Efecto de bacterias emulsificantes en la atenuación de la fitotoxicidad de suelos contaminados con petróleo intemperizado / Effect of emulsifying bacteria on phytotoxicity attenuation of soils contaminated with weathered petroleum hydrocarbons

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.

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.