Khảo sát sự phân bố của một số nhóm vi khuẩn phân giải xenluloza tại nước hồ đại lải từ thánh 5 đến tháng 9 năm 2006

Xuất phát từ những luận điểm trên và để có cơ sở đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước, chúng tôi tiến hành: “Khảo sát sự phân bố của một số nhóm vi khuẩn phân giải xenlulozơ tại nước h

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài khoá luận tốt nghiệp của mình em đã nhận được sự giúp

đỡ và hướng dẫn tận tình của TS Đinh Thị Kim Nhung trong thời gian em làm khoá luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô trong khoa Sinh - KTNN đã giúp đỡ, tạo điều kiện để em hoàn thành khoá luận tốt nghiệp Đặc biệt cho em được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS Đinh Thị Kim Nhung đã hướng dẫn em làm khoá luận tốt nghiệp Em cũng xin chân thành cảm ơn các bạn cùng nhóm làm khoá luận tốt nghiệp đã giúp đỡ em hoàn thành khoá luận này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 15 tháng 05 năm 2007

Sinh viên

Nguyễn Xuân Vinh

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Trong hệ sinh thái thuỷ vực nước ngọt, luôn tồn tại những mối quan hệ qua lại giữa các sinh vật với nhau và với môi trường, tạo nên trạng thái cân bằng động, giữ cho chất lượng nước ít bị biến đổi đột ngột [11] Nhưng hiện nay ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm nguồn nước nói riêng được ghi nhận khá thường xuyên trở thành mối quan tâm của toàn xã hội Có nhiều nguyên nhân có thể gây ra ô nhiễm nguồn nước nhưng phần lớn là do các chất thải của các lĩnh vực khác nhau đi vào nước, cân bằng sinh thái tự nhiên bị phá vỡ và nước bị ô nhiễm

Nằm cách thủ đô Hà Nội khoảng 40 Km về phía bắc là một địa phận thuộc thị xã Phúc Yên tỉnh Vĩnh Phúc, nơi có hồ Đại Lải một khu du lịch thoáng mát, thu hút được nhiều du khách Hồ được bao quanh là đồi, núi, rừng, chính vì thế nguồn nước của hồ chủ yếu có nguồn gốc từ đồi, núi chảy xuống sau những trận mưa lớn Trước kia nguồn nước ở đây được coi là khá sạch, do nạn chặt phá rừng bừa bãi tăng nhanh, lượng khách du lịch ngày càng tăng, nước thải sinh hoạt đổ xuống hồ chưa qua xử lý khiến nguồn nước vài năm gần đây ngày càng ô nhiễm

đã ảnh hưởng đến đời sống nhân dân các xã quanh vùng và ảnh hưởng đến tiềm năng du lịch của hồ

Xuất phát từ những luận điểm trên và để có cơ sở đánh giá mức độ ô nhiễm

của nguồn nước, chúng tôi tiến hành: “Khảo sát sự phân bố của một số nhóm vi khuẩn phân giải xenlulozơ tại nước hồ Đại Lải từ tháng 5 đến tháng 9 năm 2006”

2 Mục tiêu của đề tài

Phân lập, khảo sát về mật độ phân bố của một số nhóm vi khuẩn phân giải xenluloza ở một số vị trí trong nước hồ Đại Lải Từ đó bước đầu đánh giá sơ bộ

sự có mặt của các hợp chất hữu cơ có trong hồ

Đưa ra một số nhận xét dẫn đến nguyên nhân có sự tập trung của các vi khuẩn phân giải xenluloza tại các vị trí

Mong muốn và hy vọng các nhà chức trách quan tâm đến tình trạng hiện nay

là vấn đề ô nhiễm môi trường của nguồn nước hồ Đại Lải, nạn chặt phá rừng, khai thác rừng bừa bãi, không khoa học ở các khu rừng xung quanh hồ, cũng như vấn

đề rác thải sinh hoạt của các khu dân cư xung quanh

3 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Nghiên cứu đặc điểm tự nhiên của khu vực quanh hồ, tình hình thu gom xử

lý rác, nước thải trước khi đổ xuống hồ từ đó làm rõ vai trò tự làm sạch nước hồ của các nhóm vi sinh vật có trong hồ và đặc biệt là khẳng định sự tồn tại của một

số nhóm vi khuẩn trong nước hồ Đại Lải đã và đang tự làm sạch nước hồ một cách tự nhiên Kết quả công trình sẽ là tiếng gọi của hồ nhằm gìn giữ nguồn nước trong mát của hồ, là cơ sở của một trong các giải pháp khắc phục tình trạng rác và nước thải chưa qua xử lý đổ xuống hồ

