Разработка микробного консорциума на основе Pseudomonas и Acinetobacter для ремедиации техногенных почв

Н. В. Фотина, Ю. Р. Серазетдинова, Е. Р. Фасхутдинова, И. С. Милентьева, Л. К. Асякина, Е. А. Жидкова

Аннотация


Техногенно нарушенные грунты угольных отвалов характеризуются низкой биологической активностью, дефицитом питательных веществ и повышенным содержанием тяжёлых металлов, что затрудняет их естественное восстановление. В этих условиях перспективным направлением является применение ростостимулирующих бактерий, способствующих лучшей адаптации растений к неблагоприятным факторам грунтов угольных отвалов. Целью работы являлось выделение и характеристика бактерий из техногенных почв, а также разработка микробных консорциумов для повышения устойчивости растений и ускорения процессов биоремедиации. Из образца техногенно нарушенного грунта, отобранного на территории угольного отвала в Кемеровской области-Кузбассе, выделены 8 штаммов микроорганизмов. Штаммы существенно различались по способности продуцировать метаболиты, восстанавливающие 2,2-дифенил-1-пикрилгидразил (индикатор антиоксидантной активности), и фитогормоны индолил-3-уксусную и гибберелиновую кислоты. На основании многофакторного ранжирования этих показателей биологической активности отобраны пять наиболее эффективных штаммов. Анализ биосовместимости позволил выявить штаммы, пригодные для совместного культивирования. Ими по результатам видовой идентификации методом секвенирования вариабельных участков 16S-рРНК оказались Pseudomonas donghuensis штамм B-14444; P. donghuensis штамм B-14445; Acinetobacter calcoaceticus штамм B-14440. Оценка биологической активности сконструированных консорциумов показала, что наиболее перспективным является консорциум P. donghuensis B-14444, P. donghuensis B-14445 и A. calcoaceticus B-14440 в соотношении 1:1:2. Полученные результаты подтверждают перспективность использования новых выделенных штаммов и консорциумов на их основе для биоремедиации техногенно нарушенных почв и повышения устойчивости растений к стрессовым факторам.


Ключевые слова


биоремедиация; техногенные почвы; ростостимулирующие бактерии; микробные консорциумы

Полный текст:

PDF

Как процитировать материал

Литература


ЛИТЕРАТУРА

Список русскоязычной литературы

1. Асякина ЛК, Бородина ЕЕ, Фотина НВ, Неверова ОА, Милентьева ИС. Pseudomonas fluorescens, Bacillus megaterium и Pseudomonas putida в восстановлении техногенно нарушенных территорий Кузбасса. Поволжский экологический журнал. 2024;(4):385-98. https://doi.org/10.35885/1684-7318-2024-4-385-398.

2. Асякина ЛК, Дышлюк ЛС, Просеков АЮ. Мировой опыт в области рекультивации посттехногенных ландшафтов. Техника и технология пищевых производств. 2021;51(4):805-18. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-4-805-818.

3. Асякина ЛК, Фотина НВ, Безъязыкова МВ, Милентьева ИС, Федорова АМ, Позднякова АВ, Просеков АЮ. Пат. 2819915 «Способ выделения бактерий из грунта угольных отвалов для биологической рекультивации», 28.05.2024. Заяв. 2023125626, опубл. 06.10.2023.

4. Бородина ЕЕ, Гордиенко АВ, Плешивцев ИИ, Фотина НВ, Федорова АМ, Мартиросян ВВ. Биологический потенциал бактериального штамма рода Pantoea в защите от биотического стресса и стимуляции роста зерновых культур. Техника и технология пищевых производств. 2025;55(4):710-22. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2025-4-2606.

5. Дышлюк ЛС, Агафонова СВ, Казимирченко ОВ. Молекулярно-генетическая идентификация изолятов бактерий – продуцентов ксиланаз. Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Серия: Естественные и медицинские науки. 2024;(4)123-34. https://doi.org/10.5922/vestniknat-2024-4-9.

6. Осинцева МА, Бурова НВ. Использование плодородного слоя почвы для рекультивации. Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2024;(1):17-25.

7. Фасхутдинова ЕР, Осинцева МА, Неверова ОА. Перспективы использования микробиома почв угольных отвалов с целью ремедиации антропогенно нарушенных экосистем. Техника и технология пищевых производств. 2021;51(4):883-904. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-4-883-904.

Общий список литературы/References

1. Asyakina LK, Borodina EE, Fotina NV, Neverova OA, Milentyeva IS. [Pseudomonas fluorescens, Bacillus megaterium and Pseudomonas putida in the restoration of anthropogenically disturbed territories of the Kuzbass]. Povolzhskiy Ekologicheskiy Zhurnal. 2024;(4):385-98. https://doi.org/10.35885/1684-7318-2024-4-385-398. (In Russ.).

