Nghiên cứu một số tính chất sinh lý, sinh hóa của vi khuẩn chuyển hóa ni tơ có khả năng tạo màng sinh học (biofilm) để ứng dụng trong công nghệ xử lý nước nhiễm amoni

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC -oOo - HOÀNG THỊ HOA DIỄM NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT SINH LÝ, SINH HÓA CỦA VI KHUẨN CHUYỂN HÓA NITƠ CÓ KHẢ NĂNG TẠO MÀNG SINH HỌC (BIOFILM) ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC NHIỄM AMONI LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Thái Nguyên – 2013 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC -oOo - HOÀNG THỊ HOA DIỄM NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT SINH LÝ, SINH HÓA CỦA VI KHUẨN CHUYỂN HÓA NITƠ CÓ KHẢ NĂNG TẠO MÀNG SINH HỌC (BIOFILM) ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC NHIỄM AMONI Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60420201 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HOÀNG PHƢƠNG HÀ Thái Nguyên – 2013 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết nêu luận văn phần kết đề tài nghiên cứu phòng Công nghệ sinh học môi trƣờng, Viện Công nghệ sinh học Các kết đảm bảo trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Thái Nguyên, tháng 08 năm 2013 Tác giả luận văn Hoàng Thị Hoa Diễm Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CẢM ƠN Với tất kính trọng lòng biết ơn trân thành, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Hoàng Phương Hà, PGS.TS Nghiêm Ngọc Minh, phòng Công nghệ Sinh học Môi trường, Viện Công nghệ Sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, người thầy mẫu mực dành cho ý tưởng quý báu tận tụy hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi động viên suốt trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn anh chị phòng Công nghệ Sinh học Môi trường giúp đỡ tạo điều kiện cho việc nghiên cứu Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến ban lãnh đạo Viện Công nghệ Sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi cho học tập nghiên cứu Viện suốt thời gian qua Đồng thời xin gửi lời cám ơn sâu sắc tới thầy cô Khoa Khoa học sống, Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên truyền đạt kiến thức bổ ích tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập trường Cuối muốn gửi lời cám ơn chân thành đến người thân gia đình bạn bè thân thiết bên cạnh động viên, khích lệ suốt trình học tập nghiên cứu Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT amoA Gene encoding the subunit A of AMO Amp Ampiciline AOB Ammonia oxidyzing Bacteria ATP Adenosine triphosphate ĐC Đối chứng Đtg Đồng tác giả DNA Deoxyribonucleic acid PCR Polymerase chain reaction RNA Ribonucleic acid 16S rRNA 16S ribosomal Ribonucleic acid Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv DANH MỤC CÁC BẢNG TRANG Bảng 2.1 Tỉ lệ pha loãng dung dịch chuẩn ch a NH4+ với nƣớc cất 23 Bảng 2.2 Tỷ lệ pha loãng dung dịch chuẩn + nƣớc cất hàm lƣợng N-NO2- 25 Bảng 2.3 Tỉ lệ pha loãng dung dịch chuẩn + nƣớc cất hàm lƣợng N-NO3- 26 Bảng 3.1 Khả oxy hóa amoni nhóm vi khuẩn phân lập 32 Bảng 3.2 Khả tạo màng sinh học của vi khuẩn oxy hóa amoni 33 Bảng 3.3 Khả oxy hóa nitrite nhóm vi khuẩn đƣợc phân lập 35 Bảng 3.4 Khả tạo màng sinh học vi khuẩn oxy hóa nitrite 35 Bảng 3.5 Ảnh h PD60 PD58 50 Bảng 3.6 Ảnh h 5NM 51 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v DANH MỤC CÁC HÌNH TRANG Hình 1.1 Tế bào số loài thuộc nhóm vi khuẩn oxy hóa amoni Hình 3.1 Các chủng vi khuẩn phân lập môi trƣờng Winogradsky 31 Hình 3.2 Khả tạo màng sinh học vi