Phytoremediation as an approach to clean up contaminated soil, including petroleum product contamination

• Autorzy: Kubińska Natalia

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.05.05

Warianty tytułu

PL

Fitoremediacja jako strategia oczyszczania gleby z zanieczyszczeń, w tym zanieczyszczeń substancjami ropopochodnymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Contamination of the natural environment with crude oil and its byproducts is an increasing problem which requires immediate and effective action. With the higher demand for hydrocarbons, the amount of resources being extracted, transported, and stored has grown significantly. The main types of removal involve mechanical, chemical, and biological methods. Currently, the most commonly used biological approach relies on microbial – mainly bacterial – abilities to degrade toxic substances. However, studies indicate a significant impact of phytoremediation processes on contamination disposal. Several phytoremediation strategies are applied to remove various xenobiotics from the environment, namely, phytostabilization, phytodegradation, phytoevaporation, phytoextraction, and phytostimulation. More and more attention is being paid to the cooperation between plants and other organisms, primarily bacteria and fungi. The identification of microorganisms that play a key role in supporting the proper development, growth, and functioning of plants in a hostile environment is very important. The use of natural interdependencies occurring in the plant–microorganism system can be an excellent alternative to the more invasive remedial options (mechanical or chemical) available. The effectiveness of phytoremediation treatment depends mainly on factors such as environmental conditions, the species of plant and microorganisms, and the type of contamination. Biological treatment is recognized by many scientists as one of the most valuable trends in contemporary environmental protection and ecosystem renewal. Due to the proven harmfulness of some hydrocarbons, it is very important to find and develop the most efficient and cost-effective methods of cleaning up different habitats. Phytoremediation can be used as an independent process or as a complementary element to other remediation methods.

PL

Zanieczyszczenie środowiska przyrodniczego ropą naftową oraz produktami jej obróbki stanowi coraz większy problem, zmuszający do podejmowania natychmiastowych skutecznych działań. Wraz ze zwiększonym popytem na ropę oraz jej pochodne ilość związków wydobywanych, przetwarzanych, transportowanych oraz magazynowanych również wyraźnie wzrosła w ostatnich dekadach. Do głównych metod rekultywacji skażonego środowiska należą metody mechaniczne, chemiczne oraz biologiczne. Obecnie jednym z najczęściej stosowanych podejść biologicznych jest wykorzystanie naturalnych zdolności mikroorganizmów, głównie bakterii, do rozkładu substancji toksycznych, jednakże liczne badania wskazują na znaczną efektywność również procesów fitoremediacji w usuwaniu różnego rodzaju ksenobiotyków. Fitoremediacja obejmuje rozmaite techniki, mianowicie: fitostabilizację, fitodegradację, fitoewaporację, fitoekstrakcję oraz fitostymulację. Coraz większą uwagę poświęca się zagadnieniu współpracy pomiędzy roślinami a innymi organizmami, przede wszystkim bakteriami i grzybami. Identyfikacja mikroorganizmów pełniących kluczową rolę we wspieraniu prawidłowego rozwoju, wzrostu oraz funkcjonowania roślin w nieprzyjaznym otoczeniu jest bardzo istotnym aspektem badań. Wykorzystanie naturalnych współzależności występujących pomiędzy rośliną a mikroorganizmami może stanowić doskonałą alternatywę dla znacznie bardziej inwazyjnych metod stosowanych obecnie (np. mechanicznych lub chemicznych). Efektywność zabiegów fitoremediacji w dużej mierze zależy od takich czynników jak: rodzaj skażenia, czynniki środowiskowe, typ roślin oraz mikroorganizmów. Metody biologicznego oczyszczania skażonego środowiska uznawane są przez wielu naukowców za jeden z najważniejszych kierunków we współczesnej ochronie środowiska oraz odnowie ekosystemów. Ze względu na udowodnioną szkodliwość niektórych węglowodorów znalezienie i opracowanie coraz bardziej skutecznych oraz opłacalnych ekonomicznie rozwiązań remediacji zróżnicowanych siedlisk jest niezwykle istotnym trendem biotechnologii i ochrony środowiska. Fitoremediacja może być stosowana jako niezależny zabieg, a także jako element uzupełniający innych strategii rekultywacyjnych.

Słowa kluczowe

EN

phytoremediation; crude oil; oil derivatives; plant; microorganisms

PL

fitoremediacja; ropa naftowa; substancje ropopochodne; rośliny; mikroorganizmy

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 5
• Strony: 322--330
• Opis fizyczny: Bibliogr. 52 poz.

