Un metodo fisico per la lisi delle cellule microbiche del suolo basato su alte pressurizzazioni con CO2

Abstract

La biomassa microbica del suolo (BMS), una piccola ma altamente dinamica frazione della sostanza organica del suolo, svolge un ruolo chiave nell’ecosistema suolo e pertanto le sue dimensioni e la sua attività sono determinanti per la fertilità e la qualità del suolo[1]. Perciò, lo studio e la caratterizzazione della MBS sono essenziali per la valutazione della qualità del suolo. I due metodi ancora ampiamente utilizzati per la determinazione della MBS sono la fumigazione-incubazione (FI) e la fumigazione-estrazione (FE)[2][3]. Entrambi i metodi si basano sulla fumigazione dei campioni di suolo con cloroformio (CHCl3) per lisare le cellule microbiche e determinarne il materiale citoplasmatico. L'uso del CHCl3, tuttavia, solleva diverse criticità, prima fra tutte la sua tossicità per l'uomo e per l'ambiente[4] e inoltre, diversi autori hanno dimostrato che il CHCl3 non è completamente efficiente nel lisare le cellule microbiche[5][6][7]. Pertanto, lo scopo di questo studio è stato quello di sviluppare un nuovo approccio per lisare le cellule microbiche, che possa essere più affidabile e sicuro per l'ambiente rispetto alla fumigazione. Il metodo proposto, chiamato CO2HP (CO2 - High Pressure), si basa su un'elevata pressurizzazione del suolo con CO2, seguita da una rapida depressurizzazione. Per mettere a punto il metodo CO2HP, sono state testate diverse combinazioni di pressione e durata di pressurizzazione e, per valutare la capacità del metodo CO2HP di lisare le cellule microbiche del suolo, è stato effettuato un confronto con i metodi classici FI e FE. I risultati dimostrano che il nuovo metodo CO2HP è più efficiente del CHCl3 nel lisare le cellule microbiche del suolo. La combinazione più efficiente è risultata essere 600 psi per la pressurizzazione della CO2 e 32 ore di durata.Soil microbial biomass (SMB), a small but highly dynamic pool of living organic matter, plays a key role in nutrient cycling, and therefore its size and activity are crucial determinants of soil fertility and quality[1]. For these reasons, the study and characterization of soil microbial biomass (SMB) are essential for soil quality assessment. The two methods still widely used for SMB determination are chloroform incubation (FI) and chloroform extraction (FE)[2][3]. Both methods rely on the ability of chloroform (CHCl3) to lyse soil microbial cells so as to determine the cytoplasmic material. The use of CHCl3, however, raises several critical issues, chief among them that it is toxic to humans and the environment[4]. In addition, several authors have shown that CHCl3 is not completely efficient in lysing microbial cells[5][6][7]. Therefore, the aim of this study was to develop a new approach, possibly more reliable and environmentally safe than the CHCl3-based method, for lysing soil microbial cells. The proposed method is based on high pressurization of the soil with CO2, through the use of a steel reactor, followed by rapid depressurization through gas release. Hereafter, we will call this approach CO2HP (CO2-High Pressure). To set up CO2HP method, different combinations of pressure and duration of pressurization were tested, and to evaluate the ability of the CO2HP method to lyse soil microbial cells, a comparison was made with the classical FI and FE methods. The results indicate that the new CO2HP method is more efficient than CHCl3 in lysing soil microbial cells. The most efficient combination was found to be 600 psi for CO2 pressurization and 32 hours duration