Участие цианобактерий в снижении концентрации фузариотоксинов и ионов тяжелых металлов в водных растворах

Цель – установить влияние почвенных цианобактерий (ЦБ) Fischerella muscicola, Nostoc paludosum и Nostoc linckia на изменение концентрации ионов тяжелых металлов (ТМ) и фузариотоксинов в водных средах.

Материал и методы. Для построения кривых кинетики сорбции сухой биомассой ЦБ Fischerella muscicola и Nostoc paludosum ионов меди(II), свинца(II) и кадмия из растворов с концентрацией 10‐4 моль/л использовали метод потенциометрии с ионоселективными электродами. Методом ВЭЖХ определили концентрацию фузариотоксинов в фильтрате среды контактирования ЦБ Fischerella muscicola и Nostoc linckiaс F. culmorum.

Результаты. Кинетику сорбции ионов ТМ сухой биомассой ЦБ наилучшим образом описывает модифицированная модель второго порядка. Согласно модели, процесс сорбции лимитирует реакция ионного обмена. В присутствии ЦБ Fischerella muscicola и Nostoc linckia с титром 1,8*106 кл./мл (разведение 1:100) происходит снижение в среде Т‐2 токсина и ликомаразмина. Однако при этом увеличиваются концентрации фузариевой кислоты и дезоксиниваленола. В варианте, где титр ЦБ равен 1,8*107 кл./мл,значимо снижается концентрация ликомаразмина, при этом не происходит изменений концентрации иных фузариотоксинов.

Заключение. Сухая биомасса ЦБ, обладая высоким бисорбционным потенциалом, может выступать в качестве хорошего биосорбента поотношению к ионам меди(II), свинца(II) и кадмия. Снижение концентрации фузариотоксинов указывает на возможность выделить активные вещества ЦБ, способные подавлять биосинтез определенных токсинов микромицетов рода Fusarium, снижая как фитотоксичность сред произрастания растений, так и повышать безопасность продукции растениеводства.

1. Strausbaugh C.A., Overturf K.E., Koehn A.C. Pathogenicity and real‐time PCR detection of Fusarium spp. in wheat and barley roots // Canadian Journal of Plant Pathology. 2005. V. 27. Iss. 3. P. 430‐438. DOI: 10.1080/07060660509507242

2. Ahammed G.J., Mao Q., Yan Y., Wu M., Wang Y., Ren J., Guo P., Liu A., Chen S. Role of Melatonin in Arbuscular Mycorrhizal Fungi‐Induced Resistance to Fusarium Wilt in Cucumber // Phytopathology. 2020. V. 110. N 5. P. 999‐1009. DOI: 10.1094/PHYTO‐11‐19‐0435‐R

3. Bhat R., Rai R.V., Karim A.A. Mycotoxins in Food and Feed: Present Status and Future Concerns // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2010. V. 9. N 1. P. 57‐81. DOI: 10.1111/j.1541‐4337.2009.00094.x

4. Haggag W., Abd El‐Aty A.M., Mohamed A.A. The Potential Effect of two Cyanobacterial Species; Anabaena Sphaerica and Oscillatoria Agardhii Against Grain Storage Fungi // European Scientific Journal. 2014. V. 10. Iss. 30. P. 427‐423.

5. Домрачева Л.И., Фокина А.И., Ковина А.Л., Ашихмина Т.Я. Экзометаболиты почвенных цианобактерий как стратегия выживания в естественных и техногенно нарушенных экосистемах // Теорeтическая и прикладная экология. 2019. N 4. P. 15‐23. DOI: 10.25750/1995‐4301‐2019‐4‐015‐023

6. Домрачева Л.И., Кондакова Л.В., Попов Л.Б., Зыкова Ю.Н. Биоремедиационные возможности почвенных цианобактерий (обзор) // Теорeтическая и прикладная экология. 2009. N. 1. P. 8‐17.

