Name: Izolacja rodzimych mikroorganizmów glebowych z potencjałem do rozkładania biodegradowalnych folii ściółkowych z tworzyw sztucznych stosowanych w rolnictwie (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-05-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 38 s
Description: Odkryj metodę izolacji rodzimych grzybów i bakterii glebowych kolonizujących biodegradowalne folie ściółkowe. Technika ta pozwala badać zdolność mikroorganizmów do rozkładu tworzyw sztucznych w rolnictwie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Dr Stephen Alderman, Dr David Leaf i Erin Macri są wdzięczni za pomoc w mikroskopii. Badania te zostały sfinansowane z grantu NIFA Specialty Crops Research Initiative, USDA SCRI-SREP Grant Award No. 2009-02484. Briana Kinash, Kevin Kinloch, Megan Leonhard Joseph McCollum, Maria McSharry i Nicole Sallee zapewnili doskonałą pomoc techniczną i przemyślane dyskusje.

<ol><li>Gregory, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Environmental+implications+of+plastic+debris+in+marine+settings+-+entanglement%2C+ingestion%2C+smothering%2C+hangers-on%2C+hitch-hiking+and+alien+invasions%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society%22%5BJournal%5D)">Environmental implications of plastic debris in marine settings - entanglement, ingestion, smothering, hangers-on, hitch-hiking and alien invasions.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society. 364, 2013-2025 (2009).</li>
<li>Teuten, E. L., Saquing, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transport+and+release+of+chemicals+from+plastics+to+the+environment+and+to+wildlife%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society%22%5BJournal%5D)">Transport and release of chemicals from plastics to the environment and to wildlife.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society. 364, 2027-2045 (2009).</li>
<li>Thompson, R. C., Moore, C. J., vom Saal, F. S., Swan, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plastics+the+environment+and+human+health%3A+current+consensus+and+future+trends%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Transactions+of+the+Royal+Society%22%5BJournal%5D)">Plastics the environment and human health: current consensus and future trends.</a> Philosophical Transactions of the Royal Society. 364, 2153-2166 (2009).</li>
<li>ASTM D 883. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Standard+terminology+relating+to+plastics%22">Standard terminology relating to plastics</a>. , American Society for Testing and Materials International. West Conshohocken, PA. (1991).</li>
<li>SO 472. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Plastics+-+vocabulary%2C+amendment+3.+General+terms+and+terms+relating+to+degradable+plastics%22">Plastics - vocabulary, amendment 3. General terms and terms relating to degradable plastics</a>. , International Organization for Standardization. Geneva, Switzerland. (1993).</li>
<li>Krzan, A., Hemjinda, S., Miertus, S., Corti, A., Chiellini, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Standardization+and+certification+in+the+area+of+environmentally+degradable+plastics%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Degradation+and+Stability%22%5BJournal%5D)">Standardization and certification in the area of environmentally degradable plastics.</a> Polymer Degradation and Stability. 91, 2819-2833 (2006).</li>
<li>Shogren, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodegradable+mulches+from+renewable+resources%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sustainable+Agriculture%22%5BJournal%5D)">Biodegradable mulches from renewable resources.</a> Journal of Sustainable Agriculture. 16, 33-47 (2000).</li>
<li>Takakura, T., Fang, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTakakura%2C+T+%22Climate+under+cover%22">Climate under cover</a>. , Kluwer Academic Publishers. 1-10 (2001).</li>
<li>Miles, C., Hayes, D., Brodhagen, M., Lee, J., Wszelaki, A., Moore-Kucera, J., Wallace, R., Marsh, T., Inglis, D. Plastic mulches, biodegradable alternatives, China and US. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMiles%2C+C+%22Transforming+Landscapes%2C+Transforming+Lives%3A+The+Business+of+Sustainable+Water+Buffer+Management%22">Transforming Landscapes, Transforming Lives: The Business of Sustainable Water Buffer Management</a>. van Steenbergen, F., Tuinhof, A., Knoop, L. , 3R Water Secretariat. Wageningen, The Netherlands. (2011).</li>
<li>Song, J. H., Murphy, R. J., Narayan, R., Davies, G. B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodegradable+and+compostable+alternatives+to+conventional+plastics%5BTitle%5D)+AND+%22Transactions+of+the+Royal+Society+B%22%5BJournal%5D)">Biodegradable and compostable alternatives to conventional plastics.</a> Transactions of the Royal Society B. 364, 2127-2139 (2009).</li>
<li>Hayes, D. G., Dharmalingam, S., Wadsworth, L. C., Leonas, K. K., Miles, C., Inglis, D. A. Biodegradable agricultural mulches derived from biopolymers. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHayes%2C+DG+%22Degradable+polymers+and+materials%2C+principles+and+practice.+ACS+Symposium+Series%22">Degradable polymers and materials, principles and practice. ACS Symposium Series</a>. Khemani, K. C., Scholz, C. 1114, 2nd Ed, American Chemical Society Press. Washington, D.C. 201-223 (2012).</li>
