ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Ngô Thị Kim Toán NGHIÊN CỨU PHÂN LẬP TUYỂN CHỌN CÁC CHỦNG VI SINH
VẬT ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU NITƠ, PHOTPHO
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 Lời Cảm ơn
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Nguyễn Quang Huy, ngời
Thầy đã tận tình hớng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong Khoa Sinh học, Trờng
Đại học Khoa học Tự Nhiên, ĐHQGHN đã dành tâm huyết giảng dạy, trang bị kiến thức cho
chúng em trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn, em đã nhận đợc rất nhiều sự giúp đỡ,
hỗ trợ. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô, cán bộ, học viên, sinh viên trong Bộ
môn Sinh lý thực vật và Hóa sinh, Khoa Sinh học; Phòng Enzym học và Phân tích hoạt tính
sinh học, Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Protein và Enzym.
Đề tài thực hiện có sự hỗ trợ kinh phí của đề tài Nghiên cứu phát triển công nghệ màng
sinh học trong xử lý nớc thải giàu nitơ và photpho của Bộ Công thơng
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã luôn ở bên động viên, giúp đỡ
em trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn, giúp em trởng thành hơn khi sắp bớc
đi trên những con đờng mới.
Hà Nội, tháng 12 năm 2012
Học viên
Ngô Thị Kim Toán
2.2.2. Máy móc thiết bị 24
2.3. Phương pháp nghiên cứu 25
Luận văn thạc sĩ
Ngô Thị Kim Toán ii K19 – Sinh học thực nghiệm
2.3.1. Phương pháp phân lập vi khuẩn 25
2.3.2. Phương pháp đánh giá khả năng hình thành biofilm 25
2.3.3. Quan sát cấu trúc biofilm bằng chụp ảnh trên kính hiển vi điện tử quét
(SEM) 26
2.3.4. Ảnh hưởng của các điều kiện môi trường nuôi cấy lên sự hình thành
màng sinh học 26
2.3.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường nuôi cấy 26
2.3.4.2. Ảnh hưởng của pH môi trường nuôi cấy 27
2.3.5. Phương pháp nhuộm Gram. 27
2.3.6. Phương pháp sử dụng kit APi 28
2.3.7. Phương pháp đánh giá khả năng chuyển hóa các hợp chất nitơ 28
2.3.7.1. Phương pháp phân tích nitơ tổng số 28
2.3.7.2. Phương pháp phân tích hàm lượng amoni (NH
4
+
) 29
2.3.7.3. Phương pháp thử khả năng chuyển hóa nitrite 30
2.3.8. Phương pháp đánh giá khả năng tích lũy photpho 31
2.3.8.1. Phương pháp phân tích photpho tổng 32
2.3.8.2. Phương pháp phân tích hàm lượng Ortho photphate (PO
4
3-
) 32
2.3.9. Phương pháp phân loại vi sinh vật dựa trên gen 16S rRNA 33
2.3.10. Phương pháp thống kê sinh học 33
Ngô Thị Kim Toán iv K19 – Sinh học thực nghiệm DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Hàm lượng thành phần nitơ và photpho trong mẫu phân tích. 34
Bảng 3.2. Địa điểm và số lượng các chủng vi sinh vật có khả năng chuyển hóa nitơ 35
Bảng 3.3. Địa điểm và số lượng các chủng vi sinh vật có khả năng tích lũy photpho 41
Bảng 3.4. Một số đặc điểm sinh hoá của các chủng theo kit APi (BioMérieus) 48
Luận văn thạc sĩ
Ngô Thị Kim Toán v K19 – Sinh học thực nghiệm
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Chu trình nitơ trong tự nhiên 8
Hình 1.2. Các giai đoạn chính của quá trình hình thành một biofilm 16
Hình 3.1. Hình ảnh các khuẩn lạc phân lập trên môi trường 35
Hình 3.2. Khả năng hình thành màng sinh học của các chủng trên môi trường
Winogradsky 1 được phân lập từ các mẫu nước thải thu từ bể biogas 36
Hình 3.3. Khả năng hình thành màng sinh học của các chủng trên môi trường
Winogradsky 1 được phân lập từ các mẫu nước thải khu tập trung rác thải 37
Hình 3.4. Khả năng tạo hình thành màng sinh học của các chủng trên môi trường
