Efecto de bacterias emulsificantes en la atenuación de la fitotoxicidad de suelos contaminados con petróleo intemperizado

Introducción: Las plantas y los microorganismos se han utilizado como bioindicadores de la toxicidad inducida por hidrocarburos presentes en los suelos. Objetivo: El presente trabajo evaluó la toxicidad de un Gleysol contaminado de origen con diferentes concentraciones de petróleo intemperizado, recolectado en la Venta Tabasco (México), en el crecimiento de Clitoria ternatea, y la atenuación de la fitotoxicidad con la inoculación de bacterias emulsificantes. Metodología: Se usaron suelos con 50 y 150 g HTPI kg-1, y un suelo testigo con 0.15 g HTPI kg-1 (origen biogénico), y la inoculación de seis bacterias emulsificantes y su combinación (consorcio). La fitotoxicidad de los HTPI se evaluó considerando la altura, la biomasa seca (radical, aérea y total), el área foliar, el área foliar específica, y la eficiencia del fotosistema II (EPSII), a los 30 días. Resultados: Los HTPI no afectaron la altura, pero el suelo con 50 g HTPI kg-1 redujo la biomasa seca radical y total, y el área foliar con respecto a las plantas en los suelos testigo y con 150 g HTPI kg-1. La cepa Sml (Stenotrophomonas maltophilia C10S1) incrementó significativamente la biomasa seca total; la cepa Ro (Raoultella ornithinolyticaC5S3) produjo mayor área foliar específica con respecto a plantas no inoculadas. En el suelo testigo, el consorcio bacteriano estimuló la altura; las cepas Sm (Serratia marcescens C11S1) y Sm2 (S. marcescens C7S3) mejoraron la altura y el área foliar específica con respecto a plantas no inoculadas, en el suelo con 50 g HTPI kg-1. En el suelo con 150 g HTPI kg-1, las cepas Spa (Stenotrophomonas pavanii C5S3F) y Cfr (Citrobacter freundii C4S3) incrementaron la biomasa seca radical y aérea, respectivamente. La EPSII no fue afectada por la contaminación de los suelos. Las bacterias emulsificantes redujeron la fitotoxicidad de HTPI, pero dependiendo de su contenido en los suelos. Conclusiones: El suelo con 50 g HTPI kg-1 mostró mayor toxicidad en el crecimiento de las plantas. La inoculación bacteriana favoreció el crecimiento, producción de biomasa, y área foliar en el suelo con 150 g HTPI kg-1. La EPSII no fue afectada por la presencia de HTPI en el suelo.

Introduction: Plants and microorganisms have been used as bioindicators to evaluate the toxicity of hydrocarbons in soils. Objective: This study evaluates the toxicity of a chronically-contaminated Gleysol with several concentrations of weathered petroleum hydrocarbons (WPH), collected from La Venta, Tabasco (Mexico), on the growth of Clitoria ternatea and the phytoxicity attenuation due to inoculation of emulsifying bacteria. Methods: Soils with 50 and 150 g WPH kg-1, and control soil with 0.15 g WPH kg-1 (biogenic origin) were utilized, as well as the inoculation of six emulsifying bacteria and their combination (consortium). The WPH-phytotoxicity was evaluated by considering plant height, dry biomass production (root, shoot, and total), leaf area, specific leaf area, and the efficiency of photosystem II (EPSII), after 30 days. Results: WPH did not affect plant height, but soil with 50 g WPH kg-1 diminished root and total dry weight, and leaf area, when compared to both control soil and soil with 150 g WPH kg-1. The strain Sml (Stenotrophomonas maltophilia C10S1) significantly increased shoot and total dry weight, while the strain Ro (Raoultella ornithinolytica C5S3) produced higher specific leaf area relative to uninoculated plants. In control soil, the bacterial consortium stimulated plant height. The strains Sm (Serratia marcescens C11S1)and Sm2 (S. marcescens C7S3) improved plant height and specific leaf area when compared to uninoculated plants in soil with 50 g WPH kg-1. In soil with 150 g WPH kg-1, strains Spa (Stenotrophomonas pavanii C5S3F)and Cfr (Citrobacter freundii C4S3)enhanced root and shoot dry weight, respectively. The EPSII was unaffected by soil contamination. Emulsifying bacteria reduced the phytotoxic effects of WP, but depending on the content of WPH in soils. Conclusions: Soil with 50 g WPH kg-1 showed the greatest phytotoxic effects on plant growth. Bacterial inoculation favored growth, biomass production and leaf area in soil with 150 g WPH kg-1. The EPSII was not affected by WPH in soils.

