CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
3.4. Khảo sát một số yếu tố ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng và phát triển của vi khuẩn
khuẩn Rhodobacter capsulatus
3.3.1. Ảnh hưởng của pH
pH là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật (Nguyễn Lân Dũng et al., 2005). Đăc biệt ở chủng vi khuẩn
R.capsulatus, pH cịn ảnh hƣởng đến hình thái của tế bào. Để xác định ảnh hƣởng của
yếu tố này đến chủng vi khuẩn đã lựa chọn tiến hành thí nghiệm trên mơi trƣờng DSMZ -27 lỏng, khảo sát ở dãy pH, 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 7,5; 8; 8,5; 9. Kết quả đƣợc thể hiện hình 3.10 và 3.11.
Hình 3.10. Tốc độ sinh trƣởng của R. capsulatus trong điệu kiện chiếu sáng
33
Kết quả nghiên cứu ở hình 3.10 và 3.11 cho thấy, chủng vi khuẩn có thể sinh trƣởng khá tốt trong khoảng pH 6-7.5 ở cả 2 điều kiện chiếu sáng và che tối. Bên cạnh đó trong điều kiện pH nhỏ hơn 5 vi sinh vật bị ức chế và có tốc độ sinh trƣởng cực chậm và trong điều kiện chiếu sáng cho kết quả khả quan hơn so với ở điều kiện che tối. Kết quả thí nghiệm phù hợp với các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc (Brenner et al., 2005; Đỗ Thị Liên, 2016).
Trong điều kiện chiếu sáng vi khuẩn R. capsulatus cho tốc độ sinh trƣởng
nhanh hơn so với trong điều kiện cho tối, tốc độ sinh trƣởng đạt cực đại ở mức 0.08 với mật độ tế bào 15x108 CFU/ml, ở điều kiện cho tối tốc độ sinh trƣởng đạt cực đại chỉ ở mức 0.05 với mật độ tế bào 12x108 CFU/ml. Vi khuẩn R. capsulatus là VKTQH có thể tiến hành quá trình quang hợp để thu và nhận năng lƣợng nhằm phục vụ cho các hoạt động sống của tế bào (CA, 1982). Do đó trong điều kiện chiếu sáng cho tốc độ sinh trƣởng và phát triển nhanh hơn ở điều kiện che tối.
Nhƣ vậy chủng vi khuẩn R. capsulatus phân lập đƣợc có khả năng sinh trƣởng tốt trong khoảng pH khá rộng, thuận lợi cho sản xuất sinh khối của chúng ngoài tự nhiên cũng nhƣ sử dụng để xử lý các nguồn ơ nhiễm có pH trung tính.
Để ứng dụng chủng vi khuẩn chủng R. capsulatus phân lập đƣợc vào việc thử
nghiệm khả năng xử lý hợp chất hữu cơ trong nƣớc thì pH =7 đƣợc lựa chọn.
3.3.2. Ảnh hƣởng của độ mặn
Sự sinh trƣởng và phát triển của chủng vi khuẩn chịu ảnh hƣởng của độ mặn, tùy theo các nồng độ khác nhau có thể gây ức chế sự sinh trƣởng của vi khuẩn (Nguyễn Lân Dũng et al., 2005). Thí nghiệm đƣợc tiến hành nhƣ mục 2.2.7 chƣơng 2. Kết quả thể hiện hình 3.12 và hình 3.13.