Winogradsky 2 được phân lập ở bể biogas 37
Hình 3.5. Khả năng chuyển hóa amoni của các chủng nghiên cứu. 38
Hình 3.6. Khả năng chuyển hóa nitrite của các chủng nghiên cứu 39
Hình 3.7. Một số khuẩn lạc phân lập trên môi trường AMM 40
Hình 3.8. Khả năng hình thàng màng sinh học của các chủng vi sinh vật có khả
năng tích lũy photpho 41
Hình 3.9. Khả năng tích lũy photpho của các chủng nghiên cứu trong môi trường
với hàm lượng photpho 6mg/l 42
Hình 3.10. Khả năng tích lũy photpho của các chủng nghiên cứu trong môi trường
HEPES 4-(2-hydroxyethyl)-1- piperazineethanesulfonic
LB Môi trường Luria betani
MAL D-mantose
MAN D-mannitol
MLT Axit malic
MNE D-mannose
NAG N- acetyl- glucosamine
PAC Axit phenyl acetic
PNPG 4-nitrophenyl β D –galactopyranoside
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
SEM Ảnh vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)
TRP L- tryptophan
URE Urea
Luận văn thạc sĩ
Ngô Thị Kim Toán 1 K19 – Sinh học thực nghiệm
MỞ ĐẦU
Hiện nay, ô nhiễm môi trường đang là vấn đề được quan tâm của nhiều quốc
gia trên thế giới trong đó có Việt Nam. Ô nhiễm nguồn nước không chỉ ảnh hưởng
đến đời sống con người mà còn ảnh hưởng đến đa dạng sinh học. Tình trạng ô
nhiễm nước thải trong đó có nguyên nhân từ các hợp chất nitơ và photpho đang có
chiều hướng gia tăng trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của kinh tế,
xã hội. Để làm giảm mức độ ô nhiễm từ nước thải giàu nitơ và photpho, nhiều
phương pháp đã và đang nghiên cứu bằng cách kết hợp các biện pháp vật lý, hóa
học và sinh học. Xử lý nước thải dựa vào phương pháp hóa học, vật lý thường có
hiệu quả cao, nhanh nhưng chi phí lớn, không mang tính bền vững.
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên cơ sở sử dụng các vi
sinh vật là một phương pháp được quan tâm nghiên cứu. Nhiều nhóm vi sinh vật
trong tự nhiên có khả năng chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ và photpho trong
nước thải thành các chất không độc hại với môi trường. Màng sinh học được định
Trường, từ năm 2007 đến năm 2009, ô nhiễm môi trường nước mặt ở tất cả các chỉ
số đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép theo QCVN 08:2008. Các chỉ số COD, BOD
đều vượt quá tiêu chuẩn từ 5 đến 10 lần. Hàm lượng NH
4
+
trong môi trường nước
mặt của sông Nhuệ, sông Đáy và sông Cầu đều vượt quy chuẩn cho phép QCVN
08:2008/BTNMT cho nước mặt phù hợp với việc bảo tồn động thực vật thủy sinh là
là 0,2 mg/l. Năm 2009, hàm lượng NH
4
+
trong nước sông Nhuệ đo tại Cự Đà trên
10 mg/l vượt quá tiêu chuẩn 50 lần, sông Đáy đo tại Cầu Hoàng 3 mg/l vượt quá
tiêu chuẩn 15 lần, sông Cầu đo tại Thái Nguyên trên 22 mg/l vượt quá tiêu chuẩn
110 lần [2].
Theo Mulder, lượng hợp chất nitơ trong chuỗi thức ăn là 15 kg/người/năm,
một phần trong đó được con người tiêu thụ, phần lớn được thải ra ngoài môi trường.
Tính theo đầu người, mỗi người thải ra 4,75 kg nitơ một năm. Lượng nitơ trong
nước thải chiếm 30% lượng nitơ tiêu thụ [41]. Nước thải ở các đô thị chủ yếu ở
dạng nitơ hữu cơ và amoni, trong đó 60% ở dạng hữu cơ và 40% ở trạng thái amoni.
Ở Mỹ, hàm lượng nitơ có trong nước thải phụ thuộc vào số dân và lưu lượng nước
thải hằng ngày. Lượng nitơ thải vào nguồn nước trung bình là 16 g/người/ngày.
Hàm lượng và các loại hợp chất chứa nitơ thay đổi trong từng loại nước thải khác
nhau. Hàm lượng nitơ trong nước thải thường dao động trong khoảng 20 đến 85
mg/l trong đó nitơ ở dạng hợp chất hữu cơ trung bình từ 8 đến 35 mg/l, hàm lượng
N-NH
3
từ 12 đến 50 mg/l [56].
