Перспективные штаммы фосфатмобилизирующих ризобактерий, устойчивых к глифосату и никелю

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Осуществили поиск фосфатрастворяющих ризобактерий, способных расти в присутствии разных концентраций гербицида глифосата и ионов тяжелого металла никеля (Ni2+). С помощью среды Муромцева определена фосфатмобилизующая активность лишь у 3-х из 20-ти штаммов Rhizobium spр. – с низким индексом солюбилизации (IS). Напротив, все штаммы Pseudomonas spр. показали положительный результат, а самый высокий IS был у Pseudomonas sp. OBA 2.4.1 и GOR 4.17. Наиболее высокую активность роста при стрессовых условиях показали 4 штамма Pseudomonas spр.: OBA 2.4.1, OBA 2.9, 4.17 и STA 3, их рост заметно угнетался при увеличении концентрации глифосата в среде до 10.0 мг/мл. Активность роста штаммов Rhizobium spр. характеризовалась как средняя. При росте на среде с NiCl2 штаммы Pseudomonas sр. 65 HM и 67 HM росли до концентрации 9 мМ NiCl2 в среде, при концентрации 11 мМ штамм 67 HM давал рост в виде единичных колоний. Данные штаммы были выделены из образцов почв, взятых из мест, загрязненных химическими стоками. Возможно, в такой почве уже были хлориды никеля в больших концентрациях, превышающих норму, поэтому именно данные штаммы имели такую высокую устойчивость к ионам никеля. Таким образом, штаммы Rhizobium spр. обладали не самыми активными PGPR свойствами, а разные штаммы Pseudomonas sp. проявили высокую устойчивость к глифосату и хлориду никеля. Тем самым Pseudomonas sp. показали свою высокую способность адаптации к стрессовым условиям. Именно такие PGPR-бактерии (Plant Growth Promoting Rhizo bacteria) можно рассматривать в качестве биологических агентов для повышения эффективности биоремедиации сельскохозяйственных почв.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. Р. Хакимова

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра РАН; Башкирский государственный медицинский университет Минздрава РФ

Автор, ответственный за переписку.
Email: lili-nigmatullina@bk.ru
Россия, 450054 Уфа, просп. Октября, 71, лит. 1Е; 450000 Уфа, ул. Ленина, 3

О. В. Чубукова

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра РАН; Уфимский государственный нефтяной технический университет

Email: lili-nigmatullina@bk.ru
Россия, 450054 Уфа, просп. Октября, 71, лит. 1Е; 450044 Уфа, ул. Первомайская, 14

Е. С. Акимова

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Email: lili-nigmatullina@bk.ru
Россия, 450054 Уфа, просп. Октября, 71, лит. 1Е

З. Р. Вершинина

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра РАН; Уфимский государственный нефтяной технический университет

Email: lili-nigmatullina@bk.ru
Россия, 450054 Уфа, просп. Октября, 71, лит. 1Е; 450044 Уфа, ул. Первомайская, 14