khuẩn oxy hóa amoni 34 Hình 3.3 Khả tạo màng sinh học chủng oxy hóa nitrite 36 Hình 3.4 Đặc điểm hình thái khuẩn lạc hình thái tế bào chủng vi khuẩn nghiên cứu 38 Hình 3.5 Cây phát sinh chủng loại vi khuẩn nitrate hóa PD60, PD58, 5NM 2NM 40 Hình 3.6 Ảnh hƣởng nhiệt độ tới hoạt tính nitrate hóa vi khuẩn nghiên cứu 42 Hình 3.7 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến khả tạo biofilm ng vi khuẩn nghiên cứu 43 Hình 3.8 Ảnh hƣởng pH tới hoạt tính nitrate hóa vi khuẩn nghiên cứu 45 Hình 3.9 Ảnh hƣ ng vi khuẩn nghiên cứu 46 Hình 3.10 Ảnh hƣởng NaCl tới hoạt tính nitrate hóa vi khuẩn nghiên cứu 48 Hình 3.11 Ảnh hƣ ng chủng vi khuẩn nghiên cứu 49 Hình 3.12 Ảnh hƣởng nồng độ nitơ ng vi khuẩn nghiên c u 52 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC TRANG LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Hiện trạng ô nhiễm nguồn gốc phát sinh hợp chất nitơ nƣớc 1.1.1 Hiện trạng ô nhiễm hợp chất nitơ nƣớc 1.1.2 Tác hại hợp chất chứa nitơ thể ngƣời 1.1.3 Nguồn gốc phát sinh hợp chất chứa nitơ môi trƣờng sống 1.2 Cơ sở phƣơng pháp khử nitơ sinh học 1.2.1 Cố định nitơ 1.2.2 Quá trình khoáng hóa 1.2.3 Quá trình nitrate hóa 1.2.4 Quá trình khử nitrate 1.3 Vi khuẩn nitrate hóa tự dƣỡng 1.3.1 Vi khuẩn oxy hóa amoni 1.3.2 Vi khuẩn oxy hóa nitrite (vi nitroso) ) 11 1.4 Màng sinh học (Biofilm) 13 1.4.1 Khái niệm biofilm 13 1.4.2 Thành phần biofilm 13 1.4.3 Ảnh hƣởng số điều kiện hóa lý đến hình thành phát triển biofilm 16 1.4.4 Màng sinh học vi khuẩn nitrate hóa tự dƣỡng 17 1.5 Phân loại vi khuẩn xác định trình tự gen mã hóa 16S rRNA 18 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1.Vật liệu, hóa chất thiết bị máy móc 20 2.1.1 Vật liệu 20 2.1.2 Hóa chất enzyme 20 2.1.3 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm 20 2.2 Các môi trƣờng nuôi cấy vi khuẩn 21 2.2.1 Thành phần môi trƣờng nuôi cấy vi khuẩn nitrate hóa 21 2.2.2 Môi trƣờng LB 21 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 21 2.3.1 Phân lập vi khuẩn nitrate hóa 21 2.3.2 Xác định hàm lƣợng amoni nƣớc theo phƣơng pháp Nessler 22 2.3.3 Xác định hàm lƣợng NO2- phƣơng pháp Griss 24 2.3.4 Xác định hàm lƣợng NO3- phƣơng pháp Salicylate 25 2.3.5 Phƣơng pháp đánh giá khả tạo màng sinh chủng vi 26 2.3.6 Ảnh hƣởng số điều kiện lên khả tạo màng sinh học hoạt tính nitrate hóa 27 2.3.7 Các phƣơng pháp sinh học phân tử 29 Chƣơng KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 31 3.1 Phân lập, tuyển chọn nghiên cứu số đặc điểm sinh học chủng vi khuẩn nitrate hóa 31 3.1.1 Phân lập 31 3.1.2.Khả nitrate hóa tạo màng sinh học (Biofilm) 32 36 , sinh tr sinh học 41 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 46 Nhìn chung, tất chủng nghiên cứu có khả chuyển hóa hợp chất nitơ tốt (pH pH khác chủng vi khuẩn có khả chuyển hóa nitơ nhƣng thấp  Ảnh hƣởng pH đến sinh trƣởng khả tạo màng chủng vi khuẩn nitrate hóa tuyển chọn pH ảnh hƣởng đến hoạt tính nitrate hóa mà ảnh hƣởng đến sinh trƣởng khả tạo màng sinh học vi khuẩn nitrate hóa Kết nghiên cứu thể hình 3.9 Vi khuẩn oxy hóa amoni Vi khuẩn oxy hóa nitrite khuẩn nghiên cứu Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 47 Kết cho thấy, chủng vi khuẩn nghiên cứu sinh trƣởn pH - Nhìn chung, nhóm vi khuẩn nghiên cứu nhóm vi khuẩn oxy hóa amoni (PD60, PD58) có khả tạo màng tốt nhóm vi khuẩn oxi hóa nitrite (5NM, 2NM) nhƣng lại sinh trƣởng Các công bố trƣớc tác giả Ruiz et al., (2003) nghiên cứu ảnh hƣởng nhiệt độ, pH cho pH thấp 6,45 8,95 trình nitrate hóa bị ức chế [44] Theo Lisa Daniel, pH enzyme