Niên luận sinh học khóa 33


ĐỀ TÀI
“Pseudomonas stutzeri khử
đạm trong môi trường nước”
Giáo viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện : Đỗ Minh Liêu
SVTH: Đỗ Minh Liêu 3072411
1
Niên luận sinh học khóa 33

GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC
Xã hội loài người càng phát triển nhu cầu xã hội ngày càng cao đòi hỏi con
người sử dụng nhiều biện pháp khác nhau để tăng năng suất sản lượng sản phẩm.
Với công cụ lao động ngày càng cải tiến cùng nhịp độ phát triển của khoa học kỹ
thuật, những hoạt động nhằm mục đích kinh tế này cũng là nguyên nhân cơ bản
làm ô nhiễm môi trường. Ở Việt Nam cho đến bây giờ người ta có thể nhận định
rằng: nhịp độ phát triển của xã hội cũng là một thước đo về sự ô nhiễm của môi
trường, và vấn đề quản lý càng trở nên càng khó kiểm soát. Chẳng hạn như trong
môi trường nuôi trồng thuỷ sản từ các chất hữu cơ dư thừa như: thức ăn, rác thải,
phân,… tích thụ dưới đáy ao nuôi. Các nghiên cứu của Boyd, 1985, Gross và cộng
sự, 1998 cho thấy cá da trơn chỉ hấp thu được 27 -30% nitrogen, 16 – 30%
photpho và khoảng 25% chất hữu cơ đưa vào từ thức ăn. Ngoài ra, các sản phẩm
thuốc, hóa chất được sử dụng trong quá trình nuôi trồng thủy sản chưa phân hủy
hoàn toàn. Đây là các nguyên nhân gây ra các khí độc như: ammoniac, nitrite,
hydrogen sulfua,… có ảnh hưởng không ít đến con người và các sinh vật khác có
thể bằng con đường trực tiếp hay gián tiếp.
Theo một số tác giả nghiên cứu chất lượng của môi trường nước ở khu vực
Đồng Bằng Sông Cửu Long thì việc quản lý chất lượng môi trường nước là một
khâu vô cùng quan trọng và có ý nghĩa quyết định đến sự thành công trong nuôi

, nhưng các hợp chất này thường có rất ít trong các thủy vực. Do đó,
trong các thủy vực đạm thường là nhân tố giới hạn cho đời sống các sinh vật. Sự
tạo thành các hợp chất hữu cơ trong thủy vực phụ thuộc đáng kể vào hàm lượng
NH
4
+
và NO
3
-
trong thủy vực. Trong các thủy vực hầu như toàn bộ N được liên kết
với các protein trong cơ thể sống. Tuy nhiên các hoạt động của động vật thủy sinh
ammonia (NH
3
) luôn được bài tiết ra hoặc sau khi chúng bị chết đi bị các vi sinh
vật phân hủy giải phóng NH
3
ra môi trường, trả N lại cho thủy vực. Đây chính là
nguồn dinh dưỡng cung cấp trực tiếp sau khi NH
3
bị oxy hóa thành nitrate.
Nói một cách ngắn gọn hơn hơn ở môi trường thủy sản, amoni tồn tại dưới
dạng NH
3
hoặc NH
4
+
tùy thuộc vào môi trường có pH cao thì amoni dễ chuyển
thành NH
3
, có độc tính cao. NH

Ngoài ra, sự hiện diện của nitrite và ion nitrate trong nước uống là mối hiểm
họa tiềm tàng đe dọa sức khỏe cộng đồng.
Trong môi trường nước, nitrogen có thể tồn tại dưới dạng N
2
, hay dưới dạng
hợp chất vô cơ, hữu cơ hòa tan hoặc không hòa tan. Các hợp chất vô cơ hòa tan
quan trọng như là: NH
3
, NH
4
+
, NO
2
-
, NO
3
-
.
Dạng N
2
chủ yếu là khuếch tán ngoài không khí vào hoặc còn có thể được
hình thành trong quá trình của phản ứng Nitrate hóa. Các hợp chất vô cơ dưới
dạng albumine, dưới tác động của vi sinh vật đạm albumine sẽ biến thành đạm
ammonia (NH
4
+
).
NH
3
và muối của nó sẽ biến thành dạng đạm nitrite (NO

3
2 NH
3
+ CO
2
+ H
2
O
NH
3
là loại khí độc đối với cá, khi tạo thành sẽ phản ứng nước sinh ra ion
NH
4
+
cho đến khi cân bằng được thiết lập. Theo Colt và Armstrong (1979) (trích
dẫn bởi Boyd, 1990) tác động độc hại của NH
3
đối với cá khi hàm lượng của nó
trong nước cao, thì cá khó bài tiết NH
3
từ máu ra môi trường ngoài. NH
3
trong máu
và các mô làm tăng pH máu tăng lên dẫn tới các rối loạn những phản ứng xúc tác
enzyme và độ bền vững của màng tế bào, làm thay đổi độ thẩm thấu của màng tế
bào đưa đến cá chết vì không điều khiển được quá trình trao đổi muối giữa cơ thể
SVTH: Đỗ Minh Liêu 3072411
4
vi khuẩn oxy hóa amon
Niên luận sinh học khóa 33

