Microbial solubilisation of Cd from apatite during aerobic cellulose biodegradation

Issue		Agron. Sustain. Dev. Volume 20, Number 5, July-August 2000 Nature and functions of the organic matter in the environment


Page(s)		557 - 565
DOI		10.1051/agro:2000150

DOI: 10.1051/agro:2000150

Agronomie 20 (2000) 557-565

Microbial solubilisation of Cd from apatite during aerobic cellulose biodegradation

Cécile Quantin^a - S. Bruno Lartiges^b - Colette Munier-Lamy^a - Jaafar Ghanbaja^c - Jacques Yvon^b - Jacques Berthelin^a

^aCentre de Pédologie Biologique, CNRS, FRE 2111 associée à l'Université Henri Poincaré, Nancy I, 17 rue Notre-Dame des Pauvres, BP 5, 54501 Vandoeuvre-lès-Nancy Cedex, France
^bLaboratoire Environnement et Minéralurgie, Pôle de l'Eau, 15 avenue du Charmois, BP 40, 54501 Vandoeuvre-lès-Nancy, France
^cService Commun de Microscopie Électronique à Transmission, Université Henri Poincaré, Nancy I, Faculté des Sciences, BP 239, 54506 Vandoeuvre-lès-Nancy Cedex, France
(Received 29 September 1999; revised 7 April 2000; accepted 25 April 2000)

Abstract:

Synthetic model sediments were used to investigate the processes of biological Cd solubilisation, during cellulose biodegradation in batch experiments under aerobic conditions. The model sediments consisted of a mixture of quartz sand, Cd-substituted or non-substituted hydroxyapatite and cellulose. The culture medium was inoculated with a mixed microflora and incubated under controlled conditions. After 53 days, cellulose biodegradation reached high rates for both sediments (34 to 37% of initial carbon content) in the presence of microorganisms. Simultaneously, Cd release was significant and reached 34% of initial Cd. Solubilisation of Cd and Ca was correlated with a pH decrease from 6.7 to 4.5, and was thus a consequence of proton release in the solution. The use of model sediments allows assessment of biological weathering processes, particularly the influence of heterotrophic microorganisms in mineral solubilisation, and their involvement in the dispersion of trace elements in soils and sediments.

Keywords: cadmium / hydroxyapatite / microbial activity / model sediments / solubilisation

Résumé:

Solubilisation microbienne de Cd au cours de la biodégradation aérobie de la cellulose. Des sédiments synthétiques ont été utilisés pour étudier les mécanismes de solubilisation biologique du cadmium d'une hydroxyapatite au cours de la biodégradation aérobie de cellulose. Les sédiments de synthèse sont constitués d'une matrice siliceuse, d'une hydroxyapatite substituée ou non en cadmium, et de cellulose. Ils ont été inoculés avec une communauté microbienne issue d'un sédiment naturel et incubés avec un milieu de culture en conditions contrôlées. La biodégradation de la cellulose est importante après 53 jours pour les deux sédiments (34 à 37 % du carbone organique initial). Simultanément, la solubilisation de Cd est importante et atteint 34 % du cadmium initialement présent. Cette solubilisation est associée à une acidification importante du milieu, le pH passant de 6,7 à 4,5. La solubilisation de Cd apparaît comme une conséquence de la production de protons dans le milieu. L'utilisation d'un tel système expérimental, simplifié, permet de définir les processus de dissolution et d'altération des minéraux impliquant l'activité de microorganismes hétérotrophes, et d'étudier leur implication dans la dispersion des éléments en traces dans les sols et les sédiments naturels.

Mots clé : cadmium / hydroxyapatite / activité microbienne / sédiments modèles / solubilisation

Communicated by Isabelle Lamy

Correspondence and reprints: Cécile Quantin
quantin@cpb.cnrs-nancy.fr

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