| Summary: | Öljyvuotoja meriympäristöön tapahtuu jatkuvasti. Öljyvuodon vaikutus meren ekosysteemiin voi olla merkittävä. Biologinen öljyntorjunta on kasvavan mielenkiinnon kohteena, sillä siinä hyödynnetään kasvien ja mikrobien kykyä hajottaa öljyä ympäristölle vaarattomaan muotoon. Koska öljyn biologinen hajoaminen luonnossa on hidasta, on sen nopeuttamiseksi kehitetty öljynhajottajamikrobirikasteita ja mikrobien kasvua auttavia ravintoaineita sisältäviä ravintolannoitteita. Valtameriin verrattuna Itämeren suolapitoisuus on huomattavasti alhaisempi ja myös sen lämpötila on keskimääräistä matalampi. Näistä tekijöistä johtuen muualla öljynhajotukseen kehitetty mikrobirikaste ei välttämättä toimi kovin hyvin Itämeren olosuhteissa. Siksi onkin tärkeää ottaa huomioon Itämeren ainutlaatuiset ominaisuudet, kun kehitetään biologisia mikrobirikasteita Itämeren öljyntorjuntaan. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli rikastaa Itämeren öljyllä saastuneilta rannikkoalueilta meriekosysteemin mikrobiyhteisöjä raakaöljyn ja meridieselöljyn kanssa. Työssä tutkittiin kolmen näytepaikan mikrobiyhteisön monimuotoisuuden muutoksia rikastuksissa, sekä tarkasteltiin rikasteiden öljynhajotustehokkuutta usealla eri menetelmällä Itämeren olosuhteita muistuttavissa vähäsuolaisissa ja matalissa lämpötiloissa. Tavoitteena oli rikastaa tehokas öljynhajottajamikrobiyhteisö, jota voidaan jatkossa käyttää yhdessä kantajamateriaalien kanssa tehokkaana ja edullisena Itämeren olosuhteisiin soveltuvana ympäristöystävällisenä öljyntorjuntakeinona. Öljyn hajoamista rikasteissa seurattiin hiilidioksidin tuoton, biohajoavuuden sekä hiilivetyanalyysien perusteella. Solupitoisuuden muutoksia rikastuksen aikana seurattiin Live/Dead- sekä DAPI-värjäyksillä mikroskooppisesti ja mikrobiaktiivisuuden muutoksia ATP-mittauksilla. Rikasteiden tehokkuutta tutkittiin halomaljakokeella ja emulsifikaatiotestillä. Mikrobiyhteisön monimuotoisuuden muutoksia rikastusten aikana seurattiin Ion Torrent sekvensoinnilla. Menetelmät soveltuivat hyvin öljyn biohajoamisen, mikrobiaktiivisuuden, solupitoisuuden sekä mikrobiyhteisön monimuotoisuuden muutosten tarkasteluun. Rikastuslämpötila vaikutti merkittävästi rikasteiden öljynhajotustehokkuuteen ja mikrobiyhteisön monimuotoisuuteen kun taas näytteenottopaikan merkitys oli vähäisempi. Rikasteöljy biohajosi tehokkaammin raakaöljyrikasteilla kuin meridieselöljy meridieselöljyrikasteilla. Tutkimuksen perusteella öljyn biohajoamista tapahtui alhaisissa lämpötiloissa (5 ja 15 °C) ja se voitiin havaita käytettyjen kemiallisten ja mikrobiologisten menetelmien avulla. Työssä saatiin rikastettua öljynhajotukseen alhaisissa lämpötiloissa kykeneviä mikrobirikasteita. Öljyn biohajoaminen oli kuitenkin melko hidasta ja tulisikin selvittää, voisiko esimerkiksi runsaampi ravinteiden määrä sekä kantaja-aineiden käyttö nopeuttaa kylmässä lämpötilassa tapahtuvaa öljyn biohajoamista. Pro gradu -työ liittyy Suomen Akatemian rahoittamaan OILRES-hankkeeseen (Multilevel assessment of sustainable oil spill response measures and their impact on Arctic and subarctic marine environments), joka on Suomen ympäristökeskuksen (SYKE) ja Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n yhteistyöhanke. As a result of oil transport and pumping from the ground there is a constant risk for oil spills. The impact of an oil spill to the marine ecosystem can be significant. Therefore there has been growing interest to create new biological ways to degrade oils hydrocarbons by using microbes and plants ability to degrade oil to less harmful compounds. Because the biodegradation of oil in the nature is slow microbe enrichments and nutrient fertilizers can be developed to stimulate it. Compared to the oceans the Baltic Sea has significantly lower salinity and also temperature is lower than the average ocean temperature. Therefore it is important to take into consideration the unique features of the Baltic Sea when new enrichments are developed for oil spill response. The aim of this study was to enrich samples from the Baltic Sea coastal areas that had previously contaminated with oil. These samples were enriched with crude oil and with marine diesel oil. The oil-degradation efficiency of the enrichments were evaluated using several methods and the changes in microbial diversity was also examined among the process. The aim was to enrich microbial population which can be used in combination with carrier materials as an ecological and inexpensive oil spill recovery method in the Baltic Sea area. The biodegradation of the oil during enrichments were detected by carbon dioxide measurements, biodegradability and hydrocarbon analysis. Changes in the cell concentration during the enrichments were measured by Live/Dead- and DAPI staining. Changes in the microbe activity was detected with ATP-measurements. The oil degradation effectiveness of the enrichments were examined with HALO-plating and with emulsification test. Changes in the microbial diversity during the enrichment was examined with Ion Torrent sequencing. The results showed that used methods were suitable for estimating oil biodegradation, microbial activity, cell concentration and microbial diversity changes in the samples. The enrichment temperature was the most significant factor influencing the oil degradation efficiency and microbial diversity of the enrichments. The influence of the sampling site was not so significant. Crude oil biodegraded more efficiently by crude oil enri0chments than the marine diesel oil by marine diesel oil enrichments. According to the chemical and microbiological methods used in this study oil biodegradation was observed at low temperatures (5 and 15 °C). Several oil-degrading enrichments working at lower temperatures were obtained in this study. However, the biodegradation of oil was relatively slow and would be important to examine if the bigger amounts of nutrients, as well as the use of carrier materials would enhance the biodegradation process at cold temperature. The OILRES-project (Multilevel assessment of sustainable oil spill response measures and their impact on Arctic and subarctic marine environments) where the master´s thesis were done was funded by the Academy of Finland and it is co-operation of Finnish Environment Institute (SYKE) and Technical Research Centre of Finland (VTT Ltd).
|
|---|