Управление микробным блоком биогеохимического круговорота хлорорганических пестицидов в агроэкосистемах. Сообщение 1. Микробная трансформация пестицидов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрены процессы минерализации ксенобиотических органических соединений и их включения в биогеохимический круговорот, что осуществляется за счет их биохимических (микробиологических) превращений. Оценено состояние пестицидов в почве и потенциал их деградации. Показаны особенности микробиологической трансформации и деградации пестицидов в почвах, природных водах и донных отложениях. Охарактеризованы физико-химические и биологические свойства агроэкосистем, влияющие на трансформацию хлорорганических пестицидов. Дан исторический экскурс в проблему микробной трансформации пестицидов и представлено современное состояние изученности данной проблемы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Н. Башкин

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vladimirbashkin@yandex.ru
Россия, 142290 Московская обл., Пущино, ул. Институтская, 2

Р. А. Галиулина

Институт фундаментальных проблем биологии РАН

Email: vladimirbashkin@yandex.ru
Россия, 142290 Московская обл., Пущино, ул. Институтская, 2

Список литературы

  1. Башкин В.Н., Галиулина Р.А. Оценка риска загрязнения окружающей среды и биологических субстратов человека пестицидом ДДТ и его метаболитами // Проблемы анализа риска. 2023. Т. 20. № 4. С. 28–42. doi: 10.32686/1812-5220-2023-20-4-28-42
  2. Евстафьева Е.В. Современные аспекты экологической медицины: теория и практика на Крымском полуострове. М.: Научн.-изд. центр “ИНФРА-М”, 2023, 251 с.
  3. Галиулина Р.А., Галиулин Р.В. Реконструкция загрязнения почв и поверхностных вод инсектицидами ДДТ и ГХЦГ по данным их мониторинга // Агрохимия,. 2004. № 4. С. 73–77.
  4. Соколов М.С., Галиулин Р.В. Микробиологическое самоочищение почвы от пестицидов. Обзор. информ. М.: ВНИИТЭИ, 1987. 51 с.
  5. Bashkin V.N. Modern biogeochemistry: environmental risk assessment, 2d ed. Springer Publishers, 2006. 444 p.
  6. Башкин В.Н. Биогеохимия. М.: Научный мир, 2004, 582 с.
  7. Galiulin R.V., Bashkin V.N., Galiulina R.А., Birch P. The theoretical basis of microbiological transformation and degradation of pesticides in soil // Land Contam. Reclamat. 2001. V. 9. № 4. P. 367–376.
  8. Holden P.A., Firestone M.K. Soil microorganisms in soil cleanup: how can we improve our understanding? // J. Environ. Qual. 1997. V. 26. № 1. P. 32–40.
  9. Головлева Л.А., Головлев Е.Л. Микробиологическая деградация пестицидов // Усп. микробиол. 1980. Т. 15. С. 137–179.
  10. Purnomo Adi Setyo, Rizqi Hamdan Dwi, Fatmawati Sri, Putro Herdayanto Sulistyo, Kamei Ichiro. Effects of bacterium Ralstonia pickettii addition on DDT biodegradation by Daedalea dickinsii // Res. J. Chem. Environ. 2018. V. 22 (Special Issue II). № 8. Р. 151–156.
  11. Purnomo A.S., Kamei I., Kondo R. Degradation of 1,1,1-trichlro-2,2-bis (4-chlorophenyl) ethane (DDT) by brown-rot fungi // J. Biosci. Bioeng. 2008. V. 105. P. 614–621.
  12. Purnomo A.S., Mori T., Takagi K., Kondo R. Bioremediation of DDT contaminated soil using brown-rot fungi // Inter. Biodet. Biodeg. 2011. V. 65. P. 691–695.
  13. Purnomo A.S., Mori T., Kamei I., Kondo R. Basic studies and applications on bioremediation of DDT: A review // Inter. Biodet. Biodeg. 2011. V. 65. P. 921–930.
  14. Purnomo A.S., Ashari K., Hermansyah F.T. Evaluation of the synergistic effect of mixed cultures of White-Rot Fungus Pleurotus ostreatus and biosurfactant producing bacteria on DDT biodegradation // J. Microbiol. Biotechnol. 2017. V. 27. P. 1306–1315.
  15. Purnomo A.S., Ashari K.A., Hermansyah F.T. Evaluation of the synergistic effect of mixed cultures of white-rot fungus Pleurotus ostreatus and biosurfactant-producing bacteria on DDT biodegradation // J. Microbiol. Biotechnol. 2017. V. 27. № 7. P. 1306–1315. doi: 10.4014/jmb.1701.01073
  16. Purnomo A.S. Pengaruh penambahan Bacillus subtilis pada biodegradasi DDT oleh Phlebia brevispora // Akta Kimindo. 2017. № 2. P. 58–65.
  17. Wahyuni S., Suhartono M.T., Khaeruni A., Purnomo A.S., Holilah A., Riupassa P.A. Purification and characterization of thermostable chitinase from Bacillus SW42 for chitin oligomer production // Asian J. Chem. 2016. V. 28. P. 2731–2736. doi: 10.1007/s12010-008-8328-7
  18. Wahyuni S., Khaeruni A., Purnomo A.S., Holilah A. Characterization of mannanase isolated from corncob waste bacteria // Asian J. Chem. 2017. V. 29. P.1119–1120. doi: 10.14233/ajchem.2017.20437
