پايش باكتري هاي توليد كننده سيمان زيستي و تثبيت كننده خاك در زيستگاه هاي كويري ايران

Monitoring of biocement- and biogrout- producing bacteria in desert habitats of Iran

سابقه و هدف: يكي از روش هاي پيشنهاد شده به منظور تثبيت و استحكام خاك رسوب كلسيت به واسطه تحريك ميكروبي (MICP) است. اين مطالعه با هدف جداسازي باكتري هاي تجزيه كننده اوره موثر در ايجاد سيمان زيستي از خاك هاي خشك و كويري انجام شد. مواد و روش ها: اين پژوهش به صورت مقطعي-توصيفي بر روي 280 نمونه جمع آوري شده ازخاك هاي مناطق مختلف ايران انجام شد. كشت نمونه ها بر روي محيط اوره براث انجام شد. سپس سنجش فعاليت آنزيم اوره آز باكتري هاي تجزيه كننده اوره انجام شد. باكتري هاي فعال توسط آزمون هاي متداول بيوشيميايي و روش16S rRNA تعيين هويت شدند. توليد سيمان زيستي در باكتري هاي اوره از مثبت جداسازي شده در pH و دما هاي مختلف مورد ارزيابي قرار گرفت و با سويه استاندار اسپوروسارسينا پاسترويي ATCC 11589 مقايسه گرديد. در نهايت كريستال هاي كربنات كلسيم در شرايط بهينه دماي 25 درجه سليسيوس و 8.5 pH با آزمون بلورشناسي پرتو ايكس (XRD) مورد بررسي قرار گرفتند. يافته ها: 304 جدايه از 5 جنس مختلف جداسازي گرديد. جنس هاي باسيلوس و اسپوراسارسينا از مهم ترين باكتري هاي تجزيه كننده اوره جداسازي از مناطق خشك و كويري بودند. بيشترين ميزان كربنات كلسيم در دماي 25 درجه سليسيوس و 8.5 pH توليد شد. 10 جدايه برتر موثر در توليد آنزيم اوره آز و سيمان زيستي با استفاده از روش مولكولي تعيين هويت و در بانك ژني ثبت گرديدند. همچنين توليد سيمان زيستي سويه هاي برتر با استفاده از آزمون XRD تاييد گرديد. نتيجه گيري: نتايج نشان كه در توليد كريستال هاي كربنات كلسيم مقدار اوره و كلريد كلسيم نقش اساسي دارند. همچنين باكتري اسپوروسارسينا پاستورويي از مهم ترين باكتري هاي توليد كننده سيمان زيستي بود. از اين رو بهينه سازي شرايط رشد در حد بالاتر به منظور استفاده كاربردي از اين باكتري در تثبيت شن هاي روان، استحكام زمين و پل سازي پيشنهاد مي گردد.

Background & Objectives: Microbially induced carbonate precipitation (MICP) is one of the proposed methods for soil stabilization and strengthening. The aim of this study was to isolate and characterize biocement-producing ureolytic bacteria from arid soils. Materials & Methods: In this cross-sectional descriptive study, 280 soil samples were collected from different areas of Iran. Samples were cultured using urea broth medium. Urease-positive bacteria were assessed for the level of urease activity. Identification of active strains was performed based on conventional biochemical tests and 16S rRNA gene sequencing. Optimum temperature and pH conditions for biocement production were evaluated in urease-positive bacteria and was compared with sporosaicina pasteurii (ATCC 11589) strain. Finally, calcium carbonate crystals were assessed byX-ray diffraction (XRD) crystallography test at the temperature of 25 °C and pH of 8.5 as optimal conditions. Results: 304 strains were isolated from 5 different bacterial genera. Bacillus and Sporosarcina were the major ureolytic isolates of arid regions. The most amount of calcium carbonate was produced at the temperature of 25 °C and a pH of 8.5. Ten most effective isolates in the production of urease enzymes and biocement were identified by molecular analysis and subsequently registered in NCBI Genbank. In addition, biocement production by selected isolates was confirmed by XRD test. Conclusion: Our results showed that the amount of urea and calcium chloride plays an important role in calcium carbonate crystals production. S. pasteurii was one of the most important biocement-producing bacteria. Therefore, optimization of growth conditions in higher scale is recommended for further applications in stabilizing the sand, ground strength and bridging.