تعداد نشریات | 43 |
تعداد شمارهها | 1,661 |
تعداد مقالات | 13,579 |
تعداد مشاهده مقاله | 31,263,407 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 12,312,833 |
بررسی مقایسهای اثر تحریک زیستی و اثر تقویت زیستی برای رفع آلودگی رسوبات آلودهشده به نفت خام در خلیج فارس | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
زیست شناسی میکروبی | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مقاله 8، دوره 12، شماره 46، تیر 1402، صفحه 99-112 اصل مقاله (968.71 K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نوع مقاله: پژوهشی- فارسی | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22108/bjm.2023.134414.1477 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
نویسندگان | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
سید رسول طیب1؛ نادیا کاظمی پور2؛ مهدی حسن شاهیان* 3؛ فرخ رخ بخش زمین4؛ محمدرضا خوشرو5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1دانشجوی دکتری میکروبیولوژی- گروه میکروبیولوژی- دانشکده علوم- دانشاه آزاد اسلامی واحد کرمان- کرمان- ایران | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2استادیار میکروبیولوژی- گروه میکروبیولوژی ، دانشکده پزشکی ، دانشگاه ازاد اسلامی ، کرمان ، ایران | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3استاد میکروبیولوژی- گروه زیست شناسی- دانشکده علوم- دانشگاه شهید باهنر کرمان- کرمان- ایران | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4استادیار میکروبیولوژی، گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمان، ایران. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5استادیار زیست گیاهی، گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم، دانشگاه آزاد واحد کرمان، کرمان، ایران | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
چکیده | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مقدمه: آلودگی نفتی در خلیج فارس یکی از معضلات اساسی این محیط مهم دریایی است. امروزه استفاده از روشهای تجزیه زیستی برای حذف این آلودگیهای نفتی در محیطهای دریایی شایان توجه قرار گرفته است. هدف از این تحقیق مقایسه دو روش اثر تحریک زیستی و تقویت زیستی برای رفع آلودگی رسوبات آلودهشده به نفت خام در خلیج فارس است. مواد و روشها: در این تحقیق برای درک کارایی اثرات تحریک زیستی و تقویت زیستی روی جمعیت میکروبی رسوبات جزیره خارک شش نوع میکروکازم طراحی شد. شاخصهایی همچون کمیت تجزیهکنندهها، هتروتروفها و میزان تجزیه نفت خام در زمانهای گوناگون بررسی شدند و درنهایت با روش گاز کروماتوگرافی تجزیهپذیری در طول زمان سنجش شد. نتایج: نتایج حاصل از این تحقیق نشان دادند میکروکازم ترکیبی تحریک زیستی و تقویت زیست (SB) با داشتن کمیت باکتریهای هتروتروف برابر با 106×9/3 و تجزیهکننده برابر با 106×1 دارای بیشترین کمیت و دینامیک جمعیتی در میکروکازمهای مطالعهشده است و کمترین کمیت باکتریهای هتروتروف با ارزش عددی 104×1 مربوط به رسوبات طبیعی است. نتایج آماری حاصل از این تحقیق ثابت کردند رابطه معنیداری بین نوع روشی که برای تجزیه زیستی انتخاب شده است، با زمان نمونهبرداری و کمیت جمعیت دینامیکی وجود دارد و درنهایت با افزایش زمان گرمخانهگذاری تجزیه زیستی نفت در همه میکروکازمها افزایش چشمگیری داشت (95 درصد)؛ اما بهترین تجزیه زیستی نفت مربوط به میکروکازم تلفیقی تحریک زیستی و تقویت زیستی بود. بحث و نتیجه گیری: با بهکارگیری نوع روش احیای زیستی برحسب ماهیت رسوبات آلوده میتوان به کمک روشهای زیستی رسوبات آلوده به نفت را احیا و به ثبات اکوسیستمهای دریایی کمک کرد. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
کلیدواژهها | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
آلودگی نفتی؛ تحریک زیستی؛ ارزیابی زیستی؛ میکروکازم | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