ammonia monooxygenase bị bất hoạt ngừng chuyển hóa amoni [38] Vijaya et al., (2005) chứng minh, vi khuẩn nitrate hóa sinh trƣởng bình thƣờng pH 78, tốc độ sinh trƣởng tối đa nhóm vi khuẩn oxy hóa amoni oxy hóa nitrite pH [48] Điều chứng tỏ rằng, pH đóng vai trò quan trọng môi trƣờng sống vi khuẩn nitrate hóa, pH đƣợc coi nhƣ thông số chìa khóa trình nitrate hóa, ảnh hƣởng đến sinh trƣởng vi khuẩn nitrate hóa mà ảnh hƣởng đến hoạt tính chuyển hóa nitơ khả tạo màng chúng Bốn chủng vi khuẩn vi khuẩn nitrate hóa tiếp tục đƣợc nghiên cứu khả chịu mặn môi trƣờng khoáng sở có bổ sung NaCl với nồng độ khác phần phƣơng pháp Sau ngày nuôi cấy số liên quan đến hoạt tính nitrate hóa (NH4+, NO2-, NO3-), khả sinh trƣởng tạo màng (OD600, OD570) đƣợc xác định Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 48  Ảnh hƣởng nồng độ NaCl đến hoạt tính nitrtate hóa chủng vi khuẩn tuyển chọn Vi khuẩn oxy hóa amoni Vi khuẩn oxy hóa nitrite Hình 3.10 Ảnh hƣởng NaCl tới hoạt tính nitrate hóa vi khuẩn nghiên cứu Kết nhận đƣợc từ hình 3.10 cho thấy chủng vi khuẩn tuyển chọn có khả chuyển hóa nitơ môi trƣờng NaCl Ở nồng độ NaCl từ 100-200mM khả chuyển hóa nitơ giảm so với môi trƣờng không chứa NaCl nhƣng không đáng kể, hiệu suất chuyển hóa đạt 76-80%, với môi trƣờng không chứa NaCl hiệu xuất chuyển hóa 79-86% Hoạt tính nitrate hóa bị ức chế hàm lƣợng NaCl môi trƣờng nuôi cấy lên đến 400 mM Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 49  Ảnh hƣởng NaCl tới sinh trƣởng khả tạo màng sinh học chủng vi khuẩn tuyển chọn Vi khuẩn oxy hóa amoni Vi khuẩn oxy hóa nitrite Hình 3.11 Ảnh hƣởng NaCl đến khả tạo màng sinh học chủng vi khuẩn nghiên cứu từ hình 3.11 vi khuẩn sinh trƣởng đƣợc môi trƣờng khoáng sở chứa NaCl nồng độ khác nhau, sinh trƣởng khả tạo màng giảm dần nồng độ muối tăng Với nồng độ từ 100-200 mM NaCl, khả sinh trƣởng tạo màng giảm nhẹ không đáng kể Các chủng vi khuẩn bắt đầu bị ức chế nồng độ muối môi trƣờng 400 mM Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 50 Nhƣ vậy, nghiên cứu chủng nồng độ muối khác nhau, tất chủng có khả oxy hóa nitrit oxi hóa amoni, khả tạo sinh trƣởng khoảng giới hạn muối NaCl từ 100-200 mM màng  Ảnh hƣởng hàm lƣợng amoni nitrite đến hoạt tính chuyển hóa nitơ chủng vi khuẩn tuyển chọn Để nghiên cứu ảnh hƣởng amoni hay nitrite đến hoạt tính chuyển hóa hợp chất nitơ, sinh trƣởng khả tạo màng chủng vi khuẩn PD60, PD58, 5NM, 2NM đƣợc tiến hành nuôi cấy lắc môi trƣờng với hàm lƣợng nitơ khác là: 5, 10, 100, 200, 500, 1000 mgN/l Bảng 3.5 PD60 PD58 Chủng Chỉ tiêu đánh giá PD60 N-NH4+ lại (mg/l) 1.15 2.10 22.16 43.76 473.22 972.37 N-NO2- tạo thành (mg/l) 3.76 7.69 77.28 151.46 24.77 25.52 Hiệu suất chuyển hóa amoni (%) 75.20 76.90 77.28 75.73 4.95 2.55 N-NH4+ lại (mg/l) 0.985 3.139 29.286 40.951 480.81 978.747 N-NO2- tạo thành (mg/l) 3.388 6.758 68.22 134.76 19.142 19.648 Hiệu suất chuyển hóa amoni (%) 67.75 67.58 68.22 67.38 3.83 1.96 PD58 (mg/l) 10 (mg/l) 100 (mg/l) 200 (mg/l) 500 (mg/l) 1000 (mg/l) Những thay đổi nồng độ amoni nitrite dịch nuôi cấy nhóm vi khuẩn oxy hóa amoni cho thấy chúng có khả chuyển hóa nitơ tốt nồng độ Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 51 amoni từ 5-200 mg N/l, bị ức chế nồng độ amoni môi trƣờng từ 500-1000 mg N/l (bảng 3.5) Cụ thể, chủng PD60 nồng độ amoni từ 5-200 mg N/l chuyển hóa đƣợc 74-76% lƣợng amoni đƣa vào, hoạt tính nitrate hóa có xu hƣớng tƣơng tự, nồng độ amoni cao 500-1000 mg N/l bị ức chế gần nhƣ không Chủng PD58 nồng độ amoni từ 5-200 mg N/l hiệu suất chuyển