NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM VI KHUẨN QUANG DƯỠNG TÍA PHI LƯU HUỲNH ỨNG DỤNG TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN NƯỚC NGỌT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM VI KHUẨN QUANG DƯỠNG
TÍA PHI LƯU HUỲNH ỨNG DỤNG TRONG NUÔI TRỒNG
THỦY SẢN NƯỚC NGỌT

Ngành học

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện

: NGUYỄN THÚY KIỀU

Niên khóa

: 2006 - 2010

Tháng 7/2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU TẠO CHẾ PHẨM VI KHUẨN QUANG DƯỠNG
TÍA PHI LƯU HUỲNH ỨNG DỤNG TRONG NUÔI TRỒNG
THỦY SẢN NƯỚC NGỌT

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

ThS. NGUYỄN NHƯ NHỨT

NGUYỄN THÚY KIỀU

KS. BIỆN THỊ LAN THANH

Tháng 7/2010


LỜI CẢM ƠN
Em xin gởi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm Bộ môn
Công Nghệ Sinh Học, cùng tất cả quý thầy cô Trường Đại học Nông Lâm Thành phố
Hồ Chí Minh đã chỉ dạy, truyền đạt và trang bị cho em những kiến thức bổ ích trong
suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Em xin gởi lời cảm ơn đến Thạc sĩ Nguyễn Như Nhứt và cô Biện Thị Lan
Thanh đã tạo điều kiện thuận lợi cho em có cơ hội làm việc, học tập và thực hiện tốt đề
tài tốt nghiệp.
Em chân thành cảm ơn kỹ sư Hồ Bang Hoài đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ
em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Anh như một người thầy, người bạn đã sẵn
sàng giúp đỡ và chia sẻ với em những khó khăn, bế tắc khi thực hiện đề tài này.
Xin gởi lời cảm ơn đến:
Những người bạn của lớp DH06SH đã cùng tôi san sẻ những buồn vui, cùng

nhau học tập và trao đổi kiến thức trong suốt thời sinh viên.
Toàn thể nhân viên Chi nhánh Công Ty TNHH Gia Tường đã chỉ dạy, hỗ trợ
cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài.
Cuối cùng, cho con gởi lời biết ơn chân thành, sâu sắc nhất đến Bố, Mẹ, gia
đình đã luôn bên cạnh, tin tưởng, ủng hộ con và là chỗ dựa tinh thần vững chắc cho
con để con có thể vững bước đến ngày hôm nay.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2010

Nguyễn Thúy Kiều

i


TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu tạo chế phẩm vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh ứng
dụng trong nuôi trồng thủy sản nước ngọt” được thực hiện tại Chi nhánh Công ty
TNHH Gia Tường _ kho C2, lô D, tổng kho Sóng Thần, khu công nghiệp Sóng Thần I,
huyện Dĩ An, tỉnh Bình Dương từ tháng 2/2010 đến tháng 7/2010.
Ngành nuôi trồng thủy sản đang phát triển nhằm tạo ra nhiều sản phẩm thủy sản
an toàn về chất lượng, đáp ứng được nhu cầu thị trường ngày càng gia tăng. Trong
giai đoạn hiện nay, giải pháp sinh học giải quyết ô nhiễm môi trường nước là giải pháp
đang đang được quan tâm để thay thế giải pháp dùng hóa chất, kháng sinh. Vì thế,
chúng tôi thực hiện đề tài này để khảo sát và chọn lọc những chủng vi khuẩn quang
dưỡng tía phi lưu huỳnh có khả năng xử lý H2S, NO2-, NH4+ trên môi trường nhân tạo.
Sau đó, nghiên cứu tạo chế phẩm PNSB từ các chủng đã chọn lọc và thử nghiệm ứng
dụng chế phẩm vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh trên môi trường nuôi cá tra ở
quy mô phòng thí nghiệm.
Các phương pháp chính được sử dụng là phương pháp bảo quản chủng thạch
nghiêng, tăng sinh chủng trong ống nghiệm, phương pháp xác định tổng số vi khuẩn
bằng đo OD và MPN, phương pháp Nessler, Methylene blue, Griess Llosvay, Lowry,

phương pháp xác định COD, DO.
Sau thời gian thực hiện đề tài, chúng tôi đã xác định được nguồn nitrogen và
nguồn carbon thích hợp để nuôi cấy 8 chủng vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh
chọn lọc được như NH4H2PO4 với nồng độ 1,2g/l, glucose với nồng độ 1g/l hoặc 3g/l
và ethanol với nồng độ là 1,5ml/l. Các chủng vi khuẩn đã chọn có khả năng ổn định
pH, phát triển trong điều kiện ánh sáng yếu (280 lux). Chế phẩm được sản xuất từ các
chủng đã chọn có khả năng cải thiện chất lượng nước ở quy mô phòng thí nghiệm.

ii


SUMMARY
The thesis “Reseaching into producing and applying purple non – sulfur
photosynthetic bacteria bioproduct in aquatic environment” was carried out in lab of
Gia Tuong limited company, Binh Duong branch _ C2 depot, D plot, Song Than base
depot, Song Than I industrial park, Di An district, Binh Duong province from
February to June 2010.
The aquaculture is developing to made safe, high – quality products and satisfy
the market’s demand is on the increase. Currently, bio-solutions are used to replace
chemical solutions on solving pollution problems, antibiotic. Therefore, we carry out
this study for selecting purple non–sulfur photosynthetic bacteria (PNSB) strains that
have ability to reduce H2S, NO2-, NH4+ in artificial medium, reseaching on production
of PNSB bioproduct from selective bacteria, and in vitro applying this bioproduct
upon Pangasius hypophthalmus aquatic environment.
Main methods were used including maintaining, enriching bacteria, MPN
method, Nessler, Methylene blue, Griess Llosvay, Lowry method, determining
chemical oxygen demand (COD) and dissolved oxygen (DO).
The obtained results includes there are eight selected PNSB strains which are
able to decompose H2S, NO2-, and NH4+. We also selected appropriate concentration
of nitrogen and carbon sources including 1.2g/l NH4H2PO4, 1 or 3g/l glucose, and

