ipbbkz@gmail.com
+ 7 (727) 394 75 62
HomeAP 09259724 (руководитель Нуржанова А.А.)

AP 09259724 (руководитель Нуржанова А.А.)

Краткая информация о проекте

(продолжительность проекта 36 мес., 2021-2023 г.г.)

 

  Наименование проекта: ИРН AP 09259724 «Оптимизация продуктивности iscanthus x giganteus (мискантуса гигантского) и процесса фиторемедиации загрязненных тяжелыми металлами почв с использованием PGPR»

В Казахстане, как во многих других странах мира, высокие темпы промышленного и сельскохозяйственного развития привели к загрязнениям земель тяжелыми металлами, что является серьезной экологической проблемой из-за их токсичности и негативного воздействия на здоровье человека и окружающую среду. Накопление тяжелых металлов в сельскохозяйственных почвах и попадание в пищевые цепочки становится серьезной угрозой для продовольственной безопасности.

Разработка инновационной стратегии восстановления почв, загрязненных тяжелыми металлами, является важной и актуальной задачей. Фиторемедиация основана на синергетическом взаимодействии растений и связанных с ними микроорганизмов и является одним из перспективных подходов при очистке почв.  Одним из наиболее выгодных в экологическом и экономическом отношениях фиторемедиационным агентом является биоэнергетическое растение вида Miscan­thus × giganteus Greefet Deu (мискантус гигантский), который успешно произрастает на маргинальных почвах до 20-25 лет и является устойчивым к загрязнениям. Однако урожайность растения на маргинальных почвах небольшая, стоит задача ее увеличения, что достигается путем агрономических приемов, внесением различных добавок, либо обработкой препаратами, стимулирующими рост растений.

Микроорганизмы, обитающие в корневой зоне растений и относящиеся к группе стимулирующих рост растений ризобактерий (PGPR), являются устойчивыми к загрязнителям, участвуют в процессах их трансформации в ризосфере, способствуют их фитоаккумуляции и одновременно, позитивно влияют на рост растений-ремедиантов. Однако, специфические механизмы адап­тации растительно-микробных симбиозов к токсичным концентрациям металлов и интеграция компонентов систем в стрессовых условиях изучены крайне недостаточно. Кроме того, исследования синергетического взаимодействия растений и микроорганизмов при одновреме­нном их применении для очистки почв выполнялись, в основном, в кон­тролируемых вегетационных опытах, в то время как эксперименты в условиях in situ практически не описаны в литературе.  В связи с этим, создание первого биопрепарата на основе PGPR для повышения производительности биомассы M. xgiganteus при применении растения в полевых условиях для фиторемедиации загрязненных тяжелыми металлами почв является крайне важной задачей, при этом введение в систему биопрепарата позволит повысить управляемость процесса фиторемедиации. Предложенный подход может быть успеш­но применен для формирования стратегии развития биоэнергетики с использованием биоэнергетических растений.

  Цель проекта: разработать эффективную технологию фиторемедиации почв, загряз­ненных тяжелыми металлами, путем повышения продуктивности биоэнергетичес­кого растения-фиторемедианта M. x giganteus с помощью биопрепарата, стимулирующего рост ризобактерий (PGPR), который будет разработан в данном исследовании.

  Ожидаемые результаты: создание биопрепарата на основе PGPR для повышения продуктивности биомассы Miscanthus x giganteus и эффективности фиторемедиации почвы загрязненной тяжелыми металлами.

  Научный руководитель проекта:

Нуржанова Асиль Аруновна – главный научный сотрудник лаборатории физиология и биохимия растений Института биологии и биотехнологии растений, доктор биологических наук по специальности «генетика, физиология и биохимия растений», профессор по специальности «биология». Индекс Хирша 7. SCOPUS ID: 15029299700. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-4811-0164. Researcher ID: M-6739-2015.

  Основные научные достижения: руководитель фундаментальных и прикладных научно-исследовательских грантов МОН РК, международных проектов МНТЦ и НАТО. Фундаментальные исследования посвящены особенностям адаптации растений к хими­ческим загряз­нителям среды на клеточном, организменном и популя­ционном уров­нях, а практи­ческие – разра­ботке технологии фиторемедиации почв, загрязненных хлорорга­ничес­кими пестици­дами и тяжелыми метал­лами, а также в области генетической теории селекции. Автор и соавтор 6 монографий и рекомендаций, 8 патентов и более 200 статей в международных и респуб­ликанских изданиях, в том числе в реферируемых журналах, входящих в базу данных Thomson Reuters и Scopus. Руководитель магистрантов и докторанта КазНУ им аль-Фараби.

