Nghiên cứu khả năng tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học của vi khuẩn nhằm ứng dụng loại CADIMI từ đất ô nhiễm

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP l)ề tài: NGHIÊN cứu KHẢ NẶNG TẠO CHẤT HOẠT HÓA BỀ MẶT J11ĩ[V1 ệnVienĐai 11 ọc,MỠTĨa Nộ SINH HỌC CỦA VI KHUÂN NHẢM ỦNG DỤNG LOẠI CADIMI TỪ ĐẤT Ô NHIỄM Ngưòi hướng dẫn: TS Kiều Thị Quỳnh Hoa Sinh viên thực hiện: Ngô Thị Hiền Lớp: 11.04 Hà Nội- 2015 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành cám ơn thầy cô giáo khoa Công nghệ Sinh học, Viện Đại học Mớ Hà Nội tận tình giáng dạy truyền đạt cho em kiến thức bán năm học trường Em xin bày tó lịng cám ơn sâu sắc tới TS Kiều Thị Quỳnh Hoa, Trướng phòng Phòng Vi sinh vật dầu mỏ, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Hàn lăm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam tận tình hướng dẫn truyền đạt kinh nghiệp quý báu giúpem thực khóa luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn tập thể cán Phòng Vi sinh vật dầu mó, Viện Cơng nghệ Sinh học giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em thực tập phịng Cuối cùng, em xin bày tó lịng biết ơn đến gia đình, bạn bè người ln bên cạnh động viên, giúp đỡ em suốt trình học tập hồn thành khóa luận toi nghiệp Hà Nội, ngày tháng Sinh viên Ngô Thị Hiền năm 2015 Ngơ Thị Hiền Khỏa luận tốt nghiệp MỤC LỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH, ĐỊ THỊ MỞ ĐÀU PHÀN 1: TÔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 nhiễm cadimi 7.7.7 Tính độc hại cadimi 7.7.2 Nguồn thái cùa cadimi Tác động cùa cadimi đen môi trường người 7.1.3 1.2 Một số phương pháp xử lý cadimi 7.2.7 Phương pháp hóa học .6 7.2.2 Xử lý bang phương pháp hóa lý 1.2.3 Phương pháp sinh học 1.3 Chất hoạt hóa bề mặt sinh học 1.3.1 Khái niệiỉi L%Ổ/Víltóifl/í)íâl|jáìwfâ'JsỉrtA1Ạí?cMơ l.ỉÀ.NỘl 1.3.2 Phân loại chất hoạt hóa bề mặt sinh học 1.3.3 Tính chất chất hoạt hóa bề mặt sinh học 12 1.3.4 ứng dụng cùa chất hoạt hóa bề mặt sinh học đời sống 12 1.3.5 ửng dụng cùa chất hoạt hóa bề mặt sinh học đến xử lýô nhiễm Cd 13 1.4 Phương pháp xử lý kim loại nặng chất hoạt hóa bề mặt sinh học 14 1.4.1 Vi khuẩn có khả tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học .14 1.4.2 Các yếu tố ánh hướng đến tống hợp chất hoạt hóa bề mặt sinh học 14 1.4.2.1 Anh hướng cùa nguồn carbon 14 1.4.2.2 Ảnh hướng cùa nitơ 14 1.4.2.3 Anh hướng cùa yếuto pH 15 1.4.2.3 Anh hưởng cùa yếutố nhiệt độ 15 PHÀN 2: VẶT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cúc 16 2.1 Vật liệu 16 2.1.1 Chùng vi khuân .16 2.1.2 Hóa chất môi trường nuôi cay 16 Khóa luận tốt nghiệp 2.2 Ngơ Thị Hiền Phương pháp nghiên cứu 17 2.2.1 Phương pháp xác định hình thái khuẩn lạc tế hào vi khuẩn 17 2.2.2 Phân loại vi khn nghiên cứu băng kít chn sinh hố API 50 CHB 19 2.2.3 Phương pháp đánh giá tạo CHHBMSH cùa chúng vi khuân phân lập dựa chi so E24 19 Phương pháp nghiên cứu ánh hướng cùa điểu kiện môi trường nuôi 2.2.4 cấy lên sinh trướng