Здоровье почв: пожиратели гербицидов или контролируем последействие биотой

Вопросы последействия гербицидов остаются на повестке дня  несмотря на все усилия экспертов компаний- поставщиков гербицидов, НИИ и аграрных ВУЗов сформулировать рекомендации по снижению данного риска.

Разложение гербицидов осуществляется тремя процессами: химической или электро-

химической деградацией, биологической (микробной) деградацией и фотолизом.

Предлагаю рассмотреть опубликованные результаты исследований как бактерии разлагают гербициды из разных групп. 

Триазины

В аккумуляции и разложении атразина участвуют различные группы организмов – высшие растения, водоросли, беспозвоночные, позвоночные, бактерии и грибы .

Как потенциальные деструкторы преимущественно рассматриваются микроорганизмы, обладающие соответствующими специфическими ферментными системами.

В настоящее время выявлений  атразин-метаболизирующие бактерии :

Agrobacterium radiobacter, Clavibacter michiganese , Nocardioides sp.,  Pseudoaminobacter sp. , Pseudomonas sp.  Ralstonia basilensis , Rhizobium sp. , Rhodococcus sp..

Бактерии ризосферы ряда растений (суданская трава, рожь, пшеница и др.) не способны к эффективной деградации атразина , в то время как бактериальная масса ризосферы кукурузы успешно осуществляет этот процесс .

Приведенные данные свидетельствуют о наличии высокоспецифичных ферментативных систем деградации атразина, в которых последовательные стадии процесса катализируются разными ферментами. Ксенобиотик-триазин служит фактором стресса для микроорганизмов; адаптация к нему включает формирование на генетическом уровне метаболических путей деструкции.

Сульфонилмочевина и имидазолиноны

В литературе приведены данные об участии бактерий родов Methylopila, Pseudomonas, Ancylobacter, Hansschlegelia, Klebsiella и Rhodoccocus в разложении гербицидов класса сульфонилмочевины, бактерий родов Arthrobacter, Pseudomonas – имидазолинонов . Кроме того, запатентован препарат на основе штамма Acinetobacter baumannii IB5, используемый для снижения количества гербицида имазамокс .

К настоящему времени описано несколько путей деградации гербицидов класса сульфонилмочевины и имидазолинонов микроорганизмами. Так, двумя группами исследователей показано, что разложение метсульфурон-метила (МСМ) бактериями

происходит путем расщепления сульфонилмочевинового фрагмента . Бактерии Ancylobacter sp.  продуцируют  арбоксилэстеразы и деэтерифицируют метсульфурон-метил, тифенсульфурон-метил, бенсульфурон-метил до менее токсичных

соединений . В. Н. Леонтьевым с соавторами предложен механизм деградации метсульфурон-метила почвенными бактериями, основными процессами которого являются гидроксилирование.

Также был изучен механизм микробной деградации имазамокса с участием Acinetobacter baumannii IB5. Трансформация гербицида в данном случае происходит путем открытия

имидазольного кольца. В результате микробной деструкции образуется продукт 5-гидроксиметил-3-альдегидпиридин (C7H7NO2), который по сравнению с исходным имазамоксом (C15H19N3O4) имеет более простое строение и меньшую токсичность .

Выделены 2 штамма бактерий (R. aquatilis и Rh. erythropolis ), способных к росту на высоких концентрациях действующих веществ широкого спектра гербицидов клас-

сов сульфонилмочевины и имидазолинонов. Степень деструкции гербицидов ХМЭ (10 мг/л), МСМ (10 мг/л) и ИМ (150 мг/л) штаммами R. aquatilis 27 и Rh. erythropolis  через 7 сут культивирования составляет 40–43 и 68–72 % соответственно.

Установлено, что отобранные штаммы продуцируют карбоксилэстеразы,

которые катализируют расщепление сложноэфирной связи МСМ с образованием деэтерифицированого продукта – метсульфуроновой кислоты.

Таким образом, бактерии различных систематических групп могут эффективно трансформировать гербициды в менее токсичные формы и снижать их отрицательное действие на агробиоценоз. Полученные результаты свидетельствуют

о высоком деструктивном и фитопротекторном потенциале отобранных штаммов и перспективах их использования для биоремедиации загрязненных почв.

Глифосат

Интенсивное использование глифосата способствует повышению интереса к изучению поведения гербицида в окружающей среде. Он устойчив к фото- и химической деградации, главный путь деградации глифосата –  микробиологическое разложение

В научных работах  представлены несколько основных путей микробиологического разложения пестицида. Первый путь деградации протекает с расщеплением связи С-Р. Называют С-Р лиазный путь. Первичными продуктами разложения являются саркозин и неорганический фосфор Рi. Лиазный механизм расщепления глифосата недостаточно изучен и охарактеризован. В окружающей среде описанный механизм метаболизма возможен при дефиците внеклеточного неорганического фосфора, что не характерно для природных экосистем.

