CC BY
36
СЕРИЯ БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
2019. Т. 29, вып. 1
УДК 579.66:58.02:58.04
Л.В. Литвиненко, А.В. Тищенко
ИЗУЧЕНИЕ ФИТОТОКСИЧНОСТИ НИКЕЛЯ В ПРИСУТСТВИИ ЯЯ0Я0С0ССШ-БИОСУРФАКТАНТОВ
Исследовано влияние Rhodococcus-биосурфактантов гликолипидной природы на эффективность прорастания семян сельскохозяйственных культур растений: вики полевой (Vicia sativa L.), горчицы белой (Sinapis alba L.) и овса посевного (Avena sativa L.) в условиях загрязнения сульфатом никеля. Биосурфактанты способствуют ослаблению негативного воздействия никеля за счёт их десорбции от компонентов почвы с последующим образованием стабильных комплексов «биосурфактант-металл», а также стимулируют рост корневой системы растений. Обнаружено снижение (до 4 раз) фитотоксичности никеля в присутствии Rhodoccocus-биосурфактантов. Установлено, что предварительная обработка семян растений Rhodoccocus-биосурфактантами приводит к повышению (до 21 раза) энергии прорастания и всхожести семян, более интенсивному росту корней и побегов проросших семян в присутствии никеля. Полученные сведения могут быть использованы при разработке экологически безопасного способа снижения токсического действия никеля на рост сельскохозяйственных культур растений в присутствии Rhodococcus-биосурфактантов.
Ключевые слова: Rhodococcus-биосурфактанты, сульфат никеля, тяжелые металлы, устойчивость, Vicia sativa L., Sinapis alba L., Avena sativa L.
Возрастающее загрязнение окружающей среды техногенными отходами негативно влияет как на природные, так и антропогенные экосистемы. Наиболее опасными среди широкого спектра эмерджентных поллютантов являются тяжелые металлы (ТМ). В отличие от таких объектов окружающей среды, как воздух и вода, в которых достаточно интенсивно происходят процессы самоочищения, почва обладает данным свойством лишь в незначительной мере [1].
Никель относится к немногочисленной группе ТМ, которые необходимы для нормального развития живых организмов. Никель оказывает влияние на ферментативные процессы, окисление аскорбиновой кислоты, ускоряет переход сульфгидрильных групп в дисульфидные. Никель входит в состав многих ферментов: уреаз; никельсодержащих гидрогеназ; дегидрогеназ; Ni-зависимых суперок-сиддисмутаз; метилендеуреаз; метилкоэнзим-М-редуктаз; ацетил-КоА-декарбоксилаз, а также ряда синтаз [2; 3].
По степени вредного воздействия никель входит в группу умеренно опасных веществ (2 класс опасности) в соответствии с приказом Министерства природных ресурсов РФ от 04.12.2014 г. № 536 «Об утверждении Критериев отнесения отходов к I-V классам опасности по степени негативного воздействия на окружающую среду» [4]. Известно, что в высоких концентрациях соединения никеля оказывают негативное воздействие на живые организмы. Избыток никеля в организме высших животных и человека может привести к поражению легких и кожи, носовым кровотечениям, гиперемии зева, а также раку легких [5].
Негативное влияние повышенных концентраций никеля на высшие растения заключается в ин-гибировании роста корней, а также нарушении целостности структуры и физиолого-биохимических функций растительных клеток [6]. Даже низкие дозы внесения этого элемента в почву способствуют многократному увеличению содержания никеля в различных органах растения, в том числе и генеративных, что определяет высокую вероятность его токсического действия в низких концентрациях на растительный организм. По сравнению с другими ТМ, никель обладает специфическими особенностями воздействия на растения. Однако обнаружено и наличие общих с другими ТМ механизмов нарушения минерального питания, водного режима, фотосинтеза и морфогенеза растений, а также единой программы ответа клетки, которая направлена на детоксикацию поллютанта [7].