Luận văn thạc sĩ
Ngô Thị Kim Toán 4 K19 – Sinh học thực nghiệm
Luận văn thạc sĩ
Ngô Thị Kim Toán 5 K19 – Sinh học thực nghiệm
1.2. Các phương pháp xử lý ô nhiễm nước thải có chứa hợp chất nitơ, photpho
hiện nay
Hiện nay có nhiều phương pháp xử lý nước thải được áp dụng như phương
pháp cơ học, phương pháp vật lý, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học. Tất
cả các phương pháp xử lý hiện nay đều có những ưu, nhược điểm. Trong thực tế,
quá trình xử lý nước thải cần có sự kết hợp của nhiều phương pháp nhằm nâng cao
hiệu quả và giảm thời gian xử lý. Ví dụ, có thể sử dụng phương pháp cơ học giúp
loại bỏ các chất thải có kích thước lớn ban đầu, sau đó có thể áp dụng các phương
pháp hóa học, sinh học nhằm loại bỏ các chất độc bảo đảm tính bền vững cho môi
trường.
1.2.1. Phương pháp hóa học
Cơ sở của phương pháp hóa học là dựa trên các phản ứng hóa học. Các phản
ứng hóa học được ứng dụng trong xử lý nước thải như phản ứng oxy hóa, phản ứng
trung hòa, phản ứng keo tụ… giữa chất ô nhiễm và các hóa chất bổ sung.
1.2.1.1. Xử lý các hợp chất chứa nitơ bằng phương pháp hóa học
Quá trình xử lý nước thải chứa nitơ dựa trên nguyên tắc hóa học, nước thải
được đưa đến pH trong khoảng từ 10 đến 11 bằng cách thêm vào Ca(OH)
2
để tạo
thành NH
4
OH, khi đó amoni chuyển từ trạng thái lỏng sang khí và sau đó được đưa
ra ngoài không khí qua các tháp làm lạnh [56]. Cheung và cộng sự đã sử dụng
Ca(OH)
2
với nồng độ là 10 g/l, sau thời gian xử lý là 24 giờ và ở nhiệt độ từ 20 đến
23
2
O khi thêm MgCl
2
và
Luận văn thạc sĩ
Ngô Thị Kim Toán 6 K19 – Sinh học thực nghiệm
Na
2
HPO
4
trong quá trình xử lý. Bằng phương pháp này, với tỷ lệ
Mg:NH
4
:PO
4
=1:1:1 và pH trong nước từ 8,5 đến 9, nồng độ amoni trong nước thải
rỉ rác giảm từ 5.600 mg/l xuống chỉ còn 110 mg/l trong 15 phút [38]. Phương pháp
này cũng đã được Yangin và cộng sự áp dụng đối với nước thải sinh hoạt, kết quả đã
loại bỏ được 66% lượng amoni trong nước thải và phương pháp này còn có thể ứng
dụng cho việc loại bỏ hợp chất chứa photpho trong nước thải [66]. Một phương
pháp để xử lý nitơ khác là bổ sung thêm clo vào nước thải trong quá trình xử lý. Khi
cho clo vào nước thải, NH
3
sẽ phản ứng với clo dưới dạng HOCl để tạo ra các sản
phẩm trung gian là NH
2
Cl, NHCl
2
, NCl
. Khi thêm Ca(OH)
2
vào nước thải, pH sẽ tăng làm
dịch chuyển cân bằng về PO
4
3-
. Tỷ lệ Ca/P nằm trong khoảng 1,33 đến 2,0 và ion
Ca
2+
có khả năng loại bỏ photphate do nó tạo với photphate những hợp chất kém
hoà tan. Hydroxy apatit C
10
(PO
4
)
6
(OH)
2
không xuất hiện ngay trong quá trình hình
thành dù nó là thành phần ổn định nhất về mặt nhiệt động và kém hòa tan nhất trong
số các kết tủa của photphate canxi. Photphate canxi Ca
3
(PO
10
)
2
vô định hình là dạng
có cấu trúc tinh thể không ổn định và có độ tan thấp [4].
