Інтегрований підхід до оцінки структури та функціональної активності мікробіому ґрунту
DOI:
https://doi.org/10.33730/2077-4893.1.2026.354189Ключові слова:
біологічний захист, біопрепарати, health soil, qPCR, PLFA, емісія СО2, мікробна біомаса, ґрунтАнотація
Окреслено глобальний контекст, у якому мікробіом розглядають як критичний біоіндикатор «здоров’я ґрунту» та продовольчої безпеки, що відображено в міжнародних екологічних стратегіях та нормативних актах. Проаналізовано масштаби застосування пестицидів у світі та Україні, показано їхній негативний вплив на структуру мікробних угруповань, метаболічну активність та стабільність екосистем. Встановлено, що хімічні засоби захисту здатні порушувати функціональні мережі мікробіоти, формувати резистентні популяції, знижувати біорізноманіття та впливати на цикли С і N, що посилює екологічні ризики. Показано, що альтернативою для відновлення та цілеспрямованого корегування мікробіомів агроценозів є біологічний захист, який передбачає використання PGPR бактерій, мікроміцетів, та вірусних агентів. Однією з переваг біопрепаратів є їх здатність активувати мікробні мережі, заповнюючи вільні ніші й відповідно забезпечуючи стійкість та резильєнтність ґрунтового середовища. Крім того, відновлення мікробіому не є автоматичним процесом, тому потребує системного контролю й науково обґрунтованого моніторингу. Метою роботи було узагальнення сучасних наукових підходів до оцінки структури та функціональної активності ґрунтових мікробіомів на основі культуральних, молекулярних, метагеномних і біохімічних методів з урахуванням тенденцій біологічного контролю, зниження пестицидного навантаження та відновлення ґрунтової біоти. Сформовано цілісне бачення переваг і недоліків культуральних, молекулярних і метагеномних методів кількісної та структурної оцінки мікробіомів, аргументовано доцільність використання інтегрованих індексів «здоров’я ґрунту» та екологічного моделювання для прогнозування довгострокової стійкості агроекосистем. Наведені дані огляду формують методологічну основу для системного моніторингу та науково обґрунтованого управління мікробіомами в умовах сталого землеробства.
Посилання
Nadeu, E., Dijk, R., & Hiller, N. (2023). The Soil Microbiome: its contribution to soil health and One Health. Institute for European Environmental Policy, Brussels, 33. URL: https://ieep.eu/wp-content/uploads/2023/12/The-Soil-Microbiome-ESADIEEP-2023.pdf.
Tecon, R., & Or, D. (2017). Biophysical processes supporting the diversity of microbial life in soil. FEMS Microbiology Reviews, 41(5), 599–623. DOI: https://doi.org/10.1093/femsre/fux039.
Sharma, A., Kumar, V., Shahzad, B., Tanveer, M., Sidhu, G. P. S., Handa, N., … Thukral, A. K. (2019). Worldwide pesticide usage and its impacts on ecosystem. SN Applied Sciences, 1, 1446. DOI: https://doi.org/10.1007/s42452-019-1485-1.
Jansson, J. K., & Hofmockel, K. S. (2020). Soil microbiomes and climate change. Nat. Rev. Microbiol., 18(1), 35–46. DOI: https://doi.org/10.1038/s41579-019-0265-7.
Delgado-Baquerizo, M., Oliverio, A. M., Brewer, T. E., Benavent-Gonzalez, A., Eldridge, D. J., Bardgett, R. D., … Fierer, N. (2018). A global atlas of the dominant bacteria found in soil. Science, 359(6373), 320–325. DOI: https://doi.org/10.1126/science.9516.
Skliar, V., Bortnik, A., Zubtsova, I., Klymenko, H., & Vakal, A. (2025). Soil microbiomes as component of pedosphere biodiversity and factor in formation of crop yields. Scientific Horizons, 28(1), 100–109. DOI: https://doi.org/10.48077/scihor1.2025.100.
Nannipieri, P., Trasar-Cepeda, C., & Dick, R. P. (2018). Soil enzyme activity: a brief history and biochemistry as a basis for appropriate interpretations and meta-analysis. Biol. Fertil. Soils, 54, 11–19. DOI: https://doi.org/10.1007/s00374-017-1245-6.
