NGHIÊN cứu VI KHUẨN điện hóa – hóa DƯỠNG vô cơ TRONG PIN NHIÊN LIỆU VI SINH vật được vận HÀNH với các NỒNG độ sắt KHÁC NHAU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA SINH HỌC NGHIÊN CỨU VI KHUẨN ĐIỆN HĨA – HĨA DƢỠNG VƠ CƠ TRONG PIN NHIÊN LIỆU VI SINH VẬT ĐƢỢC VẬN HÀNH VỚI CÁC NỒNG ĐỘ SẮT KHÁC NHAU Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ quy Ngành Sinh học (Chƣơng trình đào tạo chuẩn) Hà Nội – 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA SINH HỌC NGHIÊN CỨU VI KHUẨN ĐIỆN HÓA – HÓA DƢỠNG VÔ CƠ TRONG PIN NHIÊN LIỆU VI SINH VẬT ĐƢỢC VẬN HÀNH VỚI CÁC NỒNG ĐỘ SẮT KHÁC NHAU Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ quy Ngành Sinh học (Chƣơng trình đào tạo chuẩn) Cán hƣớng dẫn: TS Phạm Thế Hải Hà Nội – 2019 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập thực đề tài, nhận đƣợc giúp đỡ ủng hộ nhiệt tình nhiều tập thể cá nhân Trƣớc hết, xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới TS Phạm Thế Hải – Bộ môn Vi sinh vật học, Khoa Sinh học, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, bảo giúp đỡ tơi q trình thực đề tài hồn thành khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, bảo tận tình ThS Nguyễn Thu Thủy CN Vũ Hà Phƣơng anh chị, bạn thuộc phịng thí nghiệm GREENLAB – Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Sự sống phịng thí nghiệm Bộ môn Vi sinh vật học – Khoa Sinh học suốt thời gian làm khóa luận Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy cô môn Vi sinh vật học nhƣ thầy cô thuộc khoa Sinh học – trƣờng Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQGHN tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức chuyên môn tạo điều kiện cho suốt thời gian học tập nghiên cứu trƣờng Bên cạnh đó, xin gửi lời cảm ơn tới ngƣời thân gia đình bạn bè tạo điều kiện, động viên, giúp đỡ mặt thể chất tinh thần để tơi hồn thành khóa luận Với lịng biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn tất giúp đỡ quý báu đó! Hà Nội, tháng năm 2019 DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT Từ Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt MFC Microbial fuel cell Pin nhiên liệu vi sinh vật BOD Biochemical oxigen demand Nhu cầu oxy sinh hóa Denaturing gradient gel electrophoresis Điện di gel biến tính P Power Cơng suất R Resistance Điện trở DGGE MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Pin nhiên liệu vi sinh vật (Microbial fuel cell - MFC) 1.1.1 Lịch sử phát triển MFC 1.1.2 Cấu tạo nguyên lí hoạt động MFC 1.1.3 Ứng dụng MFC 1.1.4 Vi khuẩn điện hóa- hóa dƣỡng vơ khoang anode pin nhiên liệu vi sinh vật 1.2 Vi khuẩn oxy hóa sắt 1.2.1 Đặc điểm vi khuẩn oxy hóa sắt 1.2.2 Phân bố vi khuẩn oxy hóa sắt 1.2.3 Phân loại vi khuẩn oxy hóa sắt 1.2.4 Ý nghĩa việc nghiên cứu tính đa dạng và biến đổi quần xã vi sinh vật khoang anode MFC 11 1.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu vi khuẩn điện hóa oxi hóa sắt 12 1.3.1 Phƣơng pháp truyền thống 12 1.3.2.Phƣơng pháp điện di gel biến tính gradient (denaturing gradient gel electrophoresis, DGGE) 12 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 14 2.1 Vật liệu 14 2.1.1 Hóa chất, thiết bị dụng cụ 14 2.1.1.1 Hóa chất – vật liệu 14 2.1.1.2 Thiết bị dụng cụ 15 2.1.2 Nguồn làm giàu vi khuẩn oxy hóa sắt 15 2.2 Phƣơng pháp 16 2.2.2 Xây dựng vận hành MFC 16 2.2.2.1 Cấu trúc MFC đƣợc sử dụng 16 2.2.2.2 Vận hành thiết bị 17 2.2.3 Phƣơng pháp lấy mẫu từ MFC làm giàu 20 2.2.4 Phân lập nuôi cấy vi