hóa amoni chủng PD58 dao động khoảng 66-69%, hoạt tính nitrate hóa PD58 bị ức chế nồng độ amoni môi trƣờng từ 500-1000 mg N/l Bảng 3.6 5NM Chủng Chỉ tiêu đánh giá 2NM 5NM (mg/l) 10 (mg/l) 100 (mg/l) 200 (mg/l) 500 (mg/l) 1000 (mg/l) N-NO2- lại (mg/l) 1.51 2.64 26.61 55.14 477.90 975.88 N-NO3- tạo thành (mg/l) 3.19 6.65 64.87 126.33 21.09 22.64 Hiệu suất chuyển hóa nitrite (%) 63.80 66.50 64.87 63.17 2.26 N-NO2- lại (mg/l) 1.22 2.54 19.675 31.937 486.62 988.483 N-NO3- tạo thành (mg/l) 3.58 7.435 74.122 147.98 12.111 10.689 Hiệu suất oxy hóa nitrite (%) 71.60 74.35 74.12 1.07 73.99 4.22 2.42 Kết bảng 3.6 cho thấy xu hƣớng chuyển hóa nitơ nhóm vi khuẩn oxy hóa nitrite tƣơng tự nhƣ nhóm vi khuẩn oxy hóa amoni Hoạt tính nitrate hóa nhóm vi khuẩn tốt khoảng nồng độ nitrite từ 5-200 mg N/l, nồng độ chủng 5NM chuyển hóa đƣợc từ 71-74% nitrite môi trƣờng nuôi cấy, chủng Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 52 2NM chuyển hóa đƣợc 63-66% Hoạt tính nitrate hóa chủng vi khuẩn oxy hóa nitrite bị ức chế nồng độ nitrite môi trƣờng từ 500-1000 mg N/l  Ảnh hƣởng nồng độ amoni nitrite đến sinh trƣởng khả tạo màng chủng vi khuẩn tuyển chọn Vi khuẩn oxy hóa amoni Vi khuẩn oxy hóa nitrite Hình 3.1 khuẩn Kết nhận đƣợc hình 3.12 cho thấy chủng vi khuẩn nghiên cứu có khả sinh trƣởng tạo màng tốt nồng độ nitơ từ 5-200 mg Các chủng vi khuẩn bắt đầu bị ức chế sinh trƣởng tạo màng với môi trƣờng có nồng độ nitơ 500 – 1000mg N/l Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 53 Khi nghiên cứu ảnh hƣởng nồng độ chất đến sinh trƣởng chủng vi khuẩn oxy hóa amoni đất, Yutaka Okano et al., (2004) thấy rằng, nồng độ amoni đạt từ 20-100 mg/l (≈1,5-7,5 mM), tế bào vi khuẩn oxy hóa amoni nuôi cấy sau ngày tăng từ 1,3 x 105 đến 66 x 106 tế bào/g đất khô [56] Nồng độ chất môi trƣờng ảnh hƣởng mạnh đến khả chuyển hóa nitơ chủng vi khuẩn nghiên cứu Ở nồng độ nitơ cao 500-1000 mg N/l, hoạt tính nitrate hóa vi khuẩn oxy hóa amoni gần nhƣ không Theo nghiên cứu Lisa et al., (1988) hoạt tính Nitrosomonas europaea bị bất hoạt hàm lƣợng nitrite tạo thành môi trƣờng nuôi cấy đạt từ 20 mM (≈ 267mg N/l) trở [38] Còn hoạt tính chủng vi khuẩn thuộc chi Nitrobacter bị ức chế hàm lƣợng nitrite hình thành môi trƣờng đạt 30-60 mM (khoảng 400-800mg N/l) [12] Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN xử lý nƣớc Hồ Trúc Bạch nƣớc thải làng bún Phú Đô, tuyển chọn đƣợc chủng vi khuẩn nitrate hóa có khả tạo màng sinh học chuyển hóa nitơ cao: PD60, PD58 (vi khuẩn oxy hóa amoni); 5NM, 2NM (vi khuẩn oxy hóa nitrite) Đã phân loại đƣợc bốn chủng vi khuẩn nghiên cứu phƣơng pháp phân tích trình tự gen 16S rRNA, hai chủng vi khuẩn oxy hóa amoni PD60, PD58 thuộc chi Nitrosomonas, đƣợc đặt tên Nitrosomonas sp PD60 Nitrosomonas sp PD58 Hai chủng oxy hóa nitrite 2NM 5NM thuộc chi Nitrobacter đƣợc đặt tên Nitrobacter sp 2NM Nitrobacter sp 5NM 25-30oC - - 100-200 mM NaCl KIẾN NGHỊ Với kết đạt đƣợc đề tài đề nghị đƣợc tiếp tục nghiên cứu khả ứng dụng chủng vi khuẩn chuyển hóa nitơ công nghệ xử lý nƣớc nhiễm amoni quy mô pilot Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Bộ y tế (2002), Quyết định việc ban hành tiêu chuẩn vệ sinh nƣớc ăn uống Số 1329/2002/BYT/QĐ, ngày 18/04/2002 Cao Liêm, Trần Đức Viên (1996), Sinh thái nông nghiệp bảo vệ môi trường, NXB Đại học Giáo dục chuyên nghiệp, tr 96 – 1000 Công ty kinh doanh nƣớc Hà Nội (2000), Báo cáo, đánh giá tƣợng chất lƣợng nƣớc ngầm qua kiểm tra chất lƣợng nƣớc công ty kinh doanh nƣớc Hà Nội, Hà Nội Lê Gia Hy (2010), Giáo trình