1.5ml/l ethannol. The selected strains are able to remain pH stable and to grow in low
intensity light (280 lux). The bioproduct made from this selected strains has capability
to refresh in vitro the polluted aquatic environment.
Key words: purple non – sulfur photosynthetic bacteria, Pangasius
hypophthalmus.

iii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................. i
TÓM TẮT....................................................................................................................... ii
SUMMARY................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ...............................................................................................x
Chương 1 MỞ ĐẦU ........................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề................................................................................................................1
1.2. Yêu cầu của đề tài ...................................................................................................2
1.3. Nội dung thực hiện ..................................................................................................2
Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...............................................................................3
2.1. Tổng quan về vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh .........................................3
2.1.1. Giới thiệu ...............................................................................................................3
2.1.2. Sự phát sinh loài ....................................................................................................4
2.1.3. Sự phân loại ...........................................................................................................4
2.1.3.1. Alpha – 1 Proteobacteria ....................................................................................5
2.1.3.2. Alpha – 2 Proteobacteria ....................................................................................5
2.1.3.3. Alpha – 3 Proteobacteria ....................................................................................6

2.1.3.4. Beta – Proteobacteria ..........................................................................................7
2.1.4. Đặc tính sinh lý ......................................................................................................7
2.1.4.1. Quang hợp ..........................................................................................................7
2.1.4.2. Sự hô hấp ............................................................................................................8
2.1.4.3. Quá trình lên men ...............................................................................................9
2.1.4.4. Biến dưỡng carbon .............................................................................................9
2.1.4.5. Biến dưỡng sulfur .............................................................................................11
2.1.4.6. Biến dưỡng nitrogen .........................................................................................12
2.1.4.7. Biến dưỡng hydrogen .......................................................................................13
2.1.5. Các ứng dụng .......................................................................................................14
2.2. Đặc điểm ngành nuôi cá tra ...................................................................................14
iv


2.2.1. Đặc điểm cá tra ....................................................................................................14
2.2.1.1. Phân loại ...........................................................................................................14
2.2.1.2. Hình thái, sinh lý ..............................................................................................15
2.2.2.

Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường.............................................................15

2.2.2.1. Nhiệt độ ............................................................................................................15
2.2.2.2. pH .....................................................................................................................15
2.2.2.3. Ammonia (NH3) ...............................................................................................16
2.2.2.4. Sulfur hydrogen (H2S) ......................................................................................16
2.2.2.5. Nitrite (NO2-) ....................................................................................................17
2.2.2.6. Oxy hòa tan (DO) .............................................................................................17
2.2.2.7. Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand – COD) ............................18
2.2.3. Các điều kiện nuôi cá da trơn ..............................................................................18
2.2.3.1. Nguồn nước ......................................................................................................18

2.2.3.2. Thức ăn .............................................................................................................18
2.2.3.3. Mật độ thả nuôi .................................................................................................18
2.2.3.4. Màu nước ..........................................................................................................18
2.2.4.5. Các loại bệnh và cách phòng ngừa trên cá da trơn ...........................................19
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN .........................................21
3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu .........................................................................21
3.2. Vật liệu ..................................................................................................................21
3.2.1.

Chủng vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh .............................................21

3.2.2.

Nước nuôi trồng thủy sản dùng để xử lý .........................................................21

3.2.3.

Dụng cụ, thiết bị, hóa chất ...............................................................................21

3.2.3.1. Dụng cụ thiết bị ................................................................................................21
3.2.3.2. Hóa chất ............................................................................................................21
3.2.4. Môi trường ...........................................................................................................22
3.3. Các phương pháp thực hiện trong đề tài ...............................................................24
3.4. Phương pháp tiến hành ..........................................................................................25
3.4.1.

Khảo sát chọn giống PNSB..............................................................................25

3.4.1.1. Khảo sát khả năng xử lý NH4+ của PNSB ........................................................25
3.4.1.2. Khảo sát khả năng xử lý NO2- của PNSB.........................................................25

3.4.1.3. Khảo sát khả năng xử lý H2S của PNSB ..........................................................25
v


3.4.2. Nghiên cứu tạo chế phẩm từ những chủng PNSB đã chọn lọc ...........................25
3.4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ (NH4)H2PO4 lên sự phát triển của PNSB ..........25
3.4.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ glucose lên sự phát triển của PNSB............26
3.4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng nồng độ ethanol lên sự phát triển của PNSB...................26
3.4.2.1. Khảo sát thời gian thu nhận PNSB ...................................................................26
3.4.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ sáng đến sự phát triển của PNSB .............26
3.4.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự phát triển của PNSB ................................27
3.4.3.

Khảo sát tỷ lệ sử dụng chế phẩm để xử lý nước nuôi cá tra ............................27

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................28
4.1. Kết quả ..................................................................................................................28
4.1.1.

Khảo sát chọn giống PNSB..............................................................................28

4.1.1.1.

Khảo sát khả năng xử lý NH4+ của PNSB trong môi trường nhân tạo .........28

4.1.1.2.

Khảo sát khả năng xử lý NO2- của PNSB trong môi trường nhân tạo ..........29

4.1.1.3.

Khảo sát khả năng xử lý H2S của PNSB trong môi trường nhân tạo ...........30

4.1.2.

Nghiên cứu tạo chế phẩm từ PNSB đã chọn lọc ..............................................31

4.1.2.1.

Ảnh hưởng của nồng độ (NH4)H2PO4 lên sự phát triển của PNSB .............31

4.1.2.2.

Ảnh hưởng của nồng độ glucose lên sự phát triển của PNSB ......................32

4.1.2.3.

Ảnh hưởng của nồng độ ethanol lên sự phát triển của PNSB ......................33

4.1.2.4.

Khảo sát thời gian thu nhận chế phẩm .........................................................35

4.1.2.5.

Ảnh hưởng của cường độ sáng đến sự phát triển của PNSB........................35

4.1.2.6.

Ảnh hưởng của pH đến sự phát triển của PNSB ..........................................36

4.1.3.

Khảo sát tỷ lệ sử dụng chế phẩm để xử lý nước nuôi cá tra ............................38

4.1.3.1.

Khảo sát nhiệt độ môi trường nước nuôi cá .................................................38

4.1.3.2.

Khảo sát chỉ tiêu pH .....................................................................................39

4.1.3.3.

