Biodegradacja węglowodorów przez bakterie eksponowane na olej napędowy

Ostatnie z badanych układów biodegradacyjnych zawierały komórki poddane 12-miesięcznej ekspozycji na olej napędowy (Rysunek III.19).

Przedstawione na wykresach dane wskazują na poprawę efektywności usuwania badanych węglowodorów przez analizowane szczepy R. planticola M01, R. ornithinolytica M03 oraz A. calcoaceticus M1B. Mikroorganizmy eksponowane na olej napędowy po 14 dniach prowadzenia procesu osiągały średnio około 50-60% efektywność usuwania związków aromatycznych. Najwieksze różnice w degradacji poszczególnych węglowodorów aromatycznych obserwowane były dla szczepu R. planticola M01, który usuwał 32%

tert-butylobenzenu, 37% sec-butylobenzenu, 43% ksylenu, 46% butylobenzenu oraz 68%

propylobenzenu.

7 dni 14 dni

Degradacja w. aromatycznych

7 dni 14 dni

Degradacja w. alifatycznychDegradacja ON

Rysunek III. 19. Biodegradacja węglowodorów aromatycznych, alifatycznych lub oleju napędowego przez badane szczepy eksponowane na olej naędowy po 7 oraz 14 dniach. Litery na wykresach oznaczają poszczególne węglowodory: ksylen (XY), propylobenzen (PB), tert-butylobenzen (TB), sec-butylobenzen (SB), butylobenzen (BB), nonan (NN), dodekan (DD), tridekan (TD), heksadekan (HD)

Dla pozostałych badanych szczepów eksponowanych na olej napędowy różnice w biodegradacji poszczególnych składników analizowanej mieszaniy nie przekraczały 10%.

Wyniki przeprowadzonych pomiarów wskazują również na korzystny wpływ 12-miesięcznej ekspozycji na olej napędowy na biodegradację węglowodorów alifatycznych przez badane mikroorganizmy. W przypadku szczepu R. ornithinolytica M03 można zaobserwować, że w ciągu 7 dni procesu degradacji związków alifatycznych lepiej degradowane były węglowodory o długości łańcucha do 10 atomów wegla. Wydłużenie procesu degradacji do 14 dni zaowocowało znaczącym wzrostem biodegradacji tridekanu i heksadekanu, odpowiednio z 18% do 72% dla tridekanu oraz z 23% do 72% dla heksadekanu.

Przekraczające 60% wartości biodegraqdacji związków alifatycznych odnotowano również dla komórek szczepu R. planticola M01 eksponowanych na olej napędowy, po 14 dniach degradacji.

Najistotniejsze zmiany zdolności degradacyjnych przez komórki eksponowane przez 12 miesięcy na olej napędowy można zaobserwować w próbach bioderadacynych z olejem napędowym. Eksponowane komórki szczepów A. calcoaceticus M1B i R. ornithinolytica M03 posiadały zdolność do degradacji odpowiednio 8% oraz 42% węglowodorów wchodzących w skład mieszaniny, podczas gdy komórki tych samych szczepów nie poddane ekspozycji były zdolne do rozkładu 7% i 23% oleju napędowego.

4.5. Dyskusja wyników

Usuwanie zanieczyszczeń węglowodorowych jest jednym z problemów współczesnej gospodarki, a znalezienie efektywnego rozwiązania tej kwestii pozwoli na poprawę warunków życia oraz jakości środowiska, w którym żyjemy. Metody biologiczne, będące interesującą alternatywą dla fizyko-chemicznych technik usuwania zanieczyszczeń są intensywnie badane ze względu na stosunkowo niski koszt ich implementacji, a także niewielki wpływ na środowisko. Jednym z ograniczeń występujących jednak przy zastosowaniu bioremiediacji jest ograniczona biodostępność ksenobiotyków dla mikroorganizmów. Podjęte w niniejszej pracy badania nad wpływem długotrwałego kontaktu mikroorganizmów z zanieczyszczeniami na ich zdolności degradacyjne pozwoliły zauważyć znaczące zmiany właściwości bakterii w kierunku zwiększenia biodostępności zanieczyszczeń. Jak wykazały przeprowadzone analizy zdolności biodegradacyjnych

mikroorganizmów eksponowanych na zanieczyszczenia węglowodorowe, posiadają one wyższy potencjał degradacyjny niż komórki z próby kontrolnej.