Wallenstein, M. D., & Hall, E. K. (2012). A traitbased framework for predicting when and where microbial adaptation to climate change will affect ecosystem functioning. Biogeochemistry, 109, 35–47. DOI: https://doi.org/10.1007/s10533-011-9641-8.
Shayanthan, A., Ordonez, P. A. C., & Oresnik, I. J. (2022). The Role of Synthetic Microbial Communities (SynCom) in Sustainable Agriculture. Front. Agron., 4, 89–307. DOI: https://doi.org/10.3389/fagro.2022.896307.
Trivedi, P., Leach, J. E., Tringe, S. G., Sa, T., & Singh, B. K. (2020). Plant-microbiome interactions: from community assembly to plant health. Nat Rev Microbiol., 18(11), 607–621. DOI: https://doi.org/10.1038/s41579-020-00490-8.
Волкогон, В. В. (2024). Роль мікроорганізмів у первинних процесах формування родючості ґрунтів. Сільськогосподарська мікробіологія, 39, 3–21. DOI: https://doi.org/10.35868/1997-3004.39.3-21.
Demyanyuk, О., Shatsman, D., & Symochko, L. (2020). Structure and Dynamics of Soil Microbial Communities of Natural and Transformed Ecosystems. Journal of Environmental Research, Engineering and Management, 76(4), 97–105. DOI: https://doi.org/10.5755/j01.erem.76.4.23508.
Pesticides use and trade. 1990-2023. (2025). (Україна). URL: https://www.fao.org/statistics/highlightsarchive/highlights-detail/pesticides-use-and-trade1990-2023.
Застосування пестицидів під урожай сільськогосподарських культур 2021 року. (2021). (Україна). URL: https://lg.ukrstat.gov.ua/sinf/shoz/shoz_zastos_pestyc_2021.
Ni, B., Xiao, L., Lin, D., Zhang, T., Zhang, Q., Liu, Y., … Zhu, Y. (2025). Increasing pesticide diversity impairs soil microbial functions. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 122(2), e2419917122. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2419917122.
Wang, Z., Yun, S., An, Y., Shu, L., Li, Sh., Sun, K., & Zhang, W. (2025). Effect of fungicides on soil respiration, microbial community, and enzyme activity: A global meta-analysis (1975–2024). Ecotoxicology and Environmental Safety, 289. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.117433.
Kepler, R. M., Epp Schmidt, D. J., Yarwood, S. A., Cavigelli, M. A., Reddy, K. N., Duke, S. O., … Male, J. E. (2020). Soil Microbial Communities in Diverse Agroecosystems Exposed to the Herbicide Glyphosate. Appl Environ Microbiol., 86, 17–44. DOI: https://doi.org/10.1128/AEM.01744-19.
Thalassinos, G., Petropoulos, S. A., Grammenou, A., & Antoniadis, V. (2023). Potentially Toxic Elements: A Review on Their Soil Behavior and Plant Attenuation Mechanisms against Their Toxicity. Agriculture, 13(9), 1684. DOI: https://doi.org/10.3390/agriculture13091684.
Rowinska, P., Gutarowska, B., Janas, R., & Szulc, J. (2024). Biopreparations for the decomposition of crop residues. Microbial Biotechnology, 17(8). DOI: https://doi.org/10.1111/1751-7915.14534.
Бунас, А. А., Шерстобоєва, О. В., Ткач, Є. Д., Мовчан, І. П., & Дворецький, В. В. (2025). Роль штучно сформованого мікробіому ґрунту в циклі вуглецю. Сільськогосподарська мікробіологія, 41, 3–18. DOI: https://doi.org/10.35868/1997-3004.41.3-18.
Vuolo, F., Novello, G., Bona, E., Gorrasi, S., & Gamalero, E. (2022). Impact of Plant-Beneficial Bacterial Inocula on the Resident Bacteriome: Current Knowledge and Future Perspectives. Microorganisms, 10(12), 2462. DOI: https://doi.org/10.3390/microorganisms10122462.
Duff, A. M., Giles, M., Ganasamurthy, S., Santos, A., Morales, S. E., & Brennan, F. (2025). Counting soil microbial communities: the impact of qPCR platform and mastermix on accuracy and precision. FEMS Microbiology Ecology, 101(8), 73. DOI: https://doi.org/10.1093/femsec/fiaf073.