Khảo sát chỉ tiêu oxy hòa tan DO .................................................................39

4.1.3.4.

Khảo sát tổng số PNSB ................................................................................39

4.1.3.5.

Khảo sát chỉ tiêu COD ..................................................................................40

4.1.3.6.

Khảo sát chỉ tiêu tổng TAN (Total Ammonia Nitrogen) .............................40

4.1.3.7.

Khảo sát chỉ tiêu NO2- ..................................................................................41

4.1.3.8.

Khảo chỉ tiêu H2S .........................................................................................42

4.1.3.9.

Khảo sát chỉ tiêu protein ...............................................................................43

4.2. Thảo luận ...............................................................................................................44
vi


Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..........................................................................47
5.1. Kết luận...................................................................................................................47
5.2. Đề nghị ...................................................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................48
PHỤ LỤC

vii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
COD (Chemical Oxygen Demand)

Nhu cầu oxy hóa học

DO (Dissolved oxygen)

Hàm lượng oxy hòa tan

ĐC

Đối chứng

NT

Nghiệm thức

OD (optical density)

Mật độ quang

PNSB (Purple nonsulfur bacteria)

Vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh

TAN (Total Ammonia Nitrogen)

Tổng đạm ammonia

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang

Bảng 2.1 Một số tiêu chuẩn chất lượng nước nuôi trồng thủy sản nước ngọt ..............19

Bảng 4.1 Ảnh hưởng của nồng độ (NH4)H2PO4 lên sự phát triển của PNSB...............31
Bảng 4.2 Ảnh hưởng của nồng độ glucose lên sự phát triển của PNSB .......................32
Bảng 4.3 Ảnh hưởng của nồng độ ethanol lên sự phát triển của PNSB .......................33
Bảng 4.4 Tăng trưởng của các chủng PNSB theo thời gian nuôi cấy ...........................35
Bảng 4.5 Ảnh hưởng cường độ ánh sáng lên sự phát triển của các chủng PNSB ........36
Bảng 4.6 Khả năng phát triển của các PNSB ở các pH khác nhau ...............................37
Bảng 4.7 Các chỉ tiêu ban đầu của nước nuôi cá tra .....................................................38
Bảng 4.8 Tổng số PNSB khảo sát qua các tuần sử dụng chế phẩm ..............................39
Bảng 4.9 Hiệu suất xử lý COD qua các tuần sử dụng chế phẩm so với ĐC.................40
Bảng 4.10 Hiệu suất xử lý TAN qua các tuần sử dụng chế phẩm so với ĐC ...............41
Bảng 4.11 Hiệu suất xử lý NO2- qua các tuần sử dụng chế phẩm so với ĐC ...............42
Bảng 4.12 Hiệu suất xử lý H2S qua các tuần sử dụng chế phẩm so với ĐC.................42
Bảng 4.13 Hiệu suất xử lý protein qua các tuần sử dụng chế phẩm so với ĐC ............43

ix


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang

Hình 2.1 Khuẩn lạc vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh........................................3
Hình 2.2 Tế bào vi khuẩn Rhodospirillum......................................................................5
Hình 2.3 Tế bào vi khuẩn Rhodopseudomonas. .............................................................6
Hình 2.4 Tế bào vi khuẩn Rhodobacter, Rhodovulum....................................................7
Hình 2.5 Tế bào vi khuẩn Rhodocyclus purpureus.........................................................7
Hình 2.6 Bộ máy quang hợp của vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh. ..................8
Hình 2.7 Con đường đồng hóa ammonia ......................................................................12
Hình 2.8 Hình thái cá tra. ..............................................................................................15
Hình 4.1 Giống thạch nghiêng PNSB. ..........................................................................28
Hình 4.2 Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý NH4+ của các chủng PNSB. .....................29

Hình 4.3 Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý NO2- của các chủng PNSB. ......................29
Hình 4.4 Biểu đồ biểu diễn hiệu suất xử lý H2S của các chủng PNSB. ........................30
Hình 4.5 Canh trường nuôi cấy cấp 2 của các chủng PNSB được chọn lọc. ...............34

x


Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề
Trong ngành nuôi trồng thủy sản, mục tiêu nhằm tạo ra những sản phẩm thủy

sản đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm phục vụ cho người tiêu dùng và xuất
khẩu là mục tiêu được quan tâm hàng đầu để xây dựng và phát triển uy tín, chất lượng
và thương hiệu các sản phẩm cá nước ngọt Việt Nam trên thị trường thế giới. Ngoài
những giải pháp về con chủng và thức ăn thì giải pháp về quản lý nước nuôi trồng thủy
sản là giải pháp quan trọng để quản lý sức khỏe trên cá. Nhất là trong giai đoạn hiện
nay khi các kỹ thuật nuôi thâm canh đang phát triển để đáp ứng được nhu cầu thực phẩm
thủy sản đang gia tăng đã làm cho chất lượng nước bị suy giảm, thủy sản bị stress, mầm
bệnh gia tăng trong môi trường nước. Bên cạnh đó, việc sử dụng hóa chất, kháng sinh
phòng và trị bệnh đã gây nên ô nhiễm môi trường, nhiều vi khuẩn kháng thuốc, kháng
sinh tồn lưu trong thịt thủy sản sẽ gây nên kháng thuốc ở người và hậu quả tất yếu là
không giải quyết được thiệt hại do bệnh và năng suất nuôi trồng không bền vững.
Nguyên nhân chính ảnh hưởng xấu đến chất lượng ao nuôi cá là sử dụng nguồn
nước chất lượng kém để cấp cho ao cá, bón phân quá liều, cho ăn quá dư thừa và thả
cá với mật độ cao, các hóa chất vệ sinh cải tạo ao nuôi, thuốc kháng sinh, chất kích
thích tăng trưởng... Số liệu điều tra cho thấy chưa đến 40% lượng thức ăn cho cá được
chuyển hóa thành sản phẩm, phần còn lại được thải loại dưới dạng thức ăn dư thừa thối
rửa. Một điểm đáng quan tâm nữa là chất thải trong việc nuôi cá thâm canh và nuôi

