Vào mùa hè năm 2003, một chủng tảo được phân lập từ tảo lục phát triển trong bể chứa nước thải của một cơ sở xử lý ở Mexico. Lúc đó nhiệt độ không khí là trên 40oC, nhiệt độ nước 37oC và cường độ nắng trên mặt nước lên tới 2400 μmol.m 2s suốt nhiều giờ trong 4 tháng. Chủng tảo được nhận biết là Chlorella sorokiniana dựa vào toàn bộ trình tự gen 18S rRNA. Chủng này có mật độ tăng cao trong nước thải ở nhiệt độ 4042oC và cường độ ánh sáng 2500 μmol.m 2 s trong 5 giờ thì loại bỏ ammonium trong nước thải tốt hơn ở điều kiện nhiệt độ thấp hơn (28oC) và cường độ ánh sáng ít (60 μmol.m 2s). Khi cố định vi khuẩn Azospirillum brasilense sẽ phát triển tảo, số lượng tăng nhanh hơn và tăng khả năng xử lý ammonium nhiều hơn. Dưới điều kiện ánh sáng mạnh số giờ phơi nhiễm cực cao, số lượng của 4 sắc tố quang tổng hợp màu cố định trong nhiều loại tảo khác nhau. Chủng tảo này có tiềm năng như là chất xử lý nước thải trong điều kiện nhiệt độ và cường độ ánh sáng cực cao.
ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP.HCM KHOA MÔI TRƯỜNG LỚP: 12CMT - - Chlorella sorokinianaUTEX 2805, a heat and intense, sunlight-tolerant microalga with potential for removing ammonium from wastewater Giáo viên hướng dẫn: Bộ môn Công Nghệ Mơi Trường Nhóm thực hiện: nhóm TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2015 Bộ mơn Cơng nghệ mơi trường Nhóm MỤC LỤC I GIỚI THIỆU II PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phân lập tảo 2.2 Xác định tảo 2.3 Tăng trưởng tảo nhiệt độ cực cao phơi nắng 2.4 Cố định với vi khuẩn A brasilense hạt alginate, loại bỏ nitơ, phân tích sắc tố 2.5 Việc thích ứng tảo với nhiệt độ cao ánh sáng cực mạnh 2.6 Thí nghiệm thực nghiệm 2.7 Phân tích thống kê tính tốn tốc độ tăng trưởng thời gian nhân đôi III KẾT QUẢ 3.1 Ưu nhiệt độ tiếp xúc ánh nắng bể chứa nước thải 3.2 Xác định tảo 11 3.3 Sự phát triển chủng C sorokiniana 40oC môi trường nuôi cấy lơ lửng cường độ ánh sáng cao 12 3.4 Sự phát triển C sorokiniana cố định với A brasilensetrong hạt alginate tăng theo nhiệt độ cường độ ánh sáng 12 3.5 Loại bỏ amoni nước thải tổng hợp C sorokiniana cố định với A brasilense điều kiện tăng nhiệt độ cường độ ánh sáng 12 3.6 Thay đổi sắc tố quang hợp C sorokiniana cố định với A brasilense theo tiếp xúc với nhiệt độ khắc nghiệt cường độ ánh sáng 13 IV THẢO U N 13 V KẾT LU N 16 Bộ mơn Cơng nghệ mơi trường Nhóm Chlorella sorokiniana UTEX 2805, a heat and intense, sunlight-tolerant microalga with potential for removing ammonium from wastewater Tảo Chlorella sorokiniana UTEX 2805 môi trường mà nhiệt độ, cường độ ánh sáng cao có khả khử ammonium nước thải Luz E de-Bashan a,b, Adan Trejo a, Volker A.R Huss c, Juan-Pablo Hernandez a, Yoav Bashan a,b,* a Tập đoàn vi sinh môi trường, Trung tâm Nghiên cứu sinh học Northwestern (CIBNOR), Mar Bermejo 195, Colonia Palo de Santa Rita, La Paz 23.090, BCS, Mexico b c Khoa Đất, Nước Khoa học Môi trường, Đại học Arizona, Tucson, Arizona, USA Khoa Sinh học, sinh học phân