Cố định hệ vi khuẩn nitrosomonas SP VA nitrobacter SP trên bacterial cellulose (BC) và ứng dụng chuyển hóa ammonia nước ương ấu trùng tôm sú penaeus monodon

I H C QU C GIA THÀNH PH H CHÍ MINH TR NG I H C BÁCH KHOA LÊ TI N D NG C NH H VI KHU N Nitrosomonas sp VÀ Nitrobacter sp TRÊN BACTERIAL CELLULOSE (BC) VÀ NG D NG CHUY N HÓA AMMONIA N C NG U TRÙNG TÔM SÚ Penaeus monodon Chuyên ngành: CÔNG NGH SINH H C Mã s ngành: 604280 LU N V N TH C S Thành ph H Chí Minh, tháng n m 2010 CƠNG TRÌNH TR NG C HỒN THÀNH T I I H C BÁCH KHOA I H C QU C GIA TP H Cán b h CHÍ MINH ng d n khoa h c: Phó giáo s , Ti n s Nguy n cL ng Ký tên: …………………………….………………………………………… Cán b ch m nh n xét 1: …………………………………………………………………………… Ký tên: ……………………………………….…………………………………… Cán b ch m nh n xét 2: …………………………………………………………………………… Ký tên: ……………………………………….…………………………………… Lu n v n th c s H I TR NG cb ov t i NG CH M B O V LU N V N TH C S I H C BÁCH KHOA, ngày i tháng n m 2010 TR NG I H C BÁCH KHOA C NG HÒA XÃ H I CH! NGH A VI T NAM KHOA K" THU T HÓA H C #c L$p - T% Do - H&nh Phúc Tp HCM, ngày tháng n m 2010 NHI M V LU N V N TH C S H tên h c viên: LÊ TI N D NG Phái: Nam Ngày, tháng, n m sinh: 04/5/1964 N i sinh: Ti n Giang Chuyên ngành: Công ngh sinh h c MSHV: 03107108 1- TÊN ' TÀI: C nh h vi khu n Nitrosomonas sp Nitrobacter sp bacterial cellulose (BC) ng d ng chuy n hóa amonia n c ng u trùng tôm sú Penaeus monodon 2- NHI M V LU N V N: - C nh h vi khu n Nitrosomonas Nitrobacter bacterial cellulose (BC) b ng ph ng pháp b y-h p ph - !ng d ng ch" ph m BC c n c nh vi khu n chuy n hóa ammonia ng u trùng tơm sú Penaeus monodon 3- NGÀY GIAO NHI M V : Tháng 01/2010 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : Tháng 6/2010 5- H VÀ TÊN CÁN B H NG D(N: PHÓ GIÁO S , TI N S# NGUY$N !C L N i dung c ng Lu n v n th c s ã NG c H i %ng chuyên ngành thông qua CÁN B H NG D(N CH! NHI M B MÔN QL CHUYÊN NGÀNH ii KHOA QL CHUYÊN NGÀNH L IC M Trong th&i gian theo h c t i Tr &ng Minh, ã N i h c Bách khoa Thành ph H% Chí c t o nh'ng i u ki n t t nh t h c t p, nghiên c u t( Ban Giám hi u, phòng t o sau i h c, khoa K) thu t hóa h c nh t t( b môn Công ngh sinh h c Tôi ã nh n c s* t n tình ch+ d n c,a Quý Th-y Cô B môn, s* chu áo c,a cán b , nhân viên n v c,a Tr &ng ây c/ng th&i k0 g1n bó giúp -y thi n chí c,a t p th b n bè l p Cao h c Công ngh sinh h c 2007, Tr &ng có c b n lu n v n th c s này, vô bi"t n Th-y Ch, nhi m b mơn - Phó giáo s , Ti"n s Nguy3n b i h c Bách khoa TPHCM cL ng ln t n tâm, h"t lịng nâng c cho nhi u th" h h c trò, ng &i ã g1n bó khơng m t m4i v i s* nghi p tr%ng ng &i, ã cho nhi u ý ki"n q báu q trình th*c hi n Tơi khơng qn lịng nhi t tình, sâu sát, lo l1ng, chia s5 cho m i ho t tài ng c,a l p, cho t(ng tâm t h c trị c,a Cơ giáo ch, nhi m - Ti"n s Nguy3n Thúy H ng Cô ã ng viên, giúp r t nhi u v t qua nh'ng khó kh n th&i gian theo h c Tôi c/ng mu n k "n Ban Giám hi u, %ng nghi p thành viên Tr &ng Trung h c Th,y s n ã quan tâm t o i u