34
Hình 3.12. Tốc độ sinh trƣởng của R. capsulatus
(NaCl đƣợc bổ sung để nồng độ xác định 0‰; 10‰; 15‰; 20‰; 25‰; 30‰; 35‰, trong điều kiện chiếu sáng)
Hình 3.13. Tốc độ sinh trƣởng của R. capsulatus
(NaCl đƣợc bổ sung để nồng độ xác định 0‰; 10‰; 15‰; 20‰; 25‰; 30‰; 35‰, trong điều kiện che tối)
Theo Bergey các chủng VKTQH có khả năng sinh trƣởng và phát triển ở cả nƣớc mặn và nƣớc ngọt, chủ yếu là ở nƣớc ngọt (Brenner et al., 2005) . Một số lồi có khả năng sinh trƣởng ở mặn trong đó có các chủng vi khuẩn R. capsulatus. Kết quả
khảo sát ở hình 3.12 và 3.13 cho thấy, chủng vi khuẩn R. capsulatus có khả năng thích nghi đƣợc trong mơi trƣờng có độ mặn lên đến 35‰, tuy nhiên tại độ mặn 25‰ tốc độ sinh trƣởng tốt nhất.
35
Bên cạnh đó, khi so sánh tốc độ sinh trƣởng với điều kiện chiếu sáng và che tối thì nhận thấy trong điều kiện chiếu sáng chủng VK này sinh trƣởng tốt hơn, gấp 9 lần. Điều này có thể đƣợc giải thích nhƣ sau: chủng R. capsulatus là vi khuẩn quang
dƣỡng, trong điều kiện có ánh sáng VKTQH cũng tiến hành quang hợp để thu và nhận năng lƣợng nhằm phục vụ cho các hoạt động sống của tế bào (CA, 1982).
Từ kết quả thu đƣợc trên đây, nhận thấy rằng chủng VK R. capsulatus phân lập từ nƣớc thải hồ ni tơm có khả năng chịu mặn. Kết quả nghiên cứu này phù hợp với nghiên cứu của Bergey và Mỵ Trần Hƣơng Trà (Trà, 2015; Brenner et al., 2005). Với khả năng chịu mặn cao của chủng vi khuẩn, là căn cứ khoa học có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng chúng tạo các chế phẩm sinh học xử lý ơ nhiễm mơi trƣờng nƣớc nói chung và ơ nhiễm nƣớc thải ni trồng thủy hải sản nói riêng.
3.5. Khảo sát đƣờng cong sinh trƣởng của chủng vi khuẩn R.capsulatus
Sự sinh trƣởng và phát triển của vi khuẩn R. capsulatus đƣợc thể hiện qua
đƣờng cong sinh trƣởng và tốc độ tăng trƣởng. Kết quả đƣợc trình bày ở hình 3.14.
Hình 3.14. Tốc độ tăng trƣởng của R.capsulatus
Kết quả cho thấy rằng vi khuẩn R. capsulatus có pha tiềm phát kéo dài khoảng 36h. Pha lũy thừa kéo dài kéo dài từ 24 đến 36 giờ, tƣơng ứng với tốc độ tăng trƣởng cực đại đạt là 0,04 ở thời điểm 72h nuôi cấy (15x108 CFU/ml). Tuy nhiên, khi tiếp tục kéo dài thời gian nuôi cấy, mật độ tế bào giảm dần, bắt đầu pha suy vong do hàm lƣợng chất dinh dƣỡng trong môi trƣờng cạn kiệt, sự cạnh tranh các chất dinh dƣỡng của vi khuẩn diễn ra, cùng với sản phẩm của quá trình trao đổi chất ức chế sự phát triển của vi khuẩn nên số lƣợng tế bào sinh ra ít hơn lƣợng tế bào mất đi (Costa et al., 2017). 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0H 12H 24H 36H 48H 60H 72H 84H 96H 108H 120H 144H 156H Mậ t đ ộ L o g (CFU/ml) Thời gian
36
Nhƣ vậy, theo đƣờng cong sinh trƣởng của chủng R.capsulatus trên môi trƣờng DSMZ – 27 đạt cực đại tại 72h và thời điểm thu sinh thích hợp trong khoảng 48 – 60h.