В данном процессе разрушения гербицида участвуют бактерии, которые используют глифосат в качестве источника фосфора, к ним относятся Escherichia coli, Arthrobacter sp. GLP-1, Achrоmоbacter sp. MPS 12A, Pseudоmоnas sp. 4ASW, Pseudоmоnas sp. GLC11. Pseudоmоnas sp. PG2982, Streptomyces sp. StC .

Второй путь биодеградации является наиболее распространенным, и протекает с образованием глиоксилата и аминометилфосфоновой кислоты. Механизм деградации гербицида связан с расщеплением C-N связи. К микроорганизмам-деструкторам, находящимся в окружающей среде (почве, активном иле очистных сооружений), относятся Achrоmоbacter sp. LW9, Arthrobacter atrocyaneus ATCC 13752, Flavоbacterium sp. GD1, Оchrоbactrum anthrоpic GDОS, Оchrоbactrum anthrоpic GPK 3, Оchrоbactrum anthrоpic LBAA, Оchrоbactrum anthrоpic S5, Pseudоmоnas sp. LBr, Aspergillus niger, Penicillium chrysоgenum и др.

Естественный процесс биодеградации в природных условиях в основном протекает по пути образования основного метаболита, которым является АМФК .Скорость разрушения гербицида зависит от микробного сообщества, сорбционной способности почвы , кислотности и температуры почвы .

Галогенсодержащие гербициды

ШТАММ PSEUDOMONAS SP. DD4  проявлял способность к росту в минеральных средах

с галогенсодержащими гербицидами . Наилучшим субстратом из них был  флорасулам. Флорасулам – фторсодержащий послевсходовый гербицид из семейства

триазолопиримидинсульфонанилидов. Он входит в состав многих комбинированных

препаратов и применяется для защиты от широколиственных сорняков пшеницы, ячменя,

овса и ржи. Флорасулам хорошо растворим в воде и при определенных условиях возможно его выщелачивание в грунтовые воды. Он не является стойким в почве, но может быть стойким в водных системах. Наибольший показатель оптической плотности культуральной жидкости при росте на нем приходился на 4 сут роста (0,76 ОЕ).

Самым главным достоинством биодеструкции гербицидов является то, что микроорганизмы минерализуют гербициды , не оказывая отрицательного влияния на экосистему. В связи с этим биологический метод деструкции гербицидов все больше привлекает внимание экологов и агротехнологов.

Все вышесказанное говорит о важности создания условий для сохранения биоразнообразия биоты в почве и создания условий для ее функционирования – поддержание оптимального физического состояния ( наличие агрономически ценных агрегатов не менее 55%), что будет сохранять оптимальный водный режим и аэрацию. Важным фактором обеспечения  активного состояния биоты  будет  оптимальное содержание  Лабильного Органического вещества.

При подготовке поста использованы следующие литературные источники, находящиеся в открытом доступе:

ТРИАЗИНОВЫЕ ПЕСТИЦИДЫ: СТРУКТУРА, ДЕЙСТВИЕ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ, ПРОЦЕССЫ ДЕГРАДАЦИИ, О. Н. ГОРБАТОВА, А. В. ЖЕРДЕВ, О. В. КОРОЛЕВА, 2006

ДЕГРАДАЦИЯ СИМ-ТРИАЗИНОВЫХ ГЕРБИЦИДОВ БАКТЕРИЯМИ РОДА PSEUDOMONAS

О.С. Игнатовец, В.Н. Леонтьев, 2008

Современное состояние проблемы изучения и применения гербицидов (обзор публикаций за 2011-2013 гг.), Спиридонов Ю.Я., Жемчужин С.Г., 2015

 Биотехнологические аспекты определения токсичности пестицидов на клеточных и организменных тест-системах, Шувалова Н.Е., 2021

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ГЕРБИЦИДОВ (ДАЙДЖЕСТ ПУБЛИКАЦИЙ ЗА 2017–2019 гг.), Спиридонов Ю.Я., Жемчужин С.Г., 2015

Бактерии-деструкторы гербицидов классов сульфонилмочевины и имидозолинонов, Орловская П.И. 2019

Сравнительная характеристика биостойкости азотсодержащих гербицидов,  Ягафарова Г.Г., 2013

ШТАММ PSEUDOMONAS SP. DD4 ДЛЯ ДЕСТРУКЦИИ ГАЛОГЕНСОДЕРЖАЩИХ ПАВ И ГЕРБИЦИДОВ, Шарипов Д.А., Четвериков С.П., 2021

Применение микробных биотехнологий для устранения в почве остатков гербицидов классов имидазолинонов и сульфонилмочевин (обзор), О. В. Колотова, 2023

ДЕГРАДАЦИЯ СИМ-ТРИАЗИНОВЫХ ГЕРБИЦИДОВ БАКТЕРИЯМИ РОДА PSEUDOMONAS, О.С. Игнатовец, 2008

Буду благодарна за комментарии – обращали ли Вы внимание, что на более «живых»/здоровых» почвах меньше проявление фитотоксичности от последействия гербицидов?