اصل مقاله | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مقدمه. جامعه پیشرفته امروز همچنان به استفاده از هیدروکربنهای نفت خام برای تولید انرژی مورد نیاز تکیه دارد. ترکیبات نفتی ازجمله مهمترین آلایندههای آلی محیط زیست بهویژه خاک هستند که به سبب سمیبودن و خصوصیات سرطانزایی برای موجودات زنده بهویژه انسان و ورود آنها به طبیعت به یکی از مهمترین نگرانیهای آلودگی محیط زیست تبدیل شدهاند. آلودگی نفتی دارای اثرات اکولوژیکی بر رسوبات است؛ بهطوریکه ترکیب و تنوع جامعه میکروبی را بر هم زده است و اثراتی نیز بر فعالیت ریزجانداران و آنزیمهای رسوبات دارد. آلودگی مزمن محیط با نفت موجب بههمریختگی اکولوژیکی شده است (1). بهطور کلی تجمع آلایندهها در رسوبات میتواند اثرات مخربی بر محیط زیست و سلامت انسان داشته باشد. آلایندههای موجود در رسوب میتوانند وارد زنجیره غذایی شوند و سلامت حیوان و انسان را با خطر جدی مواجه کنند. همچنین این دسته از آلایندههای آلی پایداری زیادی در رسوب دارند و انباشتهشدن تدریجی آنها در طول زمان موجب اختلال در کارکرد طبیعی رسوب مانند کاهش عملکرد محصولات کشاورزی و تغییر در ویژگی رسوبات آلوده میشود که امروزه بهدلیل هزینه کم و آثار جانبی ناچیز بر محیط زیست بسیار درخور توجه قرار گرفتهاند؛ بنابراین، آلودگی محیط زیست و سواحل، توسط نفت خام و مشتقات نفتی و پتروشیمی، مشکل جدی در سراسر جهان است (2). کاربردیترین روش برای از بین بردن آلایندهها زیست پالایی است. زیستپالایی یا پاکسازی زیست، یک تکنیک مدیریت زباله است و به فرایندهایی در راستای پاکسازی و پالایش زیستبوم و برگرداندن آن به شرایط نخستین گفته میشود که در آن قارچها یا باکتریها و آنزیم آنها به کار گرفته میشود؛ مانند پالایش هیدروکربنها و آلودگیهای نفتی با کمک میکروارگانیسمها. بهطور کلی زیست پالایی میتواند به دو بخش درجا[1] و برونجا[2] تقسیمبندی شود. زیستپالایی درجا، شامل عملیات روی مواد آلوده در همان محل است (3)؛ درحالیکه عملیات برونجا شامل عملیات حذف مواد آلوده در جایی دیگر است. استفاده از میکروارگانیسمهای زنده بومی یا درونزا با خاصیت تخریب آلایندهها یا بهبود شرایط مختلف فیزیکی - شیمیایی رسوبات برای تحریک رشد میکروارگانیسمهای کارآمد است و روش درجا نامیده میشود (4). آلودگیهای نفتی به روشهای مختلف فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و زیستی پاکسازی میشوند. روشهای فیزیکی مانند سوزاندن در کوره و روشهای شیمیایی مانند درمان اکسیداتیو حرارتی، تثبیتکنندة آهکی و استخراج با حلال هستند. روشهای شیمیایی و فیزیکی نامبردهشده به تجهیزات و ماشینآلات صنعتی گرانقیمت و انرژی زیادی نیاز دارند؛ ازاینرو درمانهای بیولوژیک روشهای امیدوارکننده و بیضرر با طیف گسترده برای حذف هیدروکربنهای نفتی بهدلیل مقرونبهصرفه بودن و کارایی بیشتر در اولویتاند. پاکسازی زیستی استفاده از موجودات زنده و اجزای آنها برای حذف آلاینده است. میزان تجزیه هیدروکربنها با باکتریها بهدلیل فراوانی زیاد، سرعت رشد بالا و همچنین توانایی استفاده از طیف وسیعی از هیدروکربنها به مراتب بیشتر است. دو روش عمده برای تسهیل پاکسازی زیستی وجود دارد؛ تحریک زیستی و تقویت زیستی (5). تحریک زیستی[3] اضافهکردن مواد مغذی نظیر ترکیبات نیتروژندار و فسفردار و مواد آلی برای تحریک فعالیت میکروبی و تجزیهکنندههای بومی نفت خام و افزایش سرعت تجزیه زیستی است. تحریک زیستی را نوعی پاکسازی طبیعی تعریف کردند که با بهینهسازی شرایطی مانند هوادهی، افزودن مواد مغذی، کنترل pH و دما موجب تخریب آلایندههای نفتی در رسوبات شوند (6). از مزیتهای تحریک زیستی میتوان به پاکسازی آلایندههای نفتی توسط میکروارگانیسمهای بومی سازگار با محیط اشاره کرد که به خوبی توزیع شدهاند. چالش اصلی تحریک زیستی در انتقال و توزیع یکنواخت مواد مغذی به میکروارگانیسمهای زیرسطحی و در عمق رسوبات است. مسئله دیگر، افزودن مواد مغذی منجر به رشد میکروارگانیسمهای هتروتروف میشود که تجزیهکنندة نفت نیستند و سبب رقابت با میکروارگانیسمهای بومی و تجزیهکننده میشود (7). تقویت زیستی[4] بهمنظور شناسایی میکروبهای مفید و افزایش آنها در رسوبات انجام میشود. در این فرایند تغییر ژنتیکی مدنظر نیست و فقط افزایش تعداد باکتری انجام میشود. جمعیتهای میکروبی بومی به تنهایی