14 chu kỳ: 94C – 40 giây, 55C
3.3.1. Khả năng khử sulfate ở pH thấp
Khả năng chịu pH thấp là đặc tính quan trọng quyết định tính ứng dụng của SRB trong việc xử lý AMD. Để đánh giá hoạt tính khử sulfate ở pH thấp, hai chủng S4 và S10 đƣợc nuôi cấy trong mơi trƣờng dịch thể FWS kỵ khí có sulfate (28 mM) làm chất nhận điện tử và lactate (20 mM) làm chất cho điện tử, pH đƣợc chỉnh ở ba mức 4, 5 hoặc 7 (sử dụng HCl 1M hoặc Na2CO3 1M) và ni tĩnh ở 30C. Hoạt tính khử sulfate của hai chủng ở các điều kiện pH thí nghiệm đƣợc đánh giá thông qua lƣợng sulfate bị khử sau 15 ngày.
Kết quả cho thấy cả hai chủng S4 và S10 khử sulfate tốt nhất ở pH 7 với lƣợng sulfate bị khử tƣơng ứng là 11,37 mM và 12,42 mM (Hình 3.7).
Hình 3.7. Ảnh hƣởng của pH tới hoạt tính khử sulfate của các chủng SRB mới phân lập
Ở các điều kiện pH thấp hơn (pH 4, pH 5), chỉ có chủng S4 có khả năng khử sulfate, tuy nhiên hoạt tính chỉ đạt 40 – 50% so với ở pH 7. Trong khi đó chủng S10 thể hiện hoạt tính khử sulfate ở mức rất thấp tại pH 5 hoặc 4 (đạt 5 – 8% so với ở pH 7), chứng tỏ chủng này khơng có khả năng chịu pH thấp.
80
Trong thí nghiệm tiếp theo, chúng tôi đã tiến hành so sánh hoạt tính khử sulfate tại pH 5 của các chủng S4, S10 và quần xã SRB trong mẫu làm giàu EA4. Lƣợng sulfate bị khử xác định sau 10 ngày ni cấy (Hình 3.8) cho thấy chủng S4 có hoạt tính khử sulfate cao hơn đáng kể so với quần xã SRB đƣợc làm giàu trong mẫu EA4 (> 70%). Trong khi đó, tại cùng thời điểm lƣợng sulfate bị khử bởi chủng S10 chỉ bằng 15% so với mẫu làm giàu EA4.
Các kết quả thu đƣợc từ phân tích thành phần quần xã SRB bằng phƣơng pháp PCR-DGGE và kết quả so sánh hoạt tính khử sulfate tại pH thấp của mẫu làm giàu EA4 và hai chủng SRB mới phân lập cho phép kết luận rằng chủng S4 là đại diện của nhóm SRB chính có khả năng chịu pH thấp đã đƣợc làm giàu trong mẫu EA4.
Hình 3.8. So sánh hoạt tính khử sulfate của mẫu làm giàu EA4, chủng S4, chủng S10 ở pH5
Tiếp theo, khả năng chịu pH thấp của chủng S4 đƣợc nghiên cứu một cách chi tiết hơn. Chủng đƣợc nuôi trong môi trƣờng FWS kỵ khí với pH đƣợc điều chỉnh trong khoảng rộng từ 2 – 7 (sử dụng dung dịch HCl 1M). Hai loại chất cho điện tử khác nhau (20 mM mỗi loại) thuộc nhóm phân ly (lactate) và nhóm không phân ly (ethanol) đƣợc bổ sung vào môi trƣờng để đánh giá khả năng khử sulfate ở các điều kiện pH khác nhau. Đặc điểm khác biệt chính của các chất cho điện tử nhóm phân ly và không phân ly là khi ở pH thấp, lactate tồn tại chủ yếu ở dạng axít khơng liên kết
81
(là dạng độc đối với tế bào) nên khơng thích hợp để sử dụng làm nguồn cho điện tử cho SRB, trong khi đó ethanol vẫn tồn tại ở dạng không phân ly và sẵn sàng chuyển điện tử cho quá trình khử sulfate ở SRB (Sen & Johnson, 1999). Kết quả xác định lƣợng sulfate bị khử sau 15 ngày (Hình 3.9) chỉ ra rằng chủng S4 khử sulfate ở tất cả các giá trị pH đƣợc kiểm tra, tốt nhất ở pH 7 với 11,5 mM sulfate bị khử. Ở các giá trị pH axít nhẹ từ 5 − 6, q trình khử sulfate giảm cịn 55 – 70% so với pH tối ƣu, đạt 5,5 – 8,5 mM vào ngày thứ 15. Ở pH thấp hơn trong khoảng 2 − 4, q trình khử sulfate vẫn cịn hoạt động, tuy nhiên chỉ bằng 30 – 50% so với pH tối ƣu.
Hình 3.9. Hoạt tính khử sulfate của chủng S4 tại các điều kiện pH khác nhau
Đáng chú ý là ngay cả trong điều kiện mơi trƣờng có tính axít mạnh (pH 2 − 4), khả năng khử sulfate của chủng S4 với chất cho điện tử thuộc nhóm phân ly (lactate) hay không phân ly (ethanol) ở mức tƣơng đƣơng. Điều này cho thấy chủng S4 có khả năng chịu axít mạnh, và đây là một lợi thế cạnh tranh cho trong mơi trƣờng axít nhƣ AMD. Cho đến nay, chỉ có 2 chủng SRB thuộc lớp δ-Proteobacteria là Desulfovibrio sp. TomC và Desulfovibrio sp. DV có khả năng chịu axít tƣơng tự đã đƣợc công bố (Karnachuk et al., 2015; Kovaliova et al., 2017). Cả 2 chủng này
82
đều có nguồn gốc từ mơi trƣờng nƣớc thải mỏ axít và đƣợc đánh giá là có tiềm năng cao trong việc ứng dụng để xử lý AMD (Karnachuk et al., 2015; Kovaliova et al.,
2017). Với khả năng khử sulfate ở mơi trƣờng axít đến pH 2, các vi sinh vật này có thể là các nhân tố tiên phong chiếm hữu các môi trƣờng đặc biệt nhƣ AMD, thực hiện quá trình khử sulfate tạo sulfide, nhờ đó tăng pH và giảm nồng độ kim loại nặng trong mơi trƣờng, tạo điều kiện thích hợp cho nhiều nhóm vi sinh vật khơng chịu axít sinh trƣởng.