بهینه‌سازی زیست پالایی نفت خام توسط باکتری Alcanivorax dieselolei در محیط آبی با استفاده از روش تاگوچی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه زابل، ایران

چکیده

وارد شدن نفت و پساب‌های نفتی به دریاها آسیب‌های جدی به حیات آبزیان وارد می‌کند. علاوه بر آن این ترکیبات در بافت‌های بدن آبزیان تجمع یافته و سلامت انسان‌ها را تهدید می کنند، در نتیجه توسعه روش‌های کارآمد جهت تصفیه این مواد حائز اهمیت است. در این پژوهش برای ارزیابی کارایی فرآیند پاکسازی زیستی، از رسوبات و آب مناطق مختلف در سواحل خلیج فارس در مجاورت شهر بندر عباس نمونه‌برداری و پس از غنی‌سازی، کارآمدترین باکتری تجزیه کننده نفت خام جداسازی، خالص و توسط روش‌های مولکولی (S rDNA 16) و بیوشیمیایی شناسایی شد. به منظور تعیین شرایط بهینه تجزیه‌زیستی نفت خام توسط سویه جداسازی شده فاکتورهای pH، دما، تعداد باکتری تلقیح شده، غلظت NH4Cl و K2HPO4 با استفاده از طراحی آزمایش به روش تاگوچی با آرایه (L16 (45 (پنج فاکتور هر کدام در چهار سطح) بهینه‌سازی شدند. سویه خالص شده در این مطالعه TA1 نام‌گذاری و بر اساس آنالیز مولکولی 99% به Alcanivorax dieseloleiشباهت نشان داد. از میان فاکتورهای بهینه شده pH و دما تاثیر گذارترین فاکتورها در تجزیه زیستی نفت خام بودند. 9=pH، C° 35 = دما، (اg/L 1) NH4Cl، (اg/L 25/0) K2HPO4 و 1/0= مایه تلقیح (OD600nm) به عنوان شرایط بهینه در نظر گرفته شد. تحت این شرایط بیش از 80% نفت خام تجزیه گردید. با توجه به توان بالای سویه خالص شده در تجزیه نفت خام و تعیین شرایط بهینه تجزیه زیستی، نتایج این مطالعه می تواند در زیست‌پالایی مناطق آلوده به ترکیبات نفتی در منطقه استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimization of Crude Oil Bioremediation by Alcanivorax dieselolei in Aquatic Medium Using Taguchi Method

نویسندگان [English]

  • Tahereh Abdoli 1
  • Gholamhossein Ebrahimipour 1
  • Mohsen Shahriari Moghadam 2
1 Department of Microbiology, Faculty of Biological Science, Shahid Beheshti University, G.C, Tehran, Iran.
2 Department of Environment, Faculty of Natural Resources, University of Zabol, Zabol, Iran.
چکیده [English]

Seeping oil and oily waste into the seas can cause serious damage to aquatic life. These compounds tend to bioaccumulate and threaten human health, Therefore, it is important to develop efficient methods for the treatment of these compounds. In this study, sediment and water from different regions of the Persian Gulf (Bandar Abbas) were sampled and enriched in mineral salt medium. The most efficient crude oil degrading bacteria was purified and then identified by molecular (16S rDNA) and biochemical analysis. The Taguchi experimental design L16 (45) was used to optimize the biodegradation process of crude oil by the isolated strain. This investigation applied the parameters of pH, temperature, optical density and concentration of NH4Cl and K2HPO4. The results showed that isolated strain had 99% similarity to Alcanivorax dieselolei and named TA1. Temperature and pH had the greatest influence on crude oil biodegradation. Maximum biodegradation efficiency was predicted to occur at pH= 9, temperature = 35 ͦC, NH4Cl (g/L)= 1, K2HPO4 (g/L)= 0.25 and optical density (OD)= 0.1. Under these conditions more than 80% of crude oil was degraded. Due to high ability of isolated strain to degrade crude oil, the results of this study can be used in the bioremediation of petroleum contaminated soil in the studied area.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Persian Gulf
  • Taguchi
  • Alcanivorax Dieselolei
  • Bioremediation
  • Oily Waste

[1]. Pak A. and Farajzadeh M., “Iran's integrated coastal management plan: Persian Gulf, Oman Sea, and southern Caspian Sea coastlines”, Ocean & Coastal Management., Vol. 50, No. 9, pp. 754-773, 2007. ##

[2]. Liu Y., Hu X. and Liu H., “Industrial-scale culturing of the crude oil-degrading marine Acinetobacter sp. strain HC8-3S”,International Biodeterioration & Biodegradation., Vol. 107,  pp. 56-61, 2016.##

[3]. Pasumarthi R., Chandrasekaran S. and Mutnuri S., “Biodegradation of crude oil by Pseudomonas aeruginosa and Escherichia fergusonii isolated from the Goan coast”, Marine Pollution Bulletin., Vol. 76, No. 1, pp. 276-282, 2013.#3