Luận văn thạc sĩ
Ngô Thị Kim Toán 7 K19 – Sinh học thực nghiệm
kết tủa hoàn toàn photphate. Nếu tỷ lệ Fe
3+
/P tăng, sản phẩm kết tủa tạo thành là
Fe(OH)
3
tăng lên như vậy kết tủa đó không phải là kết tủa của muối photphate. Do
vậy nếu tỷ lệ Fe
3+
/P tăng lên thì hiệu suất của quá trình xử lý không thay đổi[55].
Quá trình xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ, photpho bằng phương pháp hóa
học chủ yếu là thêm một số chất làm đông tụ, keo tụ chất thải thành các muối kết
tủa. Tuy nhiên, việc tách các muối này ra khỏi nước thải phải dùng đến các màng
lọc: màng nano, màng thẩm thấu ngược, màng thẩm điện tích. Các màng lọc thường
có giá thành cao nên việc áp dụng phương pháp hóa học chưa phù hợp với nhu cầu
ứng dụng trong xử lý nước thải hiện nay. Do vậy, cần có phương pháp khác có khả
năng xử lý tốt ô nhiễm mà chi phí phù hợp [4].
1.2.2. Phương pháp sinh học
Trong môi trường nước, hợp chất nitơ tồn tại chủ yếu ở dạng amoni (NH
4
+
),
nitrate (NO
3
-
), ít hơn ở dạng nitrite (NO
2
-
) và trong một số hợp chất hữu cơ khác.
Thành phần được xem là bền đối với trường và không gây hiệu quả xấu cho môi
trường là khí nitơ (N
nhờ vi
khuẩn nitrite hóa; NO
2
-
sinh ra được nhóm sinh vật nitrate hóa chuyển hóa thành
NO
3
-
; cuối cùng nitrate được nhóm sinh vật kỵ khí chuyển thành dạng nitơ phân tử
nhờ quá trình khử nitrate (Hình 1.1) [53], [54], [70].
Hình 1.1. Chu trình nitơ trong tự nhiên [69], [70]
Luận văn thạc sĩ
Ngô Thị Kim Toán 9 K19 – Sinh học thực nghiệm
Xử lý nước thải có chứa các hợp chất photpho bằng phương pháp sinh học
dựa trên khả năng của một số nhóm vi sinh vật tích lũy lượng photpho nhiều hơn
mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu khí. Thông thường hàm lượng photpho
trong vi sinh vật chiếm từ 1,5 đến 2,5% khối lượng tế bào khô, một số loài có khả
năng hấp thu cao hơn, từ 6 đến 8%. Vì các hợp chất chứa photpho tồn tại trong
nước thải dưới ba dạng: photphate đơn (PO
4
3-
), polyphotphate và hợp chất hữu cơ
chứa photphate, hai hợp chất sau chiếm tỉ lệ lớn trong nước thải. Trong quá trình xử
lý vi sinh, lượng photpho hao hụt từ nước thải duy nhất là lượng được vi sinh vật
hấp thu để xây dựng tế bào. Trong quá trình xử lý hiếu khí, một số loài vi sinh vật
có khả năng hấp thu photphate cao hơn mức bình thường trong tế bào và tồn tại ở
dạng dự trữ [3], [14].
Nghiên cứu Van Bethum và cộng sự, cho thấy photpho trong cơ thể vi sinh
2
. Hầu hết các vi sinh vật tự dưỡng hóa năng vô cơ thuộc loại hiếu khí bắt buộc
đều có khả năng thực hiện quá trình này. Nitrate hóa qua 2 giai đoạn:
Đầu tiên là giai đoạn oxi hóa amoni (NH
4
+
) thành nitrite (NO
2
-
) bởi một số
đại diện thuộc nhóm vi khuẩn nitrite hóa: Nitrosomonas, Nitrosocystis,
Nitrosococcus, Nitrosolobus Tất cả chúng khá giống nhau về mặt sinh lý, sinh
hóa, chỉ khác nhau về mặt hình thái học và cấu trúc tế bào. Các đại diện của chi
Nitrosomonas không sinh nội bào tử, tế bào nhỏ bé hình bầu dục. Trên môi trường
lỏng, quá trình phát triển của vi khuẩn thuộc chi Nitrosomonas trải qua một số giai
đoạn và phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường [12], [27].
Giai đoạn 2 của quá trình nitrate hóa oxi hóa nitrite (NO
2
-
) thành nitrate
(NO
3
-
) bởi một số vi khuẩn: Nitrobacter Winogradsky, Nitrospina gracilis,
Nitrococcus mobilis.