tạo CHHBMSH 19 2.2.5 Phương pháp loại Cd từ đất ô nhiễm bang CHHBMSH 20 PHẢN 3: KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 20 3.1 Đặc điểm hình thái chúng ĐM 26 20 3.2 Kct sốc nhiệt 21 3.3 Phân loại chúng ĐM 26 kít chuấn sinh hóa API 50 CHB 22 3.4 Ành hướng nguồn carbon đến trình sinh trưởng tạo CHHBMSH 24 3.7 Đánh giá hiệu xử lý đất nhiễm cadimi CHHBMSH tạo từ chúng ĐM 26 33 KÉT LUẬN ãTltttA4tiƠtộirl^i hôe-MtH---Ni 35 TI LIU THAM KHO 36 KÍ HIỆU VIẾT TẤT Cd Cadimi CHHBMSH Chất hoạt hóa bề mặt sinh học EPS Extracellular polymeric substance (polyme ngoại bào) HKTS Hiếu khí tống số KLN Kim loại nặng OD Optimal Density (mật độ quang) CMC Critical micellar concentration (hàm lượng mixen tới hạn) Thư viện Viện Đại học Mở Hà Nội DANH MỤC BẢNG Bàng 1: Máy móc thiết bị Bâng 2: Ket thử Kít Bàng Ket phân tích đất Thư viện Viện Đại học Mở Hà Nội DANH MỤC HÌNH, ĐƠ THỊ Hình 1: Kim loại Cadimi Hình 2: Chứng teo thận bệnh itai itai gây sống vùng nhiễm Cadimi Hình 3: Cơng thức cấu tạo cùa trelaloselipid Hình 4: Cơng thức cấu tạo cùa Sophorolipìd Hình 5: Cơng thức cúa rhamnolupid Hình 6: Hình thái khuân lạc chùng vi khuân 26 mơi trường HKTS 0% NaCI Hình 7: Hình ánh sốc nhiệt cùa chúng ĐM26 Hình 8: Kết q thư Kít Hình 9:Ảnh hưởng nguồn carbon lên trình sinh trưởng tạo CHHBMSH cùa chung ĐM 26 Hình 10: Kha nhũ hóa xylen chùng DM 26 nguồn Carbon khác Hình 11: Ảnh hường nồng.độ glucose khác nhạụ tới khậ sinh trưởng 'L I Dại học Mơ I la NỘI tạo CHHBMSH chùng ĐM 26 Hình 12: Khâ nhũ hóa với xylcn cùa chung ĐM 26 nồng độ glucose khác Hình 13 Ảnh hướng nguồn nitơ khác đến sinh trưởng tạo CHHBMSH cúa chủng ĐM 26 Hình 14 Khá nhũ hóa xylen cúa chung ĐM 26 nguồn nitơ khác Hình 15 Ánh hưởng cùa nồng độ NH4NO3 tới khả sinh trưởng tạo CHHBMSH cúa chùng DM 26 Hình 16 Khả nhũ hóa xylen chúng ĐM 26 với nồng độ NH4NO3 khác Hình 17 Ánh hướng ycu tố pH tới khã sinh trưởng tạo CHHBMSH cùa chủng ĐM 26 Hình 18 Khá nhũ hóa xylen chung ĐM 26 pH khác Hinh 19 Ánh hường nhiệt độ tới khả sinh trướng tạo CHHBMSH cùa chung ĐM 26 Hình 20 Khà nhũ hóa xylen cùa chủng ĐM 26 nhiệt độ khác Thư viện Viện Đại học Mở Hà Nội MỞ ĐÀU Kim loại nặng (Cd Pb Cr, Zn Cu, Hg, ) từ q trình sán xuất cơng nghiệp, nơng nghiệp, khai khoáng, luyện kim sàn xuất tái chế đo dùng bàng kim loại gây tác động tiêu cực đến sức khỏe người môi trường sống Những kim loại tích tụ mơi trường xâm nhiễm vào người thông qua hô hấp, tiêu hóa, da gây nên số bệnh đường hơ hấp, ung thư da, ung thư phổi, nhuyễn xương, rối loạn đường tiết niệu, viêm cầu thận Một số kim loại (Ca, Mg Fe, Zn) yếu tố vi lượng cần thiết cho sống, nhiên có kim loại (Cd Hg, Pb ) không cần thiết cho sống mà gây hại đến sức khóc người sinh vật khác Hiện nay, có nhiều phương pháp xừ lý Cd phương pháp kết túa hóa học, phương pháp hấp phụ, phương pháp trao đơi ion, Tuy nhiên, phương pháp thường gây ô nhiễm thứ cấp chi phí hoạt động lớn Gần phương pháp xứ lý ô nhiễm kim loại nặngnói chung Cd nói riêng bang chất hoạt hóa bề mặt sinh học (CHHBMSH) vi sinh vật tạo rathu hút quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học nước giới CHHBMSH hợp chất sinh học chứa hai nhóm chức ưa nước kị nước phân tử Do đó, CHHBMSH làm giâm sức căng bề mặt lực hút tĩnh diện bề mặt tiếp xúc hai pha (lịng-lóng; lỏng-rẳn); giúp chúng dề dàng tiếp xúc tạo phức với kim loại nặng Phương pháp đánh giá cao bời ưu điếm: giá thành phù hợp xử lý triệt đê, an tồn với mơi trường dokhà phân hùy sinh học nên không gây ô nhiễm thứ cấp, tạo bọt cao, chịu nhiệt, pH chịu lực ion tốt Cùng với chì thúy ngân, cadimi (Cd) kim loại nặng độc hại người mơi trường sống Vì vậy,chúng tồi tiến hành nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu khã tạo chất hoạt hóa bề mặt sinh học cùa vi khuân nhằm ứng dụng loại cadimi từ đất ô nhiễm” ❖ Mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu yếu tố ánh hường đến trình sinh trường tạo CHHBMSH cùa chung vi khuẩn - Đánh giá khả loại cadimi (Cd) đất ô nhiễm bàng CHHBMSH tạo bời chung vi khuấn nghiên cứu I Saccarosc E24 60 Glucose E24 Lactose E24 Galacto E24 DO E24 Đậu nành E24 Olive E24 ♦ Saccarose OD "Ế" Glucose OD 'X" I setose OD I Galacto OD - DOOD Đậu nành OD Olive OD Hình Ảnh hường nguồn carbon lên trình sinh trưởngvà tạo CHHBMSH chủng ĐM2óThir viện Viện Đại học Mơ Ha Nội Hình 10 Khá nhũ hóa xylen chúng ĐM 26 nguôn carbon khác 25 Ket hình hình 10 cho thấy chúng ĐM 26 có sinh trướng tạo CHHBMSH tốt nguồn carbon Glucose Saccarose Sau ngày nuôi cấy chủng ĐM 26 sinh trường tạo CHBMSH cao với nguồn carbon glucose, với chi số E24 lên tới 54,7% OD đạt 5.928 Với nguồn carbon saccarose chúng có khâ sinh trưởng tốt với chi số E24 51,7% OD 5,872 Tuy nhiên, chúng không sinh trường tạo CHHBMSH nguôn carbon dầu oliu đậu nành dầu DO: dó glucose chọn nguồn carbon cho thí nghiệm 3.5 Ảnh hưỏng nồng độ carbon đến trình sinh trưởng tạo CHHBMSH Chúng ĐM26 dược nuôi cấy mơi trường khống bo sung glucose với nồng độ khác (0%; 1%; 1,5%; 2%; 2,5%; 3%; 3;5%và 5%) đề tiến hành lựa chọn nồng dộglucose thích họp mà chúng ĐM26 tạo CHHBMSH tốt nhất(hình 11 12) 5% OĐ Hìnhll: Ánh hướng nồng độglucose khác tới khả sinh trường tạo CHHBMSHcủa chủng ĐM 26 26 Hình /2:Khá tạo CHHBMSH chúng ĐM26 vớinồng độ glucose khác Ket hình II 12 cho thay với nồng độ glucose từ 1.5% đến 3% chúng ĐM 26 sinh trưởng tạo CHHBMSH tốt sau ngày nuôi cấy với độ nhũ hóa 56 54, 48, 46 % Sau ngày nuôi cạy, chùng DM 26 sinh trường tạo CHBMSH cao với nồng độ glucose 1,5%, chi số E24 lên tới 56 % OD đạt cực đại 3.852 Còn với nong độ 2%, 2.5%, 3% có chi số nhũ hóa cao 54%, 46% 48% Ở nồng độ khác, khả sinh trưởng cà tạo CHHBMSH cúa chúng DM 26 thấp hơn, với nồng độ glucose 3,5% 5% số nhũ hóa thấp 14% 8.2 %.Như nông độ glucose 1,5% sừ dụng cho thí nghiệm 3.6 Ảnh hưởng nguồn nitơ đến trình sinh trưõng tạo CHHBMSH Ngoài nguồn carbon,tiến hành nghiên cứu sinh trường tạo CHHBMSH chủng ĐM 26 nguồn nitơ khác với nồng độglucose 