Luận án tiến sĩ: Khả năng phân hủy hợp chất vòng thơm của vi sinh vật tạo màng sinh học tại các khu vực ô nhiễm dầu ở Việt Nam

• Tác giả: Cung Thị Ngọc Mai
• Người hướng dẫn: PGS. Nghiêm Ngọc Minh
• Trường học: Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Vi sinh vật học
• Đề tài: Nghiên cứu khả năng phân hủy hợp chất vòng thơm của vi sinh vật tạo màng sinh học tại các điểm ô nhiễm dầu ở Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. ĐẶC ĐIỂM, NGUỒN GỐC PHÁT SINH CỦA PHENOL VÀ PAH
• 1.2. ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUỒN GỐC PHÁT SINH CỦA PHENOL
• 1.3. ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUỒN GỐC PHÁT SINH CỦA PAH
• 1.4. TÍNH ĐỘC VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA PHENOL, PAH TỚI MÔI TRƯỜNG, SỨC KHỎE CON NGƯỜI VÀ ĐỘNG VẬT
• 1.5. PHÂN HỦY PHENOL VÀ PAH BỞI VI SINH VẬT
• 1.6. CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
• 1.7. KHÁI NIỆM VỀ BIOFILM
• 1.8. VI SINH VẬT TẠO BIOFILM
• 1.9. SỰ HÌNH THÀNH BIOFILM
• 1.10. THÀNH PHẦN, CẤU TRÚC CỦA BIOFILM
• 1.11. MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN BIOFILM
• 1.12. ỨNG DỤNG CỦA BIOFILM TRONG PHÂN HỦY SINH HỌC
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.2. HÓA CHẤT, MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY
• 2.3. THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU
• 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.4.1. NHÓM PHƯƠNG PHÁP VI SINH VẬT
• 2.4.2. NHÓM PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC PHÂN TỬ
• 2.4.3. NHÓM PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HÓA HỌC. XỬ LÝ THỐNG KÊ
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. LÀM GIÀU VÀ PHÂN LẬP CÁC CHỦNG VI SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG CÁC HYDROCARBON VÒNG THƠM
• 3.2. KHẢ NĂNG TẠO BIOFILM VÀ SỬ DỤNG HỢP CHẤT VÒNG THƠM CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT PHÂN LẬP ĐƯỢC
• 3.2.1. KHẢ NĂNG TẠO BIOFILM CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT
• 3.2.2. KHẢ NĂNG SỬ DỤNG HỢP CHẤT VÒNG THƠM CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT
• 3.3. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC VÀ PHÂN LOẠI, ĐỊNH TÊN CÁC CHỦNG VI SINH VẬT CHỌN LỌC
• 3.3.1. ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT
• 3.3.2. PHÂN LOẠI VÀ ĐỊNH TÊN CÁC CHỦNG VI SINH VẬT
• 3.4. KIỂM TRA TÍNH ĐỐI KHÁNG VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ AN TOÀN CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT SÀNG LỌC
• 3.4.1. KIỂM TRA TÍNH ĐỐI KHÁNG CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT
• 3.4.2. ĐÁNH GIÁ ĐỘ AN TOÀN CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT
• 3.5. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN MÔI TRƯỜNG ĐẾN SỰ HÌNH THÀNH BIOFILM CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT TUYỂN CHỌN
• 3.5.1. ẢNH HƯỞNG CỦA PH
• 3.5.2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ
• 3.5.3. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ MUỐI NACL
• 3.5.4. ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN CARBON
• 3.5.5. ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN NITROGEN
• 3.6. KHẢ NĂNG PHÂN HỦY MỘT SỐ HYDROCARBON VÒNG THƠM CỦA TỪNG CHỦNG VI SINH VẬT LỰA CHỌN
• 3.6.1. KHẢ NĂNG PHÂN HỦY HYDROCARBON VÒNG THƠM CỦA VI SINH VẬT
• 3.6.2. KHẢ NĂNG CHUYỂN HÓA ISO-PENTYLBENZENE DO BIOFILM CỦA CHỦNG CANDIDA VISWANATHII TH1 TẠO THÀNH
• 3.6.3. KHẢ NĂNG PHÂN HỦY HỢP CHẤT VÒNG THƠM TRONG NƯỚC NHIỄM DẦU CỦA BIOFILM DO CÁC CHỦNG VI SINH VẬT TẠO THÀNH
• 3.6.4. KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CÁC HỢP CHẤT VÒNG THƠM CÓ TRONG NƯỚC NHIỄM DẦU
• 3.6.5. MẬT ĐỘ TẾ BÀO, CẤU TRÚC BIOFILM VÀ CẤU TRÚC QUẦN THỂ VI KHUẨN TRƯỚC VÀ SAU XỬ LÝ
• 4. CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN KẾT QUẢ
• 4.1. PHÂN LẬP, PHÂN LOẠI CÁC CHỦNG VI SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG TẠO BIOFILM VÀ SỬ DỤNG CÁC HỢP CHẤT VÒNG THƠM TỪ CÁC MẪU NHIỄM DẦU
• 4.2. CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG TỚI KHẢ NĂNG TẠO BIOFILM CỦA CÁC CHỦNG VI SINH VẬT
• 4.3. HIỆU QUẢ XỬ LÝ CÁC HỢP CHẤT VÒNG THƠM CÓ TRONG NƯỚC NHIỄM DẦU DO BIOFILM ĐA CHỦNG TẠO THÀNH
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• NHỮNG CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÓM TẮT LUẬN ÁN BẰNG TIẾNG ANH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHẦN PHỤ LỤC
• Phụ lục 1. Khả năng tạo biofilm của các chủng vi sinh vật
• Phụ lục 2. Phân loại vi sinh vật bằng kít chuẩn sinh hóa
• Phụ lục 3. Khả năng sinh trưởng của các chủng vi sinh vật trên các nguồn hydrocarbon khác nhau
• Phụ lục 4. Kết quả phân tích GCMS do biofilm đa chủng tạo thành