khuẩn oxy hóa sắt mẫu dịch anode điện cực anode hai nồng độ sắt 1mM 20mM 21 2.2.5 Phƣơng pháp nuôi cấy thu dịch đơn chủng để bổ sung vào MFC 22 2.2.6 Phƣơng pháp nhuộm gram quan sát dƣới kính hiển vi 22 2.2.8 Phƣơng pháp PCR 23 2.2.9 Phƣơng pháp DGGE 25 2.2.10 Phƣơng pháp giải phân tích trình tự gen 16s rARN 26 2.2.11 Phƣơng pháp đo đạc xử lý số liệu 27 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 `3.1 Sự tăng sinh dòng điện MFC – bƣớc đầu làm giàu thành cơng quần xã vi sinh vật oxi hóa sắt 28 3.2 Kết phân lập vi khuẩn sắt từ điện cực dịch khoang anode MFC 28 3.3 Kết phân tích trình tự đơn chủng thu đƣợc phƣơng pháp nuôi cấy truyền thống 32 3.4 Kết phân tích hệ vi khuẩn khoang anode MFC phƣơng pháp PCR – DGGE 33 3.5 Thăm dò khả sinh điện đơn chủng A1 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 PHỤ LỤC 44 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Cấu tạo phổ biến ngun lí pin nhiên liệu [5] Hình 2: Đồ thị biểu diễn quan hệ cƣờng độ dòng điện với nồng độ Fe(II) dịch anode MFC cảm biến sắt [20] Hình 3: Cây phát sinh lồi vi khuẩn oxi hóa[33] 11 Hình 4:Mơ hình MFC sử dụng làm cảm biến sắt 17 Hình 5: Mơ hình vận hành MFC đƣợc sử dụng 20 Hình 6: Đồ thị thể phát sinh dòng điện MFC giai đoạn làm giàu vi khuẩn điện hóa sử dụng Fe(II) chất cho điện tử 28 Hình 7: Hình thái khuẩn lạc tế bào chủng vi khuẩn phân lập đƣợc mẫu nghiên cứu 30 Hình 8: Thống kê tỷ lệ chủng vi khuẩn phân lập đƣợc từ điện cực MFC vận hành với nồng độ sắt khác 30 Hình 9: Thống kê tỷ lệ chủng vi khuẩn phân lập đƣợc từ dịch anode MFC vận hành với nồng độ sắt khác 31 Hình 10: Kết khuếch đại gen 16S rRNA với mồi p63F & p1378R 32 Hình 11: Kết khuếch đại 16S rDNA 34 Hình 12: Kết DGGE phân tích so sánh quần xã anode MFC vận hành với nồng độ sắt khác 35 Hình 13: Đồ thị thể phát sinh dòng điện bổ sung chủng A1 vào pin nhiên liệu vi sinh vật 37 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1:Một số MFC hoạt động với chất cho điện tử chất vô [23] Bảng 2: Hỗn hợp vi lƣợng (Dung dịch Trace element) 18 Bảng 3: Môi trƣờng M9 cải tiến cho khoang anode 19 Bảng 4: Dung dịch đệm cho khoang cathode 19 Bảng 5: Môi trƣờng Winograsky 21 Bảng 6: Thành phần chu trình nhiệt cho phản ứng PCR đoạn 1400bp 24 Bảng 7: Thành phần chu trình nhiệt cho phản ứng PCR đoạn 550bp 25 Bảng 8: Thành phần dung dịch chất biến tính 0% 60% 26 Bảng 9: Thành phần “Working solutions” 26 Bảng 10: Phân tích trình tự đoạn 16S rRNA từ chủng phân lập đƣợc (sử dụng liệu giải trình tự DNA NCBI) 32 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 MỞ ĐẦU Ở Việt Nam nhƣ số nƣớc giới, nguồn nƣớc đƣợc khai thác chủ yếu từ nguồn nƣớc ngầm Tuy nhiên, nguồn nƣớc ngầm bị ô nhiễm chất thải công nghiệp nƣớc thải sinh hoạt không qua xử lí xử lí khơng đạt u cầu xả thẳng ngồi mơi trƣờng Hiện tƣợng gặp phổ biến khu vực đô thị khu cơng nghiệp Vì vậy, nguồn nƣớc ngầm dễ bị ô nhiễm kim loại nặng nhƣ sắt, asen, mangan, thủy ngân,… Những kim loại theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào thể ngƣời để lại hậu nghiêm trọng Xuất phát từ mục đích phát chỗ có mặt kim loại nƣớc ngầm với chi phí khơng cao, pin nhiên liệu vi sinh vật(MFC) sử dụng làm cảm biến phát sắt đƣợc nhóm nghiên cứu Bộ môn Vi sinh vật học, Khoa Sinh học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên chế tạo thành công bƣớc đầu thể tiềm ứng dụng Để hƣớng tới triển khai ứng dụng thiết bị thực tế, cần có thêm nghiên cứu cải tiến hiệu hoạt động