NH
4
+
+ 1,5 O
2
2
O + 2 H
+
4 NO
3
-
+ 4 H
+
+ 5 C
hữu cơ
5 CO
2
+ 2 N
2
+ 2 H
2
O
Tế bào đặc trưng của nhóm vi khuẩn Nitrobacter trong dịch nuôi là dạng
hình que tròn, hình hạt đậu, hoặc hình trứng, có thể di động hoặc không di động.
Khi điều kiện không thuận lợi chúng có thể liên kết với nhau thành tập đoàn.
Nitrospina gracilis là những trực khuẩn thẳng, thỉnh thoảng có dạng hình cầu,
không di động, và có đặc trưng là liên kết tạo thành tập đoàn. Nitrococcus mobilis
thì có dạng hình tròn, có tiêm mao [5].
Luận văn thạc sĩ
Ngô Thị Kim Toán 11 K19 – Sinh học thực nghiệm
pH thích hợp cho nhóm vi khuẩn Nitrosomonas là từ 7,8 đến 8, Nitrobacter
là từ 7,3 đến 7,5. Nitrobacter sẽ tăng trưởng chậm hơn ở các mức pH cao đặc trưng
cho các thủy vực nước mặn. Nitrosomonas sống ở những nơi giàu NH
3
+
ban đầu 146,71mg/l giảm xuống 38,29 mg/l
sau 9 ngày nuôi cấy, với tốc độ chuyển hóa là 51,58 mg/l/ngày [68].
Nghiên cứu của Broda cho thấy sự tồn tại của các vi khuẩn gọi là anammox
[15]. Các vi khuẩn này có thể oxy hoá amoni trong điều kiện kị khí (Anaerobic
Amoni Oxidation) hay còn gọi là anammox. Các nhà khoa học Hà Lan và Đức đã
nghiên cứu và phát hiện ra các vi khuẩn này thuộc năm chi gồm Brocadia,
Luận văn thạc sĩ
Ngô Thị Kim Toán 12 K19 – Sinh học thực nghiệm
Kuenenia, Anammoxoglobus, Jettenia và Scalindua, bộ Planctomycetales, ngành
Planctomycetes [42], [52]. Sử dụng kỹ thuật sinh học phân tử cũng như đặc điểm
sinh lý, sinh hóa Schmid cùng cộng sự đã phân loại được vi khuẩn Kuenenia
stuttgartiensis thuộc nhóm vi khuẩn anammox [53]. Ngoài phương pháp xử lý sinh
học kết hợp hai quá trình nitrate hoá và khử nitrate có thể loại bỏ được amoni ra
khỏi nước thải trong thực tế còn tồn tại một số vi khuẩn có khả năng oxy hoá amoni
thành dạng khí N
2
sử dụng nitrite được hình thành từ quá trình xử lý thay thế cho
việc phải sử dụng oxy cấp từ nguồn bên ngoài vào [42], [52].
Trong tự nhiên, ngoài các chi Nitrosomonas, Nitrobacter có khả năng chuyển
hóa hợp chất chứa nitơ có trong nước thải là NH
4
+
, NO
2
-
, NO
3
-
PO
4
-
, HPO
4
2-
, PO
4
3-
tan trong
nước, polyphotphate hay còn gọi là photphate trùng ngưng, muối photphate và
Luận văn thạc sĩ
Ngô Thị Kim Toán 13 K19 – Sinh học thực nghiệm
photpho trong tế bào sinh khối. Tất cả các dạng polyphotphate đều có thể chuyển
hóa về dạng orthophotphate (PO
4
3-
) trong môi trường nước đặc biệt là trong điều
kiện môi trường axit và ở nhiệt độ cao [4], [6].
Nhiều loài vi sinh vật tham gia vào quá trình hấp thu, tích lũy photpho vào
cơ thể của chúng được quy chung về nhóm vi sinh bio-P mà vi khuẩn thuộc chi
Acinetobacter là chủ yếu. [51], [60].
Trong điều kiện hiếu khí (O
2
) vi sinh bio-P tích lũy, tổng hợp photphate
trong cơ thể chúng từ photphate đơn tồn tại trong nước thải theo phương trình phản
ứng:
C
2
là photphate ở dạng trùng ngưng tồn tại trong cơ thể vi sinh vật. Trong
điều kiện thiếu khí (không có oxy, chỉ có mặt nitrat) quá trình tích lũy photpho xảy
ra:
C
2
H
4
O
2
+ 0,16 NH
4
+
+ 0,2 PO
4
3-
+0,96 NO
3
-
0,16 C
5
H
7
NO
2
+ 1,2 CO
2
+ 0,2 (HPO
3
) + 1,4 OH
1.4.1.1. Định nghĩa về màng sinh học
Màng sinh học (biofilm) được định nghĩa là một tập hợp của vi sinh vật liên
kết với nhau thông qua mạng lưới polymer ngoại bào [21].