Góp phần quản lý, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, bảo vệ sức khỏe nhân dân, tạo ra một tập quán sinh hoạt đô thị mới ở người dân

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Lịch sử nghiên cứu về vai trò vi sinh vật với ô nhiễm môi trường

Đã có một số công trình nghiên cứu về vai trò của vi sinh vật trong việc làm giảm ô nhiễm môi trường nước như của tác giả Trần Cẩm Vân và Phạm Thị Mai

về hồ Trúc Bạch và Hồ Tây, TS Đinh Thị Kim Nhung và Trần Cẩm Vân về hồ Đại Lải… bước đầu đã khảo sát được sự phân bố của một số nhóm vi sinh vật phân huỷ các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong các nguồn nước, từ đó khẳng định được vai trò tự làm sạch nguồn nước của vi sinh vật

Để có số liệu nghiên cứu về vi sinh vật trong việc làm giảm ô nhiễm nguồn nước hồ Đại Lải những năm gần đây đã có một số tác giả như Tống Thị Hiền, Huỳnh Thị Thoa, Đặng Thị Thuỷ… tiếp tục khảo sát sự phân bố của một số nhóm

vi sinh vật phân giải xenluloza trong nước hồ Đại Lải Các công trình nghiên cứu này đã đưa ra được những dẫn chứng cho thấy nguồn nước hồ Đại Lải đã và đang trở nên ô nhiễm hơn Và để có cơ sở khẳng định hơn nữa về vai trò của vi sinh vật trong việc làm giảm ô nhiễm môi trường nước hồ Đại Lải tôi tiếp tục khảo sát sự phân bố của một số nhóm vi khuẩn phân giải xenluloza tại đây, mong rằng nó sẽ góp phần cho việc đánh giá chính xác mức độ ô nhiễm nguồn nước hồ

1.2 Đặc điểm của vi sinh vật sống trong nước [2]

Vi sinh vật có thể sống được trong hầu hết các thuỷ vực Sự phân bố của vi sinh vật trong nước phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ, ánh sáng, độ pH, chất dinh dưỡng và độ thoáng của nước Tuy nhiên, với các nhóm vi sinh vật khác nhau thì các giới hạn đó là không giống nhau Vi sinh vật có trong nước hầu hết là từ đất

và không khí rơi vào Đa số các vi sinh vật sống trong nước là những vi sinh vật

dị dưỡng cacbon tức là được nuôi dưỡng bằng các hợp chất hữu cơ Ngoài ra trong các thuỷ vực còn có các vi khuẩn quang tự dưỡng và hoá tự dưỡng bọn này chỉ cần các chất dinh dưỡng vô cơ

1.3 Đặc điểm chung về vi sinh vật sử dụng nguồn cacbon làm chất dinh dưỡng [4], [5]

Căn cứ vào chất cho điện tử và nguồn thức ăn cacbon xây dựng tế bào chia vi sinh vật thành các nhóm sau đây:

Bảng 1.1 Các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật Nguồn

năng lượng

Chất cho điện tử Nguồn cacbon xây dựng nên vật chất tế bào

Ánh sáng Chất hữu cơ 1 Quang dị dưỡng hữu cơ

Chất hữu cơ Chất hữu cơ 5 Hoá dị dưỡng hữu cơ

Như vậy tuỳ nhóm vi sinh vật mà nguồn cacbon được cung cấp có thể là chất

vô cơ hoặc chất hữu cơ Giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ nguồn cacbon khác nhau phụ thuộc vào hai yếu tố: Một là thành phần hoá học và tính chất sinh

lý của nguồn thức ăn này, hai là đặc điểm sinh lý của từng loại vi sinh vật Hầu hết các hợp chất hữu cơ đều bị vi sinh vật phân giải Người ta thường sử dụng đường để làm thức ăn cacbon khi nuôi cấy phần lớn các vi sinh vật dị dưỡng Tuy nhiên, với vi sinh vật phân giải xenluloza người ta không dùng đường mà dùng

dạng giấy lọc, bông vải hoặc bột xenluloza (cellulose powder, avicel) đưa vào môi

trường nuôi cấy

Tất cả các vi sinh vật tham gia vào việc vô cơ hoá xenluloza đều thuộc loại dị dưỡng hoá năng hữu cơ, chúng hình thành enzym xenlulaza xúc tác việc phân giải xenluloza thành xenlobioza và glucoza, vi sinh vật sử dụng các hợp chất sinh ra làm nguồn cacbon và nguồn năng lượng

