rhizobacterium Pseudomonas chlororaphis subsp. aurantiaca JD37 and insights from comparasion of genomics with three Pseudomonas strains. Microbiological Research, 2020, vol. 237, article no. 126483. https://doi.org/10.1016/j.micres.2020.126483

49. Zhuang L., Li Y., Wang Z., Yu Y., Zhang N., Yang C., Zeng Q., Wang Q. Synthetic community with six Pseudomonas strains screened from garlic rhizosphere microbiome promotes plant growth. Microbial Biotechnology, 2021, vol. 14, iss. 2, pp. 488–502. https://doi.org/10.1111/1751-7915.13640


Рецензия

Для цитирования:


Асякина Л.К., Бородина Е.Е., Фотина Н.В., Неверова О.А., Милентьева И.С. Pseudomonas fluorescens, Bacillus megaterium и Pseudomonas putida в восстановлении техногенно нарушенных территорий Кузбасса. ПОВОЛЖСКИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ. 2024;(4):385-398. https://doi.org/10.35885/1684-7318-2024-4-385-398

For citation:


Asyakina L.K., Borodina E.E., Fotina N.V., Neverova O.A., Milentyeva I.S. Pseudomonas fluorescens, Bacillus megaterium, and Pseudomonas putida in the restoration of technogenically disturbed territories of the Kuzbass. Povolzhskiy Journal of Ecology. 2024;(4):385-398. (In Russ.) https://doi.org/10.35885/1684-7318-2024-4-385-398

Просмотров: 1203


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1684-7318 (Print)
ISSN 2541-8963 (Online)