  Члены исследовательской группы:

  1.   Бержанова Рамза – ведущей научный сотрудник лаборатории физиология и биохимия растений Института биологии и биотехнологии растений. кандидат биологических наук, ас. профессор по специальности микробиология. Индекс Хирши 3. ORCID -0000-0001-9251-4452. SCOPUS ID:  56507457600
  2.   Основные научные достижения: участник фундаментальных и прикладных исследовательских программ МОН РК. Имеет публикации в международных и национальных журналах МОН РК.
  3.   Мамирова Айгерим – магистр по специальности биотехнология, PhD cтудент КазНУ им. аль-Фараби.  Индекс Хирши 2. Scopus ID — 57212150420; ORCID — 0000-0002-4274-5081.
  4.   Нурмагамбетова Асия – магистр по специальности биология, младший научный сотрудник лаборатории физиология и биохимия растений Института биологии и биотехнологии растений
  5.   Жумашева Жадыра – магистр по специальности экология, младший научный сотруд­ник лаборатории физиология и биохимия растений Института биологии и биотехнологии растений
  6.   Избасарова Дана – бакалавр по специальности биотехнология, младший научный сотруд­ник лаборатории физиология и биохимия растений Института биологии и биотехнологии растений.

 

  Список публикаций исполнителей проекта за период 2018-2020 гг.

Nurzhanova A., Pidlisnyuk V, Abit K., Nurzhanov Ch., Kenessov B., Stefanovska T., Erickson L. Comparative assessment of using Miscanthus × giganteus for remediation of soils contaminated by heavy metals: a case of military and mining sites // Environmental Science and Pollution Research. – 2019. – Vol. 26. – P.13320-13333.

Web science. Q 2, Impact Factor: 3.16. doi: 10.1007/s11356-019-04707-z.

Divine N. Tarla, Larry E. Erickson, Ganga M. Hettiarachchi, Sixtus I. Amadi, Madhubhashini Galkaduwa, Lawrence C. Davis, Asil Nurzhanova, Valentina Pidlisnyuk. Phytoremediation and Bioremediation of Pesticide-Contaminated Soil // Appl. Sci. – 2020. – Vol. 10 (4) – P.1217 -13333.

Web science. Q 3, Impact Factor: 2.217.  https://doi.org/10.3390/app10041217

Abit K.E., Carlsen L., Nurzhanova A.A., NauryzbaevM.K. Activated Carbons from Miscanthus Straw for Cleaning Water Bodies in Kazakhstan //Eurasian Chemico-Technological Journal. – 2019. – Vol. 21. – P. 259‒267. DOI: https://doi.org/10.18321/ectj867

Scopus. Impact Factor: 0.410

  Nurzhanova A., Mukasheva T., Berzhanova R., Kalugin S., Omirbekova A., Mikolasch A. Optimization of microbial assisted phytoremediation of soils contaminated with pesticides // International journal of phytoremediation.  https://doi.org/10.1080/15226514.2020.1825330

Web science Q2. IF 2.570

Pidlisnyuk V., Mamirova A., Pranaw K., Shapoval P., Trogl J., Nurzhanova A. Potential role of plant growth-promoting bacteria in Miscanthus x giganteus phytotechnology applied to the trace elements contaminated soils // International Biodeterioration & Biodegradation. – 2020. – Vol. 155. – P. 105103 Web science Q1. IF 4.100. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2020.105103

Mamirova А., Рidlisnyuk V., Amirbekov A.,Sevcu A., Nurzhanova A. Phytoremediation potential of Miscanthus sinensis аnd in organochlorine pesticides contaminated soil amended by Tween 20 and Activated carbon // Environmental Science and Pollution Research. 2021

Web science. Q 2, Impact Factor: 3.16. DOI: 10.1007 / s11356-020-11609-у

 

  Участие иностранных ученых в проекте:

1) Pidlisnyuk Valentina – professor, Doctor of Chemical Sciences, Department of Environmental Chemistry & Technology, Faculty of the Environment, Jan Evangelista Purkyne University, Usti nad Labem, Czech Republic.  Индекс Хирша 7. Scopus ID — 35774649500; ORCID — 0000-0002-1489-897X.