công nghiệp có thể chứa trên 45% thành phần nitrogen và 22% thành phần các chất
hữu cơ dễ phân hủy và các chất độc hại khác có trong chất thải, là nguồn có nguy cơ
gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng làm suy giảm chất lượng nước.
Để giải quyết những vấn đề trên, có rất nhiều những giải pháp đã được đưa ra.
Trong đó, giải pháp sử dụng công nghệ sinh học trong nuôi trồng thủy sản mang lại
hiệu quả cao nhất. Việc sử dụng các chế phẩm của công nghệ sinh học trong đó có chế
phẩm vi sinh để quản lý chất lượng nước trong ao nuôi thủy sản là biện pháp kỹ thuật
được ưa chuộng nhất vì hiệu quả bền vững của nó. Sử dụng phế phẩm vi sinh nhằm
tăng cường sự hoạt động của vi sinh vật có lợi trong ao, hấp thụ các loại khí độc, giúp
cho môi trường ao nuôi không bị ô nhiễm và tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động
sống của cá. Giải pháp này là quá trình hóa sinh học tự nhiên nên đảm bảo được vấn
1


đề an toàn thực phẩm, hạn chế ô nhiễm môi trường và đáp ứng được sự phát triển bền
vững của ngành nuôi trồng thủy sản.
Vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh là nhóm vi sinh vật có thể sử dụng các cơ
chất khác nhau làm nguồn carbon và năng lượng. Với ammonium, nitrate, nitrite như là
nguồn nitrogen và có thể sử dụng sulfide hoặc thiosulphate như chất cho điện tử để thực
hiện quá trình biến dưỡng quang tự dưỡng dưới điều kiện kỵ khí, chiếu sáng và phát triển
quang tự dưỡng sử dụng CO2 như nguồn carbon và những hợp chất sulfur khử hoặc H2
như chất cho điện tử. Vì thế, nhóm vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh là nhóm vi
sinh vật có khả năng xử lý NH4+, NO2-, H2S trong môi trường nước nuôi trồng thủy. Do
đó, để có thể giải quyết được vấn đề duy trì chất lượng nước nuôi trồng thủy sản một cách
hiệu quả bằng chế phẩm vi sinh nhằm mục đích tăng năng suất nuôi trồng và hạn chế ô
nhiễm môi trường, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tạo chế phẩm vi khuẩn
quang dưỡng tía phi lưu huỳnh ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản nước ngọt”
1.2.

Yêu cầu của đề tài

Tạo chế phẩm sinh học có khả năng xử lý H2S, NO2-, NH4+ để ứng dụng vào

nuôi trồng thủy sản. Nước nuôi trồng thủy sản sau khi xử lý bằng chế phẩm sẽ duy trì
hàm lượng H2S, NO2-, NH4+ ở mức an toàn cho hoạt động của cá.
1.3.

Nội dung thực hiện

Trong đề tài, chúng tôi tiến hành các nội dung nghiên cứu sau:
Khảo sát và chọn lọc những chủng vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh có
khả năng xử lý H2S, NO2-, NH4+ trên môi trường nhân tạo.
Nghiên cứu tạo chế phẩm từ vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh đã chọn lọc.
Thử nghiệm ứng dụng trên môi trường nuôi trồng thủy sản ở quy mô nhỏ phòng thí
nghiệm.

2


Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1.

Tổng quan về vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh

2.1.1. Giới thiệu
Vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh thuộc nhóm alpha, beta –
Proteobacteria, là vi khuẩn có khả năng quang hợp không sinh oxy. Dịch huyền phù
của tế bào có màu sắc khác nhau từ be, màu xanh olive, màu nâu hồng đào, màu nâu,
đỏ nâu, đỏ hoặc hồng và có độ hấp thu quang phổ riêng biệt. Các sắc tố quang hợp là
diệp lục khuẩn a hoặc b (bị este hóa bởi phytol hoặc geranylgeraniol) và các dạng khác
nhau của carotenoid có trong màng tế bào chất và các hệ thống màng quang hợp (dạng

túi, dạng phiến mỏng) bên trong tế bào.
Vi khuẩn quang dưỡng α – Proteobacteria phát triển dưới điều kiện kỵ khí, chiếu
sáng. Quang dị dưỡng hữu cơ là hình thức phát triển chủ yếu của nhóm vi khuẩn này
nhưng nhiều loài cũng có thể phát triển dưới hình thức quang tự dưỡng vô cơ với hydro
phân tử, sulfide, hoặc thiosulfate là chất cho điện tử (vài loài cũng có thể sử dụng sắt
làm chất cho điện tử). Các vitamin phổ biến nhất là biotin, thiamin, niacin và p –
aminobenzoic acid. Sự phát triển của hầu hết các loài được tăng cường khi có sự hiện
diện của một lượng ít dịch chiết nấm men. Hầu hết vi khuẩn này có thể phát triển hóa
dưỡng dưới điều kiện từ vi hiếu khí đến hiếu khí, trong tối.

Hình 2.1 Khuẩn lạc vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh.

3


2.1.2. Sự phát sinh loài
Vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh là nhóm vi khuẩn bất định và khác
nhau về kiểu hình và kiểu gen. Dựa vào sự chủng nhau của trình tự 16S rDNA, vi
khuẩn quang dưỡng tía được phân vào các nhóm α, β và γ – Proteobacteria (Woese và
ctv, 1985; Stackebrandt và ctv, 1988). Trong khi vi khuẩn thuộc nhóm γ –
Proteobacteria là vi khuẩn tía lưu huỳnh thì vi khuẩn tía phi lưu huỳnh được tìm thấy
thuộc nhóm α và β – Proteobacteria.
Ba nhóm vi khuẩn quang dưỡng α – 1, α – 2, α – 3 Proteobacteria được phân biệt
trên cây phát sinh loài được trình bày ở các hình B.1 – B.3 (Phụ lục B). Các loài của
nhóm α – 3 Proteobacteria hình thành một nhóm phát sinh loài có khoảng cách gần.
Trong nhóm α – 2 Proteobacteria, loài Rhodomicrobium và Rhodobium có khoảng cách
xa hơn so với các loài vi khuẩn quang dưỡng khác. Ở nhóm α – 1 Proteobacteria, các
loài Rhodovibrio, Rhodopila và Rhodothalassium hình thành các dòng riêng biệt khác
với các nhóm xung quanh các loài Rhodospirillum và Phaeospirillum. Nhóm vi khuẩn
ưa acid Rhodopila globiformis có quan hệ gần với các vi khuẩn ưa acid khác như các