thiết bị, đặc biệt vi sinh vật điện hóa thiết bị khả hoạt động chúng điều kiện nồng độ sắt khác Với mục đích trên, thực đề tài “ Nghiên cứu vi khuẩn điện hóa – hóa dưỡng vơ pin nhiên liệu vi sinh vật vận hành với nồng độ sắt khác ” Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 Bảng 6: Thành phần chu trình nhiệt cho phản ứng PCR đoạn 1400bp Thành phần phản ứng Thể tích Nƣớc PCR 8,5 µl P63F µl P1378R µl PCR master mix Green 12,5 µl DNA template µl Tổng thể tích phản ứng 25 µl Chu kỳ nhiệt 95oC : phút 95oC : phút 53oC : 45 giây 72oC : phút  Lặp lại 30 chu kì 72oC : phút Sau đó, sản phẩm sau PCR đƣợc kiểm tra gel agarose 1% đƣợc nhuộm trực tiếp HydraGreen Safe AND Stain 20000x ( ACTGene), với dung dịch đệm TAE 1x, hiệu điện 100V 20 phút Cuối cùng, quan sát chụp ảnh máy soi gel Đoạn 16S rRNA khuếch đại với kích thƣớc khoảng 1400bp sau đƣợc dùng làm khuân cho phản ứng PCR với cặp mồi: mồi xuôi pGM5FGC (kẹp GC đƣợc gạch chân) (5’CTACGGGAGGCAGCAGCGCCCGCCGCGCGCGG GGGGC GGG GCGGGGGCACGGGGGG-3’) mồi ngƣợc p907R (5′-GTCA ATTCCTTTRA GTTT-3′) để khuếch đại đoạn 550bp, đƣợc cung cấp Integrated ADN Technologies – IDT (Singapore) Cặp mồi có tính đặc hiệu cao, mang đầy đủ thông tin đặc trƣng cho vi khuẩn phù hợp cho phân tích quần xã vi khuẩn phƣơng pháp DGGE [44] Thành phần chu trình nhiệt cho phản ứng PCR đƣợc trình bày Bảng Sản phẩm thu đƣợc sau PCR, đƣợc kiểm tra gel agarose 1% có bổ sung trực tiếp thuốc nhuộm HydraGreen Safe ADN Stain 20 000x (ACTGene), đệm TAE 1x, hiệu điện 100V 20 phút Sau quan sát chụp ảnh máy soi gel UVP (UK) 24 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 Bảng 7: Thành phần chu trình nhiệt cho phản ứng PCR đoạn 550bp Thành phần Thể tích Nƣớc PCR µl PGM5FGC 1µl P907R µl PCR master mix Green 12,5µl DNA template 2,5 µl Tổng phản ứng 25 µl Chu kỳ nhiệt 95oC : phút 95oC : 30 giây 53oC : 30 giây 72oC : phút Lặp lại 35 chu kỳ 72oC : 10 phút 2.2.9 Phƣơng pháp DGGE Quá trình điện di đƣơc tiến hành gel polyacrylamide 6% với gradiaent biến tính urea/formanide từ 35%-60% (Bảng 8,9) Khn gel đƣợc tạo kính (dày khoảng 0,5 mm) Các dung dịch biến tính đƣợc đƣa vào khn gel thơng qua hệ thống bơm tự động có khuấy từ Phần gel có chứa chất biến tính sau đổ đƣợc để polimer hóa tự nhiên - Dung dịch 0% chất biến tính lƣợc đƣợc dùng để tạo giếng Bản gel đƣợc để ổn định đông thời gian giờ.Sau gỡ bỏ lƣợc, gel đƣợc đặt đệm TAE 1X, giếng đƣợc rửa đệm Trong trình tra mẫu,tiến hành tra 25 μl mẫu cho giếng Quá trình điện di đƣợc thực điện di DGGE – 2401 (C.B.S Scientific - Mỹ), đệm TAE 1x, nhiệt độ 60oC, hiệu điện 38V, thời gian 16 Sau điện di, gel đƣợc nhuộm dung dịch HydraGreen Safe AND Stain 1x 30 phút, sau rửa lại nƣớc cất 10 phút quan sát máy soi LMW-20 UVP (UK) 25 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 Bảng 8: Thành phần dung dịch chất biến tính 0% 60% Thành phần dung dịch Dung dịch 0% Dung dịch 60% Acrylamide 6g 4,5 g Bis-AA 0,162 g 0,122 g 50 x TAE 2,5 ml 1,9 ml Ure - 25,2 g Formamide - 24 ml Nƣớc MQ 100 ml 100 ml Bảng 9: Thành phần “Working solutions” Stock solutions 35% denaturant 60% denaturant 0% denaturant 60% - solution 7,5 ml 10 ml ml 0% - solution 2,5 ml - ml TEMED µl µl µl APS 10% 40 µl 40 µl 20 µl 2.2.10 Phƣơng pháp giải phân tích trình tự gen 16s rARN Gen 16S rRNA đơn chủng thu đƣợc trình phân lập đƣợc khuếch đại phản ứng PCR nhƣ trình bày mục 2.2.7 Quá trình giải trình tự đƣợc thực First Base (Singapore) Trình tự gen 16S rRNA