CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.3.2.4Ảnh hưởng của cation K + đến hiệu suất đông tụ của vi khuẩn
4.3 Các y ếu tố môi trường (cation, pH) ảnh hưởng đến hiệu suất đông tụ của
4.3.2.4Ảnh hưởng của cation K + đến hiệu suất đông tụ của vi khuẩn
Tương tự như các thí nghiệm trên, 4 cặp chủng khuẩn đông tụ (B. cereus
KG05 + B. megaterium VL01), (B. cereus KG05 + Bacillus sp. VL05), (B. cereus
KG05 + B. aryabhattai ST02) và (B. megaterium VL01+ Bacillus sp. VL05) cũng được kiểm tra sinh hóa với 7 nồng độ K+ trong muối KCl khác nhau (10, 20, 30,
40, 60, 80 và 100 mM), pH=7. Kết quả cho thấy cả 4 cặp vi khuẩn đều cho hiệu
suất đông tụ cao ở nồng độ 30 mM K+ trong muối KCl và khác biệt có ý nghĩa
thống kê ở mức 1% so với 6 nồng độ K+ còn lại. Kết quả thí nghiệm này cho thấy
nồng độ K+ trong muối KCl từ 20 đến 30 mM là vi khuẩn đông tụ hoạt động có
hiệu quả (Hiệu suất từ 50 – 69,6%), khi nồng độ K+ cao thì ức chế hoàn toàn quá trình đông tụ của vi khuẩn (hiệu suất đông tụ còn 3% ở nồng độ 100 mM). Khi so
sánh hiệu suất đông tụ giữa các cặp chủng vi khuẩn thực hiện thí nghiệm cho thấy
cặp vi khuẩn KG05 + VL01 có hiệu suất đông tụ cao nhất là 69,6% tiếp đến là cặp
VL01 + VL05 (68,9%), KG05 + VL05 (66,9%), KG05 + ST02 (64%) (Bảng 4.12). Từ kết quả kiểm tra hóa lý 4 cặp chủng vi khuẩn đông tụ (B. cereus KG05 +
B. megaterium VL01), (B. cereus KG05 + Bacillus sp. VL05), (B. cereus KG05 +
B. aryabhattai ST02) và (B. megaterium VL01 + Bacillus sp. VL05) phân lập trong nước thải trại chăn nuôi heo sau biogas ở ĐBSCL với 4 loại muối đại diện có
cation hóa trị I (Na+, K+) và hóa trị II (Ca2+, Mg+) cho thấy, các cation trong môi trường cũng là nhân tố tác động có ảnh hưởng lớn đến cơ chế đông tụ của vi
khuẩn. Đặc biệt là sự kết dính các tế bào vi khuẩn với nhau để tạo sự đông tụ, tùy
theo đặc điểm cấu trúc của tế bào vi khuẩn và nồng độ cation thích hợp để tạo sự đông tụ được tối ưu.
Bảng 4.12: Ảnh hưởng của nồng độ cation K+ đến hiệu suất đông tụ
Nồng độ
Cation K+ (mM/l)
Hiệu suất đông tụ của cặp vi khuẩn (%±SD)
KG05+VL05 KG05+VL01 KG05+ST02 VL01+VL05 10 39,2c ±0,62 46,9c ±0,74 38,2c ±0,77 42,7c ±0,47 20 51,0b ±0,30 52,8b ±1,61 51,6b ±0,19 50,1b ±0,61 30 66,9a ±0,44 69,6a ±1,68 64,0a ±0,70 68,9a ±0,67 40 34,6c ±0,28 35,8d ±0,63 38,5c ±0,21 33,8d ±0,33 60 25,6d ±0,18 29,6e ±0,70 21,9d ±0,40 25,0e ±0,20 80 22,3d ±0,45 27,2e ±0,51 20,3d ±0,38 21,8e ±0,16 100 10,0e ±0,31 6,70f ±0,27 2,76e ±0,24 13,3f ±0,18
* Các giá trị trên cùng một cột mang ký tự mũ khác nhau là khác biệt có ý nghĩa thống kê mức 1%
Nhìn chung các chủng vi khuẩn đông tụ có môi trường thích hợp ở nồng độ 20 mM đối với cation hóa trị II và 30 mM đối với cation hóa trị I. Khi nồng độ các
cation này thích hợp thì vi khuẩn đông tụ phát huy cơ chế đông tụ để tạo sự đông
tụ có hiệu suất cao nhất. Từ các kết quả trên có thể nhận định, hiệu suất đông tụ
của các cặp vi khuẩn có chịu sự ảnh hưởng của các loại cation với các nồng độ khác nhau trong môi trường. Trong đó cation hóa trị I (Na+ và K+) ở nồng độ 30