Известно, что внесение биосурфактантов в почву, загрязненную ТМ, способствует повышению их биодоступности и облегчает аккумуляцию металлов микробными клетками [5]. При этом влияние сурфактантов биогенного происхождения на высшие растения в условиях загрязнения ТМ практически не изучено. По нашим данным, Rhodococcus-биосурфактанты гликолипидной природы, синтезируемые актинобактериями рода Rhodococcus, способствуют ослаблению негативного воздействия ТМ на рост растений за счет их десорбции от компонентов почвы с последующим образованием стабильных комплексов «биосурфактант-металл» [8-10].
72_Л.В. Литвиненко, А.В. Тищенко_
2019. Т. 29, вып. 1 СЕРИЯ БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Цель настоящего исследования - оценка влияния Rhodoccocus-бшсурфактантов на прорастание семян вики полевой, горчицы белой и овса посевного в условии загрязнения никелем.
Материалы и методы исследований
В сравнительных экспериментах изучали влияние Rhodococcus-биосурфактантов (в концентрациях 2.0, 4.0 и 8.0 г/л воды) на фитотоксичность сульфата никеля (№804х7Н2О) в отношении всхожести семян растений: овса посевного (Avena sativa L.), горчицы белой (Sinapis alba L.) и вики полевой (Vicia sativa L.). Растворы соли никеля вносили в количестве 1, 10, 50, 100 и 200 предельно-допустимых концентраций (ПДК), что составило по Ni - 4.0, 40.0, 200.0, 400.0 и 800.0 мг/кг почвы с учетом фона (кларка), соответственно [11]. Дозы никеля определяли по содержанию элемента в химически чистой соли. Содержание металла рассчитывали на основании атомных масс. Уровень фито-токсичности определяли в соответствии со стандартными Методическими рекомендациями МР 2.1.7.2297-07 «Обоснование класса опасности отходов производства и потребления по фитотоксично-сти (Фитотест)» [12]. Эксперименты по определению фитотоксичности проводили на базе учебного ботанического сада Пермского государственного национального исследовательского университета. Условия проращивания: подсветка белыми люминесцентными лампами, спектр которых максимально приближен к дневному свету; температура 23-25оС; рН 6.3-6.5.
Таблица 1
Влияние никеля на энергию прорастания (%) семян в присутствии Rhodococcus-биосурфактантов
Варианты Овёс посевной Горчица белая Вика полевая
экспериментов * БС С12 БС С1б БС С12 БС С16 БС С12 БС С16
Контроль 90 S4 91
№2+1 ПДК S3 49 S4
№2+10 ПДК S0 30 36
№2+ 50 ПДК 71 2 0
№2+ 100 ПДК 52 0 0
№2+ 200 ПДК 11 0 0
БС 2 г/л 92 91 S6 S5 S9 S9
БС 4 г/л 94 92 SS S7 92 93
БС 8 г/л S9 SS S6 S4 90 S9
1 ПДК / 2 г/л S9 SS 7б 74 90 SS
1 ПДК / 4 г/л 93 92 S2 S5 94 90
1 ПДК / 8 г/л 91 91 7S 73 91 S9
10 ПДК / 2 г/л 90 S9 6O б3 91 S3
10 ПДК / 4 г/л 92 91 б3 б7 94 S9
10 ПДК / 8 г/л 90 90 59 б5 90 S5
50 ПДК / 2 г/л S1 S4 35 43 2S 35
50 ПДК / 4 г/л S3 S1 39 41 32 41
50 ПДК / 8 г/л S0 79 36 31 25 33
100 ПДК / 2 г/л б7 б5 0 0 0 21
100 ПДК / 4 г/л 70 б0 0 0 0 26
100 ПДК / 8 г/л б5 б9 0 0 0 24
200 ПДК / 2 г/л 2S 25 0 0 0 0
200 ПДК / 4 г/л 30 2б 0 0 0 10
200 ПДК / 8 г/л 25 23 0 0 0 0
Примечание. * Представлены растворы сульфата никеля, ПДК / Rhodococcus-биосурфактантов, г/л.