قادر به تجزیه طیف گستردهای از مخلوطهای پیچیده مانند نفت خام نیستند یا اینکه در نتیجة تغییرات شرایط محیطی در وضعیت تنش قرار دارند. مطالعه میکروبها در سیستمهای زیست پالایی، امکان انتخاب میکروارگانیسمهایی با پتانسیل تجزیه و تولید ترکیبات با کاربردهای بیوتکنولوژیکی در صنعت نفت و پتروشیمی را ممکن میکند (8). بهکارگیری تیمارهای تقویت زیستی مناسب با استفاده از سویهها یا جمعیتهای میکروبی مفید سازگار با محیط میتواند در حذف آلودگیهای نفتی مؤثر باشد. استفاده از میکروارگانیسمهای غیربومی ممکن است مناسب باشند؛ اما کارایی آنها به توانایی رقابت با میکروارگانیسمهای بومی و تنشهای محیطی بستگی دارد (9). خلیج فارس از متنوعترین اکوسیستمهای جهان است و بهدلیل داشتن وضعیت استراتژیک، محل عبور بیش از ۶۰ درصد نفت خام مورد نیاز جهان است (10). هیدروکربنهای نفتی آلایندههای اصلی محیطهای دریایی هستند. ترکیبات آروماتیک نفت مهمترین آلایندههای موجود در نفت خام هستند و آثار مخرب آنها در سلامت انسان و محیط زیست چشمگیر است. آلایندهها در رسوبات نفوذ میکنند؛ چنانچه پاکسازی نشوند سبب آلودگی آبهای زیرزمینی میشوند (11). در سالهای اخیر، یک گروه جدید از باکتریهای تجزیهکنندة هیدروکربن دریایی، باکتریهای اجباری هیدروکربنوکلاستیک[5] شناخته شده است که نقش مهمی در حذف بیولوژیکی هیدروکربنهای نفتی از آبهای دریایی آلوده دارند. از جنسهای باکتریایی دریایی بومی آلکانیوراکس[6]، مارینوباکتر[7]، تالاسولیتوس[8]، سیکلوکلاستیکوس[9] و اولسپیرا[10] را میتوان نام برد. مطالعه تجزیه بیولوژیکی نفت خام توسط میکروارگانیسمهای بومی از اهمیت اکولوژیکی فوقالعادهای برخوردار است (12و13). هدف از این پژوهش مقایسهای اثر تحریک زیستی و تقویت زیستی برای رفع آلودگی رسوبات آلودهشده به نفت خام در خلیج فارس است. مواد و روشها. نمونهبرداری: برای انجام این تحقیق رسوبات جزیره خارک انتخاب شدند و برای نمونهبرداری 5 سانتیمتر از سطح رسوبات کنار زده شد و میزان 500 گرم رسوب از مناطق جغرافیایی مختلف برداشت شد و نمونهها روی یخ و در شرایط استریل به آزمایشگاه برای طراحی میکروکازم منتقل شدند. موقعیت جغرافیایی محل نمونهبرداری به شرح N 69°52 و E49°27 است. طراحی میکروکازمها: میکروکازم به محیط کوچک آزمایشگاهی گفته میشود که شرایط مورد آزمایش در آن طراحی میشود. شش میکروکازم برای هر نوع رسوبات، در ظروف شیشهای با ابعاد 30 طول × 20 عرض × 10 عمق سانتیمتر برای مطالعه تغییرات در جوامع میکروبی طراحی شدند. هر میکروکازم حاوی ۶۰۰ گرم رسوب سواحل خلیج فارس بود و مشخصات آنها در جدول 1 آورده شده است (14). میکروکازمها در دمای ۲۵ درجه سانتیگراد به مدت ۱۲۰ روز در تاریکی انکوبه و در فواصل زمانی هر سه روز یکبار رسوبات هم زده شدند تا شرایط بیهوازی ایجاد نشود و مقدار رطوبت رسوبات بهازای هر ۱۰۰ گرم رسوب، با یک میلیلیتر آب مقطر استریل حفظ شد. در زمانهای 0، 20، 40، 60، 80، 100 و 120 برحسب روز، نمونهگیری برای اندازهگیری مقدار سریال رقت و بیشترین تعداد احتمالی[11] و تجزیه نفت خام از میکروکازمها انجام شد (15).
جدول 1- مشخصات میکروکازمهای طراحیشده
محیط کشتهای استفادهشده: محیط کشتONR [15]: برای تهیه این محیط کشت محلول شماره یک با ترکیبات کلرید سدیم 40 گرم، سولفات سدیم 8/3 گرم، کربنات هیدروژن سدیم 31 میلیگرم، کلرید پتاسیم 72/0 گرم، برمید سدیم 83 میلیگرم، فلورید سدیم 6/2 میلیگرم، فسفات هیدروژن سدیم 89 میلیگرم، اسید بوریک 27 میلیگرم و کلرید آمونیوم 27/0 گرم جداگانه تهیه شدند و با محلول شماره دو با ترکیبات کلرید کلسیم 46/1 گرم، کلرید منیزیم 18/11 گرم، کلرید استرانسیوم 24 میلیگرم، کلرید آهن 2 میلیگرم و تریس بازی 3/1 گرم تنظیمشده با pH متر مدل AZ 85502 در pH 7، پس از استریلکردن در اتوکلاو ایرانیان طب زعیم مدل Strilizer 25lit vertical و سردشدن با هم مخلوط شدند (16). محیط مارین براث[16]: ترکیبات این محیط مشابه محیط ONR است؛ با این تفاوت که منبع کربن در این محیط پپتون 5/0 گرم در لیتر و عصاره مخمر 1 گرم در لیتر است (17). .تعیین کمیت تعداد کل باکتریهای تجزیهکنندة .