III. KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.4.2. Nghiên cứu đặc điếm sinh học của chủng M
Đặc điểm hình thái. Chủng M3 7 có tế bào h ì n h cầu k h ô n g c h u ẩ n , k í c h thước t h a y
đổi theo thời gian sinh trưởng, có hiện tượng tế bào cụm thành nhóm đôi, ba hoặc nhiều hơn (hình 3.6A). Trên kính hiển vi huỳnh quang, tế bào của chủng M37 có phát sáng nhưng không mạnh (hình 3.6B). Phân tích so sánh trình tự gen 16S rDNA
c h o t h ấ y c h ủ n g M 3 7 t h u ộ c c h i M e t h a n o s a r c in a , l o à i g ầ n g ù i n h ấ t l à M. s i c i l i a e v ớ i
độ tương đồng là 98% (hình 3.6C). Trình tự gen 16S rDNA của chủng M37 được lưu tại ngân hàng dữ liệu GenBank với m ã số K C 951109.
-E sc h e ric h ia co l ì c 9 l i 1000 0 03 -MerlìútìOsứrcma acetivorúHs (NR0 * 41101) - M e th a n o s a r c h ia h o ro n o b e m is (AB2882Ố 2 3) Ieth im o sa rcm a b a r k e n (N R 0 ” 425 ? 1)
íeth a n o siircim i vaciiohuĩi ( FR ~ 3 3661 1)
A letlumosarcma sicil iae (FR~ 3 3 6 9 8 .11
--- M 3 7 (KC 951109)
Hình 3.6. Hình thái tế bào và vị trí phân loại của chủng M37. A, B - Hình thái tế bào của chủng M37 dưới kính hiển vi phản pha và kính huỳnh quang, bar = 5 |am; c - Vị trí phân loại của chủng M37 so với các loài có quan hệ gần gũi dựa trên so sánh trình tự gen 16S
Đặc điểm sinh /ỷ. Đặc điểm sinh lý của chủng M37 được đánh giá thông qua giá trị đo mật độ quang của dịch nuôi và lượng m ethane sinh ra (Hình 3.7).
o Ễ X 2 B 0 .3 5 0 .3 0 .2 5 J 0.2 ° 0 .1 5 0.1 0 .0 5 0 5.5 6.5 7.5 8.5 0.8 0.7 0.6 ẹ 0 .5 £ 0 .4 £ 0 .3 CJ 0.2 0.1 0 p H 0.6 0.5 s 0.4 VO o 0..I 0.2 0.1 0 5 10 17 20 26 3.1 40 50 I60 NaCKg/L) * o
Hình 3.7. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường nuôi cấy đến mức tăng trưởng và sinh methane ở chủng M37. A - Ảnh hưởng của nhiệt độ; B - Ảnh hưởng của pH; c - Ảnh
hưởng của độ mặn (áp suất thẩm thấu). Ký hiệu: B OD6oo; ■ CH4 (mol).
Kết quả cho thấy chủng này thuộc nhóm vi sinh vật ưa ấm và có khả năng chịu nhiệt (H ình 3.7A). Chủng M37 sinh trưởng tăng sinh cũng như tạo methane tốt nhất ở nhiệt độ 3 7 °c . Sinh trưởng và tạo methane vẫn tiếp tục ở nhiệt độ 4 5 °c nhưng ở mức thấp hơn, trong khi đó ở 3 0 °c thì chỉ có sinh trưởng nhưng ít tạo methane, còn ở 2 0 °c thì phát triển rất kém. Điều này cũng phù hợp với những kết
quả đã công bổ trước đây đổi với các chủng khác cũng thuộc loài M. siciliae (Ni, Boone, 1991; Elberson, Sowers, 1997).
Chủng M37 có khả năng sinh trưởng và tạo m ethane trong khoảng pH rộng, từ 5,5 -8. Sinh trưởng tối ưu tại pH 7,5 (Hình 3.7B), nhưng sinh m ethane tối ưu ở pH >8. ở pH 7 và 8 chủng này thể hiện mức sinh trưởng tương đương nhau, nhưng hoạt tính sinh methane ở pH 7 thấp hơn đáng kể so với pH 8. Ở pH < 7 chủng M37 có mức sinh trưởng cũng như hoạt tính sinh methane thấp.
Môi trường có hàm lượng muối từ 1 7 - 4 0 g/L là môi trường thích hợp nhất cho chủng M37 sinh trưởng, quá trình sinh m ethane giảm đáng kể ở độ muối > 40 g/L (Hình 3.7C). Chủng M37 hầu như không sinh trưởng ở môi trường không bố sung muối. Như vậy có thể kết luận chủng này thuộc nhóm ưa mặn nhẹ, tương tự như các chủng cùng loài M. siciliae là C2J, HI350 và T4/M đã công bố trước đây (Ni, Boone, 1991; Elberson, Sowers, 1997).
Trong số các nguồn cơ chất thử nghiệm, chủng M37 sinh trưởng tốt nhất với trim ethylam ine, nhưng lại sinh methane tốt nhất với acetate (Hình 3.8). Hydro và methanol cũng được sử dụng để tăng sinh (Hình 3.8A) nhưng không được chuyển hóa thành methane (Hình 3.8B). Trong số ba chủng M. siciliae đã công bố thì chỉ có chủng C2J phân lập từ trầm tích biển Canyon có khả năng sử dụng acetate làm cơ chất để sinh trưởng và tạo m ethane (Elberson, Sowers, 1997). N hư vậy về đặc tính sinh học chủng M37 phân lập trong nghiên cứu này gần với chủng C2J hơn so với hai chủng còn lại.
Thời gian (ngày) Thời gian (ngày)
H ì n h 3.8. Sinh trưởng và sinh methane ở chủng M37 trên các nguồn cơ chất khác nhau. A - T h a y đ ổ i g i á t r ị mật độ q u a n g O Dóoo; B - CH4s i n h ra t r o n g qưá t r ì n h s i n h trưởng.
Trong quá trình lên men kỵ khí chất hữu cơ sinh biogas, l ư ợ n g methane sinh
r a c h ủ y ế u d o n h ó m m e t h a n o g e n s ử d ụ n g a c e t a t e ( t r ê n 7 0 % ) , c h ỉ c ó m ộ t p h ầ n n h ỏ
do nhóm m ethanogen sử dụng hydro (Lettinga, 1995; Bitton, 1999; W hitman et al.,
sinh trưởng cũng như tạo methane trong phổ rộng điều kiện nhiệt độ, pH, và đặc biệt môi trường có hàm lượng muối cao, do vậy có khả năng cạnh tranh tốt trong các bể lên men kỵ khí ở điều kiện nước lợ và nước biển.