Twórcy

autor

Kubińska Natalia

• Oil and Gas Institute – National Research Institute

Bibliografia

• Ali H., Khan E., Sajad M.A., 2013. Phytoremediation of heavy metals–concepts and applications. Chemosphere. 91: 869–881. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2013.01.075.
• Ali S., Duan J., Charles T.C., Glick B.R., 2014. A bioinformatics approach to the determination of genes involved in endophytic behavior in Burkholderia spp. Journal of Theoretical Biology. 343: 193–198. DOI: 10.1016/j.jtbi.2013.10.007
• Baker A.J.M., Brooks R.R., 1989. Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metallic elements – a review of their distribution, ecology and phytochemistry. Biorecovery. 1: 81–126.
• Baoune H., Ould El Hadj-Khelil A., Pucci G., Sineli P., Loucif L., Polt M.A., 2018. Petroleum degradation by endophytic Streptomyces spp. isolated from plants grown in contaminated soil of southern Algeria. Ecotoxicology and Environmental Safety. 147: 602–609. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2017.09.013.
• Barabasz A., Wojas S., Dybek E., Antosiewicz D.M., 2008. Przydatność roślin zmodyfikowanych genetycznie do celów fitoekstrakcji i fitoewaporacji. Biotechnologia. 81: 68–83.
• Bisht S., Pandey P., Kaur G., Aggarwal H., Sood A., Sharma S., Kumar V., Bisht N.S., 2014. Utilization of endophytic strain Bacillus sp. SBER3 for biodegradation of polyaromatic hydrocarbons (PAH) in soil model system. European Journal of Soil Biology. 60: 67–76. DOI: 10.1016/j.ejsobi.2013.10.009.
• Borymski S., Piotrowska-Seget Z., 2014. Ryzosfera metalofitów i jej rola w procesie bioremediacji metali ciężkich. Chemik. 68: 554–559.
• Burken J., Vroblesky D., Balouet J.C., 2011. Phytoforensics, dendrochemistry, and phytoscreening: new green tools for delineating contaminants from past and present. Environmental Science Technology. 45: 6218–6226. DOI: 10.1021/es2005286.
• Duponnois R., Garbaye J., 1991. Effect of dual inoculation of Douglas fir with the ectomycorrhizal fungus Laccaria laccata and mycorrhization helper bacteria (MHB) in two bare root forest nurseries. Plant Soil. 138: 169–176. DOI: 10.1007/BF00012243.
• Errington I., King C.K, Wilkins D., Spedding T., Hose G.C., 2018. Ecosystem effects and the management of petroleum-contaminated soils on subantarctic islands. Chemosphere. 194: 200–210, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2017.11.157.
• Fatima K., Afzal M., Imran A., Khan Q.M., 2015. Bacterial rhizosphere and endosphere populations associated with grasses and trees to be used for phytoremediation of crude oil contaminated soil. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 94: 314-320. DOI:10.1007/s00128-015-1489-5.
• Favas P., Mayank V., Pratas J., D’Souza R., 2014. Phytoremediation of soils contaminated with metals and metalloids of mining areas: potential of native flora. [In:] Soriano M.C.H. (Ed.). Environmental risk assessment of soil contamination. IntechOpen, London: 486-487. DOI: 10.5772/57469
• Feng N.-X., Yu J., Zhao H.-M., Cheng Y.-T. Mo C.-H., Cai Q.-Y., Li Y.-W., Li H., Wong M.-H., 2017. Efficient phytoremediation of organic contaminants in soils using plant-endophyte partnerships. Science of the Total Environment. 583: 352–368. DOI:10.1016/j.scitotenv.2017.01.075.
• Fester T., Giebler J., Wick L.Y., Schlosser D., Kastner M. 2014. Plant-microbe interactions as drivers of ecosystem functions relevant for the biodegradation of organic contaminants. Current Opinion in Biotechnology. 27: 168–175, DOI: 10.1016/j.copbio.2014.01.017.
• Frey-Klett P., Garbaye J., Tarkka M., 2007. The mycorrhiza helper bacteria revisited. New Phytologist. 176: 22–36. DOI: 10.1111/j.1469-8137.2007.02191.x.
• Gałązka A., Gałązka R., 2016. Fitoremediacja gleb skażonych chemicznie. [In:] Kropiwiec K., Szala M. (Eds.) Mikrobiologia oraz metody analityczne w nauce. Wydawnictwo Naukowe Tygiel sp. z o.o., Lublin: 71–84.