2. Asyakina LK, Dyshlyuk LS, Prosekov AYu. [Reclamation of post-technological landscapes: International experience]. Food processing: techniques and technology. 2021;51(4):805-18. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-4-805-818. (In Russ.).

3. Asyakina LK, Fotina NV, Bezyazykova MV, Milentyeva IS, Fedorova AM, Pozdnyakova AV, Prosekov AYu. [Pat. 2819915 «A method for isolating bacteria from coal waste soil for biological reclamation», 28.05.2024]. Appliс. 2023125626, publ. 06.10.2023. (In Russ.).

4. Borodina EE, Gordienko AV, Pleshivtsev II, Fotina NV, Fedorova AM, Martirosyan VV. [New Pantoea strain as antistress agent and growth stimulator in grain growing]. Food processing: techniques and technology. 2025;55(4):710-22. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2025-4-2606. (In Russ.).

5. Dyshlyuk LS, Agafonova SV, Kazimirchenko OV. [Molecular genetic identification of bacterial isolates – xylanase producers]. Vestnik of Immanuel Kant Baltic Federal University. Series: Natural and Medical Sciences. 2024;(4)123-34. https://doi.org/10.5922/vestniknat-2024-4-9. (In Russ.).

6. Osintseva MA, Burova NV. [Fertile soil layer use for reclamation]. Bulliten KrasSAU. 2024;(1):18-25. (In Russ.).

7. Faskhutdinova ER, Osintseva MA, Neverova OA. [Prospects of using soil microbiome of mine tips for remediation of anthropogenically disturbed ecosystems]. Food processing: techniques and technology. 2021;51(4):883-904. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-4-883-904. (In Russ.).

8. Abou Jaoudé R, Luziatelli F, Ficca AG, Ruzzi M. Effect of plant growth-promoting rhizobacteria synthetic consortium on growth, yield, and metabolic profile of lettuce (Lactuca sativa L.) grown under suboptimal nutrient regime. Horticulturae. 2025;11(1):64. https://doi.org/10.3390/horticulturae11010064.

9. Ashry NM, Alaidaroos BA, Mohamed SA, Badr OAM, El-Saadony MT, Esmael A. Utilization of drought-tolerant bacterial strains isolated from harsh soils as a plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR). Saudi J Biol Sci. 2022;29(3):1760-9. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2021.10.054.

10. Ayilara MS, Babalola OO. Bioremediation of environmental wastes: the role of microorganisms. Front Agronomy. 2023;5:1183691. https://doi.org/10.3389/fagro.2023.1183691.

11. Chaiharn M, Lumyong S. Screening and optimization of indole-3-acetic acid production and phosphate solubilization from rhizobacteria aimed at improving plant growth. Curr Microbiol. 2011;62:173-81. https://doi.org/10.1007/s00284-010-9674-6.

12. Chen J, Li F, Zhao X, Wang Y, Zhang L, Yan L, Yu L. Change in composition and potential functional genes of microbial communities on carbonatite rinds with different weathering times. Front Microbiol. 2022;13:1024672. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.1024672.

13. Das D, Riamei M, Paul P, Singh N, Ingti B, Sarkar RD, Rose R, Sharma PL, Paul S. Understanding the role of soil microorganisms in alleviating hydric and edaphic stress towards sustainable agriculture. Discover Soil. 2025;2(1):47. https://doi.org/10.1007/s44378-025-00076-x.

14. Gupta R, Khan F, Alqahtani FM, Hashem M, Ahmad F. Plant growth–promoting rhizobacteria (PGPR) assisted bioremediation of heavy metal toxicity. App Biochem Biotechnol. 2024;196(5):2928-56. https://doi.org/10.1007/s12010-023-04545-3.

15. Hassan MK, McInroy JA, Kloepper JW. The interactions of rhizodeposits with plant growth-promoting rhizobacteria in the rhizosphere: a review. Agriculture. 2019;9:142. https://doi.org/10.3390/agriculture9070142.

16. Joshi N, Raval B, Jha CK. The art of amalgamation: advancing crop productivity with PGPR consortia solutions. Curr Agricult Res J. 2025;13(1). https://doi.org/10.12944/CARJ.13.1.02.

17. Kekana IKJ, Kgopa PM, Munjonji L. Bioremediation of non-essential toxic elements using indigenous microbes in soil following irrigation with treated wastewater. App Sci. 2025;15:2299. https://doi.org/10.3390/app15052299.

