Decomposition of atrazine by microorganisms isolated from long- term herbicide experiment soil

• Autorzy: Przybulewska K. , Sienicka K.

Warianty tytułu

PL

Rozkład atrazyny przez drobnoustroje wyizolowane z gleby wieloletnich doświadczeń herbicydowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results obtained in this study allowed for evaluation of the properties of microorganisms isolated during multi-annual herbicide experiments referring to decomposition of atrazine in soil. 1ts residues were determined chromatographically using Perkin Elmer Series 200 HPLC system with UV detector. Atrazine in soil was mainly decomposed biologically. Other processes than biodegradation merely constituted some percent (-5%). Biological decomposition of atrazine in soil depended on the types of introduced microorganisms, time of its retention and interactions between microorganisms living in soil. The most active bacteria participating in the process of atrazine biodegradation included: Bacillus cereus, Rhodococcus sp., Pseudomonas sp. as well as Peanibacillus amylolyticus and Streptomyces lavendulae. The most active strains were able to decompose even 100 mg atrazine . kg-1 soil over 60 days, with the highest decomposition rate falling on the first 2 weeks from herbicide introduction into soil. Similar abilities to decompose this herbicide were showed by a fungus Trichoderma sp., which mineralized 70% of active substance in the unsterilised soil. The highest efficiency of atrazine decomposition was obtained by inoculating the unsterilised soil with microorganisms that show specific mineralizing abilities in relation to this compound. These strains introduced into sterilized soil decomposed on the average by 15% less herbicide. The mixture of strains did not significant\y accelerate the process of atrazine biodegradation.

PL

Wyniki uzyskane w niniejszej pracy pozwoliły ocenić właściwości drobnoustrojów wyizolowanych z wieloletnich doświadczeń herbicydowych względem rozkładu atrazyny w glebie. Jej pozostałość oznaczono chromatograficznie z użyciem zestawu HPLC Series 200 z detektorem UV firmy Perkin Elmer. Atrazyna była w glebie rozkładana głównie na drodze biologicznej. Inne procesy niż biodegradacja stanowiły zaledwie kilka procent (5%). Biologiczny rozkład atrazyny w glebie zależał od rodzajów wprowadzonych drobnoustrojów, czasu jej zalegania oraz od wzajemnych oddziaływań pomiędzy mikroorganizmami bytującymi w glebie. Do najbardziej aktywnych bakteri biorących udział w procesie biodegradacji atrazyny należały: Bacillus cereus, Rhodococcus sp., Pseudomonas sp. oraz Peanibacillus amylolyticus i Streptomyces lavendulat. Najaktywniejsze szczepy były zdolne do rozłożenia nawet 100 mg atrazyny . kg-l gleby w ciągu 60 dni, przy czym największa szybkość rozkładu przypadała na pierwsze 2 tygodnie od wprowadzenia herbicydu do gleby. Podobne zdolności rozkładu herbicydu wykazywał grzyb z rodzaju Trichodenna, który w warunkach gleby niesterylnej zmineralizował 70% substancji aktywnej. Największą efektywność rozkładu atrazyny uzyskano, szczepiąc glebę niesterylną mikroorganizmami wykazującymi szczególne zdolności mineralizacyjne względem tego związku. Szczepy te wprowadzone do gleby sterylnej rozłożyły średnio o 15% mniej herbicydu. Mieszanina szczepów nie przyśpieszyła znacząco procesu biodegradacji atrazyny.

Słowa kluczowe

EN

microorganisms; atrazine biodegradation; soil

PL

mikroorganizmy; atrazyna; biodegradacja; gleba

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. S
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 15, nr 4
• Strony: 491--499
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys.

Twórcy

autor

Przybulewska K.

autor

Sienicka K.

• Department of Microbiology and Biotechnology of Environment, Agricultural University of Szczecin, ul. J. Słowackiego 17,71-434 Szczecin,