3.6. Đánh giá hiệu quả khả năng xử lý chất hữu cơ của chủng vi khuẩn
R.capsulatus
Nhằm đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ của chủng R.capsulatus tiến hành
thí nghiệm ni chủng vi khuẩn này trên môi trƣờng nƣớc thải giả định bổ sung glucose để hàm lƣợng carbon đạt 10mgC/L; 50mgC/L; 100mgC/L; 200mgC/L; 400mgC/L, với nồng độ mặn 25‰ và pH=7. Thí nghiệm đƣợc tiến hành trong điều kiện chiếu sáng 3000 lux. Sự tích lũy sinh khối và xử lý chất hữu cơ của chúng đƣợc theo dõi trong 7 ngày. Kết quả đƣợc thể hiện trong hình 3.15.
Hình 3.15. Khả năng sinh trƣởng của vi khuẩn R.capsulatus sau 7 ngày
Kết quả từ hình 3.15 cho thấy chủng vi khuẩn R.capsulatus phân lập đƣợc, có khả năng sinh trƣởng trong tất cả các nồng độ carbon đƣợc khảo sát. Trong đó hàm lƣợng 50; 100; 200 và 400mgC/L có tốc độ và khả năng sinh trƣởng tốt hơn so với nồng độ 10mgC/L. Tại thời điểm thực hiện khảo sát sau 4 ngày nuôi cấy, nhận thấy khả năng tích lũy sinh khối ở các nồng độ 50; 100; 200; 400mgC/L cho kết quả tƣơng đƣơng nhau và đều đạt cực đại tại với mật độ ~ 15x108 CFU/ml. Trong khi đó ở nồng độ 10mg/L vi khuẩn chỉ đạt mật độ cao nhất là 12x108 CFU/ml thấp hơn nhiều so với các khoảng nồng độ đƣợc khảo sát.
Bằng việc khảo sát tốc độ sinh trƣởng của vi khuẩn R.capsulatus thông qua mật độ tế bào ở các ngƣỡng nồng carbon khác với các khoảng thời gian khác nhau, nhận thấy có sự sinh trƣởng và phát triển của vi khuẩn R.capsulatus trên mơi trƣờng DSMZ – 27 có bổ sung carbon, phù hợp với nghiên cứu Mỵ Trần Hƣơng Trà đã công bố trƣớc đây cho loài Rhodobacteria (Trà, 2015).
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Ngày 0 Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3 Ngày 4 Ngày 5 Ngày 6 Ngày 7
Mậ t độ L OG (C FU /m L) 10mgC/L 50mgC/L 100mgC/l 200mgC/L 400mgC/L
37
Bảng 3.4. Biến đối hàm lƣợng chất hữu cơ và hiệu quả xử lý sau 7 ngày thử nghiệm
Hình 3.16. Khả năng xử lý COD của vi khuẩn R.capsulatus sau 7 ngày
Kết quả từ bảng 3.4 và hình 3.16 cho thấy vi khuẩn R. capsulatus có khả năng xử lý hợp chất hữu cơ ở nồng độ tƣơng đối cao. Trong các nghiệm thức khảo sát thì khả năng xử lý đạt kết quả tốt nhất ở các nồng độ 50; 100; 200; 400mgC/L đạt hiệu suất 80 -85%, còn ở nồng độ thấp 10mgC/L hiệu suất xử lý chỉ đạt 45%, qua đó có thể nhận thấy rằng hàm lƣợng chất hữu cơ càng cao thì chủng sinh trƣởng và có hiệu suất xử lý càng cao. Chứng tỏ vi khuẩn R. capsulatus phân lập đƣợc có thể phân hủy các chất hữu cơ và sử dụng chúng nhƣ nguồn cơ chất cho hoạt động sống của mình. Kết
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 1 2 3 4 5 6 7 N ồ n g độ COD Ngày 10mg/L 50mg/L 100mg/L 200mg/L 400mg/L Hàm lƣợng carbon
Có vi khuẩn Khơng vi khuẩn
Hàm lƣợng COD ngày 0 Hàm lƣợng COD ngày 7 Hiệu suất loại bỏ carbon (%) Hàm lƣợng COD ngày 0 Hàm lƣợng COD ngày 7 Hiệu suất loại bỏ carbon (%) 10mg/L 65 36 45% 65 50 16.60% 50mg/L 176 25 85.80% 176 126 28.40% 100mg/L 315 40 87.30% 315 280 11.10% 200mg/L 700 76 89% 700 650 7.14% 400mg/L 1426 219 84.60% 1426 1024 28.10%
38
quả này hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu của Mỵ Trần Hƣơng Trà và cộng sự và nghiên cứu của Costa và cộng sự. (Trà et al., 2015; Costa et al., 2017).
