AP 09259724 (жетекшісі Нуржанова А.А.)

Жоба бойынша қысқаша ақпарат  

(Жобанының ұзақтығы 36 ай., 2021-2023 ж.)

 

  Жобаның атауы: ИРН AP 09259724 «Miscanthus x giganteus-тің (алып мискантус) өнімділігін және PGPR көмегімен ауыр металдармен ластанған топырақтың фитореме­диация процесін оңтайландыру».

Қазақстанда, әлемнің басқа да көптеген елде­ріндегідей, өнеркәсіптің және ауыл шаруашылығының жоғары қарқынымен дамуы жердің ауыр металдармен ластануына әкеп соқтырды, оның уыттылығы мен адам денсаулығына, қоршаған ортаға теріс әсерінің салдарынан елеулі экологиялық проблемаға айналуда. Ауыл­шаруашылық топырақтарында ауыр металдардың жиналуы және азық-түлік тізбегіне енуіне байланысты азық-түлік қауіпсіздігіне үлкен қауіп төндіруде.

Ауыр металдармен ластанған топырақты қалпына келтірудің инновациялық стра­тегиясын жасау маңызды және өзекті міндет болып табылады. Фиторемедиация өсімдіктер мен олармен бай­ланысты микроорганизмдердің синергетикалық өзара әрекеттесуіне негізделген және топы­рақты тазартудың перспективті тәсілдерінің бірі болып табылады. Экологиялық және экономикалық қатынастардағы ең тиімді фиторемедиациялық агент-бұл 20-25 жасқа дейінгі маргиналды топырақтарда жақсы өсетін және ластануға төзімді Miscan­thus × giganteus Greefet Deu (алып мискантус) түрлерінің биоэнергетикалық өсімдік. Алайда, маргиналды топырақтардағы өсімдіктің өнімділігі төмен, оны көбейтуі міндеті тұр, оған агрономиялық әдістер, түрлі қоспалар енгізу немесе өсімдіктердің өсуін ынталан­дыратын препараттармен емдеу арқылы қол жеткізіледі.

PGPR тобына жататын көптеген ризосфералық бактериялар ластаушы заттарға төзім­ді, олар ризосферада трансформация және аккумуляция процестеріне қатысады және соны­мен бірге фиторемедиатр өсімдіктерінің өсуіне оң әсер етеді. Алайда, фиторемедиацияны қолдану тиімділігі тазарту кезеңінің ұзақтығымен, биомассаның төмендігімен және топы­рақтағы ксенобиотиктердің баяу және толымсыз деградациялаумен тежеледі. Соны­мен қа­тар, топырақты тазарту үшін бірге қолданылған өсімдіктер мен микроорганизмдердің өзара әрекеттесуінің синергетикалық әсері туралы зерттеулер бақыланатын вегетациялық тәжіри­белерде жүзеге асырылған, ал in situ жағдайында жасалған тәжірибелер өте сирек кездеседі. Осыған байланысты, дала жағдайында  өсім­діктерді ауыр металдармен ластанған топырақ­ты фиторемедиациялау үшін қолдану кезінде M. xgiganteus биомассасының өнімділігін көбейтетін PGPR негізінде алғашқы биологиялық препарат жасау өте маңызды міндет бо­лып табылады, ал биологиялық препарат жүйесіне енгізу фито­реме­диация процесінің бас­қарылуын арттырады. Ұсынылған тәсіл биоэнергетикалық өсімдіктерді қол­дана отырып, биоэнергетиканы дамыту стратегиясын қалыптастыру үшін сәтті қолдануға болады.

 

  Күтілетін нәтижелер: Miscanthus x giganteus биомассасының өнімділігін және ауыр металдармен ластанған топырақтың фиторемедиациясының тиімділігін арттыру үшін PGPR негізінде биологиялық препаратты құру.

  Жоба мақсаты: осы зерттеуде құрастырылатын ризобактерия (PGPR) өсімдіктерінің өсуін ынталандыратын биологиялық препараттың көмегімен M x giganteus биоэнерге­тикалық өсімдік фиторемедиантының өнімділігін арттыру арқылы ауыр металдармен лас­танған топырақты фиторемедиациялаудың тиімді технологиясын жасау.

