Header Page 1 of 16.

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

Footer Page 1 of 16.


Header Page 2 of 16.

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

Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 60 42 30


Ngô Thị Kim Toán

Footer Page 3 of 16.


Header Page 4 ofLuận
16. văn thạc sĩ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................. 3
1.1. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước hiện nay ở Việt Nam và thế giới ........... 3
1.2. Các phương pháp xử lý ô nhiễm nước thải có chứa hợp chất nitơ, photpho
hiện nay ................................................................................................................... 5
1.2.1. Phương pháp hóa học........................................................................... 5
1.2.1.1.

Xử lý các hợp chất chứa nitơ bằng phương pháp hóa học .............. 5

1.2.1.2.

Xử lý các hợp chất photpho bằng phương pháp hóa học. ............... 6

1.2.2. Phương pháp sinh học.......................................................................... 7
1.3. Các vi sinh vật có khả năng chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ, photpho trong
xử lý ô nhiễm nước thải. .........................................................................................10
1.3.1. Vi sinh vật có khả năng chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ ............... 10
1.3.2. Vi sinh vật có khả năng tích lũy photpho............................................ 12

i

K19 – Sinh học thực nghiệm


Header Page 5 ofLuận
16. văn thạc sĩ

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.

3.1.2. Khả năng chuyển hóa nitơ.................................................................. 38
3.1.2.1.

Khả năng chuyển hóa amoni ....................................................... 38

3.1.2.2.

Khả năng chuyển hóa nitrite ........................................................ 39

3. 2. Nghiên cứu các chủng vi sinh vật có khả năng tích lũy photpho. ...................40

Ngô Thị Kim Toán
Footer Page 5 of 16.

ii

K19 – Sinh học thực nghiệm


Header Page 6 ofLuận
16. văn thạc sĩ

3.2.1. Phân lập chủng vi sinh vật có khả năng tích lũy photpho và có khả
năng hình thành màng sinh học. ..................................................................... 40
3.2.1.1.

Phân lập các chủng vi sinh vật có khả năng tích lũy photpho....... 40

3.2.1.2.


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

Ngô Thị Kim Toán
Footer Page 7 of 16.

iv

K19 – Sinh học thực nghiệm


Header Page 8 ofLuận
16. văn thạc sĩ

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


ADI

Axit adipic

AMM

Acetate mineral medium

ARA

L-arabinose

BOD

Biochemical oxygen demand (Nhu cầu oxy sinh học)

BTNMT

Bộ Tài nguyên Môi trường

CAP

Axit capric

CIT

Trisodium citrate

COD

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


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
nghĩa là dạng sống tồn tại phổ biến trong tự nhiên và khác biệt với dạng tế bào sống
tự do bởi mạng lưới các hợp chất ngoại bào bao quanh và những thay đổi, biệt hóa
trong tế bào để vi sinh vật thích nghi với môi trường sống. Vi sinh vật hình thành
màng sinh học không chỉ giúp chúng tồn tại và chống chịu được với những điều
kiện bất lợi, tận dụng được nguồn dinh dưỡng của môi trường mà còn thông qua
mối quan hệ hợp tác giữa các loài khác để tăng quá trình phân giải các chất độc hại
trong môi trường.
Việc nghiên cứu xử lý ô nhiễm nguồn nước thải nói chung và nước thải có
hàm lượng nitơ, photpho cao bằng việc sử dụng các vi sinh vật tạo màng sinh học là
hướng nghiên cứu mới mang tính bền vững. Tuy nhiên, hiện nay chưa có nhiều
công trình công bố về kết quả phân lập cũng như khả năng chuyển hóa nitơ,
photpho của các các chủng vi sinh vật có khả năng tạo màng sinh học. Chúng tôi
tiến hành thực hiện đề tài :”Nghiên cứu phân lập tuyển chọn các chủng vi sinh
vật ứng dụng xử lý nước thải giàu Nitơ, Photpho” nhằm mục đích góp phần tìm

Ngô Thị Kim Toán
Footer Page 10 of 16.