đƣợc phân tích dự phần mềm Clustalx 2.0 BioEdit Sequence Aligment Editor, sau tiến hành tìm kiếm so sánh trình tự tƣơng đồng công cụ BLAST NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov) 26 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2.2.11 2019 Phƣơng pháp đo đạc xử lý số liệu Hiệu điện MFC đƣợc ghi lại cách tự động máy đo điện KEITHLEY 2700( Hoa Kỳ) với thời gian đo phút/ lần Các giá trị hiệu điện đƣợc ghi chép lƣu lại phần mềm Microsoft Excel 2007, sau đƣợc xử lý vẽ biểu đồ để theo dõi thay đổi dòng điện Cƣờng độ dòng điện MFC đƣợc tính theo cơng thức định luật Ohm: I= (A) Trong đó: I: Cƣờng độ dịng điện (Ampe – A) U: Hiệu điện (Vol – V) R: Điện trở mạch (Ohm - Ω) 27 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 Kết rằng, dịng điện sinh từ MFC1 MFC4 nhờ vi khuẩn điện hóa oxi hóa sắt (vì Fe2+ chất cho điện tử khoang anode) đƣợc làm giàu từ nguồn vi sinh vật ban đầu[2] Dòng điện sinh từ MFC1 mức thấp MFC4 mức cao Điều khiến chúng tơi có giả thuyết nguồn vi sinh vật làm giàu ban đầu có chứa vi khuẩn thích nghi với nồng độ sắt thấp Vì vậy, vi khuẩn điện hóa MFC4 phù hợp thích nghi tốt hơn, nên khả sinh điện cao so với MFC1 3.2 Kết phân lập vi khuẩn sắt từ điện cực dịch khoang anode MFC Để xác định thành phần tính đa dạng quần xã vi sinh vật khoang anode pin nhiên liệu vi sinh vật vận hành với hai nồng độ sắt 1mM 20mM, tiến hành phân lập vi khuẩn phƣơng pháp nuôi cấy vi sinh vật truyền thống Từ mẫu dịch mẫu điện cực MFC, tiến hành phân lập vi khuẩn mơi trƣờng Winograsky Kết thu đƣợc có khác biệt số lƣợng đặc điểm chủng vi khuẩn MFC Cụ thể, phân lập đƣợc chủng vi khuẩn( ký hiệu A1 A2) có chủng có hình thái khuẩn lạc giống với vi khuẩn oxi hóa sắt Khuẩn lạc vi khuẩn oxi hóa sắt có màu nâu đỏ có ánh dầu[42] Sau phân lập đƣợc chủng riêng rẽ, tiến hành nhuộm Gram soi kính dƣới kính hiển vi quang học để xác định hình dạng tế bào kiểu Gram chủng Hình ảnh khuẩn lạc tế bào (độ phóng đại 1000x) đƣợc thể Hình 29 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 hoạt tính điện hóa MFC , Acinebacter sp.chiếm tỉ lệ cao quần xã anode dịng điện sinh [45] Tuy nhiên, Pseudomonas sp có vai trị quan trọng quần xã vi khuẩn oxi hóa sắt sản sinh dịng điện anode Đã có nhiều cơng bố hoạt tính điện hóa Pseudomonas [18] Năm 2009, Sudek cộng báo cáo Pseudomonas xúc tác cho q trình oxi hóa sắt II điều kiện vi hiếu khí[32] Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu Đại học Ghent (Bỉ) phát số vi khuẩn khoang anode, có Pseudomonas sp., có khả tự sản sinh chất truyền điện tử trung gian để thực phản ứng truyền điện tử tới điện cực [46] Hơn nữa, thấy phân lập vi khuẩn từ điện cực, kết thu đƣợc có khác biệt lớn MFC đƣợc vận hành với nồng độ Fe2+ khác Khi phân lập vi khuẩn từ điện cực MFC4( nồng độ sắt 1mM) có xuất chủng (trong có A1), từ MFC1 (nồng độ sắt 20mM) xuất chủng Điều góp phần giải thích cho tƣợng dịng điện MFC4 cao MFC1 Trong đó, phân lập vi khuẩn từ mẫu dịch anode, kết thu đƣợc lại không khác MFC đƣợc vận hành với nồng độ Fe2+ khác Các kết gợi ý vi sinh vật điện cực đóng vai trị quan trọng khả sinh điện Nếu điều khác với phát phát nghiên cứu trƣớc vi khuẩn điện hóa khơng cần bám điện cực mà hoạt động phần dịch anode [2] Một lần nữa, khác biệt khác biệt nguồn vi sinh vật ban đầu 3.4 Kết phân tích hệ vi khuẩn khoang anode MFC phƣơng pháp PCR – DGGE Khuếch đại trình tự 16S rRNA: Kết khuếch đại đoạn 16S rRNA phản ứng PCR với cặp mồi p63F p1378R