0705 nghiên cứu và ứng dụng vi khuẩn sử dụng hydrocarbon trong xử lý ô nhiễm dầu ven biển luận văn tốt nghiệp

VIENH Ä N L Ä M K H O A H O C VÄ C Ö N G N G H E V IE T N A M VI$NC Ö N G N G H $ SINHH @ C VU’CfNGTH !NGA NGHIÊNC Ü U V Ä Ü N G D U N G V I KHUÄNSÜ DUNGH Y D R O C A R B O N T R O N G XÜLÏO NHIËMD Ä U VENBIËN LUANÄNTIËNSISINHHOC HANOI,2016 VIỆNNHÀNLÂMKHOAHỌC VÀCÔNGNGHỆVIỆTNAMC VÀCÔNGNGHỆNVIỆNTNAM VIỆNNCÔNGNGHỆNSINHHỌCC VươngThịNga NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VI KHUẨNSỬDỤNGHYDROCARBON TRONG XỬLÝÔ NHIỄMDẦUVENBIỂN Chuyên ngành:Vi sinh vậttMãsố:62420107 LUẬNNÁNTIẾNNSĨSINHHỌCC NGƯỜIIHƯỚNGNGDẪNKHOANKHOAHỌC VÀCƠNGNGHỆVIỆTNAMC: 2.PGS.TS.TrầnnĐìnhMấnn ViệnnC n g nghệnsinhhọcc LỜICẢMƠN Tơi xin gửi lời biết ơn chân thành sâu sắc tới PGS TS NCVCC LạiThúy Hiền, phòng Vi sinh vật dầu mỏ, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn LâmKhoa học Công nghệ Việt Nam, hướng dẫn, giúp đỡ tơi tận tình, cặn kẽtrongchun mơnvàdìudắt,bảo bantơitừnhữngbướcđinhỏnhấttrongcuộc sống Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến PGS TS NCVC Trần Đình Mấn,ngun Viện phó Viện Cơng nghệ sinh học, phịng Vật liệu sinh học, đồng hướngdẫn nghiên cứu tôi, bảo cặn kẽ bổ sung kiến thức q báu,giúptơihồnthành tốtluậnán TơixingửilờicảmơnsâusắctớiTS.KiềuThịQuỳnhHoavàcácanhchị,các bạnđồngnghiệpphịngVisinhvậtdầumỏ,ViệnCơngnghệsinhhọc,mộttậpthể vữngmạnh,đồnkếtmàtơivơcùnguq.Cácanhchị,cácbạnđãcùngphốihợp chặt chẽ, giúp đỡ tận tình, chia sẻ với niềm vui, nỗi buồn, vượtquakhókhăn,giúptơihồnthànhtốtluậnán Tơi vơ biết ơn người thân trongg i a đ ì n h , đ ặ c b i ệ t l n g i b n đời, mang đến cho nhiều niềm vui, hạnh phúc, bên để động viên, quantâm,giúpđỡtơitrongnhữnglúckhókhănnhất Tơi xin trân trọng gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo Viện Công nghệs i n h h ọ c ThS.Bùi Thị HảiHà giúp đỡ,hợptác tạomọi điều kiệnt h u ậ n l ợ i đ ể t i hồnthànhluậnánnày HàNội,ngày tháng Tácgiả VươngThịNga năm2015 LỜICAMĐOAN Tơixincamđoan: Đây cơng trình nghiên cứu số kết cộng tác với cáccộngsự khác; Các số liệu kết trình bày luận án trung thực, phần đượccơng bố Tạp chí Khoa học chun ngành với đồng ý cho phép cácđồngtácgiả; Phầncịnlạichưađượcaicơngbốtrongbấtkỳcơngtrìnhnàokhác HàNội,ngày tháng Tácgiả năm2015 