Глифосат, один из наиболее широко применяемых гербицидов в мире для более чем 150 культур, находится в фокусе экологической повестки по пестицидным загрязнителям окружающей среды. Ежегодное мировое использование глифосата оценивается в 600-750 тысяч тонн, с ожидаемым увеличением на 740–920 тысяч тонн к 2025 году.
За последнее десятилетие страны Северной и Южной Америки стали крупнейшими потребителями пестицидов среди всех регионов, опередив Азию, Европу, Африку и Океанию, с увеличением использования пестицидов в сельском хозяйстве увеличилось на 10% в 2022 году. В других регионах, таких как Европа, использование пестицидов в сельском хозяйстве сократилось (-7 процентов) из-за жесткой Европейской общей сельскохозяйственной политики.
Широкое использование глифосата и его обсуждение экологическими сообществами диктуют поиск технологий биоремедиации, которые используют микробные процессы для разложения загрязнителей окружающей среды, такие как биоаугментация (добавление микроорганизмов, способных разлагать загрязнители) и биостимуляция (добавление органических веществ или питательных веществ).
Бактерии, стимулирующие рост растений (Plant growth-promoting bacteria - PGPB), доказали свою высокую эффективность в увеличении роста растений, а также в фиторемедиации почв или деградации пестицидов (таких как эндосульфан).
Однако имеется мало сообщений о способности бактерий PGPB деградировать или удалять глифосат.
Деградация глифосата в почве в основном обусловлена микробными процессами, при этом специфические ферменты (глифосатоксидоредуктаза, глициноксидаза и др.) расщепляют глифосат на метаболиты, такие как аминометилфосфоновая кислота, глицин, саркозин и глиоксилат.
Сообщалось о связи между растворением фосфора (вызванным PGPB) и деградацией глифосата.
Деградаторы глифосата PGPB были выделены из почвы, ризосфер растений или воды, но нет сообщений о PGPB из воздуха или биоаэрозолей, деградирующих глифосат. Тем не менее, некоторые бактерии, передающиеся по воздуху, были идентифицированы с признаками PGPB и, как сообщается, деградируют некоторые загрязнения.
Биоаэрозоли представляют собой частицы в воздухе размером от 0,001 до 100 мкм, при этом бактерии и грибы обычно имеют аэродинамический диаметр от 0,25 мкм до 60 мкм.
Частицы в воздухе могут состоять из капель воды, твердых частиц пыли или отдельных организмов, таких как грибы, вирусы и бактерии, а также некоторых биологически активных компонентов (микотоксин, эндотоксин) и плесени, пыльцы растений и фрагментов живых/мертвых микроорганизмов, растений и животных, добавленных к материалу частиц.
Микробиота, присутствующая в биоаэрозолях, подвергается воздействию различных экстремальных условий окружающей среды (относительная влажность, сухость, УФ-излучение, интенсивность света, окислительные радикалы и атмосферные загрязнители (тяжелые металлы, пестициды, полиароматические соединения) и т. д.). Все эти условия могут вызвать экстремальный выбор микроорганизмов, присутствующих в биоаэрозолях.
Эти PGPB могут одновременно поддерживать развитие растений, разрушая токсичные соединения в почве, тем самым обеспечивая двойную выгоду для окружающей среды и почвы.
Выделение PGPB из биоаэрозолей может предложить новый источник микроорганизмов, адаптированных к нескольким экстремальным условиям окружающей среды и устойчивых к различным загрязнителям.
Бактерии, обладающие адаптивными механизмами, такими как образование биопленки, производство спор или способность противостоять высыханию, с большей вероятностью выживут в этих неблагоприятных условиях. Кроме того, взаимодействия между видами бактерий могут влиять на их способность к выживанию, поскольку некоторые могут защищать других.
Такие бактериальные консорциумы можно использовать в качестве инструментов для одновременной рекультивации загрязненной почвы, улучшения роста растений и повышения плодородия почвы.
Но могут ли бактерии с признаками PBPB, переносимые по воздуху, также обладать способностью к деградации глифосата?
Ответ на этот вопрос получили ученые из мексиканского Центра исследований и содействия в области технологий и устойчивого развития (CIATEJ). В сотрудничестве с канадскими коллегами из Университет Лаваля они изучили способность к деградации глифосата в почве трех переносимых по воздуху PGPB и их способность разлагать глифосат по отдельности и в консорциуме по сравнению с естественным ослаблением.
Штаммы были выделены из образцов воздуха объемом 100 л, собранных в столичном районе Гвадалахары, Мексика, на участке «Сан-Хуан-де-Диос». Этот район густонаселен. Сан-Хуан-де-Диос находится в центре Гвадалахары и является местом расположения одного из самых оживленных рынков в городе.
Отбор проб проводился с помощью пистолета-пробоотборника воздуха в трех повторностях, и образцы были непосредственно распределены на чашках с агаром Лурия-Бертани (LB, для бактерий).
Наиболее репрезентативные и многочисленные штаммы морфотипов (55) были выделены с помощью нескольких проходов на новых чашках с LB, а затем отобраны штаммы, успешно растущие в почве с глифосатом.
Выделенные в воздухе штаммы характеризовались стимулированием роста растений и оценкой растворимости фосфора и калия, а также аммония, сидерофоров и продукции ауксина индол-3-уксусной кислоты.
Эти штаммы Exiguobacterium indicum AS03, Kocuria sediminis AS04 и Rhodococcus rhodochrous AS33 имеют следующие регистрационные номера GenBank NCBI: OP934047, OP934048 и OP934053 соответственно.
В этом исследовании оценивалась способность к деградации глифосата этих трех изолятов PGPB, переносимых по воздуху (Exiguobacterium indicum AS03, Kocuria sediminis AS04 и Rhodococcus rhodochrous AS33) по отдельности и в консорциуме (CS) по сравнению с естественным ослаблением в микрокосмах в качестве контроля (CTL), где присутствовали почвенные автохтонные микроорганизмы.
Штамм AS03 продемонстрировал самую высокую деградацию глифосата (86,3%), за ним следовали AS04 и AS33 через 14 дней (61,6% и 64,7%).
Консорциум ускорял удаление глифосата с седьмого дня, достигнув 99,7% через 60 дней, в то время как удаление контрольной обработки составило 94% через 60 дней.
Анализ микробиома выявил сдвиги в микробном составе с увеличением родов, деградирующих глифосат, таких как Psychrobacter и Lyzobacter. Эти изменения повышают здоровье и плодородие почвы, демонстрируя потенциал переносимых по воздуху PGPB для биодеградации глифосата и обеспечения экологической устойчивости.
По статье группы авторов (Беатрис Дженовева Гуардадо-Фьеррос, Мигель Анхель Лоренцо-Сантьяго, Тиаго Гумьер, Лидия Эйд, Хакобо Родригес-Кампос, Сильвия Марибель Контрерас-Рамос), опубликованной в журнале Agriculture 2025 на портале www.mdpi.com.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