loài Acidiphilillum (Sievers và ctv, 1994). Các loài Phaeospirillum cho thấy có quan
hệ gần với Magnetospirillum magnetotacticum (Burgess và ctv, 1993). Rhodocista
centanaria có quan hệ gần với các loài Azospirillum (Xia và ctv, 1994; Fani và ctv,
1995). Trong nhóm α – 2 Proteobacteria, Rhodopseudomonas palustris có quan hệ gần
với các loài Nitrobacter (Seewaldt và ctv, 1982).
Hầu hết các vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh thuộc về nhóm α –
Proteobacteria, chỉ có một số ít loài thuộc nhóm β – Proteobacteria là Rhodocylus.
2.1.3. Sự phân loại
Molisch gọi vi khuẩn tía lưu huỳnh là Thiobacteria (Migula, 1900), sắc tố và
khả năng quang hợp không sinh oxy được xem là điểm quan trọng nhất để sắp xếp vi
khuẩn tía thành bộ Rhodobacteria (Molisch, 1907), sau đó thì chúng được gọi là
“Rhodospirillales” (Pfennig và Truper, 1971).
Bởi vì họ Rhodospirillaceace không đại diện cho một nhóm vi khuẩn được phân biệt
rõ ràng trên cây phát sinh loài nên cụm từ “purple nonsulfur bacteria_PNSB” được sử dụng
để chỉ vi khuẩn α – và β – Proteobacteria, là nhóm vi khuẩn chứa sắc tố quang hợp và có
khả năng quang hợp không sinh oxy trong điều kiện kỵ khí (Imhoff và ctv, 1984; Imhoff và
Truper, 1989; Imhoff và Truper, 1992).
4


Vi khuẩn tía phi lưu huỳnh của α – và β – Proteobacteria được phân biệt theo
cách phân loại dựa trên mối quan hệ di truyền và sự đa dạng phân loại hóa học của
chúng (Imhoff và ctv, 1984; Imhoff và Truper, 1989). Sau đó, vi khuẩn trong nhóm
này được sắp xếp lại theo đặc điểm phát sinh loài, đặc tính phân loại hóa học và sinh lý
học sinh thái của chúng.
2.1.3.1. Alpha – 1 Proteobacteria
Hầu hết vi khuẩn quang dưỡng thuộc về α – 1 Proteobacteria cũng được biết là
nhóm Rhodospirillum, là một trong các dạng xoắn khuẩn. Hiện nay, có đại diện là vi
khuẩn không xoắn Rhodopila globiformic. Các chủng trong nhóm này bao gồm
Rhodospirillum, Phaeospirillum, Rhodospira, Roeospira, Rhodocista, Roeospirillum,

Rhodopila, Rhodothalassium và Rhodovibrio.

(a)

(b)

Hình 2.2 Tế bào vi khuẩn Rhodospirillum.
(a) Quan sát dưới kính hiển vi quang học; (b) Quan sát dưới kính hiển vi điện tử.
Hơn nữa, trình tự của 16S rDNA của vi khuẩn tía phi lưu huỳnh đã chỉ ra rằng
vi khuẩn quang dưỡng α – Proteobacteria dạng xoắn thì có quan hệ hoàn toàn xa về
đặc điểm phát sinh loài so với các loài khác (Kawasaki và ctv,1993; Imhoff và ctv,
1998). Vì thế, nhóm vi khuẩn này được phân lớp dựa trên cơ sở khác nhau về kiểu
hình và sự chủng nhau về trình tự 16S rDNA. Rhodospirillum centenum được phân
vào một chủng mới Rhodocista centenaria (Kawasaki và ctv, 1992). Những loài
Rhodospirillum khác được phân vào các chủng mới như Phaeospirillum, Rhodovibrio,
Roseospira và Rhodothalassium (Imhoff và ctv, 1998). Rhodospirillum rubrum và
Rhodospirillum photometricum là các loài của chủng Rhodospirillum.
2.1.3.2. Alpha – 2 Proteobacteria
Hầu hết đặc điểm của vi khuẩn quang dưỡng trong nhóm α – 2
(Rhodopseudomonas) là hình thức sinh sản bằng nảy chồi, phân chia tế bào và có
5


màng mỏng bên trong nằm song song với màng tế bào chất. Hầu hết vi khuẩn quang
dưỡng này được biết trước đây như là các loài Rhodopseudomonas. Hiện tại các chủng
của

nhóm

này

bao

gồm

Rhodopseudomonas,

Rhodoplanes,

Rhodoblastus,

Blastochloris, Rhodomicrobium và Rhodobium.

(a)

(b)

Hình 2.3 Tế bào vi khuẩn Rhodopseudomonas.
(a) Quan sát dưới kính hiển vi quang học; (b) Quan sát dưới kính hiển vi điện tử.
Dựa trên cơ sở dữ liệu của trình tự 16S rDNA (Kawasaki và ctv, 1993) và một
phần dựa vào sự phân lập và miêu tả của các loài mới, Rhodopseudomonas marina
được chia vào chủng mới Rhodobium là Rhodobium marinum cùng với các loài mới
Rhodobium orientis (Hiraishi và ctv, 1995). Rhodopseudomonas rosea được chia vào
chủng mới Rhodoplanes là Rhodoplanes rosea (Hiraishi và Ueda, 1994). Cùng lúc đó,
Rhodoplanes elegens cũng là một loài mới của chủng này. Rhodopseudomonas viridis
và Rhodopseudomonas sulfoviridis được xếp vào chủng mới Blastochloris như
Blastochloris viridis và Blastochloris sulfoviridis (Hiraishi, 1997). Gần đây,
Rhodopseudomonas acidophila được chia vào nhóm mới là Rhodoblastus acidophilus
(Imhoff, 2001). Rhodopseudomonas blastica được xếp vào Rhodobacter blasticus
(Kawasaki và ctv, 1993). Rhodopseudomonas palustris, Rhodopseudomonas julia và

Rhodopseudomonas cryptolactis được sát nhập vào nhóm α – 2 Proteobacteria.
2.1.3.3. Alpha – 3 Proteobacteria
Một đặc điểm đặc thù của vi khuẩn quang dưỡng nhóm α – 3 Proteobacteria
(nhóm Rhodobacter) là sự hiện diện của carotenoid dạng cầu và sự thay đổi linh hoạt
trong quá trình biến dưỡng của chúng. Trước đây những vi khuẩn này được biết như các
loài Rhodopseudomonas và thuộc về chủng Rhodobacter và Rhodovulum (Pfennig và
6


Truper, 1974; Imhoff và ctv, 1984; Hiraishi và Ueda, 1994). Hai loài mới Rhodovulum
iodosum và Rhodovulum robiginosum được miêu tả là sử dụng sắt như là chất cho điện
tử trong quá trình quang hợp (Straub và ctv, 1999).

