Date post: | 27-Jun-2015 |
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Strategie di fitorisanamento assistito da microrganismi promotori di crescita delle piante
Progetto SMERI “Sviluppo di MEtodologie per la progettazione di interventi di bioRImedio”
Anna Rosa SprocatiENEA-Casaccia, Roma
Cagliari, 7 novembre 2014
PROGETTO UMBRELLA
Using MicroBes for the REgulation of heavy metaL mobiLity at ecosystem and landscape scAle: an integrative approach for soil remediation by geobiological processes
http://www.umbrella.uni-jena.de/cms/index.php
FP7- THEME 3.1.2. ENV.2008.3.1.2.1 : Recovery of degraded soil resourcesCoordinator: Professor Erika Kothe, FS University of Jena, Germany
Grant agreement no.: 2268702009-2012
•Il suolo può essere considerato essenzialmente come una risorsa non rinnovabile dell'Unione Europea, per un totale di circa 400 milioni di ettari.
•Il degrado del suolo è un problema acuto in Europa e il costo stimato potrebbe ammontare a 38 miliardi di euro all'anno.
•Nella UE la superficie di suoli influenzati da attività minerarie è stata stimata pari allo 0,6%, rispetto a una media mondiale dello 0,2%.
•La bonifica di queste aree è un obiettivo strategico per le politiche europee.
•Sono richieste tecnologie promettenti su scala di ecosistema che devono garantire il recupero dell'uso del suolo, con un impatto positivo sui sistemi fluviali a valle, comprese le vie d'acqua internazionali (corsi d'acqua e il mare).
PROBLEMATICA
Il ripristino può essere ottenuto attraverso l’attenuazione naturale, che, tuttavia, è estremamente lenta. In realtà, ambienti contaminati da metalli soffrono in generale di bassa attività microbica, motivo per cui il biorisanamento può essere difficile da implementare nelle ex-miniere.
Le possibilità dei microorganismi di accelerare le reazioni chimiche nell’ordine di 106 dimostra che vi è un enorme potenziale di miglioramento
Il ruolo che possono giocare i microrganismi nella fitoestrazione/stabilizzazione dei metalli è ancora sottovalutato
Di solito la bonifica è stimata solo su scala di sito, mentre il rischio per altri comparti ambientali (es: acqua, fauna selvatica) si verifica sia a livello di sito che su scala di ecosistema tramite dispersione fluviale
I parametri geologici, mineralogici e geomorfologici che influenzano la distribuzione dei metalli sono indagati a livello di sito o di bacini limitrofi, e non sono correlati all’impatto che gli affluenti possono avere a valle, sull'ambiente costiero e marino.
Vi è una mancanza di modelli matematici applicabili a livello europeo riguardo il risanamento di siti contaminati da metalli.
Carenze delle tecniche attuali
OLTRE LO STATO DELL’ARTE: l’idea di Umbrella
Individuare appropriati ceppi di microrganismi nativi di siti minerari europei e utilizzarli in combinazione con specie botaniche per ottimizzare processi di fito-estrazione o di fito-stabilizzazione,
Messa a punto di metodologie per la caratterizzazione del rischio geochimico dovuto alla mobilità dei metalli, integrando a livello di ecosistema, per valutare l'efficienza di un biorisanamento migliorato dall’uso di microrganismi appositamente selezionati
Produzione di modelli matematici dell'ecosistema chiave e dei processi rilevanti per la valutazione del rischio e per la bonifica, su scala di ecosistema, con applicabilità Europea.
Fornire agli utenti finali “tool-boxes” per tecniche di bonifica in situ efficaci, economiche e rispettose dell'ambiente, basate sulle conoscenze generali delle interazioni piante-microrganismi :
1. microrganismi e piante
2. un approccio metodologico
3. modelli predittivi
Obiettivi
WP1Microbiologia
•Caratterizzazione delle comunità microbiche
•Sviluppo di consorzi microbici PGP e Micorrize•Frazionamento degli isotopi per seguire l'assorbimento di metalli nei sistemi viventi
WP 2:
Botanica
•Regolazione assorbimento radicale dei metalli e trasferimento nella pianta
•Mappatura delle comunità botaniche
•Speciazione dei metalli nel suolo e nelle piante
WP 3:Geochimica
•Idrogeochimica dei siti sperimentali
• Ciclo suolo-pianta dei metalli
• Processi di mobilizzazione eimmobilizzazione dei metalli
•Mineralogia dei precipitati
•Biomineralizzazione
WP 4: Modellazione
•Produzione di modelli matematici biochimici/ecotossicologici
•Tool-box per decisori Per esplorare scenari di risanamento sulla protezione delle acque e della biodiversità a livello di bacino
WP 5-7: Trasferimento
•Campi sperimentali
•Linee-guida
WP 6—8
•FSU Jena•Forschungszentrum Dresden-Rossendorf
•ENEA - Casaccia•University of Cagliari•VIROTEC, SME
•Bangor University•Aberystwyth University
•Lulea University of Technology•Orebro Universitet
•University of Bucharest
•Jagiellonian University,Krakow• Kwazar, City Council of Chrzano
•University of Vienna•AGES
•University of Valladolid
Kopparberg, Sweden Cwmystwyth, Wales
Trzebionka, Poland
Zlatna Rosia, Romania
Ronnenburg, Germany,
Ingurtosu, Sardinia
Pb and Zincsince Bronze age
Cu, Fe,Pb and Zn sulphideSince 13th century
Zn-Pb ores 20th century
Zn-Pb ores During 18th century till 1968etherogeneous , Cu
Former Russian Uranium mine
Procedura per lo screening e la selezione di piante e consorzi microbici endemici per la realizzazione di un processo di fitorisanamento assistito
Scelta delle piante per esperimenti in serra e in campo
Fonte: prof. Irene Lichtscheidl. UNI Vienna.
