پ۲۵۱۴۹
per
مطالعه توانایی فیزیولوژیک جلبک تک سلولی Scenedesmus dimorphus برای زیست پالایی ترکیبات نفت خام
مینایه قدرتی چاغرلو
علوم طبیعی
۱۳۹۹
۱۱۰ص.
سی دی
دکتری
زیست شناسی گیاهی گرايش فیزیولوژی گیاهی
۱۳۹۹/۱۱/۰۶
آلودگی نفت خام در محیط های آبی به دلیل سمیت، جهش زا و سرطان زا بودن آن بر روی موجودات زنده یک موضوع مهم زیست محیطی است. نفت خام ترکیبی از هیدروکربن ها به ویژه هیدروکربن های آروماتیک چندحلقه ای است. به نظر می رسد که جلبک ها می توانند نقش مهمی در تجزیه زیستی این هیدروکربن ها به وسیله سیستم دی اکسیژناز ایفا کنند. جلبک سبز تک سلولی Scenedesmus dimorphus (Chlorophyta) یک فیتوپلانکتون با سرعت رشد بالا و مقاومت قابل توجه در برابر آلودگی های محیطی است. هدف اصلی از این مطالعه بررسی تأثیر غلظت های مختلف نفت خام بر خصوصیات زیستی S. dimorphus و توانایی جلبک در تجزیه ترکیبات نفتی بود. سلول¬های S. dimorphus در معرض غلظت¬های مختلف نفت خام (0 ، 01/0، 02/0،04/0، 08/0، 1/0، 2/0، 4/0، 8/0 و 1 درصد) طی چهار دوره آزمایشی (0، 7، 14 و 21 روز) قرار گرفتند و در نتیجه تعدادی از پارامترهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی آنها مورد بررسی قرار گرفت. بر این اساس، تغییر در برخی از شاخص¬های رشد، محتوای رنگدانه¬های فتوسنتزی و همچنین عملکرد آنتی-اکسیدانی آنزیمی و غیرآنزیمی جلبک در پاسخ به تیمارهای نفت تعیین گردید. درصد تجزیه هیدروکربن¬های نفت به وسیله GC-MS آنالیز شد. استخراج RNA کل به وسیلهRNX plus انجام گردید و پس از سنتز cDNA، آنالیز qRT-PCR برای تعیین سطح بیان ژن lox انجام شد. برای تجزیه و تحلیل داده¬های به دست آمده از نرم افزار SPSS استفاده گردید. براساس نتایج به دست آمده، پس از قرارگرفتن سلول¬های جلبک در معرض غلظت¬های مختلف نفت خام به مدت 21 روز، پارامترهای رشد از جمله تعداد سلول، وزن تر و خشک جلبک در غلظت¬های پایین نفت خام افزایش یافتند و سپس به طور قابل توجهی در غلظت¬های بالا کاهش یافتند. علاوه بر این، با افزایش غلظت نفت خام کاهش قابل توجهی در محتوای کلروفیل (a ، b و کل)، کاروتنوئیدها، لیپیدها، فلاوونوئیدها، آنتوسیانین¬ها و ترکیبات فنلی در سلول¬های تیمار شده مشاهده شد. تیمار نفت خام همچنین تولید H2O2 و TBARS را در جلبک القا کرد. افزایش غلظت نفت خام باعث فعالیت¬ زیاد سوپراکسید دیسموتاز (SOD)، پلی¬فنل اکسیداز (PPO)، پراکسیداز (POD) و لیپواکسیژناز (LOX) گردید. در مقابل، فعالیت كاتالاز (CAT)، آسكوربات پراكسیداز (APX) و فنیل آلانین آمونیالیاز (PAL) تنها در غلظت¬های پایین افزایش یافته و سپس پایین آمدند. همبستگی منفی بین غلظت نفت خام و فعالیت مهار رادیکال DPPH وجود داشت. علاوه بر این، رشد و پارامترهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی ریزجلبک با افزایش مدت زمان آزمایش به طور قابل توجهی افزایش یافتند. مشاهدات میکروسکوپی افزایش اندازه سلول را پس از قرارگیری در معرض نفت خام نشان داد. سلول¬های تیمار شده همچنین تعداد و حجم زیاد واکوئل را نشان دادند. با توجه به داده¬های حاصل از آنالیز GC-MS، ریزجلبک توانست هیدروکربن¬های نفتی را طی یک دوره 21 روزه به ویژه در غلظت 02/0 % (%92) تجزیه نماید و ترکیبات حدواسط زیادی را تولید کند. تیمار نفت خام (02/0 و 1%) نسبت به شرایط عادی باعث افزایش سطح بیان نسبی ژن lox شد. علاوه بر این، مدت زمان تیمار تأثیر معنی¬داری بر روی بیان نسبی این ژن هم در جلبک¬های آلوده به نفت و هم در جلبک¬های غیرآلوده داشت. S. dimorphus تحمل قابل توجهی در برابر آلودگی نفت خام در طی یک دوره نسبتاً طولانی با افزایش آنتی¬اکسیدان¬های آنزیمی و غیرآنزیمی داشت. علاوه بر این، آن نه تنها از مقاومت قابل توجهی در برابر آلودگی نفت برخوردار بود بلکه پتانسیل بالایی در پالایش هیدروکربن¬های نفت خام در 21 روز با افزایش فعالیت آنزیم¬های تجزیه کننده مانند LOXداشت. بنابراین، این جلبک می¬تواند به عنوان یک فیتوپلانکتون مؤثر برای پاک¬سازی آلودگی نفت خام مورد استفاده قرار گیرد و همچنین به دلیل محتوای بالای لیپید می¬تواند گزینه مناسبی برای تولید بیودیزل باشد.