• Gerhardt K.E., Huang X.-D., Glick B.R., Greenberg B.M., 2009. Phytoremediation and rhizoremediation of organic soil contaminants: Potential and challenges. Plant Science. 176: 20–30. DOI: 10.1016/j.plantsci.2008.09.014.
• Gierak A., 1995. Zagrożenie środowiska produktami ropopochodnymi. Ochrona środowiska. 57: 31–34.
• Glick B.R., 2015. Phytoremediation. [In:] Glick B.R. (Ed.) Beneficial plant-bacterial interactions. Springer, Switzerland: 191–221.
• Grobelak A., Kacprzak M., Fijałkowski K., 2010. Fitoremediacja – niedoceniony potencjał roślin w oczyszczaniu środowiska. Journal of Ecology and Health. 14: 276–280.
• Guarino C., Spada V., Sciarrillo R., 2017. Assessment of three approaches of bioremediation (natural attenuation, landfarming and bioaugmentation – assistited landfarming) for a petroleum hydrocarbons contaminated soil. Chemosphere. 170: 10–16. DOI:10.1016/j.chemosphere.2016.11.165.
• Henry H.F., Burken J.G., Maier R.M., Newman L.A., Rock S., Schnoor J.L., Suk W.A., 2013. Phytotechnologies–preventing exposures, improving public health. International Journal of Phytoremediation. 15: 889–899. DOI: 10.1080/15226514.2012.760521.
• Hou J., Liu W., Wang B., Wang Q., Luo Y., Franks A.E., 2015. PGPR enhanced phytoremediation of petroleum contaminated soil and rhizosphere microbial community response. Chemosphere. 138: 592–598. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2015.07.025.
• Jaworska M., 2012. Ochrona środowiska i ochrona roślin. Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie.
• Karczewska A., 2012. Ochrona gleb i rekultywacja terenów zdegradowanych. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.
• Khan Z., Roman D., Kintz T., delas Alas M., Yap R., Doty S., 2014. Degradation, phytoprotection and phytoremediation of phenanthrene by endophyte Pseudomonas putida, PD1. Environmental Science Technology. 48: 12221–12228. DOI: 10.1021/es503880t.
• Kluk D., Steliga T., 2016. Ocena zmian toksyczności gleby skażonej niklem i substancjami ropopochodnymi w procesach fitoremediacji. Nafta-Gaz. 4: 230–241. DOI: 10.18668/NG.2016.04.02.
• Kong F.-X., Sun G.-D., Liu Z.-P., 2018. Degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in soil mesocosms by microbial/plant bioaugmentation: performance and mechanism. Chemosphere. 198: 83–91. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.01.097.
• Kosnar Z., Mercl F., Tlustos P., 2018. Ability of natural attenuation and phytoremediation using maize (Zea mays L.) to decrease soil contents of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) derived from biomass fly ash in comparison with PAHs-spiked soil. Ecotoxicology and Environmental Safety. 153: 16–22. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2018.01.049.
• Krzciuk K., 2015. Hiperakumulatory roślinne — charakterystyka, badania i znaczenie praktyczne. Kosmos. 64: 293–304.
• Kukla M., Płociniczak T., Piotrowska-Seget Z., 2014. Diversity of endophytic bacteria in Lolium perenne and their potential to degrade petroleum hydrocarbons and promote plant growth. Chemosphere. 117: 40–46. DOI: 10.1016/j.chemosphere.
• Lepage B.A., Currah R.S., Stockey R.A., Rothwell A.G.W., 1997. Fossil ectomycorrhizae from the Middle Eocene. American Journal of Botany. 84: 410–412.
• Liu J., Liu S., Sun K., Sheng Y., Gu Y., Gao Y., 2014. Colonization on root surface by a phenanthrene–degrading endophytic bacterium and its application for reducing plant phenanthrene contamination. PLoS One. 9. e108249. DOI: 10.1371/journal.pone.0108249
• Lynch J.M., 1990. Beneficial interactions between microorganisms and roots. Biotechnology Advances. 8: 335–346. DOI: 10.1016/0734-9750(90)91069-S.
• Marecik R., Króliczak P., Cyplik P., 2006. Fitoremediacja – alternatywa dla tradycyjnych metod oczyszczania środowiska. Biotechnologia. 3: 88–97.
