Давнее загрязнение почв тяжёлыми металлами как фактор формирования устойчивых к металлам ризобиальных сообществ Anthyllis vulneraria

Бобовое растение Anthyllis vulneraria и связанные с ним азотфиксирующие ризобии представляют собой адаптированную биологическую систему для фитостабилизации почв горнодобывающих территорий, ограничивающую распространение загрязнения металлами. Чтобы выявить ризобии, связанные с Anthyllis на конкретных участках, мы оценили генетические и фенотипические свойства 137 штаммов ризобий, выделенных из почв с разным уровнем загрязнения металлами. В почвах цинково-свинцовых рудников преобладали устойчивые к металлам ризобии, относящиеся к Mesorhizobium metallidurans или другому родственному виду, устойчивому к металлам. Все устойчивые к металлам изоляты содержали маркерный ген cadA, кодирующий транспортёр — АТФазу типа P, обеспечивающую выведение металлов из клетки. В отличие от них, чувствительные к металлам штаммы таксономически отличались от устойчивых популяций и относились к новым геновидовым группам Mesorhizobium. По симбиотическому маркеру nodA популяции образовывали два комплекса симбиоваров, потенциально связанные с предпочтением хозяев Anthyllis или Lotus; их распределение зависело от географического положения почв, но не от содержания металлов. Многофакторный анализ показал, что концентрации Pb и Cd в почве по-разному влияли на ризобиальные сообщества, а сообщество с одного удалённого участка заметно отличалось от остальных. Таким образом, содержание тяжёлых металлов в почве определяет таксономический состав популяций ризобий, связанных с Anthyllis, в зависимости от устойчивости к металлам, но не от разнообразия симбиотического маркера nodA. На бета-разнообразие ризобий также влияют местные физико-химические и топоклиматические условия. Сообщества Mesorhizobium адаптированы к местным условиям и специфичны для конкретных участков; для успешной фитостабилизации с использованием растительности из бобовых и Mesorhizobium рекомендуется применять местные штаммы.

Значимость: Фитостабилизация токсичных отходов горнодобывающей промышленности позволяет ограничить распространение тяжёлых металлов и загрязнение окружающей среды за счёт создания устойчивого растительного покрова. Этому экологически безопасному методу способствует использование отобранных и адаптированных покровных бобовых культур, которые находятся в симбиозе с ризобиями и могут естественным образом стимулировать рост растений посредством биологической фиксации азота. Мы изучили микросимбионтов бобового растения Anthyllis vulneraria, устойчивого к очень высокому содержанию металлов в почвах горнодобывающих и других территорий. Связанные с конкретными участками сообщества ризобий различались по таксономическому составу и устойчивости к металлам. Вид Mesorhizobium metallidurans преобладал на всех цинково-свинцовых рудниках, кроме одного. На незагрязнённых участках он не обнаруживался; там встречались другие виды Mesorhizobium. Поскольку условия почвы, в том числе загрязнение тяжёлыми металлами, различаются между горнодобывающими участками, для долгосрочного успеха стратегий восстановления растительного покрова вероятнее всего эффективнее использовать ризобии, адаптированные к местным условиям, а не вводить менее адаптированные штаммы.