DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình ảnh chụp dưới kính hiển vi huỳnh quang của VKTQH... | 5 | |
Hình 1.2. | Sơ đồ vị trí các thành phần của bộ máy quang hợp sơ cấp ở VKTQH .................................................................................... | |
10 | ||
Hình 1.3. | Quang hợp ở vi khuẩn tía không lưu huỳnh ............................. | 11 |
Hình 2.1. | Hình ảnh các loại giá thể .......................................................... | 31 |
Hình 2.2. | Sơ đồ các bước thí nghiệm thực hiện trong luận án ................. | 33 |
Hình 2.3. | Sơ đồ xử lý sơ bộ các loại giá thể ............................................. | 39 |
Hình 2.4. | Chi tiết mô hình xử lý hydrocarbon dầu mỏ............................. | 40 |
Hình 2.5. | Các giai đoạn trong mô hình xử lý hydrocarbon dầu mỏ ......... | 41 |
Hình 3.1. | Mẫu bùn ô nhiễm dầu trước và sau làm giàu ............................... | 44 |
Hình 3.2. | Một số khuẩn lạc VKTQH được phân lập từ mẫu làm giàu..... | 45 |
Hình 3.3. | Khả năng tạo MSH dựa trên khả năng bắt giữ tím tinh thể của MSH do các chủng VKTQH tạo thành..................................... | |
50 | ||
Hình 3.4. | Khả năng tạo màng sinh học của các chủng VKTQH phân hủy hydrocarbon dầu mỏ và Acinetobacter calcoaceticus P23 | |
50 | ||
Hình 3.5. | Khả năng sinh trưởng của 10 chủng VKTQH sau 7 ngày nuôi cấy ở các nồng độ dầu diesel khác nhau ................................... | |
51 | ||
Hình 3.6. | Dịch nuôi cấy của 10 chủng VKTQH ở 10% dầu diesel sau 7 ngày nuôi cấy ............................................................................ | |
51 | ||
Hình 3.7. | Khả năng sinh trưởng của 10 chủng VKTQH ở các nồng độ toluene khác nhau sau 7 ngày nuôi cấy .................................... | |
52 | ||
Hình 3.8. | Dịch nuôi cấy của 10 chủng VKTQH ở 250 ppm toluene sau 7 ngày nuôi cấy ......................................................................... | |
52 | ||
Hình 3.9. | Khả năng sinh trưởng của 10 chủng VKTQH sau 7 ngày nuôi cấy ở các nồng độ phenol khác nhau ........................................ | |
53 | ||
Hình 3.10. | Dịch nuôi cấy của 10 chủng VKTQH ở 150 ppm phenol sau 7 ngày........................................................................................... | |
53 | ||
Hình 3.11. | Khả năng sinh trưởng của 10 chủng VKTQH ở các nồng độ naphthalene khác nhau sau 7 ngày nuôi cấy............................. | |
54 | ||
Hình 3.12. | Dịch nuôi cấy của 10 chủng VKTQH ở nồng độ 200 ppm |
Có thể bạn quan tâm!
-
Nghiên cứu khả năng phân hủy hydrocarbon dầu mỏ của một số chủng vi khuẩn tía quang hợp tạo màng sinh học phân lập tại Việt Nam - 1 -
Định Vị Sắc Tố Quang Hợp Trong Tế Bào Vi Khuẩn Tía Quang Hợp -
Ứng Dụng Của Vi Khuẩn Tía Quang Hợp Để Phân Hủy Hydrocarbon Dầu Mỏ -
Ứng Dụng Vi Khuẩn Tía Quang Hợp Để Phân Hủy Hydrocarbon Dầu Mỏ
Xem toàn bộ 144 trang tài liệu này.