Crude oil pollution in aquatic environments is an important ecological issue due to its toxicity, mutagenicity, and carcinogenicity on organisms. Crude oil is a mixture of hydrocarbons, especially polycyclic aromatic hydrocarbons. It seems that algae play a significant role in the biodegradation of such hydrocarbons by their dioxygenase system. The unicellular green alga Scenedesmus dimorphus (Chlorophyta) is a fast-growing microorganism with noteworthy resistance to environmental contaminations. The main objective of the current study was to investigate the impacts of the different concentrations of crude oil on the biological characteristics of S. dimorphus and ability of alga to degrade petroleum compounds. The cells of S. dimorphus were exposed to different concentrations of crude oil (0, 0.01, 0.02, 0.04, 0.08, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8 and 1% v/v) at four experimental durations (0, 7, 14, and 21 days), and consequently a number of their physiological and biochemical parameters were assessed. Accordingly, changes in some growth indices, photosynthetic pigment contents as well as enzymatic and non-enzymatic antioxidant functions of the microalga in response to oil treatments were determined. The biodegradation precent of petroleum hydrocarbons was analyzed by GC-MS. The extraction of total RNA was performed by RNX plus reagent. After cDNA synthesis, qRT-PCR analysis was done to determine the expression level of the lox gene. SPSS was used to analyze the obtained data. Based on the results obtained, after exposure of the algal cells to different concentrations of crude oil for a period of 21 days, growth parameters such as cell number as well as fresh and dry weights were increased at low concentrations of crude oil and then were significantly reduced at high concentrations. Additionally, considerable decreases in the contents of chlorophyll (a, b and total), carotenoids, lipids, flavonoids, anthocyanins and phenols in the treated cells were observed with the increasing concentration of crude oil. Crude oil treatment also induced H2O2 and thiobarbituric acid reacting substances (TBARS) production in the microalga. Increasing crude oil concentration was resulted in high activities of superoxide dismutase (SOD), polyphenol oxidase (PPO), peroxidase (POD) and lipoxygenase (LOX). In comparison, catalase (CAT), ascorbate peroxidase (APX) and phenylammniolyase (PAL) activities were only increased at low concentrations and then went down. There was also a negative correlation between crude oil concentrations and DPPH radical scavenging activity. In addition, the growth and biochemical and physiological parameters of the microalga were significantly enhanced by increasing the experiment duration. Microscopic observations showed the increase in algal cell size after exposure to crude oil. The treated cells also showed high number and size of vacuoles. According to the data from GC-MS analysis, the microalga could effectively degrade petroleum hydrocarbons over a period of 21 days especially at 0.02% concentration (92%) and produce high intermediate compounds. Crude oil treatment (0.02 and 1%) caused a high relative expression level of lox gene in comparison to normal conditions. Moreover, the incubation time had a significant effect on the relative expression of this gene in both oiled and non-oiled algae. The obtained results revealed that S. dimorphus possessed considerable tolerance to crude oil contamination over a quite long period of time via increasing enzymatic and non-enzymatic antioxidants. In addition, it owned high potential in phycoremediation of crude oil hydrocarbons in 21 days through increased activities of biodegrading enzymes such as LOX. Therefore, this alga can be used as an effective phytoplankton to cleanup crude oil pollution and can also be a good option to produce biodiesel due to its high lipid content.
Study of physiologic potential of the unicellular alga Scenedesmus dimorphus in bioremediation of crude oil compounds
قدرتی چاغرلو
مینایه
تهيه کننده
موافقی
زرینی
کوثری نسب
علی
غلامرضا
مرتضی
استاد راهنما
استاد راهنما
استاد مشاور
تبریز
