Бактерии, связанные с Zn

Jun 17, 2023

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12606 (2023) Цитировать эту статью

44 доступа

Подробности о метриках

Для выявления металлоадаптированных бактерий, обладающих признаками, положительно влияющими на рост двух видов растений-гипераккумуляторов Arabidopsis arenosa и Arabidopsis Halleri, мы выделили бактерии, обитающие в ризосфере и вегетативных тканях (корнях, базальных и стеблевых листьях) растений, растущих на двух старых Zn–Pb–Cd. терриконы в Болеславе и Буковно (Южная Польша) и охарактеризовали их потенциальные свойства, способствующие росту растений (PGP), а также определили концентрации металлов в ризосфере и тканях растений. Для определения таксономического положения 144 бактериальных изолятов использовали секвенирование 16S рДНК по Сэнгеру. Метаболическую характеристику выделенных штаммов проводили in vitro с использованием PGP-тестов. A. arenosa и A. Halleri накапливают большое количество Zn в своих тканях, особенно в стеблевых листьях. Среди всего 22 идентифицированных бактериальных таксонов наибольший уровень таксономического разнообразия (H' = 2,01) выявлен у эндофитов базальных листьев A. Halleri, происходящих из Буковенской отвалы. Толерантность к Cd, Zn, Pb и Cu проявили 96, 98, 99 и 98% исследованных штаммов соответственно. Как правило, более высокий процент бактерий может синтезировать ауксины, сидерофоры и ацетоин, а также солюбилизировать фосфат. Девять бактериальных штаммов, происходящих из кучи мусора, были толерантны к токсичным металлам, демонстрировали свойства PGP in vitro и являются потенциальными кандидатами на биоремедиацию.

Выбросы металлов, связанные с антропогенной деятельностью, в значительной степени способствовали загрязнению окружающей среды в мировом масштабе1. Металлы как неразлагаемые элементы могут трансформироваться только в химические формы с измененной токсичностью и/или подвижностью. Они могут проникать в пищевые цепи и вызывать токсичность для организмов2. Внедрение различных физических методов восстановления, таких как выемка и засыпка почвы, промывка почвы, электровосстановление, остеклование и химические обработки, такие как осаждение, выщелачивание, экстракция, ионный обмен, инкапсуляция или иммобилизация, обычно приводят к снижению реакционной способности металлов, но часто приводят к побочные продукты3,4. Физико-химические методы восстановления оказывают негативное воздействие на микробную жизнь, а также на некоторые параметры почвы, такие как pH, глина и органические вещества5,6. Их также нельзя применять в больших масштабах, поскольку они, как правило, слишком дороги, а их общественное признание низкое3. В качестве альтернативы были предложены растительные стратегии (часто называемые «фиторемедиацией») как более экологически чистые методы восстановления деградированных почв7,8,9. Растения, которые избегают токсичности металлов за счет накопления ионов металлов в подземных тканях, используются в качестве фитостабилизаторов, тогда как растения, накапливающие металлы в надземных тканях, могут применяться в качестве фитоэкстракторов10. Когда фитоэкстракторное растение поглощает металлы из почвы и достигает определенных пороговых концентраций металлов в листьях, его классифицируют как гипераккумулятор11. Всего описано более 500 металлических гипераккумуляторов; большинство из них представляют собой облигатные металлофиты, приуроченные к металлоносным почвам, тогда как меньшую группу составляют факультативные гипераккумуляторы, населяющие как неметаллоносные, так и металлоносные почвы12,13. Несмотря на обширное понимание механизмов адаптации металлофитов, очевидно, что использование таких растений только для фитоэкстракции экономически нецелесообразно из-за их, как правило, низкой скорости роста и ограниченного производства биомассы14,15. Недавно было показано, что совместное использование растений со специфическими микроорганизмами может существенно повысить эффективность рекультивации как органических загрязнителей, так и металлов16,17,18,19. Эндофиты растений могут смягчать различные типы стрессов, например, засоленность20, засуху21, осмотический стресс22, температуру23 и токсичность металлов24,25,26,27. Санчес-Лопес и др.28, например, продемонстрировали, что устойчивая к металлам Mmethylobacterium sp. Штамм Cp3, выделенный из семян Crotolaria pumila, растущих на загрязненной цинком почве, в испытаниях in vitro продемонстрировал множество признаков, которые могут оказывать благотворное влияние на рост растений и, следовательно, могут быть потенциально полезны в фиторемедиации. Микробы в условиях металлического стресса могут напрямую взаимодействовать с ионами29,30,31 или могут благотворно влиять на приспособленность растений-хозяев, в том числе тех, которые накапливают токсичные металлы в своих тканях, снижая токсичность металлов32,33,34,35. Знания о бактериальных штаммах, потенциально полезных для реабилитации почв, загрязненных металлами, имеют важное значение.