MỤCLỤC Lờicảmơn i Lờicamđoan ii Mụclục iii Danhmụccáckýhiệu,cácchữ viếttắt vii Danhmụccácbảng viii Danhmụccáchình .x MỞĐẦU CHƢƠNG1.TỔNG QUANVẤNĐỀ NGHIÊNCỨU .3 1.1 Tình hình ơnhiễmhydrocarbon dầu mỏtrênthếgiớivàởViệtNam 1.1.1 Tình hìnhơnhiễmhydrocarbondầumỏtrênthếgiới 1.1.2 Tình hìnhơnhiễmhydrocarbondầumỏởViệtNam 1.2 Mộtsốđặcđiểm,tínhchấtcủadầumỏ 1.2.1 Thànhphầnhóahọc dầumỏ .7 1.2.2 Cáctínhchấtvậtlýquantrọngcủadầumỏ 10 1.3 Quátrìnhphân hủyhydrocarbondầu mỏnhờ vi sinhvật 11 1.3.1 Qtrìnhoxyhóahydrocarbonbằng chấtnhậnđiệntử oxygen 11 1.3.2 Qtrìnhoxyhóahydrocarbonbằngchấtnhậnđiệntử khác .18 1.4 Nhữngnétchungvềchấthoạthóabềmặtsinhhọc .20 1.4.1 Vaitrịcủachấthoạthóabềmặtsinhhọcđốivớivisinhvật phânhủydầu .20 1.4.2 Cácloạichấthoạthóabềmặtsinhhọc từ vikhuẩn 21 1.4.3 Tính chấtcủachấthoạthóabềmặtsinhhọc .24 1.5 Visinhvậtcókhả năngsử dụng hydrocarbondầu mỏ vàtạochấthoạthóabềmặtsinhhọc 26 1.5.1 Tình hìnhnghiêncứuvisinhvậtsửdụnghydrocarbondầu mỏ vàtạochấthoạthóabềmặtsinhhọc trênthếgiới .26 1.5.2 Tình hìnhnghiêncứuvisinhvậtsửdụnghydrocarbondầu mỏ vàtạochấthoạthóabềmặt sinhhọcởViệtNam 30 1.6 Ứngdụng visinhvậtsửdụnghydrocarbondầumỏvàtạo chấthoạthóabềmặt sinhhọctrongxửlýơ nhiễmdầuven biển 33 CHƢƠNG2.VẬTLIỆUVÀPHƢƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU 35 2.1 Vậtliệunghiêncứu 35 2.1.1 Vậtliệu .35 2.1.2 Thiết kếmô hìnhthựcnghiệmxửlýơnhiễmdầuvenbiển 35 2.1.3 Máymócvàthiếtbịchính 36 2.1.4 Hóachất .36 2.1.5 Môi trườngnuôicấy 36 2.2 Phƣơngpháp 37 2.2.1 Phươngphápthu mẫu 37 2.2.2 Xácđịnhsốlượngvisinhvậttheo phươngphápphaloãngtớihạn MostProbableNumber (Man,1983) 37 2.2.3 Phânlậpvi khuẩnsửdụnghydrocarbon 38 2.2.4 Quansáthìnhtháitếbàovi khuẩndướikínhhiểnviđiệntửqt 38 2.2.5 Đặcđiểmsinhhóacủavikhuẩnbằngkítchuẩnsinhhóa .38 2.2.6 Phânloạivikhuẩnbằngphântíchtrìnhtự16SrRNA 38 2.2.7 PhântíchquầnxãvisinhvậtbằngMetagenomics 40 2.2.8 Phươngpháp,tiêuchíđánhgiásốlượngtaxa(giới,ngành,lớp,chivàlồi) .41 2.2.9 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ, nguồn carbon, nitrogen,pHvànồngđộNaCllênsinhtrưởngvàtổnghợpchấthoạthóab ềmặt sinhhọccủavikhuẩn .41 2.2.10 Khảnăngtạochấthoạthóabềmặt sinhhọcbằng chỉsốnhũ hóaE24 42 2.2.11 Hiệuquảnhũhóacủa chấthoạthóa bềmặtsinhhọc bằngphương phápđẩymàngdầuloangOilspreading 42 2.2.12 