(a)

(b)

Hình 2.4 Tế bào vi khuẩn Rhodobacter, Rhodovulum.
(a) Tế bào vi khuẩn Rhodobacter; (b) Tế bào vi khuẩn Rhodovulum.
2.1.3.4. Beta – Proteobacteria
Hầu hết vi khuẩn quang dưỡng thuộc về nhóm β – Proteobacteria được biết là
nhóm Rhodocyclus. Rhodocyclaceae là họ vi khuẩn gram (-), gồm nhiều chủng trước
đây được xếp vào họ Pseudomonadaceae. Hiện nay các chủng của nhóm này bao gồm
Rhodocyclus và Rubrivivax. Rhodocylus tenuis được chuyển vào nhóm này từ chủng
Rhodospirillum dựa trên cơ sở dữ liệu của trình tự 16S rDNA (Kawasaki, 1993).

Hình 2.5 Tế bào vi khuẩn Rhodocyclus purpureus.
2.1.4. Đặc tính sinh lý
2.1.4.1. Quang hợp
PNSB là vi khuẩn quang dưỡng không sinh oxy, phát triển quang dưỡng dưới

điều kiện kỵ khí, chiếu sáng. Tất cả các loài có thể phát triển quang dị dưỡng hữu cơ
sử dụng cơ chất hữu cơ là chất cho điện tử và nguồn carbon trong quá trình quang hợp.
7


Nhiều loài cũng có thể phát triển dưới điều kiện quang tự dưỡng vô cơ với việc phân
giải các hợp chất sulfur và sử dụng hydro và các ion sắt là chất cho điện tử, CO2 như là
nguồn carbon.
Quá trình quang hợp phụ thuộc vào sự hiện diện của một bộ máy quang hợp liên
kết màng phức tạp, bao gồm trung tâm phản ứng (RC) và các phức hợp protein – sắc tố
thu nhận ánh sáng (các anten, LH I, LH II). Các protein của trung tâm phản ứng và của
các anten liên kết không cùng hóa trị với diệp lục khuẩn, carotenoid và các nhân tố cùng
tác động (cofactor). Các phức hợp của trung tâm phản ứng được bao quanh bởi một anten
nhân (một phức hợp anten B870 hoặc B890 đối với diệp lục khuẩn a và B1020 với diệp
lục khuẩn b). Các loài như Rhodospirillum rubrum và Rhodobium marinum không có các
phức hợp anten ngoại biên và có thể được nhận biết bởi sự hấp thu quang phổ của chúng ở
bước sóng tối đa là 803 nm. Chức năng chủ yếu của bộ máy quang hợp là sự kích thích
của ánh sáng lên diệp lục khuẩn đến trung tâm phản ứng và đưa đến sự giải phóng điện
tích và electron sẽ được chuyển xuyên qua màng. Đa số vi khuẩn tía phi lưu huỳnh có bộ
máy quang hợp chứa một hệ thống màng bên trong được hợp thành một thể thống nhất.
Các màng này hình thành các túi, các ống nhỏ hoặc các cấu trúc mỏng và được nối liền
với nhau gắn vào màng tế bào chất. Sự tổng hợp các sắc tố quang hợp, anten và cấu trúc
màng quang hợp bị ức chế bởi oxy, ngoại trừ Rhodocista centenaria (Yildiz và ctv, 1991).

Hình 2.6 Bộ máy quang hợp của vi khuẩn quang dưỡng tía phi lưu huỳnh.
(Nguồn The Nation Academy of Science, 1998)
2.1.4.2. Sự hô hấp
Ở vi khuẩn tía phi lưu huỳnh và hầu hết các loài hóa dưỡng không bắt buộc có
thể phát triển hóa dị dưỡng vô cơ trong điều kiện có oxy. Trong khi có vài loài rất nhạy
cảm với oxy thì các loài khác phát triển tốt trong điều kiện có oxy, trong tối. Hình thức

phát triển hóa tự dưỡng vô cơ với hydro hoặc các hợp chất sulfur khử là nguồn cho điện
8


tử và oxy là chất nhận điện tử (Madigan và Gest, 1979; Siefert và Pfennig, 1979). Dưới
điều kiện kỵ khí trong tối, vài loài có thể phát triển nhờ sự vận chuyển điện tử trong quá
trình hô hấp khi có mặt của nitrate, nitrite, nitrous oxide (thuốc gây tê). Quá trình khử
nitrate có thể xảy ra trong điều kiện tối cũng như chiếu sáng và bị ức chế bởi oxy. Sự
khử nitrate trong điều kiện kỵ khí, trong tối được tìm thấy ở các dòng của Rhodobacter
sphaeroides (Michalski và Nicholas, 1988), Rhodopseudomonas palustris (Kemme và
ctv, 1980) và của Rhodobacter capsulatus (McEwan và ctv, 1984). Các loài
Rhodobacter azotoformans, Rhodobium orientis, Rhodoplanes roseus và Rhodoplanes
elegans có khả năng khử nitrogen (Hiraishi và Ueda, 1994; Hiraishi và ctv, 1995).
Rhodobacter capsulatus có thể phát triển kỵ khí trong môi trường chứa đường
với dimethylsulfoxide (DMSO) hoặc trimethylamin – N – oxide (TMAO) như là chất
oxy hóa (Yen và Marrs, 1977). Quá trình tạo năng lượng trong quá trình phát triển với
fructose và TMAO là do quá trình hô hấp kỵ khí (Schultz và Weaver, 1982).
2.1.4.3. Quá trình lên men
Nhiều PNSB có thể thực hiện quá trình lên men để tạo ra năng lượng khi có mặt
của các chất nhận điện tử trong môi trường (Ufen, 1978). Trong quá trình lên men, các
cơ chất hoặc các sản phẩm dự trữ được oxy hóa hoàn toàn và khử các hợp chất hữu cơ
để tạo ra CO2 và H2. Rhodospirillum rubrum hình thành succinate, acetate, propionate,
formate, H2 và CO2 trong suốt quá trình lên men lactose (Schon và Biedermann, 1973).
Rhodobacter capsulatus tạo ra succinate, lactate, CO2 và H2 trong quá trình lên men
lactose (Schultz và Weaver, 1982).
2.1.4.4. Biến dưỡng carbon
Các nguồn carbon hữu cơ có chức năng hoàn toàn khác nhau trong các quá trình
trao đổi chất như quang dưỡng, hô hấp và lên men. Trong quá trình phát triển quang
dưỡng, chúng đóng vai trò chủ yếu là một nguồn carbon của tế bào nhưng chúng có
thể có chức năng là nguồn điện tử cho quá trình vận chuyển điện tử trong quá trình