Laguncularia racemosa (Combretaceae) y bacterias terrestres asociadas medio siglo después de la contaminación crónica por hidrocarburos

La evaluación del impacto del petróleo en la interacción suelo-raíz de la planta de mangle blanco, Laguncularia racemosa, es básica para identificar los cambios en la actividad microbiana y en el potencial biotecnológico para la remediación de histosoles contaminados. El objetivo de la investigación fue evaluar la distribución espacial de los hidrocarburos totales del petróleo (HTP) en el suelo orgánico, la densidad poblacional de bacterias promotoras del crecimiento vegetal, así como la respiración microbiana en el rizoplano (RI) en la rizósfera (RZ) y en suelo no rizosférico (SNR) de L. racemosa. Una superficie de 8 000 m2 de un histosol afectado desde 1967 y 1968 se evaluó por derrame crónico de petróleo y lodos de perforación provenientes del pozo petrolero La Venta 248. Se seleccionaron 15 árboles de L. racemosa y se extrajeron muestras del RI, RZ y SNR. Los HTP se extrajeron en equipo soxhlet con diclorometano durante ocho horas y se cuantificaron por gravimetría. La cantidad promedio extraída de HTP permitió la diferenciación de cuatro suelos (S) en el área evaluada, con valor promedio para el S1 de 1 797 mg kg-1 (no contaminado para la normativa mexicana) y tres suelos contaminados: S2 con 3 294, S3: 5 249 y S4: 10 389 mg kg-1. Los resultados evidencian diferencias estadísticas (Duncan, P ≤ 0.05) entre medias de las variables evaluadas. La mayor acumulación de HTP fue 22 962 mg kg-1, se extrajo del SNR en el S4. Las mayores densidades de bacterias fijadoras de N, solubilizadoras de P, Azospirillum y Azotobacter fueron bioestimuladas por la presencia de niveles altos de HTP en el suelo, sin embargo la respiración microbiana fue inhibida. Los resultados sugieren que L. racemosa es sostenible en suelos con petróleo intemperizado, y es un bioestimulador de la actividad microbiana para la atenuación natural.

The evaluation of the impact of oil on the soil-root interaction of the white mangrove plant, Laguncularia racemosa is essential to identify changes in microbial activity and biotechnological potential for remediation contaminated histosols. The objective was to evaluate the spatial distribution of total petroleum hydrocarbons (THP) in organic soil, the population density of plant growth promoting bacteria, also in microbial respiration in the rhizoplane (RI), in the rhizosphere (RZ) and in non-rhizospheric soil (NRS) of L. racemosa. An area of 8 000 m2 of an affected histosol was evaluated, during 1967 and 1968, by chronic oil spill and drilling mud from the La Venta 248 oil well. Fifteen trees of this species were selected to obtain samples of the RI, RZ and NRS. The TPH were extracted in soxhlet with dichloromethane for eight hours and quantified by gravimetry. The average amount extracted from TPH allowed the differentiation of four soils (S) from the evaluated area, the average values were for S1: 1 797 mg kg-1 (not contaminated for Mexican regulations) and three contaminated soils, the values are S2: 3 294, S3: 5 249, and S4: 10 389 mg kg-1. The results show statistical differences (Duncan, P ≤ 0.05) between means of the evaluated variables. The greatest accumulation of TPH was 22 962 mg kg-1, it was extracted from the NRS in S4. The highest densities of N-fixing bacteria, P solubilizers, Azospirillum and Azotobacter were biostimulated by the presence of high levels of THP in the soil, however microbial respiration was inhibited. The results suggest that L. racemosa is sustainable in soils with weathering oil, and is a biostimulator of microbial activity for natural attenuation.

