Βιοεξυγίανση ρυπασμένων εδαφών με μύκητες

Abstract

Bioremediation can be applied for the complete destruction of a wide variety of contaminants. Fungi are the main biodegraders in nature and occupy separate ecological niches in the soil environment. The aims of the present thesis were three, firstly examined the cultivation of Pleurotus ostreatus on agricultural residues such as wheat straw. Thus, examined the ability of the white rot fungi Pleurotus ostreatus AMRL 141 cultivated on ligninolytic substrates such as wheat straw with the use of sandy soil with design factor such as straw content (%), humidity content (%), temperature (oC) and nutrient content (%). The optima of the responses of the adequate models found that the propagation velocity of Pleurotus ostreatus AMRL 141 depends on high temperature, high wheat straw content and high humidity. In the second aim investigated the biodegradation of insecticide lindane by two fungi Pleurotus ostreatus AMRL 141 and Ganoderma australe AMRL 315 in sterile contaminated soil for the period of two weeks. In this part of the thesis two experiments were completed. A solid-state substrate, soil and wheat straw, was inoculated with the two fungi and investigated their ability to biodegrade one of the most persistent environmental pollutants, the insecticide lindane. An orthogonal one-half fractional Central Composite Design (CCD) of experiments was used to construct second order response surfaces with five design factors (variables) investigated were temperature (oC), humidity (% in soil-straw mixture), straw content (% in soil-straw mixture), lindane content (ppm in soil) and nitrogen content (ppm in soil). The optima of responses of the adequate models for Pleurotus ostreatus AMRL 141 were found to be biodegradation / biomass 55.6 μg / g. The optima of the response for Ganoderma australe AMRL 315 of the adequate models were found to be biodegradation/biomass 56.9 μg / g. The final aim was the study of an in- situ technology such as Landfarming. Examined the biodegradation of lindane by Pleurotus ostreatus AMRL 141 in non sterile contaminated soil by using landfarming technology for the period of two and four weeks. A Multilevel Factorial design was used to construct a second order response surface with two design factors namely: straw content (%) and lindane content (ppm). The optima of the adequate models for the period of four weeks were found to be: biodegradation/biomass 0.15 μg / mg. Contamination of soils is one of the major problems facing the world today. Using white rot fungi to degrade environmental contaminants, such as the insecticide lindane investigated in the present thesis and the results can be used for on site biodegradation.

Ο στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν τριπλός. Ο πρώτος ήταν η επιλογή 11 μυκήτων που έχουν την ικανότητα να αναπτύσσονται σε στερεές καλλιέργειες εδάφους-αχύρου και η διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν το μυκήλιο στη διείσδυσή του σε αυτό. Ολοκληρώθηκαν τρεις πειραματικοί σχεδιασμοί. Η ανάπτυξη των μυκήτων μελετήθηκε στατιστικά με σημαντικούς παράγοντες σχεδιασμού όπως ποσοστό αχύρου (%), ποσοστό υγρασίας (%), θερμοκρασία (oC) και θρεπτικό μέσο. Βρέθηκαν οι άριστες τιμές των πειραμάτων και συμπερασματικά η ανάπτυξη των ικανών στελεχών μυκήτων να αναπτύσσεται και να βιοαποδομεί λιγνοκυτταρινούχα υποστρώματα επηρεάζεται από υψηλές θερμοκρασίες, υψηλά ποσοστά αχύρου (αερισμός) και υψηλά επίπεδα υγρασίας. Ο δεύτερος επιμέρους στόχος ήταν η βιοεξυγίανση στείρου εδάφους ρυπασμένο με το παρασιτοκτόνο lindane από δύο σημαντικά στελέχη μυκήτων τον Pleurotus ostreatus AMRL 141 και Ganoderma australe AMRL 315. Ολοκληρώθηκαν δύο πειραματικοί σχεδιασμοί. Μελετήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα χώματος - αχύρου, εμβολιάστηκε ο μύκητας και μελετήθηκε η ικανότητά του στελέχους να βιοαποδομεί το παρασιτοκτόνο lindane. Χρησιμοποιήθηκε στατιστικός σχεδιασμός 2ου βαθμού Central Composite Design (CCD) με πέντε παράγοντες σχεδιασμού θερμοκρασία (oC), υγρασία (%), ποσοστό αχύρου (%), ποσοστό παρασιτοκτόνου (ppm) και ποσοστό θρεπτικού (ppm). Οι άριστες συνθήκες των αποκρίσεων για τον μύκητα Pleurotus ostreatus AMRL 141 ήταν ρυθμός βιοαποδόμησης / ρυθμό ανάπτυξης βιομάζας 55.6 μg/g. Ενώ, οι άριστες συνθήκες των αποκρίσεων για τον μύκητα Ganoderma australe AMRL 315 ήταν ρυθμός βιοαποδόμησης / ρυθμό ανάπτυξης βιομάζας 56.9 μg/g. Τρίτος τελικός στόχος ήταν η μελέτη της ικανότητας του μύκητα Pleurotus ostreatus AMRL 141 να βιοαποδομεί το οργανοχλωριωμένο παρασιτοκτόνο lindane σε μη στείρες συνθήκες με προσομοίωση της επί τόπου τεχνολογίας αγροκαλλιέργειας. Εφαρμόστηκε πολυεπίπεδος παραγοντικός στατιστικός σχεδιασμός, με δύο παράγοντες σχεδιασμού, και συγκεκριμένα: ποσοστό αχύρου (%) και συγκέντρωση παρασιτοκτόνου lindane (ppm). Οι άριστες τιμές της 2ης εβδομάδας ήταν ο ρυθμός βιοαποδόμησης / ρυθμός ανάπτυξης βιομάζας (0,08 μg/mg), ενώ για την 4η εβδομάδα ο ρυθμός βιοαποδόμησης / ρυθμός ανάπτυξης βιομάζας αυξήθηκε σε (0,15 μg/mg). Η αριστοποίηση των συνθηκών ανάπτυξης σε μολυσμένες περιοχές με τη βοήθεια μαθηματικής μοντελοποίησης μπορεί να συμβάλει στην επιτυχή εφαρμογή της βιοεξυγίανσης σε περιπτώσεις που σήμερα κρίνονται ανέφικτες ή χρονοβόρες. Στα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της βιοεξυγίανσης με μύκητες περιλαμβάνονται η αποτελεσματική επί τόπου αποδόμηση τοξικών ουσιών με χαμηλότερο κόστος όπως η χρήση της τεχνολογίας της αγροκαλλιέργειας σε σύγκριση με άλλες μεθόδους απορρύπανσης. Επί πλέον, η τεχνική της βιοεξυγίανσης αποτελεί μια μέθοδο ελάχιστης διαταραχής του μολυσμένου περιβαλλοντικού μέσου κατά την εφαρμογή της και κατατάσσεται στις ήπιες τεχνολογίες (soft technologies).