  19. Parthipan P., Preetham E., Machuca L.L., Rahman P.K.S.M., Murugan K., Rajasekar A. Biosurfactant and degradative enzymes mediated crude oil degradation by bacterium Bacillus subtilis A1 // Front. Microbiol. 2017. V. 8. P. 193. doi: 10.3389/fmicb.2017.00193
  20. Mwangi K., Boga H.I., Muigai A.W., Kiiyukia C., K. Tsanuo M. Degradation of dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) by bacterial isolates from cultivated and uncultivated soil // Afric. J. Microbiol. Res. 2010. V. 4. № 3. P. 185–196.
  21. Chen M., Cao F., Li F., Liu Ch., Tong H., Wu W., Hu M. Anaerobic transformation of DDT related to iron(III) reduction and microbial community structure in paddy soils // J. Agric. Food Chem. 2013. V. 61. P. 2224−2233. doi: 10.1021/jf305029p
  22. Fairchild J.F., Ruessler D.S., Carlson A.R. Comparative sensitivity of five species of macrophytes and six species of algae to atrazine, metribuzin, alachlor, and metolachlor // Environ. Toxicol. Chem. 1998. V. 17. № 9. P. 1830–1834.
  23. Домрачева Л.И., Кондакова Л.В., Ашихмина Т.Я., Огородникова С.Ю., Олькова А.С., Фокина А.И. Применение тетразольно-топографического метода определения нитрогеназной активности цианобактерий в загрязненных средах // Теор. и прикл. экол. 2008. № 2. С. 23–28.
  24. Домрачева Л.И., Ашихмина Т.Я., Кондакова Л.В., Березин Г.И. Реакция почвенной микробиоты на действие пестицидов (обзор) // Теор. и прикл. экол. 2012. № 3. С. 4–18.
  25. Sousa J.P., Rodrigues J.M.L., Loureiro S., Soares A.M.V.M., Jones S.E., Forster B., van Gestel C.A.M. Ring-testing and field-validation of a Terrestrial Model Ecosystem (TME) – an instrument for testing potential lyharmful substances: effects of carbendazim on soil microbial parameters // Ecotoxicology. 2004. V. 13. № 1. P. 43–60.
  26. Veeh R.H., Inskeep W.P., Camper A.K. Soil depth and temperature effects on microbial degradation of the 2,4-D // J. Environ. Qual. 1996. V. 25. № 1. P. 5–12.
  27. Галиулин Р.В. Оценка поведения гербицида 2,4-Д в системе почва–вода–донные отложения в модельных условиях // Агрохимия. 2000. № 7. С. 65–71.
  28. Сергеева H.P., Соколов M.C., Васильева Г.К. Ускорение разложения 3,4-дихлоранилина в рыбоводных прудах с помощью бактерий // Агрохимия. 1998. № 4. С. 84–90.
  29. Круглов Ю.В. Распределение микроорганизмов в почве при обработке пестицидами // Тр. ВНИИСХМ. 1983. Т. 52. С. 32–36.
  30. Samson R., Cseh T., Hawar, J. Biotechnologies appliquees a la restauration de sites contamines avec exemple d’application d’une technique physico–chimique et biologique pour les sols contamines par des BPC // Sci. Tech. Eau. 1990. V. 23. № 1. P. 15–23.
  31. Houx N.W.H., Aben W.J.M. Bioavailability of pollutants to soil organisms via the soil solution // Sci. Total Environ. 1993. Рart 1. P. 387–395.
  32. Khmelevtsova L.E., Sazykin I.S., Azhogina, T.N., Sazykina M.A. Influence of agricultural practices on bacterial community of cultivated soils // Agriculture. 2022. V. 12. № 3. P. 371–392.
  33. Gomiero T., Pimentel D., Paoletti M.G. Environmental impact of different agricultural management practices: conventional vs. organic agriculture // Critic. Rev. Plant Sci. 2011. V. 30. № 1–2. P. 95–124.
  34. Yang L., Barnard R., Kuzyakov Y., Tian J. Bacterial communities drive the resistance of soil multifunctionality to land-use change in karst soils // Europ. J. Soil Biol. 2021. V. 104. P. 103313–103322.
  35. Ажогина Т.Н., Климова М.В., Карчава Ш.К., Хмелевцова Л.Е. Влияние пестицидов и минеральных удобрений на бактериальное сообщество возделываемых почв // Мат-лы Всерос. конф. молод. ученых “Экология: факты, гипотезы, модели”, посвящ. Международ. году фундамент. наук 18–22 апреля 2022 г. С. 5–7.
  36. Khmelevtsova L., Konstantinova E., Karchava S., Klimova M., Azhogina T., Polienko E., Khammami M., Sazykin I., Sazykina M. Influence of pesticides and mineral fertilizers on the bacterial community of arable soils under pea and chickpea crops // Agronomy. 2023. V. 13. Р. 750. doi: 10.3390/agronomy13030750
  37. Sharma N., Singhvi R. Effects of chemical fertilizers and pesticides on human health and environment: a review // Inter. J. Agricult. Environ. Biotechnol. 2017. V. 10. № 6. P. 675–679. doi: 10.5958/2230-732X.2017.00083.3
  38. Alcock R., Bashkin V. Health risk of persistent organic pollutants from long-range transboundary air pollution. WHO, 2003. 252 p.
  39. Башкин В.Н. Стойкие органические поллютанты: оценка риска при трансграничном переносе и биотрансформации // Пробл. анализа риска. 2024. Т. 21. № 1. С. 11–25. doi: 10.32686/1812-5220-2024-21-1-11-25

