Zastosowanie Lotus corniculatus w badaniach biodegradacji TPH i WWA wspomaganej fitoremediacją

• Autorzy: Wojtowicz Katarzyna , Steliga Teresa

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2023.07.01

Warianty tytułu

EN

The use of Lotus corniculatus in the study of biodegradation of TPH and PAHs assisted by phytoremediation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia związane z etapową bioremediacją gleby zanieczyszczonej substancjami ropopochodnymi. Badania procesu bioremediacji gleby G6 wykonywano w dwóch etapach. W etapie I przeprowadzono biodegradację zanieczyszczeń ropopochodnych na drodze inokulacji biopreparatem B1, opracowanym na bazie niepatogennych mikroorganizmów autochtonicznych. Badania prowadzono metodą pryzmowania ex situ przez okres 3 miesięcy w ściśle kontrolowanych warunkach temperaturowych. W II etapie badań wstępnie oczyszczoną glebę poddano procesowi biodegradacji (inokulacja biopreparatem B2) wspomaganej fitoremediacją w warunkach ex situ (metoda wazonowa) przez okres 6 miesięcy. W badaniach fitoremediacji wykorzystano komonicę zwyczajną (Lotus corniculatus), należącą do grupy naftofitów. Eksperymenty prowadzono w trzech układach: układ 1 – gleba G6-3 + komonica zwyczajna, układ 2 – gleba G6-3 + biopreparat B2 + komonica zwyczajna, układ 3 – gleba G6-3 + biopreparat B2 z dodatkiem γ-PGA (kwas γ-poliglutaminowy) + komonica zwyczajna. Oceny efektywności I i II etapu bioremediacji dokonano na podstawie przeprowadzonych analiz chromatograficznych i testów toksykologicznych. Zrealizowane badania wykazały, że efektywność I etapu bioremediacji gleby G6 wynosiła 41,67% dla TPH (całkowita zawartość węglowodorów) i 34,73% dla WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne). Największą efektywność II etapu bioremediacji odnotowano w układzie 3, natomiast najniższą – w układzie 1. W wyniku II etapu bioremediacji wspomaganego fitoremediacją za pomocą komonicy zwyczajnej po 6 miesiącach badań osiągnięto spadek stężenia TPH w badanych układach o: 13,32% (układ 1), 39,65% (układ 2) oraz 51,79% (układ 3), natomiast efektywność II etapu biodegradacji WWA wynosiła 8,00% w glebie G6-3(1), 37,10% w glebie G6-3(2) oraz 51,34% w glebie G6-3(3). Wykonane testy toksykologiczne z zastosowaniem Phytotoxkit™, Ostracodtoxkit F™ oraz Microtox®SPT wykazały spadek właściwości toksycznych gleby po przeprowadzeniu procesu oczyszczania. Uzyskane wyniki analiz chromatograficznych i toksykologicznych wykazały, że wykorzystanie fitoremediacji w II etapie remediacji pozwala na zwiększenie efektywności procesu biodegradacji TPH i WWA.

EN

: The article presents issues related to the staged bioremediation of soil contaminated with petroleum substances. The study of the G6 soil bioremediation process was conducted in two stages. In stage I, the biodegradation of petroleum-derived pollutants was carried out by inoculation with biopreparation B1, developed on the basis of non-pathogenic autochthonous microorganisms. The tests were performed using the ex-situ piling method, for a period of 3 months, under strictly controlled temperature conditions. In the second stage of the research, the pre-cleaned soil was subjected to biodegradation (inoculation with biopreparation B2), assisted by phytoremediation, in ex-situ conditions (pot method), for a period of 6 months. In phytoremediation studies, bird's-foot trefoil (Lotus corniculatus) belonging to the group of naphthophytes was used. The experiments were carried out in three systems: system 1 – soil G6-3 + trefoil, system 2 – soil G6-3 + biopreparation B2 + trefoil, system 3 – soil G6-3 + biopreparation B2 with the addition of γ-PGA (γ-polyglutamic acid) + trefoil. The effectiveness of the first and second stages of bioremediation was assessed on the basis of chromatographic analyses and toxicological tests. The conducted research showed that the efficiency of the first stage of G6 soil bioremediation was 41.67% for TPH (total petroleum hydrocarbons) and 34.73% for PAHs (polycyclic aromatic hydrocarbons). The highest efficiency of the 2nd stage of bioremediation was noted in system 3, and the lowest in system 1. As a result of the 2nd stage of bioremediation, supported by phytoremediation with bird's-foot trefoil, after 6 months of research, the concentration of TPH in the tested systems decreased by: 13.32% (system 1), 39.65% (arrangement 2) and 51.79% (arrangement 3), while the efficiency of the second stage of PAH biodegradation was 8.00% in soil G6-3(1), 37.10% in soil G6-3(2) and 51.34% in G6-3(3) soil. The conducted toxicological tests applying PhytotoxkitTM Ostracodtoxkit FTM and Microtox®SPT showed a decrease in the toxic properties of soil after the cleaning process. The obtained results of chromatographic and toxicological analyses showed that the use of phytoremediation in the second stage of remediation allows us to increase the efficiency of the biodegradation of TPH and PAHs.