thu đƣợc đoạn DNA khoảng 1400bp (Hình 11A) Sau đó, đoạn 550bp đƣợc khuếch đại cặp mồi pGM5FGC p907R (Hình 11B) để sử dụng cho điện di DGGE 33 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 Kết điện di DGGE (Hình 12) cho thấy khác biệt quần xã vi sinh vật khoang anode MFC vận hành với nồng độ sắt khác Trong kết DGGE, băng đại diện cho lồi có mặt quần xã Độ đậm nhạt băng cho thấy mật độ chủng quần xã Có thể nhìn thấy tƣơng đồng quần xã mẫu dịch MFC1 MFC4 phần lớn băng hai quần xã xuất với vị trí tƣơng tự Tuy nhiên, có khác biệt lớn quần xã điện cực MFC1 MFC4 Số lƣợng băng điện cực MFC4 nhiều số lƣợng băng điện cực MFC1 Sự khác biệt thành phần cấu trúc quần xã vi sinh vật có lẽ ngun nhân giải thích cho việc dịng điện MFC4 sinh cao so với dòng điện MFC1 Từ kết này, nhận định rằng, thiết bị pin nhiên liệu vi sinh vật đƣợc làm giàu từ mẫu nguồn (Mục 2.1.2) vận hành với nồng độ sắt 1mM có mức độ quần xã sinh vật phong phú hơn, thích nghi với điều kiện nồng độ sắt thấp nên cho dòng điện cao vận hành với nồng độ sắt 20mM Có thể thấy, kết phân tích thành phần quần xã DGGE tƣơng đồng với kết phân lập vi khuẩn Nhƣ vậy, tổng hợp hai nhóm kết quả, nhận định rằng, với nguồn mẫu vi sinh vật để làm giàu sử dụng nghiên cứu này, vi khuẩn hoạt điện hoạt động tốt chủ yếu lại bề mặt điện cực phần dịch anode ( khác với kết nghiên cứu trƣớc đây) Hơn nữa, khả cao nguồn cho phép làm giàu vi khuẩn sắt điện hóa hoạt động tốt nồng độ sắt thấp nhƣng bị ức chế nồng độ sắt cao 3.5 Thăm dò khả sinh điện đơn chủng A1 Để đánh giá khả sinh điện Pseudomonas sp (chủng A1), tiến hành làm giàu lại thiết bị pin nhiên liệu vi sinh vật với hai nồng độ sắt 1mM 20mM sau đó, tiến hành bổ sung chủng A1 vào thiết bị để đánh giá khả sinh điện chủng 36 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 hƣởng đến khả sinh điện MFC Kết tƣơng đồng với kết tiến hành phân lập trên, cho thấy Pseudomonas chủng chiếm ƣu quần xã 38 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN: Trong nghiên cứu này, pin nhiên liệu vi sinh vật đƣợc vận hành với nồng độ sắt 1mM có khả sinh điện cao MFC vận hành với nồng độ sắt 20mM Các quần xã vi khuẩn oxi sắt anode đƣợc làm giàu trì với nồng độ sắt khác có khác biệt số lƣợng thành phần loài quần xã Với nồng độ sắt 1mM MFC có đa dạng phong phú số lƣợng thành phần loài so với MFC nồng độ sắt 20mM kết phân lập DGGE điện cực anode Vi sinh vật điện hóa điện cực đóng vai trị quan trọng khả sinh điện Với mẫu nguồn này, vi sinh vật điện hóa có xu hƣớng thích nghi với nồng độ sắt thấp nồng độ sắt cao Chủng A1 (Pseudomonas sp.) thu đƣợc từ q trình phân lập có khả làm tăng sinh dòng điện KIẾN NGHỊ: Nghiên cứu tƣơng tác vi sinh vật khoang anode thiết bị pin nhiên liên vi sinh vật, tìm hiểu hoạt tính điện hóa quần xã vi sinh vật để làm rõ vai trò chúng trình sinh điện Nghiên cứu tối ƣu cải thiện độ nhạy thiết bị 39 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Phạm Thế Hải, Nguyễn Thị Thu Thủy, Trần Nguyễn Hoàng Phƣơng, Lƣơng Thị Thanh Thà "BƯỚC ĐẦU PHÁT TRIỂN PIN NHIÊN LIỆU VI SINH VẬT CHỨA VI KHUẨN SẮT ĐƯỢC LÀM GIÀU ĐỂ LÀM CẢM BIẾN SINH HỌC PHÁT HIỆN TẠI CHỖ SẮT TRONG NƯỚC", Kỷ yếu Hội nghị Công nghệ sinh học Toàn quốc năm 2013,, 2013 2: p 174-179 Nguyễn Thị Thu Thủy., Luận văn thạc sĩ khoa học " Nghiên cứu hệ vi khuẩn anode trình phát triển thiết bị cảm biến pin nhiên liệu vi sinh vật phát sắt " 2013 Lại Thúy Hiền Giáo trình sau đại học, Phân loại Vi sinh