Trong điều kiện không có oxy, nhiều loài vi sinh vật có thể sử dụng nitrate
bằng một dạng oxy hóa khác của nitrogen (thay vì oxy) như một chất hiện diện
trong quá trình hô hấp. Quá trình này được gọi là quá trình phản ứng nitrate hóa,
các hợp chất trung gian trong quá trình chuyển hóa thường là những dạng độc nên
không có lợi cho thủy sinh vật.
Nitrate trong thủy vực là sản phẩm của nitrate hóa nhờ hoạt động của một số
vi khuẩn hóa tự dưỡng như Nitrobacter (nước ngọt) hay Nitrospina,
Nitrosococcus (nước mặn và lợ).
NO
2
-
+
1
/
2
O
2
NO
3
-
+ 24 kcal
Nitrate là một trong những dạng đạm được thực vật hấp thu dễ nhất, không
độc với thủy sinh vật. Hàm lượng thích hợp cho các ao nuôi cá từ 0.1 – 10 mg/1.
Hàm lượng nitrate cao không gây độc cho cá nhưng có thể làm thực vật phù du nở
hoa gây biến đổi chất lượng nước không có lợi cho tôm, cá nuôi.
(Trương Quốc Phú, 2006).
2. Giới thiệu về Pseudomonas stutzeri
Vi khuẩn Pseudomonas stutzeri đầu tiên được phân lập bởi Burri và Stutzer
vào năm 1895 (Burri, Stutzer, 1895) và được xem như Bacillus denitrificans II,
sau đó Van Niel và Allen đặt tên là Pseudomonas stutzeri (Van Niel, Allen, 1952).

2
(Cuypers, Zumft, 1992).
- Một số loài có khả năng biến đổi tự nhiên, là đối tượng thích hợp cho các
nghiên cứu về sự biến đổi gen trong môi trường. P.stutzeri được phân lập từ động
vật, môi trường bệnh viện và các mẫu bệnh ở người (Balows et al 1991).
Ớ Việt Nam ta, các chủng vi khuẩn địa phương khử đạm mạnh, phù hợp với
điều kiện sinh thái địa phương có thể ứng dụng vào xử lý môi trương nước đã
được các nhà khoa học nghiên cứu, đặc biệt gần đây nhất là đề tài phân lập vi
khuẩn Pseudomomas stutzeri có khả năng khử đạm mạnh trong nước thải ao cá tra
SVTH: Đỗ Minh Liêu 3072411
6
Niên luận sinh học khóa 33

ở Đồng Bằng Sông Cửu Long và ứng dụng nó vào xử lý nước thải (Cao Ngọc
Điệp et al., 2009).
3. Mối quan hệ giữa vi khuẩn Pseudomonas stutzeri và Đạm
3.1. Chu trình nitrogen trong bể nuôi cá
Chu trình nitơ luôn diễn ra trong các bể nuôi. Phân cá hoặc các thành phần
hữu cơ (thức ăn thừa) sẽ bị chuyển hóa thành ammonia (NH
3
) hoặc ammonium
(NH
4
+
) rồi thành nitrite (NO
2
-
) hay nitrate (NO
3
-

sung vào bể nuôi từ không khí (khí nitơ) bởi các vi khuẩn cố định nitơ, vi khuẩn
lam; hoặc khi chúng ta thay nước. Các vi khuẩn lam có khả năng quang hợp (như
cây xanh) để sinh trưởng; một vài loại vi khuẩn lam có thể cố định khí nitơ- một
thành phần thực vật không thể trực tiếp sử dụng thành NH
3
, NO
2
-
hoặc NO
3
-
,
những thành phần này có thể được thực vật hấp thụ để sản xuất axit amin và
protein cần thiết.
3.3. Quá trình tạo nitrate (NO
3
-
) trong môi trường nước
3.3.1. Vi khuẩn nitrate hóa
Các vi khuẩn nitrate hóa là các loại vi khuẩn tự dưỡng, thuộc họ
Nitrobacteraceae, lấy năng lượng trực tiếp từ quá trình chuyển hóa hóa học NH
3
thành NO
3
-
hoặc từ NO
2
-
thành NO
3

4
+
; tuy
nhiên khi pH tăng (môi truờng nước bị kiềm hóa), NH
4
+
có xu hướng chuyển hóa
ngược lại thành NH
3
. Trên thị trường có bán các sản phẩm để hạn chế quá trình
kiềm hóa
NH
3
được đồng hóa theo nhiều cách. Một số loài rong nước hoặc tảo có thể
đồng hóa NH
3
và NH
4
+
trực tiếp cho quá trình sinh tổng hợp. Một số ví khuẩn thì
sử dụng một quá trình gọi là sự nitrate hóa (nitrification). Trước hết NH
4
+
được
chuyển hóa thành NO
2
-
bởi Nitrosomonas, sau đó một nhóm vi khuẩn khác (gọi là
nitrobacter) sử dụng men nitrite oxidase để chuyển hóa NO
2