В работе использовали штамм актинобактерий Rhodococcus ruber ИЭГМ 231 из Региональной профилированной коллекции алканотрофных микроорганизмов (акроним коллекции ИЭГМ, номер 768 во Всемирной федерации коллекций культур; www.iegmcol.ru; реестровый номер www.ckp-rf.ru/usu/73559). Бактериальную культуру выращивали в среде RS (Rhodococcus Surfactant) на орбитальном шейкере (160 об/мин, 28°С) в течение 7 сут. Состав среды RS (г/л): Na2HPO4 - 2.0; KH2PO4 -2.0; KNO3 - 1.0; (NHO2SO4 - 2.0; NaCl - 1.0; MgSO4x7H2O - 0.2; CaCl2x2H2O - 0.02; FeCl3x7H2O - 0.01
СЕРИЯ БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
2019. Т. 29, вып. 1
[11]. В качестве единственного источника углерода и энергии использовали н-додекан (Ci2) либо н-гексадекан (С16) в концентрации 3 об. %. Неочищенные Rhodococcus-биосурфактантные комплексы гликолипидной природы, продуцируемые родококками, получали методом [13]. Для этого 5-7 суточную бактериальную культуру отстаивали в делительной воронке, после чего сливали нижний прозрачный водный слой. Оставшуюся однородную гидрофобную маслянистую массу подвергали ультразвуковому озвучиванию (30 мин) в условиях обязательного охлаждения. Для условного обозначения Rhodococcus-биосурфактантов (БС), продуцируемых родококками в жидкой минеральной среде с н-додеканом или н-гексадеканом, использованы термины Rhodococcus--биосурфактанты С12 и Rhodococcus-бшсурфактанты С16, соответственно.
Эксперименты по проращиванию семян проводили в трёхкратной повторности. В чашку Петри помещали по 25 здоровых сухих семян, добавляли 5 мл эмульсии Rhodococcus-биосурфактантов, а также сульфата никеля в разных концентрациях. В качестве контроля использовали (1) дистиллированную воду, (2) водный раствор биосурфактантов, (3) водный раствор сульфата никеля. Энергию прорастания определяли на 3-и сутки, всхожесть и длину проростков - на 7 сутки эксперимента. Статистическую обработку полученных результатов проводили стандартными методами с помощью пакета компьютерных программ Microsoft Excel 2007 (Microsoft Inc., 2007).
Результаты и их обсуждение
Как видно из табл. 1, энергия прорастания семян всех использованных в работе видов растений в присутствии Rhodococcus-биосурфактантов от 1.5 до 21.0 раза выше, по сравнению с таковой в условиях загрязнения сульфатом никеля (табл. 1).
Таблица 2
Влияние никеля на формирование побегов и корневой системы (мм) проростков овса,
горчицы и вики в присутствии БС С12
Варианты экспериментов * Овес посевной Горчица белая Вика полевая
Длина побега Длина корня Длина побега Длина корня Длина побега Длина корня
Контроль 14.0±8.5 28.8±11.7 25.3±3.7 27.4±9.1 12.1±1.9 13.0±1.8
№2+ 1 ПДК 25.3±4.2 21.3±3.9 7.7±3.8 14.5±2.3 6.7±1.2 3.8±0.9
№2+10 ПДК 10.1±2.4 23.1±4.5 5.1±0.5 - 3.5±0.7 -
№2+50 ПДК 6.3±1.9 17.3±3.2 3.0±0.7 - - -
№2+100 ПДК 5.1±0.6 12.3±1.8 - - - -
№2+200 ПДК 1.8±0.4 2.0±0 - - - -
БС 2 г/л 55.7±14.4 48.4±9.5 32.2±8.7 31.7±3.0 30.8±2.6 18.2±3.0
БС 4 г/л 67.4±5.7 53.0±6.1 39.7±6.7 37.0±3.8 32.5±1.8 29.3±3.4
БС 8 г/л 45.1±5.2 35.1±3.2 24.6±5.0 26.2±8.0 27.0±2.0 22.3±3.4
1 ПДК / 2 г/л 28.1±2.3 35.6±2.4 14.3±2.4 22.5±1.9 12.1±2.1 14.5±1.4
1 ПДК / 4 г/л 40.6±3.1 42.2±2.4 19.8±1.2 25.3±1.5 14.7±2.4 15.3±1.2
1 ПДК / 8 г/л 27.3±4.2 34.7±1.2 12.8±0.2 20.2±0.8 12.5±1.6 14.3±1.2
10 ПДК / 2 г/л 24.3±1.6 37.2±1.6 8.6±1.2 15.5±0.7 6.4±1.2 4.5±1.8
10 ПДК / 4 г/л 29.8±2.0 35.8±1.4 18.1±1.7 17.6±0.8 8.9±2.0 8.5±0.5
10 ПДК / 8 г/л 22.3±1.7 30.9±2.0 12.6±1.4 14.8±5.0 4.2±1.4 3.6±0.1
50 ПДК / 2 г/л 12.5±3.0 25.0±0.5 12.1±0.3 - - -
50 ПДК / 4 г/л 14.1±1.3 28.5±1.8 14.5±0.4 - - -
50 ПДК / 8 г/л 13.1±2.4 25.3±2.1 10.6±1.2 - - -
100 ПДК / 2 г/л 14.1±1.5 21.5±2.1 - - - -
Примечание. *Представлены растворы сульфата никеля / КНо^ососсмя-биосурфактантов (ПДК / г/л). Угнетение роста корней и побегов показано символом «—».
