Date of Award

11-2021

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Environmental Science

Department

Biology

First Advisor

Prof. Khaled A. El-Tarabily

Second Advisor

Prof. Hasan Arman

Abstract

Many 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase-producing and oil-degrading rhizosphere actinobacteria were isolated from oil-contaminated soils in the United Arab Emirates. These actinobacterial isolates were further selected based on their ability to solubilize phosphorus, to produce siderophores, and to produce plant growth regulators (PGRs) including auxins and polyamines. The ability of the most-promising isolate #20 (Streptomyces sp.) to promote the growth of the hyper-accumulating plants “Bermuda grass” in soil polluted with Light Arabian Crude Oil (LACO) was evaluated under greenhouse conditions. Under controlled greenhouse conditions, the application of the strongest Streptomyces sp. #20 which exhibited the maximum production of ACC deaminase and PGRs promoted Bermuda grass roots and shoots in oil-polluted soils compared to control plants grown in oil-polluted soils but without the application of Streptomyces sp. #20. The application of the Streptomyces sp. #20 has also significantly (P<0.05) increased photosynthetic pigment contents and promoted Cynodon dectylon growth characteristics including increased fresh and dry weight and increased length of roots and shoots, and increased total leaf area compared with control plants. The application of the Streptomyces sp. #20 also significantly (P<0.05), reduced the levels of ACC in the roots and shoots compared with control plants grown in oil-polluted soils without the application of the actinobacterial isolate. The application of Streptomyces sp. #20 with the hyper-accumulating plants significantly, reduced the levels of the total recoverable hydrocarbons (TRH) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in oil-polluted soils compared with control treatment. The application of Streptomyces sp. #20 with the hyper-accumulating plants significantly, increased the levels of the total recoverable hydrocarbons (TRH) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Bermuda grass roots compared with control Bermuda grass treatment without the addition of the Streptomyces sp. #20. The TRH were reported as four alkane groupings based on the carbon chain length of the compounds: C6 - C9, C10 - C14, C15 - C28, and C29 - C36. The PAHs tested were naphthalene, acenaphthylene, acenaphthene, fluorene, phenanthrene, anthracene, fluoranthene, pyrene, benzo [a] anthracene, chrysene, benzo [b] fluoranthene, benzo [k] fluoranthene, benzo [a] pyrene, Indeno [I 23-cd] pyrene, dibenzo [ah] anthracene and benzo [ghi] perylene. In conclusion, I reported the production of ACC deaminase by different actinobacterial isolates and their ability to enhance the growth of the hyper-accumulating plants in the presence of LACO through the reduction in the in-planta levels of endogenous ethylene levels. This study is the first report to demonstrate the potential of oil-degrading rhizosphere actinobacteria to produce ACC deaminase and to improve the phytoremediation capability of the hyper-accumulating plants grown in oil-contaminated soil through the production of ACC deaminase and PGRs. The application of these beneficial actinobacteria may help in the phytoremediation of oil-polluted environments in the UAE.

Arabic Abstract


تحسين المعالجة النباتية للتربة الملوثة بالنفط الخام في دولة الامارات العربية المتحدة باستخدام البكتريا النافعة والمفرزة لانزيم ACC دي امينيز

هناك عدة طرق حديثة غير كيمائية لاستخلاص المواد الكيميائية الضارة من التربة مثل المعادن الثقيلة والمشتقات البترولية كاستخدام البكتيريا النافعة وهو ما يعرف بالمعالجة الحيوية أو استخدام بعض النباتات واستغلال قدرتها على امتصاص الملوثات البترولية والمعادن الثقيلة وهو ما يعرف بالمعالجة النباتية وتسمى هذه النباتات باسم النباتات المجمعة للملوثات الكيميائية. حاليا يواجه علماء البيئة بعض المشاكل في تنظيف التربة من الملوثات الكيمائية كالتلوث بالنفط الخام الا وهي قدرة هذه النباتات المجمعة على النمو بكفاءة في ظل وجود الملوثات الكيمائية في الارض. ان النباتات المجمعة للملوثات الكيميائية والتي تستخدم في المعالجة النباتية تنمو بشكل ضعيف في هذه الظروف وذلك بسبب زيادة تركيز هرمون إيثلين الإجهاد الفسيولوجي في المجموع الجذري والخضري لهذه النباتات والذي يفرز بكميات كبيرة في ظل التلوث النفطي أو التلوث الناجم عن المعادن الثقيلة. إن الغرض الأساسي من الدراسة الحالية هو إيجاد طريقة جديدة صديقة للبيئة من اجل غرض تحسين كفاءة عملية المعالجة النباتية لتلوث التربة بالنفط الخام باستخدام الأكتينوبكتيريا. ولقد تم التركيز في هذه الدراسة على استخدام الأكتينوبكتيريا وذلك لتحملها للظروف الجفاف والحرارة التي توجد في دولة الإمارات العربية المتحدة. تم استخدام سلالة من الأكتينوبكتيريا التي تعيش في التربة والمفرزة للإنزيم Aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) deaminase والذي يقوم بتكسير مادة ACC بالإضافة إلى قدرتها على إنتاج هرمونات النمو النباتية وعديدات الأمينات. تم اختيار أقوى سلالة من الاكتينوبكتيريا بناءاً على قدرنها الفائقة في انتاج أكبر كمية من ACC deaminase وأكبر كمية من هرمونات النمو النباتية في آن واحد وذلك لاختبار قدرة هذه الأكتينوبكتيريا على زيادة كفاءة عمل النباتات المجمعة في تنظيف التربة من النفط الخام. أثبتت الدراسة داخل البيوت البلاستيكية قدرة الأكتينوبكتيريا التي تعيش في التربة حول الجذور على زيادة نمو المجموع الجذري والخضري لنبات حشيش البرمودا وزيادة امتصاص النفط الخام من التربة وإعطاء نتائج ذات دلالة إحصائية معنوية (P<0.05) أكثر من المعاملة التي لم يتم فيها إضافة الأكتينوبكتيريا. كما أدى وجود الأكتينوبكتيريا التي تعيش في التربة إلى زيادة تركيز النفط الخام (Total recoverable hydrocarbons and polycyclic aromatic hydrocarbons) في جذور وأوراق نبات حشيش البرمودا (مع حدوث نقصان في تركيز النفط الخام داخل التربة) مقارنة مع المعاملات التي لم يتم فيها استخدام الأكتينوبكتيريا. أثبتت الدراسة أيضا وجود نقصان كبير في المحتوى الداخلي لهرمون الاجهاد الفسيولوجى الإيثلين الضار داخل المجموعين الجذري والخضري لنبات حشيش البرمودا في المعاملة والتي اشتملت على إضافة الأكتينوبكتيريا مقارنةببقية المعاملات. تعتبر هذه الدراسة هي الأولى من نوعها في دولة الإمارات العربية المتحدة وفي منطقة الخليج العربي في استخدام طريقة صديقة للبيئة وآمنه في رفع كفاءة النباتات المجمعة في امتصاص المزيد من النفط الخام من الأراضي الملوثة. ويمكن استخدام هذه الطريقة عن طريق استخدام بذور نبات حشيش البرمودا والمغلفة بهذه الأكتينوبكتيريا النافعة من اجل تنظيف التربة من أي تلوث نفطي. سوف تستخدم هذه الطريقة في الأراضي التي قد يوجد بها مشاكل بيئية ناجمة عن التلوث البترولي في أراضي دولة الإمارات العربية المتحدة.

Download
COinS