Published May 26, 2022 | Version v1
Publication Open

Bioremediation Potential of Plant-Bacterial Consortia for Chlorpyrifos Removal Using Constructed Wetland

Creators

  • 1. University of Azad Jammu and Kashmir
  • 2. National University of Sciences and Technology
  • 3. Bahria University

Description

The extensive and unchecked application of chlorpyrifos against crop insects has caused contamination of various ecosystems, such as soil, sediments, and water, posing harm to plants, animals, useful arthropods, and humans. The present study aimed at evaluating the ability of proto-type constructed wetland to biodegrade chlorpyrifos and its major metabolites especially 2-hydroxy-3, 5, 6-trichloropyridine/ol (TCP) using chlorpyrifos-degrading indigenous bacterial strains, namely, Acinetobacter baumanni and Bacillus cibi with Canna spps. and indigenous Mentha spps. as a bacterial–plant consortium. Soil and plant samples were collected at regular time intervals for 12 weeks; analytes were extracted using the toluene method and evaluated through gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS). In case of wetland vegetation with Canna and Mentha , 2-hydroxy-3, 5, 6-trichloropyridine (TCP, m/z = 198) and 2- hydroxypyridine (m/z = 97) with deprotonated molecular ions at m/z = 69 (M-H) − were detected as the intermediate metabolites, while in the bacterial–plant consortium, instead of TCP, 3, 5, 6-trichloro-2-methoxypyridine (TMP, m/z = 212) was formed along with di-ethylthiophosphate (DETP, m/z = 169). Based on the metabolite analysis using GC-MS, the biodegradation pathway for chlorpyrifos degradation through bacterial–plant consortia is predicted. The constructed wetland with the bacterial–plant consortium showed its potential to either bypass TCP generation, or TCP may have been immediately biodegraded by the plant part of the consortium. The designed constructed wetland provided a novel remedial measure to biodegrade chlorpyrifos without producing harmful metabolites.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تسبب التطبيق المكثف وغير الخاضع للرقابة للكلوربيريفوس ضد حشرات المحاصيل في تلوث العديد من النظم البيئية، مثل التربة والرواسب والمياه، مما تسبب في ضرر للنباتات والحيوانات والمفصليات المفيدة والبشر. تهدف الدراسة الحالية إلى تقييم قدرة الأراضي الرطبة المبنية من النوع الأولي على التحلل البيولوجي للكلوربيريفوس ومستقلباتها الرئيسية خاصة 2 -هيدروكسي-3، 5، 6 -ثلاثي كلوروبيريدين/أول (TCP) باستخدام السلالات البكتيرية الأصلية المتحللة للكلوربيريفوس، وهي الأكينيتوباكتر بوماني والعصية سيبي مع الكانا spps. والنعناع الأصلي spps. ككونسورتيوم نبات بكتيري. تم جمع عينات التربة والنباتات على فترات زمنية منتظمة لمدة 12 أسبوعًا ؛ تم استخراج التحليلات باستخدام طريقة التولوين وتقييمها من خلال كروماتوغرافيا الغاز - قياس الطيف الكتلي (GC - MS). في حالة الغطاء النباتي للأراضي الرطبة مع Canna و Mentha ، تم اكتشاف 2 - hydroxy -3، 5، 6 - trichloropyridine (TCP، m/z = 198) و 2 - hydroxypyridine (m/z = 97) مع الأيونات الجزيئية منزوعة البروتونات عند m/z = 69 (M - H) - كنواتج أيض وسيطة، بينما في اتحاد النباتات البكتيرية، بدلاً من TCP، تم تشكيل 3، 5، 6 - trichloro -2 - methoxypyridine (TMP، m/z = 212) جنبًا إلى جنب مع ثنائي إيثيل ثيوفوسفات (DETP، m/z = 169). بناءً على تحليل المستقلب باستخدام GC - MS، من المتوقع مسار التحلل البيولوجي لتحلل الكلوربيريفوس من خلال اتحادات النباتات البكتيرية. أظهرت الأراضي الرطبة المبنية مع كونسورتيوم النباتات البكتيرية قدرتها على تجاوز توليد TCP، أو ربما تم تحلل TCP على الفور من قبل الجزء النباتي من الكونسورتيوم. قدمت الأراضي الرطبة المبنية المصممة تدبيرًا علاجيًا جديدًا للتحلل البيولوجي للكلوربيريفوس دون إنتاج مستقلبات ضارة.

Translated Description (French)

L'application extensive et incontrôlée de chlorpyrifos contre les insectes des cultures a provoqué la contamination de divers écosystèmes, tels que le sol, les sédiments et l'eau, causant des dommages aux plantes, aux animaux, aux arthropodes utiles et aux humains. La présente étude visait à évaluer la capacité des zones humides construites de type proto à biodégrader le chlorpyrifos et ses principaux métabolites, en particulier la 2-hydroxy-3, 5, 6-trichloropyridine/ol (TCP), en utilisant des souches bactériennes indigènes dégradant le chlorpyrifos, à savoir Acinetobacter baumanni et Bacillus cibi avec Canna spp. et Mentha spp. indigènes en tant que consortium bactérien-plante. Des échantillons de sol et de plantes ont été prélevés à intervalles de temps réguliers pendant 12 semaines ; les analytes ont été extraits à l'aide de la méthode au toluène et évalués par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (GC-MS). Dans le cas de la végétation des zones humides avec Canna et Mentha , la 2-hydroxy-3, 5, 6-trichloropyridine (TCP, m/z = 198) et la 2-hydroxypyridine (m/z = 97) avec des ions moléculaires déprotonés à m/z = 69 (M-H) − ont été détectées comme métabolites intermédiaires, tandis que dans le consortium bactérien-plante, au lieu de TCP, la 3, 5, 6-trichloro-2-méthoxypyridine (TMP, m/z = 212) a été formée avec le diéthylthiophosphate (DETP, m/z = 169). Sur la base de l'analyse des métabolites à l'aide de GC-MS, la voie de biodégradation pour la dégradation du chlorpyrifos par des consortiums bactérien-plante est prédite. La zone humide construite avec le consortium bactérien-plante a montré son potentiel pour contourner la génération de TCP, ou le TCP peut avoir été immédiatement biodégradé par la partie végétale du consortium. La zone humide construite conçue a fourni une nouvelle mesure corrective pour biodégrader le chlorpyrifos sans produire de métabolites nocifs.

Translated Description (Spanish)

La aplicación extensiva y sin control de clorpirifos contra insectos de cultivos ha causado la contaminación de diversos ecosistemas, como el suelo, los sedimentos y el agua, lo que representa un daño para las plantas, los animales, los artrópodos útiles y los humanos. El presente estudio tuvo como objetivo evaluar la capacidad del humedal prototipo construido para biodegradar el clorpirifos y sus principales metabolitos, especialmente la 2-hidroxi-3,5,6-tricloropiridina/ol (TCP), utilizando cepas bacterianas autóctonas que degradan el clorpirifos, a saber, Acinetobacter baumanni y Bacillus cibi con Canna spp. y Mentha spp. autóctonas como consorcio bacteria-planta. Las muestras de suelo y plantas se recolectaron a intervalos de tiempo regulares durante 12 semanas; los analitos se extrajeron utilizando el método de tolueno y se evaluaron mediante cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS). En caso de vegetación de humedales con Canna y Mentha , se detectaron 2-hidroxi-3, 5, 6-tricloropiridina (TCP, m/z = 198) y 2- hidroxipiridina (m/z = 97) con iones moleculares desprotonados a m/z = 69 (M-H) - como metabolitos intermedios, mientras que en el consorcio bacteria-planta, en lugar de TCP, se formó 3, 5, 6-tricloro-2-metoxipiridina (TMP, m/z = 212) junto con dietiltiofosfato (DETP, m/z = 169). Con base en el análisis de metabolitos utilizando GC-MS, se predice la vía de biodegradación para la degradación del clorpirifos a través de consorcios de bacterias y plantas. El humedal construido con el consorcio bacteria-planta mostró su potencial para evitar la generación de TCP, o el TCP puede haber sido biodegradado inmediatamente por la parte vegetal del consorcio. El humedal construido diseñado proporcionó una nueva medida correctiva para biodegradar el clorpirifós sin producir metabolitos dañinos.

Files

pdf.pdf

Files (1.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:118c4f8b237e92ea8b26a03a02bf8f73
1.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
إمكانات المعالجة الحيوية للكونسورتيومات البكتيرية النباتية لإزالة الكلوربيريفوس باستخدام الأراضي الرطبة المبنية
Translated title (French)
Potentiel de biorestauration des consortiums végétaux-bactériens pour l'élimination du chlorpyrifos en utilisant des zones humides construites
Translated title (Spanish)
Potencial de biorremediación de consorcios de plantas y bacterias para la eliminación de clorpirifos utilizando humedales construidos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4281847697
DOI
10.3389/fenvs.2022.880807

Is supplement to
https://openalex.org/W4378516035 (Other)
https://openalex.org/W3212133479 (Other)
https://openalex.org/W2495202540 (Other)
https://openalex.org/W2160004710 (Other)
https://openalex.org/W2056880494 (Other)
https://openalex.org/W2049601489 (Other)
https://openalex.org/W2047368060 (Other)
https://openalex.org/W2016128676 (Other)
https://openalex.org/W1983229291 (Other)
https://openalex.org/W1977063683 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1548502618
  • https://openalex.org/W1870687292
  • https://openalex.org/W1978198870
  • https://openalex.org/W1980696085
  • https://openalex.org/W2024985258
  • https://openalex.org/W2025846637
  • https://openalex.org/W2034127225
  • https://openalex.org/W2038260023
  • https://openalex.org/W2040221396
  • https://openalex.org/W2041237020
  • https://openalex.org/W2053513421
  • https://openalex.org/W2053822983
  • https://openalex.org/W2057918948
  • https://openalex.org/W2065333596
  • https://openalex.org/W2068847951
  • https://openalex.org/W2074760714
  • https://openalex.org/W2086859042
  • https://openalex.org/W2091160252
  • https://openalex.org/W2093229118
  • https://openalex.org/W2097890530
  • https://openalex.org/W2113385123
  • https://openalex.org/W2113666662
  • https://openalex.org/W2127209769
  • https://openalex.org/W2138057283
  • https://openalex.org/W2145496322
  • https://openalex.org/W2151373342
  • https://openalex.org/W2172971255
  • https://openalex.org/W2185401349
  • https://openalex.org/W2298230951
  • https://openalex.org/W2466139569
  • https://openalex.org/W2769395974
  • https://openalex.org/W2795033477
  • https://openalex.org/W2896927705
  • https://openalex.org/W2897487523
  • https://openalex.org/W2945834041
  • https://openalex.org/W2979909024
  • https://openalex.org/W2990817526
  • https://openalex.org/W3005967769
  • https://openalex.org/W3043915616
  • https://openalex.org/W3089608377
  • https://openalex.org/W3108667620
  • https://openalex.org/W3115508989
  • https://openalex.org/W3160224519
  • https://openalex.org/W3179716238
  • https://openalex.org/W3191487189
  • https://openalex.org/W4200155005
  • https://openalex.org/W4210975294
  • https://openalex.org/W4255092611
  • https://openalex.org/W4256617446
  • https://openalex.org/W586921442