Discrimination of shifts in bulk soil and rhizosphere bacterial communities of Acer pseudoplatanus in response to trinitrotoluene (TNT)-contamination and identification of TNT-denitrating bacteria: implications for rhizoremediation

Abstract

Explosives manufacturing and military activities generated large quantities of waste products, contaminating soil and groundwater at many military training ranges and manufacturing sites in Belgium. Consequently there is a need to develop strategies to efficiently remediate these sites. While many microorganisms are known to naturally metabolise certain energetic compounds in contaminated sites (bioremediation) and in the root-zone of plants, a process known as rhizoremediation, removal of 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) is challenging due to its toxicity and recalcitrance to biological break-down. Treatments directed at stimulating microbial TNT-transformation activity, e.g. by ‘one-microorganism’ introduction or biostimulation have varied in effectiveness. The objective of this study was to explore the TNT-denitrating and TNT-detoxifying abilities of natural, plant-associated bacteria from Acer pseudoplatanus (sycamore) trees in TNT-contaminated soil, and to understand how TNT affects bacterial community composition in the rhizosphere of young sycamore trees and surrounding bulk soil. From this we determined whether the use of tailored bacterial consortia can improve TNT remediation.

De productie van explosieven en militaire activiteiten genereerde grote hoeveelheden afvalstromen van explosieven, die terechtkwamen in het milieu en leidden tot een ernstige vervuiling van bodem en grondwater op verschillende militaire schietvelden en explosieven productie faciliteiten, in België. Er is dus nood aan technieken om deze vervuilde bodems op een doeltreffende manier te saneren. Ook al zijn er veel bacteriën gekend die van nature explosieven kunnen afbreken en ontgiftigen in vervuilde bodems, hetgeen gekend is als rhizoremediatie als de bacteriën zich in de wortel-zone van planten bevinden, toch blijft de eliminatie van 2,4,6-trinitrotolueen uit de bodem een uitdaging, omwille van de hoge toxiciteit en de recalcitrantie voor biologische afbraak. Ingrepen die gericht zijn op het stimuleren van de microbiële activiteit voor de afbraak van TNT, zoals de introductie van bacteriën of bio-stimulatie (bv. het toevoegen van nutriënten), heeft tot wisselende resultaten geleid. Het doel van deze studie was enerzijds om diepere inzichten te verwerven in bacteriën geassocieerd met Acer pseudoplatanus (gewone esdoorn) op een TNT-verontreinigde bodem, en hun capaciteiten om de bodem te ontgiftigen door TNT te reduceren. Anderzijds was het doel om beter te begrijpen hoe TNT de samenstelling van de bacteriële gemeenschap beïnvloedt in de rhizosfeer van jonge esdoorns en de rest van de bodem. Met deze verworven kennis kon dieper ingegaan worden op de vraag of TNT-remediatie bevorderd kan worden door bacteriële consortia in te schakelen.