<li>Ojeda, T. F. M., Dalmolin, E., Forte, M. M. C., Jacques, R. J. S., Bento, F. M., Camargo, F. A. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Abiotic+and+biotic+degradation+of+oxo-biodegradable+polyethylenes%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Degradation+and+Stability+94%22%5BJournal%5D)">Abiotic and biotic degradation of oxo-biodegradable polyethylenes.</a> Polymer Degradation and Stability 94. , 965-970 (2009).</li>
<li>van der Zee, M. Analytical methods for monitoring biodegradation processes of environmentally degradable polymers. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3avan+der+Zee%2C+M+%22Handbook+of+Biodegradable+Polymers%22">Handbook of Biodegradable Polymers</a>. Lendlein, A., Sisson, A. , Wiley-VCH. Weinheim, Germany. 263-281 (2011).</li>
<li>Narayan, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Misleading+claims+and+misuse+of+standards+continues+to+proliferate+in+the+nascent+bioplastics+industry+space%5BTitle%5D)+AND+%22BioPlastics%22%5BJournal%5D)">Misleading claims and misuse of standards continues to proliferate in the nascent bioplastics industry space.</a> BioPlastics. 01/10, (2010).</li>
<li>ASTM D 5338-98. Standard test method for determining aerobic biodegradation of plastic materials under controlled composting conditions. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Annual+Book+of+ASTM+Standards%22">Annual Book of ASTM Standards</a>. , American Society for Testing and Materials International. West Conshohocken, PA. 504-509 (1998).</li>
<li>ASTM D 5988-03. Standard test method for determining aerobic biodegradation in soil of plastic materials or residual plastic materials after composting. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Annual+Book+of+ASTM+Standards%22">Annual Book of ASTM Standards</a>. , American Society for Testing and Materials International. West Conshohocken, PA. 354-358 (2003).</li>
<li>ASTM D 6954-04. Standard guide for exposing and testing plastics that degrade in the environment by a combination of oxidation and biodegradation. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Annual+Book+of+ASTM+Standards%22">Annual Book of ASTM Standards</a>. , American Society for Testing and Materials International. West Conshohocken, PA. 748-753 (2004).</li>
<li>ASTM G21-96. Standard practice for determining resistance of synthetic polymeric materials to fungi. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Annual+Book+of+ASTM+Standards%22">Annual Book of ASTM Standards</a>. , American Society for Testing and Materials International. West Conshohocken, PA. 433-437 (2002).</li>
<li>ISO 846. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Plastics+-+evaluation+of+the+action+of+microorganisms%22">Plastics - evaluation of the action of microorganisms</a>. , International Organization for Standardization. Geneva, Switzerland. 1-22 (1997).</li>
<li>Russell, J. R., Huang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodegradation+of+polyester+polyurethane+by+endophytic+fungi%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Biodegradation of polyester polyurethane by endophytic fungi.</a> Applied and Environmental Microbiology. 77, 6076-6084 (2011).</li>
<li>Maeda, H., Yamagata, Y., Abe, K., Hasegawa, F., Machida, M., Ishioka, R., Gomi, K., Nakajima, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Purification+and+characterization+of+a+biodegradable+plastic-degrading+enzyme+from+Aspergillus+oryzae%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Microbiology+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Purification and characterization of a biodegradable plastic-degrading enzyme from Aspergillus oryzae.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 67, 778-788 (2005).</li>
<li>Tokiwa, Y., Calabia, B. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodegradability+and+biodegradation+of+poly%28lactide%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Microbiology+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Biodegradability and biodegradation of poly(lactide.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 72, 244-251 (2006).</li>
<li>Karjomaa, S., Suortti, T., Lempiäinen, R., Selin, J. -F., Itävaara, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+degradation+of+poly-%28L-lactic+acid%29+oligomers%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Degradation+and+Stability%22%5BJournal%5D)">Microbial degradation of poly-(L-lactic acid) oligomers.</a> Polymer Degradation and Stability. 59, 333-336 (1998).</li>
<li>Miles, C., Wallace, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deterioration+of+potentially+biodegradable+alternatives+to+black+plastic+mulch+in+three+tomato+production+regions%5BTitle%5D)+AND+%22HortScience%22%5BJournal%5D)">Deterioration of potentially biodegradable alternatives to black plastic mulch in three tomato production regions.</a> HortScience. 47 (9), 1270-1277 (2012).</li>
<li>Hedh, J., Wallander, H., Erland, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ectomycorrhizal+mycelial+species+composition+in+apatite+amended+and+non-amended+mesh+bags+buried+in+a+phosphorus-poor+spruce+forest%5BTitle%5D)+AND+%22Mycological+Research%22%5BJournal%5D)">Ectomycorrhizal mycelial species composition in apatite amended and non-amended mesh bags buried in a phosphorus-poor spruce forest.</a> Mycological Research. 112, 681-688 (2008).</li>
<li>Wallander, H., Hagerberg, D. Do ectomycorrhizal fungi have a significant role inweathering of minerals in forest soil?. 4th International Symbiosis Congress, Halifax, Canada, , (2003).</li>