quang hợp. Khi có mặt của chất nhận điện tử vô cơ, chúng có thể được đồng hóa.
Trong quá trình hô hấp, nguồn carbon chủ yếu bị oxy hóa hoàn toàn và chỉ một phần
nhỏ được đồng hóa thành vật chất tế bào. Trong quá trình lên men, cơ chất hoặc các
sản phẩm dự trữ sẽ bị oxy hóa hoàn toàn, các hợp chất hữu cơ bị khử và H2 được tiết ra
để tạo thế cân bằng oxy hóa khử trong tế bào.

9


Hầu hết PNSB có thể sử dụng nhiều nguồn carbon hữu cơ khác nhau. Acetate
và pyruvate là chất trung gian được sử dụng trong chu trình tricarboxylic acid, nhiều vi
khuẩn tía phi lưu huỳnh có thể sử dụng acid béo bão hòa mạch thẳng với 5 – 18
nguyên tử carbon (Janssen và Harfoot, 1987). Các acid hữu cơ, amino acid, alcohol và
carbonhydrate cũng góp phần vào sự phát triển của nhiều loài vi khuẩn này. Citrate và
các hợp chất thơm như benzoate, 3 – hydroxybenzoate, 4 – hydroxybenzoate, 1,3,5 –
trihydroxybenzoate và các aldehyde chỉ được sử dụng bởi vài loài (Dutton và Evan,
1978). Rhodopseudomonas palustris phát triển tốt nhất trong môi trường chứa các hợp
chất thơm. Chúng cũng đồng hóa phenolic acid, phenylalkane carboxylate, 4 –
hydroxycinnamate và các dẫn xuất của chúng (Harwood và Gibson, 1988; Gibson và
Harwood, 1995). Ở nhiều vi khuẩn quang dưỡng tía, phản ứng đầu tiên của quá trình
trao đổi acetate là sự hình thành acetyl – CoA, đây là cơ chất cho các phản ứng xa hơn.
Hai enzyme chính cho chu trình glyoxylate là isocitrate lyase và malate synthase có
trong PNSB và acetate được đồng hóa theo con đường này. Với Rhodospirillum
rubrum, quá trình biến đổi acetate thành oxaloacetate được thực hiện qua hai phản ứng
từ acetate thành pyruvate và sau đó thành oxaloacetate (Buchanan và ctv, 1967). Ở
Rubrivivax gelatinosus (β – Proteobacterium), quá trình đồng hóa acetate có thể thực
hiện được nhờ con đường serine – hydroxypyruvate (Albers và Gottschalk, 1976).
CO2 là nguồn carbon quan trọng đối với PNSB. Dưới điều kiện phát triển tự
dưỡng với CO2 là nguồn carbon duy nhất, chu trình Calvin sử dụng enzyme ribulose
biphosphate carboxylase oxygenase (RubisCO) (Tabita, 1995). CO2 cũng được sử

dụng trong các điều kiện phát triển dị dưỡng trong quá trình đồng hóa của vài cơ chất
hữu cơ. Quá trình đồng hóa propionate thành succinate thông qua quá trình carboxyl
hóa. Các acid béo mạch dài cần có CO2 để tăng mức oxy hóa khử của cơ chất này
thành mức oxy hóa của vật chất tế bào.
Khả năng phát triển trong môi trường chứa methanol chỉ được tìm thấy ở các
dòng của loài Rhodoblastus acidophilus (Douthit và Pfennig, 1976). Khi phát triển trong
môi trường chứa methanol và formate, Rhodoblastus acidophilus sử dụng RubisCO để
đồng hóa carbon; hai cơ chất này được sử dụng là chất cho điện tử và bị oxy hóa thành
CO2, CO2 sẽ trở lại tiếp tục được đồng hóa (Quale và Pfennig, 1975). Rubrivivax
gelatinosus có khả năng phát triển kỵ khí, trong tối với CO như nguồn carbon và năng
lượng duy nhất; CO sẽ được chuyển thành CO2 và H2, và RubisCo có thể đồng hóa sau
10


đó (Ufen, 1983). Với Rhodospirillum rubrum, CO được sử dụng dưới điều kiện kỵ khí
trong quá trình phát triển quang dưỡng và tạo ra enzyme dehydrogenase CO nhạy cảm
với oxy (Bonam và ctv, 1989).
2.1.4.5. Biến dưỡng sulfur
Các hợp chất sulfur khử là chất cho điện tử trong quá trình quang hợp của
PNSB. Hầu hết vi khuẩn tía phi lưu huỳnh, đặc biệt là những loài nước ngọt bị ức chế
bởi sulfide ngay cả ở nồng độ thấp. Tuy nhiên, vài loài cũng chịu đựng được hợp chất
độc này và sử dụng chúng làm chất cho điện tử trong quá trình quang hợp (Hansen và
Imhoff, 1985; Neutzling và ctv, 1984). Khả năng chịu đựng của Rhodovulum
sulfidophilum với sulfide rất cao, có thể so sánh với Allochromatium vinosum,
Rhodomicrobium vannielii chịu đựng được ở nồng độ 2 – 3 mM, trong khi sự phát
triển của Rhodobacter capsulatus thì bị ức chế hoàn toàn ở nồng độ 2 mM. Sự phát
triển của Rhodopseudomonas palustris cũng như hầu hết của PNSB bị ức chế ở nồng
độ sulfide thấp 0,5 mM (Hansen và Gemerden, 1972). Thông thường, một lượng ít cao
men trong môi trường sẽ làm tăng khả năng chịu đựng của vi khuẩn này với sulfide.
Vài vi khuẩn tía phi lưu huỳnh có thể sử dụng thiosulfate như là chất cho điện tử.