Hoạttínhnhũhóacủachấthoạthóabềmặtsinhhọcđốivớimộtsốhydrocarbonvà độổnđịnhnhũhóadướitácđộngnhiệtđộ, nồngđộmuốivàpHthayđổi 42 2.2.13 Tốiưuhóamơitrườngtạochấthoạthóabềmặtsinhhọc bằngphươngphápđ p ứngbềmặt 43 2.2.14 Táchchiếtthơchấthoạthóabềmặt sinhhọc 43 2.2.15 Xác địnhcấutrúccủachấthoạthóa bềmặtsinhhọc bằngsắckýkhốiphổ(GC-MS) 43 2.2.16 Xácđịnhdầutổngsốbằngcântrọnglượng .44 2.2.17 Xácđịnhthànhphầndầubằngsắckýkhíkhốiphổ(GC-MS) 44 2.2.18 Xửlý sốliệu 44 CHƢƠNG3.KẾTQUẢNGHIÊNCỨU 45 3.1 Sốlƣợngvàthànhphầnlồivikhuẩnsửdụnghydrocarbon trongnƣớcvàtrầmtíchởmộtsốcảng,vịnhvàvenbiểnViệtNam 46 3.1.1 Phântíchsốlượngvikhuẩnsửdụng hydrocarbon 46 3.1.2 Đặcđiểmphânloạivikhuẩnsửdụnghydrocarbon 50 3.2 Khảnăngtạochấthoạthóabềmặtsinhhọc củavikhuẩnsửdụnghydrocarbon 56 3.2.1 Sànglọccácchủngvikhuẩntạochấthoạthóabềmặtsinhhọccao 56 3.2.2 Độngtháisinhtrưởngvàkhảnăngtạochấthoạthóa bềmặtsinhhọc củachủngA.soliH1,A.calcoaceticusH3 vàR.ruberTD2 .57 3.2.3 Đặcđiểmchấthoạthóabềmặtsinh họcdochủngA.soliH1, A calcoaceticusH3 vàR.ruberTD2tạora 58 3.2.4 Ảnh hưởng yếu tố mơi trường đến sinh trưởngvàtạochấthoạthóa bềmặt sinhhọcchủngA soliH1, A calcoaceticusH3vàR.ruberTD2 .60 3.3 Khả năngphânhủydầudieselvàdầuthôcủachủngA.soliH1, A.calcoaceticusH3vàR.ruberTD2 68 3.4 Cấutrúchóahọccủachấthoạthóabề mặtsinh học dochủngR.ruberTD2tạora .71 3.5 Tốiƣuhóakhảnăngtạochấthoạthóabềmặtsinhhọc củachủngR.ruberTD2bằngphƣơngphápđápứngbềmặt 73 3.6 Ứng dụng vikhuẩnsửdụnghydrocarbonvàtạochấthoạthóa bề mặtsinhhọctrong xử lýônhiễmdầuvenbiển .77 3.6.1 Tạochếphẩmsinhhọctừ chủngR.ruberTD2 77 3.6.2 Biếnđộngsốlượngvikhuẩnsửdụng hydrocarbon trongquátrìnhxửlý 79 3.6.3 Biến độngcácloàivikhuẩn sử dụnghydrocarbon chiếmưuthếtrongquátrìnhxửlý 81 3.6.4 Xác định quần xã vi sinh vật mô hình xử lý phân tíchMetagenomics .86 3.6.5 Hiệu quảxửlýô nhiễmdầuvenbiển 88 CHƢƠNG4.BÀNLUẬNKẾTQUẢNGHIÊNCỨU 94 * Sốlượngvàthànhphầnlồivikhuẩnsửdụnghydrocarbon trongnướcvàtrầmtíchtại mộtsốcảng,vịnhvàvenbiển ViệtNam 94 * Khảnăngtạochấthoạthóabề mặtsinh học vàđặcđiểmcủachất hoạthóa bề mặtsinh họcdovikhuẩnsửdụng hydrocarbontạora 96 * Khảnăngphânhủydầudieselvàdầuthô mộtsốchủngvikhuẩn sửdụnghydrocarbon .101 * Ứngdụngvikhuẩnsửdụnghydrocarbonvàtạochấthoạthóabềmặt sinhhọctrongxửlýônhiễmdầu venbiển 103 KẾTLUẬN 111 KIẾNNGHỊ 