نفت خام و هتروتروف در نمونهها با روش بیشترین تعداد احتمالی (MPN): روش MPN برای شمارش باکتریهای تجزیهکنندة نفت خام در میکروپلیتهای استریل 24 خانه با استفاده از مقدار نمونه با رقتها و محیط کشت ONR انجام شد (18). ابتدا 1700 میکرولیتر محیط ONR در هر چاهک از میکروپلیتها ریخته و سپس سری رقت نمونهها (رقت ده برابر 4-10 و 3-10 - 2-10) در محیط ONR تهیه شد. چاهکها با 100 میکرولیتر از نمونه تلقیح شدند. به دنبال تلقیح نمونه، 100 میکرولیتر نفت خام سبک استریل ایرانی در مرکز هر چاهک اضافه شد. MPN برای شمارش باکتریهای هتروتروف در محیط کشت مارین براث بدون نفت انجام شد. هر رقت دارای 3 تکرار بود و MPN بهصورت سهتایی انجام شد. میکروپلیتها برای شمارش هتروتروفها به مدت 7 روز و میکروپلیتها برای شمارش تجزیهکنندهها به مدت 21 روز در دمای 30 درجه سانتیگراد گرمخانهگذاری شدند و پس از گذشت دوره گرمخانهگذاری ایجاد کدورت در مقایسه با شاهد بهعنوان شاخص مثبت برای آزمایش MPN انجام شد (19). شمارش MPN باکتریها با استفاده از نرمافزار محاسبه MPN[17] نسخه 2/4 انجام شد. تعیین کمیت تعداد کل باکتریهای تجزیهکنندة .نفت خام و هتروتروف با روش سریال رقت(CFU) [18]: برای شمارش تعداد کل باکتریهای تجزیهکنندة موجود در رسوب، 3 گرم از نمونه رسوب مدنظر در 100 میلیلیتر فسفات بافر سالین[19] 1 گرم بر لیتر از نسبت مساوی فسفات دیهیدروژن پتاسیم و فسفات هیدروژن دیپتاسیم حل و به مدت 30 دقیقه در دمای 30 درجه سانتیگراد تکان داده شد و سپس سری رقت نمونهها (4-10 و 3-10 - 2-10) در لولههای آزمایش تهیه و 100 میکرولیتر از این رقتها روی محیط کشت ONR آگار حاوی (v/v) 1 درصد نفت بهعنوان تنها منبع کربن و انرژی کشت چمنی داده شد. برای شمارش تعداد کل باکتریهای هتروتروف رسوب، سری رقت نمونهها (5-10 و 4-10 - 3-10) در لولههای آزمایش تهیه و 100 میکرولیتر از این رقتها روی محیط کشت مارین آگار کشت چمنی داده شد. پس از گرمخانهگذاری در دمای 30 درجه سانتیگراد به مدت 3 روز برای هتروتروفها و 7 روز برای تجزیهکنندهها شمارش کلنیها برآورد و نتایج کمیسازی باکتریها بهصورت CFU · g-1 (تعداد باکتری در هر گرم رسوب = میانگین تعداد کلنیهای شمارش شده × عکس ضریب رقت × عکس حجم انتقالی) بیان شد (20). سنجش میزان نفت باقیمانده در رسوبات: ابتدا ۵ گرم نمونه رسوب هر میکروکازم در ۵۰ میلیلیتر دیکلرومتان حل و با فویل آلومینیوم به مدت ۱۵ دقیقه در دمای ۳۰ درجه سانتیگراد گرمخانهگذاری شد و سپس کدورت نفت استخراجشده در مقابل شاهد دیکلرومتان در طول موج 420 نانومتر تعیین و از رابطه زیر برای محاسبه درصد حذف نفت خام استفاده شد (21). 100× =درصد حذف نفت خام روش گاز کروماتوگرافی (GC - FID[20]): میزان تجزیه نفت خام توسط گاز کروماتوگرافی تخمین زده شد. در این روش سویهها در محیط کشت ONR حاوی 1 درصد نفت خام به مدت 10 روز در دمای 30 درجه سانتیگراد گرمخانهگذاری شدند. پس از دوره انکوباسیون به محیط کشت 50 میلیلیتر دیکلرومتان افزوده و به قیف جداکننده برای جداسازی فاز آلی از فاز آبی منتقل شد. سپس فاز آلی که حاوی نفت حلشده در دیکلرومتان بود، درون ارلن ریخته شد و 3 گرم سدیم سولفات برای جذب آب باقیمانده به ارلن اضافه و به مدت 1 شب در دمای اتاق گرمخانهگذاری شد. سپس محتویات ارلن از کاغذ صافی عبور داده شد و در دمای محیط برای تبخیر دیکلرومتان قرار گرفت. پس از تبخیر دیکلرومتان، مجدداً 3 میکرولیتر دیکلرومتان به 1 میکرولیتر نفت باقیمانده اضافه و با دستگاه GC، Agilent Technology مدل A7890 آنالیز شد. ستون: Hewlett Packard Rona Fused با 25/0 میلیمتر قطر داخلی، 30 میلیمتر طول و 32/0 میلیمتر = عرض Silica Capillary، دتکتور: MS، گاز حامل: هلیوم. برنامه دمایی دستگاه به شرح زیر اجرا شد: دمای اولیه: 100 درجه سانتیگراد برای 3 دقیقه، دمای انتقال: 300 درجه سانتیگراد، دمای تزریق: 330 درجه سانتیگراد، دمای نگهداری ستون: 240 درجه سانتیگراد برای 50 دقیقه، دمای نهایی: 320 درجه سانتیگراد و جریان عبوری 7/0 میلیلیتر بر دقیقه بود. پیکهای حاصل از GC با استاندارد درونی مقایسه شدند و نوع ترکیب براساس اطلاعات کتابخانه wily به دست آمد (10و22).