Reintroducing plant coverage in a tropical wetland contaminated with oil and sulfate: rhizosphere effects on Desulfovibrio populations / Reintroducción de cobertura vegetal en un humedal tropical contaminado con petróleo y sulfato: efecto de la rizosfera sobre poblaciones de Desulfovibrio

Abstract The Mexican tropical wetland is a coastal system with capacity to support the contamination derived from the extractive industry and the transformation of crude oil, due to its high plant biodiversity and the presence of rhizospheric reducing sulphate bacteria from plants tolerant to crude oil. A field experiment was carried out for nine months to evaluate the adaptation of aquatic plants Leersia hexandra grass and Eleocharis palustris spikerush reintroduced in a wetland contaminated with 75 560 to 118 789 mg kg-1 of weathered petroleum and also with sulfate, derived from oil and gas pipeline leaks, and gaseous emissions. The effect of the weathered oil and sulfate on the dry matter production and the population density of the bacterium Desulfovibrio spp, isolated from the rhizosphere and soil of both plants, were evaluated. The means of the variables had statistical differences (p< 0.05). Weathered oil inhibited dry matter production of L. hexandra but not E. palustris; the effect of petroleum on Desulfovibrio density was very significant negative in the rhizosphere and in the soil of both plants. Sulfate reduced the dry matter of grass. The exposure of Desulfovibrio to sulfate significantly reduced its density in rhizosphere and soil (p< 0.01). We recommend the use of E. palustris for the decontamination of flooded soils contaminated with weathered oil and sulfate. Rev. Biol. Trop. 66(2): 908-917. Epub 2018 June 01.

Resumen El humedal tropical mexicano es un sistema costero con capacidad para resistir la contaminación derivada de la industria extractiva y la transformación del petróleo crudo, debido a su alta biodiversidad de plantas y la presencia de bacterias rizosféricas reductoras de sulfato de plantas tolerantes al petróleo crudo. Se realizó un experimento en campo durante nueve meses para evaluar la adaptación de las plantas acuáticas Leersia hexandra y Eleocharis palustris reintroducidas en un humedal contaminado con 75 560 a 118 789 mg kg-1 de petróleo intemperizado y también con sulfato, derivados de fugas de oleoductos y de emisiones gaseosas crónicas. Se evaluó el efecto del petróleo intemperizado y del sulfato en la producción de materia seca vegetal y en la densidad poblacional de la bacteria Desulfovibrio spp, aislada de la rizosfera y del rizoplano de ambas especies vegetales. Las medias de las variables tuvieron diferencias estadísticas (p< 0.05). El petróleo intemperizado inhibió la producción de materia seca de L. hexandra pero no de E. palustris; el efecto del petróleo en la densidad de Desulfovibrio fue negativo muy significativo en la rizosfera y en el rizoplano de ambas plantas. El sulfato redujo la materia seca de L. hexandra. La exposición de Desulfovibrio a sulfato redujo muy significativamente (p< 0.01) su densidad en rizosfera y en rizoplano. Recomendamos el uso de E. palustris para la descontaminación de suelos inundables afectados con petróleo intemperizado y con sulfato.

Uso de Leersia hexandra (Poaceae) en la fitorremediación de suelos contaminados con petróleo fresco e intemperizado / Use of Leersia hexandra (Poaceae) for soil phytoremediation in soils contaminated with fresh and weathered oil