V. Pidlisnyuk является известным между­на­родным специалистом в области фиторемедиации земель с использованием био­топлив­ных растений второго поколения, биомассу которых перерабатывают на биопродукты или энергию. Она является автором и соавтором 358 научных публикаций, в том числе 61 работ опубликованы в журналах, входящих в базу данных Thomson Reuters и Scopus, а также 11 монографий и  10 патентов. В настоящее время она является научным руководителем от Чешской республики проектa CORNET, 2020-2022 “MISCANVALUE: Creating value chains for utilization of miscanthus fibres from sustainably managed marginal and postmining areas (Germany-Czech Republic)” and NATO country Director, project NATO SPS MYO G4687 “New phytotechnology for military sites cleaning”,2016-2021. Она также возглавляет исследоват­ельскую группу в рамках проекта при поддержке Чешского технического агентства “Energy utilization of the brownfields of the Usti region”, 2020-2023.

  Основные публикации за 2020 год:

  1.   Pidlisnyuk V., Shapoval, P., Zgorelec Z., Stefanovska T., 2020. Multiyear phytoremediation and dynamic of foliar metal(loid)s concentration during application of Miscanthus × giganteus Greef et Deu to polluted soil from Bakar, Croatia. Environmental Science and Pollution Research, 207. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09344-5. IF = 2,914
  2.   Pidlisnyuk V., Erickson L., Stefanovska T., Hettiarachchi G., Davis L., Trögl J., Shapoval P., 2020. Response to Grygar (2020) comments on “Potential phytomanagement of military polluted sites and biomass production using biofuel crop miscanthus x giganteus”- Pidlisnyuk et al. (2019). Environmental pollution, 261: 113038, Environmental Pollution, https://doi.org/10.1016/j­.envpol.2020.115037. IF = 5.71
  3.   Tarla D. N., Erickson L., Hettiarachchi G., Amadi S.I., Galkaduwa M., Davis L., Madhubhashini I., Nurzhanova A., Pidlisnyuk V., 2020. Phytoremediation and Bioremediation of Pesticide-Contaminated Soil. Applied Science, 10, 1217; https://10.3390/app10041217. IF = 2.217

 

2) Муратова Анна Юрьевна – ведущий научный сотрудник лаборатории эколо­гической биотехнологии Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Россия, доктор биологических наук по специальностям «микро­био­логия» и «биотехнология (в том числе бионанотехногии)», доцент по специаль­ности «микробио­логия». Индекс Хирша 9. https://orcid.org/0000-0003-927-918X. Researcher ID: O-8854-2015/ Scopus Author Identifier: 6601923461. Идентификатор ученого в ИС Карта Российской Науки: 00085499

Муратова А. является ведущим специалистом в области фиторемедиации, биореме­диации, руководитель и исполнитель фундаментальных и прикладных научно-исследователь­ских проектов МНТЦ, РФФИ, госконтракта с Роснаукой в рамках ФЦП, 7-ой Рамочной Программы Евросоюза. Фундаментальные исследования посвящены изучению особенностей микробного метаболизма нефтяных углеводородов, в том числе ПАУ, а также растительно-микробных взаимодействий в условиях загрязнения почвы нефтяными углеводородами и тяжелыми металлами. Прикладные исследования связаны с выделением и селекцией активных микроорганизмов-деструкторов органических загрязнителей, разработкой на их основе технологий био- и фиторемедиации нефтезаг­рязненных почв. Автор и соавтор более 130 научных работ, в том числе трех патентов РФ, 3 монографий, 2 методических пособий, более 50 статей в рецензируемых международных и российских изданиях, включая реферируемые журналы, входящие в базу данных Thomson Reuters и Scopus.

  Основные публикации за 2019-2020 г.:

  1.   Turkovskaya O., Muratova A. Plant–bacterial degradation of polyaromatic hydrocarbons in the rhizosphere // Trends in Biotechnology. – 2019. – Vol. 37, No. 9. – P. 926-930. DOI: 10.1016/j.tibtech.2019.04.010. WoS/Scopus/RISC; IF JCR 13.578 – Q1
  2.   Lyubun, Y., Muratova, A., Dubrovskaya, E., Sungurtseva, I., Turkovskaya, O. Combined effects of cadmium and oil sludge on sorghum: growth, physiology, and contaminant removal // Environmental Science and Pollution Research. – 2020. 27(18), 22720-22734. doi:10.1007/s11356-020-08789-y WoS/Scopus/RISC; IF JCR 2,914– Q2 – Q1
  3.   Муратова А.Ю., Любунь Е.В., Сунгурцева И.Ю., Нуржанова А.А., Турковская О.В. Физиолого-биохимические реакции Miscanthus × giganteus на загрязнение почвы тяжелыми металлами // Экобиотех. – 2019. – Т. 2, № 4. – С. 482-493.