111 DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNHCƠNG BỐ 113 TÀILIỆUTHAMKHẢO 114 TÓMTẮTTIẾNGANH 125 DANHMỤCCÁCKÝHIỆU,CÁCCHỮVIẾTTẮT BLAST Basiclocalalignme nt s e a r c h tool = Cơng cụt ìm kiế msắp xếpcơbản CHHBMSH Chấthoạthóabềmặtsinhhọc DNA Deoxyribonucleicacid=axitdeoxyribonucleic EDTA Ethylenediaminetetraaceticacid=axitetilenđiamintetra axetic dNTP Deoxyribonucleotidetriphosphate FO Fueloil=dầunhiênliệu DT Dầuthô DO Dieseloil=dầudiesel GC-MS Gaschromatography-Massspectrometry=sắckýkhốiphổ GHCP Giớihạnchophép PAH Polycyclica r o m a t i c h y d r o c a r b o n = h y d r o c a r b o n thơmđa MPN NCBI vịng Mostprobablenumber =sốlượngtế bàocóthểcótrongmẫu NationalCenterf o r B i o t e c h n o l o g y I n f o r m a t i o n=Trung OD tâmQuốcgiavềTinsinhhọc Opticaldensity=mậtđộquanghọc OS Oilspreading= màngdầuloang PBS Phosphate bufferedsaline=muốiđệmphotphat PCI phenolcholoroformisoamylalcohol PCR Polymerase chainreaction=phảnứng trùnghợpchuỗi SDS Sodiumdodecylsulfate=muốinatridodexilsunphat VSV Visinhvật VK Vikhuẩn VKSDHC Vikhuẩnsửdụnghydrocarbon VKHK Vikhuẩnhiếukhí STT Sốthứtự DANHMỤCCÁC BẢNG Bảng1.1 Cáchydrocarbonriêng lẻđãxácđịnhđượctrongcácloạidầumỏ .8 Bảng1.2 Cácchivisinhvậtcókhảnăngphânhủyhydrocarbonno 15 Bảng1.3 Cácchivikhuẩncókhảnăngphânhủyhydrocarbonthơm .18 Bảng1.4 Các nhómvikhuẩncókhả năngoxyhóahydrocarbon ởđiềukiệnkịkhí .19 Bảng1.5 Chấthoạthóabềmặtsinhhọctáchtừvikhuẩn 21 Bảng2.1 Cácđiềukiệnnuôicấyđược khảosát 41 Bảng2.2 Giátrịmãhóacủacácyếutốthựcnghiệm 43 Bảng3.1 Sốlượngvikhuẩnsửdụnghydrocarbonvàhiếukhí trongmẫunướcvàtrầmtíchvịnhLanHạ 46 Bảng3.2 Sốlượngvi khuẩnsửdụnghydrocarbonvàhiếukhí mẫunước vàtrầmtíchvenbiểnĐồSơn .47 Bảng3.3 Sốlượngvi khuẩnsửdụnghydrocarbonvàhiếukhí mẫunướcvà trầmtíchcảngNghiSơn .47 Bảng3.4 Sốlượngvi khuẩnsửdụnghydrocarbonvàhiếukhítrong mẫunước vàtrầmtích cảng,ven biểnQuyNhơn,Huế,VũngTàu 48 Bảng3.5 Sốlượngvikhuẩnsửdụnghydrocarbonvàhiếukhítrongmẫunước vàtrầmtíchvenbiểnBìnhThuận 49 Bảng3.6 Sốlượngvikhuẩnsửdụnghydrocarbonvàhiếukhítrongmẫunước vàtrầmtíchvenbiểnBếnTre .49 Bảng3.7 Đặc điểmhìnhthái vikhuẩnsửdụng hydrocarbonGramâm phânlậptạimộtsốcảng,vịnhvàvenbiểnViệtNam 50 Bảng3.8 Đặcđiểmhìnhthái vikhuẩnsửdụng hydrocarbonGramdương phânlậptạicảng,vịnhvàvenbiểnViệtNam 51