نتایج. .خصوصیات فیزیکوشیمیایی رسوبات مطالعهشده: نتایج بهدستآمده از آنالیز فیزیکوشیمیایی رسوبات مطالعهشده در جدول 2 آمدهاند. همانطور که در این جدول دیده میشود بافت رسوبات بیشتر شنی است. .دینامیک جمعیتی در میکروکازمهای مطالعهشده: نتایج حاصل از شمارش و تعیین کمیت باکتریهای هتروتروف و تجزیهکنندة نفت خام در همه میکروکازمهای مطالعهشده به دو روش CFU و MPNدر جدول 3 و شکل 1 آمدهاند. همچنین تحلیل آماری نیز در شکل و جدول مذکور لحاظ شده است. با توجه به نتایج بهدستآمده، بیشترین دینامیک و کمیت جمعیتی در میکروکازمهای بررسیشده مربوط به میکروکازم ششم (SB) است که درواقع ترکیب دو روش تقویت زیستی و تحریک زیستی است و رتبه بعد مربوط به میکروکازم سوم (BM) است که همان تحریک زیستی است. کمترین کمیت باکتریها از لحاظ دینامیک جمعیتی مربوط به میکروکازم اول (S) است که درواقع رسوب طبیعی سواحل خلیج فارس است (جدول 3 و شکل 1). .رابطه بین دینامیک جمعیت میکروبی و زمان نمونهبرداری با روش احیای زیستی: نتایج حاصل از شمارش با روش آماری تجزیه و تحلیل شدند. همانطور که در جدول تجزیه واریانس دو طرفه، جدول 3 و شکل 1 آمده است، بین نوع روشی که برای تجزیه زیستی (تحریک زیستی و تقویت زیستی و ترکیب آنها) انتخاب شده است با زمان نمونهبرداری و کمیت و دینامیک جمعیتی رابطه معنیداری وجود دارد (در سطح 01/0 > Pدرصد)؛ بهطوریکه هم در زمانهای مختلف نمونهبرداری و هم بین میکروکازم بهکاررفته رابطه معنیدار است که بهصورت علامتهای اختصار در شکل 1 و بهصورت ستارهدار در جدول 3 نشان داده شدهاند.
جدول 2- خصوصیات فیزیکوشیمیایی رسوبات مطالعهشده
جدول 3- تجزیه واریانس دو طرفه صفات بررسیشده در روز و میکروکازم
.
شکل 1- نتایج حاصل از شمارش کل هتروتروفها و تجزیهکنندهها در میکروکازمهای بررسیشده به روش CFU و MPN
.تجزیه زیستی نفت خام در میکروکازمهای مطالعهشده در زمان گرمخانهگذاری: میزان نفت باقیمانده در هریک از میکروکازمها و روشهای احیای زیستی بهکاررفته با دو روش اسپکتروفتومتری و گاز کروماتوگرافی تعیین شد. نتایج حاصل از میزان تجزیه نفت خام در زمان گرمخانهگذاری در شکل 2 آمدهاند. همانطور که در این شکل دیده میشود، با افزایش زمان گرمخانهگذاری میزان 90 درصد نفت خام در رسوبات تجزیه شده است. میزان تجزیه نهایی در هر میکروکازم به لحاظ آماری تجزیه و تحلیل شد و نتایج حاصل در شکل 2 آورده شدند. با توجه به این شکل، بیشترین تجزیه نفت خام مربوط به میکروکازم SB است که در آن ماده معدنی و باکتری علاوه بر باکتریهای رسوب قرار دارد. در مرتبه بعد، تجزیه نفت خام میکروکازمهای AM و BM و در آخر، میکروکازمهای MM، SP و S تجزیه کمتری را نشان دادند. میکروکازم BM تحریک زیستی و میکروکازمهای AM و MM تقویت زیستی را نشان میدهند و میکروکازم SB شامل تلفیق تحریک زیستی و تقویت زیستی است. نتایج گاز کروماتوگرافی: در هر میکروکازم مطالعهشده طی زمانهای 0، 20، 60 و 120 پیکهای گاز کروماتوگرافی نیز به دست آمدند. نتایج حاصل در شکلهای 3، 4 و 5 آمدهاند. با توجه به این شکلها میتوان نتیجه گرفت میزان ترکیبات نفتی از شروع زمان گرمخانهگذاری به انتهای زمان گرمخانهگذاری کاهش داشتهاند؛ بهطوریکه تجزیه نفت خام با گذشت زمان از 10 درصد به 90 درصد رسیده است که تأییدکنندة نتایج کار است.