mM; cation hóa trị II (Ca2+ và Mg2+) ở nồng độ 20 mM là điều kiện tối ưu cho sự đông tụ của các cặp vi khuẩn. Nguyên nhân sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa
các giá trị hiệu suất đông tụ ở các nồng độ khác nhau, có thể là do sự thay đổi nồng độ hay điện tích cation trong môi trường sẽ làm thay đổi cấu trúc bề mặt tế bào của
các chủng vi khuẩn dẫn đến hiệu suất đông tụ bị ảnh hưởng. Hơn nữa, sự kết dính
kết giữa các chủng vi khuẩn là nhờ liên kết lectin-oligosaccharide các thành phần ngoại bào lipopolysaccharides, protein lectin và các thành phần này chịu sự tác động của điện tích trong môi trường, nên nồng độ cation cũng sẽ ảnh hưởng đến
hiệu suất đông tụ của cặp vi khuẩn. Nồng độ cation của từng loại muối khảo sát ban đầu thấp so với nhu cầu của các chủng vi khuẩn nên hiệu suất đông tụ của các (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cặp vi khuẩn chưa đạt cao nhất. Khi nồng độ cation ở mức thích hợp cho hoạt động của chúng thì hiệu suất đông tụ đạt tối ưu. Tiếp tục tăng nồng độ muối của các cation, lượng dư thừa của các cation làm thay đổi tính thấm của màng, thay đổi cấu
trúc bề mặt tế bào vi khuẩn nên hiệu suất đông tụ càng giảm khi lượng thừa cation
càng nhiều.
Theo Ryan và Russell (2013) cation hóa trị II Ca2+ và Mg2+ của 2 muối tương ứng CaCl2 và MgSO4 ảnh hưởng đến hiệu suất đông tụ của các chủng
đối với CaCl2 và 16 mM đối với MgSO4; nồng độ muối thấp hay cao hơn 0,8 đối
với CaCl2, 16 mM đối với MgSO4 hiện tượng đông tụ có hiệu suất rất thấp hoặc không quan sát được. Điều này cho thấy sự thay đổi nồng độ hay điện tích cation trong môi trường sẽ làm thay đổi cấu trúc bề mặt vỏ tế bào sẽ ảnh hưởng đến sự đông tụ. Hơn nữa protein dạng lectin cũng sẽ ảnh hưởng bởi nồng độ cation xung quanh nó, điều này làm thay đổi hiệu suất đông tụ. Đối với vi khuẩn Gram dương
(Bacillus), vách tế bào có các thành phần peptidoglycan (chiếm 95%) và acid
teichoic mang điện tích âm, nên các cation K+ và Mg2+…có thể gắn kết vào bề mặt
tế bào thông qua liên kết ion với các thành phần này; làm giảm điện tích âm trên bề
mặt các tế bào vi khuẩn. Vì thế, chúng không còn bị ngăn cản bởi lực đẩy tĩnh điện
cùng dấu, dẫn đến chúng có thể kết cụm với nhau thông qua các tương tác khác, qua đó làm tăng hiệu suất đông tụ của các cặp vi khuẩn.
Nồng độ cation thích hợp cho các cặp chủng vi khuẩn đông tụ (B. cereus
KG05 + B. megaterium VL01), (B. cereus KG05 + Bacillus sp. VL05), (B. cereus
KG05 + B. aryabhattai ST02) và (B. megaterium VL01 + Bacillus sp. VL05) có
cao hơn so với các kết quả thí nghiệm của các nghiên cứu trước, nhưng cũng đã thể hiện được vai trò quan trọng của các cation trong quá trình đông tụ của các cặp
vi khuẩn. Khi môi trường có nồng độ acid hay kiềm quá cao sẽ làm ức chế quá trình đông tụ, giảm hiệu suất đông tụ. Mặt khác, mỗi chủng vi khuẩn sẽ phù hợp
với từng loại cation ở nồng độ nhất định để chúng hoạt động tối ưu (Lương Đức
Phẩm, 2009). Đây cũng là lý do của việc tìm kiếm các chủng vi khuẩn bản địa để
thực hiện ứng dụng xử lý nước thải ngay môi trường của vi khuẩn đã từng tồn tại.