ResumenLa industria petrolera ha generado derrames crónicos de petróleo y su acumulación en Gleysoles en zonas anegadas en el estado de Tabasco, en el sureste de México. El anegamiento es un factor que limita el uso de tecnologías de remediación por el alto costo y los bajos niveles de degradación del petróleo, sin embargo, Leersia hexandra Sw. es un pasto que crece en estas zonas contaminadas con petróleo intemperizado. El objetivo del estudio fue evaluar la densidad de bacterias, producción de biomasa vegetal y fitorremediación de L.hexandra en suelo contaminado con petróleos fresco e intemperizado, bajo condiciones experimentales de anegamiento. Se realizaron dos experimentos (E1 y E2) en un túnel de plástico. El E1 se basó en ocho dosis: 6 000, 10 000, 30 000, 60 000, 90 000, 120 000, 150 000 y 180 000 mg kg-1 base seca (b.s.) de hidrocarburos totales de petróleo fresco (HTPF), y en el E2 se evaluaron cinco dosis: 14 173, 28 400, 50 598, 75 492 y 112 142 mg kg-1 b. s. de hidrocarburos totales de petróleo intemperizado (HTPI), con ocho repeticiones en cada experimento, además se utilizó un testigo con 2 607 mg kg-1 b. s. de HTP de origen biogénico. Las variables evaluadas a los tres y seis meses fueron 1) densidad microbiana de las bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre totales (BFN), del grupo Azospirillum (AZP) y Azotobacter (AZT), por cuenta viable en placa seriada; 2) producción de materia seca total (MS), se cuantificó por el peso seco por gravimetría, y 3) el porcentaje de descontaminación de los hidrocarburos (DSC) por extracción en equipo soxhlet. En suelos con HTPF, la población de BFN, AZP y AZT se estimuló hasta cinco veces más que el tratamiento testigo a los tres y seis meses; sin embargo, concentraciones de 150 000 y 180 000 mg kg-1 b. s. inhibieron entre un 70 y 89 % la densidad bacteriana. A su vez, en suelos con PI, la inhibición se registró hasta en un 90 %, a excepción del tratamiento con 14 173 mg kg-1 b. s., el cual estimuló las BNF y AZT en 2 y 0.10 veces más que testigo, respectivamente. La producción de MS fue continua en los experimentos hasta los seis meses, con valores de 63 y 89 g en PF y PI, respectivamente; sin diferencias significativas con el testigo (p ≤ 0.05). El DSC alcanzó valores del 66 % al 87 % en HTPF como HTPI a los seis meses, respectivamente. Estos resultados demuestran la habilidad del L. hexandra para desarrollar una rizósfera con alta densidad de BFN, producir biomasa vegetal y fitorremediar Gleysoles con petróleo fresco e intemperizado en ambientes tropicales inundados.

Abstract:The oil industry has generated chronic oil spills and their accumulation in wetlands of the state of Tabasco, in Southeastern Mexico. Waterlogging is a factor that limits the use of remediation technologies because of its high cost and low levels of oil degradation. However, Leersia hexandra is a grass that grows in these contaminated areas with weathered oil. The aim of the study was to evaluate the bacteria density, plant biomass production and phytoremediation of L. hexandra in contaminated soil. For this, two experiments in plastic tunnel were performed with fresh (E1) and weathered petroleum (E2) under waterlogging experimental conditions. The E1 was based on eight doses: 6 000, 10 000, 30 000, 60 000, 90 000, 120 000, 150 000 and 180 000 mg.kg-1 dry basis (d. b.) of total petroleum hydrocarbons fresh (TPH-F), and the E2, that evaluated five doses: 14 173, 28 400, 50 598, 75 492 and 112 142 mg. kg-1 d. b. of total petroleum hydrocarbons weathered (TPH-W); a control treatment with 2 607 mg.kg-1 d. b. was used. Each experiment, with eight replicates per treatment, evaluated after three and six months: a) microbial density of total free-living nitrogen-fixing bacteria (NFB) of Azospirillum (AZP) and Azotobacter group (AZT), for viable count in serial plate; b) dry matter production (DMP), quantified gravimetrically as dry weight of L. hexandra; and c) the decontamination percentage of hydrocarbons (PDH) by Soxhlet extraction. In soil with TPH-F, the NFB, AZP y AZT populations were stimulated five times more than the control both at the three and six months; however, concentrations of 150 000 and 180 000 mg.kg-1 d. b. inhibited the bacterial density between 70 and 89 %. Likewise, in soil with TPH-W, the FNB, AZP and AZT inhibitions were 90 %, with the exception of the 14 173 mg.kg-1 d. b. treatment, which stimulated the NFB and AZT in 2 and 0.10 times more than the control, respectively. The DMP was continued at the six months in the experiments, with values of 63 and 89 g in fresh and weathered petroleum, respectively; had no significant differences with the control (p≤0.05). The PDH reached values of 66 to 87 % both TPH-F and TPH-W at six months, respectively. These results demonstrated the ability the L. hexandra rhizosphere to stimulate the high NFB density, vegetal biomass production and phytoremediation of contaminated soils (with fresh and weathered petroleum), in a tropical waterlogging environment. Rev. Biol. Trop. 65 (1): 21-30. Epub 2017 March 01.