<li>Hehemann, J. -H., Correc, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochemical+and+structural+characterization+of+the+complex+agarolytic+enzyme+system+from+the+marine+bacterium+Zobellia+galactanivorans%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biological+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Biochemical and structural characterization of the complex agarolytic enzyme system from the marine bacterium Zobellia galactanivorans.</a> Journal of Biological Chemistry. 287, 30571-30584 (2012).</li>
<li>Stanier, R. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studies+on+marine+agar-digesting+bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Bacteriology%22%5BJournal%5D)">Studies on marine agar-digesting bacteria.</a> Journal of Bacteriology. 42 (4), 527-559 (1941).</li>
<li>Hirsch, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+life+at+extremely+low+nutrient+levels%5BTitle%5D)+AND+%22Advances+in+Space+Research%22%5BJournal%5D)">Microbial life at extremely low nutrient levels.</a> Advances in Space Research. 6, 287-298 (1986).</li>
<li>Wainwright, M., Adam, T., Barakah, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+the+role+of+oligotrophic+micro-organisms+in+biodeterioration%5BTitle%5D)+AND+%22International+Biodeterioration+and+Biodegradation%22%5BJournal%5D)">A review of the role of oligotrophic micro-organisms in biodeterioration.</a> International Biodeterioration and Biodegradation. 31, 1-13 (1993).</li>
<li>Wainwright, M., Barakah, R., Al-Turk, I., Ali, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oligotrophic+micro-organisms+in+industry%2C+medicine%2C+and+the+environment%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Progress%22%5BJournal%5D)">Oligotrophic micro-organisms in industry, medicine, and the environment.</a> Science Progress. 75, 313-322 (1991).</li>
<li>Parkinson, S. M., Wainwright, M., Killham, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observations+on+oligotrophic+growth+of+fungi+on+silica+gel%5BTitle%5D)+AND+%22Mycological+Research%22%5BJournal%5D)">Observations on oligotrophic growth of fungi on silica gel.</a> Mycological Research. 93 (4), 529-534 (1989).</li>
<li>Hill, T., Kafer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+protocols+for+Aspergillus+minimal+medium%3A+trace+element+and+minimal+medium+salt+stock+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Fungal+Genetics+Newsletter%22%5BJournal%5D)">Improved protocols for Aspergillus minimal medium: trace element and minimal medium salt stock solutions.</a> Fungal Genetics Newsletter. 48, 20-21 (2001).</li>
<li>Hutner, S. H., Provasoli, L., Schatz, A., Haskins, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Some+approaches+to+the+study+of+the+role+of+metals+in+the+metabolism+of+microorganisms%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+American+Philosophical+Society%22%5BJournal%5D)">Some approaches to the study of the role of metals in the metabolism of microorganisms.</a> Proceedings of the American Philosophical Society. 94, 152-170 (1950).</li>
<li>Affeldt, K. J., Brodhagen, M., Keller, N. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aspergillus+oxylipin+signaling+and+quorum+sensing+pathways+depend+on+G+protein-coupled+receptors%5BTitle%5D)+AND+%22Toxins%22%5BJournal%5D)">Aspergillus oxylipin signaling and quorum sensing pathways depend on G protein-coupled receptors.</a> Toxins. 4, 695-6171 (2012).</li>
<li>Sambrook, J., Russell, D. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSambrook%2C+J+%22Molecular+cloning%3A+a+laboratory+manual%22">Molecular cloning: a laboratory manual</a>. , 3rd edition, Cold Spring Harbor Laboratories Press. Cold Spring Harbor, New York, NY. (2001).</li>
<li>Marzluf, G. A. Physiology, metabolism, and molecular aspects of filamentous fungi. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMarzluf%2C+GA+%22Methods+for+General+and+Molecular+Microbiology%22">Methods for General and Molecular Microbiology</a>. Reddy, C. A., Beveridge, T. J., Breznak, J. A., Marzluf, G. A., Schmidt, T. M., Snyder, L. R. , ASM Press. Washington, D.C. 952-964 (2007).</li>
<li>Peters, J. E. Gene transfer in Gram-negative bacteria. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPeters%2C+JE+%22Methods+for+General+and+Molecular+Microbiology%22">Methods for General and Molecular Microbiology</a>. Reddy, C. A., Beveridge, T. J., Breznak, J. A., Marzluf, G. A., Schmidt, T. M., Snyder, L. R. , ASM Press. Washington, D.C. 735-755 (2007).</li>
<li>Yabannavar, A. V., Bartha, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+assessment+of+biodegradability+of+plastic+films+in+soil%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+and+Environmental+Microbiology%22%5BJournal%5D)">Methods for assessment of biodegradability of plastic films in soil.</a> Applied and Environmental Microbiology. 60 (10), 3608-3614 (1994).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Opisana w niniejszym dokumencie procedura stanowi technikę pierwszego przejścia do izolowania potencjalnych degraderów BDM z gleby i została z powodzeniem zastosowana do izolacji grzybów z BDM zakopanych w glebie przez siedem miesięcy. Grzyby rosły po ponownym nałożeniu na świeży materiał BDM tego samego typu, co wskazuje, że izolowane grzyby były rzeczywiście kolonizatorami, a błony nie hamowały wzrostu grzybów. Izolacja grzybów i bakterii rozkładających tworzywa sztuczne może potencjalnie prowadzić do ich wykorzystania...