) qua hoạt động của
các vi khuẩn yếm khí như Pseudomonas. Các quá trình chuyển hóa NH
3
đều cần
sự tham gia của oxy nên nếu không có O
2
không quá trình nào ở trên có thể được
thực hiện.
4. Cơ chế khử đạm của pseudomonas stutzeri
Theo kết quả phân tích mẫu nước thu được từ các ao cá cho thấy hàm lượng
đạm và lân tổng số khá cao, tổng chất rắn lơ lửng cao trong khi vi khuẩn colifrom
vẫn còn trong giới hạn cho phép theo qui dịnh số 02/2006 của Bộ Thủy Sản.
SVTH: Đỗ Minh Liêu 3072411
9
Niên luận sinh học khóa 33

Có 15 dòng vi khuẩn được phân lập từ chất thải ao nuôi cá tra dọc theo sông
Tiền và sông Hậu bằng môi trường SW – LB (môi trường nước biển nhân tạo
Luria – Britani) bổ sung với 10 mM NH
4
và NO
3
. 11 dòng xác định là vi khuẩn
Pseudomomas stutzeri dựa trên mức độ tương đồng PCR – 16S rRNA dùng các
primers phổ biến và chuyên dụng. Có 4 dòng là có hiệu quả trong việc làm giảm
các mức N hòa tan (NH
4
, NO
2
and NO

2
↑ + 6H
2
O
Các loài vi khuẩn tham gia là Paracoccus denitrificans, Thiobaccillus
denitrificans, và những loài Pseudomonas, clostrium
Dưới tác dụng của các loài vi sinh vật:
HNO
3
HNO
2
HNO NO
2
N
2
+ H
NH
4
Cl + HNO
2
HCl + H
2
O + N
2
R-NH
2
+ HNO
2
R-OH + H
2

và bùn đáy ao cho canh tác lúa tiết kiệm được từ 33 – 67% chi phí dành cho phân
bón có được bằng cách thay thế một phần chất thải ao nuôi bón cho ruộng lúa.
Theo một số bằng chứng từ dự án: “Xử lý và tái chế nước và chất rắn từ ao
nuôi cá vùng đồng bằng sông Cửu Long để cải thiện đời sống và giảm ô nhiễm
nước” thì vấn đề cải tạo môi trường nước làm giảm nhẹ gánh nặng tác động của
kinh tế lên môi trường, mà điển hình là vi khuẩn Pseudomonas stutzeri có khả
năng làm giảm hàm lượng nitrogen, amoni, … trong nước ở những nuôi cá tra,
basa,… tăng hiệu quả kinh tế, cải thiện cuộc sống cho người dân.
Tuy nhiên ở nước ta vấn đề nghiên cứu này đã và đang được nghiên cứu ứng
dụng vào quy trình nhiều hạn hẹp và chưa được ứng dụng rộng rải.
II. KẾT LUẬN
1.Ý nghĩa
Hiện nay phương pháp xử lý vi sinh đang được đặc biệt chú ý vì có nhiều ưu
điểm xử lý hiệu quả chẳng hạn như: quy trình xử lý đơn giản, chi phí thấp: tiết
kiệm được một lượng phân bón cho cây trồng, chi phí cải tạo… và đặc biệt nhất là
Pseudomonas stutzeri ngoài các yếu tố trên. Nó còn làm giảm hàm lượng đạm và
có thể phân giải các hợp chất khó phân hủy,… cải tạo lại môi trường nước giảm
các ô nhiễm cũng như làm giảm khả năng gây bệnh cho các sinh vật, làm tăng
năng suất sản xuất và giá trị của sản phẩm → tăng giá trị kinh tế cho nhà sản xuất
và cải thiện đời sống giảm nhẹ các tác động có hại đến con người.
2.Tài liệu tham khảo
SVTH: Đỗ Minh Liêu 3072411
11
Niên luận sinh học khóa 33

1.http://www.card.com.vn/news/Projects/023VIE06%5CMS4_Bao%20cao
%206%20thang%20lan%202.pdf
2. http://www.vncold.vn/Web/Content.aspx?distid=1952
3.http://www.sinhhocvietnam.com/vn/modules.php?
name=Your_Account&op=userinfo&username=Dương%20Văn%20Cường

Microbiology, Washington, DC, pp 188- 197
13. Balows A, Hausler WJJ, Herrmann KL, Isenberg HD, Shadomy HJ (1991)
Manual of clinical microbiology. American Society for Microbiology, Washington,
DC.
14. Cao Ngọc Điệp, Ts. Nguyễn Hữu Hiệp, 2002. Thực tập vi sinh vật đại cương,
Trường Đại học Cần Thơ, Viện nghiên cứu và phát triển công nghệ sinh học.
SVTH: Đỗ Minh Liêu 3072411
13