vi sinh vật học, Nhà xuất Khoa học Tự nhiên Công nghệ -Hà Nội Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty (2000), Vi sinh vật học, Nhà xuất Giáo dục Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga (1999), Giáo trình công nghệ xử lý nước thải, NXB Khoa học kỹ thuật, Tr 201-202 Trung tâm kỹ thuật môi trƣờng đô thị khu công nghiệp (CEETIA) (2001), Báo cáo hội thảo xử lý hợp chất hữu nitơ nƣớc ngầm, trƣờng Đại học Xây dựng, Hà Nội Trung tâm Quy hoạch điều tra tài nguyên nƣớc – Bộ Tài nguyên môi trƣờng (2011), Thông báo kết quan trắc tài nguyên nước đất Tiếng anh Abeliovich, A., and Vonshak, A (1992), “Anaerobic metabolism of Nitrosomonas europaea”, Archives of Microbiol, 158, pp 267-260 10 Andersson S, Dalhammar G, Land CJ, Kuttuva Rajarao G (2009), “Characterization of extracellular polymeric substances from denitrifying organism Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 56 Comamonas denitrificans”, Application Microbiology Biotechnology, 82, pp 535543 11 Bedard, C., and Knowles, R (1989), “Physiology, biochemistry, and specific inhibitors of CH4, NH4+ and CO oxidation by methanotrophs and nitrifiers”, Microbiol Review, 53, pp 68-84 12 Bock, E., and Wagner, M (2006), “Oxidation of Inorganic Nitrogen compound as an Energy Source”, The Prokaryote, Vol 2, pp 457-495 13 Bock, E., Koops, H., Ahlers, B., and Harms, H (1992), “Oxidation of inorganic nitrogen compounds as energy source”, The Prokaryote, pp 2302-2309 14 Bock, E., Wilderer, P.A., and Freitag, A (1988), “Growth of Nitrobacter in the absence of dissolved oxygen”, Water Research, 22, pp 245-250 15 Bothe, H., Jost, G., Schloter M., Ward, B.B and Witzel, K (2000), “Molecular analysis of ammonia oxidation and denitrification in the natural environments”, FEMS Microbiol Review, 24(5), pp 673-690 16 Bryan, A (1993), Biologycal Nutrient Removal, QDPI Water Resources 17 Burdman S, Jurkevitch E, Soria-Diaz ME, Serrano AM, Okon Y (2000), “Extracellular polysaccharide composition Azospirilum brasilense and it’s relation with cell aggregation”, FEMS Microbiol Lett, 189(2), pp 259-264 18 Calvo’, L, P., (2005), A study on the phylogeny and the ecology of ammonia oxidizing bacteria using a new molercular marker based on the gene amoB, Universitat de Girona, Publicacions 19 Czaczyk K., Myszka K (2007) “Biosynthesis of Extracellular Polymeric Substances (EPS) and It’s Role in Microbial Biofilm Formation”, Polish Journal of Environmental Studies, 16(6), pp 799-806 20 Decho A.W (1990), “Microbial exopolymer secretion in ocean environment: Their rile(s) in food wed and marine process”, Oceanography and Marine Biology: Annual Review, 28, pp, 73-153 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 57 21 Dolan R M (2000), “Role of biofilms in antimicrobial resistance”, American Society for Artifical Internal Organs Journal, 46, pp 47-52 22 Ehrich, S., Behrens, D., Lebedeva, E., Ludwig, W., and Bock, E (1995), “A new obligately chemolithotrophic, nitrite oxidizing bacterium Nitrospira moscoviensis sp Nov and its phylogenetic relationship”, Archives of Microbiol, 164, pp 16-23 23 Eva, S., and Eberhard, B., (2005), “The lithoautotrophic Nitrite-Oxidizing Bacteria”, Bergey’s Manual of Systematic bacteriology, 2, pp 141-147 24 Frankland, P.F., and Frankland, G.C (1890), “The nitrifying process and its species ferment Part 1”, Philosophical Transactions Royal Society Biolological Sciences, 181, pp 107-128 25 Franson, M.A.H., (1995), Standard methods for the Examination of Water