CC BY
0
ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2023. Т. 78. № 3 LOMONOSOV SOIL SCIENCE JOURNAL. 2023. Vol. 78. No. 3
УДК 631.427
DOL10.55959/MSU0137-0944-17-2023-78-3-76-82
ВЛИЯНИЕ РИЗОСФЕРНЫХ БАКТЕРИЙ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ РАСТЕНИЙ ПШЕНИЦЫ И ПОСТУПЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ
И. О. Плеханова1*, В. О. Куликов1, В. П. Шабаев2
1 МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, 119991, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12
2 Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290, Россия, Московская область,
г. Пущино, ул. Институтская, д. 2
* E-mail: irinaoplekhanova@mail.ru
Представлены результаты вегетационного опыта на гумусовом горизонте дерново-подзолистой супесчаной почвы (Albic Retisol), которая была загрязнена тяжелыми металлами в результате внесения осадков сточных вод в качестве удобрения. Почва использовалась для выращивания овощных культур и кормовых трав, а последние 10 лет находится в залежи. В опыте изучено влияние ризосферных бактерий рода Pseudomonas на биомассу и поступление микро- и макроэлементов в вегетативные органы и корневую систему растений яровой пшеницы. Под влиянием инокуляции бактериями увеличилась биомасса растений пшеницы на 10-12% и изменилось содержание основных макро- и микроэлементов в растениях. Уменьшилось содержание Ca, K, Mg, Na и P в 1,5-2 раза в вегетативной части растений пшеницы, инокулированных P. fluorescens 21 и P. putida 23. Содержание макроэлементов в корнях пшеницы мало изменилось, но увеличилось соотношение между содержанием элементов в корнях и вегетативной части растений. Распределение содержания микроэлементов и тяжелых металлов (ТМ) значительно более контрастное: содержание Cd в корнях растений пшеницы превысило таковое в вегетативной части растений в 9 раз без обработки бактериями и в 18 и 11 раз после инокуляции P. fluorescens 21 и P. putida 23, а в вариантах с P. fluorescens 20 — в 7 раз. Отмечено снижение содержания Cd в вегетативной части растений пшеницы, в 2 раза при инокуляции P. fluorescens 21 и в 1,5 раза для вариантов с P. putida 23. Уменьшилось также и содержание Zn в надземной части растений при инокуляции P. fluorescens 21 в 1,8 раз и для вариантов с P. putida 23 в 1,4 раза. Увеличение соотношения содержания элементов в корнях и вегетативной массе растений свидетельствует об увеличении устойчивости растений к токсическому действию тяжелых металлов и барьерной функции корней.
Ключевые слова: бактерии рода Pseudomonas, макроэлементы, тяжелые металлы, содержание элементов в растениях, барьерная функция корней.
Введение
Давно известно, что некоторые микроорганизмы можно использовать в качестве компонентов удобрений; в основном это касается бактерий группы азотобактера, которые вносятся для повышения плодородия почв и урожайности культур. В последние десятилетия значительно возрос интерес к применению биопрепаратов, разработанных на основе ризосферных бактерий группы PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria), для стимуляции роста растений. Показано, что биопрепараты, изготовленные на основе ризосферных бактерий, оказывают не только стимулирующее воздействие на многие виды сельскохозяйственных культур, но и повышают их устойчивость к различным негативным факторам среды [Шабаев, 2012; 2017; Соколова и др., 2014; 2016]. Ризосферные бактерии, толерантные к тяжелым металлам, можно использовать и для биоремедиации загрязненных почв. Некоторые
© Плеханова И.О., Куликов В.О., Шабаев В.П., 2023 76
исследователи считают, что ризосферные бактерии способны переводить тяжелые металлы в нерастворимые в воде формы в виде металлорганических комплексов, которые адсорбируются на поверхности корней и ограничивают подвижность и аккумуляцию их в растениях [Архипова и др., 2004]. В ряде исследований установлен стимулирующий эффект действия бактериальных ассоциаций на рост и развитие растений [Казарова, 2004; Андреева, Кожевин, 2014; Lewis et al., 2010]. Показано, что инокуляция семян ризосферными бактериями способствует снижению накопления в растениях ионов тяжелых металлов и радионуклидов [Белоголова и др., 2013; Шабаев и др., 2020; Braud et al., 2010]. Экологические аспекты использования ризосферных бактерий особенно актуальны в настоящее время, когда антропогенное воздействие на почвы и растения привело к значительному росту загрязненных земель и снижению качества растительной продукции [Копцик, 2014; Zahir, 2004]. Одним из ис-
м
точников загрязнения почв сельскохозяйственного назначения являются осадки сточных вод (ОСВ) [Болышева, Лопатина, 2011; Васбиева, 2016; Плеханова и др., 2001; Плеханова, 2020].