  Ғылыми жетекшісі

Нуржанова Асиль Аруновна – Өсімдіктер биологиясы және биотехнологиясы институтының Өсімдіктер физиологиясы және биохимиясы зертхана­сының бас ғылыми қызметкері, «өсімдіктер генетикасы, физиологиясы және биохимиясы» мамандығы бойын­ша биология ғылымдарының докторы, «биоло­гия»мамандығы бойынша профессор. Хирша Индексі 7. SCOPUS ID: 15029299700. ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-4811-0164. Researcher ID: M-6739-2015.

Нуржанова А. Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігінің, ХҒТО мен НАТО-ның халықаралық жобаларының іргелі және қолданбалы ғылыми гранттарының жетекшісі. Іргелі зерттеулер өсімдіктердің жасушалық, ағзалық және популяциялық деңгейдегі химиялық ластаушыларға бейімделу ерекшеліктеріне, ал практикалық зерттеу­лер хлорорганикалық пестицидтермен және ауыр металдармен ластанған топырақты фиторемедиациялау технологиясын жасауға, сондай-ақ генетикалық селекция теориясы саласына арналған. Thomson Reuters және Scopus мәліметтер базасына енгізілген рецен­зияланған журналдарды қоса алғанда, 6 монография мен ұсынымдардың, 8 патенттің және халықаралық және ұлттық басылымдарда 200-ден астам мақалалардың авторы және тең авторы.

 

  Негізгі орындаушылар

Бержанова Рамза – биология ғылымдарының кандидаты, ас. профессор, ҚР БҒМ іргелі және қолданбалы зерттеу бағдарла­маларының қатысушысы. ҚР БҒМ Ұлттық журнал­дарында жарияланған мақалала­ры бар. Хирша Индексі 3. ORCID -0000-0001-9251-4452. SCOPUS ID:  56507457600

   Мамирова Айгерим – биотехнология мамандығы бойынша магистр, әл-Фараби атындағы ҚазҰУнің PhD студенті. Хирша Индексі 2.  Scopus ID — 57212150420; ORCID — 0000-0002-4274-5081.

Нұрмағамбетова Асия – биология мамандығы бойынша магистр, институттың кіші ғылыми қызметкері.

Жумашева Жадыра – экология мамандығы бойынша магистр, институттың кіші ғылыми қызметкері.

 

  Жоба жетекшісінің жариялымдары (2019-2020 ж).

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

 

  Шетелдік ғалымдар­дың жобаға қатысуы

1.   Pidlisnyuk Valentina – professor, doctor science, Department of Technical Sciences, Facul­­ty of the Environment Jan Evangelista Purkyne University, Usti nad Labem, Czech Repub­lic. Хирша Индексі 7. Scopus ID — 35774649500; ORCID — 0000-0002-1489-897X.

Pidlisnyuk V. қолданбалы ғылыми-зерттеу халықаралық жобалары­ның жетекшісі және орындаушысы. Pidlisnyuk биомассасы биопродукцияға немесе энергия­ға айналатын екінші буын биоотын өсімдіктерін пайдаланатын жерді фиторемедиа­циялау бойынша танымал халықаралық маман. Ол 358 ғылыми жарияланымдардың, соның ішінде Thomson Reuters және Scopus мәліметтер базасына енгізілген журналдарда жария­ланған 61 мақаланың, сондай-ақ 11 монография мен 10 патенттің авторы және тең авторы. Қазіргі уақытта ол CORNET жобасы бойынша Чехияның ғылыми директоры, 2020-2022 «ҚАТЕС: тұрақты басқарылатын шекті және постминингтік аудандардан мыскантус талшықтарын пайдалану үшін құндылықтар тізбегін құру» (Германия-Чехия) »және НАТО елінің директоры, НАТО SPS MYO жобасы G4687 «Әскери алаңдарды тазартудың жаңа фитотех­нологиясы», 2016-2021 жж. Ол сондай-ақ Чехия техникалық агенттігінің қолдау­ымен жүзеге асырылатын жобаның зерттеу тобының жетекшісі «Усть аймағының қоңыр алқаптарын энергияны пайдалану», 2020-2023 жж .; Чех техникалық агенттігінің сәтті іске асырылған жобасының жетекшісі болды. «Ластанған әскери жерлердегі энергетикалық дақылдардың биомассасын өндіруді байытуға арналған өсімдіктердің өсуін реттегіштер» (2017-2019).