Degradacja była historycznie uważana za niepożądaną cechę polimerów plastikowych, ponieważ ich rozpad skraca żywotność i trwałość produktu. W ostatnim czasie świadomość problemów środowiskowych, jakie stwarzają odpady z tworzyw sztucznych w środowisku naturalnym1,2,3, sprawiła, że biodegradowalne tworzywa sztuczne stały się atrakcyjną alternatywą dla konwencjonalnych tworzyw sztucznych. Degradacja (zdefiniowana jako zmiany strukturalne, fragmentacja i zmniejszenie masy cząsteczkowej, integralności i wytrzymałości4,5) zachodzi w wyniku szeregu zdarzeń, w tym zarówno procesów abiotycznych (stres termiczny, fotoutlenianie, hydroliza, erozja i naprężenia mechaniczne), jak i degradacji biologicznej6. Podczas gdy procesy abiotyczne mogą zmieniać wielkość fragmentów i właściwości tworzyw sztucznych, mikroorganizmy są niezbędne do ich ostatecznej mineralizacji do wody i dwutlenku węgla (w warunkach tlenowych) i/lub metanu (w warunkach beztlenowych).
W rolnictwie istnieje znaczna nisza dla biodegradowalnych tworzyw sztucznych, gdzie plastikowe ściółki są używane do zapobiegania wzrostowi chwastów, zatrzymywania wilgoci w glebie i zwiększania temperatury gleby7,8 . Setki tysięcy akrów w samych Stanach Zjednoczonych pokryte są plastikowymi ściółkami9, w tym ściółkami wykonanymi z biodegradowalnego plastiku. Po zakończeniu sezonu wegetacyjnego możliwości utylizacji ściółki ulegających biodegradacji (BDM) obejmują wywóz na wysypisko śmieci, spalanie w celu odzysku energii10, degradację poprzez kompostowanie lub degradację w glebie po uprawieroli 11. Spośród nich najmniej pracochłonnym losem jest wciskanie BDM w glebę, ale bez wydajnej degradacji i mineralizacji w miesiącach niezwiązanych z uprawami (zwykle zimą), fragmenty plastiku mogą pozostać i zakłócać pracę sprzętu rolniczego podczas wiosennej uprawy i sadzenia oraz utrzymywać się w środowisku, w którym znacząco wpływają na dziką przyrodę, życie roślin i mikrobiotę1,2,3,10.
Chociaż wiele produktów z tworzyw sztucznych, w tym rolnicze folie ściółkowe, nosi etykietę "biodegradowalny" lub "kompostowalny", w praktyce degradacja i mineralizacja mogą być zbyt nieefektywne i/lub zbyt niekompletne, aby rozkład w glebie stanowił realną alternatywę dla utylizacji tych produktów. Na przykład oksybiodegradowalne polietyleny osiągnęły tylko 12,4% mineralizacji po roku wietrzenia i trzech kolejnych miesiącach w kompoście o temperaturze 58 °C, a mniej niż połowa tej mineralizacji wystąpiła, gdy temperatura kompostu wynosiła 25 °C12. Zimą temperatury gleby w większości miejsc byłyby niższe niż którakolwiek z tych temperatur, co prawdopodobnie skutkowałoby jeszcze niższą aktywnością mikrobiologiczną, a co za tym idzie, mniejszą mineralizacją. Oprócz powolnego tempa degradacji, nadużywanie terminu "biodegradowalny" doprowadziło do braku zaufania do tych produktów ze strony konsumentów13,14, w tym tych z branży rolniczej. Biodegradacja to przemiana polimerów w dwutlenek węgla (i/lub metan) i wodę14 przez naturalnie występujące mikroorganizmy4. Dlatego biodegradacja musi być mierzona chemicznie; Fizyczne powiązanie mikroorganizmów z podłożem nie oznacza degradacji mikrobiologicznej tego materiału.
W ramach starań o zbadanie zrównoważonego wykorzystania BDM w rolnictwie, to badanie skupiło się na odkryciu mikroorganizmów rodzimych dla gleb rolniczych, które kolonizują i rozkładają dostępne na rynku BDM. Opublikowano standardowe metody testowe do chemicznego pomiaru rozkładu biodegradowalnych tworzyw sztucznych za pomocą środków abiotycznych i biologicznych15,16,17. Metody te nie uwzględniają jednak degradacji tworzyw sztucznych przez poszczególne gatunki drobnoustrojów ani nie zapewniają metod ich izolacji. Metodologia ta jest bardziej zbliżona do standardowych metod opracowanych do oceny tworzyw sztucznych pod kątem odporności na rozkład mikrobiologiczny po zaszczepieniu próbek zarodnikami grzybów18,19.
Gdy znane są receptury tworzyw sztucznych i dostępne jest źródło surowca, sproszkowany plastik może być zawieszony w pożywkach na bazie agaru i degradacja określona przez wizualizację stref oczyszczania13. Metoda ta była wcześniej stosowana do identyfikacji mikroorganizmów rozkładających polimery, takie jak poliuretan20, poli(bursztynian butylenu-ko-adypinian)21 i poli(kwas mlekowy)22. Podobna metoda polega na zawieszeniu czystego sproszkowanego tworzywa sztucznego w płynnym podłożu, w którym tworzywo sztuczne jest jedynym źródłem węgla20,23. Chociaż metody te mają tę zaletę, że mają zdefiniowany system, słabo naśladują degradację BDM in situ. Po pierwsze, powierzchnia jest rozłożona w inny sposób, ponieważ BDM nie są rozproszone w małych cząstkach w całej matrycy glebowej, ale raczej sprzedawane i wykorzystywane jako folie. Po drugie, skład chemiczny BDM różni się od czystych polimerów. BDM na ogół zawierają dodatki, takie jak wypełniacze, plastyfikatory i barwniki, a dodatki te mogą wpływać na rozwój drobnoustrojów, a tym samym na szybkość mineralizacji. Z tego powodu, a także dlatego, że skład niektórych folii komercyjnych w tym badaniu był zastrzeżony, folia z tworzywa sztucznego w formie gotowej do użycia w terenie została wykorzystana do izolacji grzybów i bakterii. Dla uproszczenia poniższe metody są opisane tylko dla grzybów, z modyfikacjami odnotowanymi tam, gdzie jest to właściwe dla izolacji bakteryjnych.