39
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
Trên cơ sở các kết quả thu đƣợc, rút ra đƣợc một số kết luận sau đây:
1. Phân lập, định danh đƣợc một chủng vi khuẩn RH02 (Rhodobacter capsulatus) từ mẫu nƣớc thải ao nuôi tôm tại thôn Hiệp Hƣng, xã Bình Hải, huyện Thăng Bình, tỉnh Quảng Nam, Xác định đƣợc điều kiện ni cấy thích hợp cho chủng này là mơi trƣờng DSMZ – 27 tại nhiệt độ 28 -300C, pH =7, độ mặn 25‰.
2. Xác định đƣợc đƣờng cong sinh trƣởng cho chủng Rhodobacter capsulates phân lập đƣợc, xác định thời gian thu sinh khối trong khoảng 48 – 60h.
3. Khảo sát khả năng xử lý hợp chất hữu cơ của chủng vi khuẩn Rhodobacter capsulatus sau 7 ngày. Vi khuẩn có khả năng xử lý hợp chất hữu cơ với hiệu suất
đạt 80 -85% ở các nồng độ 50; 100; 200; 400mg/L.
2. Kiến nghị
1. Tạo chế phẩm sinh học có khả năng xử lý hợp chất hữu cơ trong nƣớc thải từ vi khuẩn Rhodobacter capsulatus.
40
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bắc, đ. T. (2020). Nghiên cứu khả năng tích lũy coenzyme q10.
Bergey’s. (2001). Mycoplasma. In Infectious Diseases in Obstetrics and Gynecology,
Sixth Edition.
Brenner, D. J., Krieg, R., Staley, J. T., & Garrity, G. M. (2005). Manual® of Systematic Bacteriology: Volume Two The Proteobacteria Part C The Alpha-, Beta-, Delta-, and Epsilonproteobacteria. In Bergey’s Manual of Bacterial Systematics (Vol. 2, Issue 2).
Bronstein, M., Schütz, M., Hauska, G., Padan, E., & Shahak, Y. (2000). Cyanobacterial sulfide-quinone reductase: Cloning and heterologous expression.
Journal of Bacteriology, 182(12), 3336–3344.
Brune, D C, & Govindjee. (1995). Sulfur compounds as photosynthetic electron donors. Anoxygenic Photosynthetic Bacteria, 2, 847–870.
Brune, Daniel C. (1989). Sulfur oxidation by phototrophic bacteria. Brune DC (1989)
Sulfur Oxidation by Phototrophic Bacteria, Biochim. Biophys. Acta 975: 189- 221., 975(2), 189–221.
Buchanan, B. B., Evans, M. C. W., & Arnon, D. I. (1967). Ferredoxin-dependent carbon assimilation in Rhodospirillum rubrum. Archiv Für Mikrobiologie, 59(1–
3), 32–40.
CA, W. (1982). Dynamics of photosynthetic membrane composition and function.
Wraight CA (1982) Current Researchs on Photosynthesis, In Godvindjee (Ed), Photosynthesis, Vol.I, Academic Press. New York, London., 1058(2), 87–106.
Castenholz, R. W., & Pierson, B. K. (2006). Ecology of Thermophilic Anoxygenic Phototrophs. Anoxygenic Photosynthetic Bacteria, 87–103.
Clessceri. (1989). Clessceri LS, Greenberg AE, Trussel RR (1989) “Sulfur bacteria”. Standard methods for the examination of water and wastewater. 17th edition. American Public Health. In Health laboratory science (Vol. 4, Issue 3).