  Негізгі жарияланымдары (2020 ж):

  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

  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.

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; DOI:10.3390/app10041217. IF 2.217.

Malinska H., Pidlisnyuk V., Nebeska D., Erol A., Medzova A., Trogl J., 2020.  Physiological Response of Miscanthus x giganteus to Plant Growth Regulators in Nutritionally Poor Soil.,  Plants, 9, 194; DOI:10.3390/plants9020194. IF= 2.632.

2. Муратова Анна Юрьевна — РҒА биохимия және өсімдіктер физиологиясы және мик­ро­оранизмдер институтының Экологиялық биотехнология зертханасының жетекші ғылыми қызмет­кері, Ресей, «микробиология» және «биотехнология (соның ішінде биона­но­тех­ногиялар)» маман­дық­тары бойынша биология ғылымдарының докторы, «микробио­ло­гия» мамандығы бойынша доцент. Хирша Индексі 9. https://orcid.org/0000-0003-927-918X. Researcher ID:O-8854-2015. Scopus Author Identifier:6601923461.

Муратова А. фиторемедиация, биоремедиация саласындағы жетекші маман, ХҒТО, РФФИ іргелі және қолданбалы ғылыми-зерттеу жобаларының жетекшісі және орын­даушысы. Іргелі зерттеулер мұнай көмірсутектерінің микробтық метаболизмінің ерек­шелік­терін, соның ішінде ПАУ, сонымен қатар топырақтың мұнай көмірсутегімен және ауыр металдармен ластануы жағдайында өсімдік-микробтық өзара әрекеттесуін зерттеуге арналған. Қолданбалы зерттеулер органикалық ластағыш­тардың белсенді микроорганиз­мдер-деструкторларының бөліну­імен және селекциясымен, олардың негізінде мұнаймен ластанған топырақтардың био — және фи­торе­медиациясының технологияларын әзірлеумен байланысты. 130-дан астам ғылыми жұмыс­тардың, соның ішінде үш РФ патенттерінің, 3 монографияның, 2 әдістемелік құралдың, рецен­зияланатын халықаралық және ресейлік басылымдарда 50-ден астам мақалалардың авторы және тең авторы, соның ішінде Thomson Reuters және Scopus мәліметтер базасына кіретін реферат­талатын журналдарды қосқанда.

  Негізгі жарияланымдары (2019-2020 ж):

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

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

  Muratova A.Yu., Gorelova S. V., Sungurtseva I. Yu., Zelenova N. A. Rhizospheric microbiomes of Sorghum bicolor grown on soils with anthropogenic polyelement anomalies // BIO Web of Conferences PLAMIC2020, 2020, 23, 03008. https://doi.org/10.1051­/bio­conf­/20202303008 WoS

 

2021 жылда қол жеткізілген нәтижелер

Өнімділік, физиологиялық жіне ремедиациялық көрсеткіштері бойынша «Қазмырыш» ААҚ Текелі тау-кен байыту кешенінің ластанбаған және ZnSO₄ × 7H₂O және Pb (NO₃)₂ тұздарымен жасанды түрде ластанған жылыжай және егістік жағдайында өсетін M. x giganteus-ті PGPR штаммдарымен бір және қосарлы инокуляциялаудың әсері зерттелді.

1. x giganteus-тің даму динамикасына, өнімділік және физиологиялық көрсеткіштері­не PGPR штаммдарын инокуляциялау үшін қолданылған микроорганизмдердің түріне байланысты әртүрлі әсер ететіні анықталды.

