SPERIMENTAZIONE DI TECNOLOGIE DI BIORISANAMENTO

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1 SPERIMENTAZIONE DI TECNOLOGIE DI BIORISANAMENTO SARA BORIN DIPARTIMENTO DI SCIENZE PER GLI ALIMENTI, LA NUTRIZIONE E L AMBIENTE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO GRUPPO DI MICROBIOLOGIA AMBIENTALE E BIOTECNOLOGIE MICROBICHE DALLO STUDIO DELL ECOLOGIA MICROBICA DEI SISTEMI NATURALI ALLO SVILUPPO DI BIOTECNOLOGIE MICROBICHE PER L AGRICOLTURA E L AMBIENTE Ecosistemi agrari Ambienti estremi naturali Ecosistemi estremi antropizzati 2 1

2 GRUPPO DI MICROBIOLOGIA AMBIENTALE E BIOTECNOLOGIE MICROBICHE RUOLO DEI MICRORGANISMI NEI PROCESSI DI FORMAZIONE DEL SUOLO E CREAZIONE DI FERTILITÀ 3 GRUPPO DI MICROBIOLOGIA AMBIENTALE E BIOTECNOLOGIE MICROBICHE MICRORGANISMI ASSOCIATI ALLE PIANTE IN GRADO DI PROMUOVERNE LA CRESCITA IN CONDIZIONI DI STRESS 4 2

3 GRUPPO DI MICROBIOLOGIA AMBIENTALE E BIOTECNOLOGIE MICROBICHE RUOLO E DINAMICHE DELLE COMUNITÀ MICROBICHE IN PROCESSI DI BIORISANAMENTO DI SUOLI E FALDE 5 RUOLO NELLE ATTIVITÀ PREVISTE NELL ACCORDO DI PROGRAMMA Sperimentazione di tecnologie di bioremediation attuazione di una sperimentazione di tecnologie di bioremediation del terreno contaminato al fine di valutare: la fattibilità di un intervento di bonifica biologica l efficacia di rimozione dei contaminanti riscontrati nell area le possibili applicazioni di tali tecnologie su larga scala alle aree agricole incluse nel perimetro del SIN. 6 3

4 BIORISANAMENTO processo che impiega microrganismi, piante o enzimi per eliminare o ridurre la concentrazione di sostanze xenobiotiche da siti contaminati per ottenere il loro risanamento 7 MICRORGANISMI ED INQUINANTI INQUINANTI ORGANICI Possono essere usati come nutrienti dai microrganismi (e nel migliore dei casi mineralizzati) Possono essere trasformati dai microrganismi (e nel migliore dei casi in sostanze non tossiche e biodegradabili) INQUINANTI INORGANICI (METALLI PESANTI) Possono essere trasformati dai microrganismi (e nel migliore dei casi resi meno tossici e meno mobili) 8 4

5 BIORISANAMENTO E AUTODEPURAZIONE In un suolo con una lunga storia di contaminazione la selezione naturale ha elevata probabilità di portare alla comparsa di microrganismi in grado di degradare i contaminanti Questi microrganismi sono potenzialmente migliori rispetto ad altri che potremmo aggiungere artificialmente, perché perfettamente adattati alle peculiari caratteristiche geochimiche del sito PERCHÈ ALLORA I SITI INQUINATI NON SI BONIFICANO SPONTANEAMENTE? Spesso i microrganismi degradatori non sono attivi e/o abbondanti perché limitati dalla mancanza di nutrienti o altri fattori di crescita OBIETTIVO DEL BIORISANAMENTO È FAVORIRE LO SVILUPPO DEI MICRORGANISMI DEGRADATORI ELIMINANDO I FATTORI CHE NE LIMITANO LA CRESCITA 9 SIN-CAFFARO: SCELTA DELLA TECNOLOGIA DA SPERIMENTARE Area estesa Contaminazione multipla Eterogeneità di concentrazione Pericolo movimentazione inquinanti Stimolazione delle comunità microbiche naturalmente selezionate nel suolo tramite l azione delle piante: RHYZOREMEDIATION 10 5

6 RHYZOREMEDIATION Le radici delle piante favoriscono la proliferazione microbica con essudati radicali che sono fonte di nutrienti: nella rizosfera i batteri si trovano in concentrazione anche 100 volte superiore rispetto al suolo libero la rhyzoremediation sfrutta le piante per stimolare naturalmente i microrganismi presenti nel suolo inquinato, ed è efficace se: a) l inquinante è biodegradabile b) nel suolo si sono naturalmente selezionati microrganismi degradatori Radici di Arabidopsis colonizzate da batteri marcati con proteine fluorescenti 11 STUDIO DI FATTIBILITÀ DI UN INTERVENTO DI BIORISANAMENTO Prima di attuare un trattamento sperimentale di bonifica biologica occorre stimarne la fattibilità, che dipende da: Quali sono gli inquinanti? Qual è la loro biodegradabilità nell ambiente suolo? In quali concentrazioni sono presenti? Ci sono altre sostanze potenzialmente inibenti per i microrganismi (es. metalli pesanti, antiparassitari)? Esistono nel suolo microrganismi potenzialmente degradatori? Necessità di una fase preliminare di caratterizzazione chimica e microbiologica del suolo 12 6

7 METODI DI INDAGINE MICROBIOLOGICA Coltivazione e caratterizzazione della capacità di degradare i PCB e/o modificare i metalli pesanti: Tempi lunghi Non tutti i microrganismi sono coltivabili I microrganismi in coltura possono essere addizionati al suolo per potenziare l attività di quelli presenti Ricerca di geni noti posseduti da microrganismi degradatori Analisi veloce, quali/quantitativa, applicabile su molti campioni Non necessita di avere i microrganismi in coltura Fornisce dati sulla potenzialità autodepurativa del suolo 13 SELEZIONE DELLE PIANTE Già dimostrata l efficacia in casi simili (letteratura scientifica) Tolleranza degli inquinanti In grado di stimolare abbondanza/biodiversità dei microrganismi della rizosfera, in particolare i degradatori 14 7

8 PROGRAMMA SPERIMENTAZIONE TEST IN VASO Diverse specie vegetali Trattamenti alternativi (es. funghi) Controllo negativo non trattato solo fertilizzato controllo negativo tal quale Tesi in triplicato SUOLO RIZOSFERA SUOLO CIRCOSTANTE LA RIZOSFERA PARTI AEREEE ANALISI Destino inquinanti Abbondanza e diversità microrganismi potenzialmente degradatori 15 PROGRAMMA SPERIMENTAZIONE TRATTAMENTI RISULTATI POSITIVI NELLA FASE IN VASO TEST IN CAMPO 3 parcelle sperimentali per ogni tesi 3 parcelle solo fertilizzate 3 parcelle tq SUOLO RIZOSFERA SUOLO CIRCOSTANTE LA RIZOSFERA PARTI AEREEE ANALISI Destino inquinanti Abbondanza e diversità microrganismi potenzialmente degradatori 16 8

9 17 9

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