• Mendrycka M., Mucha K., Stawarz S., 2013. Bioremediacja związków ropopochodnych oraz szlaki ich biodegradacji. Postępy mikrobiologii. 52: 397–408.
• Moubasher H.A., Hegazy A.K., Mohamed N.H., Moustafa Y.M., Kabiel H.F., Hamad A.A., 2015. Phytoremediation of soils polluted with crude petroleum oil using Bassia scoparia and its associated rhizosphere microorganisms. International Biodeterioration & Biodegradation. 98: 113–120. DOI: 10.1016/j.ibiod.2014.11.019.
• Oliveira V., Gomes N.C.M., Almeida A., Silva A.M.S., Simões M.M.Q., Smalla K., Cunha Â., 2014. Hydrocarbon contamination and plant species determine the phylogenetic and functional diversity of endophytic degrading bacteria. Molecular Ecology. 23: 1392–1404. DOI:10.1111/mec.12559.
• Peng S., Zhou Q., Cai Z., Zhang Z., 2009. Phytoremediation of petroleum contaminated soils by Mirabilis Jalapa L. in a greenhouse plot experiment. Journal of Hazardous Materials. 168: 1490–1496. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2009.03.036.
• Podsiadło Ł., Krzyśko-Łupicka T., 2013. Techniki bioremediacji substancji ropopochodnych i metody oceny ich efektywności. Inżynieria i Ochrona Środowiska. 16: 459-476
• Puchalska H., 1999. Czynniki wpływające na toksyczność substancji chemicznych. Bezpieczeństwo pracy nauka i praktyka. 4: 12–14.
• Radwan K., Ślosorz Z., Rakowska J., 2012. Efekty środowiskowe usuwania zanieczyszczeń ropopochodnych. Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza, 3: 107–114.
• Rigamonte T.A., Pylro V.S., Duarte G.F., 2010. The role of mycorrhization helper bacteria in the establishment and action of ectomycorrhizae associations. Brazilian Journal of Microbiology. 41: 832–840. DOI: 10.1590/S1517-83822010000400002.
• Shahsavari E., Poi G., Aburto-Medina A., Haleyur N., Ball A.S., 2017. Bioremediation approaches for petroleum hydrocarbon-contaminated environments. [In:] Anjum N., Gill S. and Tuteja N. (Eds.) Enhancing cleanup of environmental pollutants. Springer, Cham: 21–41. DOI: 10.1007/978-3-319-55426-6_3.
• Shiley S., López A.F., Prieto M.S., Puebla E.D.S., 2007. Induced protein profile changes in arsenate tolerant and sensitive Pseudomonas fluorescens strains. Journal of Environmental Planning and Management. 15: 221–226. DOI: 10.1080/16486897.2007.9636934
• Soleimani M., Afyuni M., Hajabbasi M.A., Nourbakhsh F., Sabzalian M.R., Christensen J.H., 2010. Phytoremediation of an aged petroleum contaminated soil using endophyte infected and non-infected grasses. Chemosphere. 81: 1084–1090. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2010.09.034.
• Taghavi S., Barac T., Greenberg B., Borremans B., Vangronsveld J., van der Lelie D., 2005. Horizontal gene transfer to endogenous endophytic bacteria from poplar improves phytoremediation of toluene. Applied and Environmental Microbiology. 71: 8500–8505. DOI:10.1128/AEM.71.12.8500–8505.2005
• Traczewska M.T., 2011. Biologiczne metody oceny skażenia środowiska. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
• Van der Ent A., Baker A.J.M., Reeves R.D., Pollard J., Schat H., 2013. Hyperaccumulators of metal and metalloid trace elements: facts and fiction. Plant and soil. 362: 319–334. DOI: 10.1007/s11104-012-1287-3.
• Wang J., Zhang Z., Su Y., He W., He F., Song H., 2008. Phytoremediation of petroleum polluted soil. Petroleum Science. 5: 167–171. DOI: 10.1007/s12182-008-0026-0
• Weiner J., 2012. Życie i ewolucja biosfery: podręcznik ekologii ogólnej. Wydawnictwo Naukowe PWN.
• Zhu X., Jin L., Sun K., Li S., Ling W., Li X. 2016. Potential of endophytic bacterium Paenibacillus sp. PHE-3 isolated from Plantago asiatica L. for reduction of PAH contamination in plant tissues. Environmental Research and Public Health. 13: 633. DOI: 10.3390/ijerph13070633.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).