Bibliografia

• [1] Kwiatkowska K., Grabińska-Sota E. and Kalka J.: Wpływ symazyny na procesy biodegradacji wchodzące w biologicznej oczyszczalni ścieków. Pestycydy, 1997, (3-4), 101-107.
• [2] Biziuk M.: Pestycydy - występowanie, oznaczanie i unieszkodliwianie. Praca zbiorowa. WNT, Warszawa, 2001.
• [3] Swarcewicz M.: Studia nad trwałością wybranych herbicydów w obecności innych ksenobiotyków w środowisku glebowym. Rozpr. Nauk. AR Szczecin, 2002, 208.
• [4] Topp E., Mulbry W.M., Zhu H., Nour S.M. and Cuppels D.: Characterization of s-triazine herbicide metabolism by a Nocardioides sp. isolated from agricultural soils. Appl. Environ. Microbiol., 2000. 66(8), 3134-3141.
• [5] Van Berd L.L., Hoagland R.E., Zablotowicz R.M. and Hall J.C.: Pesticide metabolism in plants and microorganisms. Weed Sci., 2003, 51(4), 472-495.
• [6] Różański L: Przemiany pestycydów w organizmach żywych i środowisku. PWRiL, Warszawa 1992.
• [7] Parekh N.R., Walker A, Roberts S. J. and We1ch S.J.: Rapid degradation of the triazinone herbicide metamitron by a Rhodococcus sp. isolated from treated soil. J. Appl. Bacteriol., 1994, 77(5), 467-475.
• [8] Laura D., De Socio G., Frassanito R. and Rotilio D.: Effects of atrazine on Ochrobactrum anthropi membrane fatty acids. Appl. Environ. Microbiol., 1996, 62(7), 2644-2646.
• [9] Namieśnik J., Chrzanowski W. and Szpinek P.: Nowe horyzonty i wyzwania w analityce i monitoringu środowiskowym. Centrum Doskonałości Analityki i Monitoringu Środowiskowego, Gdańsk 2003.
• [10] Kermen J.: Dynamiczna równowaga mikroorganizmów w glebie. Post. Mikrobiol., 1981, 20(3/4), 201-210.
• [11] Struthers J.K., Jayachandran K. and Moorman T.B.: Biodegradation of atrazine by Agrobacterium radiobacter J 14a and use of this strain in bioremediation of contaminated soil. Appl. Environ. Microbiol., 1998, 64(9), 3368-75.
• [12] Seffemick J.L, Johnson G., Sadowsky M.J. and Wackett L.P.: Substrate specificity of atrazine chlorohydrolase and atrazine-catabolizing bacteria. Appl. Environ. Microbiol., 2000, 66(10), 4247-52.
• [13] Rousseaux S., Hartmann A. and Soulas G.: Isolation and characterization of new Gram-negative and Gram-positive atrazine degrading bacteria from different French soils. FEMS Microbiol. Ecol., 2001, 36(2-3),211-222.
• [14] Ralebitso T.K., Senior E. and van Verseveld H.W.: Microbial aspects of atrazine degradation in natural environments. Biodegradation 2002, 13(1), 11-19.
• [15] Przybulewska K., Nowak A., Majchrzak A., Rola H., Rola J. and Kucharski M.: Changes in the counts of main soil microflora taxonomic groups after multi-annual application of herbicides. Ecol. Chem. Eng., 2007, 14(8), 855-866.
• [16] Nowak A. and Wronkowska H.: On the efficiency of soil sterilization in autoclave. Zentraibl. Mikrobiol., 1987, 142, 521-525.
• [17] Ayansina AD.V. and Oso B.A: Effect of two commonly used herbicides on soil microflora at two different concentrations. AJB, 2006, 5(2), 129-132.
• [18] Mandelbaum R.T., Wackett L.P. and Allan D.L: Mineralization of the s-triazine ring of atrazine by stable bacterial mixed cultures. Appl. Environ. Microbiol., 1993, 59(6), 1695-1701.
• [19] Mandelbaum R.T., Allan D.L. and Wackett L.P.: Isolation and characterization of a Pseudomonas sp. that mineralizes the s-triazine herbicide atrazine. Appl. Environ. Microbiol., 1995, 61(4), 1451-1457.
• [20] Popov V.H., Comish P.S., Sultana K. and Morris E.C.: Atrazine degradation in soils: The role of microbial communities. atrazine application history, and soil carbon. Aust. J. Soil Res., 2005, 43(7), 861-871.
• [21] Shelton D.R., Khader S., Kams J.S. and Pogell B.M.: Metabolism of twelve herbicides by Streptomyces. Biodegradation, 1996, 7(2), 129-36.
• [22] Bhutani V.P., Bhan S. and Chopra S.K.: The influence of herbicides on the soil microflora in a plum orchard. Sci. Hortic. (Amst.), 1984, 23(2), 191-194.
• [23] Jiang H., Xianzhu D. and Shunpeng L: Effects of atrazine and its degrader Exiguobaterium sp. BTAHI on soil microbial community. J. Appl. Ecol., 2005, 16(8), 1518-22.
• [24] Banaszkiewicz T.: Przemiany pestycydów w glebie i ich wpływ na środowisko. Ochr. Rośl., 1993, 37(11), 10-12.
• [25] Ziberovski M. and Klokocar-Smit Z.: The breakdown of triazine herbicide cyanazine by Penicillium sp. and Penicillium spinulosum (Original Title: Ucesce Penicillium sp. i Penicillium spinulosum u razgradnji cianazina). Acta Biol. Iugosl. (B. Mikrobiol.)., 1985, 22(1), 67-72.
• [26] Jaworska M. and Dłużniewska J.: Aktywność in vitro wybranych herbicydów w stosunku do grzybów z rodzaju Trichoderma. Post. Ochr. Rośl., 2002, 42(2), 633-635.
• [27] Jaworska M. and Dłużniewska J.: Wpływ wybranych herbicydów na wzrost i aktywność biologiczną Trichoderma spp. Post. Ochr. Rośl., 2003, 43(2), 704-707.
• [28] Mazurkiewicz-Zapałowicz K., Janowicz K. and Niedzielska A.: Wpływ herbicydów na nicienie Globodera rostochiensis (woll.) i patogeniczną mikroflorę glebową. Drobnoustroje w środowisku, wstępowanie, aktywność i znaczenie. Wyd. AR, Kraków 1997.
• [29] Kontchou C.Y. and Gschwind N.: Mineralization of the herbicide atrazine in soil inoculated with a Pseudomonas strain. J. Agric. Food Chem., 1995, 43, 2291-2294.
• [30] Alvey S. and Crowley D.E.: Survival and activity of an atrazine-mineralizing bacterial consortium in rhizosphere soil. Environ. Sci. Technol., 1996, 30(5), 1596-1603.
• [31] Rousseaux S., Hartmann A., Lagacheńe B., Piutti S., Andreux F. and Soulas G.: Inoculation of an atrazine-degrading strain. Chelatobacter heintzii Citl, in four different soils: effects of different inoculum densities. Chemosphere, 2003, 51(7), 569-576.
• [32] Assaf N.A. and Turco R.F: Accelerated biodegradation of atrazine by a microbial consortium is possible in culture and soil. Biodegradation, 1994, 5(1), 29-35.