4.3.2.5 Ảnh hưởng của môi trường có hỗn hợp cặp cation hóa trị I và cation hóa trị II đến hiệu suất đông tụ của vi khuẩn
Trong môi trường nước thải tồn tại rất nhiều loại cation hóa trị I, II (Lương Đức Phẩm , 2009) các cation sẽ tương tác nhau làm ảnh hưởng đến hiệu suất đông
tụ của các cặp vi khuẩn trong quá trình xử lý nước thải. Từ kết quả thí nghiệm trên,
đã chọn được nồng độ cation hóa trị I (Na+, K+) 30 mM, nồng độ cation có hóa trị
II 20 mM (Ca2+, Mg2+), là mức nồng độ tối ưu nhất giúp vi khuẩn hoạt động tốt để
tạo sự kết dính tế bào với nhau cho hiệu suất đông tụ cao nhất. Các cation Ca2+, Mg2+, K+, Na+ được tổ hợp thành 4 cặp cation (cation hóa trị I + II) tương ứng với
4 loại muối có nồng độ cho hiệu suất đông tụ cao từ thí nghiệm trên: 30 mM NaCl + 20 mM MgCl2, 30 mM NaCl + 20 mM CaCl2, 30 mM KCl + 20 mM MgCl2, 30 mM KCl + 20 mM CaCl2. Thí nghiệm được thực hiện trên 4 cặp chủng vi khuẩn
(B. cereus KG05 + B. megaterium VL01), (B. cereus KG05 + Bacillus sp. VL05),
(B. cereus KG05 + B. aryabhattai ST02) và (B. megaterium VL01 + Bacillus sp. VL05) với thời gian đông tụ 6 giờ, pH = 7, từ đó chọn được cặp cation và nồng độ
Bảng 4.13: Ảnh hưởng của cặp cation hóa trị I và hóa trị II đến hiệu suất đông tụ Cation bổ sung Hiệu suất đông tụ (%±SD) KG05 + VL05 Hiệu suất đông tụ (%±SD) KG05 + VL01 Hiệu suất đông tụ (%±SD) KG05 + ST02 Hiệu suất đông tụ (%±SD VL05 + VL01 Mg2+ + K+ 81,6a ±1,84 94,3a ±0,50 88,1a ±1,69 84,8a ±0,92 Mg2+ + Na+ 75,9c ±1,75 90,9b ±1,13 86,1b ±2,32 82,3b ±0,67 Ca2+ + K+ 80,0b ±1,03 91,7b ±0,57 83,2c ±0,48 77,1c ±0,02 Ca2+ + Na+ 73,6d ±0,98 87,8c ±1,83 77,3d ±1,38 82,7b ±2,46
* Các giá trị trên cùng một cột mang ký tự mũ khác nhau là khác biệt có ý nghĩa thống kê mức 1%; (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cation hóa trị I (Na+ , K+) nồng độ 30 mM và cation hóa trị II (Ca2+, Mg2+) nồng độ 20 mM
Kết quả Bảng 4.13 cho thấy, vi khuẩn đông tụ hoạt động tối ưu trong môi
trường hỗn hợp muối MgCl2+ KCl ở nồng độ 30 mM cation Na+ và 20 mM cation Mg2+đạt hiệu suất đông tụ rất cao từ 82 – 94% và khác biệt có ý nghĩa thống kê ở
mức 1% so với 3 cặp muối còn lại, hiệu suất đông tụ ở từng cặp chủng vi khuẩn được thực hiện quá trình đông tụ, trong môi trường hỗn hợp dung dịch muối hóa trị
I và muối hóa trị II theo từng cặp muối và nồng độ cation của từng loại muối như đã nêu ở trên (CaCl2 + NaCl); (CaCl2 + KCl); (MgCl2 + NaCl); (MgCl2 + KCl).
Trong đó cặp chủng vi khuẩn KG05 + VL01 có hiệu suất đông tụ cao nhất (94%), tiếp theo là KG05 + ST02, VL01 + VL05 và KG05 + VL05 cho hiệu suất lần lượt
là 88%, 85% và 82% . Kết quả nghiên cứu cho thấy, các cation hóa trị I và cation hóa trị II trong môi trường có sự tương tác nhau và ảnh hưởng đến cơ chế quá trình
đông tụ của vi khuẩn. Trong đó cặp cation Mg2+ với K+ có ảnh hưởng rất lớn đến
hiệu suất đông tụ của các cặp chủng vi khuẩn đông tụ được phân lập ở ĐBSCL. Nguyên nhân là do các chủng vi khuẩn đông tụ đều được phân lập từ nước thải chăn nuôi heo, mà trong thành phần nước thải chăn nuôi heo (sau biogas) hàm
lượng cation Mg+ và K+ rất cao so với cation Ca2+ và Na+ (Bảng 4.8), đây là yếu tố
tồn dư từ thức ăn dư thừa hoặc từ chất thải (phân, nước tiểu...) của heo thải ra, khi
thực hiện công nghệ xử lý biogas thì các cation này giảm không đáng kể (Nguyễn
Thị Thu Hà, 2008).