naphthalene sau 7 ngày nuôi cấy .............................................. | 54 | |
Hình 3.13. | Khả năng sinh trưởng của các chủng VKTQH ở các nồng độ pyrene khác nhau sau 7 ngày nuôi cấy ..................................... | |
55 | ||
Hình 3.14. | Dịch nuôi cấy của 10 chủng VKTQH ở nồng độ 200 ppm pyrene sau 7 ngày nuôi cấy....................................................... | |
55 | ||
Hình 3.15. | Hình dạng khuẩn lạc và hình dạng tế bào dưới kính hiển vi điện tử của chủng DD4, DQ41, FO2 ........................................ | |
57 | ||
Hình 3.16. | Cây phát sinh chủng loại của 3 chủng DD4, DQ41, FO2 ........ | 58 |
Hình 3.17. | Phổ hấp phụ dịch huyền phù tế bào của 3 chủng DD4 (A), DQ41 (B), FO2 (C)................................................................... | |
60 | ||
Hình 3.18. | Khả năng tạo sắc tố quang hợp của VKTQH ở hai điều kiện (A) kỵ khí, sáng và (B) hiếu khí, tối. ........................................ | |
61 | ||
Hình 3.19. | Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hình thành màng sinh học của các chủng VKTQH ..................................................... | |
64 | ||
Hình 3.20. | Ảnh hưởng của pH tới khả năng hình thành màng sinh học của các chủng VKTQH............................................................ | |
64 | ||
Hình 3.21. | Ảnh hưởng của nồng độ NaCl tới khả năng hình thành màng sinh học của các chủng VKTQH .............................................. | |
66 | ||
Hình 3.22. | Thí nghiệm đánh giá sự đối kháng lẫn nhau của các chủng VKTQH lựa chọn...................................................................... | |
70 | ||
Hình 3.23. | Mật độ tế bào của chủng DD4, DQ41 và FO2 trong màng sinh học VKTQH sau 9 ngày nuôi cấy ..................................... | |
71 | ||
Hình 3.24. | Hình ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của các giá thể trước và sau khi VKTQH bám dính ........................................................ | |
72 | ||
Hình 3.25. | Thời gian phân hủy dầu diesel và mật độ tế bào của chủng VKTQH trong màng sinh học đơn hoặc đa chủng không giá thể.............................................................................................. | |
74 | ||
Hình 3.26. | Khả năng phân hủy dầu diesel và mật độ tế bào của chủng VKTQH DD4, DQ41 và FO2 trong MSH đa chủng trên giá thể.............................................................................................. | |
75 | ||
Hình 3.27. | Hiệu suất phân hủy thành phần n-alkane (từ C8 đến C16) có trong dầu diesel bởi màng sinh học đa chủng VKTQH trên |
các giá thể khác nhau ................................................................ | 76 | |
Hình 3.28. | Hiệu suất phân hủy PAH bởi các loại màng sinh học khác nhau........................................................................................... | |
81 | ||
Hình 3.29. | Sắc ký đồ phân tích thành phần dầu thô còn lại sau 14 ngày trong thí nghiệm phân huỷ dầu bằng MSH đơn chủng VKTQH .................................................................................... | |
86 | ||
Hình 3.30. | Sắc ký đồ phân tích thành phần dầu thô còn lại sau 14 ngày trong thí nghiệm phân huỷ dầu bằng MSH đa chủng VKTQH không gắn trên giá thể............................................................... | |
87 | ||
Hình 3.31. | Sắc ký đồ phân tích thành phần dầu thô còn lại sau 14 ngày trong thí nghiệm phân huỷ dầu bằng MSH đa chủng VKTQH trên giá thể (sỏi nhẹ, xơ dừa, mút xốp) ..................................... | |
88 | ||
Hình 3.32. | Sắc ký đồ phân tích thành phần dầu thô còn lại sau 14 ngày trong thí nghiệm khả năng hấp phụ dầu thô của giá thể (sỏi nhẹ, xơ dừa, mút xốp) ............................................................... | |
89 | ||
Hình 3.33. | Hiệu suất phân huỷ hydrocarbon no (%) của dầu thô sau 14 ngày nuôi cấy bởi màng sinh học đơn chủng và đa chủng VKTQH không giá thể.............................................................. | |
91 | ||
Hình 3.34. | Hiệu suất phân huỷ hydrocarbon no (%) của dầu thô sau 14 ngày nuôi cấy bởi màng sinh học đa chủng VKTQH trên giá thể.............................................................................................. | |
92 |
MỞ ĐẦU
Dầu mỏ đã được sử dụng từ thời cổ đại và ngày càng trở nên quan trọng trong xã hội, đặc biệt là kinh tế, chính trị và công nghệ. Bên cạnh những lợi ích kinh tế, dầu mỏ và các sản phẩm của dầu cũng là một trong những nguồn ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, được thải ra từ quá trình khai thác, sử dụng và chế biến dầu. Dầu mỏ có chứa nhiều hợp chất độc hại khó phân hủy trong tự nhiên, gây độc và có thể gây những hệ lụy nghiêm trọng cho môi trường sinh thái. Đặc biệt, các hợp chất thơm như: benzene, toluene, naphthalene, pyrene, phenol... có độ hòa tan trong nước khá cao, độc hại đối với nhiều loài sinh vật.