В табл. 2 представлены результаты влияния ионов №2+ на прорастание семян растений в присутствии Ккойососсш--биосурфактантов С12. Наиболее интенсивная всхожесть, а также формирование корней и побегов проростков выявлены нами у овса, семена которого прорастали даже при концентрации ионов №2+ 200 ПДК. При этом никель в концентрации >10 ПДК полностью ингибировал про-
74_Л.В. Литвиненко, А.В. Тищенко_
2019. Т. 29, вып. 1 СЕРИЯ БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
цессы всхожести семян горчицы и вики, тогда как в присутствии ЛкоДососсш-биосурфактантов прорастание семян составляло более 50 % даже при концентрации никеля 50 ПДК. Обработка семян ЛкоДососсш-биосурфактантами С12 снижала токсичность никеля и способствовала более интенсивному росту корней и побегов исследуемых растений в 1.5-4.5 раза по сравнению с прорастанием семян в среде, загрязненной никелем без предварительной обработки их биосурфактантами.
Подобная тенденция наблюдалась при проведении экспериментов по изучению влияния ЛкоДососсш-биосурфактантов С16 на процессы прорастания семян исследованных растений в условиях загрязнения никелем (табл. 3).
Таблица 3
Влияние никеля на формирование побегов и корневой системы (мм) проростков овса, горчицы
и вики в присутствии БС С16
Вариант экспе- Овес посевной Горчица белая Вика полевая
риментов* Длина Длина Длина Длина Длина Длина
побега корня побега корня побега корня
БС 2 г/л 39.5±26.0 41.8±21.3 30.5±11.1 33.6±26.3 29.2±2.8 12.6±0.4
БС 4 г/л 31.9±3.5 35.3±6.8 27.9±4.3 33.8±10.1 31.8±1.7 16.2±2.2
БС 8 г/л 23.5±7.0 23.9±9.1 20.5±3.7 40.2±14.8 30.8±1.8 10.1±0.6
1 ПДК / 2 г/л 34.9±5.2 42.6±3.2 24.2±2.9 24.8±4.5 18.0±1.4 8.4±0.2
1 ПДК / 4 г/л 47.2±1.7 44.2±1.4 24.7±0.5 18.0±1.6 27.0±2.9 14.1±1.6
1 ПДК / 8 г/л 42.5±1.5 38.1±1.1 20.9±2.0 21.9±1.8 19.4±1.8 12.3±0.8
10 ПДК / 2 г/л 37.3±1.7 33.1±2.0 19.9±2.2 8.5±3.1 17.6±1.9 -
10 ПДК / 4 г/л 47.7±3.5 33.8±1.7 19.8±1.3 12.4±1.5 15.4±0.8 -
10 ПДК / 8 г/л 43.4±1.1 31.6±1.8 21.9±0.3 9.4±1.3 14.6±1.3 -
50 ПДК / 2 г/л 22.9±1.7 27.7±1.5 9.9±0.8 8.2±0.4 8.6±0.6 -
50 ПДК / 4 г/л 37.4±1.8 24.3±1.4 12.4±1.3 10.1±0.6 9.5±1.4 -
50 ПДК / 8 г/л 40.2±2.0 22.1±1.9 9.2±1.1 7.5±1.7 4.6±0.2 -
100 ПДК / 2 г/л 20.8±1.6 26.5±1.4 - - 9.3±0.3 -
100 ПДК / 4 г/л 22.5±0.2 27.1±2.0 - - 11.2±2.7 -
100 ПДК / 8 г/л 21.4±3.1 25.3±1.2 - - 11.0±1.6 -
200 ПДК / 2 г/л 10.4±1.2 5.7±0.9 - - - -
200 ПДК / 4 г/л 12.5±0.4 6.5±0.3 - - 8.7±1.5 -
200 ПДК / 8 г/л 9.3±1.6 3.9±0.6 - - - -
Примечание. *Представлены растворы сульфата никеля / Л^оДососсмя-биосурфактантов (ПДК / г/л). Угнетение роста корней и побегов показано символом «-».