Màng sinh học có thể hình thành do tập hợp các tế bào của cùng một vi sinh
vật hay các vi sinh vật khác nhau. Trong tự nhiên, màng sinh học thường là sự liên
kết của vi khuẩn, nấm, tảo, xạ khuẩn. Trong màng sinh học các tế bào tập hợp thành
các đơn vị cấu trúc là các vi khuẩn lạc. Thành phần này đóng vai trò quan trọng
trong quá trình hình thành màng sinh học đặc biệt là ở giai đoạn đầu bởi nó quy
định đặc tính hình thành màng cho từng loài vi sinh vật, đảm nhiệm chức năng tiết
các hợp chất ngoại bào cũng như có chứa các yếu tố phụ trợ tế bào như lông roi,
lông nhung hỗ trợ cho việc bám dính của các tế bào khác lên bề mặt giá thể [44].
1.4.1.2. Thành phần và quá trình hình thành màng sinh học
Cấu trúc của màng sinh học trong tự nhiên gồm hai thành phần chính là các
tập hợp tế bào vi sinh vật và mạng lưới các chất ngoại bào (Extracellular Polymeric
Substances - EPS). Các tế bào của một hay nhiều loài vi sinh vật khác nhau, bám
dính trên bề mặt nhất định (có thể là hữu sinh hay vô sinh). Các tế bào liên kết với
nhau một cách có trật tự đảm bảo sự trao đổi thông tin liên tục diễn ra giữa các tế
bào. Có thể nói màng sinh học là dạng sống khá phổ biến của nhiều loài vi sinh vật
[37], [39].
Mạng lưới các chất ngoại bào (EPS) bao quanh các tế bào, tạo nên cấu trúc
đặc trưng cho biofilm. Mạng lưới ngoại bào có độ dày từ 0,2 đến 1 µm. Ở một vài
Luận văn thạc sĩ
Ngô Thị Kim Toán 15 K19 – Sinh học thực nghiệm
loài vi khuẩn độ dày của lớp EPS mỏng hơn nằm trong khoảng từ 10 đến 30 nm
[19]. Mạng lưới các chất ngoại bào có vai trò quy định sự sắp xếp tế bào đồng thời
tạo nên những kênh dẫn truyền nước bên trong biofilm nhờ đó mà các chất dinh
dưỡng cũng như nước có thể lưu thông trong biofilm tạo điều kiện cho việc khuếch
tán, phân phối chất dinh dưỡng đến khắp các tế bào vi sinh vật trong biofilm cũng
như loại bỏ đi những chất thải không cần thiết [35].
sinh vật tạo điều kiện cho việc khuếch tán, phân phối chất dinh dưỡng đến khắp các
tế bào trong màng cũng như loại bỏ các chất thải. Sự hình thành biofilm là quá trình
phát triển mà trong đó vi khuẩn trải qua những thay đổi trong cách thức tồn tại để
chuyển từ dạng sống đơn bào, riêng rẽ sang dạng tập hợp nhiều tế bào, cố định một
chỗ và có sự sinh trưởng cũng như biệt hóa tế bào khác với dạng sống trôi nổi. Có
năm giai đoạn chính trong quá trình hình thành và phát triển của một biofilm (Hình
1.2) [40].
Hình 1.1. Các giai đoạn chính của quá trình hình thành một biofilm [40]
1. Giai đoạn gắn kết, 2. Hình thành lớp tế bào, 3. Hình thành mạng lưới ngoại bào,
4. Hình thành màng sinh học hoàn chỉnh, 5. Quá trình tách rời
Giai đoạn 1: Gắn kết thuận nghịch lên giá thể
Trong một số điều kiện nhất định và tùy thuộc đặc tính lý hóa, các vi khuẩn
có thể di chuyển hướng đến bề mặt bởi hóa ứng động và hình thành mối tương tác
tạm thời với bề mặt thông qua các lực tương tác yếu như lực Van der Waals, lực hút
Copyright: Tài liệu đại học ©