vật Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2012 Tài liệu tiếng Anh 10 11 Justin M., "Generating Power from Waste" 2010 Clauwaert, P., et al., Minimizing losses in bio-electrochemical systems: the road to applications Applied microbiology and biotechnology, 2008 79(6): p 901-913 Logan B.E., et al., Microbial fuel cells: methodology and technology Environmental science & technology, 2006 40(17): p 5181-5192 Mathuriya, A.S and J Yakhmi, Microbial fuel cells–Applications for generation of electrical power and beyond Critical reviews in microbiology, 2016 42(1): p 127-143 Sumaraj S and M Ghangrekar, Development of microbial fuel cell as biosensor for detection of organic matter of wastewater Recent Research in Science and Technology, 2014 6(1) Habermann W and E Pommer, Biological fuel cells with sulphide storage capacity Applied microbiology and biotechnology, 1991 35(1): p 128-133 Liu H R Ramnarayanan, and B.E Logan, Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cell Environmental science & technology, 2004 38(7): p 2281-2285 Shukla A., et al., Biological fuel cells and their applications Curr Sci, 2004 87(4): p 455-468 40 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2019 Mathuriya A.S., Eco-affectionate face of microbial fuel cells Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 2014 44(2): p 97153 Rabaey K and W Verstraete, Microbial fuel cells: novel biotechnology for energy generation TRENDS in Biotechnology, 2005 23(6): p 291298 Teli N., et al., Microbial Fuel Cell: A Source of Sustainable Energy Vol 4/5 2016 1-12 Chang I.S., et al., Continuous determination of biochemical oxygen demand using microbial fuel cell type biosensor Biosensors and Bioelectronics, 2004 19(6): p 607-613 Chang I.S., et al., Improvement of a microbial fuel cell performance as a BOD sensor using respiratory inhibitors Biosensors and Bioelectronics, 2005 20(9): p 1856-1859 Kim B.H., et al., Novel BOD (biological oxygen demand) sensor using mediator-less microbial fuel cell Biotechnology letters, 2003 25(7): p 541-545 Lovley D.R., Bug juice: harvesting electricity with microorganisms Nature Reviews Microbiology, 2006 4(7): p 497 Nguyen T.T., et al., A lithotrophic microbial fuel cell operated with pseudomonads‐dominated iron‐oxidizing bacteria enriched at the anode Microbial biotechnology, 2015 8(3): p 579-589 Moon J., Iron: the most toxic metal 2008: George Ohsawa Macrobiotic Niessen J., et al., Heat treated soil as convenient and versatile source of bacterial communities for microbial electricity generation Electrochemistry Communications, 2006 8(5): p 869-873 Tolli J and G.M King, Diversity and structure of bacterial chemolithotrophic communities in pine forest and agroecosystem soils Appl Environ Microbiol., 2005 71(12): p 8411-8418 Pham H.T., Biosensors based on lithotrophic microbial fuel cells in relation to heterotrophic counterparts: research progress, challenges, and opportunities Aims Microbiology, 2018 4(3): p 567-583 Rabaey K., et al., Microbial fuel cells for sulfide removal Environmental science & technology, 2006 40(17): p 5218-5224 Sulonen M.L., et al., Long-term stability of bioelectricity generation coupled with tetrathionate disproportionation Bioresource technology, 2016 216: p 876-882 41 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 2019 He Z., et al., Electricity production coupled to ammonium in a microbial fuel cell Environmental