Цель работы — изучение влияния ризосферных бактерий на биомассу и поступление макро-, микроэлементов и тяжелых металлов в растения яровой пшеницы из дерново-подзолистой супесчаной почвы, загрязненной в результате применения ОСВ в условиях вегетационного опыта.
Объекты и методы
Исследования проводили в условиях вегетационного опыта при выращивании культуры яровой пшеницы на пахотном горизонте старопахотной дерново-подзолистой супесчаной почвы Балаши-хинского района Московской области. Источником загрязнения исследуемых почв были ОСВ Люберецкой станции аэрации, которые вносили в качестве органических удобрений до 1990 г. Изначально почвы использовали для выращивания овощных культур и кормовых трав, они отличались высоким содержанием гумуса, нейтральной реакцией среды, рН 6,0-6,9, были высоко обеспечены основными элементами питания растений (^ Р, К) [Плеханова и др., 2001]. Затем почвы использовали для выращивания кормовых трав, в настоящее время они находятся в состоянии залежи.
Из пахотного горизонта были отобраны образцы почв с пробных площадок размером 10 м2. Почвенные образцы усредняли, всего около 30 кг почвы, высушивали, просеивали и оставляли в сосудах, наполненных 800 г почвы, увлажненной до 60% от полной влагоемкости, на предварительную инкубацию в течение 10 сут при 22оС.
В почву перед посевом растений вносили азотное удобрение, перемешивая со всем объемом почвы, в виде азотнокислого аммония из расчета 100 мг №кг-1 почвы по пять сосудов для каждого варианта. В контрольном варианте растения выращивали без инокуляции бактериями, в трех других: при инокуляции бактериями Р /1иоге$сет 20, Р./1иоге$сет 21, Р. риНйа 23.
При посеве пророщенные семена раскладывали на почве и инокулировали водными суспензиями чистых культур бактерий в водопроводной воде из расчета 108 клеток на растение и засыпали слоем почвы толщиной 3 см. В варианте без инокуляции в качестве контроля вносили аналогичное количество автоклавированных бактериальных суспензий. Влажность почвы в сосудах в течение опыта поддерживали 60% от полной влагоемкости. Выращивали по 10 растений яровой пшеницы сорта Злато до фазы трубкования в течение 28 дней.
Содержание органического вещества в образцах почв определяли по методу Тюрина со спектро-фотометрическим окончанием, рН — потенцио-метрически. Валовое содержание ТМ определено
после обработки почв концентрированными кислотами HCl+HNO3 в соотношении 3:1 при нагревании и растворении осадка в 1 н. HNO3. Содержание подвижных соединений в вытяжке CH3COONH4 с рН = 4,8.
Результаты
За последние 10 лет, когда почва находилась в условиях залежи, показатели агрохимических свойств почв сильно изменились: значительно уменьшилось содержание гумуса, видимо, за счет минерализации неспецифических органических соединений, характерных для органического вещества осадков; уменьшилось содержание подвижных соединений фосфора и калия, но увеличилось содержание обменных кальция и магния за счет известкования почв (табл. 1).
Уровень загрязнения почв значительно снизился за 30 лет по сравнению с исходным [Плеханова, 2020], но основные элементы, охарактеризованные для ОСВ и почв, которые были удобрены, — это Zn и С^ все еще превышают допустимый уровень содержания (ОДК) для супесчаных почв. При этом содержание подвижных соединений Zn уменьшилось в 5,5 раза, Cd в 6,7, а валовое содержание этих элементов в 2,2 раза и 4,5 соответственно (табл. 2).
Таблица 1
Агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы
Год исследования С орг, % рНводн. РНсол. Р2О5 К2О Са2+ Mg2+ ЕКОст.