Xử lý ô nhiễm dầu mỏ có thể được tiến hành theo phương pháp cơ học (vật lý), hóa học và sinh học. Trong đó, các phương pháp vật lý và hóa học thường được sử dụng để xử lý ô nhiễm hydrocarbon dầu mỏ ở nồng độ cao, có chi phí lớn. Biện pháp sinh học sử dụng các vi sinh vật (VSV) phân hủy hydrocarbon dầu mỏ là biện pháp hiệu quả trong xử lý ô nhiễm hydrocarbon dầu mỏ ở nồng độ thấp, nằm ngoài khả năng của xử lý cơ học/hoá học. Ứng dụng VSV có khả năng phân hủy hydrocarbon dầu mỏ đồng thời tạo màng sinh học sẽ tăng hiệu quả xử lý sinh học.
Vi khuẩn tía quang hợp (VKTQH) là các vi khuẩn quang hợp kỵ khí, được công bố là có khả năng trao đổi chất linh hoạt, sử dụng nhiều loại cơ chất, trong đó có hydrocarbon. Một số VKTQH có khả năng tạo màng sinh học có thể đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy và chuyển hóa các hợp chất hydrocarbon trong dầu mỏ. VKTQH phân bố rộng rãi trong tự nhiên, do vậy có tiềm năng ứng dụng cao trong xử lý ô nhiễm hydrocarbon dầu mỏ tại chỗ (in situ) và bên ngoài (ex situ).
Luận án “Nghiên cứu khả năng phân hủy hydrocarbon dầu mỏ của một số chủng vi khuẩn tía quang hợp tạo màng sinh học phân lập tại Việt Nam” được thực hiện với mục tiêu và nội dung nghiên cứu như sau:
Mục tiêu nghiên cứu của luận án
- Tuyển chọn được một số chủng VKTQH từ các vùng biển ô nhiễm dầu ở Việt Nam, vừa có khả năng tạo tạo màng sinh học vừa có khả năng phân hủy hydrocarbon dầu mỏ hiệu suất cao.
- Đánh giá hiệu suất phân hủy các hợp chất hydrocarbon dầu mỏ bởi màng sinh học đơn chủng và đa chủng VKTQH trên các loại giá thể, từ đó đưa ra giải pháp xử lý ô nhiễm dầu ở điều kiện mô hình.
Nội dung nghiên cứu
1. Tuyển chọn một số chủng VKTQH có khả năng tạo màng sinh học và phân huỷ hydrocarbon dầu mỏ tốt; nghiên cứu đặc điểm sinh học và định danh các chủng được lựa chọn.
2. Nghiên cứu một số các điều kiện lý hóa như pH, nhiệt độ, nồng độ muối ảnh hưởng tới khả năng tạo màng sinh học của các chủng được lựa chọn.
3. Đánh giá hiệu suất phân hủy một số thành phần hydrocarbon dầu mỏ bởi màng sinh học đơn chủng/ đa chủng gắn trên giá thể (xơ dừa, mút xốp, sỏi nhẹ) hoặc không gắn giá thể.
Những đóng góp mới của luận án
1) Đã tuyển chọn được 03 chủng VKTQH ở Việt Nam vừa tạo màng sinh học tốt vừa phân hủy thành phần hydrocarbon dầu mỏ hiệu suất cao.