science & technology, 2009 43(9): p 3391-3397 Tran P.H.N., et al., Possibility of using a lithotrophic iron-oxidizing microbial fuel cell as a biosensor for detecting iron and manganese in water samples Environmental Science: Processes & Impacts, 2015 17(10): p 1806-1815 Logan B.E., et al., Electricity generation from cysteine in a microbial fuel cell Water Research, 2005 39(5): p 942-952 Cullimore D and A.E McCANN, The identification, cultivation and control of iron bacteria in ground water Aquatic microbiology, 1977: p 219-261 Potter M.C., Electrical effects accompanying the decomposition of organic compounds Proceedings of the Royal Society of London Series B, Containing Papers of a Biological Character, 1911 84(571): p 260-276 Madigan M.T., et al., Brock biology of microorganisms 13th edition 2010: Benjamin Cummings Sudek L.A., et al., Microbial ecology of Fe (hydr) oxide mats and basaltic rock from Vailulu'u Seamount, American Samoa Geomicrobiology Journal, 2009 26(8): p 581-596 Hedrich S., M Schlömann, and D.B Johnson, The iron-oxidizing proteobacteria Microbiology, 2011 157(6): p 1551-1564 Du Z., H Li, and T Gu, A state of the art review on microbial fuel cells: a promising technology for wastewater treatment and bioenergy Biotechnology advances, 2007 25(5): p 464-482 Logan B.E and J.M Regan, Electricity-producing bacterial communities in microbial fuel cells TRENDS in Microbiology, 2006 14(12): p 512-518 Muyzer G., DGGE/TGGE a method for identifying genes from natural ecosystems Current opinion in microbiology, 1999 2(3): p 317-322 Morris C.E., et al., Microbial biodiversity: approaches to experimental design and hypothesis testing in primary scientific literature from 1975 to 1999 Microbiol Mol Biol Rev., 2002 66(4): p 592-616 Muyzer G., E.C De Waal, and A.G Uitterlinden, Profiling of complex microbial populations by denaturing gradient gel electrophoresis analysis of polymerase chain reaction-amplified genes coding for 16S rRNA Appl Environ Microbiol., 1993 59(3): p 695-700 42 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 39 40 41 42 43 44 45 46 2019 Zhuwei.D, L.H, and G.T, A state of the art review on microbial fuel cells: a promising technology for wastewater treatment and bioenergy Biotechnology advances, 2007 25(5): p 464-482 McAuliffe L., et al., 16S rDNA PCR and denaturing gradient gel electrophoresis; a single generic test for detecting and differentiating Mycoplasma species Journal of Medical Microbiology, 2005 54(8): p 731-739 Allen R.M and H.P Bennetto, Microbial fuel-cells Applied biochemistry and biotechnology, 1993 39(1): p 27-40 Starosvetsky J., et al., Electrochemical behaviour of stainless steels in media containing iron-oxidizing bacteria (IOB) by corrosion process modeling Corrosion Science, 2008 50(2): p 540-547 Marchesi J.R., et al., Design and evaluation of useful bacteriumspecific PCR primers that amplify genes coding for bacterial 16S rRNA Appl Environ Microbiol., 1998 64(2): p 795-799 Teske A., et al., Distribution of sulfate-reducing bacteria in a stratified fjord (Mariager Fjord, Denmark) as evaluated by most-probablenumber counts and denaturing gradient gel electrophoresis of PCRamplified ribosomal DNA fragments Appl Environ Microbiol., 1996 62(4): p 1405-1415 Uria N., I Ferrera, and J Mas, Electrochemical performance and microbial community profiles in microbial fuel cells in relation to electron transfer