120
100
Вола 1 10 50 100 200
Концентрация никеля, ПДК
Рис. 1. Всхожесть семян овса посевного в условиях загрязнения никелем (ПДК, мг/кг почвы)
СЕРИЯ БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
2019. Т. 29, вып. 1
На рис. 1 представлены результаты всхожести семян овса посевного в присутствии сульфата никеля. Количество проросших семян колеблется от 19 до 93 % в зависимости от концентрации ТМ в среде прорастания. Как видно из рис. 2, всхожесть семян овса в условиях загрязнения ионами никеля до 2 раз выше в присутствии Якойососсш--биосурфактантов.
Концентрация никеля, ПДК/биосурфакгант а, г/л
Рис. 2. Влияние биосурфактантов на всхожесть семян овса посевного в присутствии сульфата никеля (ПДК, мг/кг почвы / г/л)
Примечание. С]2 - ЛАо^ососсмя-биосурфактанты, продуцируемые в среде с н-додеканом; С16 -ЛАо^ососсмя-биосурфактанты, продуцируемые в среде с н-гексадеканом.
Вода 1 10 50
Концентрация никеля, ПДК Рис. 3. Всхожесть семян горчицы белой в условиях загрязнения никелем (ПДК, мг/кг почвы)
Как видно из рис. 3, с увеличением никеля в среде прорастания уровень всхожести семян горчицы снижается. В условиях загрязнения никелем 1 ПДК всхожесть семян составляла 60 %, тогда как при концентрации 50 ПДК всхожесть семян снижалась до 6 %. Увеличение концентрации загрязнителя полностью ингибировало всхожесть семян горчицы.
Количество проросших семян при обработке их Лйо^ососсмя-биосурфактантом С]6 выше на 46 %, чем Лйоа?ососсм5-биосурфактантом С]2. Всхожесть семян горчицы происходит до 4 раз более эффективно при обработке их Лйо^ососсмя-биосурфактантами, по сравнению с прорастанием тако-
2019. Т. 29, вып. 1 СЕРИЯ БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
вых в условиях загрязнения никелем (рис. 4). При концентрации никеля 50 ПДК без обработки семян горчицы ЯНоёососсш-биосурфактантами прорастания семян не выявлено, тогда как в условиях обработки семян КНоёососсш-биосурфактантами прорастало до 48 % семян.
Концентрация никеля, ЦДК/биосурфактанта, г/л
Рис. 4. Всхожесть семян горчицы белой в присутствии ионов никеля и биосурфактантов
(ПДК, мг/кг почвы / г/л) Примечание. С12 - КНо^ососсмя-биосурфактанты, продуцируемые в среде с н-додеканом; С]6 -ЛНо^ососсмя-биосурфактанты, продуцируемые в среде с н-гексадеканом.