and Wastewater, Pulication Office American public Health Association-Washington, DC, 19th Edition, pp 225-227; 240-243; 461-464 26 Garrett R T., Bhakoo M., Zhang Z (2008), “Review: Bacterial adhesion and biofilms on surfaces”, Progress in Natural Science, 18, pp 1049-1056 27 Geneviève, L., Marc Neyra, G., and Normand, P (2000), “High-resolution phylogenetic analysis of NO2- - oxidizing Nitrobacter species using the rrs-rrl IGS sequence and rrl genes”, International Journal of Systematic and Evolution Microbiol, 50, pp 1893-1898 28 George, M G., Julia, A B., and Timothy G L., (2005), Bergey’s manual of systematic Bacteriology, second edition, 2, pp 141-154 29 Halling-Sorensen, B., and Jorgenson, S.E (1993), “Biologycal nitrification and denitrification” The Removal of Nitrogen Compounds from Wastewater, Amsterdam, pp 43-60 30 Hans P K., Ulrike P, Andreas Pommerening-Röser, Gabriele T, Michael W (2006), “The Lithoautotrophic Ammonia-Oxidizing Bacteria”, The Prokaryotes, pp 778811 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 58 31 Herald P J., Zottola E A, (1988), “Attachment of Listeria monocytogenes to stainless steel surfaces at various temperatures and pH values”, Journal of Food Science, 53, pp 1549-52 32 Jomeo T (2008), Bacterial biofilms, Springer, Verlag Berlin Heidelberg Germany 33 Jones, R.D Morita, R.Y., Koops, H.P and Watson, S.W (1988), “A new marine ammonia-oxidizing bacterium, Nitrosomonas cryototerans sp Nov”, Canadian Journal of Microbiology, 34, pp 1122-1128 34 Joseph lako (2005), Analysis of ammonia-oxidizing bacteria associated with the roots of Proteaceae plant species in soils of Fynbos ecosystem, Submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Magister Scientiae (M.Sc.) in the Departement of Biotechnology, University of the Western Cape 35 Koops, H.-P., and Moller, U.C (1992), “ The lithotrophic ammonitoxidizing bacteria”, The Prokaryotes, vol 3, pp 2625-2637 36 Krummel, A., and Harms, H., (1982), “Effect of organic matter on growth and cell yield of ammonia oxidizing bacteria”, Archives of Microbiol, 133, p 50-54 37 Lim Y., Jana M., Luong T T and Lee C Y (2004), “Control of glucose - and NaCl - induced biofilm formation by rbf in Staphylococcus aureus”, Journal of Bacteriology, 186(3), pp 722-729 38 Lisa, Y S., and Daniel, J A., (1988), “Loss of ammonia Monooxygenase Activity in Nitrosomonas europaea upon Exposure to Nitrite”, Applied and Environmental Microbiology, 64(10), pp 4098-4102 39 Mceldowney S., Fletcher M (1986), “Variability of the influence of physicochemical factors affecting bacterial adhesion to polystyrence substrata”, Applied and Environmental Mcrobiology, 52(3), pp 460-465 40 Otto K Norbeck J., Larsson T., Karlsson K A., Hermansson M (2001), “ Ad hesion of type l-fimbriated Escherichia coli to abiotic surfaces leads to altered Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 59 composition of outer membrance proteins”, Journal of Bacteriology, 183, pp 24452453 41 Perry, D C., (1999), “Nitrate, nitrites”, Water Quality and treatment, pp 31-32 42 Robertson, L.A and Kuenen, J.G., (1992), “Nitrogen remover from water and waste” Microbial control of pollution, pp 227-267 43 Ronad M (1995), “Atlas Winogradsky’s Medium, Modified”, Handbook of Media for Environmental Microbiology, CRC Press Boca Raton: New York-LondonTokyo, pp.503 44 Ruiz, G., Jeison, D., and Chamy, R (2003), “Nitrification with high nitrite accumulation for the treatment of wastewater with high ammonia