7. Fokina A.I., Dabakh E.V., Domracheva L.I., Skugoreva S.G., Lyalina E.I., Ashikhmina T.Ya., Zykova Yu.N., Leonova K.A. Methodological approaches toward chemico‐biological diagnostics of the state of soils in technogenically transformed territories // Eurasian Soil Science. 2018. V. 51. N 5. P. 550‐560. DOI: 10.1134/S1064229318030031

8. Cepas V., López Y., Gabasa Y., Martins C.B., Ferreira J.D., Correia M.J., Santos L.M., Oliveira F., Ramos V., Reis M., Castelo‐Branco R., Morais J., Vasconcelos V., Probert I., Guilloud E., Mehiri M., Soto S.M. Inhibition of Bacterial and Fungal Biofilm Formation by 675 Extracts from Microalgae and Cyanobacteria // Antibiotics. 2019. V. 8. N 2.article number: 77. DOI: 10.3390/antibiotics8020077

9. Kosová K., Chrpová J., Šantrůček J., Hynek R., Štěrbová L., Vítámvás P., Bradová J., Prášil I.T. The Effect of Fusarium culmorum Infection and Deoxynivalenol (DON) Application on Proteome Response in Barley Cultivars Chevron and Pedant // Journal of Proteomics. 2017. V. 169. P. 112‐124. DOI: 10.1016/j.jprot.2017.07.005

10. Shalaby Е.А. Influence of A biotic stress on biosynthesis of alga‐chemicals and its relation to biological activities // Indian Journal of Geo‐Marine Sciences. 2017. V. 46. N1. P. 23‐32.

11. Tannin‐Spitz T., Bergman M., van‐Moppes D., Grossman S., Arad S.(M.) Antioxidant activity of the polysaccharide of the red microalga Porphyridium sp. // Journal of Applied Phycology. 2005. V. 17. Iss. 3. P. 215‐222. DOI: 10.1007/s10811‐005‐0679‐7

12. Boba A., Kostyn K., Kozak B., Wojtasik W., Preisner M., Prescha A., Gola E.M., Lysh D., Dudek B., Szopa J., Kulma A. Fusarium oxysporum infection activates the plastidial branch of the terpenoid biosynthesis pathway in flax, leading to increased aba synthesis // Planta. 2020. V. 251. Article number: 50. DOI: 10.1007/s00425‐020‐03339‐9

13. Фокина А.И., Ашихмина Т.Я., Домрачева Л.И., Горностаева Е.А., Огородникова С.Ю. Тяжелые металлы как фактор изменения метаболизма у микроорганизмов (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2015. N 2. C. 5‐18. DOI: 10.25750/1995‐4301‐2015‐2‐005‐018

14. Singh S. Biosorption of heavy metals by cyanobacteria: potential of live and dead cells in bioremediation. In: Shah M. (ed.) Microbial Bioremediation & Biodegradation. Springer, Singapore, 2020. P. 409‐423. DOI: 10.1007/978‐981‐15‐1812‐6_15

15. Morsy F.M., Hassan S.H.A., Koutb M. Biosorption of Cd(II) and Zn(II) by Nostoc commune: isotherm and kinetics studies // CLEAN‐Soil, Air, Water. 2011. V. 36. Iss. 7. P. 680‐687. DOI: 10.1002/clen.201000312

16. Safari M., Ahmady‐Asbchin S. Biosorption of zinc from aqueous solution by cyanobacterium Fischerella ambiguaISC67: optimization, kinetic, isotherm and thermodynamic studies // Water Sci. Technol. 2018. V. 78. Iss. 7. P. 1525‐1534. DOI: 10.2166/wst.2018.437

17. Скугорева C.Г., Кантор Г.Я., Домрачева Л.И., Кутявина Т.И. Сравнительный анализ эффективности использования сорбентов различной природы по отношению к ионам меди (II) // Теоретическая и прикладная экология. 2018. N 3. С. 12‐18. DOI: 10.25750/1995‐4301‐2018‐3‐012‐018

18. Ho Y.S., Ng J.C.Y., McKay G. Kinetics of pollutant sorption by biosorbents: review // Separ. Purif. Methods. 2000. V. 29. Iss. 2. Р. 189‐232. DOI: 10.1081/SPM‐100100009 1

19. Cheung W.H., Ng J.C.Y., McKay G. Kinetic analysis of the sorption of copper (II) ions on chitosan // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2003. V. 78. Iss. 5. P. 562‐571. DOI: 10.1002/jctb.836

20. Скугорева C.Г., Кантор Г.Я., Домрачева Л.И., Шешегова Т.К. Оценка сорбционных способностей различных видов микромицетов рода Fusarium по отношению к ионам тяжёлых металлов //Теоретическая и прикладная экология. 2019. N 4. С. 102‐109. DOI: 10.25750/1995‐4301‐2019‐4‐103‐109

21. Flemming H‐C. Sorption sites in biofilms // Water Sci Technol. 1995. V. 32. Iss. 8. P. 27‐33. DOI: 10.2166/wst.1995.0256