TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

CHUYÊN ĐỀ LUẬN ÁN TIẾN SĨ

SỰ HIỆN DIỆN VÀ VAI TRÒ CỦA VI KHUẨN TÍCH LŨY
POLYPHOSPHATE TRONG NƯỚC AO NUÔI CÁ TRA VÀ CHẤT
THẢI TRẠI CHĂN NUÔI HEO Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Nghiên cứu sinh thực hiện

LÊ QUANG KHÔI
Khóa: 2011 – 2015

Cần Thơ, 12/2012


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
VIỆN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

CHUYÊN ĐỀ LUẬN ÁN TIẾN SĨ

SỰ HIỆN DIỆN VÀ VAI TRÒ CỦA VI KHUẨN TÍCH LŨY
POLYPHOSPHATE TRONG NƯỚC AO NUÔI CÁ TRA VÀ CHẤT
THẢI TRẠI CHĂN NUÔI HEO Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

Người hướng dẫn khoa học
PGS.TS. CAO NGỌC ĐIỆP

Nghiên cứu sinh thực hiện


1. 2. 1 Mục đích của chuyên đề.........................................................................................20
1. 2. 2 Yêu cầu chuyên đề.................................................................................................20

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................21
2 .1 Phương tiện nghiên cứu....................................................................................21
2. 1. 1 Thiết bị, dụng cụ....................................................................................................21
2. 1. 2 Nguyên vật liệu......................................................................................................22
2. 1. 3 Hóa chất.................................................................................................................22

2 .2 Phương pháp.....................................................................................................25
2 .2 .1 Thời gian và địa điểm tiến hành thí nghiệm............................................................25
2 .2 .2 Phương pháp lấy mẫu.............................................................................................25

i


Chuyên đề nghiên cứu sinh

Chuyên ngành: Vi sinh vật học

2 .2. 3 Phương pháp phân lập vi khuẩn tích lũy Poly-P......................................................25
2 .2. 4 Xác định khả năng hình thành Poly-P nội bào.........................................................26
2. 2. 5 Gram staining.........................................................................................................27
2. 2. 6 Chụp kính hiển vi điện tử (electron microscopy)....................................................27
2 .2. 7 Nhận diện PAOs.....................................................................................................27

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................29
3. 1 Kết quả..............................................................................................................29
3. 1. 1 Phân lập và mô tả PAOs.........................................................................................29
3. 1. 2 Chụp SEM (Scanning electron microscopy)...........................................................31

lysine/proton, (4) kênh vận chuyển thuận nghịch sodium/proton, (5) kênh đồng
vận chuyển proline/sodium, CM: màng tế bào, pro: proline, lys: lysine...............12
Hình 7: Ảnh chụp SEM với kích thước các dòng vi khuẩn phân lập. (a) Bacillus
sp CTT002L, (b) Bacillus megaterium BTT003L và (c) Rhodococcus
pyridinivorans...........................................................................................................31
Hình 8: Ảnh chụp TEM các dòng (a), (b) và (e) Burkholderia vietnamiensis
TVT003L, (c) Bacillus megaterium BTT003L, (d) Stenotrophomonas maltophilia
KGT005L, (f) Acinetobacter radioresistens TGT013L. Các hạt màu đen chỉ hạt
poly-P.........................................................................................................................32
Hình 9: Cây phát sinh loài dạng Maximum Likehood xây dựng trên trình tự 16S
rRNA của 21 dòng vi khuẩn phân lập từ mẫu ao nuôi cá tra................................36
Hình 10: Tỉ lệ các lớp trong các dòng vi khuẩn phân lập từ nước ao nuôi cá tra 38

iii


Chuyên đề nghiên cứu sinh

Chuyên ngành: Vi sinh vật học

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1: Các chất sử dụng và điều kiện ly trích poly-P (Eixler et al., 2005)............7
Bảng 2: Trình tự primer dùng nhận diện 16S rDNA vi khuẩn PAOs (Ivanov et al.,
2005)........................................................................................................................... 22
Bảng 3: Kết quả phân lập các dòng vi khuẩn.........................................................29
Bảng 4: Kết quả kiểm hàm lượng poly-P nội bào...................................................30
Bảng 5: Tỷ lệ phần trăm về đặc điểm hình thái của các dòng vi khuẩn phân lập31
Bảng 6: Kết quả phân lập các dòng vi khuẩn trong nước ao nuôi ca tra..............33
Bảng 7: Hàm lượng poly-P nội bào các dòng vi khuẩn phân lập nước ao nuôi cá
tra............................................................................................................................... 34