Всхожесть семян вики полевой в условиях загрязнения никелем в концентрации 10 ПДК составляла 46 %, тогда как более высокие концентрации металла полностью подавляли процесс прорастания семян (рис. 5). В условиях предварительной обработки семян КНо^ососсмя-биосурфактантами их прорастание происходило даже в условиях загрязнения среды сульфатом никеля в концентрации 200 ПДК (рис. 6).
120
^ 100
я =
и %
и и
и =
§■
о. С
80
60
40
20
0
Вода 1 10
Концентрация никеля, ПДК
Рис. 5. Всхожесть семян вики полевой в условиях загрязнения никелем (ПДК, мг/кг почвы)
СЕРИЯ БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
2019. Т. 29, вып. 1
120
Концентрация никеля, ЦЦК / биосурфактант а, г/л
Рис. 6. Всхожесть семян вики полевой в присутствии ионов никеля и биосурфактантов
(ПДК, мг/кг почвы / г/л) Примечание. С12 - Rhodococcus-биосурфактанты, продуцируемые в среде с н-додеканом; С16 -Rhodococcus-биосурфактанты, продуцируемые в среде с н-гексадеканом.
Заключение
Рассмотрена возможность применения сурфактантов, продуцируемых актинобактериями рода Rhodococcus, для снижения фитотоксичности сульфата никеля. Установлено, что наиболее устойчивым растением к действию ионов Ni2+ является овес посевной, менее устойчивы проростки семян вики полевой. По степени устойчивости семян к ионам Ni2+ их можно распределить в ряд: A. sativa L. > V. sativa L. > S. alba L. Следует отметить, что подобная закономерность была выявлена нами ранее при изучении фитотоксичности свинца в присутствии Rhodococcus--биосурфактантов [13].
Всхожесть семян варьировала от 5 до 100% в зависимости от концентрации никеля в среде прорастания. Побеги и корни проростков при обработке их Rhodoccocus-биосурфактантами С16 были длиннее от 1.5 до 15 раз, по сравнению с таковым при изучении фитотоксичности ионов Ni2+ в присутствии Rhodoccocus-бшсурфактантов С12. Стоит отметить, что предварительная обработка семян сельскохозяйственных культур Rhodococcus-бшсурфактантами способствует увеличению их устойчивости к никелю даже при его концентрации в среде 200 ПДК. Данный факт связан с высокой ме-таллохелатирующей способностью Rhodococcus-биосурфактантов в отношении ионов Pb2+, описанной нами ранее [9].
Благодарности
Исследования выполнены в рамках государственного задания (01201353246 и 01201353247), поддержаны субсидией Министерства образования и науки Пермского края (МИГ) за 2019 г.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Коротченко И.С., Львова В.А. Миграция кадмия и никеля в растениях-фиторемедиантах // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2015. № 11-2. С. 251-254.
2. Hausinger R.P., Zamble D.B. Microbial physiology of nickel and cobalt // Microbiology Monograph. 2007. Vol. 6. P. 287-320.
3. Nies D.H. Bacterial transition metal homeostasis // Microbiology Monograph. 2007. Vol. 6. P. 117-142.
2019. Т. 29, вып. 1 СЕРИЯ БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
4. Приказ Министерства природных ресурсов РФ от 04.12.2014 г. № 536 «Об утверждении Критериев отнесения отходов к I - V классам опасности по степени негативного воздействия на окружающую среду» (Зарегистрировано в Минюсте России 29.12.2015 № 40330). URL: http://publication.pravo.gov.ru (дата опубликования: 31.12.2015).
5. Костина Л.В., Куюкина М.С., Ившина И.Б. Биосорбция, аккумуляция и способы извлечения тяжелых металлов // LAP Lambert Academic Publishing. 2010. 254 c.
6. Демченко Н.П., Калимова И.Б., Демченко К.Н. Восстановление роста и пролиферации клеток в корнях пшеницы после их ингибирования сульфатом никеля // Физиология растений. 2013. Т. 60, № 5. С. 678-690.
7. Серегин И.В., Кожевникова А.Д. Физиологическая роль никеля и его токсическое действие на высшие растения // Физиология растений. 2006. Т. 53, № 2. С. 285-308.