Theo nghiên cứu của Ben et al. (2012) cation K+ trong môi trường có ảnh hưởng tác động hợp tác cao hơn so với cation Na+. Trong thí nghiệm kiểm tra từng
nồng độ tối ưu của các cation cho hiệu suất đông tụ cao thì Na+ và K+ đều tạo được
hiệu suất đông tụ cao nhất ở cùng nồng độ 30 mM và các giá trị của hiệu suất đông
tụ khác biệt không có ý nghĩa về mặt thống kê. Nhưng khi ở nồng độ muối 30 mM
K+ phối hợp với cation Mg2+ tại nồng độ muối 20 mM, kết quả hiệu suất đông tụ của
các cặp vi khuẩn đạt hiệu quả rất cao, trong đó cao nhất là cặp vi khuẩn B. cereus
KG05 + B. megaterium VL01 (94%). Bên cạnh đó, để sống được trong môi trường
màng. Đối với vi khuẩn đông tụ, các cation còn tham gia vào cầu nối hữu ích cho
sự kết dính của các tế bào vi khuẩn với nhau, qua đó làm tăng hiệu suất đông tụ
của các cặp vi khuẩn. Tùy vào đặc tính của từng chủng và sự kết đôi giữa các tế
bào với nhau, cặp muối cation hóa trị I và II sẽ có nồng độ thích hợp để hiệu suất đông tụ đạt tối ưu. Từ kết quả nghiên cứu có thể nhận định, cặp cation Mg2+ và K+
tương ứng với cặp muối 20 mM MgCl2 + 30 mM KCl trong môi trường pH = 7 có
ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất đông tụ của vi khuẩn.
4.3.2.6 Tương quan nồng độ cation Mg2+, K+ và chỉ số pH trong môi trường đến hiệu suất đông tụ của vi khuẩn
Từ kết quả thống kê cho thấy trong môi trường pH khác nhau và cặp muối
KCl + MgCl2 ở các nồng độ khác nhau sẽ ảnh hưởng khác nhau đến hiệu suất đông
tụ của 4 cặp vi khuẩn (B. cereus KG05 + B. megaterium VL01), (B. cereus KG05 + (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bacillus sp. VL05), (B. cereus KG05 + B. aryabhattai ST02) và (B. megaterium
VL01 + Bacillus sp. VL05). Hiệu suất đông tụ của các cặp vi khuẩn đông tụ nằm
trong khoảng 23,1 − 73,2% tính trên tất cả các cặp muối và các pH. Trong đó, tại
giá trị pH = 7 và cặp cation trong hỗn hợp muối KCl.30 + MgCl2.20 của 4 cặp vi
khuẩn đều cho hiệu suất đông tụ cao nhất đạt từ 68,3 – 73,2% và khác biệt có ý
nghĩa thống kê ở mức 1% so với các mức còn lại. Do trong môi trường sống, các
vi sinh vật chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau cùng tác động, nên hiệu
suất đông tụ của các cặp chủng vi khuẩn không chỉ đơn thuần dựa vào tính kỵ nước của bề mặt tế bào hay chỉ dựa vào đặc tính liên kết của các thành phần ngoại
bào, mà còn có các yếu tố môi trường ngoài tương tác nhau, tác động đến sự kết
dính của các tê bào vi khuẩn. Do vậy, tùy vào đặc điểm của từng cặp vi khuẩn, sự tương tác của các yếu tố trong môi trường sống làm cho cơ chế đông tụ phát huy
hiệu suất đông tụ cao nhất. Qua khảo sát 4 cặp vi khuẩn đông tụ kết quả đều đạt
hiệu suất đông tụ tối ưu khi pH = 7, thời gian kết dính là 6 giờ và có sự kết hợp của
K+ ở nồng độ 30 mM và Mg2+ ở nồng độ 20 mM (Bảng 4.14). Từ kết quả nghiên cứu có thể khẳng định rằng, giới hạn pH thích hợp cho vi khuẩn đông tụ hoạt