생분해 성 플라스틱 뿌리 덮개 필름을 부셔 가능성이있는 기본 토양 미생물의 분리가 농업에 사용
Summary
라벨 플라스틱 필름은 "생분해 성"뿌리 덮개로 농업 사용을 위해 상업적으로 사용할 수 있습니다. 경작 매력적인 처리 방법을 나타냅니다 있지만, 현장 조건에서 분해가 제대로 이해된다. 본 연구의 목적은 현장 매장 한 후 플라스틱 뿌리 덮개 필름을 식민지 기본 토양 곰팡이와 박테리아를 분리하는 방법을 개발하는 것이 었습니다.
Abstract
상업적으로 이용 가능한 생분해 뿌리 덮개 (BDM) 필름을 식민지 농업 토양에 기본 곰팡이를 격리 및 플라스틱을 저하 가능성에 대한 평가 하였다. 일반적으로 플라스틱의 공식이 알려진 원료의 소스를 사용할 때, 분말 플라스틱은 삭제 영역의 시각화에 의해 결정 한천 기반 미디어 및 저하가 중단 될 수 있습니다. 그러나,이 방법은 제대로 BDMS의 현장 저하 모방합니다. 첫째, BDMS은 토양 매트릭스에 걸쳐 작은 입자로 분산되지 않습니다. 둘째, BDMS 순수 고분자 상업적으로 판매되는 것이 아니라 미생물의 성장에 영향을 미칠 수있는 첨가제 (예를 들어, 필러, 가소제 및 염료)를 포함하는 필름으로하지 않습니다. 여기에 설명 된 절차는 토양 묻혀 뿌리 덮개 필름에서 얻은 분리에 사용 하였다. 발굴 BDMS에서 얻은 곰팡이 균주가 더 탄소원 전자를 포함하지 정의 배지 위에 누워 새로운 disinfested BDMS의 조각에 성장을 개별적으로 테스트 하였다한천 XCEPT. BDMS에서 자란 균주 더 BDMS이 유일한 추가 탄소원 있었다 액체 배지에서 테스트되었습니다. 약 10 주 후, 곰팡이 식민지와 BDM 저하는 주사 전자 현미경에 의해 평가되었다. 균주 리보솜 RNA 유전자 염기 서열 분석을 통해 확인 하였다. 이 보고서는 곰팡이 분리하는 방법을 설명하지만 박테리아는 대체 미디어 박테리아에 적합한 이러한 방법을 사용하여 분리 하였다. 우리의 방법론은 플라스틱 원료를 사용할 수 알 수 없거나하지하는 그대로 플라스틱 필름이나 제품의 고장을 조사 연구에 유용합니다. 그러나 우리의 접근 방식은 BDM 저하의 속도를 비교하기위한 정량적 방법을 제공하지 않습니다.
Introduction
고장 제품의 수명과 내구성을 단축하기 때문에 성능 저하가 역사적으로, 플라스틱 폴리머의 바람직하지 않은 특성을 고려하고있다. 최근 자연 환경 1,2,3에서 플라스틱 폐기물 제시 한 환경 문제의 인식은 생분해 성 플라스틱에게 기존의 플라스틱 재료에 대한 매력적인 대안을 만들었습니다. 저하 (구조 변경, 조각, 분자량의 감소, 무결성 및 강도 4,5로 정의)를 모두 비 생물 적 과정 (열 응력, 사진 산화, 가수 분해, 부식 및 기계적 응력) 등 일련의 사건,를 통해 발생 생물학적 분해 6. 비 생물 적 프로세스가 조각의 크기와 플라스틱의 특성을 변경할 수 있지만, 미생물이 물과 이산화탄소 (호기성 조건에서) 및 / 또는 메탄 (혐기성 조건 하에서)에 그들의 궁극적 인 광물이 필요합니다.