1.4 Đặc điểm của xenluloza [2], [3]

Xenluloza là một trong những thành phần chủ yếu của tổ chức thực vật Hàm lượng xenluloza trong xác thực vật thường thay đổi trong khoảng 50 - 80% (tính theo trọng lượng khô) Xenluloza lại là hợp chất rất bền vững, chúng hầu như không bị hoà tan trong bất kì loại dung môi nào (trừ dung dịch amoniac của muối đồng) Đó là loại polisaccarit cao phân tử Chúng cấu tạo bởi rất nhiều gốc  - D - glucoza, liên kết với nhau nhờ dây nối  1,4 - glucozit Mỗi phân từ xenluloza thường có chứa từ 1400 đến 14.000 gốc glucoza Khối lượng phân tử xenluloza thay đổi phụ thuộc khác nhau vào từng loại thực vật và tuỳ phương pháp xác định

Vi sinh vật có khả năng phân giải xenluloza được chia thành 2 loại: hiếu khí

và kị khí

1.5 Các loài vi sinh vật phân giải xenluloza trong điều kiện hiếu khí [3]

Trong điều kiện hiếu khí xenluloza có thể bị phân giải dưới tác dụng của các nhóm sau: Niêm vi khuẩn, vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm mốc và nấm thượng đẳng…

1.5.1 Niêm vi khuẩn (Myxobacteriales)

Niêm vi khuẩn là loại vi sinh vật giữ vai trò quan trọng trong việc phân giải xenluloza Niêm vi khuẩn phân giải xenluloza được tìm thấy chủ yếu trong các

giống Promyxo bacterium, Cytophyta, Sporocytophyta, Sorangium Chúng sống

trong các môi trường ít axit, ít kiềm Trên bề mặt các vật liệu chứa xenluloza, niêm vi khuẩn phát triển trong các dạng thể nhầy không có hình dạng xác định, lan rộng, vỏ màu vàng, da cam hay đỏ, thường số lượng của chúng tương ứng với các chỗ mà xenluloza bị phân giải nhiều hay ít Tế bào niêm vi khuẩn bám sát vào các sợi xenluloza và chỉ phân giải chúng khi đã tiếp xúc trực tiếp Các khuẩn lạc của niêm vi khuẩn được tạo thành trên các môi trường thạch thích hợp khi phân lập và nuôi cấy

- Một số xạ khuẩn ưa nhiệt khác

1.5.4 Nấm mốc và nấm thượng đẳng

Rất nhiều loại nấm mốc và nấm thượng đẳng có khả năng phân giải

xenluloza Các loài có hoạt tính mạnh nhất là: Humicolagrisea, Trichoderma viridae, Trichoderma lignonum, Chactominium funicolum, Aspergillus ninger, Aspergillus terricola, Penicillium lotatum…

Người ta còn tìm thấy loài Thermomyces lanuginosus ưa nhiệt có khả năng

phân giải xenluloza khá mạnh

1.6 Các loài vi sinh vật phân giải xenluloza kị khí [3]

Trong điều kiện thiếu oxi, các vi sinh vật ưa ấm hoặc ưa nóng thuộc giống

Clostridium và Bacillus có khả năng phân giải kị khí xenluloza Đại diện cho các loài ưa ấm là Clostridium omelianskii phát triển và lên men mạnh mẽ ở 30 - 400

C

Thuộc về vi khuẩn ưa nóng có Clostridium thermocellum và Bac cellulosae dissolvens Nhiệt độ tốt nhất cho sự phát triển của chúng là 60 - 650C, giới hạn nhiệt độ cao nhất thường là 700C còn ở 40 - 500C người ta nhận thấy chúng bắt đầu kém phát triển

Ngoài ta còn một số loài kị khí ưa nhiệt như:

- Clostridium thermocellum

- Bac cellulosae dissolvens

- Bac thermofribinocolus

- Bac omelianskii varthermophilus

1.7 Đặc điểm vùng nghiên cứu [7], [9], [10], [11]

Để kết quả nghiên cứu thêm chính xác, đồng thời với việc khảo sát số lượng

vi khuẩn chúng tôi tiến hành tìm hiểu một số đặc điểm địa lý của vùng như sau:

Hồ Đại Lải nằm phía Đông Bắc của Hà Nội, phía nam giáp với chân núi Tam Đảo nên có khí hậu mát mẻ về mùa hè, ấm áp về mùa đông Vùng phụ cận có rừng tự nhiên rất đẹp, hơn thế nữa trong lòng hồ có những đảo như: Đảo Chim, Đảo Ngọc, … Với khung cảnh được thiên nhiên ưu đãi, khu du lịch Đại Lải đã và

đang hấp dẫn được nhiều khách du lịch đến tham quan Nên chúng tôi làm một biện pháp so sánh giữa nhiệt độ của Đại Lải với các vùng phụ cận

Bảng 1.2 Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm của Hà Nội, Đại Lải và

Tam Đảo ( 0

C)

(Ghi chú: Ở Đại Lải không có trạm khí tượng nên tôi sử dụng số liệu nhiều năm của trạm Vĩnh Yên có cùng độ cao, vĩ độ tương đối và cách không xa Đại Lải khoảng 15 Km đường chim bay)

Qua bảng trên ta thấy nhiệt độ không khí trung bình hàng năm của Đại Lải và

Hà Nội xấp xỉ nhau nhưng các tháng lạnh nhất trong năm (tháng 1 và tháng 2) nhiệt độ Đại Lải ấm hơn 0,2  0,4 độ và các tháng nóng nhất trong năm (tháng 6

và tháng 7) Đại Lải mát hơn Hà Nội 0,2  0,6 độ So với Tam Đảo, một địa điểm nghỉ mát nổi tiếng thì Đại Lải lại ấm áp hơn nhiều Với những đặc điểm trên, Đại Lải đã và đang trở thành khu du lịch nổi tiếng, với lượng khách ngày một tăng đã góp phần làm tăng doanh thu cho ngành du lịch thị xã Phúc Yên nói riêng và tỉnh Vĩnh Phúc nói chung

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG

VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Các nhóm vi khuẩn có khả năng phân giải xenluloza

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Hoá chất

Các hoá chất tham gia vào môi trường nuôi cấy vi khuẩn nghiên cứu gồm:

- NaNO3, NaCl, CaCO3, KH2PO4, MgSO4.7H2O, CaCl2, FeCl3, K2SO4, (NH4)2SO4…

2.2.3 Môi trường nuôi cấy

- Môi trường 1: Môi trường Hutchison và Clayton

Dùng để nuôi cấy vi khuẩn phân giải xenluloza kị khí, thành phần gồm có:

2.2.4 Thu, bảo quản và chuẩn bị mẫu nước [12]

2.2.4.1 Phương pháp thu mẫu và bảo quản mẫu nước

Về nguyên tắc cần thu mẫu sao cho mẫu thu có tính đại diện cho khối nước cần kiểm nghiệm

Trường hợp nước mặt, mẫu nước được thu vào bình thuỷ tinh dung tích 100 đến 1000 ml đã khử trùng Cần chú ý không để mẫu nước bị nhiễm bởi tay hay bởi dây sử dụng khi thu mẫu Trường hợp nước ngầm dùng bơm để thu mẫu Đối với hầu hết các mẫu nước, cần chứa một khoảng không khí đủ lớn giữa mặt nước

và nắp bình

Trường hợp nước ao, hồ, để có số liệu về sự phân bố bề mặt của vi sinh vật, tuỳ theo kích thước của ao, hồ, cần lựa chọn từ 5 đến 10 điểm cách nhau những khoảng thích hợp Để có số liệu phân bố theo chiều sâu thông thường ta lấy mẫu ở đáy ao, hồ và sau đó thu các mẫu theo một khoảng cách nhất định từ điểm đáy Trên mỗi bình chứa mẫu cần ghi chú rõ ràng, đầy đủ các thông tin cần thiết liên quan đến mẫu (địa điểm, thời gian, mục đích, người thu…)