W niedawnym badaniu24, trzy komercyjnie dostępne BDM-y i jeden eksperymentalny film zostały użyte na terenach rolniczych w trzech różnych regionach Stanów Zjednoczonych przez jeden sezon wegetacyjny, a następnie umieszczone w siatkowych (250 mikronów) workach i zakopane na jedną zimę w glebie w tych samych miejscach. Otwory w siatce o średnicy 250 mikronów umożliwiają przenikanie strzępek grzybów, wykluczając korzenie i większość fauny glebowej oraz minimalizując ingerencję w glebę25,26. Materiały nylonowe zapobiegają degradacji worka w glebie. Po wykopaliskach izolaty grzybów odzyskano z kawałków BDM i oceniono pod kątem wzrostu na minimalnym podłożu bez źródła węgla, z wyjątkiem agaru i kwadratu o wymiarach 5 cm x 5 cm pozbawionego powierzchni nowej, nieużywanej folii BDM, która została wstępnie zdezynfekowana. Większość tworzyw sztucznych używanych jako folie nie może być sterylizowana w autoklawie bez utraty integralności, dlatego światło UV zostało użyte do zabicia wszelkich komórek drobnoustrojów znajdujących się na tworzywach sztucznych. ISO 84619 zaleca dezynsekcję powierzchni w 70% etanolu, a następnie suszenie, ale w przypadku stosowania tej metody należy upewnić się, że etanol nie ma negatywnego wpływu na żaden składnik ani dodatek do folii. Ponieważ BDM są prawdopodobnie produkowane tak, aby wytrzymać światło słoneczne, jako metodę odkażania wybrano promieniowanie UV.
Izolaty, które lepiej rosły na kawałkach BDM niż na samym minimalnym podłożu, zostały wybrane do dalszych badań. Agar, polisacharyd wytwarzany przez algi morskie, jest używany do zestalania pożywek mikrobiologicznych, ponieważ zwykle nie jest wykorzystywany metabolicznie przez mikroorganizmy godne uwagi z rolniczego i medycznego punktu widzenia; Jednak enzymy hydrolizujące agar zostały wyizolowane z bakterii morskich27, a bakterie hydrolizujące agar zostały również wyizolowane z gleby28. Oczekuje się, że zarówno polimery BDM, jak i agar będą rzadkimi substratami dla enzymów wydzielanych przez grzyby glebowe, które nie wyewoluowały w środowiskach, które zawierają te polimery jako potencjalne źródła składników odżywczych, ale oba substraty są obecne w teście biologicznym na płytce opisanym w niniejszym dokumencie (Krok 7). Grzyby, które używają BDM, ale nie agaru jako źródła węgla, można odróżnić od grzybów, które używają tylko agaru, porównując wzrost na pożywce zestalonej z agarem zawierającej i) brak dodanego źródła węgla z wyjątkiem agaru (kontrola ujemna), ii) folie BDM (eksperymentalne) i iii) glukozę (kontrola pozytywna). Oczekuje się, że wzrost wszystkich izolatów będzie zawierał minimalną ilość glukozy; Grzyby, które nie powstają na płytkach zawierających glukozę, mogą nie być zdolne do wzrostu na określonym minimalnym podłożu użytym w doświadczeniu. Potencjalne degradery BDM powinny lepiej rosnąć na minimalnym podłożu zestalonym agarem + folii BDM niż na samym minimalnym podłożu zestalonym agarem. Grzyby rosnące na minimalnych płytkach pożywki są degraderami agaru lub oligotrofami i oczekuje się, że będą również rosły na agarze związanym z foliami BDM na płytkach do testów biologicznych, ale nie na samych foliach (chyba że przypadkowo rozkładają również polimery BDM).
Aby wyeliminować możliwość zaobserwowania wzrostu mikroorganizmów z powodu użycia agaru, a nie BDM, przeprowadziliśmy nasz wstępny test kolonizacji BDM na płytkach agarowych za pomocą testu biologicznego w określonym podłożu bulionowym (Krok 9). Kawałki BDM stanowiły jedyne znane źródło węgla w probówkach do testów biologicznych.
Po wstępnym badaniu i po ożywieniu zapasów glicerolu w izolatach, niektóre z nich utworzyły skąpe, ale widoczne grzybnie w płynnym pożywce, nie zawierającej żadnego znanego źródła węgla. Wyniki te sugerowały, że niektóre z nabytych izolatów były oligotrofami - organizmami, które rosną poprzez wymiatanie bardzo małych ilości węgla, azotu i innych składników odżywczych rozpuszczonych w środowisku wodnym lub istniejących jako substancje lotne w powietrzu29,30,31. Identyfikacja gatunków za pomocą analizy rybosomalnego DNA 18S potwierdziła ten pogląd, ponieważ wiele izolatów pasowało do rodzajów grzybów, o których wcześniej informowano, że wykazują oligotrofię32. Oligotrofy, które są zwykle saprofitami, wymagają szerokiego zakresu zdolności metabolicznych do wykorzystania substratu w różnych środowiskach30. Nic więc dziwnego, że te same grzyby, które wyizolowaliśmy z BDM (przypuszczalnie wymagających niezwykłych zdolności enzymatycznych) wykazały zdolności oligotroficzne i były w stanie rosnąć na śladowych zanieczyszczeniach, takich jak oleje skórne z odcisków palców, kurz lub śladowe ilości substancji lotnych w powietrzu. Ze względu na izolację oligotrofów doszliśmy do wniosku, że wzrost na samej powierzchni BDM nie może być wykorzystany do wnioskowania o rozpadzie BDM. Metody opisane w niniejszym dokumencie odzwierciedlają nasze wysiłki mające na celu przesiewanie rodzimych kolonizatorów BDM z gleb rolniczych pod kątem rozkładu BDM w dobrej wierze.