[4]. Thavasi R., Jayalakshmi S. and Banat I. M., “Effect of biosurfactant and fertilizer on biodegradation of crude oil by marine isolates of Bacillus megaterium, Corynebacterium kutscheri and Pseudomonas aeruginosa”, Bioresource Technology., Vol. 102, No. 2, pp. 772-778, 2011.#3

[5]. Bao M. T., Wang L. N., Sun P. Y., Cao L. X., Zou J. and Li Y. M., “Biodegradation of crude oil using an efficient microbial consortium in a simulated marine environment”, Marine Pollution Bulletin., Vol. 64, No. ,6, pp. 1177-1185,  2012.##

[6]. Zhang G., Chen T., Chang S., Zhang W., Wu X., Wu M., Wang Y., Long H., Chen X., Wang Y. and Liu G., “Complete genome sequence of Acinetobacter sp. TTH0-4, a cold-active crude oil degrading strain isolated from Qinghai-Tibet Plateau”, Journal of Biotechnology., Vol. 226, pp. 54-55, 2016.##

[7]. Song X., Xu Y., Li G., Zhang Y., Huang T. and Hu Z., “Isolation, characterization of Rhodococcus sp. P14 capable of degrading high-molecular-weight polycyclic aromatic hydrocarbons and aliphatic hydrocarbons”, Marine Pollution Bulletin., Vol. 62, No. 10, pp. 2122-2128, 2011.##

[8]. Zheng C., He J., Wang Y., Wang M. and Huang Z., “Hydrocarbon degradation and bioemulsifier production by thermophilic Geobacillus pallidus strains”, Bioresource Technology., Vol. 102, No. 19, pp. 9155-9161, 2011.##

[9]. Kweon S. J., Sutherland O., Kim J. B., Jones H. L., Burback R. C., Graves B. L., Psurny S. W., E., and Cerniglia C. E., “Dynamic response of Mycobacterium vanbaalenii PYR-1 to BP Deepwater Horizon crude oil”, Applied and Environmental Microbiology., Vol. 81, No. 13, pp. 4263-76, 2015.##

[10]. El Mahdi A. M., Aziz H. A., Amr S. S., El-Gendy N. S. and Nassar H. N., “Isolation and characterization of Pseudomonas sp. NAF1 and its application in biodegradation of crude oil”, Environmental Earth Sciences., Vol. 75, No. 5, pp. 1-11, 2016.##

[11]. شاه علیان ف.، صفاهیه ع.، سلامات ن.، موجودی ف. و زارع دوست م. "بررسی نقش باکتری‌های جداشده از رسوبات خلیج فارس در حذف بیولوژیکی آلاینده‌های نفتی (آنتراسن)"، علوم و مهندسی محیط زیست، دوره 1، شماره 4، صفحات 17-11، 1393.##

[12]. صفاهیه ع.، موجودی ف. و ذوالقرنین ح ،. "ارزیابی و مقایسه توانایی باکتری‌های سودوموناس بومی منطقة خورموسی در حذف ترکیبات آروماتیک حلقوی. محیط‌شناسی"، دوره 37، شمارة 58، صفحات 158-149، 1390.##

[13]. برومندی ن. ، محمودی م. م.، مولا د.، رضائیان ع. ع. و بوستانی م. "بررسی تجزیه زیستی نفت خام توسط آلکانی ورراکس دیزلولی: سویه جداسازی شده از رسوبات منطقه ساحلی خلیج فارس"، مجله دنیای میکروب‌ها، دوره 19، شماره 2، صفحات 161 - 148، 1393.##

[14]. Shahriari Moghadam M., Ebrahimipour G., Abtahi B., Ghassempour A. and Hashtroudi M.S., “Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbons by a bacterial consortium enriched from mangrove sediments”, Journal of Environmental Health Science and Engineering., Vol. 12, No. 1, pp. 1-9, 2014.##

[15]. Shahriari Moghadam M., Ebrahimipour G., Abtahi B., Khazaei N. and Karbasi N., “Statistical optimization of crude oil biodegradation by Marinobacter sp. isolated from Qeshm Island, Iran”, Iranian Journal of Biotechnology., Vol. 12, No. 1, pp. 35-41, 2014. ##

[16]. Reis I., Almeida C. M., Magalhães C. M., Cochofel J., Guedes P., Basto M. C., Bordalo A. A., and Mucha A. P., “Bioremediation potential of microorganisms from a sandy beach affected by a major oil spill”, Environmental Science and Pollution Research., Vol. 21, No. 5, pp. 3634-3645, 2014.##

[17]. Satyanarayana T., Johri B. N., Prakash A. and Prakash A., “Microorganisms in environmental management: microbes and environment”, Springer Science & Business Media., 2012.##

[18]. Schlegel H. G., “Allgemeine mikrobiologie”, Auflage, Georg Thieme Verlag, 1992.##

[19]. Sadeghi Haddad Zavareh M., Ebrahimipour G., Sahahriari Moghadam M., Fakhari J. and Abdoli T., “Bioremediation of Crude Oil Using Bacterium from the Coastal Sediments of Kish Island, Iran”, Iranian Journal of Public Health., Vol. 45, No. 5, pp. 670-679. 2016.##