Mẫu nên được phân tích trong vòng 6(h) sau khi thu mẫu Do việc phân tích thường được tiến hành ở tại phòng thí nghiệm nên cần vận chuyển mẫu từ nơi thu mẫu về phòng thí nghiệm Trường hợp này cần bảo quản mẫu ở nhiệt độ dưới

100C bằng nước hoặc đá khô trong quá trình vận chuyển Trường hợp không thực hiện được việc phân tích ngay thì cần bảo quản mẫu ở 0 - 50C trong tủ lạnh và nên phân tích trong vòng từ 6 -12(h)

Nguyên tắc của phương pháp là pha loãng thật nhiều lần dịch nghiên cứu sau

đó kiểm tra xem tới tốc độ pha loãng nào còn phát hiện thấy sự có mặt của loại vi sinh vật cần kiểm tra

Dùng phương pháp thống kê toán học để tính ra số lượng gần đúng của từng nhóm vi sinh vật nhất định trong mẫu nghiên cứu

Tuỳ số lượng của từng nhóm vi sinh vật cần phân tích, ta cấy từ các độ pha loãng khác nhau Đối với mỗi nhóm vi sinh vật phải sử dụng 5  8 độ pha loãng liên tiếp (10 -1  10-5 hoặc 10-3 10-7) Phải chọn những giới hạn thế nào để đảm bảo ở độ pha loãng thấp nhất luôn luôn phát hiện thấy vi sinh vật cần kiểm tra, còn ở độ pha loãng cao nhất hoàn toàn không phát hiện thấy

Để kiểm tra nhóm vi sinh vật cần phân tích, người ta cấy từ các độ pha loãng khác nhau vào các ống nghiệm đựng những loại môi trường dinh dưỡng thích hợp với từng nhóm vi sinh vật Nếu là vi sinh vật hiếu khí thì lớp môi trường trong

mỗi ống nhiệm chỉ nên cao từ 2 – 3 cm, còn nếu là vi sinh vật kị khí thì lại cần cao khoảng từ 10 - 12 cm

Tuỳ vào điều kiện nghiên cứu mà từ mỗi độ pha loãng ta cấy vào 3 - 5 ống nghiệm có đựng môi trường dinh dưỡng thích hợp Mỗi lần cấy khoảng 0,5  1,0

ml dịch pha loãng Nuôi cấy ở nhiệt độ thích hợp, trong một thời gian nhất định (phụ thuộc vào loại vi sinh vật phân tích) Sau đó lấy ra quan sát sự phát triển của

vi sinh vật trong mỗi ống nghiệm Có thể quan sát độ đục của môi trường, quan sát khả năng sinh khí, khả năng tạo thành váng hay kết tủa và tốt nhất dùng một

số phản ứng hoá sinh đặc hiệu để phát hiện sự có mặt hay không có mặt của loại

vi sinh vật cần kiểm tra

Ghi số ống nghiệm thuộc mỗi độ pha loãng có phản ứng dương tính (có phát hiện vi sinh vật) đối chiếu với bảng Maccrady để kiểm tra số lượng gần đúng của mật độ vi sinh vật trong mẫu phân tích, xử lý số liệu bằng thống kê toán học

2.3 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

2.3.1 Địa điểm nghiên cứu

Mẫu phân tích được lấy tại năm vị trí khác nhau trong hồ Đại Lải là: Vị trí Đông, Tây, Nam, Bắc và giữa hồ

2.3.2 Thời gian nghiên cứu

Mẫu được lấy vào ngày 23 hàng tháng năm 2006

Tiến hành nghiên cứu từ tháng 5 đến tháng 9 năm 2006

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Kết quả nghiên cứu

Hiện nay đại đa số các khu du lịch, khu nghỉ mát đều đã và đang rơi vào thảm cảnh môi trường ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt là môi trường nước Hồ Đại Lải cũng là một khu du lịch, khu nghỉ mát có tiếng và thu hút được nhiều du khách đến tham quan Tuy rằng nguồn nước ở đây vẫn được coi là sạch so với nhiều hồ ở các khu du lịch khác, đặc biệt là các hồ trong nội thành Song hiện nay nạn chặt phá rừng ngày càng gia tăng dẫn đến những trận xói mòn đất đồi, núi, rừng xuống lòng hồ sau những trận mưa lớn kéo theo là một lượng lớn xenluloza