Sử dụng Bacillus amyloliquefaciens để xử lý nước nuôi trồng thủy sản

Trong nghiên cứu này, một dòng Bacillus amyloliquefaciens (cụ thể là B. amyloliquefaciens HN) - được phân lập từ bùn của một dòng sông ô nhiễm – được kiểm tra khả năng xử lý ô nhiễm bằng cách sử dụng nước nuôi trồng thủy sản mô phỏng.

 

Giới thiệu

 

Trong những năm gần đây, việc sử dụng vi sinh vật để cải thiện chất lượng nước đang trở thành một xu hướng đang phát triển (Ninawe và Selvin 2009; Verschuere và cộng sự, 2000). Các loài Bacillus được sử dụng rộng rãi để xử lý nước vì chúng ổn định trong thời gian dài do hình thành bào tử, dễ dàng sản xuất bằng cách lên men và có tác dụng đối kháng với mầm bệnh (Hong và cộng sự, 2005). Các chủng thuộc một số loài Bacillus như Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Bacillus licheniformis, Bacillus pumilus đã được phân lập và đánh giá về tiềm năng của chúng như tác nhân sinh học để nâng cao chất lượng nước. Do đó, một số chủng có đặc tính loại bỏ nitơ tốt đã được tìm thấy. Cho đến nay, việc sàng lọc các chủng có đặc tính xử lý tốt vẫn là một bước cơ bản để phát triển các sản phẩm sinh học thương mại.

 

Dòng Bacillus amyloliquefaciens, được đặt tên là B. amyloliquefaciens HN từ bùn của một dòng sông ô nhiễm đã được chúng tôi phân lập trước đây. Trong các nghiên cứu sơ bộ, chủng này đã được chứng minh là loại bỏ hiệu quả các hợp chất nitơ và phát triển ở nhiệt độ, độ pH và nồng độ muối rộng. Hơn nữa, không có nghiên cứu nào trước đây mô tả khả năng loại bỏ nitơ của B. amyloliquefaciens. Vì vậy, mục đích của nghiên cứu này là đánh giá B. amyloliquefaciens HN về các đặc tính xử lý của nó bằng cách sử dụng nước nuôi trồng thủy sản mô phỏng.

 

Nguyên liệu và phương pháp

 

Chủng và môi trường nuôi cấy

 

B. amyloliquefaciens HN được phân lập từ một hồ ô nhiễm ở huyện Tây Khánh, Thiên Tân, Trung Quốc. Môi trường nuôi cấy (còn gọi là môi trường nền) cho B. amyloliquefaciens HN chứa (mỗi lít): peptone 8 g, dịch chiết thịt bò 3 g, tinh bột hòa tan 5 g, NaCl 5 g (cộng với thạch 15 g cho môi trường đặc). Nước nuôi trồng thủy sản mô phỏng được chuẩn bị theo Chen (2005) và LuzE. De-Bashanet (2002), chứa (mỗi lít): chiết xuất thịt bò 0,5 g, sucrose 0,5 g, NaCl 0,25 g, KH₂PO₄ 0,075 g.

 

Kiểm tra khả năng chịu nitrit và amoniac-N

 

Natri nitrit và amoni sulfat được thêm vào môi trường nuôi cấy để tạo ra nồng độ cuối cùng của nitrit-N là 1, 5, 10, 20, 40, 80, và 100 mg/lit, và nồng độ của amoniac-N lần lượt là 10, 20, 40, 80 và 160 mg/lit. Tất cả các thí nghiệm được lặp lại ba lần với môi trường cơ bản làm đối chứng.

 

Kiểm tra loại bỏ nitrit-N và amoniac-N

 

Nước ô nhiễm mô phỏng được chuẩn bị bằng cách tạo ra nồng độ cuối cùng của nitrit-N lần lượt là 10, 20, 40 và 80 mg/lit và nồng độ amoniac-N  là 5, 10, 20 và 40 mg/lit.

 

Ảnh hưởng của các điều kiện khác nhau đến việc loại bỏ nitrit-N và amoniac-N

 

Nước ô nhiễm trong mô hình được chuẩn bị để làm cho nồng độ ban đầu của nitrit-N là 10 mg/lit, và amoniac-N là 20 mg/lit. Thể tích chất cấy là 3%, và được nuôi cấy ở nhiệt độ khác nhau (25°C, 30°C và 35°C), và pH ban đầu khác nhau (từ 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 và 9.0, được điều chỉnh bằng NaOH và HCl ).

 

Phương pháp phân tích

 

Phương pháp Nesslar được sử dụng để xác định amoniac. Phương pháp đo quang phổ 1,2-etandiamine, N-1-naphthalenyl-, dihydrochloride được sử dụng để đo nitrit (APHA, 2005). Nồng độ nitrat được đo bằng phương pháp axit salicylic (2-hydroxybenzoic) (Cataldo et al. 1975). Nồng độ tế bào được xác định bằng cách đếm đĩa.

 

Kết quả

 

Thử nghiệm khả năng chịu nitrit và amoniac-N đối với B. amyloliquefaciens HN

 

Đối với thử nghiệm khả năng chịu Nitrit-N, nồng độ tế bào của B. amyloliquefaciens HN với tất cả các nồng độ nitrit-N được thử nghiệm đều cao hơn so với đối chứng, chứng tỏ rằng chủng vi khuẩn này có thể chịu được nhiều mức độ nitrit-N khác nhau. Kết quả cũng cho thấy sự hiện diện của nitrit-N có thể thúc đẩy sự phát triển của B. amyloliquefaciens, đặc biệt là ở nồng độ thấp (<10 mg/L).