1

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 NH4+ 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 NH4+ 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-NH3 từ 12 đến 50 mg/l [56].

Ngô Thị Kim Toán
Footer Page 12 of 16.

3

K19 – Sinh học thực nghiệm


Header Page 13 ofLuận
16. văn thạc sĩ

Footer Page 13 of 16.

4

K19 – Sinh học thực nghiệm


Header Page 14 ofLuận
16. văn thạc sĩ

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 NH4OH, 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

thêm HOCl vào phản ứng để tạo ra sản phẩm cuối cùng là nitơ phân tử [56]. Quá
trình này diễn ra phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ, pH, thời gian xử lý và tỷ lệ
HOCl/NH3 [49]. Với tỷ lệ HOCl/NH3 được tính theo mol bằng 1 tại pH trong
khoảng từ 7 đến 8 tất cả NH3 đều chuyển hóa thành NH2Cl. Với tỉ lệ HOCl/NH3
bằng 2 sản phẩm chủ yếu là NHCl2, khi tỉ lệ trên bằng 3 thì sản phẩm xử lý tạo ra
chủ yếu là NCl3 [3].
1.2.1.2. Xử lý các hợp chất photpho bằng phương pháp hóa học.
Photphate là một trong các hợp chất của photpho chiếm tỷ lệ cao trong nước
thải. Quá trình xử lý nước thải có chứa hợp chất photpho bằng phương pháp hóa
học dựa trên nguyên tắc chủ yếu là kết tủa photphate với các ion nhôm, sắt, canxi
tạo ra các muối có độ tan thấp và tách chúng dưới dạng chất rắn [4], [6].
Phương pháp hóa học được sử dụng trước tiên trong xử lý nước thải là sử
dụng kiềm hóa bằng Ca(OH)2. Khi thêm Ca(OH)2 vào nước thải, pH sẽ tăng làm
dịch chuyển cân bằng về PO43-. Tỷ lệ Ca/P nằm trong khoảng 1,33 đến 2,0 và ion
Ca2+ có khả năng loại bỏ photphate do nó tạo với photphate những hợp chất kém
hoà tan. Hydroxy apatit C10(PO4)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 Ca3(PO10)2 vô định hình là dạng
có cấu trúc tinh thể không ổn định và có độ tan thấp [4].

Ngô Thị Kim Toán
Footer Page 15 of 16.

6

K19 – Sinh học thực nghiệm


Header Page 16 ofLuận
16. văn thạc sĩ

Ngô Thị Kim Toán
Footer Page 16 of 16.

7

K19 – Sinh học thực nghiệm


Header Page 17 ofLuận
16. văn thạc sĩ

khử nitơ cao, sự ổn định và tương đối dễ vận hành, quản lý, chi phí đầu tư hợp lý và
quan trọng cho sự phát triển bền vững, bảo vệ môi trường và hệ sinh thái.
Để xử lý nước thải chứa nitơ theo phương pháp sinh học. Các nghiên cứu
dựa trên cơ sở là trong tự nhiên luôn tồn tại các vi sinh vật có khả năng chuyển hóa
hợp chất nitơ. Quá trình chuyển hóa nitơ trong tự nhiên được trình bày ở hình 1.1
[53], [57].
Các quá trình trong chu trình nitơ chuyển đổi nitơ từ dạng này sang dạng
khác đều được tiến hành bởi các nhóm vi sinh vật khác nhau với mục đích lấy năng
lượng hoặc để tích tụ nitơ thành một dạng cần thiết cho sự phát triển của chúng.
Các dạng nitơ hữu cơ từ nguồn động thực vật sau khi chết được các vi khuẩn amoni
hóa chuyển hóa thành dạng NH4+ ; sau đó NH4+ được chuyển hóa thành NO2- nhờ vi
khuẩn nitrite hóa; NO2- sinh ra được nhóm sinh vật nitrate hóa chuyển hóa thành
NO3-; 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]

Ngô Thị Kim Toán
Footer Page 17 of 16.