Xue, R., Stirling, E., Zhao, K., Wang, Y., Ye, Sh., Xu, J., & Ma, B. (2024). Putting cell size into perspective: Soil bacterial diversity and predictive function. Geoderma, 443. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2024.116804.
Wang, D., Wang, S., Du, X., He, Q., Liu, Y., Wang, Z., … Deng, Y. (2022). ddPCR surpasses classical qPCR technology in quantitating bacteria and fungi in the environment. Mol. Ecol. Resour., 22(7), 2587–2598. DOI: https://doi.org/10.1111/1755-0998.13644.
Wang, C., Yang, Y., Xu, X., Wang, D., Shi, X., Liu, L., … Zhang, T. (2025). The quest for environmental analytical microbiology: absolute quantitative microbiome using cellular internal standards. Microbiome, 13, 26. DOI: https://doi.org/10.1186/s40168-024-02009-2.
Bagheri-Novair, S., Mirseyed Hosseini, H., Etesami, H., Razavipour, T., Asgari Lajayer, B., & Astatkie, T. (2020). Short-term soil drying-rewetting effects on respiration rate and microbial biomass carbon and phosphorus in a 60-year paddy soil. Biotech., 10(11), 492. DOI: https://doi.org/10.1007/s13205-020-02486-w.
Oren, A., Rotbart, N., Borisover, M., & Bar-Tal, A. (2018). Chloroform fumigation extraction for measuring soil microbial biomass: The validity of using samples approaching water saturation. Geoderma, 319, 204–207. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2018.01.007.
Zhang, S., Jiao, X., Kang, H., & Yu, W. (2025). Efficiency evaluation of phospholipid fatty acid method based on lipid standards: methanol failed to recover a majority of phospholipids yet eluted unexpected glycolipid. Front. Microbiol., 16, 1587425. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1587425.
Swaine, M., Bergna, A., Oyserman, B., Vasileiadis, S., Karas, P. A., Screpanti, C., & Karpouzas, D. G. (2025). Impact of pesticides on soil health: identification of key soil microbial indicators for ecotoxicological assessment strategies through meta-analysis. FEMS Microbiol Ecol., 101(6), fiaf052. DOI: https://doi.org/10.1093/femsec/fiaf052.
Streletskii, R., Astaykina, A., Krasnov, G., & Gorbatov, V. (2022). Changes in Bacterial and Fungal Community of Soil under Treatment of Pesticides. Agronomy, 12(1), 124. DOI: https://doi.org/10.3390/agronomy12010124.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право і ліцензування
Умови ліцензії: автори зберігають авторські права і надають журналу право першої публікації з роботою, одночасно ліцензованої за ліцензією Creative Commons Attribution License International CC-BY, яка дозволяє іншим ділитися роботою з визнанням авторства роботи і початкової публікації в цьому журналі.
Якщо стаття прийнята до публікації в «Агроекологічний журнал», автор повинен підписати угоду про передачу авторських прав. Угода відправляється на поштову (оригінал) або адресу електронної пошти (відсканована копія) редакції журналу.
Цією угодою автор підтверджує, що представлені матеріали:
- не порушують авторських прав інших осіб або організацій;
- раніше не публікувались в інших видавництвах і не були представлені для публікації в інших виданнях.
Автор передає редакції «Агроекологічного журналу» права на:
- публікації статті українською (англійською) мовою і поширення її друкованої копії;
- поширення електронної копії статті, а також електронної копії перекладу статті на англійську мову (для статей українською мовою), будь-якими електронними засобами (розміщення на офіційному сайті журналу, електронних баз даних, сховищ тощо) друкована копія перекладу.
Автор залишає за собою право без згоди редакції та засновників:
- Використовувати матеріали статті повністю або частково в ознайомлювальних цілях.
- Використовувати матеріали статті повністю або частково для написання власних дисертацій.
- Використовувати матеріали статті для підготовки тез доповідей, доповідей конференцій, а також усних доповідей.
- Додати електронні копії статті (включаючи остаточну електронну копію, завантажену з офіційного сайту журналу) за адресою:
- персональні веб-ресурси всіх авторів (веб-сайти, веб-сторінки, блоги тощо);
- веб-ресурси установ, в яких працюють автори;
- некомерційні веб-ресурси відкритого доступу (наприклад, arXiv.org).
У всіх випадках наявність бібліографічного посилання на статтю або гіперпосилання на її електронну копію на офіційному сайті журналу є обов'язковим.
