Биопрепараты в сельском хозяйстве

.Использование ассоциативных ризобактерий для биоремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами.

Существующие технологии для очистки почв от загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) являются чрезвычайно дорогостоящими, создают новые отходы, требующие утилизации, снижают плодородие почвы или делают ее непригодной для сельскохозяйственного использования. В последнее 10- летие развивается принципиально новая технология восстановления загрязненных агроландшафтов, названная фиторемедиацией. Фиторемедиация основана на использовании растений для концентрации и детоксикации ТМ на основе физических, химических и биологических процессов, что обеспечивает сохранение агроландшафтов и восстановление здоровых экосистем. В связи с этим, актуальными являются поиск устойчивых форм растений с высокой урожайностью вегетативной массы и активно аккумулирующих ТМ и изучение возможностей улучшения роста растений на токсичных почвах.

Хорошо известно, что виды растений значительно различаются по устойчивости к ТМ. Имеются также данные о различиях в устойчивости к ТМ между сортами и популяциями растений, принадлежащих к одному виду. Проведенные исследования с горохом и горчицей сарептской показали, что существует достаточно высокая внутривидовая генетическая изменчивость по признаку устойчивости к кадмию. Горчица сарептская (Brassica juncea Czern.) является в настоящее время одним из наиболее перспективных видов для фиторемедиации почв, которая обладает сравнительно высокой
устойчивостью к ТМ, большой вегетативной массой, и способна аккумулировать различные ТМ в высоких концентрациях. Результаты исследований показали, что путем селекции можно отобрать устойчивые генотипы растений, которые будут служить перспективными объектами для фиторемедиации. Селекция может быть также эффективным подходом в отборе генотипов растений с повышенной (или пониженной) способностью накапливать ТМ. В частности, наши недавние исследования обнаружили существенную генетическую вариабельность у гороха посевного по аккумуляции различных ТМ. Показано, что другим эффективным подходом в поиске растений устойчивых и аккумулирующих ТМ является мутагенез. Так у устойчивого к кадмию мутанта гороха линии SGE биомасса и содержание в ней кадмия повышались примерно в два раза по сравнению с диким типом. Данный мутант является на сегодняшний день уникальной моделью как для развития технологий фиторемедиации, так и для изучения механизмов устойчивости растений к ТМ. Необходимо подчеркнуть, что использование бобовых растений для фиторемедиации весьма перспективно, в виду того, что они способствуют восстановлению плодородия и развитию полезной почвенной микрофлоры. Это особенно важно, поскольку многие почвы, нуждающиеся в ремедиации, содержат недостаточное количество питательных элементов и обеднены микрофлорой.
Многие почвенные микроорганизмы могут обладать высокой устойчивостью к ТМ и снижать или повышать подвижность ТМ в почве посредством изменения рН и редокспотенциала среды, продуцирования связывающих (хелатирующих) веществ и сидерофоров, а также путем биосорбции и биоаккумуляции. Ризосферные и ассоциативные микроорганизмы в этом отношении практически не изучены. Нами были выделены ризосферные рост стимулирующие бактерии с высокой устойчивостью к ТМ и показано, что они способны активно иммобилизировать ТМ и влиять на их поступление из почвы в растения. При интродукции на семена эти бактерии хорошо приживаются в ризоплане растений в присутствии токсичных концентраций ТМ в почве. Ассоциативные бактерии стимулировали рост и улучшали усвоение растениями питательных элементов в присутствии токсичных концентраций кадмия и свинца. Некоторые рост стимулирующие штаммы содержат фермент аминоциклопропанкарбоксилат дезаминазу, благодаря чему эти бактерии снижают уровень гормона этилена, повышенный биосинтез которого в условиях стресса приводит к ингибированию роста растений.
В условиях повышения уровня загрязнения агроландшафтов актуальной становится проблема получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции на слабозагрязненных почвах. Наши исследования показали, что инокуляция сельскохозяйственных культур биопрепаратами на основе ассоциативных бактерий положительно влияла на рост растений и улучшала потребление питательных элементов из почвы, обогащенной свинцом и кадмием. В то же время содержание этих металлов в зерне обработанных биопрепаратами растений не повышалось, а в отдельных
случаях снижалось. Эти результаты свидетельствуют о том, что биопрепараты на основе ассоциативных ризобактерий могут быть успешно применены для бактеризации растений в условиях слабого загрязнения почвы тяжелыми металлами для получения качественного урожая. Эффективным может быть также подход, основанный на селекции генотипов растений характеризующихся пониженным содержанием ТМ. Так, отобранные нами генотипы гороха могут служить ценным материалом для селекции высокопродуктивных сортов с низким содержанием ТМ.
Для фиторемедиации загрязненных ТМ почв, также как и для получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции на слабозагрязненных почвах, важное значение имеет генотип растений с повышенной способностью образовывать эффективный симбиоз с клубеньковыми бактериями и эндомикоризными грибами, а также обладающий высокой отзывчивостью на инокуляцию ассоциативными бактериями. Показано, что в одном генотипе могут сочетаться признаки высокой устойчивости к ТМ и симбиотической эффективности.