Costa, S., Ganzerli, S., Rugiero, I., Pellizzari, S., Pedrini, P., & Tamburini, E. (2017). Potential of Rhodobacter capsulatus grown in anaerobic-light or aerobic-dark conditions as bioremediation agent for biological wastewater treatments. Water (Switzerland), 9(2).
Đỗ Thị Liên. (2016). Nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn tía quang hợp để xử lý Sulfide trong các nguồn nƣớc ô nhiễm. 1–25.
Döbereiner, J., Baldani, V. L. D., & Reis, V. M. (1995). Endophytic Occurrence of Diazotrophic Bacteria in Non-Leguminous Crops. Azospirillum VI and Related Microorganisms, 1993, 3–14.
Garimella, S., Kudle, K. R., Kasoju, A., & Merugu, R. (2017). Current Status on Single Cell Protein (SCP) Production from Photosynthetic Purple Non Sulphur Bacteria. Journal of Chemical and Pharmaceutical Sciences, 10(2), 915–922.
41
Hoare, D. G., & Koshland, D. E. (1967). A method for the quantitative modification and estimation of carboxylic acid groups in proteins. Journal of Biological Chemistry, 242(10), 2447–2453.
Huang, C., Wu, H., Liu, Z. J., Cai, J., Lou, W. Y., & Zong, M. H. (2012). Effect of organic acids on the growth and lipid accumulation of oleaginous yeast Trichosporon fermentans. Biotechnology for Biofuels, 5(1), 4.
Hunter. (2009). Hunter CN, Daldal F, Thurnanuer MC and Beatty JT (2009), The Purple Phototrophic Bacteria, Chapter 1: An Overview of Purple Bacteria: Systematics, Physiology, and Habitats , pp 2-12. In ISSN 2502-3632 (Online) ISSN 2356-0304 (Paper) Jurnal Online Internasional & Nasional Vol. 7 No.1, Januari – Juni 2019 Universitas 17 Agustus 1945 Jakarta (Vol. 53, Issue 9).
www.journal.uta45jakarta.ac.id
Imhoff JF, T. H. (1989). The phototrophic way of life. Imhoff JF, Trueper HG (1989)
Purple Non-Sulfur Bacteria (Rhodospirillaceae Pfennig and Trueper 197, 17AL), P: 1438-1680. In: Staley JT; Bryant M P; Pfennig N, and Holt JG. (Eds.). Bergey’ Manual of Systematic Bacteriology. Vol. 3. Williams and Wilkins. Ba, 9783642301, 203–257.
Klemme, J. H. (1974). Modulation by fumarate of a Pi-insensitive pyruvate kinase from Rhodopseudomonas capsulata. Archives of Microbiology, 100(1), 57–63. Kobayashi, H. A., Stenstrom, M., & Mah, R. A. (1983). Use of photosynthetic
bacteria for hydrogen sulfide removal from anaerobic waste treatment effluent.
Water Research, 17(5), 579–587.
Lakshmi, K. V. N. S., Sasikala, C., Ramana, V. V., Ramaprasad, E. V. V., & Ramana, C. V. (2011). Rhodovulum phaeolacus sp. nov. a phototrophic alphaproteobacterium isolated from a brown pond. Journal of General and Applied Microbiology, 57(3), 145–151.
Liên, Đ. T., Thị, Đ., Uyên, T., Hà, H. P., Thị, C., Mai, N., Thị, L., & Công, N. (2003).
LỰA CHỌN MỘT SỐ NGUỒN CARBON ĐỂ SẢN XUẤT SINH KHỐI VI KHUẨN TÍA QUANG HỢP CHỨA HÀM LƢỢNG PROTEIN CAO. 486–492.
Luking. (1976). Glycerol Utilization by a Mutant of Rhodopseudomonas capsulata. Luo, W., Deng, X., Zeng, W., & Zheng, D. (2012). Treatment of wastewater from
shrimp farms using a combination of fish, photosynthetic bacteria, and vegetation.