8. Костина Л.В. и др. Методы очистки загрязненных тяжелыми металлами почв с использованием (био)сурфактантов (Обзор) // Вестн. Пермского ун-та. Серия Биология, 2009. Вып. 10, № 36. С. 95-110.
9. Литвиненко Л.В., Тищенко А.В. Влияние Rhodococcus-биооурфактанта на фитотоксичность ионов свинца // Вестн. Пермского ун-та. Серия Биология, 2017. № 1. С. 80-87.
10. Ившина И.Б., Куюкина М.С., Костина Л.В. Адаптационные механизмы неспецифической устойчивости ал-канотрофных актинобактерий к ионам тяжелых металлов // Экология. 2013. № 2. С. 115-123.
11. ГН 2.1.7.2041-06. - Почва, очистка населенных мест, отходы производства и потребления, санитарная охрана почвы. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве, 2006. URL: http://www.gosthelp.ru/text/GN217204106 Predelnodopust.html
12. МР 2.1.7.2297-07. - Обоснование класса опасности отходов производства и потребления по фитотоксичности. 2007. URL:http://www.ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/52/52957/.
13. Ivshina I.B., Kuyukina M.S., Philp J.C., Christofi N. Oil desorption from mineral and organic materials using biosurfactant complexes produced by Rhodococcus species // World Journal of Microbiology and Biotechnology, 1998. Vol. 14. P. 711-717.
14. Kuyukina M.S. et al. Recovery of Rhodococcus biosurfactants using methyl-tertiary butyl ether extraction // Journal Microbiology Method. 2001. Vol. 46. P. 149-156.
Поступила в редакцию 31.10.2018
Литвиненко Людмила Викторовна, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории алканотрофных микроорганизмов
«Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук» -
филиал ФГБУН «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения
Российской академии наук»
614081, Россия, г. Пермь, ул. Голева, 13
E-mail: lkostina@list.ru
Тищенко Артём Валерьевич, аспирант биологического факультета
ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет» 614990, Россия, г. Пермь, ул. Букирева, 15 E-mail: arty.tishchenko@gmail.com
L.V. Litvinenko, A. V. Tishchenko
STUDYING OF PHYTOTOXICITY OF NICKEL ASSISTED WITH fltftf^OCOCCra'-BIOSURFACTANTS
The effect of nickel on the germination of seeds of agricultural plants common vetch (Vicia sativa L.), white mustard (Sinapis alba L.) and oats (Avena sativa L.) in the presence of Rhodoccocus-biosurfactants was studied. Biosurfactants contribute to suppression of the negative effects of nickel due to their desorption from soil components, followed by the formation of stable biosurfactant-metal complexes, and also stimulate the growth of the root system of plants. A decrease (up to 4 times) in nickel phytotoxicity in the presence of Rhodoccocus-biosurfactants was found. It was established that pretreatment of seeds of plants with Rhodoccocus biosurfactants leads to an increase up to 21 times in germination energy and seed germination, more intensive growth of the roots and shoots of seedlings of plants under conditions of nickel contamination. The data received can be used for developing an ecologically safe method for reducing the toxic effect of nickel on the growth of plant crops: Avena sativa L., Sinapis alba L. and Vicia sativa L. in the presence of Rhodococcus biosurfactants.
Keywords: Rhodococcus-biosurfactants, nickel sulphate, heavy metals, resistance, Vicia sativa L., Sinapis alba L., Avena sativa L.
СЕРИЯ БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
2019. Т. 29, вып. 1
REFERENCES
1. Korotchenko I.S., L'vova V.A. [Migration of cadmium and Nickel in plants-phytoremediation] in Mezhdunarodnyj zhurnalprikladnyh i fundamental'nyh issledovanij, 2015, no. 11-2, pp. 251-254 (in Russ.).
2. Hausinger R.P., Zamble D.B. Microbial physiology of nickel and cobalt, in Microbiology Monograph, 2007, vol. 6, pp. 287-320.