Jorgensen và Pauli, một số chủng vi sinh vật có khả năng tích lũy photpho cũng có
khả năng khử nitrate [33]. Phương pháp kết hợp sử dụng bùn hoạt tính, các hợp
chất trong các quá trình xử lý thiếu khí (anoxic), xử lý hiếu khí (aerobic), xử lý yếm
khí (anaerobic) kết hợp hoặc riêng biệt trong quá trình khử nitơ và photpho [3].

Ngô Thị Kim Toán
Footer Page 18 of 16.

9

K19 – Sinh học thực nghiệm


Header Page 19 ofLuận
16. văn thạc sĩ

1.3. Các vi sinh vật có khả năng chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ, photpho
trong xử lý ô nhiễm nước thải.
1.3.1. Vi sinh vật có khả năng chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ
Trong nước thải có nhiều thành phần khác nhau, bao gồm các hợp chất hữu
cơ và vô cơ. Trong đó các hợp chất chứa nitơ và photpho chiếm tỷ lệ lớn.
Nitrate hóa là quá trình oxi hóa NH4+ thành NO3-, cung cấp năng lượng cho
vi sinh vật hoạt động. Quá trình oxi hóa này xảy ra cùng với quá trình đồng hóa
CO2. 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 (NH4+) thành nitrite (NO2-) 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

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].

Ngô Thị Kim Toán
Footer Page 19 of 16.

10

K19 – Sinh học thực nghiệm


Header Page 20 ofLuận
16. văn thạc sĩ

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 NH3 và các muối
vô cơ như trong bùn đáy ao, nước cống, nước ngọt, các thủy vực bị ô nhiễm chứa
nhiều hợp chất nitơ nhằm tránh ánh sáng. Nitrobacter không có khả năng di động và
cần phải bám vào bề mặt giá thể như đá, cát, hoặc một giá thể sinh học …
Nitrobacter không thể sống trong môi trường khô. Trong môi trường nước, chúng
có thể tồn tại trong khoảng thời gian ngắn ở các điều kiện bất lợi nhờ vào việc sử
dụng các chất dự trữ bên trong tế bào [31].
Oxy hóa amoni bao gồm hai phản ứng kế tiếp nhau nên tốc độ oxy hóa của
quá trình bị khống chế bởi gian đoạn có tốc độ thấp hơn. Tốc độ phát triển của
Nitrosomonas chậm hơn Nitrobacter do đó nồng độ NO2- thấp hơn trong giai đoạn
ổn định. Vì vậy trong quá trình động học người ta chỉ sử dụng các thông số liên
quan đến vi khuẩn Nitrosomonas để đặc trưng cho quá trình oxy hóa amoni [31].
Quá trình chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ không chỉ diễn ra do các chi vi


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 N2 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 NH4+, NO2-, NO3- còn có một số chi vi
sinh vật khác như Bacillus, Pseudomonas….
NO3- là sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hóa amoni chưa được coi là
bền vững và còn gây độc cho môi trường nên cần phải chuyển hóa về dạng khí N2.
Vi sinh vật thực hiện quá trình chuyển hóa là các vi sinh vật khử nitrate bao gồm
một số vi sinh vật thuộc các chi như Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas,
Thiobacillus [22]. Các vi sinh vật khử nitrate sử dụng oxy hoặc nitrate, nitrite làm
chất oxy hóa để cung cấp năng lượng cho các quá trình sinh hóa.
Quá trình khử nitrate thường được nhận dạng là khử nitrat kị khí, tuy nhiên
diễn biến quá trình sinh hóa không phải là quá trình lên men kị khí mà nó giống quá
trình hô hấp hiếu khí nhưng thay vì sử dụng oxy, vi sinh vật sử dụng nitrate, nitrite.
Để khử nitrate, vi sinh vật cần có chất khử (nitrate là chất oxy hóa), chất khử có thể
là chất hữu cơ hoặc vô cơ như H2, S, Fe2+. Phần lớn vi sinh vật khử nitrate thuộc
loại dị dưỡng, sử dụng nguồn carbon hữu cơ để xây dựng tế bào ngoài phần sử dụng
cho phản ứng khử nitrate. Rất ít vi sinh vật khử nitrate thuộc loại tự dưỡng, ví dụ
Thiobacillus denitrificant sử dụng lưu huỳnh làm chất khử [3], [27].
1.3.2. Vi sinh vật có khả năng tích lũy photpho
Hợp chất photpho trong môi trường nước thải tồn tại trong các dạng:
photpho hữu cơ, muối photphate của các dạng H2PO4-, HPO42-, PO43- tan trong
nước, polyphotphate hay còn gọi là photphate trùng ngưng, muối photphate và