ki n, giúp 2, c/ng nh s* ti"p s c chân tình hi u qu t( gia ình nh4 c,a tơi Xin c bày t4 s* tri ân t n áy lịng tơi "n t t c m i ng &i./ iii TĨM T)T N c ni th,y s n ch a ammonia trình phân h,y th c n d th(a, phân… gây h i cho th,y s n q trình ni làm phú d 2ng, t o c phát tri n c th i mơi tr &ng C nh vi khu n nitrate hóa Nitrosomonas Nitrobacter vào ch t mang bacterial cellulose (BC) ng d ng chuy n hóa ammonia b nghiên c u c n ng u trùng tôm sú b c -u cho nh vi khu n chuy n hóa tách nit kh4i mơi tr &ng c Nghiên c u nh m kh o sát môi tr &ng dinh d 2ng, pH, nhi t , ch" l1c nuôi sinh kh i Nitrosomonas, Nitrobacter, th&i gian h p ph h vi khu n vào BC K"t qu nghiên c u cho th y Nitrosomonas S5 pH 8,2, nhi t 28 C, l1c 160rpm ngày th 8; Nitrobacter 28 C, l1c 160rpm tm t tm t c nuôi môi tr &ng cao nh t 8x108CFU/ml c nuôi môi tr &ng N5 pH 8,0, nhi t cao nh t 5x108CFU/ml ngày th M u BC ch a vi khu n h p ph 24, 48, 72 96 gi& ho t l*c chuy n hóa ammonia erlen ch a n l ng BC so v i n c ki m tra c bi n ti t trùng v i c bi n 1/10 K"t qu , m u BC ch a vi khu n h p ph 72 gi& có kh n ng gi m ammonia trung bình 48,2% nitrite 94,5% so v i i ch ng Ki m tra ho t l*c chuy n hóa ammonia c,a BC h p ph 72 gi& b v ib ng u trùng tôm sú, ammonia gi m 51,1%, nitrite gi m 32,7% so i ch ng Qua k"t qu nghiên c u, Nitrosomonas Nitrobacter ch t mang BC có th t o thành ch" ph m x6 lý n cc nh c trình ng u trùng tơm sú C-n có nh'ng nghiên c u sâu h n kh o sát t+ l BC c nh so v i th tích n c b ng t "n gi i h n an tồn cho tơm; c thêm vi khu n khác có kh n ng chuy n hóa nitrat n l ng nit môi tr &ng nuôi c ch t mang khác iv gi m nh Nitrosomonas, Nitrobacter có c s ánh giá hi u qu c vi khu n c nh nh c,a BC i v i hai ABSTRACT Aquaculture water contains ammonia due to decomposite of food abundance, distribution harm to fish in the breeding and rich nutrition, toxic algal development being discharged into the environment Immobilize Nitrosomonas and Nitrobacter brought into bacterial cellulose (BC) and apply ammonia metabolism in the prawn larvae tank is intitialy for the study of bacterial nitrogen metabolism, separate from the wastewater environment In the thesis, we studied growth media, pH, temperature, shaking in mass culure of Nitrosomonas, Nitrobacter, adsorpted time bacteria in BC The results illustrated that Nitrosomonas S5 media at pH 8.2, temperature 28 C, 160rpm shaking, 8x108CFU/ml are the highest on the eighth; whereas, Nitrobacter N5 media at pH 8.0, temperature 280C, 160rpm shaking, 5x108CFU/ml are the highest on the seventh Bacterial cellulose samples are adsorpted at 24, 48, 72 and 96 hours to test metabolized ammonia in seawater erlens which are pasteurized, the proportion BC and volume is 1/10 We saw that there are some differents between the study and evident samples, BC samples which are adsopted at 72 hours are reduced ammonia and nitrit are 48,2% and 94,5% respectively We saw that there are some differents between