Dựa trên trình tự của 16S rRNA, 21 dòng trên 191 dòng phân lập từ nước ao nuôi cá
tra nằm trong bốn lớp Bacilli, Actinobacteria, Beta-proteobacteria, Gammaproteobacteria. Các dòng có quan hệ gần gũi với giống Bacillus chiếm tỉ lệ cao
(52.4%) trong các dòng phân lập, nhưng dòng có khả năng tích lũy poly-P cao là
Burkholderia vietnamiensis TVT003L trong lớp Beta-proteobacteria, Acinetobacter
radioresistens

TGT013L

trong

lớp

Gamma-proteobacteria

và

Arthrobacter

protophomiae VLT002L trong lớp class Actinobacteria. Kết hợp chụp TEM xác định
phosphate tồn trữ trong tế bào dạng hạt polyphosphate.
Từ khóa: Vi khuẩn tích lũy poly-P, polyphosphate, loại bỏ phosphate, ao cá tra,
Bacilli, Actinobacteria.

v


Chuyên đề nghiên cứu sinh

Chuyên ngành: Vi sinh vật học


TGH: ký hiệu dòng vi khuẩn phân lập từ chất thải trại chăn nuôi heo ở tỉnh Tiền Giang
TGT: ký hiệu dòng vi khuẩn phân lập từ nước ao nuôi cá tra ở tỉnh Tiền Giang
TVH: ký hiệu dòng vi khuẩn phân lập từ chất thải trại chăn nuôi heo ở tỉnh Trà Vinh
TVT: ký hiệu dòng vi khuẩn phân lập từ nước ao nuôi cá tra ở tỉnh Trà Vinh
VLH: ký hiệu dòng vi khuẩn phân lập từ chất thải trại chăn nuôi heo ở tỉnh Vĩnh Long
vi


Chuyên đề nghiên cứu sinh

Chuyên ngành: Vi sinh vật học

vii


Chuyên đề nghiên cứu sinh

Chuyên ngành: Vi sinh vật học

CHƯƠNG 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Phú dưỡng hóa (eutrophication) là vấn đề nghiêm trọng về môi trường (Qin 2002). Mặc
dù sự phát triển quá mức của tảo gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa, không chỉ dẫn đến
hậu quả là nước bị ô nhiễm nặng mà còn đưa đến vấn đề là phải xử lý ô nhiễm về môi
trường xung quanh và ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe con người. Nhiều nghiên cứu
tập trung xem xét các yếu tố hóa học và vật lý như ánh sáng (Swale 1964), nhiệt độ của
nước (Robarts và Zohary 1987), thủy động lực học (You et al., 2007), độ đục của nước
và thành phần các chất dinh dưỡng (Painting et al., 2007) gây ra sự phát triển quá mức
của tảo xanh lục (Blue-green algae). Trong các yếu tố trên, thành phần dinh dưỡng được
xem là chỉ tiêu chủ yếu dẫn đến sự phú dưỡng hóa, đặc biệt là phospho (P) được xem là
yếu tố giới hạn cho sự phát triển của tảo và là thành phần chủ yếu gây sự phú dưỡng hóa