Список литературы

  1. Ali B., Wang X., Saleem M. H., Sumaira, Hafeez A., Afridi M.S., Khan S., Zaib-Un-Nisa, Ullah I., Amaral Júnior A.T. PGPR-mediated salt tolerance in maize by modulating plant physiology, antioxidant defense, compatible solutes accumulation and bio-surfactant producing genes // Plants. 2022. V. 11. Р. 345. https://doi.org/10.3390/plants11030345
  2. Afridi M.S., Ali S., Salam A., César Terra W., Hafeez A., Sumaira, Ali B., S. AlTami M., Ameen F., Ercisli S., Marc R.A., Medeiros F.H.V., Karunakaran R. Plant microbiome engineering: Hopes or hypes // Biology. 2022. V. 11. Р. 1782. https://doi.org/10.3390/biology11121782
  3. Morris C.E., Lamichhane J.R., Nikolić I., Stanković S., Moury B. The overlapping continuum of host range among strains in the Pseudomonas syringae complex // Phytopathol. Res. 2019. V. 1. Р. 4. https://doi.org/10.1186/s42483-018-0010-6
  4. Motamedi M., Zahedi M., Karimmojeni H., Baldwin T.C., Motamedi H. Rhizosphere-associated bacteria as biofertilizers in herbicide-treated alfalfa (Medicago sativa) // J. Soil Sci. Plant Nutr. 2023. V. 23. Р. 2585–2598. https://doi.org/10.1007/s42729-023-01214-6
  5. Gopalakrishnan S., Sathya A., Vijayabharathi R., Varshney R.K., Gowda C.L., Krishnamurthy L. Plant growth promoting rhizobia: challenges and opportunities // Biotechnology. 2015. V. 5(4). Р. 355–377. https://doi.org/10.1007/s13205-014-0241-x
  6. Akbar S., Sultan S. Soil bacteria showing a potential of chlorpyrifos degradation and plant growth enhancement // Brazil. J. Microbiol. 2016. V. 47. Р. 563–570. https://doi.org/10.1016/J.BJM.2016.04.009
  7. Bocker T., Mohring N., Finger R. Herbicide free agriculture? A bio-economic modelling application to Swiss wheat production // Agric. Syst. 2019. V. 173. Р. 378–392. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2019.03.001
  8. Tang F.H.M., Lenzen M., McBratney A., Maggi F. Risk of pesticide pollution at the global scale // Nat. Geosci. V. 2021. № 14. Р. 206–210. https://doi.org/10.1038/s41561-021-00712-5
  9. Maggi F., la Cecilia D., Tang F.H.M., McBratney A. The global environmental hazard of glyphosate use // Sci. Total. Environ. 2020. V. 717. P. 137167. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137167
  10. Wang L., Deng Q., Hu H., Liu M., Gong Z., Zhang S., Xu-Monette Z.Y., Lu Z., Young K.H., Ma X., Li Y. Glyphosate induces benign monoclonal gammopathy and promotes multiple myeloma progression in mice // J. Hematol. Oncol. 2019. V. 12. № 70. Р. 1–11. https://doi.org/10.1186/s13045-019-0767-9
  11. Zoller O., Rhyn P., RuppH., Zarn J. A., Geiser C. Glyphosate residues in Swiss market foods: monitoring and risk evaluation // Food Addit. Contam. Part B. 2018. V. 11. № 2. P. 83–91. https://doi.org/10.1080/19393210.2017.1419509
  12. Li J., Chen W. J., Zhang W., Zhang Y., Lei Q., Wu S., Huang Y., Mishra S., Bhatt P., Chen S. Effects of free or immobilized bacterium Stenotrophomonas acidaminiphila Y4B on glyphosate degradation performance and indigenous microbial community structure // J. Agric. Food Chem. 2022. V. 70. № 43. Р. 13945–13958. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c05612
  13. Kubsad D., Nilsson E.E., King S.E., Sadler-Riggleman I., Beck D., Skinner M.K. Assessment of glyphosate induced epigenetic transgenerational inheritance of pathologies and sperm epimutations: generational toxicology // Sci. Rep. 2019. V. 9. № 1. P. 6372. https://doi.org/10.1038/s41598-019-42860-0
  14. Aitbali Y., Ba-M’hamed S., Elhidar N., Nafis A., Soraa N., Bennis M. Glyphosate based-herbicide exposure affects gut microbiota, anxiety and depression-like behaviors in mice // Neurotoxicol. Teratol. 2018. V. 67. P. 44–49. https://doi.org/10.1016/j.ntt.2018.04.002
  15. Kittle R.P., McDermid K.J., Muehlstein L., Balazs G.H. Effects of glyphosate herbicide on the gastrointestinal microflora of Hawaiian green turtles (Chelonia mydas) Linnaeus // Mar. Pollut. Bull. 2018. V. 127. P. 170–174. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2017.11.030
  16. Blot N., Veillat L., Rouz, R., Delatte H. Glyphosate, but not its metabolite AMPA, alters the honeybee gut microbiota // PLoS One. 2019. V. 14. № 4. e0215466. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0215466
  17. Zhang F., Qiao Z., Yao C., Sun S., Liu W., Wang J. Effects of the novel HPPD-inhibitor herbicide QYM201 on enzyme activity and microorganisms, and its degradation in soil // Ecotoxicology. 2021. V. 30. Р. 80–90. https://doi.org/10.1007/s10646-020-02302-4
  18. Castrejón-Godínez M.L., Tovar-Sánchez E., Valencia-Cuevas L., Rosas-Ramírez M.E., Rodríguez A., Mussali-Galante P. Glyphosate pollution treatment and microbial degradation alternatives, a review // Microorganisms. 2021. V. 9. № 11. P. 2322. https://doi.org/10.3390/microorganisms9112322
  19. Jayaram S., Ayyasamy P.M., Aishwarya K.P., Devi M.P., Rajakumar S. Mechanism of microbial detoxification of heavy metals: A review // J. Pure Appl. Microbiol. 2022. V. 16(3). Р. 1562–1574. https://doi.org/10.22207/JPAM.16.3.64
