Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) вместе с коллегами из Индии выделили металлоустойчивые микроорганизмы, подходящие для создания биопрепарата, способствующего очистке почв от меди. Бактерии стимулируют рост растений подсолнечника и способствуют накоплению металла в корнях — концентрация меди в почве сокращается. Статья опубликована в журнале Chemosphere.
Избыток меди (Cu) в почве является следствием добычи и переработки полезных ископаемых, выброса городских отходов, выхлопных газов автомобилей, использования химических удобрений, фунгицидов и пестицидов. Хотя на сегодня многие фермерские хозяйства отдают предпочтение органическим удобрениям, последние тоже могут содержать изрядное количество ионов меди. С одной стороны, она необходима для нормального роста и развития растений, с другой — в избыточном количестве этот тяжелый металл является серьезным токсикантом, оказывающим неблагоприятное воздействие на живые организмы. Накопление меди в окружающей среде приводит к ухудшению состояния сельскохозяйственных почв и повышает экологические риски.
Биологи УрФУ совместно с коллегами из Университета Бхаратиара показали, что бактерии, способствующие росту растений (plant growth promoting — PGP), при устойчивости к металлам помогут рекультивировать земли, загрязненные тяжелыми металлами, в том числе медью. Бактерии, которые способны заселять внутренние ткани растения, не вызывая заболеваний или отклонений в развитии, называются эндофитами. Эти микроорганизмы могут производить фитогормоны, фиксировать атмосферный азот и повышать устойчивость растений к вредителям и болезням. Двумя очень важными характеристиками PGP-эндофитов являются способность к синтезу индолил-3-уксусной кислоты (гормона роста) и солюбилизации фосфатов (перевод нерастворимых форм в доступные). Эти соединения способствуют увеличению как надземной, так и подземной биомассы растений.
Ученые доказали, что микроорганизмы, выделенные из ризосферы (тонкого слоя почвы, прилегающего к корням) бурачка обратнояйцевидного, произрастающего вблизи медеплавильного комбината, обладают высокой устойчивостью к металлам, засухе и способны к стимуляции роста растений. Из 24 выделенных изолятов штамм Pseudomonas lurida EOO26, идентифицированный с помощью секвенирования генома методом 16s рРНК, был выбран для дальнейшей проверки его эффективности в восстановлении почв, загрязненных медью.
Эксперименты по выращиванию подсолнечника (ультраскороспелый сорт «Енисей») в почве, загрязненной медью (100 мг/кг почвы), показали значительное увеличение длины и биомассы корней и побегов растений после их заселения штаммом EOO26. Подсолнечник, «зараженный» PGP-эндофитами, аккумулировал Cu в 8,6 раза больше в корнях и в 1,9 раза — в листьях, и в целом общее поглощение меди было почти втрое выше, по сравнению с «незараженными» растениями.
Значительные площади сельскохозяйственных угодий как в России, так и в Индии не только содержат заметное количество токсичных тяжелых металлов и металлоидов, но и характеризуются низким содержанием необходимых для нормального роста и развития растений биогенных элементов, таких как азот, фосфор, калий и другие. В данном исследовании биологи предлагают следующий путь решения проблемы: использование биоудобрений на основе биочара (сверхпористого материала, который служит средой обитания для микроорганизмов) и металлотолерантных засухоустойчивых бактерий, таких как Pseudomonas lurida EOO26. Это даст возможность не только повысить продуктивность почв и стимулировать рост растений, но и избежать влияния засухи и повышенных температур на посевные культуры. Исследования российских и индийских ученых поддержаны грантом Российского фонда фундаментальных исследований и департаментом науки и технологии правительства Индии (проект № 19-516-45006).
«Эти бактерии в будущем способны обеспечить безопасность пищевых продуктов и сельскохозяйственных угодий. Они демонстрируют отличные адаптационные способности и высокую эффективность в удалении металлов из загрязненных почв», — подводит итог руководитель гранта сотрудник лаборатории биотехнологии института естественных наук и математики УрФУ доктор Трипти.
УрФУ — один из ведущих университетов России, участник проекта 5-100, расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных студенческих игр 2023 года. Вуз выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука».