The Infection and Impact of Azorhizobium Caulinodans ORS571 on Wheat (Triticum Aestivum L.)

Based on our previous study, cereal crop wheat (Triticum aestivum L.) could be infected by rhizobia Azorhizobium caulinodans ORS571, and form para-nodules with the induction of 2.4-dichlorophenoxyacetic acid, a common plant growth regulator. To enhance this infection and the potential agricultural application, we compared six different infection methods (Direct seed dip; Seed germination dip; Pruned-root dip; Foliar spray; Circum-soil dip; Seed dip and circum-soil dip) for achieving the high efficient infection of A. caulinodans into wheat plants by employing a green fluorescent protein (gfp)-labeled Azorhizobium caulinodans strain ORS571. With proper methods, copious rhizobia could enter the interior and promote the growth of wheat to the hilt. Circum-soil dip was proved to be the most efficient method, seed germination dip and pruned-root dip is the last recommended to infect wheat, seed germination dip and seed dip and circum-soil dip showed better effects on plant growth, pruned-root dip did not show too much effect on plant growth. This study laid the foundation for understanding the interaction between rhizobia and cereal crops and the growth-promoting function of rhizobia

The effect of sewage sludge varied doses on cd, zn and pb phytostabilization

Celem badań było określenie wpływu różnych dawek osadów ściekowych na proces wspomaganej fitostabilizacji cynku, kadmu i ołowiu w uprawach trzech gatunków traw: kostrzewy trzcinowej (Festuca arundinacea Schreb.), życicy trwałej (Lolium perenne L.) oraz kostrzewy owczej (F. ovina L). Gleba wykorzystana w badaniach, pochodziła z terenów leśnych przyległych do Huty Cynku "Miasteczko Śląskie" S.A. i charakteryzowała się wysoką zawartością metali ciężkich, (głównie Cd, Pb i Zn), a także niską wartością pH, małą pojemnością sorpcyjną oraz niską zawartością substancji organicznej i pierwiastków biogennych. W przeprowadzonym doświadczeniu wazonowym sporządzono mieszaniny gleby z wzrastającymi dawkami osadów ściekowych z przemysłu rozlewniczego (w proporcjach wagowych w stosunku do gleby 10%, 20%, 30%, 40%, 50% i 60%). Dodatek osadów ściekowych umożliwił wzrost i rozwój traw: im wyższe dawki osadów tym większa biomasa (najwyższe plony uzyskano przy 40 i 50% dodatku osadów ściekowych w przypadku kostrzewy owczej i trzcinowej oraz 60% dla życicy trwałej). Na glebie bez osadów nie obserwowano wzrostu roślin. Dostępność metali dla roślin malała wraz ze zwiększaniem dawki osadów. Przy czym, przy zastosowaniu 40, 50 i 60% dodatku osadów ściekowych spadek zawartości metali ciężkich utrzymywał się na stałym poziomie dla wszystkich trzech gatunków traw. Użyte w doświadczeniu osady ściekowe mogą zostać wykorzystane do rekultywacji gleb skażonych Zn, Cd i Pb, ubogich w azot i fosfor oraz pozbawionych okrywy roślinnej. Wraz ze zwiększaniem dawki osadów ściekowych zwiększa się immobilizacja metali w materiale glebowym, a tym samym zmniejsza się stężenie metali w biomasie roślinnej Do celów rekultywacyjnych zalecany jest wysiew mieszanek różnych gatunków traw.The main objectives of the present study were to determine the effect of different sewage sludge doses on the process of improved Cd, Pb and Zn phytostabilization in the cultivation of three grass species: Festuca arundinacea Schreb., Lolium perenne L. and F. ovina L., and to examine heavy metal bioavailability in amended soil. A pot assessment was conducted using contaminated soil from the site surrounding the zinc smelter in Miasteczko Slaskie Silesia region in Poland and different doses of sewage sludge from bottling plant of mineral water. Shoot and root concentrations of heavy metals were significantly higher for all grass species growing on soil with low sewage sludge application. Total heavy metal concentrations confirmed that sludge amended soils were significantly lower in these trace elements than no amended soil and addition of sewage sludge promoted the heavy metals immobilization in the soils compared to the soils without sewage sludge application

Sewage sludge influence on microbiological and biochemical soil activity

Niniejsza publikacja zawiera podsumowanie aktualnego stanu wiedzy na temat kształtowania się liczebności wybranych grup fizjologicznych drobnoustrojów (bakterii celulolitycznych, proteolitycznych, nitryfikacyjnych czy grzybów) i zmian mikrobiocenotycznych w składzie mikroorganizmów glebowych oraz procesów mikrobiologicznych zachodzących w środowisku glebowym i w ryzosferze roślin po zastosowaniu osadów ściekowych jako nawozu. Omówiono tu zarówno korzystny, jak i negatywny wpływ osadów ściekowych na skład chemiczny gleby oraz na aktywność mikroorganizmów glebowych. Przytoczone publikacje potwierdziły, iż do nawożenia gleby najkorzystniejsze są osady pochodzące z przemysłu rolno-spożywczego, ponieważ stopień ich zanieczyszczenia substancjami toksycznymi jest niewielki. Zastosowanie osadów wpłynęło na zwiększenie zawartości węgla organicznego, azotu ogólnego oraz przyswajalnych form fosforu i potasu. Skutkiem tego były wyższa aktywność biologiczna gleby i wzrost liczebności bakterii (oligo-, makrotroficznych), promieniowców i grzybów (nitkowatych, celulolitycznych) oraz wzrost aktywności procesów mikrobiologicznych, takich jak: amonifikacja, nitryfikacja i denitryfikacja. W pierwszych tygodniach nawożenia gleby zaobserwowano niekorzystne zmiany w strukturze mikroorganizmów, pochodzących z zastosowanych osadów, w skład których weszły patogenne wirusy, bakterie (Salmonella, Shigella) oraz grzyby (Aspergillus, Fusarium, Penicillium). Wraz z upływem czasu mikroorganizmy wprowadzone z odpadami zostały wyparte przez rodzime mikroorganizmy glebowe. Wyniki stymulującego wpływu osadów utrzymały się przez dłuższy czas, najsilniej zaobserwowano je dla gleby w warstwie aplikacji osadów ściekowych.This publication summarizes the current state of knowledge on the development of the selected microbial groups: (cellulolytic, proteolytic, nitryfication bacteria and fungi) and microbiocenotic changes in the composition of the soil microflora and microbial processes occurring in the soil environment and rhizosphere plants after the application of sewage sludge as fertilizer. Moreover, both the positive and the negative impacts of sewage sludge on chemical composition of soil and soil microflora activity were discussed. Cited publications have confirmed that as a soil fertilizer, the most favorable are the sewage sludge from agro-food industries, mainly because the degree of pollutions and toxic substances is small. Application of the sewage sludge has increased organic carbon content, total nitrogen and bioavailable forms of phosphorus and potassium. One of the most common result was a higher biological activity of the soil and an increase in the number of bacteria (oligo-, macrotrophic), thermophilic Actinomycetes and fungi (filamentous, celluolytic) and an increase in the activity of microbial processes such as: ammonification, nitrification and denitrification. During the first period of fertilizing the soil some adverse changes in the structure of the endogenous microflora were noted, which entered the pathogenic viruses, bacteria (Salmonella, Shigella), and fungi (Aspergillus, Fusarium, Penicillium) coming from the sewage sludge. With the passage of time some egzogenic microflora was displaced by indigenous microorganisms. The results of the stimulating effects of sewage sludge remained for a long time and were mostly observed in soil at the application level

Immobilizacja wybranych bakterii o znaczeniu remediacyjnym na różnych nośnikach

Soil degradation generates the need for reclamation measures. Bioaugmentation represents a promising method to treat degraded soils. The introduction of microorganisms into the soil often requires immobilisation. Porous media, such as biochar, have been used for the purpose. The introduction of individual bacteria into the soil requires the choice of a suitable medium to ensure high bacterial survival rate and effective bioaugmentation. The possibility of immobilization of Bacillus subtilis, Pseudomonas fluorescens, Azospirillum brasilense and a bacterial consortium by means of encapsulation in alginate with the addition of biochar, nanosilica, perlite or vermiculite was analysed in the study. The best effects of B. subtilis immobilization were obtained with alginate with 5 ml of biochar, P. fluorescens - with 25% (v/v) perlite and vermiculite, while A. brasilense - with 25% (v/v) alginate and 50% (v/v) perlite. The most effective immobilization of the bacterial consortium was achieved using alginate with addition of 50% (v/v) of biochar.Degradacja gleb generuje konieczność podjęcia działań rekultywacyjnych. Bioaugmentacja stanowi obiecującą metodę oczyszczania gleb zdegradowanych. Wprowadzenie mikroorganizmów do gleby bardzo często wymaga zastosowania immobilizacji. Do tego celu wykorzystuje się porowate nośniki, takie jak biowęgiel. Wprowadzenie poszczególnych bakterii do gleby wymaga doboru odpowiedniego nośnika zapewniającego wysoką przeżywalność bakterii oraz umożliwiającego efektywną bioaugmentację. W niniejszej pracy określono możliwość immobilizacji Bacillus subtilis, Pseudomonas fluorescens, Azospirillum brasilense oraz konsorcjum bakteryjnego poprzez kapsułkowanie w alginianie z dodatkiem biowęgla, nanokrzemionki, perlitu lub wermikulitu. Najlepsze efekty immobilizacji B. subtilis uzyskano z zastosowaniem alginianu z dodatkiem 5 ml biowęgla, P. fluorescens z wykorzystaniem 25% (v/v) perlitu i wermikulitu, natomiast A. brasilense 25% (v/v) alginianu i 50% (v/v) perlitu. Najefektywniejszą immobilizację konsorcjum bakteryjnego uzyskano z wykorzystaniem alginianu z dodatkiem 50% (v/v) biowęgla

Potential applications of plant in vitro cultures in phytoremediation studies

The main aim of this review is to assess the advantages and disadvantages of use of in vitro plant cell and organ cultures as useful research tools in process of phytoremediation. Plant tissue cultures including cell suspensions, callus and hairy roots are frequently used in the phytoremediation research, mostly as a model plant systems. One of the most important advantages of using in vitro cultures is the ability to examine the metabolic capabilities of plant cells as well as their capacity for toxicity tolerance in controlled conditions without any interference from microorganisms and processes occurring naturally in soils. The results obtained from plant cell or tissue cultures can be used to predict the responses of plants to environmental stressors and also to mass produce stress induced proteins and other metabolites. The aim of this review is to present possible applications for in vitro cultures in phytoremediation studies

Organiczne dodatki we wspomaganej fitoremediacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi - podstawowe markery fitotoksyczności

Abiotic and biotic stressors induce a strong cellular response in plants, resulting in significant changes in plant cells metabolism. Knowledge in this area can help to develop very specific methods of stress decrease. For this purpose, it is necessary to find sensitive and accurate tools that will allow to estimate the level of stress in cells. The largest group of substances involved in stress response are proteins. The study of changes in the protein profile can yield the most answers concerning the different mechanisms of soil microflora tolerance and the adaptation of plants to unfavorable conditions. The knowledge of these mechanisms can significantly support the assisted phytoremediation of soils. The aim of the study was to investigate the effect of abiotic factors on plant stress response in Lupinus luteus grown on soil contaminated with heavy metals and amended with organic additives. The aim of the study was to determine the level of plant stress based on tests of plant stress proteins presence and a specific peroxidase activity in plants grown on soil contaminated with heavy metals (HMs). An acrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) has been used in the study to separate specific proteins fractions (metallothioneins), accompanying stress factors. The results of peroxidase activity indicated that the organic soil amendments have an impact on reducing plant stress. The lowest dose of soil amendments reduced the amount of peroxidase by almost half in roots. This proves that adequate soil supplementation helps plants to tolerate stress. The SDS-PAGE analysis suggests that in the most stressful conditions the protein profile is significantly different from control and indicates additional small protein products in the range of 7÷20 kDa indicating, in accordance with the literature, presence of metallothioneins as response to plant stress. The applied methodology confirms that organic soil amendments reduced the level of HMs plants stress after organic amendments soil application.Abiotyczne i biotyczne czynniki stresogenne wywołują silną odpowiedź komórkową u roślin, powodując istotne zmiany w metabolizmie komórek roślinnych. Pogłębienie wiedzy w tym zakresie może przyczynić się do opracowania metod zmniejszania reakcji stresowych roślin, a tym samym może zwiększyć odporność roślin na niekorzystne warunki glebowe. Konieczne jest więc stworzenie precyzyjnych narzędzi do szacowania poziomu stresu w komórkach. Największą grupę substancji zaangażowanych w reakcję na stres u roślin stanowią białka. Badanie zmian w profilu białkowym może dostarczyć odpowiedzi dotyczących poznania mechanizmów tolerancji mikroflory glebowej i przystosowania roślin do niekorzystnych warunków. Znajomość tych mechanizmów może w znacznym stopniu wpływać korzystnie na wspomaganą fitoremediację gleb. Celem pracy było zbadanie wpływu czynników abiotycznych na odpowiedź stresową roślin Lupinus luteus, uprawianych na glebie zanieczyszczonej metalami ciężkimi i wzbogaconej glebowymi dodatkami organicznymi. W pracy badano poziom stresu roślinnego na podstawie testów obecności roślinnych białek stresowych i aktywności peroksydazy w roślinach uprawianych na glebie zanieczyszczonej metalami ciężkimi (HM). W badaniu wykorzystano akryloamidową elektroforezę żelową (SDS-PAGE) do rozdzielenia frakcji białek roślinnych (metalotionein), towarzyszących czynnikom stresowym. Wyniki pomiaru aktywności peroksydazy wskazują na zmniejszenie stresu roślinnego, po wprowadzeniu do gleby zanieczyszczonej metalami dodatków organicznych. Najniższa dawka zastosowanych organicznych dodatków glebowych zmniejszyła aktywność peroksydazy o połowę w tkankach korzeni roślin. Dowodzi to, że odpowiednia suplementacja gleby pomaga roślinom tolerować stres. Wyniki analizy SDS-PAGE sugerują, że w najbardziej stresujących warunkach profil białka znacząco różni się od kontroli i wskazuje na pojawienie się dodatkowych, niskocząsteczkowych produktów białkowych w zakresie 7÷20 kDa. Zgodnie z dostępną literaturą, wyniki wskazują na obecność metalotionein w odpowiedzi na ekspozycję roślin na metale ciężkie. Przeprowadzone badania potwierdzają, że wprowadzone do gleby zanieczyszczonej metalami ciężkimi dodatki organiczne, zmniejszyły wskaźniki stresu roślinnego

Sewage sludge as a substitute of soil in the process of remediation and reclamation of sites contaminated with heavy metals

Osady ściekowe pochodzenia przemysłowego szczególnie z przemysłu spożywczego i drzewnego stanowią doskonały substrat, który można wykorzystać do rekultywacji terenów zdegradowanych pod warunkiem spełnienia przez nie wymogów określonych w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z 2002 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych. Stwierdzono, że osady ściekowe (ze względu na swoje właściwości) mogłyby być również stosowane na terenach skażonych metalami ciężkimi. Przedstawiono wyniki badań wskazujące, iż w osadach pochodzących z oczyszczalni przemysłowych stężenia Pb, Cd, Cr, Ni i Zn były wielokrotnie niższe niż w próbkach z oczyszczalni komunalnych. Ponadto wysoka wilgotność, odpowiednia zawartość materii organicznej, C, N, P, kwasów huminowych oraz najważniejszych grup mikroorganizmów (bakterie, grzyby, promieniowce) sprawia, że mogą one brać udział w szeregu mechanizmów w procesach rekultywacji i remediacji terenów skażonych, a ich aplikacja korzystnie wpływa na parametry gleb zdegradowanych, zanieczyszczonych metalami ciężkimi.Sewage sludge of industrial origin in particular from the food and the wood industry, is an excellent substrate that can be used for restoration of degraded land, if it meets the requirements specified in the Regulation of the Minister of Environment from 2002 on municipal sewage sludge. It was found that sludge (due to its properties) could also be used in areas contaminated by heavy metals. The results of research indicate that in the sediments from industrial effluent, concentrations of Pb, Cd, Cr, Ni and Zn were many times lower than in the samples from municipal sewage treatment plants. In addition, such features like high humidity, adequate organic matter content, presence of C, N, P, humic acid, and the main groups of microorganisms (bacteria, fungi, actinomycetes) make that the sludge can participate in a series of mechanisms in the processes of reclamation and remediation of contaminated sites and its application improves the performance of degraded soils contaminated with heavy metals

Chemophytostabilisation of Soil Contaminated with Cadmium, Lead and Zinc

Assisted phytostabilisation involves the use of plants and soil additives for physical stabilization of the soil and chemical immobilization of contaminants. This technique aims to establish a vegetation cover with metal-tolerant plants and thus reduce leaching of metals. The main aim is to reduce the risk of incorporation of metal into the food chain. In the conducted experiment contaminated soil was collected from the area surrounding a zinc smelter in Miasteczko Slaskie, in the Silesia region of Poland. Soil in the study area has been contaminated with metals, especially Cd, Pb and Zn. Moreover, soils of the study area are also acidified. The role of sewage sludge and inorganic amendments as an immobilising agents in the attenuating phytostabilisation of metal-contaminated soil was evaluated using grass species Festucaarundinacea Schreb. The biosolid used was anaerobically digested sewage sludge, collected from the industrial waste water treatment plant and juices manufacturer (food industry). The soil was mixed with sewage sludge (sewage sludge accounted for 1and 3% of dry weight), lime and inorganic fertilizers (potassium phosphate, TSP at 0.8% each). A plant growth experiment was conducted in a growth chamber for 10 weeks. The plants were grown under artificial conditions, suitable for proper growth of plants. Plants growing on amended soil were devoid of any macroscopic symptoms of metal toxicity or nutrient deficiency, in contrast to plants grown on non-amended soil, where growth was inhibited and some phytotoxic effects were observed. For amended soil, plant growth was most likely influenced by improved soil conditions due to nutrient-rich amendments and metals immobilisation. Mobile fractions of metals decreased in amended soil, and the same pattern was observed for metal concentrations in plant tissues. However, the best results were obtained for the variants of combined application of sewage sludge and inorganic amendments. All investigated metals accumulated mainly in root tissues in combination with sewage sludge application. A significant reduction in metal uptake by plants was achieved after sewage sludge application, which is attributed to decreased bioavailability and the stabilisation of metals in soil. In the experiment the introduction of soil liming treatment allowed to maintain the pH at a constant level after 10 weeks of the experiment (5.5–7) (Fig. 1). The K5-K10 variants achieved a significant reduction in bioavailable forms (0.01 M CaCl2 extraction). In a study of biomass (Fig. 3) the highest yield (5.5 g DM) was obtained for the combined use of a combination of potassium and phosphate deposits and combinations of superphosphate and combined use of sewage sludge (2.5 g DM/pot). The highest immobilization effects were obtained for combined application of sewage sludge, lime fertilizer and superphosphate or potassium phosphate as compared to other options. The highest degree of immobilization of three tested heavy metals: cadmium, zinc and lead was obtained only with the application of sewage sludge and mineral amendments at a dose of TW +FP 0.8% + 1% d.m. sewage sludge. Effective process of chemophytostabilisation with the use of grass and organic additive and inorganic additives in situ sandy areas and heavily contaminated with heavy metals, can be obtained solely with the combined use of investigated additives and treatment