3. Nies D.H. [Bacterial transition metal homeostasis] in Microbiology Monograph, 2007, vol. 6, pp. 117-142.
4. Prikaz Ministerstva prirodnyh resursov RF ot 04.12.2014 goda №536 "Ob utverzhdenii Kriteriev otnesenija othodov kI-Vklassam opasnosti po stepeni negativnogo vozdejstvija na okruzhajuschuju sredu" (Zaregistrirovano v Minjuste Rossii 29.12.2015 № 40330) [Order of the Ministry of natural resources of the Russian Federation dated 04.12.2014 № 536 "on approval Of criteria for classifying waste to I-V hazard classes according to the degree of negative impact on the environment" (Registered in the Ministry of justice of Russia 29.12.2015 № 40330)], Available: http://publication.pravo.gov.ru. (accessed: 31.12.2015) (in Russ.).
5. Kostina L.V., Kujukina M.S., Ivshina I.B. [Biosorption, accumulation and extraction of heavy metals] in LAP Lambert Academic Publishing, 2010, 254 p. (in Russ.).
6. Demchenko N. P., Kalimova I. B., Demchenko K. N. [Restoration of cell growth and proliferation in wheat roots after inhibition by nickel sulfate] in Fiziologija rastenij, 2013, vol. 60, no. 5, pp. 678-690 (in Russ.).
7. Seregin I.V., Kozhevnikova A.D. [Physiological role of nickel and its toxic effect on higher plants] in Fiziologija rastenij, 2006, vol. 53, no. 2, pp. 285-308 (in Russ.).
8. Kostina L.V. and oth. [Methods of purification of soils contaminated with heavy metals using (bio)surfactants (review)] in Vestnik Permskogo universiteta. Serija Biologija, 2009, iss. 10, no. 36, pp. 95-110 (in Russ.).
9. Litvinenko L.V., Tischenko A.V. [Effect of Rhodococcus biosurfactant on phytotoxicity of lead ions] in Vestnik Permskogo universiteta. Serija Biologija, 2017, no. 1, pp. 80-87 (in Russ.).
10. Ivshina I.B., Kujukina M.S., Kostina L.V. [Adaptive mechanisms of non-specific resistance of alkanotrophic actinobacteria to heavy metal ions] in Ekologija, 2013, no. 2, pp. 115-123 (in Russ.).
11. GN 2.1.7.2041-06. - Pochva, ochistka naselennyh mest, othody proizvodstva i potreblenija, sanitarnaja ohrana pochvy. Predel'no dopustimye koncentracii (PDK) himicheskih veschestv vpochve [GN 2.1.7.2041-06. - Soil, cleaning of populated areas, waste production and consumption, sanitary protection of soil. Maximum permissible concentrations (MPC) of chemicals in soil], [Elektronnyj resurs], 2006, Available URL: http://www.gosthelp.ru/text/GN217204106 Predelnodopust.html (accessed 09.09.2018) (in Russ.).
12. MR 2.1.7.2297-07. - Obosnovanie klassa opasnosti othodov proizvodstva i potreblenija po fitotoksichnosti [MR 2.1.7.2297-07. - Rationale of hazard class of waste production and consumption by phytotoxicity], 2007, Available: URL:http://www.ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/52/52957/ (accessed: 09.09.2018) (in Russ.).
13. Ivshina I.B., Kuyukina M.S., Philp J.C., Christofi N. Oil desorption from mineral and organic materials using biosurfactant complexes produced by Rhodococcus species, in World Journal of Microbiology and Biotechnology, 1998, vol. 14, pp. 711-717.
14. Kuyukina M.S. et al. Recovery of Rhodococcus biosurfactants using methyl-tertiary butyl ether extraction, in Journal Microbiology Method, 2001, vol. 46, pp. 149-156.
Received 31.10.2018
Litvinenko L.V., Сandidate of Biology, Researcher of the Laboratory of Alkanotrophic Microorganisms Institute of Ecology and Genetics of Microorganism Ural Branch Russian Academy of Sciences -Branch of the Perm Federal Research Centre of the Branch of the Russian Academy of Sciences. 13, Goleva st., Perm, Russia, 614081 E-mail: lkostina@list.ru
Tishchenko A.V., postgraduate student of the biological faculty
Perm State University
15, Bukireva st., Perm, Russia, 614990
E-mail: arty.tishchenko@gmail.com
