Dr. Stephen Alderman, le Dr David Leaf et Erin Macri Nous tenons à remercier pour l&#39;aide à la microscopie. Cette recherche a été financée par une subvention de l&#39;Initiative de recherche sur les cultures spéciales NIFA, Grant Award SCRI-SREP USDA No. 2009-02484. Briana Kinash, Kevin Kinloch, Megan Leonhard Joseph McCollum, Maria Mc Sharry et Nicole Salé fourni une excellente assistance technique et des discussions approfondies.

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Les auteurs déclarent qu&#39;ils n&#39;ont aucun intérêt financier concurrents.

La procédure décrite ici représente une technique de premier passage pour isoler dégradeurs BDM potentiels du sol, et a été utilisé avec succès pour isoler les champignons de BDM enfouis dans le sol pendant sept mois. Les champignons ont augmenté lorsque inocule sur un matériel de BDM frais du même type, ce qui indique que les champignons isolés étaient en effet colonisateurs, et que les films n&#39;étaient pas d&#39;inhibition de la croissance fongique. Isolement des champignons dégradant le plastique et...

La dégradation a toujours été considéré comme un attribut indésirable de polymères plastiques, parce répartition raccourcit produit durée de vie et de durabilité. Récemment, la sensibilisation aux problèmes de l&#39;environnement présentés par les déchets plastiques dans l&#39;environnement naturel 1,2,3 a fait plastiques biodégradables une alternative intéressante aux matériaux plastiques conventionnels. Dégradation (définis comme des changements structurels, la fragmentation et la réduction de la masse moléculaire, l&#39;intégrité et la force 4,5) se fait par une série d&#39;événements, y compris les processus abiotiques (stress thermique, photo-oxydation, l&#39;hydrolyse, l&#39;érosion et le stress mécanique), et la dégradation biologique 6. Bien que les processus abiotiques peuvent changer la taille des fragments et les caractéristiques des matières plastiques, les microorganismes sont nécessaires pour leur minéralisation ultime à l&#39;eau et le dioxyde de carbone (dans des conditions aérobies) et / ou le méthane (dans des conditions anaérobies). Une niche importante pourplastiques biodégradables existent dans l&#39;agriculture, où les paillis de plastique sont utilisés pour empêcher la croissance des mauvaises herbes, conserver l&#39;humidité du sol et à augmenter la température du sol 7,8. Des centaines de milliers d&#39;hectares dans les seuls États-Unis sont recouverts de paillis de plastique 9, y compris paillis composé de plastique biodégradable. Après une saison de croissance des cultures, les options pour l&#39;élimination des paillis biodégradables (BDM) comprennent l&#39;élimination dans un site d&#39;enfouissement, l&#39;incinération de récupération d&#39;énergie 10, la dégradation par le compostage ou la dégradation dans le sol après le labour 11. Parmi ceux-ci, le sort moins de main-d&#39;œuvre laboure BDM dans le sol, mais sans dégradation efficace et la minéralisation pendant les mois non cultivées (généralement en hiver), des fragments de plastique pourraient rester et interférer avec l&#39;équipement agricole pendant le labour de printemps et la plantation, et persister dans l&#39;environnement où ils ont un impact significatif faune, la flore, et microbiote 1,2,3,10. <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Bien que de nombreux produits en plastique, y compris les films de paillage agricole, portent l&#39;étiquette «biodégradable» ou «compostable», dans la pratique, la dégradation et la minéralisation peut être trop inefficace et / ou trop incomplets pour la décomposition dans les sols d&#39;être un alternative viable pour l&#39;élimination de ces produits. Par exemple, les polyéthylènes oxo-biodégradables obtenus seulement 12,4% de minéralisation après un an de vieillissement et de trois mois à venir dans un 58 ° C compost, et moins de la moitié de ce montant de minéralisation sont survenus lorsque la température du compost est de 25 ° C 12. En hiver, les températures du sol à la plupart des endroits seraient inférieurs à l&#39;une de ces températures, résultant vraisemblablement de l&#39;activité microbienne encore plus faible