intTypePromotion=1

Báo cáo nghiên cứu khoa học: " ẢNH HƯỞNG CỦA BỔ SUNG DẦU THỰC VẬT LÊN SỰ ĐA DẠNG QUẦN THỂ VI SINH VẬT TRONG BỂ LỌC SINH HỌC"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

0
128
lượt xem
23
download

Báo cáo nghiên cứu khoa học: " ẢNH HƯỞNG CỦA BỔ SUNG DẦU THỰC VẬT LÊN SỰ ĐA DẠNG QUẦN THỂ VI SINH VẬT TRONG BỂ LỌC SINH HỌC"

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tuyển tập các báo cáo nghiên cứu khoa học của trường đại học cần thơ trên tạp chí nghiên cứu khoa học đề tài: ẢNH HƯỞNG CỦA BỔ SUNG DẦU THỰC VẬT LÊN SỰ ĐA DẠNG QUẦN THỂ VI SINH VẬT TRONG BỂ LỌC SINH HỌC...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: " ẢNH HƯỞNG CỦA BỔ SUNG DẦU THỰC VẬT LÊN SỰ ĐA DẠNG QUẦN THỂ VI SINH VẬT TRONG BỂ LỌC SINH HỌC"

  1. Tạ p chí Khoa họ c 2008 (1): 33-43 Tr ường Đạ i họ c Cần Th ơ ẢNH HƯỞ NG C ỦA BỔ SUNG DẦ U THỰC VẬ T LÊN SỰ ĐA DẠNG QUẦ N THỂ VI SINH VẬ T TRONG B Ể LỌC SINH HỌC Ph ạm Th ị Tuyết Ngân1 , Tô Công Tâm1 và Trương Quố c Phú1 ABS TRACT The aim of this study was to investigate the effects of vegetable oil on the nitrification and denitrification processes in aquaria system. The experiments were designed in freshwater and seawater systems. Each system had two treatments including the control and bio-filter module connected with a membrane tube as a bioreactor. Water parameters such as pH, DO, NO2 a nd NO3 were monitored continuously in the aquaria (70 L). Nitrification and denitrification processes were observed after adding ABIL (ammonia binding inoculum liquid) and vegetable oil into the bio-filter module. The results showed that in the module treatment in freshwater system, pH slightly decreased at the end of experiment. DO was always lower in the module treatment. Nitrate removal rate was faster in the module treatment than in the control from date 9 onwards. Nitrification process took place faster in the third pulse than in the first and the second pulse. The microbial community in the module treatment was more diverse than that of the control. Similarly, in seawater system pH also decreased at the end of experiment. DO in the module treatment was lower than in the control. Nitrate removal rate in the module treatment was faster than in the control. However, the diversity of microbial community was similar in both treatments. K eyword: nitrification, denitrification, recirculatating system, aquaria Title: Effects of vegetable oil supplementation on the diversity of bacteria in bio-filter system TÓM TẮT Mụ c đ ích củ a nghiên cứu này nh ằm tìm hiểu ảnh h ưởng củ a d ầu th ực vậ t lên quá trình nitrate hóa và ph ản nitrate hóa trong h ệ thố ng lọ c tuầ n hoàn. Thí nghiệm đ ược b ố trí trong h ệ thố ng n ước ng ọ t và m ặn. Mỗ i h ệ th ống có 2 nghiệm th ức, nghiệm th ức đ ố i ch ứng và nghiệm th ức có bổ sung lọ c sinh họ c lắ p ghép (module). Các thông số m ôi trường n ước nh ư p H, DO, NO2 và NO3 trong b ể kính (70 L) đ ược theo dõi liên tụ c. Quá trình nitrate hóa và ph ản nitrate hóa đ ược theo dõi sau khi bổ sung ABIL và dầ u th ực vậ t vào bể có lọ c sinh họ c module. Kết quả cho th ấy trong h ệ th ống n ước ng ọ t có gắ n lọ c sinh h ọ c, pH giảm nh ẹ vào cu ố i thí nghiệm. DO ở nghiệm th ức có g ắ n lọ c sinh h ọ c luôn thấ p h ơn đố i ch ứng. Tố c đ ộ lo ạ i b ỏ NO3 ở n ghiệm th ức module diễn ra nhanh h ơn nghiệm th ức đ ố i ch ứng sau ngày th ư 9 . S ự n itrate hóa xả y ra nhanh h ơn ở chu kỳ th ứ b a so với chu kỳ th ứ n hấ t và th ứ hai. Quầ n th ể vi khu ẩn trong nghiệm th ức module đ a dạ ng h ơn đ ố i ch ứng. Trong khi đ ó kết qu ả trong h ệ thố ng lọ c sinh họ c n ước lợ cho thấ y, pH cũng giảm vào cu ố i thí nghiệm. DO ở nghiệm th ức module luôn th ấp hơn đ ố i ch ứng. Tốc độ loạ i bỏ n itrate ở n ghiệm th ức module nhanh h ơn đố i ch ứng và sự đa d ạng quầ n th ể vi sinh trong 2 nghiệm th ức tương đ ương nhau. Từ khoá: nitrate hóa, ph ản nitrate hóa, h ệ th ống tu ần hoàn, bể kính, dầu th ực vật 1 GIỚ I THIỆU + T ổng hàm lượng đạm amôn (TAN, bao gồm NH3 và NH4 ) là thông số chất lượng nước quan trọng trong sản xuất giống và nuôi thủy sản. Ammonia (NH3) được hình thành trong suốt quá trình trao đổi protein của cá. Cá tiết ra ammonia qua mang; trong nước ngọt, ion + ammonium (NH4 ) có thể cũng được trao đổi qua mang. Ammonia và ammonium được thải ra t ừ mang chiế m khoảng 60-90% t ổng lượng đ ạm do cá tiết ra (Forster và Goldstein, 1 B ộ môn Thủy sinh học ứng dụng, Khoa Thủy sản, Đại học C ần Thơ. 33
  2. Tạ p chí Khoa họ c 2008 (1): 33-43 Tr ường Đạ i họ c Cần Th ơ 1969; Rychly, 1980). Urea cũng được thải ra từ mang và chiếm khoảng 9-27% t ổng đạm hòa tan. M ột nguồn khác củ a ammonia trong b ể nuôi cá cảnh và trong h ệ t hống nuôi thủy sản sinh ra t ừ các ho ạt động của vi khuẩn phân huỷ t hứ c ăn dư t hừ a và chất thải. Vật chất hữ u cơ chỉ chiếm kho ảng 3,4-4,2% t ổng đ ạm trong h ệ t hống nuôi (Clark et al., 1985). Khí ammonia độc h ơn ion ammonium, hàm lượng thấp khoảng 0,1 mg/L đã gây bất lợi cho cá (Van Rijn et al., 1990) và trong thự c t ế t hấy cá có dấu hi ệu bị nhiễ m b ệnh ở mứ c NH3-N cao hơn 50µ g N/L (Frances et al., 2000). Đối với ấu trùng, thậm chí yêu cầu còn nghiêm ngặt hơn. Sự loại bỏ ammonia (NH3) có vai trò vô cùng quan trọng trong việc cải thiện chất lượng nước trong hệ t hống ư ơng nuôi ấu trùng và góp phần làm t ăng năng suất trong sản xuất. Trong nuôi trồng thủy sản, biện pháp thay nước thường được áp dụng để giảm hàm lượng ammonia. Tuy nhiên, biện pháp này cũng có nhữ ng mặt hạn chế như : chi phí sản xuất cao, m ầm b ệnh có nhi ều c ơ hội xâm nhập vào h ệ t hống sản xu ất... Trong nhữ ng nă m gần đây, hệ t hống lọ c sinh họ c tuần hoàn thường được ứ ng dụng rộng rãi đ ể lo ại bỏ ammonia dự a trên cơ sở của quá trình nitrate hóa. Nitrate hóa là một quá trình mà ammonia được - oxy hóa thành nitrate (NO3 ) qua 2 giai đoạn được thự c hiện b ởi 2 nhóm vi khu ẩn khác nhau. Ở giai đo ạn thứ nhất, vi khuẩn Nitrosomonas oxy hóa ammonium thành nitrite (NO2-), nitrite cuối cùng chuy ển thành nitrate nhờ hoạt động của vi khuẩn Nitrobacter (Focht và Vertraete, 1977). Theo Grommen el al., (2002), có thể cấy vi khu ẩn nitrate hóa vào bể để rút ngắn thời gian kh ởi động bể lọc sinh học. Trong hệ t hống lọc sinh học tuần hoàn, hàm lượng nitrate hình thành trong quá trình nitrate hóa có khuynh hướng t ăng dần trong hệ t hống. M ặc dù nitrate không độc như ng nếu hàm lượng quá cao sẽ ảnh hưởng xấu đối với thủy sinh vật, một số nghiên cứ u cho rằng hàm lượng nitrate cao hơn 20 mg/L có thể ảnh hưởng đến hệ m iễn dịch và khả năng sinh sản của thủy sinh vật. Vì vậy, nghiên cứ u biện pháp loại bỏ nitrate trong hệ t hống lọc sinh học là hướng nghiên cứ u được nhiều nhà khoa học quan tâm. Hiện nay có 2 hướng nghiên cứ u chính là sử dụng thự c vật để hấp thu nitrate và ứ ng dụng quá trình phản nitrate hóa để khử nitrate. Trong thí nghiệ m trước đây của Schrijver (2005) nhận thấy rằng khi thêm dầu thự c vật vào môi trường nước có bổ sung ABIL (ammonia binding inoculum liquid) thì t ốc độ giả m nitrate đạt rất nhanh, ở chu kỳ đầu sau 4 ngày hàm lượng nitrate giả m = 0 (hàm lượng nitrate ban đầu 60 mg/L), ở chu kỳ 2 và 3 chỉ sau một ngày hàm lượng nitrate giảm = 0. Trong khi hàm lượng nitrate vẫn giữ nguyên không đổi ở nghiệm thứ c đối chứ ng (không thêm dầu thự c vật). Từ t hí nghiệm trên cho thấy dầu thự c vật đóng vai trò như nguồn dinh dưỡng carbon, cung c ấp thứ c ăn cho vi khuẩn hoạt động. Vấn đề đặt ra ở đây, nếu sử dụng dầu thự c vật trong hệ t hống lọc tuần hoàn thì kết quả sẽ như t hế nào? Vì vậy, nghiên cứ u này được thự c hiện với mục đích tìm hi ểu ảnh hưởng của dầu thự c vật lên quá trình nitrate hóa và phản nitrate hóa trong hệ t hống tuần hoàn nước ngọt và mặn có bổ sung lọc sinh học lắp ghép (module). M ặt khác mật độ và sự đa dạng của quần thể vi khuẩn cũng được xác định dự a theo phương pháp điện di biến tính theo trọng lượng (DGGE). 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠ NG PHÁP Quá trình nitrate hóa đã được kiểm tra trong 2 hệ t hống: nước ngọt và nước mặn với thể t ích mỗi bể 70 L. M ỗi hệ t hống có 2 bể kính (một bể đối chứ ng, một bể có gắn lọ c sinh học lắp ghép (module). Thí nghiệ m có t ổng cộng 4 b ể. Hệ t hống nước ngọt được chuẩn bị với 70% nước máy và 30% nướ c c ất (có độ t inh khi ết cao). Hệ t hống nước mặn, được chuẩn bị có độ mặn t ừ 32-35ppt bằng muối nhân t ạo (Instant Ocean, Aquarium Systems, Pháp) pha với nướ c c ất. Độ mặn được kiểm tra bằng máy đo pH (ATAGO S-10E, Nhật). Lọc sinh học module là một hệ t hống lọc bao gồm một bộ lọc hình trụ bên trong cấu t ạo 34
  3. Tạ p chí Khoa họ c 2008 (1): 33-43 Tr ường Đạ i họ c Cần Th ơ bằng sợ i m ịn, nối v ới một máy bơm và ống than hoạt tính. Khi bố t rí thí nghi ệm d ầu và vi khuẩn được cấy vào đây, các phản ứ ng sẽ xảy ra ở đây, vi khuẩn sẽ chuy ển hóa nitrate t hành N2. M ỗi bể được gắn sục khí nhằm cung cấp oxy cho quá trình nitrate hóa. Mỗi hệ t hống (nước ngọt và nước mặn) đều có một nghi ệm thứ c đối chứ ng, nghi ệm thứ c đối chứ ng chỉ cung c ấp sục khí cho quá trình nitrate hóa, còn trong nghi ệm thứ c có module vừ a có sục khí cho quá trình nitrate hóa vừ a có lọc cho quá trình phản nitrate hóa. Sử dụng t ăng nhiệt để duy trì nhiệt độ nước 25°C (100 W). + M uối Ammonium chloride (NH4Cl) được thêm vào t ừ ng bể v ới nồng độ N-NH4 là 10 mg/L, khi ammonium được chuy ển hóa hết sang nitrate, liều NH4Cl tương t ự sẽ được thêm vào (ngày thứ 9, 17 và 22 trong hệ t hống nước ngọt và vào ngày 8, ngày 15 trong hệ t hống nước mặn). Lượng ABIL đã được thêm vào 100mL/70L ở n gày thứ nhất, một liều mới được thêm vào ở n gày 17 và ngày 22 đối với hệ t hống nước ngọt; ngày 9 và ngày 14 trong hệ t hống nước m ặn. Trong nghiệ m thứ c có lắp module được cung cấp thêm 7 mL/L ABIL và 0,7 mL dầu/L (Arachide, B ỉ) ở lúc bắt đầu thí nghi ệm và li ều thứ hai được thêm vào ngày 22 đối với hệ t hống nước ngọt và ngày 14 cho hệ t hống nước m ặn. M àng lọc sinh học lắp ghép được nối với hệ t hống GAC (Granular Active Carbon, than hoạt tính). ABIL và dầu đ ã được thêm vào ở n ghiệm thứ c đối chứ ng v ới lượng b ằng thêm vào nghi ệm thứ c module. Hàm lượng pH, TAN, DO, COD, nitrite, nitrate và t ốc độ t hay nước được đo mỗi ngày. 2.1 Phươ ng pháp phân tích chất l ượ ng nướ c Hàm lượng oxygen hòa tan (DO) được đo mỗi ngày bằng máy đo điện cự c oxy (Endress + Hauser, Bỉ) và pH được đo bằng máy đo pH (C 532, Bỉ). COD được phân tích dự a vào sự oxy hóa trong acid theo phương pháp của Greenberg et al. 1992. Trong hệ t hống nước ngọt, lấy 2,5 ml m ẫu nước hòa tan vớ i 7,5 ml nướ c cất. Hỗn hợp được lọc qua lướ i lọc 0,2 µm trước khi xác đ ịnh hàm lượng nitrite và nitrate bằng máy quang phổ (IC, 761 compact, M ethanol). TAN được xác định bằng máy quang phổ t heo phương pháp của Greenbeg et al., 1992. T ốc độ t hay nước đã được tính dự a vào thể t ích nước chảy vào bể t rong một đơn vị t hời gian (30 giây). 2.2 Phươ ng pháp cấy vi khuẩn M ỗi 3 ngày một lần, mẫu nước được thu vào ống nghiệm, sau đó pha loãng và cấy trên môi trường marine agar, M A (đối với vi khu ẩn nước m ặn) và môi trường TSA (đối v ới vi khuẩn nước ngọt). Thời gian ấp 48 giờ, nhiệt độ 28°C. T ổng số vi khu ẩn được bi ểu thị bằng đ ơn vị Log CFU/mL. 2.3 Phân tích DGGE M ẫu nước có chứ a vi khu ẩn được lọc qua lưới 0,2µm, l ấy phần lắng có chứ a vi khuẩn được dùng để p hân tích DGGE nhằm xác định quần thể vi sinh trong bể. Các bước thự c hiện bao gồ m ly trích ADN, sau đó chạy PCR, nếu có k ết quả t ốt sẽ t iếp t ục phân tích DGGE. Chi tiết thự c hiện như sau: 2.3.1 Ly trích ADN và PCR Phương pháp ly trích ADN dự a theo Boon et al., 2002. Dùng gel agarose 1,2% để kiểm tra sự hiện diện của phân tử ADN. Sự khuếch đại phân đoạn 465bp của gene 16S rRNA của vi khuẩn proteobacteria đ ã được thự c hiện b ằng mồi CTO trong giai đoạn chạy PCR thứ nhất (Kowalchuk et al., 2001). Sự khuy ếch đại của phân đoạn 650bp của gen 16S rARN từ vi khuẩn Nitrobacterial spp đã được thự c hiện bằng một mồi đặc biệt kết hợp 35
  4. Tạ p chí Khoa họ c 2008 (1): 33-43 Tr ường Đạ i họ c Cần Th ơ với mồi P338F (Reagan et al., 2002). M ẫu ADN sau đó được pha loãng ra 10 lần trước khi chạy PCR. 2.3.2 DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) (Boon et al., 2002) DGGE là kỹ t huật mới nghiên cứ u về sự đa d ạng củ a quần thể vi sinh. Phương pháp phân tích có nguồn gốc t ừ t rong y học được M uyzer et al., (1993) áp dụng vào lĩnh vự c vi sinh. Theo phương pháp của M uyzer et al., (1993), phân tích DGGE dự a vào sự khuếch đại PCR của phân đoạn 16S rARN của mẫu vi sinh đã được ly trích ADN hoặc là nhữ ng dòng vi khuẩn phân lập, ADN đã được làm bi ến tính thành 2 chuỗ i ADN bằng nhiệt độ, urê hoặc formaldehyde. Sự t hay đổi đi ện di của nhữ ng phân đoạn ADN khác nhau di chuy ển trong gel polyacrylamide 8% trong 1xTAE (20mM Tris, 10mM acetate, 0,5 mM EDTA pH 7,4), bằng cách sử dụng hệ t hống gene Bio-rad D (Bio-Rad, Hercules, Mỹ ). M ẫu sau khi chạy PCR sẽ được cho vào polyacrylamide được làm t ừ dung dịch biến tính biến động t ừ 45-60%. Chạy điện di được thự c hiện trong 16 giờ ở 60°C và dòng điện 38V. Sau khi chạy điện di, gel được nhuộm trong 20 phút bằng thuốc nhuộm nucleic acid SYBR Green I (1:10000, FM C BioProducts, Mỹ ). M ẫu sau khi nhuộm lập tứ c được cho vào hệ t hống có chụp hình qua tia t ử ngoại UV và nố i với máy ảnh (Vibert Lourmat, Pháp). 3 KẾT QUẢ 3.1 Hệ thống l ọc sinh học nướ c ngọt Hình 1, 2 & 3 trình bày biến động pH, DO và COD trong suốt quá trình thí nghiệm. pH gi ảm nhẹ vào cuối quá trình thí nghi ệm. Hàm lượng DO ở nghiệm thứ c có module luôn thấp hơn ở nghiệ m thứ c đối chứ ng. Có thể do hoạt động của vi khuẩn ở nghiệm thứ c có module nhi ều hơn nghiệm thứ c đối chứ ng. Cuối cùng, COD cao nhất ở n ghiệm thứ c module khi có thêm dầu mới vào, đi ều này chứ ng t ỏ rằng dầu ho ặc các sản phẩm phân hủy hòa tan vào trong bể. Hình 4 & 5 cho thấy hàm lượng TAN, nitrite, nitrate trong nghiệ m thứ c đối chứ ng và nghi ệm thứ c module có khuynh hướng giống nhau vào lúc bắt đầu thí nghiệ m, như ng t ừ ngày 9 trở đi, t ốc độ chuy ển hóa nitrate ở nghiệm thứ c module nhanh hơn nghiệm thứ c đối chứ ng. Hầu như không có nitrite ở n ghi ệm thứ c đối chứ ng, trong khi đó ở n ghiệm thứ c module một lượng nhỏ đã được hình thành, có lẽ do t ốc độ nước chảy qua hệ t hống t ương đối cao. Sự nitrite hóa xảy ra nhanh hơn ở chu kỳ t hứ ba so với chu kỳ t hứ nhất và thứ hai. Cuối cùng, ammonia không hoàn toàn được chuy ển hóa trong nghiệ m thứ c đối chứ ng vào cuố i thí nghiệm và có khuynh hướng t ập trung vào cuối thí nghiệ m. m g /L pH Đối chứ ng Module 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Ngày Hình 1: Biến đ ộng pH trong quá trình thí nghiệm 36
  5. Tạ p chí Khoa họ c 2008 (1): 33-43 Tr ường Đạ i họ c Cần Th ơ DO Đối chứng Module m g/L 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Ngày Hình 2: Biến đ ộng DO trong quá trình thí nghiệm Đối ch ứng COD m g /L Module 100 80 60 40 20 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Ngày Hình 3: Biến đ ộng COD trong quá trình thí nghiệm (mũ i tên chỉ NH4 Cl và d ầu mới đ ượ c thêm vào) mg/L 35 30 NH4+-N ĐC NH4+-N module 25 NO2--N ĐC 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Ngày Hình 4: Biến đ ộng hàm lượ ng ammonia và nitrite trong quá trình thí nghiệm 37
  6. Tạ p chí Khoa họ c 2008 (1): 33-43 Tr ường Đạ i họ c Cần Th ơ mg/L 30 NO3--N ĐC 25 NO3--N module 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 Ngày Hình 5: Biến đ ộng hàm lượ ng nitrate trong quá trình thí nghiệm T ốc độ nước chảy giảm theo thời gian trong cả hai hệ t hống thí nghiệm nước ngọt và nước mặn do bị vật chất lơ lử ng và mảng bám bám vào. T ốc độ nước ch ảy được điều chỉnh vào ngày 8 trong hệ t hống nước mặn để đ ạt Q = 2L/h. T ổng vi khuẩn Đối chứng Module 5 Log CFU/mL 4 3 2 1 0 17 21 24 27 30 Ngày Hình 6: T ổng vi khu ẩn trên môi trườ ng TSA sau 48 giờ Hình dạng khuẩn lạc (Hình 13) ở n ghiệm thứ c đối chứ ng và nghi ệm thứ c module khác nhau. Kích thước khuẩn lạc ở nghi ệm thứ c đối chứ ng luôn lớn hơn ở n ghiệ m thứ c module, như ng quần thể vi khu ẩn ở n ghiệ m thứ c module đa dạng h ơn. Điều này cho thấy nhữ ng loài vi khuẩn khác nhau đã chiế m ư u thế ở hai môi trường nước khác nhau. 3.2 Hệ thống l ọc sinh học nướ c mặn p H ổ n đ ị nh t ừ l úc b ắ t đ ầ u t hí nghi ệ m và có khuy nh h ư ớ ng gi ả m vào cu ố i t hí ngh i ệ m. D O luôn cao h ơ n ở n gh i ệ m t h ứ c đ ố i ch ứ n g s o v ớ i n gh i ệ m t h ứ c có module, có t h ể d o vi khu ẩ n ho ạ t đ ộ n g m ạ nh h ơ n t ron g n gh i ệ m t h ứ c này . CO D cao h ơ n kh i t hêm N H 4 Cl và d ầ u m ớ i v ào. 38
  7. Tạ p chí Khoa họ c 2008 (1): 33-43 Tr ường Đạ i họ c Cần Th ơ pH Đối chứng Module m g /L 8 7 6 5 4 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Ngày Hình 7: Biến đ ộng pH trong quá trình thí nghiệm DO Đối chứ ng Module 8 6 m g /l 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Ngày Hình 8: Biến đ ộng hàm lượng DO trong quá trình thí nghiệm COD Cung c ấp NH4Cl và dầu 2 000 mg /L 1 000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Ngày Control Module Hình 9: Biến đ ộng hàm lượ ng COD trong quá trình thí nghiệm Vi khu ẩn nitrate hóa chuy ển hóa ammonium thành nitrite, sau đó được chuy ển tiếp thành nitrate bởi vi khuẩn nitrate hóa. Ở chu kỳ t hứ nhất, không có sự khác nhau giữ a đố i chứ ng và nghiệ m thứ c có module, như ng t ừ chu kỳ t hứ hai về sau, sự chuy ển hóa ở n ghi ệm thứ c module t ốt hơn ở nghiệm thứ c đối chứ ng. Trong thời gian t ừ 3-4 ngày hoàn t ất quá trình chuy ển hóa. Hàm lượng nitrite khá cao trong hệ t hống này. T ốc độ chuy ển hóa nitrate khá chậm Hàm lượng nitrate bắt đầu gi ảm t ừ ngày 18. 39
  8. Tạ p chí Khoa họ c 2008 (1): 33-43 Tr ường Đạ i họ c Cần Th ơ NH4+-N ĐC NH4+-N module NO2--N ĐC NO2--N module mg/L 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Ngày Hình 10: Biến đ ộng hàm lượ ng TAN và nitrite trong quá trình thí nghiệm (mũ i tên ch ỉ NH4 Cl và d ầu mớ i đ ượ c thêm vào) Đối chứ ng - NO3 -N Module 60 50 40 m g N /L 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Ngày Hình 11: Biến đ ộng hàm lượ ng nitrate trong quá trình thí nghiệm Đối chứng Tổ ng vi khu ẩ n Module 8 6 CFU/mL Log 4 2 0 17 21 24 27 30 Ngày Hình 12: T ổng vi khu ẩn cấy trong môi trườ ng MA sau 48 giờ Hình dạng khu ẩn lạ c ở hai nghiệ m thứ c trong hệ t hống nước mặn giống nhau. Kích thước, màu sắc khuẩn lạc cũng t ương t ự . Điều này cho thấy rằng ở đây có thể chỉ có 1-2 loại vi khuẩn chiế m ư u thế t rong bể t hí nghi ệm. 40
  9. Tạ p chí Khoa họ c 2008 (1): 33-43 Tr ường Đạ i họ c Cần Th ơ Hình 13: Hình d ạng khu ẩn lạc củ a vi khu ẩn trong b ể lọc sinh h ọc n ướ c ngọt (trái) và n ướ c mặn 3.3 Kế t quả phân tích DGGE Hình 14 là kết quả p hân tích DGGE của mẫu thí nghiệm, cột thứ 1 là đường chuẩn, cột thứ 2 là kết quả nghi ệm thứ c đối chứ ng và cột thứ 3 nghiệm thứ c module trong nước ngọt vào ngày cuối của thí nghiệm (ngày 34). Cột thứ 4 p hản ánh kết quả nghiệm thứ c đối chứ ng và cột thứ 5 nghiệm thứ c module trong nước mặn vào ngày cuối của thí nghiệ m (ngày 26). T ương ứ ng với mỗi v ạch ngang (band) trên t ừ ng cột là một dòng vi khuẩn. Kết quả cho thấy ở cả 2 nghiệm thứ c bể nước ngọt đều có cùng 1 dòng vi khuẩn chiếm ư u thế, như ng trong nghiệm thứ c có module số dòng vi khuẩn đa dạng hơn (5 dòng). Tương t ự t rong hệ t hống nước mặn, cả 2 nghiệm thứ c cũng có cùng một dòng vi khuẩn chiếm ư u thế, các dòng còn lại khác nhau ở cả 2 n ghiệm thứ c và nghiệm thứ c module cũng đa dạng hơn. C hú thích: 1. Đường chuẩn 2. Nghiệm thức đối chứng trong hệ thống nước ngọt 3. Nghiệm thức module trong hệ thống nước ngọt 4. Nghiệm thức đối chứng trong hệ thống biển 5. Nghiệm thức module trong hệ thống nước biển 12345 Hình 14: Kết qu ả p hân tích đ a d ạng vi khu ẩn b ằng ph ươ ng pháp DGGE T rong nước ngọt, pH giảm suốt quá trình thí nghiệm. DO trong nghi ệm thứ c đối chứ ng luôn cao hơn nghiệm thứ c lọ c sinh học. Ở chu kỳ t hứ nhất TAN hoàn toàn bị o xy hóa thành nitrate trong thời gian 6 ngày. Ở chu kỳ t hứ hai, thứ ba và thứ t ư t ốc độ chuy ển hóa như nhau. T ốc độ oxy hóa trung bình của TAN ở chu kỳ t hứ nhất là 210, 177.7, 247 và 224.7 mg/L/ngày lần lượt ở chu kỳ t hứ hai, thứ ba và thứ t ư . Nitrate t ăng dần đến ngày thứ 24 và bắt đầu giảm. Nitrite hầu như không hiện diện trong hệ t hống này. Trong hệ t hống nước mặn, pH trong nghiệ m thứ c module cao h ơn trong đối chứ ng ở t hời đ iểm bắt đầu thí nghiệm, như ng giả m vào cuối thí nghiệm. DO trong nghiệm thứ c module luôn thấp hơn đối chứ ng. COD t ăng cao khi bổ sung thêm NH4Cl và d ầu. TAN hoàn toàn bị oxy hóa thành nitrate trong 4 ngày trong chu kỳ t hứ nhất, trong 3 ngày ở chu kỳ hai và 6 ngày sau chu kỳ ba. T ốc độ oxy hóa trung bình của TAN sau chu kỳ t hứ nhất là 412 và 344 và 189 mg/L/ngày ở chu kỳ t hứ hai 2 thứ4ba. Nitrite và nitrate cao suốt quá trình thí 1 và 3 5 nghi ệm, như ng nitrite bắt đầu gi ảm và đ ạt 0 ở ngày 20. 41
  10. Tạ p chí Khoa họ c 2008 (1): 33-43 Tr ường Đạ i họ c Cần Th ơ 4 THẢO LUẬN Các tác giả t rước đây như Grommen et al., 2002 ch ỉ n ghiên cứ u hoặc quá trình nitrate hóa hoặc phản-nitrate hóa trong hệ t hống riêng biệt. Trong thí nghiệm này, chúng tôi đã kết hợp hai quá trình trong cùng một bể kính. Trong quá trình thứ nhất, vi khuẩn oxy hóa ammonium thành nitrite, được chuy ển hóa tiếp thành nitrate bởi vi khuẩn nitrate hóa ở giai đoạn thứ hai (Focht & Vertraete, 1977). Thời gian để t ổng TAN hoàn toàn bị oxy hóa thành nitrate trong nước ngọt (6 ngày) lâu hơn trong nước m ặn (4 ngày) sau chu kỳ t hứ nhất. Trong chu kỳ t hứ hai, chỉ cần 3 ngày trong nước mặn trong khi hệ t hống nướ c ngọt cần t ới 6 ngày. Thời gian chuy ển hóa ammonium trong nước ngọt trong thí nghiệm này bằng với thí nghiệ m củ a Roeland (Grommen et al. 2002 ). Hàm lượng nitrite duy trì
  11. Tạ p chí Khoa họ c 2008 (1): 33-43 Tr ường Đạ i họ c Cần Th ơ LỜ I CẢM TẠ Xin chân thành cám ơn Giáo Sư W illy Vertraete, Tom Defoird và T om Vercauteren, thuộc Phòng thí nghiệm sinh thái và k ỹ t huật vi sinh, bộ m ôn sinh hóa và kỹ t huật vi sinh, khoa Nông nghiệp và vi sinh ứng dụng, đã nhiêt tình giúp đỡ chúng tôi trong công việc thiết k ế t hí nghiệm cũng nh ư x ử lý số liệu và viết báo cáo. Kinh phí th ực hiện thí nghiệm t ừ dự án giáo dục m ức C1 và VLIR R1.2. TÀI LIỆU THAM KHẢO B remner, J.M.and R.D. Keeney, 1965. Stem distillation methods for determination of ammonium, nitrate and nitrite. Anal. Chem. Acta 31, 485-495. B oon N., W. DeWindt, W. Vertraet e and E.M. Top, 2002. Evaluation of nested PCR-DGGE (denaturing gradi ent gel electrophoresis) with group–specifi c 16S rRNA primer for the analysis of bacteri al communities from different wastewat er treatment plants. FEMS Microbiology Ecology Vol. 39, 101-12. Chen, J.C. and Y. Lee, 1997. Effects of nitrite on mortality, ion regulation and acid-balance of Macrbrachium rosenbergii at different external chloride concentrations. Aquaculture Tocicol. 39, 291-305. Clark, E.R., J.P. Harman and J.R.M. Forster, 1985. Production of metabolic and waste products by intensively farm ed Rainbow Trout, Salmo gairdneri Richadson. J. Fiah Biology, 27, 381-393. Focht, D.D.and W. Vertraete, 1997. Biochemical ecology of nitri fication and denitri fication. In: aleander, M. (Ed.), Advances in Microbial Ecology. Plenum Press, New York, pp. 135-214. Foster, R.P. and L. Goldstein, 1996. Formation of excretory products. In: Hoar, W.S., Randall, D.J. (Eds), Fish Physiology. Academic Press, New York, pp. 313-350. Frances, J., B.F. Nowak and G.L. Allan, 2000. Effects of ammonia on juvenile silver perch (Bidyanus bidyanus). Aquaculture 183, 95-103. Greenberg, A.E., L.S. Clesceri and A.D. Eaton, 1992. Standard methods for the examination of water and wastewat er. APHA, Washington, 18th Edition, p 5-7. Grommen R., I. Van Hauteghem, M. Van Wambeke and W. Vertraete, 2002. An improved nitrifying enrichment to remove ammonium and nitrite from freshwater aquari a systems. Aquaculture, 211, 115-124. Hargreaves, J.A., 1998. Nitrogen biogeochemistry of aquaculture ponds. Aquaculture 166, 181-212. Kowalchuk, G.A. and J.R. Stephen, 2001. Amomonia-oxidizing bacteria: A model for molecular microbiology ecology. An. Rev. Microbiology 55, 485-529. Mazik, PM., M.L. Hinman, D.A. Winkelmann, S.J. Klaine, B.A. Simco and N.C. Parker, 1991. Influence of nitrite and chloride concentrations on survival and hematological profiles of striped bass. Trans. Am. Fish. Soc. 120, 247-254. Muyzer, G., E.C. Dewaal and A.G. Uiterlinden, 1993. Profiling of complex microbial-populations by Denaturing Gradi ent Gel-Electrophoresis of Polymerase Chain Reaction-Ampli fied genes - coding for 16S ribosomal - RNA. Application Environment Microbiology 59, 695-700. Reagan, J.M., G.W. Harrington and D.R. Noguera, 2002. Ammonia and nitrite oxidizing bacteria communities in a pilot scale chloraminated drinking water distribution system. Application Environment Microbiology 68, 73-81. Rychly, J., 1980. Nitrogen Balance in Trout. 2. Nitrogen-excretion and retention after feeding diets with varying protein and carbohydrate-levels. Aquaculture 20, 343-350. Schrijver, P.D., 2005. Luận văn tốt nghịêp. Van Rijn, J.and G. Rivera, 1990. Aerobic and anaerobi c biofiltration in an aquaculture unit nitrite accumulation as a result of nitri fication and denitri fication. Aquaculture Engineering 9, 217-234. Van Rijn, J., M. Shilo, T. Bejerano and S. Nizan, 1990. The effect of inorganic nitrogen on microorganisms and fish in fish ponds. In: Sarig, S., Rosenthal, H. (Eds), Research in Modern Aquaculture. Proceeding of the 3 th S tatus Seminar help from April 27 to May 1 1987, Plaza Hotel, Tiberrias, Israel, under the ausprice of the German Israeli Cooperation in Science and Technology. Special Publication of European Aquaculture Society, vol. 11, EAS, Oostene, pp. 3-27. 43
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2