Salt Tolerance of Fungi and Prospects for Mycodiagnostics of Contamination in Saline Soils

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The review is devoted to the analysis of the characteristics of salt-tolerant fungi in order to identify the possibility of their use for indicating chemical contamination of highly mineralized soils and the search for potential test species for laboratory mycotesting. A list of representatives of halophilic and halotolerant genera of micromycetes is given, which can serve as indicators of pollution by heavy metals, oil products and other toxicants against the background of increased mineralization of soil substrates. For biotesting of soils with an average level of mineralization, micromycetes belonging to moderate halotolerant species are proposed as promising. The morphological, physiological and molecular mechanisms of adaptation of halophilic and halotolerant fungi to conditions of increased salinity of habitats are analyzed. The effects on fungal communities, which are caused by a combination of salinity with chemical pollution of different nature, are considered. Methodological aspects of the practical use of salt-tolerant fungi for biodiagnostics of the degree of unfavourability of saline soils are considered: the composition of media, cultivation conditions, and test reactions of fungal cultures that are optimal for an adequate assessment of the degree of halotolerance of fungi and ecotoxicity of soil samples.

About the authors

E. V. Fedoseeva

Severtsov Institute of Ecology and Evolution, RAS

Author for correspondence.
Email: elenfedoseeva@gmail.com
Russian Federation, Moscow