<table><tbody><tr><td>Agar z dekstrozą ziemniaczaną</td><td>Becton Dickinson</td><td>8X05491</td><td></td></tr><tr><td>Agar</td><td>Fisher</td><td>BP 1423-2</td><td></td></tr><tr><td>Chloramfenikol</td><td>Acros Organics</td><td>200-287-4</td><td></td></tr><tr><td>Aldehyd glutarowy</td><td>Mikroskopia elektroniczna Nauki</td><td>16216-10</td><td>Toksyczne</td></tr><tr><td>sito molekularne</td><td>Fisher</td><td>M-8892</td><td></td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Pharmco-Aaper</td><td>E200</td><td></td></tr><tr><td>Contrex</td><td>Decon Labs, Inc.</td><td>5204</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm M</td><td>Pechiney Opakowanie z tworzywa sztucznego</td><td>S37440</td><td></td></tr><tr><td>Sole mineralne do i pożywek</td><td>Fisher</td><td>Various</td><td>Różni sprzedawcy sprzedają te odczynniki</td></tr></tbody></table>

izolacja rodzimych mikroorganizmów glebowych z potencjałem do rozkładania biodegradowalnych folii ściółkowych z tworzyw sztucznych stosowanych w rolnictwie

Isolation of Native Soil Microorganisms with Potential for Breaking Down Biodegradable Plastic Mulch Films Used in Agriculture

