Краткая информация о проекте
(2023-2025 г.г.)
Наименование проекта: ИРН АР 19679273 «Разработка технологии фитостабилизации комплексно-загрязненных токсичными веществами земель в рамках энергетического «zero-waste» подхода».
Актуальность. В Казахстане, как во многих других странах мира, высокие темпы промышленного, и сельскохозяйственного развития, нефтегазового комплекса привели к загрязнениям земель токсическими элементами (ТЭ), пестицидами и нефтепродуктами, что является серьезной экологической проблемой. Почва вокруг этих предприятий имеет поликомпонентную природу загрязнения различными ТЭ в природных условиях. Накопление ксенобиотиков в сельскохозяйственных почвах и попадание в пищевые цепочки становится серьезной угрозой для продовольственной безопасности. Проблема избытка двух или нескольких загрязнителей в среде закладывает фундамент для формирования инновационных подходов.
Изучение фундаментальных основ адаптации растений к ксенобиотикам, а также исследование механизмов поддержания стабильности почв и путей их реабилитации является важнейшей задачей при разработке фитотехнологии. Последние годы внимание уделяется выявлению зависимости между уровнем активности компонентов антиоксидантной защиты и устойчивостью растений к ТЭ, что очень важно при отборе устойчивых видов растений для фиторемедиации загрязненных земель. Из-за длительности периода восстановления с помощью растений и необходимости утилизации загрязненной биомассы, исследования многих ученых направлены на устранение отходов путем преобразования их в биопродукты. Такие исследования находятся в зачаточном состоянии, а сфера получения биопродуктов из сырья животного и растительного происхождения активно развивается во многих странах мира. В связи со смещением вектора исследований в биоэнергетику, одним из основных критериев получения усовершенствованных биопродуктов является использование непищевой лигноцеллюлозной биомассы в целях сведения к минимуму любой конкуренции с возделыванием пищевых культур. Оценка потенциала и качества биомассы энергетических растений для применения в качестве сырья в энергетической промышленности является острой необходимостью ввиду отсутствия международных и государственных стандартов и требований. Тем не менее, технология «zero-waste» была внедрена в фитотехнологию с биоэнергетическими культурами, которые имеют высокое содержание лигнина, целлюлозы и лигноцеллюлозы. Содержание этих волокон играет ключевую речь в производстве биочара и палп (волокно) из загрязненной биомассы растений, обеспечивая рациональное использование сырья и снижение затрат. Данный подход позволяет эффективно решать проблему очистки почвы и вместе с тем проводить поиск альтернативного сырья для развития биоэнергетики.
Цель проекта: оценить механизмы физиологической и биохимической толерантности Miscanthus × giganteus и Miscanthus sinensis, ассоциированные с активностью растительных и ризосферных окислительных и антиоксидантных ферментов, в условиях комплексного загрязнения почв (пестициды/ТЭ; нефтяные углеводороды/ТЭ) с учетом качественной оценки контаминированной биомассы в рамках «zero-waste» технологии.
Ожидаемые результаты:
Технология фитостабилизации комплексно загрязненной ксенобиотиками почвы с учетом физиолого-биохимических свойств устойчивости и энергетического потенциала контаминированной биомассы растений рода Miscanthus для биоэнергетической промышленности
Научный руководитель проекта: г.н.с. Института, д.б.н., проф. Нуржанова А.А.
Члены исследовательской группы: PhD, ас. проф. Бержанова Р.Ж., PhD Мамирова А.А., НС Нурмагамбетова А.С., МНС Жумашева Ж.Е., лаборант Боранбай М.
Список публикаций и патентов исполнителей проекта за период 2018-2022 гг.