SPORE di AMF ISOLATE e IDENTIFICATE DALLE PIANTE DEL SITO DI INGURTOSU (Sardegna)
Trap cultures (Plant species) AMF species
Cistus monspeliensis Glomus constrictum
Ranunculus bullatus Glomus sp.
Festuca sp. Gennamari Not identified
Euphorbia characias Not identified
Helichrysum italicum Not identified
Rosmarinus officinalis Not identified
Ptilostemon casabonae Glomus irregulare
Festuca sp. Not identified
Carlina carymbosa Not identified
Trifolium sp. Glomus fasciculatum
Helichrysum sp. GENNAMARI Not identified
Substratum from GENNAMARI Glomus sp.
Fonte: prof. Katarzyna Turnau, UNI Cracovia.
Strain
CODE
Phylogenetic affiliation based on
r-RNA 16S sequence SIM%
GenBank
accession number
P mobilisation N2 fixation Siderophores IAA
MMSE
Heavy Metals tolerance
Halo Growth halo Halo zone Pink-purple Ni Cd Cu Zn Pb
PVK AzM ARA CAS Na DF+ Tryp+SR mM mM mM mM mM
UI2 Pseudomonas sp. 99 JX133196 + + + + * + + 20 5 5 20 10
UI3 Stenotrophomonas maltophilia 99 JX133197 - + + * +/- +/- 10 2,5 2,5 20 5
UI4 Rhizobium sp. 99 JX133198 - + + * ++ + 10 2,5 2,5 10 10
UI6 Niabella sp. 96 JX133200 - + + * + + 10 2.5 2,5 10 10
UI7 Curtobacterium flaccumfaciens 99 JX133199 + + + * +/- + 10 2,5 5 10 10
UI9 Streptomyces ambofaciens 98 JX133201 +/- + + + * + + 2,5 2,5 1 20 10
UI18 Streptomyces sp. 99 in progress + + + * - + 2,5 2,5 2,5 20,0 10,0
UI24 Plantibacter flavus 99 JX133202 + + + * + + 10 2,5 5 20 10
UI27 Niabella sp. 96 similar to UI6 - + + * + + 20 5 5 20 10
UI28 Bacillus cereus 100 JX133203 + + ++ * + + 30 10 5 20 10
Consorzio batterico UI con proprietà PGP
Rosmarinus officinalis , Ranunculus bullatus and Carlina corymbosa; in Asphodeluscerasiferus , Ptilostemon casabonae, Cistus salvifolius, Trifolium sp. and H. italicum
Micorrize arbusculari
BIOAUGMETATION
SERRA CAMPO
6 piante x 6 suoli+consorzio nativo PGP
Sito di Ingurtosu: Euphorbia pythiusa
Campo sperimentale
Campo sperimentale di Ingurtosu
FIELD TRIAL UMBRELLA
DOPO INOCULO
ATTIVITA’ MICROBICA DEL SUOLO
T0
Ottobre 2011
legenda: US= suolo non trattato ; BACT batteri VIR= viromine
FIELD TRIAL UMBRELLA
DOPO 5 MESI
E. pithyusa ha la capacità di assorbire MP (metallofita) nella parte aerea della pianta
ATTIVITA’ METABOLICA DEL SUOLO
ASSORBIMENTO DI METALLI PESANTI
CONCLUSIONI FIELD-TRIAL UMBRELLA
E. pithyusa ha la capacità di assorbire MP (metallofita) nella parte aerea della pianta
La presenza di Viromine™ha portato ad una riduzione della biodisponibilità per Zn e Cd con riduzione di assorbimento
L’introduzione di E. pithyusa migliora l’attività metabolica del suolo anche senza bioaugmentation
La presenza del consorzio UI migliora ulteriormente la qualità del suolo espandendo la diversità funzionale e specialmente la
affinità per gli essudati plantari
E. pithyusa + Consorzio UI sono compatibili e capaci di stabilire una associazione e possono agire come “tool box”
0
10
20
30
40
50
60
70
Sopravvivenza di Euphorbia p. %
0
20
40
60
80
Pe
rce
nta
ge
A distanza di 2 anni e mezzo i parametri permane un effetto positivo di una sola applicazione di bioaugmentation con il consorzio batterico UI
0
100
200
300
400
500
600
700
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
AW
CD
(O
D)
10
3
incubation time in Biolog ECOPlates (day)
Bacteria
VM
VM+Myc
VM+Bact
Bact+ Myc
Control
Myc
ATTIVITA’ METABOLICA DEL SUOLO
Giugno 2014
SMERI
Sviluppi in SMERI
Miglioramento tool box
• Associazione di piante (E.pithyusa+Juncus)
• Inoculo batterico (evoluzione comunità)