tử, Đại học Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg nu (FAU), Staudt Strasse 5, 91058 Erlangen, Đức Nhận 02 tháng 04 năm 2007; nhận sửa đổi ngày 31 Tháng năm 2007; chấp nhận ngày tháng năm 2007 Bản trực tuyến có ngày 19 Tháng 11 2007 Sơ lƣợc nghiên cứu_abstract Vào mùa hè năm 2003, chủng tảo phân lập từ tảo lục phát triển bể chứa nước thải sở xử lý Mexico Lúc nhiệt độ khơng khí 40oC, nhiệt độ nước 37oC cường độ nắng mặt nước lên tới 2400 μmol.m2/s suốt nhiều tháng Chủng tảo nhận biết Chlorella sorokiniana dựa vào tồn trình tự gen 18S rRNA Chủng có mật độ tăng cao nước thải nhiệt độ 40-42oC cường độ ánh sáng 2500 μmol.m2/s loại bỏ ammonium nước thải tốt điều kiện nhiệt độ thấp (28oC) cường độ ánh sáng (60 μmol.m2/s) Khi cố định vi khuẩn Azospirillum brasilense phát triển tảo, số lượng tăng nhanh tăng khả xử lý ammonium nhiều Dưới điều kiện ánh sáng mạnh số phơi nhiễm cực cao, số lượng sắc tố quang tổng hợp màu cố định nhiều loại tảo khác Chủng tảo có tiềm chất xử lý nước thải điều kiện nhiệt độ cường độ ánh sáng cực cao I GIỚI THIỆU Xử lý nước thải thị, nơi nóng hay lạnh điều cần thiết cho môi trường sống người Phương pháp xử lý sinh học nơi phụ thuộc mơi trường điều kiện sẵn có cho vi sinh vật phát triển Các loài tảo nghiên cứu thích hợp phổ biến xử lý nước thải điều kiện thường (de-Bashan and Bashan, 2004; Bộ môn Cơng nghệ mơi trường Nhóm Oswald, 1988; Talbot et al., 1991; Valderrama et al., 2002), thấy khảo sát môi trường khắc nghiệt (Tang et al., 1997) Trong trường hợp nhiều tảo tăng trưởng dóy nhit rng (de la Nouăe and de Pauw, 1988; Walker et al., 2005) Điều với Chlorella sp thích nghi nhiệt độ 5-42oC (Kessler, 1985; Maxwell et al., 1994) Trong số tất loài Chlorella Chlorella sorokiniana Shith et Krauss chịu nhiệt độ, cường độ ánh sáng cao nghiên cứu tạo sinh khối quang tổng hợp (Morita et al., 2000a,b, 2001, 2002) Tuy nhiên nghiên cứu ứng dụng xử lý nước thải điều kiện nhiệt cường độ sáng hợp lý vừa phải (Mũnoz et al., 2004, 2005; Yoshida et al., 2006) Cố định tảo polymer để tận dụng sinh khối xử lý nước thải nghiên cứu 20 năm qua (Chevalier and de la Nouăe, 1985; Lau et al., 1997; Tam and Wong, 2000) Trong năm gần cải tiến hệ thống kỹ thuật, giúp chlorella sp tảo thúc đẩy tăng trưởng vi khuẩn Azosprillum (MGPB) cố định hạt tảo (de-Bashan et al., 2004; Gonzalez and Bashan, 2000) Một số tương tác tảo với vi khuẩn ghi lại Pseudomonas diminuta Pseudomonas vesicularias vi khuẩn hiếu khí phân lập từ nhiều loại tảo phòng thí nghiệm kích thích phát triển tảo Scenedesmus bicellularis chlorella sp (Mouget et al., 1995) Nghiên cứu có kết tích cực từ vi khuẩn biển tảo biển biết đến thập kỉ trước (Suminto and Hirayama, 1996; Ukeles and Bishop, 1975) Người ta cấy tảo biển Chaetoceros gracilis sử dụng thức ăn cho giống trai ngọc với MGPB Flavobacterium sp Tốc độ tăng trưởng khuê tảo cao đáng kể so với loài tảo khác (diatom: lồi kh thảo hay gọi tảo cát, tảo biển) (Suminto and Hirayama, 1997) Cấy cá nước ao