cứu sự hiện diện và vai trò của vi khuẩn trong quá trình hấp thu P hòa tan trong nước ở
các ao - hồ, đặc biệt là trong các ao nuôi cá tra công nghiệp và các ao sinh học tiếp
nhận nước thải từ hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi heo (biogaz).
Trong chuyên đề này sẽ tập trung tìm hiểu về quá trình trao đổi chất, cấu trúc quần thể
và sự phân bố về mặt sinh thái của nhóm vi khuẩn tích lũy poly-P trong các hệ thống
xử lý nước thải và trong các ao - hồ trong tự nhiên, nhằm mục đích tổng hợp các thông
tin nghiên cứu trên thế giới và trình bày một cách tổng quan về một số đặc tính sinh
học của nhóm vi khuẩn quan trọng này. Thông qua đó đề ra các phương pháp phân lập
và nhận diện vi khuẩn tích lũy poly-P.
1. 1. Khái quát về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1. 1. 1 P và tác động của chúng đến chất lượng nước
Phospho được xác định như là yếu tố dinh dưỡng thiết yếu cho sự sống. P là thành
phần cấu tạo nên các hợp chất quan trọng của sự sống như: các phân tử di truyền
DNA, RNA; các phân tử cấu trúc như protein, lipid; các phân tử dự trữ năng lượng cho
tế bào như ATP, poly-P…Tuy nhiên, mặc dù P vừa là một yếu tố kiểm soát sự tăng
trưởng và phát triển của sinh vật nhưng chúng cũng là nhân tố chủ yếu gây ra hiện
tượng phú dưỡng hóa. Ở hàm lượng vượt mức cho phép, P kích thích mạnh mẽ khả năng
tăng sinh khối của thủy sinh vật như tảo, tảo lam…Bowman et al., (2007), chỉ ra rằng,
một lượng nhỏ P trong nước 0.1 mg/l và duy trì thời gian dài sẽ gây sự phát triển mạnh
mẽ của tảo. Sự biểu hiện có thể nhận biết rõ của hiện tượng này là sự bùng nổ của tảo, sự
giảm hàm lượng oxy hòa tan kéo theo nước ô nhiễm nặng, cá chết, các thực vật – động vật
thủy sinh dần dần bị tiêu diệt. Trong một vài trường hợp, có sự xuất hiện của tảo độc như
Microsystis. Sự quá dư thừa lượng dinh dưỡng trong nước làm gia tăng sự hoạt động các
vi sinh vật có hại như Pfisteria. Điều này sẽ tác động đến nền kinh tế thông qua ảnh
hưởng của chúng đến nghề nuôi cá thương mại, du lịch sinh thái và có thể ảnh hưởng đến
sức khỏe con người.
2


Chuyên đề nghiên cứu sinh


3


Chuyên đề nghiên cứu sinh

Chuyên ngành: Vi sinh vật học

xử lý. Đây là mối đe dọa lớn đến chất lượng nước mặt cho sinh hoạt và tăng nguy cơ
lây lan bệnh trong nuôi trồng thủy sản.
Để có 100 tấn cá phi lê phải có 300 tấn cá nguyên liệu, tức phải cần 480 tấn thức ăn
thủy sản (tính theo hệ số chuyển hóa thức ăn bình quân 1,6). Như vậy, nếu vùng
ĐBSCL đạt chỉ tiêu 1 triệu tấn cá phi lê xuất khẩu thì phải đưa vào nguồn nước 4,8
triệu tấn thức ăn - tức cùng lúc phải làm sao có đến 26 triệu ha mặt nước để tự xử lý ô
nhiễm do 2,1 triệu tấn chất thải hữu cơ phát sinh.
Đối với các ao nuôi công nghiệp, chất thải trong ao có thể chứa đến 45% Nitrogen và
22% là các chất hữu cơ khác...Nguồn chất thải này lan truyền nhanh ra bên ngoài gây
nguy cơ ô nhiễm còn khiến dịch bệnh thủy sản phát sinh trong môi trường nước.
Đối với chăn nuôi heo
Số liệu thống kê cho thấy hoạt động chăn nuôi có khuynh hướng gia tăng từ năm 1990
đến năm 2002 về số lượng đầu heo và sản lượng thịt heo hơi xuất chuồng.
Hiện nay, do sự gia tăng nhanh về dân số và mức sống, nhu cầu về các sản phẩm chăn
nuôi (thịt, trứng, sữa) sẽ ngày càng gia tăng. Việc tăng nhanh số trại chăn nuôi là điều
tất nhiên, nhất là những trại nuôi có quy mô lớn. Đối với chăn nuôi heo, năm 2001 cả
nước có khoảng 22 triệu con heo, sản xuất 1,5 triệu tấn thịt hơi. Hàng năm tổng đàn
heo cả nước tăng khoảng 1% (Nguyễn Đăng Vang, 2002).
Ô nhiễm môi trường nước do nước thải chăn nuôi có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng
đối với nước mặt. Do đó, các vi khuẩn phân hủy rong tảo cũng phát triển, sử dụng oxy
trong nước và khi chết đi tạo mùi vị khó chịu cho nước. Sự phú dưỡng cũng gắn liền
với sự phát triển của một loài sinh vật có hại mang tên Pfiesteria piscicida có khả năng

