وثيقة
Impact of elemental sulfur on the abundance and diversity of soil sulfur-oxidizing bacteria and their use for increasing elemental sulfur oxidation rates in Omani saline soils.
عناوين أخرى
تأثير عنصر الكبريت في وفرة وتنوع البكتيريا المؤكسدة للكبريت واستخدامها لزيادة معدلات أكسدة الكبريت في التربة العمانية المالحة
الناشر
Sultan Qaboos University.
ميلادي
2022
اللغة
الأنجليزية
الملخص الإنجليزي
Biotechnological solutions for environmental issues are preferred over other chemical
or physical approaches for their efficacy, eco, and environmental sustainability. The
use of sulfur-oxidizing bacteria (SOBs) as bio-inoculants has been widely proposed. It
enhances sulfur oxidation in soils, increases bioavailable soil sulfate and lessens
fertilizer application. In this project, we hypothesize that: a) Omani soils will hold a
diverse SOB community; and b) Extremophilic (halophilic, thermophilic alkaliphiles)
SOB can be isolated with potential biotechnological applications for increasing the
oxidation of the elemental S during the reclamation and management of saline-sodic
soil. The objectives of the study are, to assess the impact of elemental sulfur in the
abundance and diversity of the chemo-lithotrophic sulfur-oxidizing bacteria in soils by
16S rRNA sequencing, and to isolate and identify sulfur-oxidizing bacteria from soils
fertilized with elemental sulfur using enrichment and plating. This study also aimed to
quantify the elemental sulfur oxidation activity of isolated culturable SOB strains and
evaluate the range of temperatures, pHs and ionic strengths in which these SOB
bacteria can be cultivated, in order to assess the suitability for their inoculation in
saline soils. The GS-MS quantification of elemental sulfur showed that only a marginal
oxidation rate of elemental sulfur was observed when soil solutions' NaCl
concentrations were adjusted to over 10%. This was associated with a reduction by 89
% of sulfate release for when soil solutions NaCl concentrations, compared to when
no NaCl was added. The results from this study showed that for five different soils
from Al-Batinah, there was a significant difference in the number of SOB 16s rRNA
sequences between the soils treated with 1000 mg kg -1
and unamended control soils
(without elemental sulfur application). Moreover, the overall number of OTUs
detected increased for soils incubated with 1000 mg kg -1
elemental sulfur. From the
sulfur-treated soils, strains were isolated using different agar media selective for SOB.
Among these isolates 15 different strains with positive Maldi-biotyper identification
were selected for further screening: Achromobacter xylosoxidans S1, Bacillus
horikoshii S2, Bacillus megaterium S3, Cellulosimicrobium cellulans S4,
Enterobacter cloacae S5 and S6, Halomonas aquamarine S7, Ochrobactrum
intermedium S8, Paenibacillus amylolyticus S9, Paenibacillus glucanolyticus S10,
Paracoccus versutus S11, Pseudomonas aeruginosa S12, Pseudomonas indica S13,
Pseudomonas medosina S14 and Stenotrophomonas maltophilia S15. The highest
sequence among isolated species was in Paracoccus spp. The change of number of
sequences from these isolated from the 16 rRNA diversity analysis after sulfur
application was a 35.1% increase, showing that these strains are increased by Sulfur
application and therefore likely SOB. Furthermore, all isolated strains were able to
grow both chemoorganotrophically and chemolithotrophically. Halomonas
aquamarine S7, Enterobacter cloacae S6 and Cellulosimicrobium cellulans S4
showed the highest in vitro potential for S0 oxidation and pH reduction respectively. Halomonas aquamarine S7 was the most halophilic SOB, able to withstand the highest
NaCl dose (2M) of with cell growth of 1.40 x107 CFU ml-1after 20 h. Halomonas
aquamarine was here characterized as a halophilic and alkaliphile and was able to
oxidise sulfur to sulfate in vitro (44 mg L-1 day-1
) causing a slight reduction of media
pH up to -0.41 point. Therefore, Halomonas aquamarine S7 was the most promising
sulfur oxidizing bacteria isolated, and was selected to be tested as a inoculant for
Omani saline-sodic soils for increasing sulphur oxidation under these conditions.
Further studies are needed to test the inoculation of this bacteria, its survival and
sulphur oxidation efficiency in real Omani soil environments and conditions.