Nurzhanova A., Pidlisnyuk V., Abit K., Nurzhanov C., Kenessov, B., Stefanovska T., Erickson L., 2019. Comparative assessment of using Miscanthus x giganteus for remediation of soils contaminated by heavy metals: a case of military and mining sites. Environmental Science and Pollution Research, 2019. Vol.26, pp.13320-13333, https://doi.org/10.1007/s11356-019-04707-z
WoS:Q2, IF 5.053, percentile 80%, FWCI 1.45
- Pidlisnyuk, V., Mamirova, A., Pranaw, K., Shapoval, P. Y., Trögl, J., Nurzhanova, A. Potential role of plant growth-promoting bacteria in Miscanthus × giganteus phytotechnology applied to the trace elements contaminated soils. // International Biodeterioration & Biodegradation. — 2020. – Vol. 155. — P. 105103. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2020.105103
WoS: Q1, IF 4.32, percentile 87%, FWCI 0.61
- Nurzhanova A., Mukasheva T., Berzhanova R., Kalugin S., Omirbekova A., Mikolasch A. Optimization of microbial assisted phytoremediation of soils contaminated with pesticides // Int. J. Phytoremediation. Taylor & Francis, 2021.Vol. 23 (5): 482–491. https://doi.org/10.1080/15226514.2020.1825330
WoS:Q2, IF 4.003. percentile 84%, FWCI 0.39
- 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. Web of Science database
- Mamirova, A., Pidlisnyuk, V., Amirbekov, A., Ševců, A., & Nurzhanova, A. (2021). Phytoremediation potential of Miscanthus sinensis And. in organochlorine pesticides contaminated soil amended by Tween 20 and Activated carbon. // Environmental Science and Pollution Research. — 2021. – Vol. 28, Is. 13. – P. 16092–16106. https://doi.org/10.1007/s11356-020-11609-y
WoS:Q2, IF 5.053, percentile 80%, FWCI 1.67
- Tarla D.N., Erickson L.E., Hettiarachchi G.M., Amadi S.I., Galkaduwa M., Davis L.C., Nurzhanova A., Pidlisnyuk V. Phytoremediation and Bioremediation of Pesticide-Contaminated Soil // Appl. Sci. – 2020. – Vol. 10 (4) – P.1217-13333. https://doi.org/10.3390/app10041217
WoS:Q2, IF 2.838, percentile 79%, FWCI 1.33
- Sailaukhanuly Y, Nurzhanov Ch., Nurzhanova A., Carlsen L. Evaluation of the potential cancer risk of obsolete organochlorine pesticides in abandoned storehouses throughout the Almaty oblast, Kazakhstan // Int.J. Human and ecological risk assessment. – 2022. – Vol.28, Is.10. – P.1213-1227. https://doi.org/10.1080/10807039.2022.2136137 (
WoS:Q2, IF 4.997, percentile 61%, FWCI 0
- 8. Nurzhanova А., Muratova A., Berzhanova R., Pidlisnyuk V., Nurmagambetova A., Mamirova A. Rhizosphere microorganisms: increasing phytotechnology productivity and efficiency – a review //Доклады национальной академии наук Республики Казахстан. – 2022–№ 3. – С. 34-58.
9.Muratova A., Lyubun Y., Sungurtseva I., Turkovskaya O., Nurzhanova A. Physiological and biochemical characteristic of Miscanthus × giganteus grown in heavy metal – oil sludge co- contaminated soil // Journal of Environmental Sciences. – 2022. – Vol. 115.– P. 114-125.
WoS Q1. IF 6.796
Достигнутые результаты за 2023 г.: завершен проект АР 09259724 «Оптимизация продуктивности Miscanthus x giganteus (мискантуса гигантского) и процесса фиторемедиации загрязненных тяжелыми металлами почв с использованием PGPR».
Разработана технология фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами, путем повышения продуктивности биоэнергетического растения-фиторемедианта Miscanthus x giganteus с помощью биопрепарата, стимулирующего рост ризобактерий (PGPR). Созданы микробные препараты для повышения урожайности биомассы биоэнергетического растения Miscanthus x giganteus для целевого управления процессом фиторемедиации: биопрепарат № 1 на основе концентрированной биомассы бактерий Rhizobium sp. Zn1-1 и дрожжей Trichosporon sp. СА1 в пастообразной форме; биопрепарат № 2 – жидкая форма на основе бактерии Pseudomonas sp. ЧА1. Получена полезная модель – Способ фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами» № 8240. от 20.04.2023
Публикации (2023 г.):
1 Muratova A., Golubev S., Romanova V., Nurzhanova A. Effect of Heavy-Metal-Resistant PGPR Inoculants on Growth, Rhizosphere Microbiome and Remediation Potential of Miscanthus × giganteus in Zinc-Contaminated Soil. // Microorganisms. – 2023. – Vol. 11.– P. 1516.
WoS Q2. IF 4.926/ Scopus, proc. 0.65
2 Nurzhanova A., Pidlisnyuk V., Berzhanova R., Nurmagambetova A., Terletskaya N., Omirbekova N., Berkinbayev G., Mamirova A. PGPR‑driven phytoremediation and physiobiochemical response of Miscanthus × giganteus to stress induced by the trace elements // Environmental Science and Pollution Research. – 2023.https://doi.org/10.1007/s11356-023-29031-/
WoS Q1. IF 5.8
- Nurzhanova A., Pidlisnyuk V., Berzhanova R., Muratova A., Erickson L., Mamirova A Improving Miscanthus × giganteus phytoremediation efficiency and adaptability to trace elements by application of PGPRs // International Phytotechnology Conference 23 — 26 May 2023. Hosted by International Phytotechnology Society and the US Dept of Energy- Argonne National Laboratory Chicago, Illinois, United States – P.85
4 Муратова А.Ю., Сунгурцева И.Ю., Турковская О.В, Нуржанова А.А Влияние бактеризации на ризосферный микробиом, физиолого-биохимические и ремедиационные свойства Мiscanthus × giganteus, выращенного в загрязненной тяжелыми металлами почве // X Съезд общества физиологов растений России Всероссийская научная конференция с международным участием «Биология растений в эпоху глобальных изменений климата» 18-23 сентября 2023 года, Уфа: УИБ УФИЦ РАН, 2023. – С.261