2) Luận án là công trình đầu tiên đánh giá hiệu suất phân hủy dầu thô, dầu diesel bởi màng sinh học đơn chủng và đa chủng VKTQH trên giá thể (sỏi nhẹ, xơ dừa, mút xốp).
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Một số đặc điểm sinh học cơ bản của vi khuẩn tía quang hợp
1.1.1. Giới thiệu chung về vi khuẩn tía quang hợp
VKTQH thuộc nhóm vi khuẩn (VK) thủy sinh có khả năng sinh trưởng trong điều kiện kỵ khí bằng cách quang hợp nhưng không thải oxy vì chúng không nhận điện tử từ quá trình quang phân ly nước mà từ một số chất như: hydro, các acid hữu cơ đơn giản, lưu huỳnh, hydro sulfide, đường đơn giản và rượu. VKTQH thường có màu hồng đến đỏ tía, sắc tố quang hợp đều chứa bacteriochlorophyll (Bchl) và carotenoid. Nhóm VK này có các kiểu trao đổi chất linh hoạt tùy thuộc vào điều kiện môi trường sống nên chúng phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên [1, 2, 3, 4].
Theo khoá phân loại của Bergey, VKTQH được chia thành 2 nhóm:
- VKTQH lưu huỳnh (PSB): có khả năng tích luỹ giọt lưu huỳnh bên trong tế bào.
- VKTQH không lưu huỳnh (PNSB): không có khả năng tích luỹ giọt lưu huỳnh bên trong tế bào [2].
1.1.2. Sinh thái học vi khuẩn tía quang hợp
Khối lượng lớn (hiện tượng “nở hoa”) của PSB thường được phát hiện trong các hệ sinh thái thủy sinh có sulfide. Đa số các loài trong nhóm này có thể sinh trưởng trên môi trường chứa sulfide và có thể oxy hoá sulfide ở các mức độ khác nhau thành các dạng lưu huỳnh không độc hại như: S0, S4O62- hoặc SO42- [5].
Trong đáy ao nuôi trồng thủy sản ven biển thường có hàm lượng sulfate đáng kể, nhóm vi khuẩn khử sulfate hoạt động tích cực tạo thành sulfide ở tầng đáy, sulfide khuếch tán từ tầng đáy lên trên theo cột nước bởi sự chênh lệch gradient nồng độ. Sulfide kích hoạt sự phát triển của PSB ở vùng có ánh sáng xuyên qua và hàm lượng sulfide tối ưu. Ở các độ sâu khác nhau có thể thu nhận được các loài khác nhau. Nếu sinh khối của VKTQH phát triển mạnh mẽ, sẽ xuất hiện sự “nở hoa” của ao, hồ làm cho ao, hồ có màu đỏ tía hoặc đỏ nâu. Khi sự “nở hoa” trong ao, hồ xảy ra, người ta có thể phân biệt được hình thái tế bào đặc trưng của các chi VKTQH dưới kính hiển vi. Trong các ao, hồ có sự “nở hoa” có thể bắt gặp hỗn hợp các loài hoặc có thể chỉ xuất hiện 1 loài VKTQH [6].
Hiện tượng “nở hoa” của PNSB thường xảy ra ở các môi trường mà nồng độ sulfide thấp (hoặc không có). Chúng thường được tìm thấy trong các các ao hồ tù đọng, các nguồn nước thải, trong các hệ thống xử lý nước thải… Các hồ xử lý nước thải được xem là nơi có các điều kiện phù hợp cho PNSB sinh trưởng. Các PNSB đã được tìm thấy ở trong các hệ thống xử lý nước thải như: Rodobacter (Rba.) capsulatus, (Rba.) sphaeroides, Rhodopseudomonas (Rps.) faecalis, Rhodopseudomonas (Rps.) palustris, Rhodospirillum (Rsp.) photometricum, Blastochloris viridis, Rubrivivax gelatinosus, Rhodocyclustenuis, Rubrivivax gelatinosus… [5, 7, 8, 9].