Słowa kluczowe

PL

biodegradacja; fitoremediacja; węglowodory ropopochodne; Lotus corniculatus; γ-PGA

EN

biodegradation; phytoremediation; petroleum hydrocarbons; Lotus corniculatus; γ-PGA

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 79, nr 7
• Strony: 443--454
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys.

Twórcy

autor

Wojtowicz Katarzyna

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Steliga Teresa

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Anukwa F.A., Onuoha E.M., Nkang A., Nkereuwem J., 2020. Phytoremediation Potential of Zea mays L. and Panicum coloratum L. on Hydrocarbon Polluted Soils. International Journal of Botany, 17(1): 1–7. DOI: 10.3923/ijb.2021.1.7.
• Banks M.K., Kulakow P., Schwab A.P., Chen Z., Rathbone K., 2003. Degradation of Crude Oil in the Rhizosphere of Sorghum bicolor. International Journal of Phytoremediation, 5(3): 225–234. DOI:10.1080/713779222.
• Baoune H., Aparicio J.D., Acuña A., El Hadj-khelil A.O., Sanchez L., Polti M.A., Alvarez A., 2019. Effectiveness of the Zea maysStreptomyces Association for the Phytoremediation of Petroleum Hydrocarbons Impacted Soils. Ecotoxicology and Environmental Safety, 184: 109591. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2019.109591.
• Barathi S., Vasudevan N., 2001. Utilization of petroleum hydrocarbons by Pseudomonas fluorescens isolated from a petroleumcontaminated soil. Environment International, 26(5–6): 413–416. DOI: 10.1016/S0160-4120(01)00021-6.
• Heidari S., Fotouhi Ghazvini R., Zavareh M., Kafi M., 2018. Physiological Responses and Phytoremediation Ability of Eastern Coneflower (Echinacea purpurea) for Crude Oil Contaminated oil. Caspian Journal of Environmental Sciences, 16(2). DOI:10.22124/cjes.2018.2957.
• Hou L., Liu R., Li N., Dai Y., Yan J., 2019. Study on the Efficiency of Phytoremediation of Soils Heavily Polluted with PAHs in Petroleum-Contaminated Sites by Microorganism. Environmental Science and Pollution Research, 26: 31401–31413. DOI: 10.1007/s11356-019-05828-1.
• Kamath R., Rentz J.A., Schnoor J.L., Alvarez P.J.J., 2004. Chapter 16 Phytoremediation of Hydrocarbon-Contaminated Soils: Principles and Applications. Studies in Surface Science and Catalysis, 151:447–478. ISBN 9780444516992.
• Khan S., Afzal M., Iqbal S., Khan Q.M., 2013. Plant-bacteria partnerships for the remediation of hydrocarbon contaminated soils, 90(4): 1317–1332. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2012.09.045.
• Kluk D., Steliga T., 2017. Efektywna metoda identyfikacji zanieczyszczeń ropopochodnych (TPH) i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) w glebach. Nafta-Gaz, 73(7):488–495. DOI: 10.18668/NG.2017.07.06.
• Li L., Zhu P., Wang X., Zhang Z., 2020. Phytoremediation Effect of Medicago sativa Colonized by Piriformospora indica in the Phenanthrene and Cadmium Co-Contaminated Soil. BMC Biotechnology, 20(20). DOI: 10.1186/s12896-020-00613-2.
• Liao C., Xu W., Lu G., Liang X., Guo C., Yang C., Dang Z., 2015. Accumulation of Hydrocarbons by Maize (Zea mays L.) in Remediation of Soils Contaminated with Crude Oil. International Journal of Phytoremediation, 17(7): 693–700. DOI:10.1080/15226514.2014.964840.
• Liu R., Jadeja R.N., Zhou Q., Liu Z., 2012. Treatment and Remediation of Petroleum-Contaminated Soils Using Selective Ornamental Plants. Environmental Engineering Science, 29: 494–501. DOI:10.1089/ees.2010.0490.