concentration”, Applied and Environmental Mcrobiology, 37, pp 1371-1377 45 Takeshi I., Masayuki, S., Ryuichi, Y., Reiji, T., and Tatsuaki, T., (2004), “Identification of Genus Nitrosovibrio, Ammonia-oxidizing Bacteria, by Comparision of N-Terminal Amino Acid Sequences of Phosphoglycerate Kinase”, Journal of Biosien and Bioengineering, 98(5), pp 380-383 46 Tappe, W., Laverman, A., Bohland, M., Braster, M., Ritterhaus, S., Groeneweg, J and Van Verseveld, H.W (1999) “Maintenance energy demand and starvation recovery dynamics of Nitrosomonas europaea and Nitrobacter winogradskyi cultivated in a retentostat with comple biomass retention”, Applied and Environmental Mcrobiology, 65, pp 2471-2477 47 Teske, A., Alm, E., Regan, J.M., Toze, S., Rittman, B.E., and Stahl, D.A (1994), “Evolutionary relationships among ammonia and nitrite-oxidizing bacteria”, Journal of Bacteriology, 176, pp 6623-6630 48 Vijaya, B K., and Charyulu, P.B.B.N (2005), “Effect off environmental factors on nitrifying bacteria isolated from the rhizosphere of Setaria italica (L.) Beuv”, African Journal of Biotechnology, 4(10): 1145-1146 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 60 49 Voytek, M A and Ward, B.B (1995), “Detection of ammonia-oxidizing bacteria of the beta-subclass of the class of Proteobacteria in aquatic samples with the PCR”, Applied and Environmental Mcrobiology, 61, pp 1444-1450 50 Walley, T and Flanagan, M (1987), “Nitrite – induced methaemoglobinaemia”, Medical Journal, 63, pp 634-644 51 Watson SW, Mandel M (1971), “Comparison of the morphology and deoxyribonucleic acid composition of 27 strains of nitrifying bacteria”, Journal Bacteriol ,107(2), pp 563–569 52 Watson, S.W.,Bock, E., Harms, H., Koops, H., and Hooper, A.B (1989), “Nitrifying bacteria”, Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology, pp 1808-1834 53 Woese, C R., Stackebrandt, E., Macke, T J., and Fox, G.E (1985), “A phylogenetic definition of the major eubacteril taxa”, Systermatic and Applied Microbiology, 6, pp 143-151 54 Woese, C R., Stackebrant, E., Weisburd, W.G., Paster, B J., Madigan, M.T., Flowler, V.J., Hahn, C.M., BlanZ, P., Gupta, R, Nealson, K.H., and Fox, G.E (1984), “The phylogeny of puper bacteria: the alpha subdivision”, Systermatic and Applied Microbiology, (5), pp 327-336 55 Yamaga F., Washio K and Morikawa M (2010), “Sustainable Biodegradation of phenol by Acinetobacter calcoacetius P23 isolated from the rhizosphere of Duckweed Lenma aoukikusa”, Environmental Science and Technology, 44, pp 6470-6474 56 Yutaka O., Krassimira R.H., Christian M L., Louise E J., Denison F R., Binyam G., David L., Kate M S., (2004), “Application of Real-time PDR To Study Effects of Ammonium on Population Size of Ammonia-Oxidizing Bacteria in Soil”, Applied and Environmental Mcrobiology, 70(2), pp 1008-1016 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ [...]... màng sinh học của nhóm các vi khuẩn nitrate hóa Ở nƣớc ta những nghiên cứu về màng sinh học của nhóm vi khuẩn này còn rất mới mẻ Vì vậy: chúng tôi đề xuất đề tài: Nghiên cứu một số tính chất sinh lý, sinh hoá của vi khuẩn chuyển hoá nitơ có khả năng tạo màng sinh học (biofilm) để ứng dụng trong công nghệ sử lý nƣớc ô nhiễm amoni Mục tiêu: Lựa chọn một số chủng vi khuẩn có hoạt tính nitrate hóa cao... hợp chất chứa nitơ trong nƣớc ngầm [2] 1.2 Cơ sở của phƣơng pháp khử nitơ sinh học Phƣơng pháp khử nitơ sinh học dựa vào chu trình chuyển hóa nitơ của vi sinh vật trong tự nhiên Vòng tuần hoàn của nitơ bao gồm cố định