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Концептуальная модель управления микробиологической трансформацией пестицидов в почве.

Скачать (301KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема взаимодействия микроорганизмов и пестицидов в почве: С – свободные клетки в почвенном растворе; К – колонии, пленки, группы микроорганизмов на поверхности почвенных частиц; И – микроорганизмы, иммобилизованные в органоминеральных гелях и структурных элементах почвы; I – пестициды (частицы, капли, пленки); II – пестициды в растворе; III – физически связанные пестициды; IV – пестициды в межпакетном пространстве глинных минералов; IV – химически связанные пестициды.

Скачать (149KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Трансформация DDT (R = Cl), DDD (R = H) или DDE (R = OH) в DBP в реакции Фентона [10].

Скачать (223KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Экограммы трансформации и деградации 3,4-дихлоранилина (Со = 50 мг/кг) в дерново-подзолистой почве (Беларусь). Т50 и Т95 являются периодами трансформации и деградации ксенобиотиков на 50 и 95% соответственно. ТМС – суммарная влагоемкость.

Скачать (313KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Трансформация и деградация пестицида в почве: DP – растворенный пестицид, IP – обездвиженный пестицид, PM – метаболит пестицидов, DPM – растворенный метаболит пестицидов. IPM представляет собой иммобилизованный метаболит пестицидов, DPM – растворенный конечный метаболит пестицидов, IPM – иммобилизованный конечный метаболит пестицидов, SA – почвенный воздух, ESA находится в ловушке почвенного воздуха.

Скачать (187KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024