Tác giả Okubo và cộng sự (2006) đã phát hiện ra nhóm PNSB trong kênh chứa nước thải chăn nuôi tạo nên một tấm thảm có màu đỏ, trong đó xuất hiện các loài như Rba. sphaeroides, Rba. capsulatus và các loài trong chi Rhodopseudomonas, đặc biệt là Rps. palustris [9].
Ngoài ra có thể gặp đại diện của VKTQH trong một số thủy vực có điều kiện khắc nghiệt như: suối nước nóng, suối lưu huỳnh thủy vực kiềm hóa, thủy vực có tính acid, ở vùng biển có độ mặn cao và thậm chí cả ở hồ có băng bao phủ. Quá trình quang hợp của VKTQH có thể diễn ra ở nhiêt độ cao nhất có thể lên tới 57oC và thấp nhất ở 0oC; dải pH có thể thấp đến 3 và cao đến 11; ở độ mặn có thể lên tới giá trị bão hòa của NaCl (~32%) … [5].
1.1.3. Đa dạng của vi khuẩn tía quang hợp
1.1.3.1. Đa dạng về hình thái
VKTQH là các tế bào Gram âm, đơn bào và có các dạng hình cầu, phẩy, xoắn, gậy, cũng có thể gặp chúng ở trạng thái chuỗi trong những điều kiện môi trường đặc biệt. Kích thước của tế bào thường từ 0,3 - 0,6 m. Đa số các loài đều sinh sản bằng cách nhân đôi, một số loài có tế bào dinh dưỡng dạng phân cực thường sinh sản bằng cách nảy chồi (là đặc trưng của chi Rhodopseudomonas và Rhodomicrobium). Khi sinh trưởng trong điều kiện quang hợp, dịch huyền phù tế bào thường có màu tím tía, đỏ, nâu vàng, nâu hoặc xanh [2]. Sự đa dạng về hình thái tế bào của VKTQH là đặc điểm quan trọng được sử dụng để phân loại chúng.
1.1.3.2. Đa dạng về di truyền
VKTQH được chia làm 3 họ, bao gồm (i) họ Chromatiaceae: gồm tất cả các vi khuẩn lưu huỳnh màu tía có khả năng hình thành hạt lưu huỳnh bên trong tế bào,
(ii) họ Ectothiorhodospiraceae: gồm tất cả các vi khuẩn lưu huỳnh màu tía có khả năng hình thành hạt lưu huỳnh bên ngoài tế bào, (iii) họ Rhodospirilaceae: gồm tất cả các vi khuẩn quang hợp không tích lũy hạt lưu huỳnh [2].
a
b
Hình 1.1. Hình ảnh chụp dưới kính hiển vi huỳnh quang của VKTQH
(a) Tế bào của VKTQH Thermochromatium tepidum được phân lập từ suối nước nóng New Mexico. Các hạt lưu huỳnh nội bào khúc xạ ánh sáng (mũi tên); (b) Tế bào của PNSB Rhodobaca bogoriensis được phân lập từ Hồ Bogoria (Kenya) [5]
Phân tích phát sinh loài dựa trên so sánh trình tự gene 16S rRNA, VKTQH được xếp vào 3 phân lớp (i) Alphaproteobacteria: gồm VKTQH không lưu huỳnh (ii) Betaproteobacteria: cũng gồm VKTQH không lưu huỳnh và (iii) Gammaproteobacteria: gồm VKTQH lưu huỳnh (Bảng 1.1 và 1.2) [5].
Hiện nay, 20 chi PNSB đã được công bố (Bảng 1.1). Loài Rhodobacter và Rhodopseudomonas là những loài tiên phong cho các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về quang hợp kỵ khí. Ngoài ra, một số loài khác có một hoặc nhiều đặc điểm trao đổi chất đặc biệt cũng được biết đến. Ví dụ, các loài sống trong môi trường cực trị nóng, lạnh, mặn, kiềm và môi trường axit đã được phân lập (Hình 1.1b). Như trong Bảng 1.1, tất cả PNSB là proteobacteria và cây phát sinh chủng loại cho thấy nhiều loài có quan hệ chặt chẽ với các loài không quang dưỡng [10].