[20]. Han X. Y., “Bacterial identification based on 16S ribosomal RNA gene sequence analysis, in: Y.W. Tang, AND C. W. Stratton”, Advanced Techniques in Diagnostic Microbiology. Springer, pp. 323-326, 2006.##

[21]. Yakimov M. M., Golyshin P. N., Lang S., Moore E. R., Abraham W. R., Lünsdorf H. and Timmis K. N., “Alcanivorax borkumensis gen. nov., sp. nov., a new, hydrocarbon-degrading and surfactant-producing marine bacterium”, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology., Vol. 48, No. 2, pp. 339-348, 1998.##

[22]. Rivas R., García-Fraile P., Peix A., Mateos P. F., Martínez-Molina E. and Velazquez E., “Alcanivorax balearicus sp. nov., isolated from Lake Martel”, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Vol. 57, No. 6, pp. 1331-1335, 2007.##

[23]. Wu Y., Lai Q., Zhou Z., Qiao N., Liu C. and Shao Z., “Alcanivorax hongdengensis sp. nov., an alkane-degrading bacterium isolated from surface seawater of the straits of Malacca and Singapore, producing a lipopeptide as its biosurfactant”, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, Vol. 59, No. 6, pp. 1474-1479, 2009.##

[24]. Lai Q., Wang L., Liu Y., Fu Y., Zhong H., Wang B., Chen L., Wang J., Sun F. and Shao Z., “Alcanivorax pacificus sp. nov., isolated from a deep-sea pyrene-degrading consortium”, International journal of systematic and evolutionary microbiology., Vol. 61, No. 6, pp. 1370-1374, 2011.##

[25]. Liu C. and Shao Z., “Alcanivorax dieselolei sp. nov., a novel alkane-degrading bacterium isolated from sea water and deep-sea sediment”, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology., Vol. 55, No. 3, pp. 1181-1186, 2005.##

[26]. Liu Y. C., Li L. Z., Wu Y., Tian W., Zhang L. P., Xu L., Shen Q. R. and Shen B., “Isolation of an alkane-degrading Alcanivorax sp. strain 2B5 and cloning of the alkB gene”, Bioresource Technology, Vol. 101, No. 1, pp. 310-316, 2010.##

[27]. Lee M. T., Chen W. C. and Chou C. C., “Medium improvement by orthogonal array designs for cholesterol oxidase production by Rhodococcus equi No. 23”, Process Biochemistry., Vol. 32, No. 8, pp. 697–703, 1997.##

[28]. Hsien T. Y. and Lin Y. H., “Biodegradation of phenolic wastewater in a fixed biofilm reactor”, Biochemical Engineering Journal., Vol. 27, No. 2, pp. 95-103, 2005.##

[29]. Chen J., Wong M. H., Wong Y. S. and Tam N. F. Y., “Multi-factors on biodegradation kinetics of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) by Sphingomonas sp., a bacterial strain isolated from mangrove sediment”, Marine Pollution Bulletin., Vol. 57, No. 6, pp. 695-702, 2008.##

[30]. Chen J. L., Au K. C., Wong Y. S. and Tam N. F. Y., “Using orthogonal design to determine optimal conditions for biodegradation of phenanthrene in mangrove sediment slurry”, Journal of Hazardous Materials., Vol. 176, No. 1, pp. 666-671, 2010. ##

[31]. Atlas R. M., “Microbial degradation of petroleum hydrocarbons. An environmental perspective”, Microbiological Reviwes., Vol. 45, No. 1, pp. 180-209, 1981.##

[32]. Rahman K. S., Thahira-Rahman J., Lakshmanaperumalsamy P. and Banat I. M., “Towards efficient crude oil degradation by a mixed bacterial consortium”, Bioresource Technology., Vol. 85, No. 3, pp. 257-261,  2002.##

[33]. Lin C., Gan L. and Chen Z. L., “Biodegradation of naphthalene by strain Bacillus fusiformis (BFN)”, Journal of Hazardous Materials., Vol. 182, No. 1, pp. 771-777, 2010.##

[34]. Zaki M. S., Authman M. M. and Abbas H. H., “Bioremediation of petroleum contaminants in aquatic environments (review article)”, Life Science Journal., Vol. 12, No. 5, pp. 127-139 (2015).##

[35]. Atlas R. M. and Bartha R., “Hydrocarbon biodegradation and oil-spill bioremediation”, Advances in Microbial Ecology., Vol. 12, pp. 287-338, 1992.##

[36]. Vogel T. M., “Bioaugmentation as a soil bioremediation approach”, Current Opinion in Biotechnology., Vol. 7, No. 3, pp. 311-316, 1996.##

[37]. Saponaro S., Bonomo L., Petruzzelli G. and Romele L., “Barbafieri, M. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) slurry phase bioremediation of a manufacturing gas plant (MGP) site aged soil”, Water Air and Soil Pollution., Vol. 135, No. 1-4, pp. 219-236, 2002.##