شکل 2- مقایسه میزان تجزیه نفت خام در میکروکازمهای بررسیشده
شکل 3- مقایسه تجزیه زیستی در میکروکازمها در زمانهای شروع آزمایش (زمان صفر) تا روز 20
شکل 4- مقایسه تجزیه زیستی در میکروکازمها در زمانهای شروع آزمایش (زمان صفر) تا روز 60
شکل 5- مقایسه تجزیه زیستی در میکروکازمها در زمانهای شروع آزمایش (زمان صفر) تا روز 120
بحث و نتیجهگیری. مطالعات متعددی روی تجزیه زیستی نفت خام صورت گرفته است و محققان با استفاده از روشهای احیای زیستی سعی در حذف نفت از اکوسیستمهای دریایی آلوده داشتهاند و در این میان روش تحریک زیستی و تقویت زیستی در سالهای اخیر شایان توجه قرار گرفته است (23). در تحقیق حاضر برای درک اثر روشهای مختلف احیای زیستی بر جمعیت میکروبی دریایی رسوبات خلیج فارس از روشهای تحریک زیستی - تقویت زیستی و تلفیق این دو روش استفاده شد. نتایج بهدستآمده از این پژوهش تأیید میکنند تلفیق دو روش تحریک و تقویت زیستی روش مؤثرتری برای احیای زیستی رسوبات دریایی آلوده به نفت خام است؛ بهطوریکه در میکروکازم SB با تلفیق دو روش مقدار CFU و MPNباکتریهای تجزیهکننده و هتروتروف 106×9/3 بوده و افزایش 100 درصد نسبت به شاهد به سایر میکروکازمها بوده است و تأیید میکند بالابودن مقدار باکتریهای تجزیهکننده در تجزیه نفت خام نقش بسزایی دارد. در میکروکازم SB اضافهکردن باکتری شوانلا آلگا (علاوه بر باکتریهای موجود در رسوبات) در کنار تحریک زیستی بهصورت همزمان به کار رفت. نتیجه بهدستآمده بدین صورت بود که بهترین درصد تجزیه نفت در این میکروکازم دیده شد. این نتیجه تأیید میکند باکتری اضافهشده به اکوسیستم یک اثر همزیستی و همیاری مناسبی با جامعه میکروبی دریایی درونی رسوبات دارد؛ بهطوریکه افزودن این باکتری همراه با حمایت مواد معدنی اثر افزایندهای روی حذف نفت خام گذاشته است؛ زیرا هنگام واردشدن استرس آلودگی نفتی به اکوسیستم دریایی، منابع نیتروژن و فسفر اولین مسئلهای هستند که در محیط دریایی کاهش مییابند که یک محیط استرسزا و تنشزا است. در روش تلفیقی با تأمین منبع نیتروژن و فسفر و رعایت نسبت C100:N10:P1، این عامل تنشزا از جمعیت میکروبی درونی کاهش یافت و مواد معدنی به مقدار کافی وارد جمعیت میکروبی شد؛ همچنین این امر باعث میشود هم جمعیت میکروبی درونی دریایی تقویت شود و هم باکتری شوانلا که یک باکتری بومی دریایی تجزیهکنندة نفت خام است (15) یک اثر سینرژی (همافزایی) با جمعیت درونی میکروبی داشته باشد. از آنجایی که غلظت باکتری افزودهشده نسبت به جمعیت درونی بیشتر بود، احتمال میرود این باکتری بهعنوان فلور غالب تجزیهکننده در جمعیت تثبیت شده باشد. تحلیل آماری، تفسیرها و استدلالهای ذکرشده را تأیید میکند؛ زیرا ارتباط معنیداری بین میزان تجزیه نفت خام و تجزیه میکروکازم دیده شد. حمیدی و همکاران با مطالعه تخریب کل هیدروکربنهای نفتی[xxi] با استفاده از تقویت زیستی به افزایش درصد تجزیه زیستی برای نمونهها در طول زمان پی بردند که بالاترین میزان تخریب هیدروکربنها 1/75 درصد با استفاده از مخلوط تلقیح سویههای میکروبی به روش تقویت زیستی است و در پژوهش حاضر تقویت زیستی در میکروکازم MM منجر به تجزیه بالای نفت خام و تلفیق تقویت زیستی و تحریک زیستی در میکروکازم SB منجر به تجزیه بالای 95 درصدی نفت خام شد (24). گروسین[xxii] و همکاران به ناکارآمدی روش تحریک زیستی در زیست پالایی اشاره کردند و با طراحی میکروکازم (SM) تحریک زیستی و میکروکازم NA بهصورت شاهد آزمایشی طراحی کردند. برای تحریک زیستی (SM) با اضافهکردن مواد معدنی به این نتیجه رسیدند که فرایند زیست پالایی، استراتژی تحریک زیستی به تنهایی ناکافی بود و توصیه نمیشود؛ با این حال، تفاوت معنیداری در کاهش نفت خام بین تیمارهای SM و NA در پایان آزمایش مشاهده نشد. با توجه به تفاوت چشمگیر در کاهش کل هیدروکربنهای نفتی بین تیمارهای تلقیحشده با باکتری و تیمار با تحریک زیستی به تنهایی، نتیجهگیری میشود استفاده از میکروارگانیسمهای مناسب برای کاهش آلودگی در چنین رسوباتهایی ضروری است. در پژوهش حاضر اضافهکردن مواد معدنی به میکروکازم دارای باکتریهای تجزیهکنندة مفید و تلفیق تقویت زیستی و تحریک زیستی منجر به تجزیه