Desalination and Water Treatment, 47(1–3), 221–227.
Mack, E. E., Mandelco, L., Woese, C. R., & Madigan, M. T. (1993). Hicrnbiology.
363–371.
Madukasi, E. I., Chunhua, H., & Zhang, G. (2011). Isolation and application of a wild strain photosynthetic bacterium to environmental waste management.
International Journal of Environmental Science and Technology, 8(3), 513–522.
Minh, N. Van. (2011). THỰC TẬP VI SINH CƠ SỞ. 1996(2), 58–75.
Neralla, S., Weaver, R. W., Lesikar, B. J., & Persyn, R. A. (2000). Improvement of domestic wastewater quality by subsurface flow constructed wetlands.
42
Bioresource Technology, 75(1), 19–25.
Nguyễn Lân Dũng, Quyến, ; Nguyễn Đình, & Phạm Văn Ty. (2005). Giáo trình Vi sinh vật học. 178–396.
Okimasu, E., Matsumoto, M., Yoshida, Y., & Amemura, A. (1992). The Effect of Pigments of Rhodobacter capsulatus on Free Radicals and Application of the Bacterium as Feed to Fish Larvae. Nippon Suisan Gakkaishi, 58(8), 1487–1491. Payne, J., & Morris, J. G. (1969). Pyruvate carboxylase in Rhodopseudomonas
spheroides. Journal of General Microbiology, 59(1), 97–101. QCVN6186-1996. (n.d.). [vanbanphapluat.co] tcvn6186-1996.pdf.
Quayle, J. R. (1959). Carboxydismutase activity in formate- and oxalate-grown Pseudomonas oxalaticus (strai n 0 XI). 31, 587–588.
Quayle, J. R., & Pfennig, N. (1975). Utilization of methanol by rhodospirillaceae.
Archives of Microbiology, 102(1), 193–198.
Sayadi, M. H., & Nourzadeh, M. (2018). Potential of anaerobically digested poultry wastewater for metal biosorption by Rhodobacter blasticus and Rhodobacter capsulatus. 8(1), 47–55.
Schön, G., & Voelskow, H. (1976). Pyruvate fermentation in Rhodospirillum rubrum and after transfer from aerobic to anaerobic conditions in the dark. Archives of Microbiology, 107(1), 87–92.
Trà, M. T. H. (2015). Nghiên cứu nhân nuôi và sử dụng vi khuẩn rhodobacteria để xử
lý chất hữu cơ và sulfide trong nƣớc ơ nhiễm trên quy mơ phịng thí.
Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản 1. (2013). Đề án: Kiểm sốt ơ nhiễm mơi trƣờng
nuôi trồng thủy sản (Tôm, Cá tra) đến năm 2020. 2020, 36.
Visscher, P. (1990). Visscher PT, Nijburg JW, van Germerden H (1990) Polysulfide utilization by Thiocapsa roseopersicina. Arch. Microbiol 19: 199 - 202.
Microbiology, 156(8), 2428–2437.
Visscher, P. T., & Taylor, B. F. (1993). Organic thiols as organolithotrophic substrates for growth of phototrophic bacteria. Applied and Environmental Microbiology, 59(1), 93–96.
Wang, J., Nie, X., Zhang, L., & Zhao, Z. (2016). Optimization of production procedures for coenzyme Q 10 from Rhodobacter sphaeroides. 8(7), 924–929.
Weaver, P. F., Wall, J. D., & Gest, H. (1975). Characterization of Rhodopseudomonas capsulata. Archives of Microbiology, 105(1), 207–216.
Wilson. (1988). Preparation of genomic DNA from bacteria. Methods in Enzymology,
529, 143–151.
Zhang, X., Shu, M., Wang, Y., Fu, L., Li, W., Deng, B., Liang, Q., & Shen, W. (2014).