Инокуляцияланбаған өсімдіктермен салыстырғанда зерттелетін ризобактериялар-инокулянттардың ішінде A.brasilense, Mycolicibacterium sp., Shinella sp, Agrobacterium sp., Pseudomonas sp.және құрамдастырым (Rhizobium sp + Trichosporon sp.) штаммдары өсімдіктің өсімін ынталандырушы әсерін, хлорофиллдердің қатынасының, a/b және жалпы хлорофиллдердің каротиноидтарға қатынасының төмендеуін, Y (NPQ) флуоресценцияны сөндірудің құрамдас бөлігі фотохимиялық емес заттардың жоғарылауын көрсетті.

PGPR штаммдармен инокуляциялауы техногенді-ластанған топырақтағы фитореме­диа­ция процессіне әсерін тигізіп, фитоэкстракция және фитотұрақтылық механизм жол­дарының тиімділігін арттырады. (Mycolicibacterium sp. M.×giganteus) және (A.brasi­lense­ +M.×giganteus) қауымдастықтары, фитоаккумуляция механизмін қолдану арқылы, бастап­қы топырақтағы Zn-тің жалпы мөлшерін 34 және 41%-ға дейін төмендетті, себебі, ризобактериялар мискантус өсімдіктерінің элементтерді сіңіруін ынталандырып, оның жерүсті биомассада жинақталуын көбейтті.

Тамыр жүйесінде элементтердің жинақтауын ынталандыруына байланысты, фито­тұрақтылық есебінен Rhizobium + Trichosporon штамдардың комбинациясы Zn концен­трациясын 1.5  есе, Ni –1,4 есе, Pb – 5,2 есе, Sr – 1,3 есе, Cu – 2,2 есе; Agrobacterium sp. Pb- 10,1 есе, Zn – 3,2 есе және Sr – 1,4 есе; Shinella sp, барлық элементтер – 1,3-тен 14,1-ге дейін; Pseudomonas sp Zn. – 2,6 есе  төмендеті. Rhizobium sp, Trichosporon sp. Штам­мдарымен бактеризациялау кезінде Rhizo­bi­um  sp + Trichosporon sp.  комбинациялары тех­ногенді ластанған топырақта 2 жыл бойы өскен M. × giganteus-тің, тамыр жүйесіндегі инокуляция­ланбаған техногенді ластанған топырақта өсірілген өсімдіктермен салыстыр­ғанда Pb жалпы мөлшері 2,8 есеге дейін және Cr — 3,6 есеге дейін төмендеді.

PGPR штамдарымен инокуляцияланудан кейін M. × giganteus-тің ризосфераның микрофлорасындағы бактериялар қауымдастығының құрамын бағалау кезінде вегета­циялық кезеңде штаммдардың тұрақты жоғары өсімділігі және топырақ гетеротрофтардың санының азаюы анықталды, бұл штамм-инокулянтардың зерттелетін топырақтың микро­бтық қауымдастығына белсенді араласуын көрсетеді.

 

  2021 ж. негізгі басылымдар

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.

 

   Халықаралық конференциялардағы баяндамалар:

1.   әл-Фараби атындағы ҚазҰУ «Қоршаған орта биотехнологиясы және биоэнергетика аспектілері мен инновациялары» 12-13 ақпан 2021 ж. халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференциясының пленарлық отырысында баяндама. Баяндама тақырыбы: «Өсімдік-мик­робтық ассоциацияларды құрастыру негізінде ауыр металдармен ластанған топырақ­тарды фиторемедиациялау әдістерін жасау». Баяндамашы: А.А.Нұржанова
2.   2021 жылдың 20-24 қыркүйегінде «Ай-Петри» санаторийінде (Мисхор ауылы, Қырым) өтетін «Биотехнология: ғылым және тәжірибе» IX Халықаралық ғылыми-тәжі­рибелік конференциясы. Баяндама тақырыбы: «Miscathus × giganteus биоэнергети­калық өсімдігінің ризосфералық микрофлорасы және оның ремедиациялық потенциалы». Баяндамашы: Муратова А.Ю.