V. A. Terekhova

Lomonosov Moscow State University

Email: elenfedoseeva@gmail.com
Russian Federation, Moscow

References

  1. Артамонова В.С., Дитц Л.Ю., Елизарова Т.Н., Лютых И.В. Техногенное засоление почв и их микробиологическая характеристика // Сибирский экологический журнал. 2010. Т. 17. № 3. С. 461–470.
  2. Базилевич Н.И., Панкова Е.И. Опыт классификации почв по содержанию токсичных солей и ионов // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 1972. Вып. 5. С. 36–40.
  3. Бегматов Ш.А., Селицкая О.В., Васильева Л.В., Берестовская Ю.Ю., Манучарова Н.А., Дренова Н.В. Морфофизиологические особенности некоторых культивируемых бактерий засоленных почв Приаралья // Почвоведение. 2020. № 1. С. 81–88. https://doi.org/10.31857/S0032180X20010049
  4. Вернигорова Н.А., Колесников С.И., Казеев К.Ш. Изменение биологической активности солончаков соровых Тамани в условиях загрязнения нефтью и тяжелыми металлами // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т. 18(2). С. 591–593.
  5. Герасимов А.О., Поляк Ю.М. Оценка влияния засоления на аллелопатическую активность микромицетов в дерново-подзолистой почве // Агрохимия. 2021. № 3. С. 51–59. https://doi.org/10.31857/S0002188121030078
  6. Горлачёва Г.Ю. Ремигрантные и иммигрантные микромицеты водной системы Кумо-Манычской впадины и Каспийского моря // Вестник Южного научного центра РАН. 2008. Т. 4 (4). С. 52–56.
  7. Домрачева Л.И., Скугорева С.Г., Ковина А.Л., Коротких А.И., Стариков П.А. Ашихмина Т.Я. Специфика растительно-микробных комплексов при антропогенном загрязнении почвы (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2022. № 3. С. 14–25. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2022-3-014-025
  8. Дорохова М.Ф., Кошелева Н.Е., Терская Е.В. Экологическое состояние городских почв в условиях антропогенного засоления и загрязнения (на примере Северо-Западного округа Москвы) // Теоретическая и прикладная экология. 2015. № 4. C. 16–24.
  9. Засоленные почвы России / Отв. ред. Шишов Л.Л., Панкова Е.И. М.: ИКЦ “Академкнига”, 2006. 854 с.
  10. Звягинцев Д.Г., Зенова Г.М., Оборотов Г.В. Мицелиальные бактерии засоленных почв // Почвоведение. 2008. № 10. С. 1250–1257.
  11. Моделирование процессов засоления и осолонцевания почв / Отв. ред. Ковда В.А., Сабольч И. М.: Наука, 1980. 262 с.
  12. Носова М.В., Середина В.П. Техногенный галогенез нефтезагрязнённых почв пойменных экосистем в условиях гумидного почвообразования и его экологические последствия // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 3. С. 74–79. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-3-074-079
  13. Панкова Е.И., Герасимова М.И., Королюк Т.В. Засоленные почвы в отечественных, американской и международной почвенных классификациях // Почвоведение. 2018. № 11. С. 1309–1321. https://doi.org/10.1134/S0032180X18110072
  14. Писаренко Е.Н. Использование подсолнечника в качестве ремедианта загрязнённых почв // Теоретическая и прикладная экология. 2009. № 2. С. 47–49.
  15. Рафикова Г.Ф., Кузина Е.В., Столярова Е.А., Мухаматдьярова С.Р., Логинов О.Н. Комплексы микромицетов выщелоченного чернозема при загрязнении нефтью и внесении микроорганизмов-нефтедеструкторов // Микология и фитопатология. 2020. Т. 54(2). С. 107–115.
  16. Санин С.С., Неклесова Н.П., Санина А.А., Пачолкова Е.В. Методические рекомендации по созданию инфекционных фонов для иммуногенетических исследований пшеницы. М.: Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии, 2008. 50 с.
  17. Смолянюк Е.В., Биланенко Е.Н., Терешина В.М., Качалкин А.В., Камзолкина О.В. Влияние концентрации хлорида натрия в среде на состав мембранных липидов и углеводов в цитозоле гриба Fusarium sp. // Микробиология. 2013. Т. 82 (5). Р. 595–604. https://doi.org/10.7868/S0026365613050121
  18. Терехова В.А. Микромицеты в экологической оценке водных и наземных экосистем. М.: Наука, 2007. 215 с.
  19. Терехова В.А., Рахлеева А.А., Федосеева Е.В., Кирюшина А.П. Практикум по биотестированию экотоксичности почв. М., 2022. 102 c.
  20. Фокина А.И., Домрачева Л.И., Олькова А.С., Скугорева С.Г., Лялина Е.И., Березин Г.И., Даровских Л.В. Исследование токсичности проб урбаноземов, загрязненных тяжелыми металлами // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016. Т. 18(2). С. 544–550.
  21. Хасан Д., Ковтун И.С., Ефимова М.В. Влияние хлоридного засоления на прорастание семян и рост проростков Brassica napus L. // Вестник Томск. гос. ун-та. Сер. Биология. 2011. № 4(16). С. 108–112.
