Taustatietoa OILY SOILY -menetelmistä

Öljynhajotusgeenit

Esiintyykö maassa luontaisesti öljynhajottajabakteereita vai ei, voidaan saada selville määrittämällä öljynhajotusgeenien lukumäärä – monistamalla hajotusgeenit suoraan maasta eristetystä DNA:sta kvantitativisen eli tosiaikaisen PCR:n (qPCR, real-time PCR) avulla.

Käytämme tässä menetelmässä kahta aerobisilla bakteereilla esiintyvää geeniä, joiden koodaamat entsyymit toimivat öljyn hajoamisprosessin alkuvaiheissa: alkaani mono-oksygenaasi pitkäketjuisten alkaanien ja naftaleenidioksygenaasi aromaattisen naftaleenin hajottamisen yhteydessä. Viimeksi mainittu entsyymi edesauttaa myös muiden hiilivetyjen ja lähisukuisten kemikaalien, kuten fenantreenin, antraseenin, fluoreenin, dibentsotiofeenin ja metyloituneen naftaleenin hajoamista.

16S rRNA-geenikopiot

16S rRNA-geenikopioiden lukumäärää käytetään yleisesti kuvaamaan bakteereiden  kokonaismäärää maassa, vaikka kopioluku ei sitä täysin vastaakaan. Lajista riippuen bakteereilla voi olla genomissaan yksi tai useampia 16S rRNA-geeniä. PCR voi myös monistaa geenejä kuolleista bakteerisoluista tai jopa solun ulkopuolella olevasta DNA:sta.

Tämä menetelmä antaa kuitenkin toistaiseksi parhaan kuvan maaperän bakteeripopulaation koosta ja siinä tapahtuvista muutoksista. Viljelyyn perustuvat lukumäärän määritykset, kuten maljaviljelyt, antavat tulokseksi vain murto-osan populaation todellisesta koosta.

Entsyymiaktiivisuus ja lipaasi

Biologisesti aktiivisessa maassa tuotetaan runsaasti metaboliitteja ja biologiset prosessit tapahtuvat nopeasti. Entsyymiaktiivisuus on eräs niistä ominaisuuksista, jotka kuvaavat, minkälainen maan biologinen tila on. Käytämme testissämme lipaasi-entsyymiä ilmaisemaan maan yleistä entsyymiaktiivisuutta.

Lipaasit ovat vesiliukoisia entsyymeitä, joita eläimet, kasvit ja mikrobit tuottavat. Ne katalysoivat liukenemattomien substraattien reaktioita lipidi-vesirajapinnassa. Erilaisten kasviöljyjen lisäksi lipaasit saattavat edistää maaöljyn hajoamista. Oletetaan, että lipaasit hajottavat öljyhiilivetyjen välisiä sidoksia. Tällöin muodostuu yksinkertaisempia rakenteita, joihin muiden maaentsyymien on helpompi tarttua.

Maassa mikrobien lisäksi itävät siemenet tuottavat lipaaseja. Ne hydrolysoivat siementen energialähteen, triaglyserolin rasvahapoiksi ja triglyseroleiksi, hajoten sokereiksi metabolian myöhemmissä vaiheissa.

Käyttämässämme menetelmässä maata inkuboidaan fluorogeenisen 4-metyyliumbelliferyyli-heptanoaattisubstraatin kanssa. Inkuboinnin, jäähdytyksen ja sentrifugoinnin jälkeen vesiliuokseen vapautunut fluoresoiva 4-methyyliumbelliferoni mitataan supernatantista fluorometrillä. Tuloksena ilmoitetaan, kuinka monta nM lipaasin hydrolysoimaa MU-yhdistettä on muodostunut grammassa kuivaa maata 1 minuutin tai tunnin aikana.

Maan hiili-typpisuhde

Typpi ja fosfori ovat ravinteita, jotka voivat rajoittaa kasvien kasvun ohella myös mikrobien öljynhajotusta. Jos öljyllä pilaantunut maa aiotaan lannoittaa hajotustoiminnan tehostamiseksi in situ tai on site-käsittelyjen aikana, on tärkeää tietää maan hiili-typpi-fosfori (C:N:P)-suhde tai ainakin sen hiili-typpi (C:N)-suhde.

Mikrobien öljyn hajotustoiminnalle optimaalisin C:N:P-suhde on välillä 100:10:1–100:15:1. Kun lähtötilanne tiedetään, osataan arvioida lisättävän lannoitteen määrä niin, että ravinteiden suhde on mikrobien toiminnalle suotuisa. Liikalannoitus voi häiritä tai jopa estää mikrobien öljynhajotustoiminnan kokonaan.

Maan pH

Maan happamuus johtuu vetyionien (H+) määrästä, joiden pitoisuus mitataan tavallisimmin maa-vesisuspensiosta. Suomessa maaperä on luontaisesti hapan ja viljeltyjen maiden pH-arvot vaihtelevat välillä 4,7 – 7,0.

Neutraali tai lievästi alkalinen maa suosii bakteereiden kasvua, kun taas hapan maa on otollinen sienille. Eri kasvilajeilla pH-optimi vaihtelee, mutta useimmat kasvit menestyvät, kun pH-arvot ovat välillä 6–7. Happamessa maassa on vähemmän Ca2+, Mg2+ ja K+ ioneja, alumiinin liukoisuus lisääntyy ja maan mururakenne heikkenee. Tämän seurauksena maa tiivistyy, ja maan ilmanvaihto ja vesitalous kärsivät.

Maan johtoluku

Maan johtoluku on maavesisuspension (1:5) sähkönjohtokyvystä (yksikkö mS/cm) johdettu suure (= 10 x sähkönjohtokyky), joka on suoraan verrannollinen maan vesiliukoisten suolojen pitoisuuteen. Mitä korkeampi maan johtoluku on, sitä korkeampi on maan vesiliukoisten suolojen pitoisuus. Lähes kaikki ravinteet vaikuttavat johtoluvun arvoon.

Suomessa tyypillinen peltomaan johtoluku on alle 2,5. Arvoja 2,5–10 pidetään korkeina ja yli 10 arveluttavan korkeina. Syynä korkeaan johtolukuun voi olla maan korkea typpi- tai rikkipitoisuus tai maan suolaantuminen. Mitä korkeampi johtoluku on, sitä vaikeampaa on kasvin ravinteiden ja veden saanti.

Itutesti

Itävät siemenet ja kasvien idut ovat herkkiä maan sisältämille haitta-aineille tai liikalannoitukselle. Testissä seuraamme, häiritsevätkö maanäytteet hunajakukan itujen kehitystä ja pituuskasvua. Hunajakukka (Phacelia tanacetifolia) on vaatimaton kasvi, joka viihtyy erityyppisissä maissa ja sietää kuivuutta. Siemenet ovat myös sopivan kokoisia käsitellä laboratorio-oloissa.

Itutestissä tasakokoiset, idätetyt siemenet siirretään tutkittavaa maata sisältävälle petrimaljalle, kosteutetun talouspaperin päälle. Ituversojen pituudet mitataan 4–5 päivän kasvatuksen jälkeen (päivänvalossa), ja taimet jaotellaan versojen pituuden mukaan neljään eri luokkaan:

  • Yli 5 cm
  • 2–5 cm
  • Alle 2 cm
  • Kehitys keskeytynyt

Tulokset  havainnollistetaan laskemalla ns. ituindeksi: Yli 5 cm pituisten taimien prosentuaalinen osuus kaikista taimista jaetaan muiden pituusryhmien (ii–iv) taimien prosentuaalisten osuuksien summalla (%).

© 2021 Bionautit
webDesign: Mekanismi »