1,5% Đe xác định nguồn nitơ thích hợp, chúng DM 26 ni lắc (180 vịng/phút) nguồn nitơ (2g/l): NH4NO3, (NHj^PO.) NH4CI, (NH4)2SC>4, NaNO-Ị, ure 27 Thời gian (ngày) Ure OD Hình 13 Ảnh hường nguồn nitơ khác đến sinh trưởng tạo CHHBMSH chúng ĐM 26 Hình 14.K\\á tạo CHHBMSH cùa chúng ĐM26 với hàm lượng glucose khác Kết hình 13 14cho thấy chủng DM26 tạo CHHBMSH tốt với nguồn nitơ NH4NO3, chi số E24 lên tới 56,5% OD 6,808.Do đó, chúng tơi lựa chọn NH4NO3 làm nguồn nitơ cho thí nghiệm 28 3.7 Ánh huỏng nồng độ NH4NO3 đến trình sinh trưỏTig tạo CHHBMSH Đế xác định hàm lượng NH4NO3 thích hợp, chủng ĐM 26 nuôi cấy môi trường bố sunghàm iượngNH.ịNO;, khác nhau(0, 0.5, 1, 1.5, 2, 3, 5, 7g/l) ^■0E24 M10.5E24 MI E24 ^M 1.5 E24 M2 E24 E24 E24 7E24 —OOD -*-0.5 ŨD —1OD —1—1.5 OD 2OD —3 OD 5OD 7OD Hình 15 Anh hương nồng độ NH4NO3 tới khả sinh trường tạo CHHBMSH chúng ĐM 26 29 Anh hường cùa nông độ N tới khả sinh trường tạo CHHBMSH chủng ĐM 26 (ngày 14/3/2015) Hình /ó.Khả tạo CHHBMSH chúng ĐM26 với nồng độ NH4NO3 khác Kết quà cho thấy nồng độ NH4NO3 khác sinh trướng tạo CHHBMSH cùa chủng ĐMỊ 26 là.không giống Sau ngày nuôi cấy chủng ĐM 26 sinh trưởng tạo CHHBMSH cao nông độ lg/1 chi số E24 đạt 58 % OD đạt cực đại 7,6 3.8 Ảnh hưởng nhiệt độđến trình sinh trưỏng tạo CHHBMSH Nhiệt độ nhân tố quan trọng ánh hướng đến sinh tống hợp CHHBMSH cúa vi khuẩn Vì vậy, sinh trưởng tạo CHHBMSH cúa chủng ĐM26 nhiệt độ khác (20, 25 30, 37 55°C) tiến hành nghiên cứu 30 20 E24 — 25 E24 30 E24 37 E24 55 E24 —♦—20 OD —*—25OĐ —30OĐ — 37 OD 55 OĐ Hinh J9 Ảnh hưởng nhiệt độ tới khà sinh trưởng tạo CHHBMSH chung ĐM 26 Thư viện Viện Đại học Mở Hà Nội Hình 20 Khả tạo CHHBMSH chủng ĐM26 với hàm lượng glucose khác 31 Như vậy, chung DM 26 sinh trướng tạo CHHBMSH tốt nhiệt độ 30 37°c với số E24 54 57%, OD 6,52 sau ngày nuôi 3.9 Ánh hưỏĩig pHđến trình sinh trưỏng tạo CHHBMSH pH nhân tố ánh hường lớn tới sinh trưởng tạo CHHBMSH cúa vi khuẩn Khâ sinh trường tạo CHHBMSH cùa chúng ĐM 26 mơi trường có giá trị pH từ đen 10 đánh giá (Hình 17 18) Hình 17 Anh hưởng pH tới sinh trướng tạo CHHBMSH chủng ĐM 26 32 Hình /S.Khá tạo CHHBMSH cùa chúng ĐM26 với giá trị pH khác Kết ở.hình 17 18 cho thấy,với pH 8khã sinh trưởng tạo Dll’ vieif yỊẹiịUạí nọc Mỡ IlaN01, ■ , " CHHBMSH cùa chung ĐM 26 tốt Sau ngày nuôi cấy, so E24 59,5% Do vậy, pH lựa chọn cho thí nghiệm 3.7 Đánh giá hiệu xử lý đất nhiễm cadimi CHHBMSH tạo từ chủng DM 26 Mầu đất nhiễm Cd mẫu đối chứng (không cadimi) lắc với CHHBMSH chùng ĐM 26 tạo ra, lắc song song với mẫu đối chứng không bố sung CHHBMSH sau ngày 30°C và!80 vòng/phút.Đất sau lắc mang phân tích bang máy quang phố hấp phụ nguyên tứ AAS (Atomic absorption spectrophotometer), kết quà thể bàng sau: 33 Bảng Khá loại Cd CHHBMSH cùa chúng ĐM26 Mầu đối Đất tự nhiên Mầu đất Đât nhiễm Cd chứng (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) Kim loại tống số Trước xử lý Sau xử Cd (mg/kg) 0,81 Hiệu loại Cd (%) Cd lý Trước xử lý Sau xử lý