động này bị gián đoạn. Nhiều nghiên cứu trong 50 năm qua đã góp phần giải thích
hiện tượng này. Tuy còn vài khía cạnh chưa được làm sáng tỏ, nhưng các nghiên cứu
cũng đã mang lại nhiều sự hiểu biết quan trọng về con đường trao đổi chất và được áp
dụng vào thực tiễn. Về mặt cơ bản, con đường trao đổi chất kỵ khí - hiếu khí và xác
định vi sinh vật có vai trò cho EBPR là rất quan trọng. Về mặt thực tiễn, sự áp dụng
đồng thời 2 quá trình: loại bỏ N và P với nồng độ oxy hòa tan thấp thì rất có ý nghĩa,
sẽ làm giảm đáng kể chi phí xử lý. Phương pháp xử lý bằng sinh học có thể làm giảm
nồng độ P trong nước xuống dưới 0.5 mg/l.
Trải qua nhiều năm nghiên cứu và áp dụng thực tế, các hệ thống xử lý nước thải đã
ứng dụng các đặc tính sinh lý của một vài nhóm vi khuẩn để loại bỏ P hòa tan, các vi
khuẩn này hấp thu lượng lớn phosphate hơn nhu cầu cần thiết cho quá trình trao đổi
chất và tồn trữ dạng poly-P nội bào. Nhóm vi sinh vật này được gọi là vi khuẩn tích
lũy poly-P (poly-P accumulating organisms – PAOs) (Mino et al., 1998) hay còn được
gọi với tên khác là Candidatus accumulibacter hay accumulibacter phosphatis (He et
al., 2011 and McMahon, 2011).

5


Chuyên đề nghiên cứu sinh

Chuyên ngành: Vi sinh vật học

Tóm lược: Bên cạnh sự loại bỏ P hòa tan trong nước bằng con đường hóa học, thì biện
pháp sinh học trở nên phổ biến và ngày càng được ứng dụng bởi vì các đặc tính hữu
dụng của chúng là: dễ ứng dụng, hiệu quả về mặt kinh tế và thân thiện với môi trường
sống. Quá trình tích tụ và hòa tan P bằng con đường sinh học, đặc biệt là thông qua vi
khuẩn, có vai trò quan trọng trong sự điều chỉnh hàm lượng P hòa tan trong nước.
Chúng giải phóng P từ bùn đáy ao vào các tầng nước thông qua quá trình phân rã các
hợp chất hữu cơ hoặc các hợp chất vô cơ chứa P (poly-P), bên cạnh đó, P cũng có thể

nghiên cứu xác định sự diện hiện và ước lượng hàm lượng poly-P nội bào dựa vào số
lượng và kích thước các hạt poly-P thông qua hình ảnh chụp TEM (Boswell et al., 2001;
Eixler et al., 2005).
Trong một số điều kiện đặc biệt như môi trường nghèo dinh dưỡng, vi sinh vật tích lũy
phosphate và đồng hóa thành poly-P như là nguồn năng lượng để duy trì sự sống.
Thường hạt poly-P định vị vùng ngoại vi gần màng tế bào chất và chúng dễ dàng hòa
tan trong môi trường kiềm (Buzoleva et al., 2005). Eixler et al., (2005) sử dụng nhiều
phương pháp khác nhau để ly tích hạt poly-P nội bào của Chlorella vulgaris và
Synechocystic sp. (Bảng 2).
Bảng 1: Các chất sử dụng và điều kiện ly trích poly-P (Eixler et al., 2005)
Số nghiệm
thức
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Nước lạnh
Nước lạnh
Nước nóng
Nước nóng

7

Nhiệt độ ủ
Điều kiện khác
(0C)
20
Lắc siêu sóng 5 phút
20
100
Bể nước nóng
100
ủ trong nồi áp suất
20
20
20
20
20
100
20
20
20


Chuyên đề nghiên cứu sinh

Chuyên ngành: Vi sinh vật học

Kết quả cho thấy rằng NaOH và nước nóng thích hợp để ly tích poly-P mà không ảnh
hưởng đến sự thủy phân poly-P (Hình 3).
- e-SRP: Soluble reactive


Chuyên ngành: Vi sinh vật học

hấp thu acetate của vi khuẩn Accumulibacter bị ức chế bởi thể vận chuyển proton
carbonyl cyanide m-chlorophenylhydrazone (CCCP).
Vài dạng trao đổi chất được nghiên cứu để mô tả sự biến đổi sinh hóa các nguồn carbon
trong quá trình trao đổi chất. Khi nghiên cứu với acetate như là nguồn carbon duy nhất,
quá trình trao đổi chất được trình bày trong hình 4
Quá trình EBPR được biết đến như sự biến đổi theo chu
trình của các chất tích lũy nội bào như poly-P, PHAs và
glycogen. Trong điều kiện kỵ khí, poly-P nội bào bị thủy
phân tạo năng lượng ATP cho quá trình hấp thu các chất
hữu cơ như các axid béo mạch ngắn và thông qua quá
trình đó phosphate phóng thích ra môi trường. VFAs được
chuyển hóa thành PHAs. Ngược lại, dưới điều kiện hiếu
khí, PHAs bị oxy hóa và P được hấp thu vào trong tế bào
trở lại và đồng hóa thành poly-P. Song song với quá trình
này thì glycogen được tái tổng hợp và tế bào sẽ tăng
trưởng và phát triển (Hình 4)
Hình 4: Mô tả các đặc điểm sinh hóa chính trong quá trình EBPR. Sự chuyển đổi
kiểu trao đổi chất xảy ra dưới điều kiện kỵ khí và hiếu khí.
1. 1. 5. 2 Trao đổi chất với nguồn carbon khác
Dạng trao đổi chất trên được nghiên cứu chủ yếu dựa trên các hệ thống bùn hoạt tính
nhân tạo với acetate là nguồn carbon duy nhất. Tuy nhiên, trong hệ thống bùn hoạt tính
trong tự nhiên, bên cạnh acetate thì còn có nhiều hợp chất carbon mạch ngắn khác. Sự
trao đổi chất kết hợp giữa các nguồn carbon khác nhau thì chưa được nghiên cứu
nhiều. Có báo cáo cho rằng, khi thí nghiệm với glucose là nguồn carbon duy nhất thì
quá trình EBPR sẽ thất bại. Tuy nhiên, dạng trao đổi sinh hóa cho quá trình EBPR với
glucose cũng được báo cáo và cho rằng khi bổ sung glucose sẽ có tác dụng hỗ trợ cho
sự ổn định quá trình EBPR. Đầu tiên glucose sẽ được chuyển hóa thành acid lactic bởi

khác. Tỉ lệ VFAs và P khoảng 14 hoặc COD dễ phân hủy và P là 16 trong nước thải
được xem là thành phần lý tưởng cho vi khuẩn tích lũy poly-P hoạt động và nhận được
hàm lượng thấp phosphate hòa tan (Barnard và Abraham, 2006). Bên cạnh đó, một vài
nghiên cứu cho rằng tỉ lệ COD và P cao sẽ mang lại các điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn
tích lũy glycogen, vì vậy dẫn đến quá trình EBPR không hiệu quả (Liu et al., 1997). Để
hạn chế sự phát triển của GAOs, Schuler và Jenkins (2003) đề nghị tỉ lệ COD (acetate)
và P khoảng 10 sẽ hạn chế sự giới hạn về nguồn carbon và P cho quá trình hoạt động
của vi khuẩn và nhận được hàm lượng thấp phosphate hòa tan sau khi xử lý.
Panswad et al., (2007) nghiên cứu tỉ lệ giữa P và COD và đánh giá hàm lượng P nội
bào trong vi khuẩn tích lũy poly-P, cho rằng khi tỉ lệ giữa P và COD tăng từ 0.02, 0.04
và 0.16 thì hàm lượng P trong bùn hoạt tính ở điều kiện hiếu khí tăng từ 0.053 tới
0.084 và 0.205 mg P/mg VSS).
10


Chuyên đề nghiên cứu sinh

Chuyên ngành: Vi sinh vật học

Soejima et al., (2008) nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng acetate trên quá trình xử
lý đồng thời P và N. Ở thời gian đầu của quá trình xử lý hiếu khí, sự bổ sung acetate
(COD) sẽ ngăn cản quá trình hấp thu phosphate bởi PAOs. Tốc độ hấp thu phosphate
có liên quan trực tiếp đến sự hiện diện và hàm lượng carbon ngoại bào. Tốc độ hấp thu
phosphate giảm đột ngột khi hàm lượng COD dao động 0 – 20 mg/l và giải phóng
phosphate ra khỏi tế bào khi hàm lượng COD cao hơn 40 mg/l. Điểm cân bằng giữa
hấp thu và giải phóng phosphate khi hàm lượng COD là 10 mg/l (Hình 6).

Hình 5: Mối tương quan giữa tốc độ hấp thu phosphate và hàm
lượng COD ngoại bào
Trong quá trình đồng xử lý P và N, sự bổ sung nguồn carbon nhằm hạn chế sự hấp thu

các quá trình vận chuyển trong A. johnsonii 210A (van Veen et al., 1994). (1) H+ATPase, (2) kênh vận chuyển MeHPO4/H+, (3) kênh đồng vận chuyển lysine/proton,
(4) kênh vận chuyển thuận nghịch sodium/proton, (5) kênh đồng vận chuyển
proline/sodium, CM: màng tế bào, pro: proline, lys: lysine.
Khi tế bào cần lượng lớn phosphate cho tăng trưởng, sẽ có lượng lớn phosphate phóng
thích ra khỏi tế bào từ sự phân hủy poly-P. Song song đó, lượng lớn ATP nội bào được
tạo ra và làm gia tăng điện thế xuyên màng. Hệ thống đồng vận chuyển ion kim loại và
phosphate (MeHPO4) thông bơm MeHPO4/H+ ra khỏi tế bào, tạo lực dịch chuyển proton
cần thiết cho quá trình vận chuyển H+-ATPase, Na+/H+ và Lys/H+ (Hình 7). pH cao sẽ
làm gia tăng giải phóng phosphate trong điều kiện kỵ khí vì sử dụng lực vận chuyển
proton để tổng hợp ATP ở màng tế bào. Bên cạnh đó, ion Mg 2+ kích thích PAOs hấp thu
12


Chuyên đề nghiên cứu sinh

Chuyên ngành: Vi sinh vật học

lượng lớn phosphate thông qua hệ thống MgHPO4/H+ dưới điều kiện hiếu khí và ức chế
giải phóng phosphate trong điều kiện kỵ khí. Sự tích lũy poly-P xảy ra cùng với sự hấp
thu và tích lũy ion K+ và Mg2+ trong tế bào. Sự phóng thích phosphate cũng xảy ra cùng
với sự phóng thích ion K+ và Mg2+ ra khỏi tế bào (Wu et al., 2006).
Năng lượng cho quá trình hấp thu hoạt chất đã được xem như là yếu tố điều hòa cơ
bản cho quá trình hấp thu nguồn carbon bởi vi khuẩn PAOs và GAOs (Liu et al., 1997;
Smolders et al., 1994). Nghiên cứu cho thấy rằng, trong điều kiện môi trường kiềm, vi
khuẩn cần nhiều năng lượng hơn để hấp thu hoạt chất. Chính vì vậy, sự gia tăng pH sẽ
tạo điều kiện thuận lợi cho PAOs hơn GAOs. Các nghiên cứu cho thấy rằng điều kiện
pH cao ức chế sự phát triển của GAOs hơn là ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất
của PAOs. Liu et al., (1996) nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên quá trình chuyển hóa
acetate cho thấy rằng, khi pH ban đầu trong môi trường khoảng 5 - 6.5 sự hấp thu
acetate và phóng thích phosphate sẽ tăng cùng với sự gia tăng pH theo, khi pH trong

thì glycogen được tái tổng hợp và tế bào sẽ tăng trưởng và phát triển. Vì vậy, quá trình
EBPR được biết đến như sự biến đổi theo chu trình của các chất tích lũy nội bào như
poly-P, PHA và glycogen. Với đặc điểm trao đổi chất này, có thể sử dụng cấy luân
phiên giữa hai môi trường có bổ sung nguồn carbon và không bổ sung nguồn carbon
mà PAOs vẫn có thể phát triển bình thường, để có thể chọn lọc ban đầu trong quá trình
phân lập. Bên cạnh đó, sự hấp thu nguồn carbon, sự phóng thích hoặc tích lũy poly-P
phụ thuộc vào nhiều yếu tố và nồng độ các hoạt chất khác nhau như COD, Mg 2+, K+,
pH. Chính vì vậy, khi tuyển chọn các dòng vi khuẩn tích lũy poly-P để ứng dụng vào
thực tiển, thì các điều kiện này là rất cần thiết để tạo môi trường tuyển chọn phù hợp
với các đặc tính và yếu tố trao đổi chất của PAOs, cũng như phù hợp với thành phần và
tính chất của nước ao nuôi cá tra.
1. 1. 6 Tình hình nghiên cứu cấu trúc quần thể vi khuẩn poly-P trong hệ thống xử
lý nước thải
Trải qua nhiều thập niên ứng dụng quá trình EBPR để xử lý nước thải, mặc dù chúng
thể hiện tính hiệu quả về mặt kinh tế và thân thiện với môi trường, nhưng đôi lúc quá
trình này biểu lộ tính không ổn định và quá trình loại bỏ P khỏi nước thải đôi khi thất
bại (Neethling et al., 2005). Chính vì thế tìm hiểu rõ poly-P được tích lũy bởi nhóm vi
sinh vật nào, chúng tích lũy để làm gì và tích lũy như thế nào có vai trò quan trọng để
cung cấp cơ sở cho thiết kế, vận hành và khắc phục các sự cố không mong muốn xảy
ra trong các hệ thống xử lý nước thải.
Từ nghiên cứu phân lập đầu tiên của Fuhs và Chen (1975) cho rằng các loài vi khuẩn
thuộc giống Acinetobacter được xác định như là PAOs. Vào những năm 1980, nhiều
báo cáo cũng cho rằng sự đa dạng loài trong giống Acinetobacter trong bùn hoạt tính
của các hệ thống xử lý (Stephenson, 1987). Sau đó, Acinetobacter được xem là nhóm
vi khuẩn có vai trò chính trong quá trình EBPR (Auling et al., 1991; Carr et al., 2001;
Ohtake et al., 1985; Tandoi et al., 1998; Bark et al., 1992; Boswell et al., 2001; Sidat et
14


Chuyên đề nghiên cứu sinh

Ivanov et al., (2005) phân tích vi khuẩn loại bỏ phosphate dựa trên khuếch đại và giải
trình tự 16S rRNA bằng cặp mồi 27F và 1492R cho thấy Stenotrophomonas
maltophilia LMG 10989 có khả năng loại bỏ phosphate cao vừa là giảm hàm lượng Fe
với tỉ lệ 0.17 g P/g Fe2+.
15


Chuyên đề nghiên cứu sinh

Chuyên ngành: Vi sinh vật học

Hesselmann et al., (1999) đặt tên nhóm vi sinh vật tích lũy Poly-P là Candidatus
accumulibacter phosphatis hay accumulibacter. Chúng được xem là nhóm có liên quan
trực tiếp đến Rhodocyclus. Các nghiên cứu sau đó cũng chứng tỏ Accumulibacter rất
phổ biến (Oehmen et al., 2007). Trong một số nơi Accumulibacter chiếm khoảng 90%
trong bùn hoạt tính có khả năng loại bỏ phosphate cao. Sau đó, một số nghiên cứu
cũng cho biết, không chỉ có Accumulibacter chứa hạt Poly-P (poly-P) và một vài nhóm
vi khuẩn khác cũng có như Actinobacter (Wong et al., 2005). Tuy nhiên, Actinobacter
không thể hấp thu các axit béo dễ bay hơi (volatile fatty acids - VFAs). Hấp thu VFAs
là đặc tính chính được quan sát trong nhiều tiến trình EBPR. Điều này cho thấy, vai trò
quan trọng của nhiều vi sinh vật khác nhau trong quá trình EBPR.
Nakamura et al. (1991, 1995) phân lập Micrococcus strain NM-1. Chúng tích lũy PolyP trong điều kiện hiếu khí và sử dụng chúng như là năng lượng để hấp thu nguồn
carbon trong điều kiện kỵ khí như glucose và casamino axít, không phải là acetate.
Ubukata và Takii (1994) cũng phân lập dòng vi khuẩn tương tự và chứng minh rằng
các vi khuẩn này chỉ thể hiện sự đồng hóa nguồn carbon (PHAs) và tích lũy poly-P vào
trong tế bào khi có sự luân phiên quá trình kỵ khí –hiếu khí. Tuy nhiên, chúng không
phải là một trong các vi khuẩn nổi trội trong tiến trình EBPR vì chúng không chuyển
hóa acetate tới PHAs dưới điều kiện kỵ khí. Gần đây, việc áp dụng các kỹ thuật sinh học
phân tử như FISH (Fluorescence in situ hydridization) (Wagner et al., 1994 ; Kampfer et
al., 1996 ; Liu, 1995) cho thấy có ít nhất ba nhóm vi khuẩn có vai trò quan trọng trong