에 대한 상당한 틈새 시장플라스틱 뿌리 덮개는 토양 수분을 유지하고 토양 온도에게 7,8를 높이기 위해, 잡초 성장을 방지하기 위해 사용되는 생분해 성 플라스틱은 농업에 존재합니다. 혼자 미국에서 에이커의 수천 수백 생분해 성 플라스틱으로 구성된 뿌리 덮개 등의 플라스틱 뿌리 덮개 9 덮여있다. 작물 성장시기에 따라 생분해 뿌리 덮개 (BDMS)의 폐기에 대한 옵션은 매립지에서 폐기 에너지 회수 10 소각, 퇴비화를 통해 저하 또는 경작 11 후 토양의 저하를 이용하실 수 있습니다. 이들 중 가장 노동 집약적 인 운명이 토양에 BDMS 없어야하지만, 이외의 작물 개월 (일반적으로 겨울) 기간 동안 효율적인 분해 및 광물없이, 플라스틱 조각이 남아 농업 장비에 방해가 봄의 경작과 재배하는 동안, 그리고 수 그들은 크게 야생 동물, 식물의 생명 및 미생물 1,2,3,10에 영향을 미칠 환경에서 유지됩니다.
<p class는 = "jove_content"> 농업 뿌리 덮개 필름 등 많은 플라스틱 제품은, 실제로, 라벨은 "생분해 성"또는 "퇴비"부담되지만, 분해 및 광물 인 – 토양 분해 너무 비효율적 및 / 또는 너무 불완전 할 수는 수 이 제품의 폐기에 대한 대안. 예를 들어, 옥소 생물 분해성 폴리에틸렌은 퇴비의 온도가 25 ° C 12 살 때 ° C 퇴비 및 광물의 절반 이하 그 금액이 발생한 58에 풍화의 1 년 세 이후 개월 만 12.4 %의 광물을 달성했다. 겨울에는 대부분의 지역에서 토양 온도는 아마 더 낮은 미생물의 활동과 그 결과 적은 광물의 결과로, 이러한 온도의 하나보다 낮은 것이다. 분해 속도를 느리게하는 이외에, 용어 "생분해 성"의 오용은 농업 산업을 포함한 소비자 13,14, 이러한 제품의 불신하게되었다. 생분해 변환하는 것입니다이산화탄소 (및 / 또는 메탄) 및 미생물 4 자연적으로 발생하여 물을 14 고분자. 따라서 생분해 화학적으로 측정해야하며 기판과 미생물의 물리적 연결은 물질의 미생물 분해를 의미하지는 않습니다.농업 BDMS의 지속 가능한 이용을 검토하기위한 노력의 일환으로,이 연구는 식민지와 시중 BDMS을 저하 농업 토양에 기본 미생물을 발견에 초점을 맞추었다. 표준 시험 방법은 화학적 무생물 및 생물 학적 의미 15,16,17하여 생분해 성 플라스틱의 분해를 측정 발표되었다. 그러나, 이러한 방법은 각각의 미생물 종에 의해 플라스틱의 저하를 주소 또는 분리하는 방법을 제공하지 않습니다. 방법은 여기에 더 밀접하게 곰팡이 포자 표본을 접종 한 후 미생물 분해에 저항 플라스틱을 평가하기위한 표준 방법과 유사18,19.
플라스틱의 공식이 알려진 원료의 소스를 사용할 때, 분말 플라스틱은 삭제 영역 13의 시각화에 의해 결정 한천 기반 미디어 및 저하가 중단 될 수 있습니다. 이 메서드는 폴리 우레탄 20와 같은 중합체를 분해 미생물, 폴리 (부틸 렌 숙시 네이트는-CO-아디 페이트) 21 폴리 (젖산) 22를 식별하기 위해 이전에 사용되었습니다. 유사한 방법 플라스틱 유일한 탄소원 6:20,23입니다 액체 배지에서 순수 분말 플라스틱을 중단 포함한다. 이러한 방법은 정의 된 시스템의 장점을 가지고 있지만, 그들은 가난 BDMS의 현장 저하 모방. BDMS가 토양 매트릭스에 걸쳐 작은 입자의 분산이 아니라, 판매 및 필름으로 사용되지 않기 때문에 먼저 표면적은 다르게 배포됩니다. 둘째, BDMS의 화학 메이크업은 순수 고분자 다릅니다. BDMS은 일반적으로 같은 첨가제를 포함충전제, 가소제 및 착색제, 이러한 첨가제함으로써 미생물의 성장과, 광물의 속도에 영향을 미칠 수 있습니다. 본 연구에서 특정 상업 영화의 구성은 그 현장 준비 형태로 독점, 플라스틱 필름 있었기 때문에 이러한 이유로, 그리고 곰팡이와 박테리아를 분리하기 위하여 이용되었다. 여기서 세균 고립감에 대한 적절한 수정주의와 단순화를 위해, 아래의 방법은, 곰팡이에 대해서만 설명합니다.