  22. Эназаров Р.Х., Васильева А.А., Петренко С.М., Маколова П.В., Литовка Ю.А. Скрининг солеустойчивых микромицетов, перспективных для биоремедиации засоленных почв // Лесной и химический комплексы – Проблемы и решения: Сб. матер. по итогам всерос. науч.-пр конф. Красноярск, 2021. С. 306–310.
  23. Януцевич Е.А., Данилова О.А., Гроза Н.В., Терёшина В.М. Мембранные липиды и углеводы цитозоля у Aspergillus niger в условиях осмотического, окислительного и холодового воздействий // Микробиология. 2016. Т. 85. № 3. С. 283–292. https://doi.org/10.7868/S0026365616030174
  24. Abadias M., Teixido N., Usall J., Vinas I., Magan N. Solute stresses affect growth patterns, endogenous water potentials and accumulation of sugars and sugar alcohols in cells of the biocontrol yeast Candida sake // J. Appl. Microbiol. 2000. V. 89. Р. 1009–1017. https://doi.org/10.1046/j.1365-2672.2000.01207.x
  25. Adler L., Pedersen A., Tunblad-Johansson I. Polyol accumulation by two filamentous fungi grown at different concentrations of NaCl // Physiol. Plantarum. 1982. V. 56(2). P. 139–142. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1982.tb00315.x
  26. Bano A., Hussain J., Akbar A., Mehmood K., Anwar M., Sharif Hasni M., Ullah S., Sajid S., Ali I. Biosorption of heavy metals by obligate halophilic fungi // Chemosphere. 2018. V. 199. P. 218–222. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.02.043
  27. Batista-García R.A., Balcázar-López E., Miranda-Miranda E., Sánchez-Reyes A., Cuervo-Soto L., Aceves-Zamudio D., Atriztán-Hernández K., Morales-Herrera C., Rodríguez-Hernández R., Folch-Mallol J. Characterization of lignocellulolytic activities from a moderate halophile strain of Aspergillus caesiellus isolated from a sugarcane bagasse fermentation // PLoS One. 2014. V. 9. P. 105893. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0105893
  28. Bronicka M., Raman A., Hodgkins D., Nicol H. Abundance and diversity of fungi in a saline soil in central-west New South Wales, Australia // Sydowia. 2007. V. 59(1). P. 7–24.
  29. Danilova O.A., Ianutsevich E.A., Bondarenko S.A., Georgieva M.L., Vikchizhanina D.A., Groza N.V., Bilanenko E.N., Tereshina V.M. Osmolytes and membrane lipids in the adaptation of micromycete Emericellopsis alkalina to ambient pH and sodium chloride // Fungal Biology. 2020. V. 124. P. 884–891. https://doi.org/10.1016/j.funbio.2020.07.004
  30. de Lima Alves F., Stevenson A., Baxter E., Gillion J.L.M., Hejazi F., Hayes S., Morrison I.E.G., et al. Concomitant osmotic and chaotropicity induced stresses in Aspergillus wentii: compatible solutes determine the biotic window // Curr. Genet. 2015. V. 61. P. 457–477. https://doi.org/10.1007/s00294-015-0496-8
  31. Gao S.-S., Li X.-M., Du F.-Y., Li C.-S., Proksch P., Wang B.-G. Secondary metabolites from a marine-derived endophytic fungus Penicillium chrysogenum QEN-24S // Mar. Drugs. 2010. V. 9. P. 5970.
  32. González-Abradelo D., Pérez-Llano Y., Peidro-Guzmána H., Sánchez-Carbente M. del R., Folch-Mallol J.L., Aranda E., Vaidyanathan V.K., Cabana H., Gunde-Cimerman N., Batista-García R.A. First demonstration that ascomycetous halophilic fungi (Aspergillus sydowii and Aspergillus destruens) are useful in xenobiotic mycoremediation under high salinity conditions // Bioresource Technology. 2019. V. 279. P. 287–296. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.02.002
  33. Grum-Grzhimaylo A.A., Georgieva M.L., Bondarenko S.A., Debets A.J.M., Bilanenko E.N. On the diversity of fungi from soda soils // Fungal Divers. 2016. V. 76. P. 27–74. https://doi.org/10.1007/s13225-015-0320-2
  34. Gunde-Cimerman N., Frisvad J.C., Zalar P., Plemenitaš A. Halotolerant and halophilic fung // Biodiversity of Fungi – Their Role in Human Life. New Delhi: Oxford & IBH Publishing Co. Pvt. Ltd., 2005. P. 69–128.
  35. Gunde-Cimerman N., Ramos J., Plemenitaš A. Halotolerant and halophilic fungi // Mycological Res. 2009. V. 113. Р. 1231–1241. https://doi.org/10.1016/j.mycres.2009.09.002
  36. Gunde-Cimerman N., Zalar P., de Hoog S., Plemenitaš A. Hypersaline waters in salterns – natural eco-logical niches for halophilic black yeasts // FEMS Microbiology Ecology. 2000. V. 32. P. 235–240. https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.2000.tb00716.x
  37. Gunde-Cimerman N., Zalar P., Petrovič U., Turk M., Kogej T., de Hoog G.S., Plemenitaš A. Fungi in salterns // Halophilic Microorganisms. Berlin: Springer, 2004. P. 103–113. https://doi.org/10.1007/978-3-662-07656-9_7
