Снижение токсичного влияния ионов свинца на Triticum aestivum L. и Sinapis alba L. под действием штамма B. licheniformis RZn в модели in vitro

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, в том числе и ксенобиотическими элементами с высокими кумулятивными характеристиками, является актуальной проблемой в настоящее время. Приоритетным загрязнителем первого класса опасности является свинец, который попадает в окружающую среду с удобрениями и в результате технологических выбросов (пыли, паров, растворов), которые легко оседают на поверхности почвы и воды.

В качестве эффективного сорбента подвижных форм токсичных элементов возможно использование почвенных микроорганизмов рода Bacillus spp. с высокими аккумулирующими характеристиками. В работе представлены результаты экспериментальных исследований по выделению и оценке эффективности штаммов Bacillus spp., с территорий с высоким уровнем техногенной нагрузки. Использование диффузионного метода лунок в комбинации с методом серийного разведения, а также метода «реплик» с высевом на субстраты с высоким уровнем катионной нагрузки посредством добавления в питательные среды Pb(NO₃)₂  «ЧДА» в концентрациях 0,031 М, 0,016 М и 0,008 М позволили выделить перспективный штамм B. licheniformis RZn, характеризующийся устойчивым ростом на средах с добавлением Pb(NO₃)₂  в концентрации 0,031 М и показателями сорбции катионов свинца из субстрата до 65,39%. В модельном эксперименте с использованием тест-культур Sinapis alba L. и Triticum aestivum L. установлено снижение уровня токсического влияния свинца на показатели всхожести, а также морфометрические показатели растений, что свидетельствует о выраженном биологическом потенциале исследуемого штамма в качестве ремедиатора ионов свинца.

1. Теплая Г.А. Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды (обзор литературы). Астраханский вестник экологического образования. 2013; (1): 182‒192. https://www.elibrary.ru/pxntrr

2. Ayilara M.S., Babalola O.O. Bioremediation of environmental wastes: the role of microorganisms. Frontiers in Agronomy. 2023; 5: 1183691. https://doi.org/10.3389/fagro.2023.1183691

3. Luo J. et al. Bioaccessibility, source and human health risk of Pb, Cd, Cu and Zn in windowsill dusts from an area affected by long-term Pb smelting. Science of The Total Environment. 2022; 842: 156707. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.156707

4. Yap C.K., Al-Mutairi K.A. Ecological-Health Risk Assessments of Heavy Metals (Cu, Pb, and Zn) in Aquatic Sediments from the ASEAN-5 Emerging Developing Countries: A Review and Synthesis. Biology. 2022; 11(1): 7. https://doi.org/10.3390/biology11010007

5. Chandwani S., Kayasth R., Naik H., Amaresan N. Current status and future prospect of managing lead (Pb) stress through microbes for sustainable agriculture. Environmental Monitoring and Assessment. 2023; 195(4): 479. https://doi.org/10.1007/s10661-023-11061-8

6. Сизенцов Я.А., Сальникова В.И., Сальникова Е.В., Сизенцов А.Н., Исайкина Е.Ю. Геохимические характеристики содержания свинца на территории Оренбургской области и оценка его влияния на микробиоту кишечника животных. Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018; (6): 142‒145. https://www.elibrary.ru/ysucdb

7. Nag R., Cummins E. Human health risk assessment of lead (Pb) through the environmental-food pathway. Science of The Total Environment. 2022; 810: 151168. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151168

8. Соколова О.Я., Науменко О.А., Бибарцева Е.В., Васильева Т.Н. Трансформационная способность свинца в агроценозах Оренбуржья. Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018; (5): 40‒43. https://www.elibrary.ru/yndpcp

9. Sanders A.P. et al. Combined exposure to lead, cadmium, mercury, and arsenic and kidney health in adolescents age 12–19 in NHANES 2009-2014. Environment International. 2019; 131: 104993. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.104993

10. Tang J. et al. Total arsenic, dimethylarsinic acid, lead, cadmium, total mercury, methylmercury and hypertension among Asian populations in the United States: NHANES 2011–2018. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2022; 241: 113776. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.113776

11. Sarker A. et al. Biological and green remediation of heavy metal contaminated water and soils: A state-of-the-art review. Chemosphere. 2023; 332: 138861. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.138861

12. Alotaibi B.S., Khan M., Shamim S. Unraveling the Underlying Heavy Metal Detoxification Mechanisms of Bacillus Species. Microorganisms. 2021; 9(8): 1628. https://doi.org/10.3390/microorganisms9081628

13. Jiang R., Zhu C., Wen S., Zhang M., Hou X. Phosphate-solubilizing bacteria for lead heavy metal phytoremediation by reducing bermudagrass stress and enhancing lead bioaccumulation. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2025; 299: 118371. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2025.118371

14. Płociniczak T., Sinkkonen A., Romantschuk M., Sułowicz S., Piotrowska-Seget Z. Rhizospheric Bacterial Strain Brevibacterium casei MH8a Colonizes Plant Tissues and Enhances Cd, Zn, Cu Phytoextraction by White Mustard. Frontiers in Plant Science. 2016; 7: 101. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00101

15. Hui C.-y., Ma B.-c., Wang Y.-q., Yang X.-q., Cai J.-m. Designed bacteria based on natural pbr operons for detecting and detoxifying environmental lead: A mini-review. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2023; 267: 115662. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2023.115662

16. Семочкина М.А. Обзор организмов-биоремедиаторов и механизмов ферментативной биоремедиации углеводородов. The scientific heritage. 2017; (12–1): 17‒20.

17. Qiao W. et al. Bioimmobilization of lead by Bacillus subtilis X3 biomass isolated from lead mine soil under promotion of multiple adsorption mechanisms. Royal Society Open Science. 2019; 6(2): 181701. https://doi.org/10.1098/rsos.181701

18. Сизенцов А.Н., Сальникова Е.В. Бактериальная ремедиация и перспективы ее использования (обзор). Экосистемы. 2024; 38: 150‒165. https://doi.org/10.29039/2413-1733-2024-38-150-165

19. Александров А.Ю. Характеристика штаммов микроорганизмов, участвующих в процессах биоремедиации. Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 3: Экономика. Экология. 2009; (1): 231‒237. https://www.elibrary.ru/kyfosd

20. Jing Y.-d., He Z.-l., Yang X.-e. Role of soil rhizobacteria in phytoremediation of heavy metal contaminated soils. Journal of Zhejiang University-Science B. 2007; 8(3): 192‒207. https://doi.org/10.1631/jzus.2007.B0192

21. Qin H., Wang Z., Sha W., Song S., Qin F., Zhang W. Role of PlantGrowth-Promoting Rhizobacteria in Plant Machinery for Soil Heavy Metal Detoxification. Microorganisms. 2024; 12(4): 700. https://doi.org/10.3390/microorganisms12040700

22. Rahman Z., Singh V.P. Bioremediation of toxic heavy metals (THMs) contaminated sites: concepts, applications and challenges. Environmental Science and Pollution Research. 2020; 27(22): 27563‒27581. https://doi.org/10.1007/s11356-020-08903-0

23. Gallert C., Winte J. Bioremediation of soil contaminated with alkyllead compounds. Water Research. 2002; 36(12): 3130‒3140. https://doi.org/10.1016/s0043-1354(01)00543-7

24. Домрачева Л.И. Использование организмов и биосистем в ремедиации территорий. Теоретическая и прикладная экология.

25. ; (4): 4‒16. https://www.elibrary.ru/kztihp

26. Кулакова А.Ю., Доманская О.В., Доманский В.О. Оценка эффективности влияния бактериальных штаммов, выделенных из мерзлых отложений Западной Сибири, на рост и развитие растений озимой пшеницы. Современные проблемы науки и образования. 2015; (6). https://www.elibrary.ru/vjpyhd