 

Đối với thử nghiệm dung nạp amoniac-N, các kết quả chỉ ra rằng B. amyloliquefaciens HN có thể chịu được amoniac-N nằm trong khoảng từ 10 mg/lit đến 80 mg/lit. Nồng độ amoniac-N là 160 mg/lit đã được chứng minh là có thể ức chế sự phát triển của chủng vi sinh này.

 

Thử nghiệm loại bỏ nitrit-N và amoniac-N đối với B. amyloliquefaciens HN

 

Nitrit-N không thể được phát hiện trong vòng 24 giờ với nồng độ nitrit-N ban đầu là 10 mg/lit. 90% nitrit-N được loại bỏ trong 24 giờ đối với 20 mg/lit, và gần như 100% được loại bỏ trong 48 giờ. 19,2 mg/lit và 20,1 mg/lit nitrit-N được loại bỏ để có nồng độ nitrit-N ban đầu là 40 mg/lit và 80 mg/lit tương ứng. Tuy nhiên, tốc độ loại bỏ không tăng lên đáng kể theo thời gian (dư lượng nitrit-N thậm chí còn tăng một chút), cho thấy rằng nồng độ loại bỏ nitrit-N tối đa có thể vào khoảng 20 mg/lit.

 

Với nồng độ amoniac-N ban đầu cao (20 mg/lit và 40 mg/lit), tốc độ loại bỏ amoniac-N là đáng kể, và tỷ lệ loại bỏ tối đa 59,8% và 79,8% đạt được sau 48 giờ. Đối với nồng độ amoniac-N ban đầu thấp (10 mg/lit và 20 mg/lit), việc loại bỏ amoniac-N không hiệu quả. Trong suốt thời gian thử nghiệm, mức amoniac-N dư dao động khoảng 10 mg/lit, cho thấy rằng B. amyloliquefaciens HN không chỉ có thể sử dụng amoniac-N mà còn sản xuất ra nó.

 

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng loại bỏ nitrit-N và amoniac-N của B. amyloliquefaciens HN

 

Tỷ lệ loại bỏ nitrit-N của B. amyloliquefaciens HN ở 25°C, 30°C và 35°C đều đạt 99%, cho thấy nhiệt độ (trong phạm vi thí nghiệm) không ảnh hưởng đến việc loại bỏ nitrit-N. Tỷ lệ loại bỏ amoniac-N ở 25°C, 30°C và 35°C lần lượt là 29%, 37,5% và 39,4%, cho thấy nhiệt độ cao hơn có thể thích hợp hơn để loại bỏ hiệu quả amoniac-N bởi B. amyloliquefaciens HN.

 

Ảnh hưởng của pH đến khả năng loại bỏ nitrit-N và amoniac-N của B. amyloliquefaciens HN

 

pH có ảnh hưởng đáng kể đến việc loại bỏ nitrit-N của B. amyloliquefaciens HN. Tỷ lệ loại bỏ nitrit-N tăng lên đáng kể khi giá trị pH tăng lên. Tỷ lệ loại bỏ tối đa 96% có thể đạt được ở pH 8,0. Tỷ lệ loại bỏ amoniac-N từ pH 5,0 ~ 9,0 là từ 32 ~ 38%, cho thấy pH không có ảnh hưởng đáng kể đến việc loại bỏ amoniac-N.

 

Thảo luận

 

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã nghiên cứu tiềm năng sử dụng B. amyloliquefaciens trong việc xử lý nước nuôi trồng thủy sản. Đặc biệt, các đặc điểm xử lý của nó liên quan đến việc loại bỏ nitrit và amoniac đã được đánh giá. Sự tích tụ của nitrit và amoniac rất độc đối với hệ động vật thủy sinh. 0,1 ~ 10 mg/lit nitrit có thể gây ra tỷ lệ chết 50% (LC 50) của một số loài cá và tôm (Philips và cộng sự 2002). Amoniac-N có thể gây độc cho cá nuôi thương phẩm ở nồng độ trên 1,5 mg/lit (Crab và cộng sự, 2007).

 

Nghiên cứu này cho thấy rằng một chủng B. amyloliquefaciens, được phân lập từ bùn, cũng là một chất làm sạch nitrit-N rất hiệu quả, có thể loại bỏ hoàn toàn 10 mg/L nitrit-N có trong nước nuôi trồng thủy sản mô phỏng trong vòng 24 giờ. Trước đây, B. amyloliquefaciens đã được ứng dụng trong sản xuất enzyme (Wei và cộng sự 2011), kiểm soát bệnh hại cây trồng (Alvindia và Natsuaki 2009; Arrebola và cộng sự 2010) và bảo quản thực phẩm (Wang và cộng sự 2006). Đây là nghiên cứu đầu tiên về ứng dụng tiềm năng của nó trong việc cải thiện chất lượng nước. Nó gợi ý rằng B. amyloliquefaciens có thể là một loài Bacillus thay thế quan trọng để loại bỏ nitrit.

 

Khả năng loại bỏ amoniac-N của B. amyloliquefaciens không thỏa mãn, vì khi nồng độ amoniac-N dưới 20 mg/lit, tỷ lệ loại bỏ tốt nhất là 39,4% và nồng độ amoniac-N không thể giảm xuống dưới 10 mg/lit. Các tài liệu trước đây dường như cho thấy rằng các loài Bacillus không hiệu quả trong việc loại bỏ amoniac, và không có hiệu quả loại bỏ amoniac của một dòng Bacillus duy nhất được báo cáo là vượt quá 90%. Do đó, để tạo ra một tác nhân vi lượng có thể khử đồng thời nitrit và amoniac, B. amyloliquefaciens HN có thể được phối chế với vi khuẩn khử amoniac hiệu quả, chẳng hạn như vi khuẩn nitrat hóa (Meng và cộng sự 2009).

 

Tóm tắt theo https://www.ncbi.nlm.nih.gov