18. Kuffner M, Puschenreiter M, Wieshammer G, Gorfer M, Sessitsc A. Rhizosphere bacteria affect growth and metal uptake of heavy metal accumulating willows. Plant Soil. 2008;304(1):35-44. https://doi.org/10.1007/s11104-007-9517-9.

19. Kuznetsova IV, Timofeeva SS. Green technologies in land recultivation for coal mining enterprises. IOP Conf. Ser.: Earth. Environ. Sci. 2020;408:012075. https://doi.org/10.1088/1755-1315/408/1/012075.

20. Li D, Yin N, Xu R, Wang L, Zhang Z, Li K. Sludge amendment accelerating reclamation process of reconstructed mining substrates. Sci. Rep. 2021;11:2905. https://doi.org/10.1038/s41598-021-81703-9.

21. Li H, Cui X, Sun Y, Zheng P, Wang L, Shi X. Advances in microbial remediation of heavy metal-contaminated soils: mechanisms, synergistic technologies, field applications and future perspectives. Toxics. 2025;13:1069. https://doi.org/10.3390/toxics13121069.

22. Li Y, Zhao H, Liu J, Chaonan C, Yuxuan G. A framework for selecting and assessing soil quality indicators for sustainable soil management in waste dumps. Sci Rep. 2024;14(1):8491. https://doi.org/10.1038/s41598-024-58930-x.

23. Lim B-S, Kim A-R, Seol J, Oh W-S, An J-H, Lim C-H, Lee C-S. Effects of soil amelioration and vegetation introduction on the restoration of abandoned coal mine spoils in South Korea. Forests. 2022;13:483. https://doi.org/10.3390/f13030483.

24. Liu X, Mei S, Salles JF. Inoculated microbial consortia perform better than single strains in living soil: A meta-analysis. App Soil Ecol. 2023;190:105011. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2023.105011.

25. Mesa-Marín J, Del-Saz NF, Rodríguez-Llorente ID, Redondo-Gómez S, Pajuelo E, Ribas-Carbó M, Mateos-Naranjo E. PGPR reduce root respiration and oxidative stress enhancing Spartina maritima root growth and heavy metal rhizoaccumulation. Front Plant Sci. 2018;9:1500. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01500.

26. Mmotla K, Sibanyoni NR, Allie F, Sitole L, Mafuna T, Mashabela MD, Mhlongo MI. Exploring the intricacies of plant growth promoting rhizobacteria interactions: an omics review. Ann Microbiol. 2025;75(1):5. https://doi.org/10.1186/s13213-025-01793-y.

27. Neshat M, Abbasi A, Hosseinzadeh A, Sarikhani MR, Dadashi CD, Rasoulnia A. Plant growth promoting bacteria (PGPR) induce antioxidant tolerance against salinity stress through biochemical and physiological mechanisms. Physiol Mol Biol Plants. 2022;28(2):347-61. https://doi.org/10.1007/s12298-022-01128-0.

28. Pešić M, Jojević ST, Sikirić B, Mrvić V, Delić D, Koković N, Stajković-Srbinović O. Plant growth-promoting native rhizobia isolated from red clover (Trifolium pratense L.) nodules: potential for metal-phytostabilization. BMC Microbiol. 2025;25(1):787. https://doi.org/10.1186/s12866-025-04424-3.

29. Schwechheimer C. Understanding gibberellic acid signaling–are we there yet? Curr Opin Plant Biol. 2008;11(1):9-15. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2007.10.011.

30. Song Q, Song X, Deng X, Luo J, Wang J, Min K, Song R. Effects of plant growth promoting rhizobacteria microbial on the growth, rhizosphere soil properties, and bacterial community of Pinus sylvestris var. mongolica seedlings. Scand J Forest Res. 2021;36(4):249-62. https://doi.org/10.1080/02827581.2021.1917649.

31. Taamalli M, Ghabriche R, Amari T, Mnasri M, Zolla L, Lutts S, Abdely C, Ghnaya T. Comparative study of Cd tolerance and accumulation potential between Cakile maritima L.(halophyte) and Brassica juncea L. Ecol Engin. 2014;71:623-7. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2014.08.013.

32. Tripathi N, Singh RS, Chaulya SK, Hills CD. Recovery of damaged mine spoil: an ecological & geotechnical perspective. J Soils Sediments. 2025;25:3439-59. https://doi.org/10.1007/s11368-025-04170-z.

33. Wu X, Cobbina SJ, Mao G, Xu H, Zhang Z, Yang L. A review of toxicity and mechanisms of individual and mixtures of heavy metals in the environment. Environ Sci Pollut Res. 2016;23(9):8244-59. https://doi.org/10.1007/s11356-016-6333-x.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v18i3.1067

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"