المجموعة
URL المصدر
الملخص العربي
استخدام التقنيات الحيوية في حل مشاكل البيئة تعتبر أكثر ملاءمة عن الأساليب الكيميائية أو الفيزيائية الأخرى لفعاليتها واستدامتها البيئية. فقد أقترح موضوع استخدام البكتيريا المؤكسدة للكبريت كملقحات حيوية على نطاق واسع في مناسبات كثيرة لما لها من تعزيز عمليات أكسدة معدن الكبريت في التربة. حيث أظهرت كثير من الدراسات فعاليتها في زيادة كبريتات التربة المتاحة حيويا لتغذية النباتات وتقليل استهالك الأسمدة. في هذا المشروع تم افتراض الأتي: أ( تحتضن التربة العمانية تنوع كبير من مجتمعات البكتيريا المؤكسدة للتربة. ب( بالأمكان عزل البكتيريا المؤكسدة للكبريت التي تتحمل الظروف القصوى كالملوحة، والقلوية، ودرجات الحرارة العالية مع قابليتها الحيوية لزيادة أكسدة الكبريت في أثناء استصالح وإدارة التربة المالحة القلوية بعنصر الكبريت. تتمثل أهداف الدراسة في تقيم تأثير عنصر الكبريت في وفرة وتنوع البكتيريا المؤكسدة للكبريت غير العضوي في التربة بواسطة تسلسل rRNA S،16 وعزل وتحديد البكتيريا المؤكسدة للكبريت من التربة المخصبة بالكبريت الأولي. تهدف هذه الدراسة أي ًضا إلى تحديد نشاط السالالت البكتيرية المؤكسدة للكبريت الأولي والقابلة لالستزراع المختبري مع تقييم نطاق درجات الحرارة، ودرجات الحموضة والقوة الأيونية التي يمكن أن تزرع فيها من أجل تقييم مدى مالءمة تلقيحها في التربة المالحة. أظهر التقدير الكمي لنتائج MS-GS الكبريت العنصري أن معدل الأكسدة الهامشية للكبريت تحصل عندما تم تعديل تركيزات كلوريد الصوديوم في محاليل التربة إلى أكثر من .٪10 وقد ترافق ذلك مع انخفاض بنسبة ٪89 في إطالق الكبريتات عند تركيزات كلوريد الصوديوم في محاليل التربة، مقارنةً عند عدم إضافة كلوريد الصوديوم. أظهرت نتائج هذه الدراسة أيضا اختالف واضح في أعداد تسلسالت rRNA S16 للبكتيريا المؤكسدة للكبريت لخمسة أنواع من التربة من محافظة الباطنة بعد معالجتها ب ( kg mg 1000 )من الكبريت مقارنة مع نفس التربة الغير معالجة بعنصر الكبريت. عالوة على ذلك زاد (-1 -1 العدد الأجمالي للوحدات التصنيفية (OUT )المكتشفة للتربة المعالجة بعنصر الكبريت ) أيضا .(1000 mg kg تم عزل سالالت للبكتريا المؤكسدة للكبريت من التربة المعالجة بالكبريت باستخدام وسائط مختلفة من الأجار الغذائية الأنتقائية. من بين هذه السالالت البكتيرية تم اختيار 15 ساللة مختلفة مع تحديد أسمائها العلمية باستخدام جهاز biotyper-Maldi، وتم إجراء المزيد من الفحوصات للسالالت المعرفة الأتية: Achromobacter xylosoxidans S1, Bacillus horikoshii S2, Bacillus megaterium S3, Cellulosimicrobium cellulans S4, Enterobacter cloacae S5 and S6, Halomonas aquamarine S7, Ochrobactrum intermedium S8, Paenibacillus amylolyticus S9, Paenibacillus glucanolyticus S10, Paracoccus versutus S11, Pseudomonas aeruginosa S12, Pseudomonas indica S13, Pseudomonas medosina S14 and Stenotrophomonas maltophilia S15. تظهر نتائج تحليل التنوع rRNA S16 أن أعلى تسلسل من بين الأنواع المعزولة كان في نوع Paracoccus. كان هناك زيادة بنسبة 35.1% في عدد التسلسالت بعد المعالجة بالكبريت مما يدل على أن هذه الساللة من البكتيريا المؤكسدة للكبريت. عالوة على ذلك، كانت جميع السالالت المعزولة قادرة على النمو على حد سواء في وسط غذائي عضوي أو وسط غذائي كيميائي )غير عضوي(. أظهرت نتائج المختبر أن كل من: Halomonas أكبر تمتلك Cellulosimicrobium cellulans S4و Enterobacter cloacae S6و Aquamarine S7 قدرة ألكسدة عنصر الكبريت وخفض درجة الحموضة على التوالي. بالأضافة كانت Halomonas 7S Aquamarine من أكثر الأنواع المعزولة القادرة على تحمل أعلى جرعة من كلوريد الصوديوم )2موالر( 10x 1.40بعد 20 ساعة من الحضانة. أيضا تم تصنيف Halomonas 7 ml CFU -1 مع نمو الخاليا بمقدار 7S Aquamarine بأنها فادرة على النمو في وسط ملحي وقلوي وأثبتت مختبريا أن لها القدرة على أكسدة الكبريت إلى كبريتات بمعدل )44 مجم /لتر/يوم( مما تسبب في انخفاض طفيف في درجة الحموضة الوسط الحاضن تصل إلى 0.41- نقطة. لذلك، كانت 7S Aquamarine Halomonas من بين أكثر السالالت المعزولة الواعدة لتستخدم كملقح للتربة العمانية المالحة لزيادة أكسدة الكبريت فيها في ظل هذه الظروف. هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لاختبار تلقيح هذه البكتيريا، وبقائها على قيد الحياة وكفاءة أكسدتها للكبريت في بيئات وظروف التربة العمانية الحقيقية.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية