Abbau chlorierter Benzole, Phenole und Cyclohexan-Derivate durch Benzol und Phenol verwertende Bodenbakterien unter aeroben Bedingungen

Abstract

From soil samples of different origin (field, grassland and forest soils) small numbers ofNocardin andPseudomonas spec., able to utilize benzene and phenol could be isolated. Organisms which could only utilize phenol and phenolcarboxylic acids were more numerous and consisted mainly ofArthrobacter spec. It was tested to what extent these organisms could also utilize chlorinated aromatic and cyclohexane derivatives. For the degradation studies the bacteria were precultivated on benzene or p-hydroxybenzoic acid and then the compounds used were added. These compounds were labeled by¹⁴C and their degradation rates determined by measuring the¹⁴CO₂ release.Pseudomonas andNocardia spec. precultivated on benzene could also degrade the chlorinated derivatives of benzene and phenol. The monochlorinated derivates were degraded more easily than the di- and trichlorinated derivates. The chlorinated benzenes, especially in higher concentrations, were less degraded than the chlorinated phenols, but with lower concentrations their degradation rates were about similar. This was due to a higher toxicity of the benzenes. The phenol utilizingArthrobacter spec. were only able to degrade phenol and the chlorinated phenols. Benzoic and m-chlorobenzoic acid were degraded to CO₂ by thePseudomonas andNocardia spec. only. The benzene utilizing pseudomonads released more CO₂ from γ-pentachlorocyclohexane than from γ-hexachlorocyclohexane, but none from cyclehexane. Upon precultivation of benzene utilizing pseudomonads in glucose, the aromatic compounds were also degraded, but especially the chlorinated derivatives to a lower extent.

In comparison with these soil organisms in pure culture, experiments with soil samples showed a degradation of all compounds which were used by the isolated organisms after variable induction periods. Cyclohexane was degraded slowly to CO₂ by the mixed soil flora in contrast to the benzene or phenol utilizing pure cultures.

Zusammenfassung

Aus Bodenproben verschiedener Herkunft (Acker-, Rasen- und Waldböden) ließen sich Nocardien und Pseudomonaden mit der Fähigkeit zum Abbau von Benzol und Phenol in geringer Zahl isolieren und anreichern. Die nur Phenol und Phenolcarbonsäuren verwertenden Organismen waren zahlreicher und umfaßten hauptsächlichArthrobacter-Arten. Es wurde untersucht, inwieweit diese Organismen auch chlorierte Aromaten und Cyclohexane abzubauen vermögen. Für die Abbauuntersuchungen wurden die Bakterien vorher auf Benzol- bzw. aufp-Hydroxybenzoesäure kultiviert und dann die zu untersuchenden Verbindungen zugesetzt. Diese Verbindungen waren durch¹⁴C-markiert, und ihre Abbauraten wurden aufgrund der¹⁴CO₂-Freisetzung gemessen.

Auf Benzol angezogene Pseudomonaden und Nocardien konnten neben Benzol und Phenol auch die einfach chlorierten Verbindungen rasch zu CO₂ abbauen, die zwei- und dreifach chlorierten Verbindungen langsamer. Die chlorierten Benzole wurden besonders in höheren Konzentrationen in geringerem Maße abgebaut als die chlorierten Phenole, aber bei niedrigeren Konzentrationen stieg die Abbaurate und war etwa derjenigen der Phenole gleich. Dies ließ sich auf eine höhere Toxicität der Benzole zurückführen. Die phenolverwertendenArthrobacter-Arten konnten lediglich Phenol und die chlorierten Phenole abbauen. Benzoesäure und m-Chlorbenzoesäure wurden nur von den Pseudomonaden und Nocardien rasch zu CO₂ abgebaut. Die Benzol verwertenden Pseudomonaden konnten CO₂ auch aus γ-Hexachlorcyclohexan, etwas mehr aus γ-Pentachlorcyclohexen, aber nicht aus Cyclohexan freisetzen. Nach Vorkultur der Benzol verwertenden Pseudomonaden auf Glucose konnten sie die Aromaten ebenfalls abbauen, aber besonders die chlorierten Derivate im geringen Maß.

Zum Vergleich mit den Bodenorganismen wurden Versuche mit Bodenproben durchgeführt. Sie zeigten, daß alle Verbindungen, die durch die isolierten Organismen abgebaut werden konnten, nach unterschiedlichen Induktionszeiten auch im Boden abgebaut wurden. Lediglich Cyclohexan, das durch die Benzol oder Phenol verwertenden Reinkulturen nicht verwertet werden konnte, wurde durch die Mischflora des Bodens goringfügig zu CO₂ abgebaut.