Zdolność mikroorganizmów do rozkładu węglowodorów z różnych grup została potwierdzona przez wielu badaczy [27], należy jednak podkreślić fundamentalną rolę ekspozycji mikroorganizmów na zanieczyszczenia, na ich zdolności degradacyjne. Dane literaturowe wskazują, że największą efektywnością usuwania różnego rodzaju zanieczyszczeń węglowodorowych posiadają mikroorganizmy, które miały wcześniej kontakt ze związkami podobnymi do degradowanych: Song i in. [196] zaobserwowali ok. 90% degradację kerozyny po 120 dniach przez bakterie wyizolowane z gleby zanieczyszczonej węglowodorami, Mishra i in. [146] odnotowali usunięcie ponad 90%

heskadekanu po 10 dniach przez komórki szczepów Pseudomonas aeruginosa PSA5, Rhodococcus sp. NJ2 i Ochrobactrum intermedium P2 wyizolowane z osadu czynnego oczyszczalni przy rafinerii, a Hernandez i Torre [95] stwierdzili, że długotrwałą ekspozycja bakterii na olej silikonowy (SO200) oraz 2, 2, 4, 4, 6, 8, 8-heptametylononan (HMN) skutkuje nawet 3-krotnym wzrostem efektywności degradacji heksanu. Wyniki uzyskane przez innych badaczy znajdują również potwierdzenie w rezultatach testów biodegradacji przeprowadzonych w niniejszej pracy, gdzie zaobserwowano około 50% wzrost zdolności degradacji węglowodorów alifatycznych przez bakterie szczepu R. planticola M01 oraz ponad 3-krotny wzrost efektywności usuwania tych związków przez komórki szczepu A. calcoacticus M1B, w porównaniu do wyników uzyskiwanych przez szczepy z próby kontrolnej (bakterie nieeksponowane). Ponadto, obserwowany na początku prowadzenia procesu biodegradacji spadek efektywności usuwania zanieczyszczeń przez komórki eksponowane, w porównaniu do komórek nieeksponowanych może być spowodowany przejściowym wprowadzeniem komórek w stan VBNC na skutek wprowadzenia bakterii do nowego środowiska [197].

Również w przypadku degradacji węglowodorów aromatycznych znaczącą efektywnością usuwania tego typu związków charakteryzują się szczepy bakteryjne izolowane z środowisk zanieczyszczonych węglowodorami ropopochodnymi. W literaturze odnotowywane są przypadki całkowitego usuwania węglowodorów wchodzących w skład mieszaniny BTEX (benzen, etylobenzen, toluen, ksylen) w układach kometabolicznych [198].

Odnaleźć można również przykłady degradacji prawie 80% węglowodorowej frakcji aromatycznej z oleju napędowego [199], czy bioremiediacji aliklopodstawionych

węglowodorów aromatycznych przez szczep P. stutzeri 9 eksponowany wcześniej na olej napędowy [98]. Zhang i in. [200] zaobserwowali również ponad 90% efektywność usuwania węglowodorów z mieszaniny BTEX przez komórki Mycobacterium cosmeticum byf-4, wyizolowane z osadu czynnego oczyszczalni przy rafinerii. Podobną zależność można zauważyć u mikroorganizmów testowanych w niniejszej pracy doktorskiej. Zaobserwowany wysoki wzrost efektywności degradacji węglowodorów aromatycznych przez mikroorganizmy szczepów R. planticola M01 oraz R. ornithinolytica M03 (ponad 90%

efektywność po 14 w porównaniu do średnio ok. 40% efektywności osiąganej przez szczep nieeksponowany) świadczy o zwiększeniu biodostępności tych substratów dla komórek oraz ich efektywnym metabolizowaniu. Należy również zauważyć, że pozytywny wpływ ekspozycji na węglowodory aromatyczne na zdolność do ich degradacji przez komórki zaobserwowali również Mamma i in. [201] w przypadku komórek P. putida

„aklimatyzowanych” w hodowli z fenolem, czy szczepu Rhodococcus wratislaviensis strain 9 hodowanego wcześniej na podłożu z fenantrenem, pirenem i benzo-a-pirenem analizowanego przez Subashchandrabose i in. [202]. Wyniki te wskazują, że u bakterii, które posiadają zdolność rozkładu wybranych zanieczyszczeń można indukować zmiany strukturalne i metaboliczne pozwalające im osiągać wysoką efektywność biodegradacji związków.

5. Ocena możliwości wykorzystania uzyskanych szczepów