Grzyby występujące na glebach rolnych, które skolonizowały dostępne na rynku biodegradowalne folie ściółkowe (BDM), zostały wyizolowane i ocenione pod kątem potencjału degradacji tworzyw sztucznych. Zazwyczaj, gdy znane są receptury tworzyw sztucznych i dostępne jest źródło surowca, sproszkowane tworzywo sztuczne można zawiesić w pożywkach na bazie agaru, a degradację określić za pomocą wizualizacji stref oczyszczania. Jednak takie podejście słabo naśladuje degradację BDM in situ. Po pierwsze, BDM nie są rozproszone jako małe cząstki w całej matrycy glebowej. Po drugie, BDM nie są sprzedawane komercyjnie jako czyste polimery, ale raczej jako folie zawierające dodatki (np. wypełniacze, plastyfikatory i barwniki), które mogą wpływać na rozwój drobnoustrojów. Opisane w niniejszym dokumencie procedury zastosowano w odniesieniu do izolatów pozyskanych z zakopanych w glebie folii ściółkowych. Izolaty grzybów pozyskane z wykopanych BDM były testowane indywidualnie pod kątem wzrostu na kawałkach nowych, zniekształconych BDM ułożonych na określonym podłożu nie zawierającym źródła węgla poza agarem. Izolaty, które rosły na BDM, były dalej testowane w ciekłym podłożu, w którym BDM były jedynym źródłem dodanego węgla. Po około dziesięciu tygodniach kolonizację grzybów i degradację BDM oceniano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej. Izolaty zidentyfikowano poprzez analizę sekwencji genów rybosomalnego RNA. W tym raporcie opisano metody izolacji grzybów, ale bakterie również zostały wyizolowane przy użyciu tych metod, podstawiając pożywki odpowiednie dla bakterii. Nasza metodologia powinna okazać się przydatna w badaniach nad rozpadem nienaruszonych folii z tworzyw sztucznych lub produktów, dla których surowce z tworzyw sztucznych są nieznane lub niedostępne. Jednak nasze podejście nie zapewnia ilościowej metody porównywania tempa degradacji BDM.

W niedawnym badaniu24, po cztery powtórzenia każdego z trzech dostępnych komercyjnie BDM oznaczonych jako „biodegradowalne”, a także film eksperymentalny i konwencjonalny plastik jako kontrola, zostały rozmieszczone na glebie jako ściółka do uprawy pomidorów wiosną 2010 roku w Mount Vernon, WA, Knoxville, TN i Lubbock, TX. Jesienią 2010 roku z każdej zwietrzałej ściółki w czterech powtórzeniach pól wycięto kwadraty z folii BDM, a następnie usunięto rodzimą glebę bezpośrednio spod obszaru, z którego wycięto pró...

Folie z tworzywa sztucznego oznaczone jako "biodegradowalne" są dostępne na rynku do użytku rolniczego jako ściółki. Uprawa roli stanowi atrakcyjną metodę utylizacji, ale degradacja w warunkach polowych jest słabo poznana. Celem pracy było opracowanie metod izolacji rodzimych grzybów glebowych i bakterii, które kolonizują plastikowe folie ściółkowe po zakopaniu w polu.

Izolacja rodzimych mikroorganizmów glebowych z potencjałem do rozkładania biodegradowalnych folii ściółkowych z tworzyw sztucznych stosowanych w rolnictwie

Fungi native to agricultural soils that colonized commercially available biodegradable mulch (BDM) films were isolated and assessed for potential to ...

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest izolacja grzybów i bakterii glebowych, które kolonizują i degradują biodegradowalne folie ściółkujące. Osiąga się to poprzez inkubację biodegradowalnych folii ściółkujących w siatkowych woreczkach w glebie przez czas wystarczająco długi, aby umożliwić znaczną kolonizację przez rodzime mikroorganizmy glebowe. Po inkubacji folie ściółkujące są wyjmowane, a następnie poddawane posiewowi metodą rozcieńczeń, co pozwala na uzyskanie pojedynczych odizolowanych kolonii każdego hodowalnego typu ściśle powiązanego mikroorganizmu.Następnie wyizolowane mikroby nanosi się na nową powierzchnię, odkażone, biodegradowalne ściółki, a także na płytki z agarem z dodatkiem lub bez dodatku źródła węgla. W celu porównania wzrostu, wyniki potwierdza się następnie w medium płynnym. Wyniki wskazują na kolonizację i/lub degradację przez określone izolaty na podstawie skaningowej mikroskopii elektronowej i mogą zostać zweryfikowane za pomocą chromatografii przenikania żelowego.Należy pamiętać, że praca z niezidentyfikowanymi izolatami grzybów i bakterii może być niebezpieczna, dlatego podczas wykonywania tej procedury należy zawsze przestrzegać środków ostrożności,

isolation-native-soil-microorganisms-with-potential-for-breaking-down

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Izolacja rodzimych mikroorganizmów glebowych o potencjale do rozkładu biodegradowalnych foli foliowanych stosowanych w rolnictwie

Zacznij od beztlenowej komory fermentacyjnej, szczelnego, beztlenowego reaktora wysianego syntetycznym szlamem, który naśladuje osiadłe ciała stałe ze ścieków.Osad zawiera mezofilne mikroorganizmy beztlenowe, mieszaną zbiorowisko mikroorganizmów.Mikroorganizmy te rozwijają się w umiarkowanych temperaturach i napędzają trawienie materii organicznej osadu.Stale mieszaj osad, aby podtrzymać aktywność bakterii i wspomóc trawienie.Później dodaj do szlamu bioplastiki, które są polimerami...