Evaluación toxicológica de suelos contaminados con petróleos nuevo e intemperizado mediante ensayos con leguminosas / Toxicological evaluation of soils contaminated with new and weathered oil by tests with leguminous plants

Los estudios toxicológicos permiten identificar las especies vegetales más sensibles a concentraciones bajas de contaminantes en el suelo. Las leguminosas son plantas con órganos y respuesta fisiológica sensibles a concentraciones bajas de petróleo en el suelo. El objetivo del presente estudio fue evaluar y explicar la respuesta en crecimiento, biomasa total, número de nódulos y en ausencia/ presencia de leghemoglobina en los nódulos de cuatro leguminosas a diferentes concentraciones de petróleos nuevo (recién extraído) o intemperizado (expuesto al ambiente por más de 20 años). Se realizaron dos ensayos de fitotoxicidad en invernadero. El primero con plantas de chipilín silvestre (Crotalaria sp) durante 120d con arreglo factorial 1x5 y diseño al azar con cuatro repeticiones por tratamiento, con concentraciones de petróleo de 150 (suelo testigo), 7500, 25000, 50000 (nuevo) y 79457 (intemperizado) mg.kg-¹ de hidrocarburos totales de petróleo (HTP), base seca. El segundo ensayo fue durante 150d, con dormilona (Mimosa sp), guaje (Leucaena sp) y zarza (Mimosa pigra) en un arreglo factorial 3x5 en un diseño al azar con cuatro repeticiones, y concentraciones de 150, 50000, 79457, 100000 y 150000 mgúkg-¹ de HTP, base seca. Hubo diferencias estadísticas significativas en todas las variables evaluadas, que se asociaron negativamente con la presencia de petróleo en el suelo. Chipilín silvestre fue la planta más sensible a la exposición al petróleo y evidenció mejor su fitotoxicidad, por lo que podría ser utilizada como especie fitoindicadora de suelos contaminados con petróleo. El número de nódulos con leghemoglobina fue el indicador más sensible para medir el efecto fitotóxico del petróleo

Estudio de toxicidad vegetal en suelos con petróleos nuevo e intemperizado / Study of vegetable toxicity in floors with new petroleums and intemperizado

El estudio del comportamiento de plantas en suelos contaminados con petróleo permite identificar y seleccionar especies fitoindicadoreas de tal contaminación. Se estudió el efecto del petróleo en el suelo sobre la diversidad, cobertira y productividad en una pradera del sureste de México. Se evaluaron diferentes concentraciónes de petróleo nuevo e intemperizado en la germinación, crecimiento, biomasa aérea, radical y total, y número de nódulos. La pradera de dividió en cuatro áreas segpun la concentración de hidrocarbuos totales del petróleo (HTP); 150, 2791, 9035 y 79457 mg.kg1. La mayor diversidad vegetal se encontró en los dos suelos más contaminados pero la producción de biomasa se redujo hasta 50 por ciento respecto al suelo con menos HTP. Se realizaron tres experimentos secuenciales de plántulas durante 32 días de exposición al petróleo, y en plantas durante 150 días de exposición, en arreglo factorial y diseño al azar, con las especies Echinochloa polystachya, Brachiariamutica, Cyperus articulatus, Cyperus sp. y Mimosa pigra. Se prepararon tres concentraciones (50000, 100000 mg.kg) para computadoras con el petróleo intemperizado (79457 mg.kg1). Se aplicó el producto OCDE N#28 para evaluar efecto tóxico en plántulas y para plantas se diseño un protocolo. Se evaluaron germinación, altura, longitud de raíz, biomasa y número de nódulos. Hubo diferencias significativa en todas las variables de plántulas y plantas de cinco especies. La germinación positivamente con las mayores concentraciones de petróleo intemperizado, pero se redujeron crecimiento, longitud de la raíz, biomasa y número de nódulos en plántulas. En plantas todas la variables fueron reducidas. Las especies más sensibles, mejores fitoindicadoras de niveles tóxicos, fueron E. polystachya y B. mutica el plántulas, y M pigra en plantas