I. Phân hủy hợp chất vòng thơm

Nghiên cứu tập trung vào khả năng phân hủy hợp chất vòng thơm của các vi sinh vật tạo màng sinh học tại các điểm ô nhiễm dầu ở Việt Nam. Các hợp chất vòng thơm như phenol và PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) là những chất ô nhiễm bền vững, khó phân hủy trong tự nhiên. Chúng có nguồn gốc từ các hoạt động công nghiệp và sự cố tràn dầu, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe con người. Phân hủy sinh học bằng vi sinh vật là phương pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường, đặc biệt khi vi sinh vật tồn tại trong cấu trúc màng sinh học (biofilm).

1.1. Đặc điểm và nguồn gốc của hợp chất vòng thơm

Phenol và PAH là các hợp chất hữu cơ có cấu trúc vòng thơm, tồn tại phổ biến trong môi trường ô nhiễm dầu. Phenol được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất nhựa, thuốc trừ sâu và dược phẩm. PAH, với cấu trúc đa vòng, có tính độc cao và khó phân hủy. Cả hai hợp chất này đều có nguồn gốc từ các hoạt động công nghiệp, giao thông và sự cố tràn dầu. Chúng tích tụ trong môi trường, gây ô nhiễm nguồn nước và đất.

1.2. Phân hủy sinh học hợp chất vòng thơm

Vi sinh vật có khả năng phân hủy phenol và PAH thông qua các enzyme đặc hiệu. Quá trình phân hủy hiếu khí và kỵ khí đã được nghiên cứu, trong đó vi sinh vật hiếu khí thường hiệu quả hơn. Các vi sinh vật tạo màng sinh học có khả năng chống chịu tốt hơn với điều kiện môi trường khắc nghiệt, đồng thời tăng hiệu suất phân hủy các hợp chất ô nhiễm.

II. Vi sinh vật tạo màng sinh học

Vi sinh vật tạo màng sinh học (biofilm) là tập hợp các vi sinh vật bám trên bề mặt, tạo thành lớp màng bảo vệ. Cấu trúc này giúp vi sinh vật trao đổi chất hiệu quả hơn và chống chịu tốt hơn với các điều kiện môi trường bất lợi. Nghiên cứu đã phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng tạo màng sinh học và phân hủy các hợp chất vòng thơm từ các mẫu nước ô nhiễm dầu tại Việt Nam.

2.1. Quá trình hình thành màng sinh học

Quá trình hình thành màng sinh học bao gồm các giai đoạn: bám dính, phát triển và trưởng thành. Vi sinh vật tiết ra các chất ngoại bào (EPS) để tạo thành cấu trúc màng ổn định. Cấu trúc này giúp vi sinh vật trao đổi chất và chống chịu tốt hơn với các điều kiện môi trường khắc nghiệt.

2.2. Ứng dụng của màng sinh học trong xử lý ô nhiễm

Màng sinh học được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải và đất ô nhiễm. Các vi sinh vật trong màng sinh học có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại như phenol và PAH một cách hiệu quả. Nghiên cứu đã chứng minh hiệu suất phân hủy cao hơn khi sử dụng màng sinh học so với vi sinh vật ở dạng tự do.

III. Nghiên cứu tại các điểm ô nhiễm dầu ở Việt Nam

Nghiên cứu được thực hiện tại các điểm ô nhiễm dầu ở Việt Nam, nơi có nồng độ cao các hợp chất vòng thơm. Các mẫu nước và đất được thu thập để phân lập các chủng vi sinh vật có khả năng phân hủy phenol và PAH. Kết quả nghiên cứu đã xác định được các chủng vi khuẩn và nấm men có khả năng tạo màng sinh học và phân hủy hiệu quả các hợp chất ô nhiễm.

3.1. Phân lập và tuyển chọn vi sinh vật

Các chủng vi sinh vật được phân lập từ các mẫu nước ô nhiễm dầu. Quá trình tuyển chọn dựa trên khả năng sử dụng phenol và PAH làm nguồn carbon và năng lượng. Các chủng vi sinh vật có khả năng tạo màng sinh học được ưu tiên lựa chọn.

3.2. Đánh giá hiệu suất phân hủy

Hiệu suất phân hủy các hợp chất vòng thơm được đánh giá thông qua các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và mô hình thực địa. Kết quả cho thấy các chủng vi sinh vật tạo màng sinh học có hiệu suất phân hủy cao hơn so với các chủng vi sinh vật tự do.

IV. Giá trị và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã đóng góp quan trọng vào việc phát triển các giải pháp xử lý ô nhiễm bằng công nghệ sinh học. Các chủng vi sinh vật tạo màng sinh học có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải và đất ô nhiễm dầu. Nghiên cứu cũng mở ra hướng đi mới trong việc sử dụng vi sinh vật phân hủy dầu để khắc phục hậu quả của các sự cố tràn dầu tại Việt Nam.

4.1. Ứng dụng trong xử lý môi trường

Các chủng vi sinh vật tạo màng sinh học có thể được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp và đất ô nhiễm. Hiệu quả phân hủy cao và chi phí thấp là những ưu điểm nổi bật của phương pháp này.

4.2. Tiềm năng phát triển

Nghiên cứu mở ra tiềm năng phát triển các sản phẩm công nghệ sinh học ứng dụng trong xử lý môi trường. Các chủng vi sinh vật phân lập có thể được phát triển thành các chế phẩm sinh học để xử lý ô nhiễm dầu tại các khu vực bị ảnh hưởng.