 

  Достигнутые результаты за 2021 год

Изучено влияние однократной и двукратной инокуляции PGPR штаммами M.×gigan­teus, произраставщих на незаг­ряз­ненной, искусственно-загрязненной солями ZnSO4 × 7H2O и Pb(NO3)2 почве и почве из тер­ри­­тории Текели­йского горно-обо­га­тительного комплекса ОАО «Казцинк на продуктивные, физиологические и ремедиационные параметры в теплич­ных и полевых условиях.

Уста­нов­лено, что инокуляция PGPR штаммами M. x giganteus оказывает неоднозначное влияние в зависимости от вида используемых микро­организмов на динамику развития, продуктивные и физиологические показатели. Среди изученных ино­ку­­лянтов штаммы A. brasilense, Mycolici­bacterium sp., Shinella sp, Agro­bacterium sp., Pseudomonas sp. и комбинация Rhizobium sp и Trichosporon sp. продемонстрировали стиму­лирую­щее влияние на ростовые параметры, снижение соотно­шение хлоро­филлов, а/b и соотношение суммы хлорофиллов к каротиноидам, повышение нефотохи­ми­ческого компонента тушения флуореценции Y(NPQ) по сравнению с растени­ями без инокуляции.

Показано, что инокуляции PGPR штаммами влияет на процесс фиторемедиации техногенно-загрязненных почв, повышают эффективность восстановления путем ме­ха­низма фитоэкстракции и фитостабилизации. Обнаружено, что ассоциации (Mycolicibacterium sp. M.×gigan­teus) и (A. brasilense + M.×giganteus) снижают валовое содержание Zn в исходной почве до 34 и 41% соответственно, за счет фитоаккумуляции, так как ризобактерии стимулировали поглощение элементов растениями мискантуса, увеличивая его накопление в наземной биомассе. Штаммы комбинации Rhizobium + Trichosporon снижают концентрацию Zn в 1.5 раза, Ni –1.4 раза, Pb – 5.2 раза, Sr – 1.3 разa, Cu – 2.2 разa; Agrobacterium sp. – 10.1 раз Pb; 3.2 раз Zn и 1.4 раз Sr; Shinella sp. – все элементы от 1.3 до 14.1 раз; Pseudomonas sp.– 2.6 раз Zn, за счет фитостаби­лизации, так как они стимулировали накопление элементов в корневой системе. При бактеризации штаммами Rhizobium sp, Trichosporon sp. комбинации Rhizobium sp + Trichosporon sp. M. × giganteus, произраставших на техногенно-загрязненной почве в течение 2-лет снижается валовое содержание Pb до 2.8 раз и Сr – 3.6 раз относительно неинокулированных растений.

При оценке состава бактериального сообщества в ризосферной микрофлоре M. × giganteus после инокуляции PGPR штаммами установлено стабильно высокая приживаемость штаммов в течение вегетации и снижение численности почвенных гетеротрофов, что свидетельствуют об активном вмешательстве штаммов-инокулянтов в микробное сообщество исследуемой почвы.

 

Основные публикации за 2021 г.

  1. Nurzhanova A., Mamirova A., Trögl J., Nebeská D., Pidlisnyuk V.V. Plant–Microbe Associations in Phytoremediation // Phytotechnology with Biomass Production: Sustainable Management of Contaminated Sites / ed. Erickson L.E., Pidlisnyuk V.V. CRC press Taylor & Francis Group, – 2021. – P. 123–140.
  2. Нуржанова А., Муратова А., Бержанова Р., Мукашева Т., Мамирова А., Нурмагамбетова А., Куаныш Б., Корганбай А., Косылганова А. Оптимизация фиторемедиации техногенно-загрязненных почв на основе конструирования растительно-микробных ассоциации // Сборник научных статей по материалам Междунар. научной конференции посвященной 60-летию доктора биологических наук, профессора, академика НАН РК, декана факультета биологии и биотехнологии КазНУ им. аль-Фараби Заядан Б.К. – Алматы: Қазақ университеті, 2021. – С. 30-36.

 

Доклады на международных конференциях:

  1. Доклад на пленарном заседании Международной научно-практической конференции «Аспекты и инновации биотехнологии окружающей среды и биоэнергетики» КазНУ им аль-Фараби, 12-13 февраля 2021 г. Тема доклада: «Разработка приемов фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами на основе конструирования растительно-микробных ассоциаций». Докладчик: Нуржанова А.А.
  2. Доклад на IX Международной научно-практической конференции «Биотехнология: наука и практика», 20-24 сентября 2021 г., п. Мисхор, Крым. Тема доклада: «Ризосферная микрофлора биоэнергетического растения Miscathus­×giganteus и ее ремедиационный потенциал». Докладчик: Муратова А.Ю.