  20. El Alaoui A., Raklami A., Bechtaoui N., El Gharmali A., Ouhammou A., Imziln B., Achouak W., Pajuelo E., Oufdou K. Use of native plants and their associated bacteria rhizobiomes to remediate-restore Draa Sfar and Kettara mining sites // Environ. Monitor. Assess., Morocco. 2021. V. 193(4). Р. 232. https://doi.org/10.1007/s10661-021-08977-4
  21. Madline A., Benidire L., Boularbah A. Alleviation of salinity and metal stress using plant growth-promoting rhizobacteria isolated from semiarid Moroccan copper-mine soils // Environ. Sci. Pollut. Res. 2021. V. 47. Р. 67185–67202. https://doi.org/10.1007/s11356-021-15168-8
  22. Чубукова О.В., Хакимова Л.Р., Акимова Е.С., Вершинина З.Р. Филогения и свойства новых штаммов Pseudomonas sp. из ризосферы бобовых растений Южного Урала // Микробиология. 2022. T. 91. № 5. С. 537–546 . https://doi.org/10.31857/S0026365622100196
  23. Егоршина А.А., Хайруллин Р.М., Лукьянцев М.А., Курамшина З.М., Смирнова Ю.В. Фосфатмобилизующая активность эндофитных штаммов Bacillus subtilis и их влияние на степень микоризации корней пшеницы // Журн. СибирФУ. Биология. 2011. Т. 4. № 2. С. 172–182.
  24. Кузина Е.В., Рафикова Г.Ф., Коршунова Т.Ю. Фосфатсолюбилизирующие бактерии рода Pseudomonas и эффективность их применения для увеличения доступности фосфора // Изв. УфНЦ РАН. 2021. № 3. С. 11–16. https://doi.org/10.31040/2222-8349-2021-0-3-11-16
  25. Massot F., Gkorezis P., Van Hamme J., Marino D., Trifunovic B.S., Vukovic G., d’Haen J., Pintelon I., Giulietti A.M., Merini L., Vangronsveld J., Thijs S. Isolation, biochemical and genomic characterization of glyphosate tolerant bacteria to perform microbe-assisted phytoremediation // Front Microbiol. 2021. V. 11. Р. 598507. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.598507
  26. Aynalem B., Assefa F. Effect of glyphosate and mancozeb on the rhizobia isolated from nodules of Vicia faba L. and on their N2-fixation, North Showa, Amhara Regional State, Ethiopia // Adv. Biol. 2017. https://doi.org/10.1155/2017/5864598
  27. Asrat A., Sitotaw B., Dawoud T.M., Nafidi H.A., Bourhia M., Mekuriaw A., Wondmie G.F. Effect of glyphosate on the growth and survival of rhizobia isolated from root nodules of grass pea (Lathyrus sativus L.) // Sci. Rep. 2023. V. 13(1). Р. 21535. https://doi.org/10.1038/s41598-023-48424-7
  28. Masotti F., Garavaglia B.S., Piazza A., Burdisso P., Altabe S., Gottig N., Ottado J. Bacterial isolates from Argentine Pampas and their ability to degrade glyphosate // Sci. Total. Environ. 2021. V. 774. P. 145761. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145761
  29. Oleńska E., Małek W., Wójcik M., Szopa S., Swiecicka I., Aleksandrowicz O., Włostowski T., Zawadzka W., Sillen W.M.A., Vangronsveld J., Cholakova I., Langill T., Thijs S. Bacteria associated with Zn-hyperaccumulators Arabidopsis halleri and Arabidopsis arenosa from Zn–Pb–Cd waste heaps in Poland as promising tools for bioremediation // Sci. Rep. 2023. V. 13(1). Р. 12606. https://doi.org/10.1038/s41598-023-39852-6
  30. Yu J., Jin B., Ji Q., Wang H. Detoxification and metabolism of glyphosate by a Pseudomonas sp. via biogenic manganese oxidation // J. Hazard Mater. 2023. V. 448. P. 130902. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.130902
  31. Zhao H., Tao K., Zhu J., Liu S., Gao H., Zhou X. Bioremediation potential of glyphosate-degrading Pseudomonas spp. strains isolated from contaminated soil // J. Gen. Appl. Microbiol. 2015. V. 61. № 5. P. 165–170. https://doi.org/10.2323/jgam.61.165
  32. Tan X.L., Othman R.Y., Teo C.H. Isolation and functional characterization of 5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate synthase gene from glyphosate-tolerant Pseudomonas nitroreducens strains FY43 and FY47 // Biotechnology. 2020. V. 10(4). Р. 183. https://doi.org/10.1007/s13205-020-02176-7
  33. Rojas-Solis D., Larsen J., Lindig-Cisneros R. Arsenic and mercury tolerant rhizobacteria that can improve phytoremediation of heavy metal contaminated soils // PeerJ. 2023. V. 11. e14697. https://doi.org/10.7717/peerj.14697
  34. Oleńska E., Małek W., Sujkowska-Rybkowska M., Szopa S., Włostowski T., Aleksandrowicz O., Swiecicka I., Wójcik M., Thijs S., Vangronsveld J. An alliance of Trifolium repens–Rhizobium leguminosarum bv. trifolii-mycorrhizal fungi from an old Zn–Pb–Cd rich waste heap as a promising tripartite system for phytostabilization of metal polluted soils // Front. Microbiol. 2022. V. 13. Р. 853407. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.853407

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Определение фосфатмобилизующей активности штамма на среде Муромцева с разными фосфатами: (а) – с добавлением Ca3(PO4)2, (б) – с добавлением AlPO4.

Скачать (187KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рост штаммов ризобактерий на примере Pseudomonas sp. OBA 2.4.1 при стрессовом воздействии глифосата: 1 – контроль, 2–3.0, 3–6.0, 4–8.0, 5–10.0 мг/мл.

Скачать (491KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Рост штаммов Pseudomonas sp. 65 HM (а) и 67 HM (б) на среде с добавлением NiCl2.

Скачать (589KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024