Fermentacja beztlenowa biotworzyw do produkcji biogazu

Zanieczyszczenie wpływa na wszystkie biomy. Szczególnie ucierpiały środowiska morskie, zwłaszcza rafy koralowe, jeden z najbardziej wrażliwych ekosystemów na Ziemi. Bioremediacja to zdolność organizmów do rozkładu zanieczyszczeń. W tym miejscu opisujemy metodologie izolowania i testowania drobnoustrojów prezentujących zdolność bioremediacji i potencjalne cechy probiotyczne dla koralowców.

Poszukiwanie szczepów drobnoustrojów do bioremediacji i rozwoju probiotyków do badań i ochrony metaorganizmów

Tutaj prezentujemy protokół badania różnorodności biologicznej gleby w poszukiwaniu szczepów grzybów biorących udział w degradacji opornych materiałów. Najpierw izoluje się szczepy grzybów, które mogą rosnąć na kwasach humusowych lub lignocelulozie. Ich aktywność jest następnie testowana zarówno w testach enzymatycznych, jak i na zanieczyszczeniach, takich jak węglowodory i tworzywa sztuczne.

Izolacja i badania przesiewowe pod kątem różnorodności biologicznej gleby pod kątem grzybów biorących udział w degradacji opornych materiałów

Pokazujemy powstawanie i charakterystykę wymiarową mikro- i nanoplastików (odpowiednio MP i NPs) za pomocą stopniowego procesu mechanicznego mielenia, mielenia i analizy obrazowej.

Formowanie mikro- i nanoplastików z rolniczych folii z tworzyw sztucznych do zatrudnienia w badaniach podstawowych

Szybka i ustandaryzowana procedura tworzenia synergicznych wielogatunkowych zbiorowisk biofilmu z różnych gleb ryzosfery jest przedstawiona tutaj. Jest to unikalny protokół przeznaczony do badania i symulacji złożonej mikrobioty glebowej ryzosfery.

Podejście do konstruowania wielogatunkowych zbiorowisk biofilmu z gleby ryzosfery

Przedstawiona tutaj jest metoda ekstrakcji mikroplastiku z gleby i identyfikacji ich typów polimerów. Metoda została zoptymalizowana pod kątem wykonania, możliwości zastosowania i opłacalności. Stanowi ona naukowe podstawy do standaryzacji metody analitycznej do identyfikacji mikrodrobin plastiku w glebie.

Separacja i identyfikacja konwencjonalnych mikrodrobin plastiku z gleb użytków rolnych

Technika iChip wykorzystuje niedrogie i proste urządzenie do izolacji in-situ, które zwiększa tempo odkrywania nowych mikroorganizmów z gleby. Nowe mikroorganizmy mogą być wykorzystywane m.in. do dalszych badań nad mikrobiomem glebowym lub odkrywaniem produktów naturalnych.

Izolacja mikroorganizmów glebowych z wykorzystaniem technologii iChip

Metoda ilościowego oznaczania mikro- i nanoplastików pochodzących z politereftalanu adypinianu butylenu w glebie za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego jest opisana tutaj. Technika ta stanowi ulepszenie istniejącej metodologii, ponieważ obejmuje kwantyfikację nanoplastików i można ją łatwo dostosować do masowego przetwarzania próbek środowiskowych.

Kwantyfikacja mikro- i nanoplastików na bazie politereftalanu adypinianu butylenu z gleby za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego protonów

Ten protokół opisuje projekt i użycie chipa izolacyjnego (iChip) do hodowli in situ opornych mikrobów glebowych w ich naturalnym środowisku. Opisano w nim również hodowlę in situ bakterii glebowych wytwarzających środki przeciwdrobnoustrojowe. Protokół można dostosować do odzyskiwania bakterii z różnych nisz o innych pożądanych właściwościach.

In Situ Izolacja i hodowla opornych bakterii glebowych za pomocą chipa izolacyjnego (iChip)

W niniejszym filmie przedstawiono procedurę izolacji nienaruszonych protoplastów z tkanek 14-dniowych siewek Arabidopsis. Biorąc pod uwagę, że wyizolowane protoplasty pozostają nienaruszone przez co najmniej 96h i są izolowane z siewek zamiast z miesięcznych, dojrzałych roślin, procedura ta przyspiesza analizy wymagające zastosowania nienaruszonych protoplastów.

Izolacja protoplastów z tkanek 14-dniowych siewek Arabidopsis thaliana

Odkryj metodę izolacji rodzimych grzybów i bakterii glebowych kolonizujących biodegradowalne folie ściółkowe. Technika ta pozwala badać zdolność mikroorganizmów do rozkładu tworzyw sztucznych w rolnictwie.

Izolacja rodzimych mikroorganizmów glebowych z potencjałem do rozkładania biodegradowalnych folii ściółkowych z tworzyw sztucznych stosowanych w rolnictwie (Wideo) | JoVE Journal

Izolacja rodzimych mikroorganizmów glebowych z potencjałem do rozkładania biodegradowalnych folii ściółkowych z tworzyw sztucznych stosowanych w rolnictwie

Przeglądaj więcej filmów