mechanisms BMC microbiology, 2017 17(1): p 208 Rabaey K., et al., Microbial ecology meets electrochemistry: electricity-driven and driving communities The ISME journal, 2007 1(1): p 43 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Trình tự DNA gen 16S rRNA chủng A1 CTTGATTCAGCGGCGGACGGGTGAGTAATGCCTAGGAATCTG CCTGGTAGTGGGGGACAACGTTTCGAAAGGAACGCTAATAC CGCATACGTCCTACGGGAGAAAGCAGGGGACCTTCGGGCCT TGCGCTATCAGATGAGCCTAGGTCGGATTAGCTAGTTGGTGG GGTAATGGCTCACCAAGGCGACGATCCGTAACTGGTCTGAG AGGATGATCAGTCACACTGGAACTGAGACACGGTCCAGACT CCTACGGGAGGCAGCAGTGGGGAATATTGGACAATGGGCGA AAGCCTGATCCAGCCATGCCGCGTGTGTGAAGAAGGTCTTCG GATTGTAAAGCACTTTAAGTTGGGAGGAAGGGCAGTAAGTT AATACCTTGCTGTTTTGACGTTACCGACAGAATAAGCACCGG CTAACTCTGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACAGAGGGTGCAA GCGTTAATCGGAATTACTGGGCGTAAAGCGCGCGTAGGTGG TTTGTTAAGTTGGATGTGAAAGCCCCGGGCTCAACCTGGGAA CTGCATCCAAAACTGGCAAGCTAGAGTACGGTAGAGGGTGG TGGAATTTCCTGTGTAGCGGTGAAATGCGTAGATATAGGAAG GAACACCAGTGGCGAAGGCGACCACCTGGACTGATACTGAC ACTGAGGTGCGAAAGCGTGGGGAGCAAACAGGATTAGATAC CCTGGTAGTCCACGCCGTAAACGATGTCAACTAGCCGTTGGA ATCCTTGAGATTTTAGTGGCGCAGCTAACGCATTAAGTTGAC CGCCTGGGGAGTACGGCCGCAAGGTTAAAACTCAAATGAAT TGACGGGGGCCCGCACAAGCGGTGGAGCATGTGGTTTAATT CGAAGCAACGCGAAGAACCTTACCAGGCCTTGACATGCAGA GAACTTTCCAGAGATGGATTGGTGCCTTCGGGAACTCTGACA CAGGTGCTGCATGGCTGTCGTCAGCTCGTGTCGTGAGATGTT GGGTTAAGTCCCGTAACGAGCGCAACCCTTGTCCTTAGTTAC CAGCACGTAATGGTGGGCACTCTAAGGAGACTGCCGGTGAC AAACCGGAAGAAGGTGGGGATGACGTCAAGTCATCATGGCC CTTACGGCCTGGGCTA 44 Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 Phụ lục 2: Trình tự DNA gen 16S rRNA chủng A2 GGGTGAGTAATGCTTAGGAATCTGCCTATTAGTGGGGGACA ACATTCCGAAAGGAATGCTAATACCGCATACGCCCTACGGG GGAAAGCAGGGGATCTTCGGACCTTGCGCTAATAGATGAGC CTAAGTCAGATTAGCTAGTTGGTGGGGTAAAGGCCTACCAA GGCGACGATCTGTAGCGGGTCTGAGAGGATGATCCGCCACA CTGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCA GTGGGGAATATTGGACAATGGGCGAAAGCCTGATCCAGCCA TGCCGCGTGTGTGAAGAAGGCCTTTTGGTTGTAAAGCACTTT AAGCGAGGAGGAGGCTACTTAGATTAATACTCTAGGATAGT GGACGTTACTCGCAGAATAAGCACCGGCTAACTCTGTGCCAG CAGCCGCGGTAATACAGAGGGTGCGAGCGTTAATCGGATTT ACTGGGCGTAAAGCGTGCGTAGGCGGCTTTTTAAGTCGGATG TGAAATCCCTGAGCTTAACTTAGGAATTGCATTCGATACTGG GAAGCTAGAGTATGGGAGAGGATGGTAGAATTCCAGGTGTA GCGGTGAAATGCGTAGAGATCTGGAGGAATACCGATGGCGA AGGCAGCCATCTGGCCTAATACTGACGCTGAGGTACGAAAG CATGGGGAGCAAACAGGATTAGATACCCTGGTAGTCCATGC CGTAAACGATGTCTACTAGCCGTTGGGGCCTTTGAGGCTTTA GTGGCGCAGCTAACGCGATAAGTAGACCGCCTGGGGAGTAC GGTCGCAAGACTAAAACTCAAATGAATTGACGGGGGCCCGC ACAAGCGGTGGAGCATGTGGTTTAATTCGATGCAACGCGAA GAACCTTACCTGGTCTTGACATAGTAAGAACTTTCCAGAGAT GGATTGGTGCCTTCGGGAACTTACATACAGGTGCTGCATGGC TGTCGTCAGCTCGTGTCGTGAGATGTTGGGTTAAGTCCCGCA ACGAGCGCAACCCTTTTCCTTATTTGCCAGCGGGTTAAGCCG GGAACTTTAAGGATACTGCCAGTGACAAACTGGAGGAAGGC GGGGACAACTTCAAGTCATCATGGCCCTTACGACCAGGGCTA CCACCGTGCTACAATGGTCGGTACAAAGGGNTGCTACC 45 ... này, pin nhiên liệu vi sinh vật đƣợc vận hành với nồng độ sắt 1mM có khả sinh điện cao MFC vận hành với nồng độ sắt 20mM Các quần xã vi khuẩn oxi sắt anode đƣợc làm giàu trì với nồng độ sắt khác. .. cứu vi khuẩn điện hóa – hóa dưỡng vô pin nhiên liệu vi sinh vật vận hành với nồng độ sắt khác ” Nguyễn Thái Anh – K60 Sinh học 2019 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Pin nhiên liệu vi sinh vật (Microbial... TỰ NHIÊN KHOA SINH HỌC NGHIÊN CỨU VI KHUẨN ĐIỆN HĨA – HĨA DƢỠNG VƠ CƠ TRONG PIN NHIÊN LIỆU VI SINH VẬT ĐƢỢC VẬN HÀNH VỚI CÁC NỒNG ĐỘ SẮT KHÁC NHAU Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ quy Ngành Sinh