Date of Award

6-2022

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Environmental Science

Department

Biology

First Advisor

Khaled El-Tarabily

Abstract

In an effort to gain the advantages provided by actinobacterial enzyme (1- aminocyclopropane-1-carboxylic acid) (ACC) deaminase (ACCD) in the phytoremediation of heavy metals from the environment, the ability of native actinobacteria with ACC deaminase activity to promote the growth of Bermuda grass (Cynodon dactylon L.) in soils contaminated with nickel nitrate was evaluated under greenhouse conditions. This enzyme hydrolyzes (ACC), the immediate biosynthetic precursors of the hormone ethylene (ET) in plant tissues to ammonia and α keto-butyrate. The main objectives of this study were: (1) Isolating beneficial native heavy metal-tolerant actinobacteria from the United Arab Emirates (UAE) contaminated soil capable of producing ACC deaminase; (2) Evaluating their potential to tolerate different concentrations of nickel nitrate; (3) Evaluating their potential to promote the growth of Bermuda grass plants in the presence of nickel nitrate under greenhouse conditions. To achieve this, 65 different actinobacterial isolates obtained from a Bermuda grass rhizosphere in the UAE were selected for their ability to tolerate different concentrations of nickel nitrate as well as to produce ACC deaminase. Out of these isolates, only 15 were able to tolerate different concentrations of nickel nitrate. However, 10 out of these 15 nickel nitrate-resistant actinobacteria, only 10 produced ACC deaminase. Under greenhouse conditions, the application of the strongest three rhizosphere competent actinobacterial isolates increased Bermuda grass growth in nickel nitrate-contaminated soils. The application of a mixture of three actinobacteria in the nickel-contaminated soils significantly (P<0.05) enhanced the growth of Bermuda grass compared to the control treatments. Soil inoculation with the mixture of these three actinobacteria in the nickel-contaminated soils significantly (P<0.05) enhanced nickel uptake by Bermuda grass from nickel-contaminated soils compared to control treatments which included only nickel without the application of these actinobacteria. The results suggest that plant growth-promoting actinobacteria producing ACC deaminase offer a promise biofertilizer as bacterial inoculum for improvement of plant growth, particularly under unfavorable environmental conditions such as heavy metals contamination in soils.

Arabic Abstract


استخدام الاكتینوبكتیریا النافعة لزیادة كفاءة المعالجة النباتیة للاراضى الملوثة بالمعادن الثقیلة فى دولة الامارات العربیة المتحدة

في محاولة للإستفادة من المزايا التي يوفرها انزيم 1- امينوسيكلوبروبان كربوكسيلك اسيد دى امينز الذي تفرزه الأكتينوبكتيريا في المعالجة النباتية للمعادن الثقيلة في البيئة تم استخدام اكتينوبكتيريا مفرزة لهذا الإنزيم لزيادة نمو حشيش البرمودا في تربة ملوثه بمعدن النيكل الثقيل في دولة الامارات العربية المتحدة داخل البيوت البلاستيكية. يعرف هذا الأنزيم بأنه بدوره يقوم بتكسير مادة - امينوسيكلوبروبان كربوكسيلك اسيد -المادة المخلقة لهرمون الايثيلين- و تحويلها إلى مادتي أمونيا و الفا كيتوبيوترات مما يؤدى إلى نقصان تركيز هرمون الإيثلين داخل أنسجة المجموعين الخضري و الجذري المتكون تحت ظروف الإجهاد الفسيولوجي والذى يسببه وجود النيكل فى التربة. إن نقصان محتوى هرمون الايثيلين الداخلى سيؤدي بدوره الى زيادة في نمو المجموع الجذرى والخضرى لحشيش البرمودا، و بالتالي سيؤدى هذا إلى تحسين كفاءة المعالجة النباتية لحشيش البرمودا مما يساهم زيادة امتصاص واستخلاص النيكل من التربة. يهدف هذا البحث إلى: (1) عزل الأكتينوبكتيريا القادرة على تحمل النيكل من تربة الإمارات العربية المتحدة، (2) تقييم قدرة الأكتينوبكتيريا المعزولة على إنتاج إنزيم 1- امينوسيكلوبروبان كربوكسيلك اسيد دى امينز، (3) تقييم قدرة الأكتينوبكتيريا على زيادة نمو حشيش البرمودا في وجود معدن النيكل داخل البيوت البلاستيكية. لتحقيق ذلك، تم عزل 65 نوع مختلف من الأكتينوبكتيريا من تربة بحيرة زاخر في مدينة العين في إمارة أبو ظبي في دولة الإمارات العربية المتحدة. تم اختيارهذه البكتيريا لقدرتها على إنتاج إنزيم 1- امينوسيكلوبروبان كربوكسيلك اسيد دى امينز بالإضافه إلى قدراتها على تحمل تراكيز مختلفة من معدن النيكل. أظهرت التجارب المختبرية قدرة 15 عزلة فقط من بين جميع العزلات على تحمل تراكيز عالية من معدن النيكل الثقيل. كان هناك ‎10‏ عزلات فقط من بين هذه الأكتينوبكتيريا المقاومة لمعدن النيكل قادرة على إنتاج إنزيم 1- امينوسيكلوبروبان كربوكسيلك اسيد دى امينز. كما أظهرت تجارب البيوت البلاستيكية، إن استخدام خليط من أقوى ثلاث عزلات أكتينوبكتيريا أدى إلى تحسين نمو حشيش البرمودا في التربة الملوثة بمعدن النيكل إلى حد كبير مقارنة بالمعاملات الأخرى وإعطاء نتائج ذات دلالة إحصائية معنوية (p<0.05). أظهرت النتائج أيضا، أن الأكتينوبكتيريا المنتجة لإنزيم 1- امينوسيكلوبروبان كربوكسيلك اسيد دى امينز بمثابة مخصب بيولوجى لتحسين و زيادة نمو النبات، لا سيما في الظروف البيئية الصعبة مثل تلوث المعادن الثقيلة في التربة.

Download

Included in

Biology Commons

COinS