the study and evident samples, BC samples which are adsopted at 72 hours are reduced ammonia and nitrit in the prawn larvae tank are 51,1% and 32,7% respectively In sum up, Nitrosomonas and Nitrobacter are carried on BC can be made BC products to treat wastewater in prawn larvae tank However, we need have more clear reseaches such as check the rate BC and wastewater volume to safe for shrimp Besides, we can immobilize many different bacteria who can reduce amount of nitrogen in the life environment of shrimp as well as we can use many different carriers to immobilize to assess the adventages of BC carriers with these bacteria v M CL C M7 8U T9NG QUAN TÀI LI:U c 2.1 S* chuy n hóa nit n 2.1.1 C ch" chuy n hóa nit .3 2.1.2 Q trình nitrate hóa 2.1.3 ;nh h ng c,a NH3, NO2– "n nuôi tr%ng th,y s n 2.2 NG PHÁP 39 3.1 a i m th&i gian nghiên c u 39 3.2 Hóa ch t, thi"t b 39 3.3 Gi ng vi sinh v t môi tr &ng nuôi c y 41 3.3.1 Gi ng vi sinh v t 41 3.3.2 Môi tr &ng ho t hóa Nitrosomonas 41 3.3.3 Môi tr &ng i v i Acetobacter xylinum 46 3.4 S % n i dung thí nghi m 47 3.4.1 Thí nghi m Kh o sát môi tr &ng ho t hóa Nitrosomonas 48 3.4.2 Thí nghi m Kh o sát mơi tr &ng ho t hóa Nitrobacter 48 3.4.3 Thí nghi m Kh o sát nh h ng c,a i u ki n nuôi c y "n sinh tr ng c,a Nitrosomonas 49 3.4.4 Thí nghi m Kh o sát nh h ng c,a i u ki n nuôi c y "n sinh tr ng c,a Nitrobacter 50 3.4.5 Thí nghi m Kh o sát nh h ng c,a th&i gian "n kh n ng h p ph c,a h vi khu n vào ch t mang BC 52 3.4.6 Thí nghi m Kh o sát k"t qu chuy n hóa ammonia c,a ch" ph m b ng u trùng 53 vi 3.5 Ph ng pháp phân tích 54 3.5.1 Các ph ng pháp vi sinh 54 3.5.2 Các ph ng pháp hóa sinh 54 3.5.3 Ph ng pháp x6 lý s li u 58 K T QU; VÀ TH;O LU=N 60 4.1 Kh o sát mơi tr &ng ho t hóa Nitrosomonas 60 4.2 Kh o sát môi tr &ng ho t hóa Nitrobacter 62 4.3 Kh o sát nh h ng c,a i u ki n nuôi c y "n sinh tr ng c,a Nitrosomonas 64 4.3.1 ;nh h ng c,a pH "n sinh tr ng c,a Nitrosomonas 64 4.3.2 ;nh h ng c,a nhi t "n sinh tr ng c,a Nitrosomonas 65 4.3.3 ;nh h ng c,a ch" l1c "n sinh tr ng c,a Nitrosomonas 66 4.3.4 &ng cong t ng tr ng c,a Nitrosomonas 67 4.4 Kh o sát nh h ng c,a i u ki n nuôi c y "n sinh tr ng c,a Nitrobacter 68 4.4.1 ;nh h ng c,a pH "n sinh tr ng c,a Nitrobacter 68 4.4.2 ;nh h ng c,a nhi t "n sinh tr ng c,a Nitrobacter 69 4.4.3 ;nh h ng c,a ch" l1c "n sinh tr ng c,a Nitrobacter 70 4.4.4 &ng cong t ng tr ng c,a Nitrobacter .71 4.5 Kh n ng h p ph h vi khu n vào ch t mang BC theo th&i gian 73 4.5.1 Chu n b ch t mang BC .73 4.5.2 C nh vi khu n lên màng BC, t o ch" ph m .75 4.5.3 M t t" bào ch" ph m 75 4.5.4 ;nh h ng th&i gian h p ph "n kh n ng chuy n hoá NH3 NO2- c,a vi khu n c nh .76 4.6 K"t qu chuy n hóa ammonia c,a ch" ph m b K T LU=N VÀ ? NGH@ ng u trùng82 86 5.1 K"t lu n 86 5.2 ngh 87 TÀI LI:U THAM KH;O 88 PHA LAC 95 LÝ L@CH TRÍCH NGANG ………………………………… 105 vii DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 H vi sinh v t chuy n hóa nit n c Hình 2.2 