мг-кг-1 смоль(экв)-кг-1
1991 3,2 6,9 6,7 393 152 8,3 0,9 8,7
2021 1,95 7,15 6,2 98,4 44 9,97 1,94 9,2
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в пахотном слое дерново-подзолистой супесчаной почвы, удобренной ОСВ, мг^кг"1
Содержание Си Zn Cd № РЬ
Подвижные соединения 1991/2021 18/1,94 97/17,5 5,8/0,87 9/0,56 3/0,61
Валовое содержание 1991/2021 148/33,4 285/127,4 10,0/2,24 48/12,9 40/18,1
ОДК валового содержания 33 55 0,5 20 32
Было исследовано влияние трех штаммов ризосферных бактерий (Р./1иоге$сет 20, Р./1иоге$сет 21, Р. риНйа 23) на поведение тяжелых металлов и элементов питания в системе почва — растения. Отмечено незначительное увеличение биомассы всего растения, а биомасса надземной части пшеницы, обработанной Р ^Аиогезсет 21, Р. риНйа 23, увеличилась на 10-12% по сравнению с контрольными
3 2,9 2,8 2,7 2,6 2,5 2,4 2,3
«¿Р ^
# г\ л
d 1,8
« 1,6
!S 1,4
1,2
I. I
4,6
4,5
1 4,4
Je 4,3
4,2
4,1
vo О
3,9
3,8
^
jr Л
Рис. 1. Влияние ризосферных бактерий на биомассу пшеницы: А — вегетативная часть, Б — корни, В — общая биомасса
вариантами. Корни пшеницы имели максимальную биомассу в вариантах без инокуляции ризосферны-ми бактериями (рис.1).
Под влиянием ризосферных бактерий изменилось содержание основных макроэлементов в растениях пшеницы. Уменьшилось содержание Ca, K, Mg, Na и P в вегетативной части растений пшеницы, инокулированных P fluorescens 21, P. putida 23. Содержание этих элементов в вариантах с P. fluorescens 20 практически равно контрольным значениям (рис. 2 А).
Инокуляция ризосферными бактериями мало повлияла на содержание Ca, K, Mg и P в корнях пшеницы, отмечается только некоторое увеличение содержания Na в корнях пшеницы в вариантах, обработанных бактериями P. fluorescens 21 и P. putida 23 (рис. 2 Б). Однако следует отметить, что изменилось соотношение содержания элементов в корнях к вегетативной части растений. Изменения, вызванные ризосферными бактериями, количественно проявляются при сравнении с контрольными вариантами.
Отношение содержания Са в корнях и вегетативной части на контроле и в варианте с P. fluorescens
20 имеет близкие значения — 1,16-1,23, а для вариантов с P. fluorescens 21 и P. putida 23 накопление элемента в корнях превышает таковое в вегетативной части в 2,6 и 1,7 раз соответственно. Наибольшее накопление в корнях растений отмечается для Na на контроле и в варианте с P fluorescens 20, оно равно 2,4 и 2,2 соответственно, а в вариантах с P. fluorescens
21 и P. putida 23 накопление элемента в корнях превышает таковое в вегетативной части в 5,7 и 4,6 раз соответственно.
В меньшей степени увеличилось соотношение содержания K в корнях и вегетативной массе — в 1,2-1,4 раза, для P — в 2,0-1,5 для вариантов с P. fluorescens 21 и P. putida 23 (табл. 3, рис. 2).
Обсуждение
Полученные результаты показывают, что внесение некоторых видов ризобактерий способствует перераспределению элементов по органам растений,
8000 -г
Ca
8000 -г
Mg
Na
Ca
Mg
Na
I контроль 20шт 21 шт 23 шт
I контроль 20 шт 21 шт 23 шт
Рис. 2. Влияние ризосферных бактерий на содержание макроэлементов А— в вегетативной части растений пшеницы и Б — в корнях (мг-кг-1)
В
2
4
1
к
p
к
P
Таблица 3
Показатели содержания макроэлементов в корнях и в вегетативной части растений пшеницы п=5 (мг-кг-1)
Вариант Показат. Ca K Mg Na P Ca K Mg Na P
содержан.
Корни Вегетативная часть
Средн. 7302 2132 2015 3306 1360 6306 5293 3511 1402 2808
Контроль станд. от. 802 346 199 539 95 1161 478 561 1893 712
доверит. 842 209 209 566 99,9 1219 142 589 747
Средн. 7934 2054 1870 3240 1254 6434 5834 3366 1507 2896
20 шт. станд. от. 1220 136 172 385 129 749 242 379 271 442
доверит. 1280 142 180 404 135 786 253 398 285 465
Средн. 7877 2225 2015 3720 1294 2967 4431 1563 650 1287
21 шт. станд. от. 1696 345 217 351 124 713 542 581 174 347
доверит. 1780 362 228 368 130 749 568 610 183 364
Средн. 7353 2542 2139 4160 1347 4302 4430 2202 911 1948
23 шт. станд.от. 1865 306 156 842 145 1113 469 617 294 626
доверит. 1957 321 164 883 152 1168 492 648 308 658
при этом происходит накопление элементов, необходимых для их роста и развития (К, Р) в вегетативной части растений и снижение их содержания в корнях. Химические элементы обладают разной способностью к взаимодействию с органическими соединениями и образованию комплексных соединений с метаболитами бактерий. Микроэлементы и тяжелые металлы (ТМ) гораздо активнее взаимодействуют с органическими соединениями, содержание которых в почвах растет при внесении ризосферных бактерий [Максимов и др., 2011; Шабаев и др., 2020; Плеханова и др., 2022].
