Degradation of 2,6-dichlorobenzonitrile and 2,6-dichlorobenzamide in groundwater sedimentary deposits and topsoil

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1214-9
Title: Degradation of 2,6-dichlorobenzonitrile and 2,6-dichlorobenzamide in groundwater sedimentary deposits and topsoil
Author: Pukkila, Veera
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Environmental Sciences, Environmental Ecology
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2015-06-12
Language: en
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-1214-9
http://hdl.handle.net/10138/154671
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: The worldwide use of pesticides (herbicides, insecticides, and fungisides) currently amounts to 2.4 billion kilos. Only a small proportion of pesticides actually reach the target organism, whereas the majority becomes a potent contaminant that threatens the environment and humans. Microbes, present everywhere in the environment, have the ability to degrade many kinds of man-made chemical compounds, xenobiotics. By studying the degrading microbes and the optimal conditions for microbial degradation, bioremediation techniques may be developed to clean contaminated sites. A metabolite of the herbicide 2,6-dichlorobenzonitrile (dichlobenil), is 2,6-dichlorobenzamide (BAM). BAM is frequently detected in groundwater worldwide, and thus the use of dichlobenil is nowadays banned in the EU. Dichlobenil is degraded in soil relatively quickly, but BAM is much more persistent. Due to its high water solubility and low sorption affinity, BAM easily leaches down to deeper soil layers and even to groundwater where it is considered stable. This study focused on the degradation of dichlobenil and BAM in Finnish groundwater sedimentary deposits and topsoil. The biotic and abiotic factors associated with effective dichlobenil or BAM degradation were studied. The aim was to examine how the presence of microbes and oxygen, and the chemical characteristics of soil and groundwater deposits, affect the degradation rates of dichlobenil and BAM. In addition, the indigenous microbes degrading these compounds were enumerated, and some were isolated and identified. Dichlobenil was degraded in all studied groundwater sedimentary deposits and topsoil. The presence of microbes and oxygen, and high carbon and nitrogen contents enhanced dichlobenil degradation. As expected, BAM was more resilient to microbial degradation than dichlobenil. Significant aerobic microbial degradation of BAM was detected only in one out of five deposits, and in another weak biodegradation was observed. In these two deposits the concentrations of the elements manganese, zinc, cobalt, lead, and nickel were high. Aerobic bacterial strains growing in the presence of dichlobenil or BAM were isolated from all studied groundwater sedimentary deposits and topsoil. The isolates belonged to the phyla Proteobacteria, Actinobacteria, and Bacteroidetes, Gammaproteobacteria being the largest group of isolates. The dichlobenil or BAM degradation capacity of the isolates was rather low (5-46%) and not demonstrated for all isolates. In conclusion, the diversity of dichlobenil and BAM degrading aerobic microbes in Finnish groundwater sedimentary deposits and topsoil was relatively high. Especially the high number and diversity of isolated BAM degrading strains was unexpected, as only few BAM degrading strains have been reported earlier. Due to their low degradation capacity the potential of these isolates in bioremediation is not considered high, but they could be used e.g. to identify the genes and enzymes involved in the degradation of dichlobenil and BAM.Maailmassa käytetään vuosittain noin 2,5 miljardia kiloa torjunta-aineita rikkakasvien, tuhoeläinten ja kasvitautien torjuntaan. Arviolta vain murto-osa tästä määrästä osuu kohteeseensa, kun taas suurin osa päätyy ympäristöön aiheuttaen sille tai ihmisen terveydelle mahdollista haittaa. Ympäristön mikrobit käyttävät hyväkseen monenlaisia ihmisen valmistamia yhdisteitä hajottamalla ne joko osittain tai kokonaan. Näitä hajottajamikrobeja voidaan hyödyntää pilaantuneiden alueiden puhdistamisessa. Puhdistusmenetelmien kehittämiseksi tarvitaan tietoa hajottajamikrobeista ja hajotusprosesseihin vaikuttavista tekijöistä. Diklobeniili on rikkakasvimyrkky, joka hajoaa pintamaassa melko nopeasti 2,6-diklorobentsamidiksi (BAM). BAM on hyvin stabiili, ja erittäin vesiliukoisena ja heikosti maahan sitoutuvana se kulkeutuu helposti maaperässä alaspäin aina pohjaveteen asti. BAM on yleinen pohjavesiä pilaava yhdiste ja siksi diklobeniilin käyttö EU-maissa on nykyään kielletty. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin laboratoriokokein diklobeniilin ja BAM:n hajoamista suomalaisessa pintamaassa ja pohjavesisakoissa. Päämääränä oli selvittää erityisesti niitä tekijöitä, jotka edistävät BAM:n hajoamista pohjavesiympäristössä. Ympäristön kemiallisen koostumuksen ja mikrobiston sekä hapen vaikutusta diklobeniilin ja BAM:n hajoamisnopeuteen testattiin. Lisäksi arvioitiin näitä yhdisteitä hajottavien mikrobien määrää sekä eristettiin ja tunnistettiin hajottajamikrobeja. Diklobeniili hajosi pintamaassa melko nopeasti, mutta pohjavesisakoissa hitaammin. Mikrobit, happi ja korkeat hiili- ja typpipitoisuudet tehostivat hajoamista. BAM:n hajoaminen oli odotetusti vähäisempää. Viidestä tutkitusta pohjavesisakasta vain yhdessä havaittiin merkittävää mikrobiologista BAM:n hajotusta, ja toisessa nähtiin merkkejä BAM:n hajoamisesta. Näissä kahdessa sakassa tiettyjen alkuaineiden (mangaani, sinkki, koboltti, lyijy, nikkeli) pitoisuudet olivat korkeammat kuin sakoissa, joissa BAM:n hajoamista ei havaittu. Diklobeniiliä tai BAM:a hajottavia mikrobeja löytyi sekä pintamaasta että kaikista pohjavesisakoista. Niiden määrät olivat vähäisiä, mutta eristettyjen mikrobien lajikirjo oli yllättävänkin runsas; erityisesti BAM:a hajottavia mikrobeja on aikaisempien tutkimusten perusteella tunnettu vain muutama. Tutkimuksessa eristetyn ja tunnistetun laajakirjoisen, yli 50 bakteerikannan joukon kyky hajottaa diklobeniiliä tai BAM:a oli melko alhainen. Siksi niitä ei suoraan voida käyttää pilaantuneiden alueiden puhdistamisessa. Bakteerikantojen genomeja tutkimalla voitaisiin kuitenkin pyrkiä selvittämään esimerkiksi diklobeniilin ja BAM:n hajotusmekanismeihin liittyviä geenejä ja entsyymejä.
Subject: environmental ecology
ympäristöekologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Degradat.pdf 1.058Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record