Helsingin yliopisto

 

Helsingin yliopiston verkkojulkaisut

University of Helsinki, Helsinki 2006

Molecular Biomonitoring during Rhizoremediation of Oil-Contaminated Soil

Minna M. Jussila

Doctoral dissertation, October 2006.
University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Applied Chemistry and Microbiology, Division of Microbiology.

Suomessa on tilastoitu tuhansia öljyllä saastuneita maa-alueita, kuten hylättyjä huoltoasemia. Näitä voitaisiin puhdistaa kasvien juuristossa elävien mikrobien avulla eli ritsoremediaatiolla. Tässä työssä tutkittiin typpeä sitovan palkokasvin, vuohenherneen juuriston bakteerien osallistumista monoaromaattisten hiilivetyjen, kuten bentseenin, tolueenin ja ksyleenin, hajottamiseen öljyllä saastuneessa maaperässä. Biologisten tekijöiden tuntemus (mm. bakteerit ja niiden hajotusgeenit) on oleellista kemiallisen (esim. myrkkypitoisuus) ja fysikaalisen (esim. maan rakenne) tiedon lisäksi, jotta ritsoremediaatiosta voidaan kehittää hallittu ja tehokas biopuhdistusmenetelmä. Siksi myös luotettavien biologisten seurantamenetelmien kehittämisen tarve on ilmeinen. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli 1) arvioida vuohenherneen ja sen ritsobin eli symbioottisen typensitojabakteerin soveltuvuus öljyllä saastuneen maaperän puhdistamiseen, 2) kehittää molekyylitason menetelmiä biomonitorointia varten ja 3) soveltaa näitä menetelmiä tutkittaessa mikrobiologisia ilmiöitä ritsoremediaation aikana.

Ritsobin korkea aromaattisten aineiden sietokyky ja vuohenherneen elinkykyisyys öljymaissa osoittivat tämän palkokasvi-bakteeri -yhdistelmän soveltuvan hyvin öljyllä saastuneen maaperän ritsoremediaatioon. Molekyylibiologisia menetelmiä suunniteltiin ja/tai kehitettiin bakteerien ja niiden hajotusgeenien seuraamiseksi maassa. Viljeltävissä olevia, heterogeenisia juuristobakteereita ryhmiteltiin erään vähemmän käytetyn, mutta tässä työssä tehokkaaksi osoitetun, genomisen sormenjälkimenetelmän, taksonomisen ribotyyppauksen ja sekvenoinnin avulla. Yhteisötasolla, ja siten myös ei-viljeltävissä olevien bakteerien havainnoimiseksi, käytettiin denaturoivaa gradienttigeelielektroforeesia. Geenispesifinen PCR-menetelmä suunniteltiin TOL-plasmidien tunnistamiseksi. Tehoste-PCR kehitettiin TOL-plasmidien havaitsemiseksi herkästi suoraan maasta. Sekä TOL-plasmideja että laajemminkin erilaisia aromaatteja hajottavia entsyymejä koodaavia plasmideja profiloitiin DNA:n pilkonta-analyysillä.

Vuohenherneen juuristovaikutukset öljyllä saastuneessa maapeässä olivat seuraavat: 1) Vuohenherne lisäsi juuristobakteerien määrää, mutta erityisesti yhdessä TOL-plasmidin sisältävän Pseudomonas-bakteerin kanssa m-toluaattia hajottavien bakteerien lukumäärää. Tämä osoitti hajotuspotentiaalin olevan suurempaa kasvillisissa maissa kuin kasvittomissa maissa. 2) Vuohenherneen juuristossa oli kasvitonta maata enemmän eri bakteerilajeja, mutta ei kuitenkaan merkittävästi enemmän m-toluaattia hajottavia bakteerilajeja. Myös yhteisötasolla suurin bakteerilajien monimuotoisuus havaittiin kasvillisissa maissa. Monipuoliset yhteisöt saattavatkin parhaiten taata tehokkaan ritsoremediaation tarjoamalla lukuisia geneettisiä koneistoja hajotusprosessien käyttöön. 3) Kokeen lopussa TOL-plasmideja ei kyetty enää havaitsemaan suoralla DNA-analyysillä maasta, jossa oli sekä vuohenherne että Pseudomonas. TOL-plasmidien havaintoraja oli siis ylittynyt osoittaen hajotusplasmidien määrän ja siten katabolisen aktiivisuuden vähentyneen. Tämä viittasi ritosremediaation onnistumiseen. 4) Eräältä P. oryzihabitans -kannalta löytyi kokeissa käyttämämme P. putidan TOL-plasmidi. Lisäksi eräiltä P. migulae - ja P. oryzihabitans -kannoilta löydettiin TOL-plasmidi, jota niillä ei tiedetty olevan. Nämä tapahtumat osoittivat mahdollista hajotusplasmidin siirtymistä bakteerikannasta toiseen ja siten puhdistumisen tehostumista vuohenherneen juuristossa.

Vuohenherneen käyttö ritsoremediaatiossa on maailmanlaajuisestikin ainutlaatuista. Ympäristönsuojelu luonnon omia voimavaroja käyttäen, ja siten kestävän kehityksen periaatteen mukaisesti toimien, olisi sekä taloudellisesti että viihtyisän ja puhtaan ympäristön säilymisen kannalta hyödyllistä yhteiskunnalle. Tässä väitöskirjatyössä uutta tietoa saatiin vuohenherneen juuristovaikutuksista monoaromaattisilla hiilivedyillä saastuneissa maissa. Hajotusplasmidien liikkuminen bakteerikannasta tai -lajista toiseen osoittautui ilmiöksi, jota kannattaa seurata jatkossa tarkemmin, jotta puhdistumisen aikaisista dynaamisista muutoksista ja geeniekologisista lainalaisuuksista saataisiin enemmän tietoa. Kehitettyjä molekulaarisia biomonitorointimenetelmiä voidaan soveltaa moneen tarkoitukseen ympäristöbioteknologian alalla, kuten maan luontaisen biohajotuspotentiaalin kartoittamiseen, bioremediaation tehostamisen seurantaan ja puhdistusprosessin onnistumisen arviointiin.

Mikkelin mlk:ssa syntynyt väittelijä kirjoitti ylioppilaaksi Mikkelin Yhteiskoulun lukiosta v. 1985.

Julkaisun nimiösivu

This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

© University of Helsinki 2006

Last updated 06.10.2006

Yhteystiedot, Contact information E-thesis Helsingin yliopisto, University of Helsinki