بالای نفت خام تا 95 درصد شد (25). وو مانلی[xxiii] و همکاران میکروکازمهایی طراحی کردند که در آنها دو میکروکازم BA افزایش زیستی با افزودن فلور تجزیهکنندة هیدروکربن و میکروکازم BS تحریک زیستی با افزودن نیترات آمونیوم و فسفات دیهیدروژن پتاسیم با نسبت C100:N10:P1 به رسوبات بود و اعلام داشتند راندمان تخریب کل هیدروکربنهای نفتی در رسوبات تیمارشده با BS و BA بهترتیب 3/28 درصد و 9/13 درصد بود. تحریک زیستی برای تخریب هیدروکربنهای نفتی مؤثرتر از تقویت زیستی بود. در پژوهش حاضر تلفیق تقویت زیستی و تحریک زیستی در میکروکازم SB منجر به تجزیه بالای 95 درصدی نفت خام شد (26). بنیاهیا و همکاران میکروکازمهایی طراحی کردند که در آنها باکتریهای بومی تحریکشده (BS)، سیستم تقویت زیستی (BA) و بهعنوان کنترل (BC) (فقط نفت خام) به رسوبات اضافه شده بود. ازنظر کاهش کل هیدروکربنهای نفتی پس از یک دوره 155 روز، مشاهده کردند بهترین نتایج با تقویت زیستی (BA) با کاهش کمی بیش از 77 درصد به دست آمد؛ درحالیکه سیستم BS کمی بیش از 23 درصد کاهش داد و BC فقط کمی بیش از 4 درصد کل هیدروکربنهای نفتی را کاهش داد. در پژوهش حاضر تلفیق تقویت زیستی و تحریک زیستی در میکروکازم SB منجر به تجزیه بالای 95 درصدی نفت خام شد (27).
[1]- in situ [2]- ex situ [3]- Bio stimulation [4]- Bio augmentation [5]- Obligate Hydro Carbonoclasticus Bacteria (OHCB) [6]- Alcanivorax [7]- Marinobacter [8]- Thallassolituus [9]- Cycloclasticus [10]- Oleispira [11]- Most Probable Number (MPN) [12]- Shewanella alga [13]- Cfu/g [14]- Bacillus pumillus [15]- Oil Nutration Remidiation [16]- Marin Broth [17]- MPN calculator [18]- Colony forming unit [19]- Phosphate Buffer Saline [20]- Gas Chromatography- Flame Ionization Detector [xxi]- Total Petroleum Hydrocarbon (TPH) [xxii]- Garousin [xxiii]- Manli Wu | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
مراجع | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(1) Hasanshahian M., Emtiazi G., Cappello S. Isolation and characterization of crude-oil-degrading bacteria from the Persian Gulf and the Caspian Sea. Marine Pollution Bulletin 2012; 64 (1): 7–12. (2) Ansari N., Rokhbakhsh-Zamin F., Hassanshahian M., Askari Hesni M. Biodegradation of crude oil using symbiont crude-oil degrading bacteria isolated from corals collected at the Persian Gulf. Journal Chemical Technology and Biotechnology 2021; 96: 1882–1892. (3) Sharma S., M. Pandey L. Hydrophobic Surface Induced Biosorption and Microbial Ex Situ Remediation of Oil-Contaminated Sites. Industrial and Engineering Chemistry Research 2021; 60 (26): 9378-9388. (4) Pourbabaee A A., Shahriari M H., Garousin H. Biodegradation of phenanthrene as a model hydrocarbon: Power display of a super-hydrophobic halotolerant enriched culture derived from a saline-sodic soil. Biotechnology Reports 2019; 24: 1-12. (5) Rezaei Somee M., Amoozegar M A., Shavandi M., Dastgheib S M M. Isolation of halophilic microbial consortia capable of degrading diesel oil for the bioremediation of drilling wastes. Biological Journal of Microorganism 2016; 5 (19): 23-40. (6) Talaat A., Hegazy M., Ibrahim S., Hazem T., El- Hamid A., Khalid M., El-Moselhy. Microcosm application for Improving Biodegradation potentials of diesel Oil contaminated marine sediments. International Journal of Advanced Research 2014; 2 (9): 623-631. (7) Adams GO., Fufeyin PT., Okoro SE., Ehinomen I. Bioremediation, Biostimulation and Bioaugmention: A Review. International Journal of Environmental Bioremediation and Biodegradation. 2015; 3 (1): 28-39. (8) Chen F., Li X., Zhu Q., Ma J., Hou H., Zhang S. Bioremediation Of petroleum-contaminated soil enhanced by aged refuse. Chemosphere 2019; 98–105.