ra:
C2H4O2 + 0,16 NH4+ + 0,2 PO43-+0,96 NO3-

0,16 C5H7NO2+ 1,2 CO2

+ 0,2 (HPO3) + 1,4 OH- + 0,48 N2 + 0,96 H2O
Từ phương trình chuyển hóa trên cho thấy, các chủng vi sinh vật có khả năng
tích lũy photpho cũng có khả năng khử nitrate [36], [58].
Đã có nhiều công trình nghiên cứu, phân lập đối với các chủng vi sinh vật có
khả năng tích lũy photpho và khử nitrate trong việc loại bỏ một số hợp chất chứa
nitơ, photpho trong nước thải. Acinetobacter thường được quan tâm bởi khả năng
tích lũy photpho trong cơ thể, ít được biết đến hơn với vai trò khử nitrate. Một số
chi vừa có khả năng tích lũy photpho vừa có khả năng khử nitrate như:
Acinetobacter, Aeromonas, Pseudomonas, Alcaligenes, nhóm Comamonas –
Pseudomonas, nhóm Flavobacterium – Cytophaga, Moraxella, Xanthomonas,
Paracoccus, Bacillus, Corynebacterium và nhiều chủng vi khuẩn Gram dương
khác nữa. Acinetobacter là một trong những chi vi khuẩn được biết đến với khả
năng tích lũy photpho cao [33], [59], [61]. Bao và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu
khả năng thu nhận photpho của các vi khuẩn khác nhau trong điều kiện hiếu khí và

Ngô Thị Kim Toán
Footer Page 22 of 16.

13

K19 – Sinh học thực nghiệm


Header Page 23 ofLuận
16. văn thạc sĩ


Ngô Thị Kim Toán
Footer Page 23 of 16.

14

K19 – Sinh học thực nghiệm


Header Page 24 ofLuận
16. văn thạc sĩ

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].
Về cơ bản màng sinh học được cấu tạo gồm rất nhiều tế bào của cùng một
loài hay từ các loài vi sinh vật khác, khối lượng tế bào vi sinh vật chiếm từ 2 đến
5% tổng khối lượng biofilm. Trong biofilm ngoài thành phần tế bào thì có tới 97%
là nước, 3 đến 6% còn lại là EPS và ion. Một tế bào vi khuẩn tùy thuộc vào điều
kiện môi trường khác nhau có thể hình thành biofilm ở các dạng khác nhau. Thành
phần polymer ngoại bào rất đa dạng tùy loài vi sinh vật, dạng biofilm và điều kiện
hình thành nhưng về cơ bản đều bao gồm các polysaccharide chiếm khoảng từ 40
đến 95%, từ 1 đến 60% là protein, từ 1 đến 10% là axit nucleic, và từ 1 đến 40%
lipit về khối lượng [19], [25]. Các hợp chất này thay đổi theo không gian và thời
gian tồn tại của màng sinh học. Về cơ bản màng sinh học càng dày và thời gian tồn
tại càng lâu thì có hàm lượng EPS càng nhiều.
Mật độ tế bào tập trung cao nhất ở lớp đỉnh của biofilm và giảm dần theo độ

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

Ngô Thị Kim Toán
Footer Page 25 of 16.

16

K19 – Sinh học thực nghiệm