nitơ, quá trình khoáng hóa của vi khuẩn, quá trình nitrate hóa và quá trình khử nirate 1.2.1 Cố định nitơ Sự sống của vạn vật trên trái đất đều có nhu cầu đối với các hợp chất nitơ để tạo. .. dạng của vi khuẩn nitrate hóa 1.3.1 Vi khuẩn oxy hóa amoni nitroso) 1.3.1.1 Đặc điểm sinh học của vi khuẩn oxy hóa amoni Vi khuẩn oxy hóa amoni là nhóm vi khuẩn gram âm, hóa tự dƣỡng và hiếu khí bắt buộc Vi khuẩn này lấy năng lƣợng từ quá trình oxy hóa amoni thành nitrite Quá trình oxy hóa amoni xảy ra theo phƣơng trình sau: 2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 2H2O + 4H+ + năng lƣợng cho tế bào sinh trƣởng Vi khuẩn. .. sẽ cho khả năng loại bỏ nitơ tốt nhất Do vậy, cần phải có sự sục khí thích hợp để quá trình loại bỏ nitơ đạt hiệu quả cao Sự tạo màng sinh học của vi khuẩn nitrate hóa ảnh hƣởng đến tốc độ sinh trƣởng của vi sinh vật trong màng và khả năng loại bỏ các hợp chất nitơ trong nƣớc Khi các vi khuẩn này đƣợc cố định trên các giá thể nhờ màng sinh sẽ tăng khả năng sống sót của chúng và tăng khả năng sinh trƣởng... độ amoni tối ƣu trong khoảng 2-10 mM [13] Độ ẩm và pH là những yếu tố có vai trò quan trọng ảnh hƣởng tới sinh trƣởng và hoạt tính chuyển hóa nitơ của vi khuẩn nitrate Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 9 Nitrosomonas Nitrosospira Nitrosococcus Nitrosolobus Nitrosovibrio Hình 1.1 Tế bào của một số loài thuộc nhóm vi khuẩn oxy hóa amoni [30] Một số chủng vi khuẩn oxy hóa amoni có. .. khuẩn có hoạt tính nitrate hóa cao và tạo màng sinh học Nội dung nghiên cứu: * Phân lập, tuyển chọn và nghiên cứu một số vi khuẩn nitrate hóa tiêu biểu * Phân loại vi khuẩn tuyển chọn bằng kỹ thuật sinh học phân tử * Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính nitrate hóa, sinh trƣởng và tạo màng sinh học của các chủng vi khuẩn tuyển chọn Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/... sinh học đƣợc quan tâm hơn cả Một trong các Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2 phƣơng pháp xử lý sinh học đem lại hiệu quả cao, đó là sử dụng màng sinh học (Biofilm) do các vi sinh vật tạo ra Tại Vi t Nam, trong những năm gần đây các công nghệ loại bỏ các hợp chất chứa nitơ bằng biện pháp sinh học đã và đang đƣợc quan tâm Một trong số đó là công nghệ ứng dụng sự hình thành màng. .. hiện chủ yếu nhờ một số loài vi khuẩn Ngoài các vi khuẩn hay sinh vật cố định nitơ tự do trong đất, có một vài nhóm sinh vật sống cộng sinh với thực vật nhƣ cây họ đậu, trong khi đó một số nhóm khác sống cộng sinh với động vật nhƣ mối, hà Một số đại diện của vi khuẩn Số hóa bởi trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 7 lam cũng có thể cố định nitơ Sự cố định nitơ sinh học đòi hỏi một phức hệ enzyme... chủng vi khuẩn sinh trƣởng trong điều kiện hiếu khí, nhƣng một số chủng có thể sinh trƣởng trong điều kiện thiếu oxy [53] Những nghiên cứu về đặc điểm sinh lý và sinh hóa của vi khuẩn oxy hóa amoni cho thấy, vi khuẩn oxy hóa amoni có thể tồn tại trong khoảng nhiệt độ từ 5 đến 35oC, pH từ 5,8 đến 8,5 [52] Nhiệt độ tối ƣu cho sinh trƣởng của chúng từ 25 đến 30oC [35], pH tối ƣu cho của vi khuẩn nitrate hóa. .. trọng trong vi c chuyển đổi nitrite thành nitrate cần thiết cho ngành nông nghiệp khi sử dụng chúng làm phân bón nitơ Bên cạnh đó, nó còn có vai trò chìa khóa để loại bỏ các hợp chất nitơ trong xử lý nƣớc thải Do vậy, nhóm vi khuẩn này đã và đang đƣợc các nhà khoa học tập trung nghiên cứu để ứng dụng 1.3.2.1 Đặc điểm sinh học của vi khuẩn oxy hóa nitrite Nhóm các vi khuẩn oxy hóa nitrite tự dƣỡng đƣợc