(9) Garg N., Lata P., Jit S., Sangwan N., Singh A K., Dwivedi V. Laboratory and field scale bioremediation of hexachlorocyclohexane (HCH) contaminated soils by means of bioaugmentation and biostimulation. Biodegradation 2016; 27: 179–193. (10) Abed R., Al-Sabahi J., Al-Maqrashi F., Al-Habsi A., Al-Hinai M. Characterization of hydrocarbon-degrading bacteria isolated from oil-contaminated sediments in the Sultanate of Oman and evaluation of bioaugmentation and biostimulation approaches in microcosm experiments. International Biodeterioration and Biodegradation 2014; 89: 58-66. (11) Primeia S., Inoue C., Chien M. Potential of Biosurfactants’ Production on Degrading Heavy Oil by Bacterial Consortia Obtained from Tsunami-Induced Oil-Spilled Beach Areas in Miyagi, Japan. Journal of Marine Science and Engineering 2020; 8: 577. (12) Obi L., Atagana H., Adeleke R., Maila M., Bamuza-Pemu E. Potential microbial drivers of biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in crude oil sludge using a composting technique. Journal Chemical Technology Biotechnology 2020; 95: 1569-1579. (13) Gutierrez T. Occurrence and roles of the obligate hydrocarbonoclastic bacteria in the ocean when there is no obvious hydrocarbon contamination. In: McGenity, editor. Taxonomy, Genomics and Ecophysiology of Hydrocarbon-Degrading Microbes. Springer, Cham; 2018: 337–352. (14) Louvado A., Coelho F J R C., Oliveira V., Gomes H. Microcosm evaluation of the impact of oil contamination and chemical dispersant addition on bacterial communities and sediment remediation of an estuarine port environment. Journal of Applied Microbiology 2019; 127 (1). (15) Ansari N., Rokhbakhsh-Zamin F., Hassanshahian M., Askari Hesni M. The Occurrence of Crude Oil-Degrading Bacteria in Some Sponges Collected at the Persian Gulf: Ecological Importance and Biotechnological Application. Polycyclic Aromatic Compounds 2021; 1-14. https://doi.org/10.1080/10406638.2021.2014529. (16) Adeleye AO., Nkereuwem ME., Omokhudu GI., Amoo AO., Shiaka GP., Yerima M B. Effect of Microorganisms in the Bioremediation of Spent Engine Oil and Petroleum Related Environmental Pollution. Journal of Applied Sciences and Environmental Management 2018; 22 (2): 157-167. (17) Hasanshahian M., Emtiazi G. Isolation, and molecular detection of Alcanivorax dieselolei in the Persian Gulf and the study of biodegradation ability for remediation of oil pollution. Biological Journal of Microorganism 2012; 1 (17): 31-40. (18) Ahmad M., Yang Q., Zhang Y., Ling J., Sajjad W., Qi S., Zhou W., Zhang Y., Lin X., Zhang Y., Dong J. The distinct response of phenanthrene enriched bacterial consortia to different PAHs and their degradation potential: a mangrove sediment microcosm study. Journal of Hazardous Materials 2019; 1-10. (19) Fuchsluger C., Preims M., Fritz I. Automated measurement and quantification of heterotrophic bacteria in water samples based on the MPN method. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 2011; 38: 241-247. (20) Bayat Z., Hasanshahian M., Askari Hesni M. Study the symbiotic crude oil degrading bacteria in the mussel Mactra stultorum collected from the Persian Gulf. Marine Pollution Bulletin 2016; 105: 120-124. (21) Rahman K S., Thahira-Rahman M., Lakshmanaperumalsamy P., Banat I M. Towards efficient crude oil degradation by a mixed bacterial consortium. Bioresource Technology 2004; 85: 257–261. (22) Wang W., Wang L., Shao Z. Diversity and Abundance of Oil-Degrading Bacteria and Alkane Hydroxylase (alkB) Genes in the Subtropical Seawater of Xiamen Island. Microbial Ecology 2010; 60: 429- 439. (23) Liu X., Ge W., Zhang X., Chai C., Wu J., Xiang D. Biodegradation of aged polycyclic aromatic hydrocarbons in agricultural soil by Paracoccus sp. Lxc combined with humic acid and spent mushroom substrate. Journal of Hazardous Materials 2019; 379: 120820. (24) Hamidi Y., Ataeia S A., Sarrafi A. Biodegradation of total petroleum hydrocarbons in oily sludge: A comparative study of Biostimulation, Bioaugmentation and combination of methods. Journal Chemical Technology Biotechnology 2021; 96: 1302-1307. (25) Garousin H., Pourbabaee A A., Alikhani H A., Yazdanfar N. A Combinational Strategy Mitigated Old-Aged Petroleum Contaminants: Ineffectiveness of Biostimulation as a Bioremediation Technique. Frontiers in Microbiology 2021; 12 (64): 1-12. (26) Wu M., Wu J., Zhang X., Ye X. Effect of bioaugmentation and biostimulation on hydrocarbon degradation and microbial community composition in petroleum-contaminated loessal soil. Chemosphere 2019; 237: 124456. (27) Benyahia F., Embaby A S. Bioremediation of Crude Oil Contaminated Desert Soil: Effect of Biostimulation, Bioaugmentation and Bioavailability in Biopile Treatment Systems. International Journal of Environmental Research and Public Health 2016; 13: 219. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 577 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 317 |