  38. Hyde K.D., Sarma V.V., Jones E.B.G. Morphology and taxonomy of higher marine fungi // Marine Mycology. A Practical Approach. Fungal Diversity Research Series 1. Hong Kong: Fungal Diversity Press, 2000. Р. 172–204.
  39. Kashyap P.L., Rai A., Singh R., Chakdar H., Kumar S., Srivastava A.K. Deciphering the salinity adaptation mechanism in Penicilliopsis clavariiformis AP, a rare salt tolerant fungus from mangrove // J. Basic Microbiol. 2016. V. 56. Р. 779–791. https://doi.org/10.1002/jobm.201500552
  40. Mandeel Q.A. Biodiversity of the genus Fusarium in saline soil habitats // J. Basic Microbiol. 2006. V. 46(6). P. 480–494. https://doi.org/10.1002/jobm.200510128
  41. Marghoob M.U., Rodriguez-Sanchez A., Imran A., Mubeen F., Hoagland L. Diversity and functional traits of indigenous soil microbial flora associated with salinity and heavy metal concentrations in agricultural fields within the Indus Basin region, Pakistan // Front. Microbiol. 2022. V. 13. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.1020175
  42. Musa H., Kasim F.H., Nagoor Gunny A.A., Gopinath S.C.B. Salt-adapted moulds and yeasts: Potentials in industrial and environmental biotechnology // Process Biochemistry. 2018. V. 69. P. 33–44. 10.1016/j.procbio.2018.03.026' target='_blank'>https://doi.org/doi: 10.1016/j.procbio.2018.03.026
  43. Plemenitaš A., Gunde-Cimerman N. Cellular responses in the halophilic black yeast Hortaea werneckii to high environmental salinity // Adaptation to life at high salt concentrations in Archaea, Bacteria, and Eukarya. Cellular Origin, Life in extreme Habitats and Astrobiology. Dordrecht: Springer, 2005. V. 9. P. 453–470. https://doi.org/10.1007/1-4020-3633-7_29
  44. Ramesh T., Yamunadevi R., Sundaramanickam A., Thangaraj M., Kumaran R., Annadurai D. Biodiversity of the fungi in extreme marine environments // Fungi bio-prospects in sustainable agriculture, environment and nano-technology. 2021. P. 75-100. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821925-6.00005-8
  45. Rangel D.E.N., Braga G.U.L., Fernandes E.K.K., Keyser C.A., Hallsworth J.E., Roberts D.W. Stress tolerance and virulence of insect-pathogenic fungi are determined by environmental conditions during conidial formation // Curr. Genet. 2015. V. P. 383–404. https://doi.org/10.1007/s00294-015-0477-y
  46. Sambuu G., Garetova L.A., Imranova E.L., Kirienko O.A., Fischer N.K., Gantumur Kh., Kharitonova G.V. Biogeochemical characteristics of soils in the Dzunbayan oil-producing area (Eastern Mongolia) // Biogeosystem Technique. 2019. V. 6(1). P. 46–58. https://doi.org/10.13187/bgt.2019.1.46
  47. Smolyanuk E.V., Bilanenko E.N. Communities of halotolerant micromycetes from the areas of natural salinity // Microbiology. 2011. V. 80(6). P. 877–883. https://doi.org/10.1134/S002626171106021X
  48. Tibell S., Tibell L., Pang K-L., Calabon M., Gareth Jones E.B. Marine fungi of the Baltic Sea // Mycology. 2020. V. 11. P. 195–213. https://doi.org/10.1080/21501203.2020.1729886
  49. Yadav A.N., Verma P., Kumar V., Sangwan P., Mishra S., Panjiar N., Gupta V.K., Saxena A.K. Biodiversity of the genus Penicillium in different habitats // New and Future Developments in Microbial Biotechnology and Bioengineering. 2018. http://doi.org/10.1016/B978-0-444-63501-3.00001-6
  50. Yancey P.H. Organic osmolytes as compatible, metabolic and counteracting cytoprotectants in high osmolarity and other stresses // J. Exp. Biol. 2005. V. 208. P. 2819–2830. http://doi.org/10.1242/jeb.01730
  51. Zajc J., Zalar P., Plemenitaš A., Gunde-Cimerman N. The mycobiota of the salterns // Biology of Marine Fungi. Berlin: Springer, 2012. V. 53. P. 133–158. http://doi.org/10.1007/978-3-642-23342-5_7
  52. Zalarc P., de Hoog G.S., Schroers H.J., Crous J., Groenewald J.Z. Phylogeny and ecology of the ubiquitous saprobe Cladosporium shpaerospermum, with descriptions of seven new species from hypersaline environments // Studies in Mycology. 2007. V. 58. P. 157–183. https://doi.org/10.3114/sim.2007.58.06
  53. Zhang W-W., Wang C., Xue R., Wang L-J. Effects of salinity on the soil microbial community and soil fertility // J. Integrative Agriculture. 2019. V. 18(6). P. 1360–1368. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(18)62077-5
  54. https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/16

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences