Sự đa dạng các loài vi khuẩn đóng vai trò chủ đạo phân hủy chất hữu cơ trong nước sông Cái

Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020 255 SỰ ĐA DẠNG CÁC LOÀI VI KHUẨN ĐÓNG VAI TRÒ CHỦ ĐẠO PHÂN HỦY CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC SÔNG CÁI Nguyễn Văn Sơn* Tóm tắt: Vi khuẩn đóng vai trò chính phân hủy chất hữu cơ trong nước sông. Kết quả nghiên cứu cho đối tượng sông Cái, là một nhánh của sông Đồng Nai, có vai trò hết sức quan trọng đối với Căn cứ 696, Vùng 2 Hải quân, thông qua phương pháp Maldi-Tof xác định 6 loài vi khuẩn hiếu khí đóng vai trò chủ đạo phân hủy chất hữu cơ trong nước sông. Từ khóa: Vi khuẩn; Maldi-Top; Sông Cái. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Vi sinh vật được xem là nhân tố chính của quá trình tự làm sạch nước tự nhiên. Chúng phân hủy và sử dụng các chất hữu cơ hòa tan để xây dựng tế bào cho cơ thể và biến thành các chất vô cơ trong nước. Trong nước có nhiều loại vi sinh vật như: vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn, vi rút (siêu vi khuẩn). Trong những loại này, vi khuẩn, đặc biệt là vi khuẩn hiếu khí đóng vai trò chính phân hủy các chất hữu cơ trong nước sông [1]. Sông Cái là một nhánh của sông Đồng Nai, chảy qua địa bàn các xã Đại Phước, Long Tân và Phú Thạnh của huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai. Sông Cái với chiều dài khoảng 10km, chiều rộng 220-380m, độ sâu giữa dòng 15-20m tùy theo từng vị trí. Sông Cái có các chức năng: vận tải (giao thông thủy, vận chuyển phù sa), sản xuất (cung cấp nước cho sinh hoạt và tưới tiêu), bảo vệ (thoát lũ, tiếp nhận và đồng hóa các chất ô nhiễm, điều hòa vi khí hậu). Sông Cái có vai trò hết sức quan trọng đối với Căn cứ 696, Vùng 2 Hải quân. Việc định danh các loài vi khuẩn hiếu khí chủ đạo nhằm minh chứng rõ ràng hơn cho quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông bởi vi khuẩn. 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu Chủng vi khuẩn thu qua mẫu nước lấy từ sông Cái, mẫu thu tại 5 vị trí, mỗi vị trí cách nhau khoảng 2,0-2,5 km (kí hiệu từ N1-N5). Tại từng vị trí lấy 9 mẫu: giữa dòng lấy 3 mẫu theo độ sâu, giữa bờ phải lấy 2 mẫu theo độ sâu, giữa bờ trái lấy 2 mẫu theo độ sâu, bờ phải lấy 1 mẫu và bờ trái lấy 1 mẫu. Các mẫu được lấy sau đó trộn chung với nhau tạo thành 1 mẫu tổ hợp để phân tích. Các mẫu được lấy bằng can nhựa, bảo quản lạnh ở nhiệt độ 1-5 oC, sau đó vận chuyển về phòng thí nghiệm. Môi trường nuôi cấy (NA) sử dụng Nutrient Agar M001 (HiMedia, India). Hình 1. Vị trí các điểm lấy mẫu trên sông Cái. Hình 2. Phương thức lấy mẫu tổ hợp tại từng vị trí trên sông Cái. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Việc xác định số loài vi khuẩn hiếu khí được thực hiện bằng phương pháp phân lập vi Hóa học và Kỹ thuật môi trường Nguyễn Văn Sơn, “Sự đa dạng các loài vi khuẩn chất hữu cơ trong nước sông Cái.” 256 sinh và xác định mật độ vi khuẩn hiếu khí bằng phương pháp đếm khuẩn lạc. Quy trình kỹ thuật thực hiện gồm các bước: chuẩn bị thạch đĩa, pha loãng mẫu, phân lập, định lượng vi khuẩn, lưu trữ mẫu [2]. Việc định danh vi khuẩn có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau như: phương pháp sinh hóa, phương pháp giải trình tự 16S rRNA, phương pháp khối phổ Maldi-Top, Trong đó, công nghệ phối phổ Mandi-Top có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp còn lại do tính hiện đại và sự đặc thù với vi khuẩn. Các loài vi khuẩn được cấy chuyển trên môi trường thạch đĩa NA để làm thuần sau đó được định danh bằng phương pháp khối phổ Maldi-Tof (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization - Time of Flight) [3]. Vi khuẩn được định danh bằng cách so sánh các khối phổ của protein ribosome đặc trưng của loài với ngân hàng dữ liệu khối phổ. Đây là phương pháp hiện đại, được thực hiện bằng quy trình máy móc khép kín nên cho kết quả nhanh hơn so với các phương pháp còn lại và có độ chính xác cao. Qui trình kỹ thuật thực hiện gồm các bước: phết mẫu và thêm matrix, đưa mẫu vào hệ thống và tạo phổ, so sánh phổ với dữ liệu, xem kết quả [3]. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Mẫu nước lấy từ sông Cái được trang trên môi trường NA với nồng độ 10-1, 10-2, 10 -3 , sau đó mẫu trang được ủ ở nhiệt độ 32oC trong 48 giờ. Kết quả xác định số loài vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái bằng phương pháp phân lập vi sinh cho thấy tổng số loài vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái là 25 loài. Tại từng thời điểm, số loài vi khuẩn hiếu khí dao động trong khoảng 8-10 loài. Tháng 6/2019 Tháng 8/2019 Tháng 10/2019 Tháng 12/2019 Tháng 2/2020 Tháng 4/2020 Hình 3. Số loài vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái. Kết quả xác định mật độ vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái bằng phương pháp đếm trực tiếp khuẩn lạc cho thấy mật độ vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái trung bình là 15.860.006 CFU/ml. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020 257 Tháng 6/2019 Tháng 8/2019 Tháng 10/2019 Tháng 12/2019 Tháng 2/2020 Tháng 4/2020 Hình 4. Mật độ vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái. Trên cơ sở số loài vi khuẩn xác định, định danh các loài vi khuẩn hiếu khí bằng phương pháp Maldi-Tof như sau: Bảng 1. Định danh các loài vi khuẩn hiếu khí vào tháng 6/2019. TT Loài vi khuẩn hiếu khí Mẫu nước sông Cái N1 N2 N3 N4 N5 1 Achromobacter xylosoxidans X X X 2 Aeromonas caviae X X X 3 Bacillus cerecus X 4 Enterobacter kobei X X X X X 5 Lactobacillus amylovorus X 6 Pseudomonanas mendocia X X X X X 7 Pseudomonanas putida X X X 8 Pseudomonas otitidis X X X X X 9 Rheinheimera soli X X Bảng 2. Định danh các loài vi khuẩn hiếu khí vào tháng 8/2019. TT Loài vi khuẩn hiếu khí Mẫu nước sông Cái N1 N2 N3 N4 N5 1 Achromobacter xylosoxidans X 2 Aeromonas caviae X X X X X 3 Bacillus sonorensis X 4 Enterobacter kobei X X X X 5 Lactobacillus amylovorus X X 6 Pseudomonanas mendocia X X 7 Pseudomonanas putida X X 8 Pseudomonas otitidis X X X X X Hóa học và Kỹ thuật môi trường Nguyễn Văn Sơn, “Sự đa dạng các loài vi khuẩn chất hữu cơ trong nước sông Cái.” 258 Bảng 3. Định danh các loài vi khuẩn hiếu khí vào tháng 10/2019. TT Loài vi khuẩn hiếu khí Mẫu nước sông Cái N1 N2 N3 N4 N5 1 Achromobacter xylosoxidans X X X 2 Acinetobacter radioresistens X X X X 3 Arthrobacter gangotriensis X X X 4 Bacillus cerecus X X X X 5 Bacillus megaterium X X 6 Comamonas testosterroni X X X X 7 Neisseria meningitidis X X 8 Pseudomonanas mendocia X 9 Rheinheimera soli X 10 Stenotrophomonas nitritireducens X X X Bảng 4. Định danh các loài vi khuẩn hiếu khí vào tháng 12/2019. TT Loài vi khuẩn hiếu khí Mẫu nước sông Cái N1 N2 N3 N4 N5 1 Achromobacter xylosoxidans X X 2 Acinetobacter radioresistens X X X 3 Arthrobacter gangotriensis X X 4 Bacillus cerecus X X X X X 5 Bacillus megaterium X X 6 Comamonas testosterroni X X X X X 7 Pseudomonas otitidis X 8 Stenotrophomonas nitritireducens X X X X Bảng 5. Định danh các loài vi khuẩn hiếu khí vào tháng 2/2020. TT Loài vi khuẩn hiếu khí Mẫu nước sông Cái N1 N2 N3 N4 N5 1 Aeromonas enteropelogenes X X 2 Bacillus pumilus X X X X 3 Escherichia coli X X X X X 4 Klebsiella pneumoniae X X X X X 5 Pantoea agglomerans X X X X X 6 Pseudomonas libanensis X X X X X 7 Pseudomonas otitidis X X 8 Sphingomonas adhaesiva X X Bảng 6. Định danh các loài vi khuẩn hiếu khí vào tháng 4/2020. TT Loài vi khuẩn hiếu khí Mẫu nước sông Cái N1 N2 N3 N4 N5 1 Aeromonas enteropelogenes X 2 Bacillus atrophaeus X 3 Bacillus pumilus X X X X 4 Chromobacterium violaceum X 5 Escherichia coli X X X X 6 Klebsiella pneumoniae X X X X 7 Pantoea agglomerans X X X X 8 Pseudomonas libanensis X X X X 9 Pseudomonas otitidis X X 10 Sphingomonas adhaesiva X X X Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020 259 Bảng 7. Mô tả đặc điểm hình thái các loài vi khuẩn hiếu khí. TT Loài vi khuẩn hiếu khí Đặc điểm hình thái 1 Bacillus cereus Tròn, trắng ngà, phẳng, rìa tròn 2 Bacillus megaterium Tròn nhỏ, trắng ngà, phẳng, rìa răng cưa 3 Bacillus pumilus Tròn, trắng đục, tâm lồi, rìa tròn 4 Lactobacillus amylovorus Tròn nhỏ, trắng trong, không tâm, cầu, rìa tròn 5 Pseudomonas putida Tròn nhỏ, đỏ gạch, cầu, rìa tròn 6 Pseudomonas libanensis Tròn, vàng ngà, phẳng, rìa răng cưa trong 7 Achromobacter xylosoxidans Tròn, trắng đục, nhầy, cầu, rìa tròn 8 Acinetobacter radioresistens Tròn, trắng đục, cầu, rìa tròn 9 Bacillus atrophaeus Bất định, trắng ngà, phẳng, rìa tròn 10 Bacillus sonorensis Tròn, đỏ nâu, phẳng, rìa bất định 11 Comamonas testosterroni Tròn, trắng trong, nhầy, cầu, rìa tròn 12 Enterobacter kobei Tròn, trắng đục, phẳng, rìa tròn 13 Pseudomonas otitidis Tròn, trắng đục, phẳng, rìa tròn 14 Stenotrophomonas nitritireducens Bất định, trong, phẳng, rìa tròn 15 Aeromonas caviae Bất định, nâu đất, phẳng, rìa răng cưa 16 Aeromonas enteropelogenes Tròn, trắng ngà, phẳng, rìa tròn 17 Arthrobacter gangotriensis Tròn, nâu đất, cầu, rìa tròn 18 Chromobacterium violaceum Tròn, tím than, cầu, rìa răng cưa 19 Escherichia coli Bất định, trắng đục, lõm, tâm trong, rìa răng cưa 20 Klebsiella pneumoniae Tròn, trắng đục, phẳng, rìa răng cưa lan 21 Neisseria meningitidis Tròn, đục, cầu, rìa tròn 22 Pantoea agglomerans Tròn, vàng chanh, phẳng, rìa răng cưa lan 23 Pseudomonanas mendocia Tròn, đục nhầy, cầu, rìa răng cưa 24 Rheinheimera soli Tròn nhỏ, vàng nâu, cầu, rìa tròn 25 Sphingomonas adhaesiva Tròn , hồng nhạt, phẳng, rìa răng cưa lan Trên cơ sở đặc tính, hình thái và mật độ vi khuẩn của từng loài, các loài vi khuẩn hiếu khí đóng vai trò trong phân hủy chất hữu cơ trong nước sông Cái được xác định: - Nhóm các loài có vai trò cao trong phân hủy chất hữu cơ: Bacillus cerecus, Bacillus megaterium, Bacillus pumilus, Lactobacillus amylovorus, Pseudomonanas putida, Pseudomonas libanensis. - Nhóm các loài có vai trò trung bình trong phân hủy chất hữu cơ: Achromobacter xylosoxidans, Acinetobacter radioresistens, Bacillus atrophaeus, Bacillus sonorensis, Comamonas testosterroni, Enterobacter kobei, Pseudomonas otitidis, Stenotrophomonas nitritireducens. - Nhóm các loài có vai trò thấp trong phân hủy chất hữu cơ: Aeromonas caviae, Aeromonas enteropelogenes, Arthrobacter gangotriensis, Chromobacterium violaceum, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Neisseria meningitidis, Pantoea agglomerans, Pseudomonanas mendocia, Rheinheimera soli, Sphingomonas adhaesiva. 4. KẾT LUẬN Kết quả nghiên cứu đã xác định được 6 loài vi khuẩn hiếu khí có vai trò chủ đạo phân hủy chất hữu cơ trong nước sông Cái là Bacillus cerecus, Bacillus megaterium, Bacillus pumilus, Lactobacillus amylovorus, Pseudomonanas putida, Pseudomonas libanensis. Hóa học và Kỹ thuật môi trường Nguyễn Văn Sơn, “Sự đa dạng các loài vi khuẩn chất hữu cơ trong nước sông Cái.” 260 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lương Đức Phẩm. “Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học”. NXB Giáo dục, 2007. [2]. Vũ Thị Minh Đức. “Thực tập vi sinh vật học”. NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2001. [3]. Neelja S, et al. “Maldi-Tof mass spectrometry: an emerging technology for microbial identification and diagnosis”. Frotier in microbiology, 6-791, 2015. ABSTRACT DIVERSITY OF BACTERIA KEY SPECIES IN ORGANIC MATTER DECOMPOSITION OF CAI RIVER Bateria is a key role in organic matter decomposition for a river. Research result for Cai river, which is a branch of Dong Nai river, has an important role for Base 696, Region 2 Navy, has determined 6 aerobe bacteria species playing a key role in organic matter decomposition for the river by Maldi-Tof method. Keywords: Bacteria; Maldi-Tof; Cai river. Nhận bài ngày 17 tháng 7 năm 2020 Hoàn thiện ngày 14 tháng 8 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 24 tháng 8 năm 2020 Địa chỉ: Viện Nhiệt đới môi trường. *Email: sonvittep@gmail.com.