nuôi trồng thủy sản với Azospirillum sp Azotobacteria sp làm tăng thực vật phù du, tăng sản lượng cá chép (Garg and Bhatnagar, 1999) Cùng nuôi cấy C.sorokiniana Ralstonia basilensis suy giảm hàm lượng sodium salicylate acetonitrile Cố định Chlorella vulgrais với Azospirillum brasilense (được biết thúc đẩy tăng trưởng vi khuẩn thực vật nông nghiệp) (Bashan et al., 2004), tăng cường tảo phát triển (Gonzalez and Bashan, 2000), quy trình cố định tự nhiên xảy ra, kết hợp cố Bộ mơn Cơng nghệ mơi trường Nhóm định đạm C vuglaris Phyllobacterium myrsinacearum (Gonzalez-Bashan et al., 2000) làm giảm lượng tảo (q trình lão hóa tảo dẫn tới chết) (Lebsky et al., 2001) Nghiên cứu cố gắng phân lập mơ tả đặc tính chủng tảo thích nghi tốt điều kiện mơi trường nóng mơi trường sa mạc có tiềm chất dùng để xử lý nước thải điều kiện không thuận lợi Chủng tảo cho tiếp xúc điều kiện điều chỉnh hoàn toàn phản ứng sinh học điều kiện nhiệt, ánh sáng cao có sẵn khu vực mơi trường có tương tác cần thiết với vi khuẩn MGPB để chủng tảo phát triển II PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phân lập tảo Trong mẫu thu thập thường xuyên vào tháng 08 năm 2003 từ sở xử lý nước thải thành phố La Paz, Baja California Sur, Mexico, xảy tượng tảo lục nở hoa diện rộng quan sát hồ chứa Trong thời gian lấy mẫu vào trưa, nhiệt độ khơng khí 400C cường độ nắng gần 2500 mol m2s-1 Mẫu nước thu thập từ bề mặt ao đưa đến phòng thí nghiệm Các tảo phân lập, nuôi cấy, tinh khiết môi trường C-30 (Gonzalez Ba-san, 2000) sử dụng kỹ thuật tiêu chuẩn vi sinh Các tảo thường xuyên nuôi bảo quản ống nghiêng môi trường C-30 ánh sáng trắng liên tục 25- 60mol m2s-1 Và gửi vào trường Đại học Texas Austin, Texas,Mỹ (UTEX 2805) 2.2 Xác định tảo Trình tự gen 18S rDNA xác định sau: tảo nuôi môi trường C30 10 ngày, thu cách ly tâm, rửa hai lần với nước muối, làm khô lạnh Một mẫu 0,5g tế bào Chlorella khô ủ 30 phút 30 mL đệm TE (10 mM Tris, mM EDTA, pH 8,0) Sau ly tâm, tế bào chiết xuất với số giọt TE đệm phần cặn làm khô với nitơ lỏng Việc tách DNA lọc thực theo phương pháp chuẩn PCR lớp lót bên liệt kê Huss cộng (1999) Trình tự thực theo chu trình phân tích nguồn gốc với lăng kính ABI 310 (Perkin- Elmer / Cetus, Boston, MA, USA) Trình tự xác định 18S rRNA thủ cơng phù hợp với số tài liệu tham khảo để so sánh nhận dạng với tảo lục Bộ mơn Cơng nghệ mơi trường Nhóm 2.3 Tăng trƣởng tảo dƣới nhiệt độ cực cao phơi nắng Tảo phát triển nước thải cacbon tổng hợp có chứa (mgl-1): NaCl, 7; CaCl2, 4; MgSO4 7H2O, 2; K2HPO4, 21,7; KH2PO4, 8.5; Na2HPO4, 33,4; NH4Cl, 10; (Gonzalez cộng sự, 1997), vi khuẩn nuôi cấy lơ lửng cố định hạt NaNO2 (giải thích đây) mơi trường thiết kế đặc biệt xây dựng với điều sau (Hình 1) a: 1-1 lên men kín (vi khuẩn Omni, VIRTIS, NY, USA 400 ml chất lỏng) với kiểm sốt thơng khí đáy trộn kết nối với hệ thống làm mát bên (Model 1160S, VWR, Niles, IL, USA) nhiệt độ nước 11-13oC Cái đặt buồng tiêu chuẩn nuôi cấy cho thực vật (Biotronette Mark III, Melrose