et, par conséquent, moins de minéralisation. En plus de ralentir la vitesse de dégradation, l&#39;utilisation abusive du terme «biodégradable» a conduit à se méfier de ces produits par les consommateurs 13,14, y compris dans le secteur agricole. La biodégradation est la conversionde polymères à dioxyde de carbone (et / ou du méthane) et de l&#39;eau 14 par des micro-organismes d&#39;origine naturelle 4. Par conséquent, la biodégradation doit être mesurée chimiquement; l&#39;association physique des micro-organismes avec un substrat n&#39;implique pas la dégradation microbienne de ce matériau. Dans le cadre d&#39;un effort pour examiner l&#39;utilisation durable de la BDM dans l&#39;agriculture, cette étude se concentre sur la découverte de micro-organismes indigènes sur les terres agricoles qui colonisent et dégradent BDM disponibles dans le commerce. Méthodes d&#39;essai normalisées ont été publiés pour mesurer chimiquement la décomposition des plastiques biodégradables par abiotiques et biologiques 15,16,17. Cependant, ces méthodes ne tiennent pas compte dégradation des plastiques par des espèces microbiennes individuelles, ou fournissent des méthodes pour leur isolement. La méthode ressemble à présent plus étroitement méthodes normalisées visant à évaluer plastiques pour la résistance à la dégradation microbienne après inoculation des échantillons avec des spores fongiques18,19. Lorsque les formulations de matières plastiques sont connues, et une source de la charge d&#39;alimentation est disponible, le plastique en poudre peut être mis en suspension dans un milieu et la dégradation de la gélose à base déterminés par visualisation des zones de compensation 13. Ce procédé a déjà été utilisé pour identifier les micro-organismes qui dégradent les polymères tels que le polyuréthanne, le poly-20 (butylène succinate-co-adipate) 21, et le poly (acide lactique) 22. Une méthode similaire consiste à suspendre plastique pur en poudre dans un milieu liquide où la matière plastique est la seule source de carbone 20,23. Bien que ces méthodes ont l&#39;avantage d&#39;un système défini, ils imitent mal dégradation in situ de la BDM. Tout d&#39;abord, la surface est répartie différemment parce BDM ne sont pas dispersés en petites particules à travers la matrice du sol, mais plutôt vendus et utilisés comme films. Deuxièmement, la composition chimique du BDM est différente de polymères purs. BDM contiennent généralement des additifs tels quedes charges, des plastifiants, et des colorants, ainsi que ces additifs peuvent influer sur la croissance microbienne, et de ce fait, le taux de minéralisation. Pour cette raison, et parce que la composition de certains films commerciaux dans cette étude étaient propriétaires, film plastique, dans sa forme utilisable sur le terrain a été utilisé pour isoler les champignons et les bactéries. Pour plus de simplicité, les méthodes suivantes sont décrites uniquement pour les champignons, avec des modifications ont noté le cas échéant pour isolements bactériens. Dans une étude récente 24, trois BDM disponibles dans le commerce et un film expérimental ont été utilisés sur des sites agricoles dans trois régions différentes des États-Unis pour une saison de croissance, et ensuite placés dans mesh (250 microns) sacs et enterrés pour un hiver dans le sol aux mêmes sites. Les ouvertures de maille 250 microns permettent hyphes de pénétrer tout en excluant les racines et la plupart faune du sol, et de minimiser l&#39;empiètement des sols 25,26. matériaux en nylon prévenir la dégradation du sac dans le sol. Après excavation, fisolats Ungal ont été récupérés à partir de morceaux BDM et évalués pour la croissance sur un milieu minimal sans une source de carbone à l&#39;exception de l&#39;agar-agar et de 5 cm x 5 cm carrés de surface désinfectée du nouveau film, encore utilisé de BDM qui a été pré-désinfectés. La plupart des plastiques utilisés comme films ne peuvent pas être passés à l&#39;autoclave sans perte de l&#39;intégrité, de la lumière UV a été utilisé afin de tuer toutes les cellules microbiennes résidant sur les matières plastiques. ISO 846 19 recommande surface désinfestation dans 70% d&#39;éthanol et séchage ultérieur, mais si vous utilisez cette méthode, on doit s&#39;assurer qu&#39;aucun composant ou additif du film subit les conséquences négatives de l&#39;éthanol. Depuis BDM vraisemblablement sont fabriqués pour résister à la lumière du soleil, les UV a été choisie comme méthode de décontamination. Les isolats qui poussaient sur BDM morceaux mieux que sur un milieu minimal seuls ont été retenus pour une étude plus approfondie. Agar, un polysaccharide produit par les algues marines, est utilisé pour solidifier les milieux microbiens, car il n&#39;est généralement pas utilisé métaboliquement par l&#39;agriculture et médicalement pasmicro-organismes capables, mais enzymes d&#39;agar-hydrolyse ont été isolés à partir de bactéries marines 27 et bactéries d&#39;agar-hydrolyse ont également été isolées du sol 28. Polymères BDM et de l&#39;agar sont tous deux censés être des substrats rares pour les enzymes sécrétées par des champignons du sol, qui n&#39;ont pas évolué dans des environnements qui contiennent ces polymères en tant que sources potentielles de substances nutritives, mais les deux substrats sont présents dans le bio-essai sur plaque décrit ci-après (étape 7). Les champignons qui utilisent BDM mais pas agar comme une source de carbone peuvent être différenciés des champignons qui utilisent agar seulement, en comparant la croissance sur gélose solidifiée contenant i) sans ajout d&#39;une source de carbone à l&#39;exception agar (contrôle négatif), ii) BDM films (expérimental) et iii) le glucose (témoin positif). Croissance de tous les isolats est prévu sur un milieu minimal ainsi glucose; champignons qui ne découlent pas de plaques contenant du glucose peut ne pas être capable d&#39;une croissance sur le milieu minimal notamment utilisé dans l&#39;expérience. Potential BDM dégradeurs devrait croître sur une gélose solidifiée milieu minimum + film BDM mieux que leur croissance sur gélose solidifiée milieu minimal seul. Les champignons qui poussent sur des plaques de milieu minimal sont agar-dégradeurs ou oligotrophes, et devraient également croître sur la gélose des films BDM dans des plaques d&#39;essais biologiques, mais pas sur les films eux-mêmes (à moins qu&#39;ils serendipitously également dégrader les polymères BDM). Pour éliminer la possibilité de voir la croissance microbienne en raison de l&#39;utilisation de l&#39;agar et non de BDM, nous avons suivi notre analyse initiale de la colonisation BDM sur des plaques d&#39;agar avec un essai biologique en milieu liquide défini (étape 9). Morceaux BDM représentés source de carbone seulement connu dans les tubes à essais biologiques. Après l&#39;examen initial, et sur la relance de stocks de glycérol des isolats, certains formé mycélium peu mais visible dans un milieu défini liquide contenant aucune source de carbone connu. Ces résultats suggèrent que certains des isolats étaient acquises oligotrophs - organismes qui poussent en piégeant très petites quantités de carbone, d&#39;azote et d&#39;autres nutriments dissous soit dans le milieu aqueux ou existant comme volatiles dans l&#39;air 29,30,31. L&#39;identification des espèces par 18S analyse de l&#39;ADN ribosomal soutenu ce point de vue, comme la plupart des isolats appariés genres fongiques précédemment rapporté exposer oligotrophie 32. Oligotrophes, qui sont communément saprophytes, nécessitent un large éventail de capacités métaboliques pour l&#39;utilisation du substrat dans une variété d&#39;environnements 30. Ainsi, il n&#39;est pas surprenant que les mêmes champignons, nous isolées à partir de BDM (nécessitant vraisemblablement capacités enzymatiques inhabituelles) ont démontré des capacités oligotrophes, et sont capables de croître sur les traces de contaminants tels que les huiles de la peau à partir des empreintes digitales, la poussière ou les volatiles de traces dans l&#39;air. En raison de l&#39;isolement des populations oligotrophes, nous avons conclu que la croissance sur une surface de BDM seul ne pouvait pas être utilisée pour déduire BDM panne. Les méthodes décrites aux présentes reflètent nos efforts pour screen colonisateurs BDM indigènes provenant des sols agricoles pour la rupture du BDM de bonne foi.

