Biodegradation of hydrocarbons by Purpureocillium lilacinum and Penicillium chrysogenum from heavy oil sludge and their potential for bioremediation of contaminated soils

Resumo

O lodo de óleo pesado, como um resíduo sólido altamente perigoso, representa riscos potenciais de poluição para o ambiente ecológico. A degradação microbiana de hidrocarbonetos de petróleo é uma estratégia emergente para controlar a poluição ambiental por lodo de óleo. Dois fungos degradadores de hidrocarbonetos, designados como HF e HQ, foram isolados de lodo de óleo pesado coletado no Campo de Petróleo de Tahe, Xinjiang, Noroeste da China. Com base em análise morfológica e sequenciamento gênico, HF e HQ foram identificados como Purpureocillium lilacinum e Penicillium chrysogenum, respectivamente. Quando suplementados com uma pequena quantidade de fontes adicionais de carbono (amido solúvel) e nitrogênio (extrato de levedura), HF e HQ foram capazes de biodegradar hidrocarbonetos no lodo de óleo. Seguindo o tratamento fúngico (30 dias), as abundâncias relativas de vários componentes de hidrocarbonetos mudaram em padrões distintos com base em cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas. A taxa média de degradação de HF para cicloalcanos, n-alcanos, aromáticos e iso-alcanos foi de 100,0%, 21,2%, 15,1% e 14,5%, respectivamente. HQ mostrou efeitos contrastantes na composição de hidrocarbonetos, conforme indicado pela diminuição de n-alcanos (1,3%) e pelo aumento de cicloalcanos, aromáticos e iso-alcanos (82,6%, 10,2% e 11,9%, respectivamente). Aproximadamente 15,3% e 7,6% dos hidrocarbonetos totais de petróleo no lodo de óleo modificado foram removidos por HF e HQ, respectivamente. Os resultados fornecem evidências empíricas para a aplicação de P. lilacinum  e P. chrysogenum  como degradadores de hidrocarbonetos candidatos na biorremediação de solos contaminados com lodo de óleo.

Abstract

Heavy oil sludge as a highly hazardous solid waste poses potential pollution risks to the ecological environment. Microbial degradation of petroleum hydrocarbons is an emerging strategy for controlling the environmental pollution by oil sludge. Two hydrocarbon-degrading fungi, designated HF and HQ, were isolated from heavy oil sludge collected at Tahe Oilfield, Xinjiang, Northwest China. Based on morphological analysis and gene sequencing, HF and HQ were identified as Purpureocillium lilacinum and Penicillium chrysogenum, respectively. When supplemented with a small amount of additional carbon (soluble starch) and nitrogen (yeast extract) sources, HF and HQ were able to biodegrade hydrocarbons in oil sludge. Following fungal treatment (30 days), the relative abundances of various hydrocarbon components changed in distinct patterns based on gas chromatography-mass spectrometry. The mean degradation rate of HF for cycloalkanes, n-alkanes, aromatics, and iso-alkanes was 100.0%, 21.2%, 15.1%, and 14.5%, respectively. HQ showed contrasting effects on hydrocarbon composition, as indicated by the decrease of n-alkanes (1.3%) and the increase of cycloalkanes, aromatics, and iso-alkanes (82.6%, 10.2%, and 11.9%, respectively). Approximately 15.3% and 7.6% of total petroleum hydrocarbons in modified oil sludge were removed by HF and HQ, respectively. The results provide empirical evidence for application of P. lilacinum HF and P. chrysogenum HQ as candidate hydrocarbon degraders in bioremediation of oil sludge-contaminated soils.