Park, IL, USA) bao phủ nhôm mặt buồng để tăng cường phản xạ ánh sáng 28-40 ± 2oC mật độ thông lượng photon 30 -2500 ± 3µmol m2s-1 Từ buồng tăng trưởng cung cấp đầy đủ ánh sáng với phổ lên đến 250µmol m2s-1, ánh sáng bổ sung cung cấp bóng đèn sợi đốt (200 W) thêm bóng (100 W) gắn cột vào hai bên bình lên men, hai bên đặt đèn halogen 400W khoảng cách đèn bố trí cho phản ứng sinh học thay đổi cường độ ánh sáng khác Các thiết lập cung cấp điều khiển cường độ ánh sáng lên đến 2500 µmol m2s-1 với nhiệt độ khơng khí nước 40-42oC Cường độ ánh sáng đo quang kế (Model 840.010, Sper Scientific, Scott ) Nhiệt độ buồng tăng trưởng buồng lên men kiểm sốt hệ thống làm mát điều hòa khơng khí Ngồi ra, nhiệt lớn cường độ ánh sáng cao xung quanh nơi lên men Sự biến đổi nhiệt độ đo buồng môi trường 2000 µmol m2s-1trong vài giờ, hàng ngày) vượt xa điều kiện báo cáo cho loài Khi cường độ ánh sáng tăng lên, sắc tố quang hợp tảo (Scenedesmus quadricauda C.sorokiniana) tăng lên Khi điều xảy ra, thực vật bậc cao sắc tố chu kỳ xanthofin có tham gia tán xạ lượng dư thừa ánh sáng hấp thụ (Masojı'dek et al., 1999) Điều biết cấy truyền MGPB, A brasilense tăng cường sản xuất sắc tố quang hợp phụ trợ lúa mì (Ba-san et al., 2006) Hiện tượng tương tự xảy C sorokiniana UTEX 2805 V KẾT LU N Một chủng C sorokiniana phân lập từ ao nuôi nước thải ổn định nằm khu vực sa mạc với điều kiện nóng (40-42oC có cường độ ánh sáng 16 Bộ mơn Cơng nghệ mơi trường Nhóm lên đến 2500 µmol m2s-1) Các chủng xác định có khả phát triển nhiệt độ cao mơi trường xung quanh có mức độ ánh sáng cao, tương tự điều kiện sa mạc Các chủng phản ứng tích cực, là, tăng trưởng số lượng, để cấy vi khuẩn làm thúc đẩy tăng trưởng tảo Các chủng làm giảm nồng độ ammonium nước thải (từ 10 mgl-1 NH4+ đến mức không phát bốn ngày) Lời cảm ơn Yoav Ba-san tham gia nghiên cứu Avner Ba-san Uzi Ba-san Chúng cảm ơn Lina-Maria Gonzalez Universidad Nacional de Colombia, Bogota, Silke Fendrich Technische Universität Hamburg- Harburg, Đức cho hỗ trợ kỹ thuật giai đoạn ban đầu nghiên cứu Francisco Hernandez CIBNOR Mexico để phân tích sắc tố Nghiên cứu hỗ trợ chủ yếu Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologı'a (CONACYT Investigacion CIENTIFICA Basica 2005 đồng 50.560-Z), Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales Mexico (hợp đồng SEMARNAT 23.510) phần tài trợ Ba-san Foundation, USA 17 ... phân lập từ nhiều loại tảo phòng thí nghiệm kích thích phát triển tảo Scenedesmus bicellularis chlorella sp (Mouget et al., 1995) Nghiên cứu có kết tích cực từ vi khuẩn biển tảo biển biết đến thập... môi trường Nhóm Chlorella sorokiniana UTEX 2805, a heat and intense, sunlight-tolerant microalga with potential for removing ammonium from wastewater Tảo Chlorella sorokiniana UTEX 2805 môi trường... lồi Chlorella Chlorella sorokiniana Shith et Krauss chịu nhiệt độ, cường độ ánh sáng cao nghiên cứu tạo sinh khối quang tổng hợp (Morita et al., 2000a,b, 2001, 2002) Tuy nhiên nghiên cứu ứng dụng