Hai giai o n c,a trình nitrate hóa Hình 2.3 T" bào Nitrosomonas d i kính hi n vi quang h c 12 Hình 2.4 C u trúc t" bào thu c gi ng Nitrosospira 12 Hình 2.5 C u trúc t" bào thu c gi ng Nitrosovibrio 13 Hình 2.6 C u trúc t" bào thu c gi ng Nitrosolobus 13 Hình 2.7 C u trúc t" bào thu c gi ng Nitrosococcus 14 Hình 2.8 T" bào Nitrosomonas europaea d i kính hi n vi quang h c 14 Hình 2.9 T" bào Nitrosomonas europaea d i kính hi n vi i n t6 15 Hình 2.10 T" bào Nitrosomonas eutropha d i kính hi n vi i n t6 15 Hình 2.11 T" bào Nitrosomonas marina d i kính hi n vi i n t6 16 Hình 2.12 T" bào Nitrosomonas marina d i kính hi n vi i n t6 16 Hình 2.13 T" bào Nitrosomonas mobilis d i kính hi n vi i n t6 17 Hình 2.14 T" bào Nitrosomonas mobilis d i kính hi n vi i n t6 17 Hình 2.15 Vi khu n Nitrobacter winogradsky 18 Hình 2.16 Khu n l c Nitrobacter alkalicus 19 Hình 2.17 Tiên mao (F) Nitrobacter alkalicus d Hình 2.18 T" bào Nitrobacter alkalicus d i kính hi n vi 19 i kính hi n vi i n t6 20 Hình 2.19 Vi khu n Nitrobacter hamburgensis 20 Hình 2.20 T" bào Nitrobacter vulgaris 21 Hình 2.21 Phân lo i ch t mang c nh t" bào 23 Hình 2.22 H vi s i BC (a) th*c v t (b) 25 Hình 2.23 Mơ hình vi s i cellulose th*c v t (trái) vi s i BC (ph i) 25 Hình 2.24 BC c t o t( môi tr &ng t nh (a) môi tr &ng l1c (b) 26 Hình 2.25 Bu trùng Nauplius c,a tơm sú Penaeus monodon 30 Hình 2.26 Bu trùng Zoea c,a tôm sú Penaeus monodon 31 Hình 2.27 Bu trùng Mysis c,a tơm sú Penaeus monodon 31 Hình 2.28 H u u trùng Post larvae c,a tôm sú Penaeus monodon 32 viii Hình 4.1 Hình d ng khu n l c t" bào c,a ch,ng Nitrosomonas 61 Hình 4.2 Hình d ng khu n l c t" bào c,a ch,ng Nitrobacter 6363 Hình 4.3 S* phát tri n c,a Nitrosomonas ph thu c pH 64 Hình 4.4 S* phát tri n c,a Nitrosomonas ph thu c nhi t Hình 4.5 S* phát tri n c,a Nitrosomonas ph thu c ch" 65 l1c 66 Hình 4.6 S* phát tri n c,a Nitrosomonas theo th&i gian 67 nh h s t ng tr ng c,a Nitrosomonas 68 Hình 4.7 Xác Hình 4.8 S* phát tri n c,a Nitrobacter ph thu c pH 69 Hình 4.9 S* phát tri n c,a Nitrobacter ph thu c nhi t 70 Hình 4.10 S* phát tri n c,a Nitrobacter ph thu c ch" l1c 71 Hình 4.11 S* phát tri n c,a Nitrobacter theo th&i gian 72 nh h s t ng tr ng c,a Nitrobacter 72 Hình 4.12 Xác Hình 4.13 S n ph m BC lên men c p 73 Hình 4.14 S n ph m BC lên men c p 73 Hình 4.15 S n ph m BC sau q trình ni c y 74 Hình 4.16 Ch t mang BC sau x6 lý 74 Hình 4.17 Ch" ph m BC thu c sau 24, 48, 72.gi& c nh 75 Hình 4.18 N%ng ammonia th&i gian x6 lý 77 Hình 4.19 N%ng nitrite th&i gian x6 lý 79 Hình 4.20 N%ng nitrate th&i gian x6 lý 81 Hình 4.21 Ch" ph m cho vào b ng 82 Hình 4.22 Ch" ph m t p trung thành kh i sau tu-n b ng 83 Hình 4.23 L ng ammonia b ng u trùng tôm 84 Hình 4.24 L ng nitrite b ng u trùng tơm 84 Hình 4.25 L ng nitrate b ng u trùng tôm 85 ix DANH SÁCH B NG B ng 2.1 T+ l % NH3 hàm l ng ammonia tCng c ng pH nhi t khác B ng 2.2 Giá tr pH, t+ l NH3 n%ng tCng amôn c-n thi"t cho 0,4mg/l NH3 10 B ng 2.3 Các