Petroleum hydrocarbon contamination has reached Arctic soils, Puccinellia angustata thrives in such habitats. Hydrocarbon removal during phytoremediation treatments strongly depends on the catabolic activities of root associated microorganisms. This research compared the rhizospheric microorganisms from P. angustata established at Arctic soils under different degrees of contamination with petroleum hydrocarbons to determine if this plant species has phytoremediation potential. The abundance, diversity, and activity of soil bacterial communities were investigated by means of plate and microscopic counts, strains isolation, 16S rRNA gene DGGE fingerprinting, functional gene PCR detection, microcosm hydrocarbon mineralization assays, and TPH quantification. This study was divided in three experimental stages. In the first stage a comparison of samples vegetated by five different plant species as well as four bulk samples, showed that P. angustata had greater enrichment of hydrocarbon-degrading bacteria than samples vegetated by other plant species. In the second stage, a comparison between the rhizosphere of P. angustata and bulk samples collected at pristine (Pr), hydrocarbon-contaminated but non-bioremediated (NBr) and hydrocarbon-contaminated and bioremediated (Br) Arctic soils, revealed that the presence of P. angustata enhanced the abundance and the activity of hydrocarbon-degrading microorganisms in two soils (Pr and NBr) but not at Br since this soil was subjected to fertilizations as bioremediation process. In the third stage, via growth chamber experiments, in which high Arctic summer conditions were simulated, P. angustata (with and without nitrogen fertilization) was assessed for phytoremediation of a soil artificially contaminated with diesel (10,000 mg Kg-1). Puccinellia showed tolerance to fresh diesel contamination and enhanced hydrocarbon-degrading bacteria that significantly increased the TPH removal. Also, the rhizosphere of P. angusatata had high bacterial diversity, encompassing members from Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Gemmatimonadetes and Proteobacteria phyla. These findings indicate that P. angustata stimulates soil microflora responsible for biodegradation of hydrocarbons therefore it has potential for phytoremediating contaminated Arctic soils.Abbreviation: PCR (polymerase chain reaction), DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis), TPH (Total Petroleum Hydrocarbons). / La contamination par hydrocarbures pétroliers a touché les sols arctiques ; Puccinellia angustata se développe dans ces habitats. L'élimination de l'hydrocarbure pendant les traitements de phytoremédiation dépend fortement des activités cataboliques des microorganismes associés à la racine. Cette recherche a comparé les microorganismes rhizosphériques de P. angustata établis dans les sols arctiques à différents niveaux de contamination par hydrocarbures pétroliers pour déterminer si cette espèce de plante a du potentiel pour la phytoremédiation. L'abondance, la diversité, et l'activité des communautés bactériennes du sol ont été examinées au moyen de comptages sur plaque et microscopiques, isolement de souches, empreinte digitale par DGGE du gène 16S rRNA, détection fonctionnelle du gène par PCR, essais de minéralisation des hydrocarbures en microcosme et quantification de TPH. Cette étude a été divisée en trois étapes expérimentales. Dans la première étape, une comparaison d'échantillons globales et d'échantillons plantés de cinq espèces végétales différentes a montré que P. angustata avait une plus grande accumulation de bactéries de dégradation de l'hydrocarbure que les échantillons plantés avec d'autres espèces végétales. Dans la deuxième étape, une comparaison entre la rhizosphère de P. angustata et des échantillons globales pris des sols arctiques pures (Pr), des sols arctiques contaminés par hydrocarbures et non-bio-réhabilités (NBr) et des sols arctiques contaminés par hydrocarbures et bio-réhabilités (Br), a révélé que la présence de P. angustata a augmenté l'abondance et l'activité des microorganismes de dégradation d'hydrocarbures dans deux sols (Pr et NBr), mais pas dans le Br, parce que ce sol avait reçu des fertilisations comme processus de bioremédiation. Dans la troisième étape, au moyen d‘essais en chambres de croissance où les conditions d'été du Haut-Arctique étaient simulées, P. angustata (avec et sans fertilisation par hydrogène) a été évaluée pour la phytoremédiation d'un sol contaminé artificiellement avec du diesel (10,000 mg Kg-1). Puccinellia a montré tolérance à la contamination par diesel et a augmenté les bactéries de dégradation d'hydrocarbures, en améliorant ainsi beaucoup l'élimination des TPH. Aussi, la rhizosphère de P. angustata avait une haute diversité bactérienne, contenant des membres de phylums Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Gemmatimonadetes et Proteobacteria. Ces conclusions indiquent que P. angustata stimule la microflore du sol qui est responsable de la biodégradation des hydrocarbures et, pourtant, pourrait aider la phytoremédiation des sols arctiques contaminés.Abréviations : PCR (Réactions en chaîne par polymérase), DGGE (Électrophorèse sur gel à gradient dénaturant),TPH (hydrocarbures pétroliers totaux)
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.104604 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Ferrera Rodriguez, Ofelia |
| Contributors | Charles William Greer (Supervisor2), Lyle Whyte (Supervisor1) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Natural Resource Sciences) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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