<table border="1">
<tbody>
 <tr>
 <td>Reagent Name</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalog Number</td>
 <td>Comments</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Potato Dextrose Agar</td>
 <td>Becton Dickinson</td>
 <td>8X05491</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td >Agar</td>
 <td>Fisher</td>
 <td>BP 1423-2</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td >Chloramphenicol</td>
 <td>Acros Organics</td>
 <td>200-287-4</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td >Glutaraldehyde</td>
 <td>Electon Microscopy Sciences</td>
 <td>16216-10</td>
 <td>Toxic</td>
 </tr>
 <tr>
 <td >Molecular sieve</td>
 <td>Fisher </td>
 <td>M-8892</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td >Ethanol</td>
 <td>Pharmco-Aaper</td>
 <td>E200</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td >Contrex</td>
 <td>Decon Labs, Inc.</td>
 <td>5204</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td >Parafilm M</td>
 <td>Pechiney Plastic Packaging</td>
 <td>S37440</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td >Mineral salts for buffers and media</td>
 <td>Fisher</td>
 <td>Various</td>
 <td>Various vendors sell these reagents</td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

isolation of native soil microorganisms with potential for breaking down biodegradable plastic mulch films used in agriculture

Les champignons indigènes sur les terres agricoles qui ont colonisé paillis films disponibles dans le commerce biodégradables (BDM) ont été isolés et évalués pour le potentiel de dégrader les plastiques. En règle générale, lorsque des formulations de matières plastiques sont connues, et une source de la charge d&#39;alimentation est disponible, en matière plastique en poudre peut être mis en suspension dans un milieu et la dégradation de la gélose à base déterminés par visualisation des zones de compensation. Cependant, cette approche imite mal dégradation in situ de la BDM. Tout d&#39;abord, BDM ne sont pas dispersés sous forme de petites particules à travers la matrice du sol. Deuxièmement, BDM ne sont pas commercialisés en polymères purs, mais plutôt comme des films contenant des additifs (par exemple des charges, des plastifiants et colorants) qui peuvent affecter la croissance microbienne. Les procédures décrites dans les présentes ont été utilisés pour les isolats acquis de sols enfouis films de paillage. Isolats fongiques acquis de BDM fouilles ont été testés individuellement pour la croissance sur des morceaux de nouvelles, BDM désinfectées fixées au sommet milieu défini contenant aucune source de carbone eauf agar. Les isolats qui poussaient sur BDM ont encore été testés dans un milieu liquide où BDM étaient la seule source de carbone ajoutée. Après environ dix semaines colonisation fongique et la dégradation des BDM ont été évalués par microscopie électronique à balayage. Les isolats ont été identifiés par analyse de séquences de gènes d&#39;ARN ribosomique. Ce rapport décrit les méthodes d&#39;isolement des champignons, des bactéries, mais aussi ont été isolés en utilisant ces méthodes en remplaçant les médias appropriés pour les bactéries. Notre méthodologie devrait s&#39;avérer utile pour des études portant répartition des films de plastique intacts ou produits pour lesquels matières premières en plastique sont soit inconnu ou n&#39;est pas disponible. Cependant, notre approche ne fournit pas une méthode quantitative pour comparer les taux de dégradation BDM.

Dans une étude récente 24, quatre répétitions de chacun des trois BDM disponibles dans le commerce étiquetés «biodégradable», plus un film expérimental et un contrôle plastique conventionnel, ont été placés sur le sol comme paillis pour la production de tomates au printemps 2010 à Mount Vernon, WA, Knoxville, TN, et Lubbock, TX. À l&#39;automne de 2010, MBD places de cinéma ont été découpés dans chaque résisté paillis en quatre parcelles répétées et terre natale a été retiré direc...

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Isolation of Native Soil Microorganisms with Potential for Breaking Down Biodegradable Plastic Mulch Films Used in Agriculture

Les films plastiques étiquetés «biodégradable» sont disponibles dans le commerce à des fins agricoles comme paillis. Travail du sol représente une méthode d&#39;élimination attrayant, mais la dégradation des conditions sur le terrain est mal comprise. Le but de cette étude était de développer des méthodes pour isoler les champignons du sol indigènes et les bactéries qui colonisent les films de paillage plastique après l&#39;enterrement de terrain.

Isolement des microorganismes du sol autochtones ayant un potentiel de Breaking Down biodégradables paillis de plastique films utilisés dans l&#39;agriculture

Fungi native to agricultural soils that colonized commercially available biodegradable mulch (BDM) films were isolated and assessed for potential to ...

isolation-native-soil-microorganisms-with-potential-for-breaking-down

Research

JoVE Journal

Biology

30.4K vues.  Western Washington University. Les films plastiques étiquetés «biodégradable» sont disponibles dans le commerce à des fins agricoles comme paillis. Travail du sol représente une méthode d'élimination attrayant, mais la dégradation des conditions sur le terrain est mal comprise. Le but de cette étude était de développer des méthodes pour isoler les champignons du sol indigènes et les bactéries qui colonisent les films de paillage plastique après l'enterrement de terrain.