Распределение содержания микроэлементов и ТМ значительно более контрастное. Содержание Cd в корнях растений пшеницы превысило таковое в вегетативной части растений в 9 раз без обработки бактериями и в 18 и 11 раз после инокуляции Р/1ыоге$сет 21 и Р. рыНйа 23, а в вариантах с Р }Ыотевсет 20 — в 7 раз. Наиболее существенным
является снижение содержания Cd в вегетативной части растений пшеницы, которое уменьшилось в 2 раза при инокуляции Р. fluorescens 21 и в 1,5 раза для вариантов с Р. putida 23. Уменьшилось также и содержание Zn в надземной части растений при инокуляции Р fluorescens 21 в 1,8 раза и для вариантов с и Р. putida 23 в 1,4 раза (табл. 3).
Отмеченное увеличение соотношения содержания элементов в корнях и вегетативной массе растений свидетельствует об увеличении устойчивости растений к токсическому действию тяжелых металлов и увеличении барьерной функции корней [Плеханова и др., 2022; Misha et al, 2017; Chandel et al., 2020].
Было отмечено снижение поступления Cd, Zn и Cu в вегетативные части растений пшеницы на почвах, инокулированных ризосферными бактериями (табл. 4). В опыте изучено влияние ризосферных бактерий рода Pseudomonas на подвижность
Таблица 4
Показатели содержания микроэлементов и тяжелых металлов в корнях и в вегетативной части растений пшеницы
п=5 (мг-кг-1)
Вариант Показат. Cd Zn Cu Pb Ni Cd Zn Cu Pb Ni
содержан.
Корни Вегетативная часть
Контроль Средн. 4,54 81,6 45,4 7,7 10,9 0,707 30,1 12,87 1,35 1,46
станд. от. 0,41 1,35 4,1 1,2 1,16 0,409 9,5 2,61 0,27 0,60
доверит. 0,43 1,42 4,3 1,3 1,21 0,429 9,7 2,74 0,32 0,64
20 шт. Средн. 4,93 73,4 40,1 9,5 9,1 0,59 31,7 16,11 0,77 1,4
станд. от. 0,66 12,7 5, 4 6,8 1,4 0,07 6,7 2,93 0,26 0,11
доверит. 0,69 13,4 5,7 7,1 1,5 0,07 7,0 3,08 0,27 0,12
21 шт. Средн. 4,15 71,7 38,4 6,2 9,4 0,25 16,3 8,75 0,42 1,1
станд. от. 0,65 5,2 3,6 1,3 1,1 0,12 4,7 3,14 0,09 0,10
доверит. 0,68 5,5 3,8 1,5 1,1 0,13 4,9 3,29 0,01 0,11
23 шт. Средн. 4,03 72,6 33,8 6,2 8,3 0,38 20,8 10,35 1,42 1,1
станд. от. 0,41 11,612,2 2,3 1,2 1,5 0,12 4,7 3,14 1,33 0,10
доверит. 0,43 2,4 1,3 1,6 0,13 4,9 3,29 1,35 0,11
тяжелых металлов в почве и поступление их в вегетативные органы и корневую систему растений яровой пшеницы. Под влиянием инокуляции бактериями изменилось содержание и соотношение форм соединений ТМ в почвах опыта. Отмеченное увеличение соотношения содержания элементов в корнях и вегетативной массе растений свидетельствует об увеличении устойчивости растений к токсическому действию тяжелых металлов и увеличении барьерной функции корней [Шабаев, 2012; Плеханова и др., 2022].
Заключение
В условиях вегетационного опыта при выращивании растений яровой пшеницы на дерново-подзолистой почве, загрязненной в результате применения ОСВ в качестве органического удобрения, было изучено влияние ризосферных бактерий на биомассу и поступление макро- и микроэлементов в растения. При внесении ризосферных бактерий рода Pseudomonas отмечено увеличение биомассы растений пшеницы и снижение содержания ТМ в вегетативной части и, в меньшей степени, в корнях растений.