• Mrozik A., Piotrowska-Seget Z., 2010. Bioaugmentation as a strategy for cleaning up of soils contaminated with aromatic compounds. Microbiology Research, 165(5): 363–375. DOI: 10.1016/j.micres.2009.08.001.
• Oliver J.D., 2010. Recent findings on the viable but nonculturable state in pathogenic bacteria. FEMS Microbiology Reviews, 34(4): 415–425. DOI: 10.1111/j.1574-6976.2009.00200.x.
• Pawlik M., Cania B., Thijs S., Vangronsveld J., Piotrowska-Seget Z.,2017. Hydrocarbon Degradation Potential and Plant GrowthPromoting Activity of Culturable Endophytic Bacteria of Lotus corniculatus and Oenothera biennis from a Long-Term Polluted Site. Environmental Science and Pollution Research, 24:19640–19652. DOI: 10.1007/s11356-017-9496-1.
• Pawlik M., Piotrowska-Seget Z., 2015. Endophytic bacteria associated with Hieracium piloselloides: their potential for hydrocarbon-utilizing and plant growth promotion. Journal of Toxicology and Environmental Health A, 78: 860–870. DOI:10.1080/15287394.2015.1051200.
• 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(2–3):1490–1496. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2009.03.036.
• Steliga T., Kluk D., 2020. Application of Festuca arundinacea in Phytoremediation of Soils Contaminated with Pb, Ni, Cd and Petroleum Hydrocarbons. Ecotoxicology and Environmental Safety, 194: 110409. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2020.110409.
• Steliga T., Kluk D., 2021. Assessment of the Suitability of Melilotus officinalis for Phytoremediation of Soil Contaminated with Petroleum Hydrocarbons (TPH and PAH), Zn, Pb and Cd Based on Toxicological Tests. Toxics, 9(7), 148, DOI: 10.3390/toxics9070148.
• Steliga T., Wojtowicz T., Kapusta P., Brzeszcz J., 2020. Assessment of Biodegradation Efficiency of Polychlorinated Biphenyls (PCBs) and Petroleum Hydrocarbons (TPH) in Soil Using Three Individual Bacterial Strains and Their Mixed Culture. Molecules, 25(3): 709. DOI: 10.3390/molecules25030709.
• Tang J., Wang R., Niu X., Zhou Q., 2010. Enhancement of Soil Petroleum Remediation by Using a Combination of Ryegrass (Lolium perenne) and Different Microorganisms. Soil and Tillage Research, 110(1): 87–93. DOI: 10.1016/j.still.2010.06.010.
• Varjani S.J., 2017. Microbial degradation of petroleum hydrocarbons. Bioresource Technology, 223: 277–286. DOI: 10.1016/j.biortech.2016.10.037.
• Wojtowicz K., 2022. Opracowanie metodyki oznaczania WWA w próbkach gleb z wykorzystaniem chromatografii cieczowej HPLC. Nafta-Gaz, 78(2): 141–153. DOI: 10.18668/NG.2022.02.06.
• Wojtowicz K., Steliga T., Skalski P., 2022a. Badania laboratoryjne wpływu dodatku ƴ-PGA na efektywność biodegradacji węglowodorów ropopochodnych. Nafta-Gaz, 78(9): 668–678. DOI:10.18668/NG.2022.09.04.
• Wojtowicz K., Steliga T., Kapusta T., Brzeszcz J., Skalski T., 2022b. Evaluation of the Effectiveness of the Biopreparation in Combination with the Polymer γ-PGA for the Biodegradation of Petroleum Contaminants in Soil. Materials, 15(2): 400. DOI: 10.3390/ma15020400.
• Yousaf S., Andria V., Reichenauer T.G., Smalla K., Sessitsch A., 2010. Phylogenetic and Functional Diversity of Alkane Degrading Bacteria Associated with Italian Ryegrass (Lolium multiflorum) and Birdsfoot Trefoil (Lotus corniculatus) in a Petroleum Oil-Contaminated Environment. Journal of Hazardous Materials,184(1–3): 523–532. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2010.08.067.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).