토양의 한 겨울의 최근 연구 24 세 시판 BDMS 한 실험 영화는 하나의 성장시기에 대한 미국의 세 가지 다른 지역에서 농업 현장에서 사용되었으며, 이후 메쉬 (250 미크론) 가방에 넣고 매장 같은 사이트에서. 250 미크론 메시 오프닝 뿌리와 대부분의 토양 군을 제외하고, 토양 잠식 25,26을 최소화하면서 곰팡이 균사가 침투 할 수 있습니다. 나일론 물자는 토양에서 백 저하를 방지합니다. 다음의 발굴, Fungal 분리는 BDM 조각에서 회수 한천을 제외한 탄소 소스와 5cm 사전 disinfested했다 새롭고, 사용되지 않고는 BDM 필름의 X 5cm 표면 disinfested 사각형을하지 않고 최소 배지에서 성장을 평가 하였다. 필름으로 사용되는 대부분의 플라스틱은 무결성의 손실없이 압력 가마로 소독 할 수없는, 그래서 UV 빛이 플라스틱에 존재하는 모든 미생물 세포를 죽이는 데 사용되었다. ISO 846 19 70 %의 에탄올과 이후 건조 표면 disinfesting 권장하지만이 방법을 사용하는 경우, 하나는 영화의 어떤 구성 요소 또는 첨가제에 악영향을 에탄올에 의해 영향을받지 않습니다 있는지 확인해야합니다. BDMS은 아마도 햇빛을 견딜 수 있도록 제조되어 있기 때문에, UV는 오염 제거 방법으로 선택되었다.
혼자 최소 배지에서보다 더 BDM 조각에서 자란 균주 추가 연구를 위해 선정되었다. 그것은 일반적으로 농업 적 및 의학적하지 않음으로써 대사 활용되지 않기 때문에 한천, 해조류에 의해 생성 된 다당류, 미생물 미디어를 공고히하는 데 사용됩니다수있는 미생물하지만, 한천 가수 분해 효소는 토양 28에서 분리 한 해양 세균 (27)와 한천 가수 분해 박테리아에서 분리되었다. BDM 고분자 한천 잠재적 인 영양 소스로 이러한 고분자를 포함하는 환경에서 진화하지 않은 토양 곰팡이에 의해 분비 효소 드문 기판 것으로 예상하지만, 두 기판 (7 단계) 여기에 설명 된 플레이트 생물 검정에 존재하는 둘. 탄소 소스로 BDMS 아니라 한천을 사용하는 곰팡이는 BDM 필름 (실험)) 한천 (대조군), II 제외 i)없이 추가 탄소원을 포함하는 한천 응고 매체에 성장을 비교하여, 전용 한천을 사용하여 곰팡이 구별 할 수 있습니다 및 ⅲ) 포도당 (양성 대조군). 모든 균주의 성장은 최소 배지 플러스 포도당에 예상되고, 곰팡이가 발생하지 포도당 함유 판은 실험에 사용 된 특정 최소 배지에서 성장을 할 수 없습니다. 적합한 한쌍알 BDM degraders 한천 – 응고 최소 배지 + 그들이 혼자 한천 응고 최소 배지에 성장보다 더 BDM 영화에 성장합니다. 최소 배지 접시에 성장하는 곰팡이 한천 degraders 또는 oligotrophs이고, 또한 생물 검정 플레이트에 BDM 영화와 관련된 배지에서 성장할 것으로 예상된다,하지만 영화 자체 (그들은 serendipitously 또한 BDM 고분자를 분해하지 않은 경우)에.
한천 활용되지 BDMS의에 의한 미생물의 성장을 보는 가능성을 제거하기 위해, 우리는 정의 국물 매체 (9 단계)에서 생물 검정과 한천 플레이트에 BDM 식민지에 대한 우리의 초기 분석을 따랐다. BDM 조각은 생물 검정 튜브에 알려진 유일한 탄소 소스를 나타낸다.
초기 심사 후, 그리고 분리의 글리세롤 주식을 되살리는에, 일부는 알려진 탄소 소스를 포함하지 않는 액체 정의 된 배지에서 부족한 만 볼 균사를 형성했다. 이러한 결과는 인수 균주 중 일부는 oligot 있다고 제안rophs – 탄소, 질소, 및 수성 환경이나 공기 29,30,31에있는 휘발성 물질로 기존에 하나 용해 다른 영양소의 매우 작은 양의 청소 성장할 생물. 18S 리보솜 DNA 분석을 통해 종 식별이 뷰를 지원으로 일치하는 균주의 대부분은 곰팡이 장군은 이전 oligotrophy 32 전시 보도했다. 일반적으로 saprophytes 있습니다 Oligotrophs은 환경 30의 범위에서 기판 활용 신진 대사 기능의 넓은 범위를 필요로합니다. 따라서, BDMS (아마도 특이한 효소 기능을 필요로하는)에서 우리가 격리 같은 곰팡이가 빈 영양 용량을 보여, 그리고 공기 지문, 먼지 또는 추적 휘발성 물질로부터 피부 오일 등의 미량 오염 물질에 성장할 수 있었던 것은 놀라운 일이 아니다. oligotrophs의 분리로 인해, 우리는 BDM 표면에 그 성장 혼자 BDM 고장을 추론하는 데 사용할 수 없습니다 결론을 내렸다. 방법은 여기에 SC에 우리의 노력을 반영하는 기술선의의 BDM 고장을위한 농업 토양에서 REEN 기본 BDM의 식민지 개척자.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 절차는이 문서의 토양에서 잠재적 인 BDM의 degraders을 분리하기위한 첫 단계 기술을 대표하는 기술, 성공적 7 개월 토양에 묻혀 BDMS에서 곰팡이를 분리하기 위해 사용되었다. 곰팡이 필름은 곰팡이 성장 억제되지 않은 것과 같은 종류의 신선한 BDM 자료에 reinoculated 때 분리 된 곰팡이가 실제로 식민지 개척자 이었다는 것을 나타내는 성장합니다. 플라스틱 분해 곰팡이와 박테리아의 분리는 잠재?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
박사 스티븐 시의회 의원, 박사 데이비드 리프, 그리고 에린 매 크리는 기꺼이 현미경의 도움을 인정합니다. 이 연구는 NIFA 특수 작물 연구 이니셔티브, USDA SCRI-SREP 그랜트 상 제 2009-02484에서 부여를 통해 투자되었다. 브리아나 Kinash, 케빈 킨, 메간 레온 조셉 McCollum에, 마리아 McSharry 니콜 Sallee은 우수한 기술 지원과 사려 깊은 토론을 제공했다.
Materials
| Reagent Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Potato Dextrose Agar | Becton Dickinson | 8X05491 | |
| Agar | Fisher | BP 1423-2 | |
| Chloramphenicol | Acros Organics | 200-287-4 | |
| Glutaraldehyde | Electon Microscopy Sciences | 16216-10 | Toxic |
| Molecular sieve | Fisher | M-8892 | |
| Ethanol | Pharmco-Aaper | E200 | |
| Contrex | Decon Labs, Inc. | 5204 | |
| Parafilm M | Pechiney Plastic Packaging | S37440 | |
| Mineral salts for buffers and media | Fisher | Various | Various vendors sell these reagents |
References
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