Под влиянием ризосферных бактерий изменилось содержание основных макроэлементов в растениях пшеницы. Уменьшилось содержание Ca, K, Mg, Na и P в вегетативной части растений пшеницы, инокулированных P fluorescens 21, P. putida 23. Содержание этих элементов в вариантах с P fluorescens 20 практически равно контрольным значениям. Инокуляция ризосферными бактериями в меньшей степени повлияла на содержание макроэлементов в корнях пшеницы, но увеличилось соотношение между содержанием элементов в корнях и вегетативной части растений.
Проведенные исследования позволили установить некоторые принципы влияния ризосферных бактерий на иммобилизацию тяжелых металлов в системе почва — растение и выделить основные факторы, влияющие на их миграцию. Главное — установлена способность изученной группы ризо-сферных бактерий к биосорбции тяжелых металлов из загрязненных ими почв, что может иметь большое практическое значение при использовании их для фиторемедиации почв.
Отмеченное увеличение соотношения содержания элементов в корнях и вегетативной массе растений свидетельствует об увеличении устойчивости растений к токсическому действию тяжелых металлов и увеличении барьерной функции корней.
Полученные результаты могут быть использованы для разработки эффективных средств ремедиации почв и минимизации негативного воздействия от ранее примененных непродуктивных подходов и способов использования территорий.
Информация о финансировании работы
Исследование выполнено частично при поддержке Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды», а также в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации «Почвенные информационные системы и оптимизация использования почвенных ресурсов» (Номер ЦИТИС: 121040800147-0).
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреева О.А., Кожевин П.А. Оптимизация естественного сообщества микроорганизмов почвы как способ создания микробных удобрений // Вестн. Моск. Ун-та. Сер 17. Почвоведение. 2014. № 4.
2. Архипова Т.Н., Мелентьев А.И., Веселов С.Ю. и др. Влияние цитокининпродуцирующих микроорганизмов на устойчивость растений салата к токсическому действию кадмия // Агрохимия. 2004. № 3.
3. Белоголова Г.А., Соколова М.Г., Гордеева О.Н. Влияние ризосферных бактерий на на миграцию и биодоступность тяжелых металлов, мышьяка и фосфора в техно-генно-загрязненных экосистемах // Агрохимия. 2013. № 6.
4. Болышева Т.Н., Лопатина Е.А. Поведение кадмия и свинца в почвах после прекращения регулярного использования осадка сточных вод // Проблемы агрохимии и экологии. 2011. № 1.
5. Васбиева М.Т. Влияние длительного применения осадков сточных вод в качестве удобрения на продуктивность зернотравяного севооборота и качество сельскохозяйственных культур // Агрохимия. 2016. № 1.
6. Казарова Т.М. Роль интродуцируемых бактериальных ассоциаций в ризоценозе пшеницы на почве с повышенным содержанием Zn // Изв. ТСХА. 2004. Вып. 4.
7. Копцик Г.Н. Проблемы и перспективы фитореме-диации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. 2014. № 9.
8. Максимов И.В., Абизгильдина Р.Р., Пусенкова Л.И. Стимулирующие рост растений микроорганизмы как альтернатива химическим средствам защиты от патогенов (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2011. Т. 47, № 4.
9. Плеханова И.О., Кленова О.В., Кутукова Ю.Д. Влияние осадка сточных вод и мелиорантов на фракционный состав тяжелых металлов в супесчаных дерново-подзолистых почвах // Почвоведение. 2001. № 4.
10. Плеханова И.О. Биогеохимия агроландшафтов восточного Подмосковья после применения осадков сточных вод в качестве удобрений // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2020. № 3.
11. Плеханова И.О., Шабаев В.П., Куликов В.О. Влияние ризосферных бактерий на состояние тяжелых металлов в системе почва — растение // Почвоведение. 2022. № 9.
12. Соколова М.Г., Белоголова Г.А., Гордеева О.Н. и др. Влияние ризосферных бактерий на рост растений и на-
копление тяжелых металлов на техногенно-загрязненных почвах // Агрохимия. 2014. № 2.
13. Соколова М.Г., Белоголова Г.А., Акимова Г.П. и др. Влияние инокуляции ризосферными бактериями на рост растений и транслокацию микроэлементов из загрязненных почв // Агрохимия. 2016. № 7.
14. Шабаев В.П. Почвенные механизмы уменьшения поглощения кадмия растениями ячменя при применении ризосферных бактерий, стимулирующих рост растений // Агрохимия. 2017. № 7.
