Роль ризосферных и эндофитных бактерий в повышении устойчивости растений к загрязнению почвы тяжелыми металлами (обзор)

В статье представлены результаты анализа научных публикаций за последние 5 лет в ведущих отечественных и зарубежных изданиях, касающихся тематики, связанной с проблемой загрязнения агрофитоценозов тяжелыми металлами (ТМ), с изучением современными молекулярными методами механизмов взаимодействия ассоциированных микроорганизмов с растениями при загрязнении ТМ, с разработкой способов снижения токсичности ТМ за счет использования устойчивых к ТМ штаммов и консорциумов ризосферных и эндофитных микроорганизмов, с применением методов инженерии микробиома, синтетической биологии. В результате проведенного анализа публикаций установлено, что современным, активно развивающимся в последние 5 лет направлением разработки способов снижения аккумуляции ТМ в растениях являются экологически безопасные биологизированные методы, основанные на применении ризосферных и эндофитных бактерий, обладающих способностью к минимизации концентрации и токсичности ТМ. Устойчивые к токсичности металлов микроорганизмы обладают различными механизмами устойчивости к ТМ, включающими окислительно-восстановительные процессы, процессы ионного обмена, метилирования, комплексообразования, осаждения, поверхностного комплексообразования, секвестрации, продуцирования биосурфактантов, сидерофоров, фитогормонов, внеклеточного химического осаждения, преобразования валентности и др. Необходимы предварительные полевые испытания прежде зарекомендовавших себя штаммов микроорганизмов в определенных почвенно-климатических условиях для конкретной культуры, сорта, подвоя, что связано с разными возможными механизмами детоксикации ТМ. На основании проведенного анализа научных публикаций сделан вывод, что использование бактерий, одновременно обладающих ростостимулирующими свойствами, а также способностью детоксицировать ТМ в ризосфере или во внутренних тканях растений, является экономичным и перспективным методом, который может найти применение в экологически безопасных биологизированных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур. Перспективным, эффективным решением проблемы снижения опасности загрязнения сельскохозяйственной продукции ТМ могут стать методы оптимизации как ризосферных, так и бактериальных эндофитных сообществ сельскохозяйственных растений, основанные на методах инженерии микробиома, синтетической биологии с использованием омиксных методов.

1. Ngalimat M. S., Yahaya R. S. R., Baharudin M. M. A. A., Yaminudin S. M., Karim M., Ahmad S. A. et al. A review on the biotechnological applications of the operational group Bacillus amyloliquefaciens, Microorganisms. 2021;9(3):614. DOI: 10.3390/microorganisms9030614.

2. Grover M., Bodhankar S., Sharma A., Sharma P., Singh J., Nain, L. PGPR mediated alterations in root traits: way toward sustainable crop production, Front. Sustain. Food Syst. 2021;4:618230. DOI: 10.3389/fsufs.2020.618230.

3. Joshi S., Gangola S., Bhandari G., Bhandari N. S., Nainwal D., Rani A., Malik S., Slama P. Rhizospheric bacteria: the key to sustainable heavy metal detoxifi cation strategies, Front. Microbiol. 2023;14:1229828. DOI: 10.3389/fmicb.2023.1229828.

4. Pande V., Pandey S. C., Sati D., Bhatt P., Samant M. Microbial interventions in bioremediation of heavy metal contaminants in agroecosystem, Front. Microbiol. 2022;13:824084. DOI: 10.3389/fmicb.2022.824084.

5. Gangola S., Bhatt P., Kumar A. J., Bhandari G., Joshi S., Punetha A. et al. Biotechnological tools to elucidate the mechanism of pesticide degradation in the environment, Chemosphere. 2022;296:133916. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.133916.

6. Hussain S., Khan, M., Sheikh T. M. M., Mumtaz M. Z., Chohan T. A., Shamim, S. et al. Zinc essentiality, toxicity, and its bacterial bioremediation: A comprehensive insight, Front. Microbiol. 2022;13:900740. DOI: 10.3389/fmicb.2022.900740.

7. Yaashikaa P. R., Kumar P. S., Saravanan A., Vo D. V. N. Advances in biosorbents for removal of environmental pollutants: a review on pretreatment, removal mechanism and future outlook. J. Hazard. Mater. 2021;420:126596. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.126596.

8. Wang Y., Narayanan M., Shi X., Chen X., Li Z., Natarajan D., Ma Y. Plant growth promoting bacteria in metal-contaminated soil: Current perspectives on remediation mechanisms, Front. Microbiol. 2022;13:966226. DOI: 10.3389/fmicb.2022.966226.

9. Yang Z., Yang F., Liu J. L., Wu H. T., Yang H., Shi Y. et al. Heavy metal transporters: functional mechanisms, regulation, and application in phytoremediation, Sci. Total Environ. 2022;809:151099. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.151099.

10. Szopa D., Mielczarek M., Skrzypczak D., Izydorczyk G., Mikula K., Chojnacka K. et al. Encapsulation effi ciency and survival of plant growth promoting microorganisms in an alginate-based matrix-A systematic review and protocol for a practical approach, Ind. Crop. Prod. 2022;181:114846. DOI: 10.1016/j.indcrop.2022.114846.

11. Su C., Sun X. J., Mu Y. Z., Li P. W., Li J., Fan P. S. et al. Multilayer calcium alginate beads containing diatom biosilica and Bacillus subtilis as microecologics for sewage treatment, Carbohydr. Polym. 2021;256:117603. DOI: 10.1016/j. carbpol.2020.117603.

12. Gangola S., Joshi S., Bhandari G., Bhatt P., Kumar S., Bhandari N. S. et al. Remediation of heavy metals by rhizospheric bacteria and their mechanism of detoxifi cation, In Advanced microbial technology for sustainable agriculture and environment, eds S. Gangola, S. Kumar, S. Joshi, P. Bhatt (Cambridge, MA: Academic Press). 2023;31-46. DOI: 10.1016/B978-0-323-95090-9.00005-4.

13. Afridi M. S., Javed M. A., Ali S., De Medeiros F. H. V., Ali B., Salam A., Sumaira, Marc R. A., Alkhalifah D. H. M., Selim S., Santoyo G. New opportunities in plant microbiome engineering for increasing agricultural sustainability under stressful conditions, Front. PlantSci. 2022;13:899464. DOI: 10.3389/fpls.2022.899464.

14. Плеханова И. О., Куликов В. О., Шабаев В. П. Влияние ризосферных бактерий на фракционный состав соединений тяжелых металлов в системе почва-растение, Почвоведение. 2022;9:1179-1186. DOI: 10.31857/S0032180X22090143.

15. Sharma P. Effi ciency of bacteria and bacterial assisted phytoremediation of heavy metals: an update, Bioresour. Technol. 2021;328:124835. DOI: 10.1016/j.biortech.2021.124835.

16. Курамшина З. М., Хайруллин Р. М. Повышение устойчивости растений к засухе с помощью эндофитных штаммов Bacillus subtilis, Физиология растений, 2023;70(3):259-268. DOI: 10.31857/S0015330322600760.

17. Franco-Franklin V., Moreno-Riascos S., Ghneim-Herrera T. Are Endophytic Bacteria an Option for Increasing Heavy Metal Tolerance of Plants? A Meta-Analysis of the Eff ect Size. Front. Environ. Sci. 2021;8:603668. DOI: 10.3389/fenvs.2020.603668.

18. Dandu A., Ayyaraju M., Gurrala A., Hari Babu R. et al. Endophytic Microbial Remediation of Heavy Metals: An Overview, Adv Biotech & Micro. 2023;17(2):555960. DOI: 10.19080/AIBM.2023.17.555960.

19. Курамшина З. М., Смирнова Ю. В., Хайруллин Р. М. Повышение толерантности культурных растений, инокулированных эндофитными штамми Bacillus subtilis, к действию тяжелых металлов. Современные проблемы науки и образования. 2016:6;545.

20. Tiwari P., Bae H. Plant Microbiome and Heavy Metal Stress. Encyclopedia. Available online: https://encyclopedia.pub/entry/43004 (accessed on 15 December 2025).

21. Thai T. D., Lim W., Na D. Synthetic bacteria for the detection and bioremediation of heavy metals, Front Bioeng Biotechnol. 2023 Apr 13;11:1178680. DOI: 10.3389/fbioe.20.