15.Шабаев В.П. Почвенно-агрохимические аспекты ремедиации загрязненной свинцом серой лесной почвы при внесении стимулирующих рост растений ризосферных бактерий // Почвоведение. 2012. № 5.
16. Шабаев В.П., Бочарникова Е.А., Остроумов В.Е. Ремедиация загрязненной кадмием почвы при применении стимулирующих рост растений ризобактерий и природного цеолита // Почвоведение. 2020. № 6.
17. Lewis K., Epstein S., Onofrio A., Ling L. Uncultured microorganisms as a source of secondary metabolites // Journal Antibiotics. 2010. № 4.
18. Braud A., Geoffroy V., Hoegy F. et al. Presence of the siderophores pyoverdine and pyochelin in the extracellular medium reduces toxic metal accumulation in Pseudomonas aeruginosa and increases bacterial metal tolerance // Environ. Microbiol. Rep. 2010. Vol. 2.
19. Chandel A.K., Chen H., Sharma H. Ch. et al. Beneficial Microbes for Sustainable Agriculture // Microbes for Sustainable Development and Bioremediation. Ch. 15. 2020. https://doi.org/10.1201/9780429275876
20. Mishra J., Singh R., Arora N.K. Alleviation of heavy metal stress in plants and remediation of soil by rhizosphere microorganisms // Front. Microbiol. 2017. Vol. 8. Article 1706. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01706
21. Zahir Z.A. Plant growth promoting rhizobacteria: application and perspectives in agriculture // Adv. Agron. 2004. Vol. 81.
Поступила в редакцию 13.12.2022 После доработки 17.03.2023 Принята к публикации 14.05.2023
ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2023. Т. 78. № 3 LOMONOSOV SOIL SCIENCE JOURNAL. 2023. Vol. 78. No. 3
INFLUENCE OF RHISOSPHERIC BACTERIA ON THE PRODUCTIVITY OF WHEAT PLANTS AND THE INPUT OF ELEMENTS FROM POLLUTED SOILS
I. O. Plekhanova, V. O. Kulikov, V. P. Shabaev
The results of a vegetation experiment on the humus horizon of soddy-podzolic sandy loamy soil (Albic Retisol), which was contaminated with heavy metals as a result of sewage sludge as a fertilizer, are presented. The soil was used for growing vegetables and forage grasses but has been abandoned for the last 10 years. In the experiment, the effect of rhizospheric bacteria of the genus Pseudomonas on biomass and the entry of micro- and heavy metals into the vegetative organs and root system of spring wheat plants was studied. Under the influence of inoculation with bacteria, the biomass of wheat plants increased by 10-12% and the content of the main macro- and microelements in plants changed. The content of Ca, K, Mg, Na and P decreased by 1,5-2 times in the vegetative part of wheat plants inoculated with P. fluorescens 21 and P. putida 23. The content of macroelements in wheat roots changed little, but the ratio between the content of elements increased in roots and vegetative parts of plants. The distribution of the content of trace elements and HMs was much more contrasting: the content of Cd in the roots of wheat plants exceeded that in the vegetative part of plants by 9 times without treatment with bacteria and by 18 and 11 times after inoculation with P. fluorescens 21 and P. putida 23, and in variants with P. fluorescens 20 by 7 times. A decrease in the content of Cd in the vegetative part of wheat plants was noted, by 2 times upon inoculation with P. fluorescens 21 and by 1,5 times for variants with P. putida 23. The content of Zn in the aerial parts of plants also decreased upon inoculation with P. fluorescens 21 and by 1,8 times for variants with and P. putida 23 by 1,4 times. An increase in the ratio of the content of elements in the roots and vegetative mass of plants indicates an increase in the resistance of plants to the toxic effect of heavy metals and the barrier function of the roots.
Key words: bacteria of the genus Pseudomonas, macroelements, heavy metals, content of elements in plants, barrier function of roots.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Плеханова Ирина Овакимовна, докт. биол. наук, доцент, вед. науч. сотр. кафедры земельных ресурсов и оценки почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: irinaoplekhanova@mail.ru
Куликов Владимир Олегович, аспирант кафедры земельных ресурсов и оценки почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: vovochka0396@mail.ru
Шабаев Валерий Павлович, докт. биол. наук, вед. науч. сотр.
Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
e-mail: vpsh@rambler.ru
© Plekhanova I.O., Kulikov V.O., Shabaev V.P., 2023 82