Sulfur ngoại bào là sản phẩm oxy hóa cuối cùng trong quá trình oxy hóa sulfide của
nhiều vi khuẩn tía phi lưu huỳnh như Rhodospirillum rubrum, Rhodobacter capsulatus,
Rhodobacter sphaeroides (Hansen và Veldkamp, 1973) và Roeospira mediosalina
(Kompantseva và Gorlenko, 1984). Sulfur nguyên tố thường xuất hiện bên ngoài tế bào.
Chỉ với Rhodopseudomonas julia thì sulfur nguyên tố có cả bên trong lẫn bên ngoài tế
bào (Kompantseva, 1989). Quá trình oxy hóa sulfur nguyên tố chỉ được tìm thấy trong
các loài như Rhodobacter veldkampii, Rhodovulum adriaticum và Rhodopseudomonas
julia. Trong những loài này, sulfur nguyên tố là sản phẩm trung gian trong quá trình oxy
hóa thành sulfate (Kompansseva, 1989). Sulfate được hình thành từ sulfide mà không
qua quá trình hình thành sulfur nguyên tố trung gian được xác định ở Rhodovulum
sulfidophilum, Rhodovulum strictum, Rhodopseudomonas palustris và Blastochloris
sulfoviridis (Hiraishi và Ueda, 1995). Tetrathionate là sản phẩm oxy hóa của
Rhodomicrobium vannielii khi phát triển trong môi trường ổn định hóa tính, nhưng trong
môi trường nuôi cấy theo mẻ thì sulfide sẽ phản ứng trở lại với tetrathiosulfate tạo ra
thiosulfate (cùng với sản phẩm phụ là sulfur nguyên tố); sulfate không được hình thành
trong những điều kiện này (Hansen, 1974).
11


Ngoài ra, vi khuẩn tía phi lưu huỳnh có thể sử dụng sulfate như là nguồn sulfur
được đồng hóa. Có hai con đường khác nhau xuất hiện trong vi khuẩn này bao gồm:
hoặc là adenosine 5’ – phosphosulfate (APS) hoặc là 3’ – phosphoadenosine 5’ –
phosphosulfate (PAPS; Imhoff, 1982). Các nguồn sulfur bị đồng hóa phổ biến là
sulfide, thiosulfate, cysteine, glutathione, sulfate và methionine. Rhodovulum
adriaticum,

Rhodovulum

iodosum,

Rhodovulum

robiginosum,

Rhodovulum

euryhalinum, Blastochloris sulfoviridis, Rhodopseudomonas julia, Rhodobacter
veldkampii và Roseospirillum parvum phát triển trong môi trường chứa các nguồn
sulfur khử nhưng không có khả năng đồng hóa sulfate (Imhoff và ctv, 1981).
Rhodopila globiformis bị ức chế khi môi trường chứa sulfate ở nồng độ cao nhưng ở
nồng độ sulfate thấp thì chúng có thể sử dụng sulfate như nguồn sulfur để đồng hóa.
2.1.4.6. Biến dưỡng nitrogen
Ammonia, dinitrogen và vài hợp chất nitrogen hữu cơ (glutamate, aspartate
hoặc cao men) là nguồn nitrogen thích hợp nhất với hầu hết vi khuẩn tía phi lưu
huỳnh. Nitrate chỉ được đồng hóa bởi vài loài (các dòng của Rhodospirillum rubrum,
Rhodobacter sphaeroides, Rhodobacter capsulatus và Rhodopseudomonas palustris)
và chúng phát triển trong môi trường có nitrate thì yếu hơn so với các nguồn nitrogen
khác (Gobel, 1978; Imhoff, 1982).

(a)

(b)

Hình 2.7 Con đường đồng hóa ammonia
a. Khi nồng độ ammonia thấp b. Khi nồng độ ammonia cao
(Theo Prescott và ctv, 2005)
12


Sự đồng hóa nitrate bị kìm hãm bởi ammonia và glutamate. Ở PNSB, sự đồng hóa

ammonia được thực hiện qua hai con đường khác nhau. Con đường đầu tiên thông qua
enzyme tổng hợp glutamine và glutamate, các enzyme này hoạt động nếu nồng độ
ammonia trong tế bào thấp và nếu vi khuẩn phát triển trong môi trường với nồng độ
ammonia thấp hoặc có nitrate và dinitrogen (Drew và Imhoff, 1991). Con đường thứ hai
thông qua enzyme glutamate dehydrogenase và transaminase enzyme này sẽ hoạt động
khi nồng độ ammonia cao.
Khả năng cố định nitrogen là đặc tính phổ biến của hầu hết vi khuẩn quang
dưỡng tía (Madigan, 1995). Quá trình cố định nitrogen xuất hiện dưới điều kiện phát
triển quang dưỡng và hóa dưỡng, đặc biệt là ở Rhodospirillum rubrum và Rhodobacter
capsulatus. Hoạt lực của enzyme nitrogenase bị ức chế và mất hoạt lực bởi oxy như ở
các vi khuẩn cố định đạm khác. Khi nồng độ ammonia thấp và dưới các điều kiện
nitrogen bị giới hạn, sự tổng hợp enzyme này được khử ức chế.
2.1.4.7. Biến dưỡng hydrogen
Một số lượng lớn PNSB có thể tạo ra hydrogen nhờ phản ứng quang hóa. Với
dinitrogen, glutamate hoặc aspartate như nguồn nitrogen, nhiều cơ chất carbon (lactate,
acetate, butyrate, malate) có thể bị chuyển hoàn toàn thành CO2 và H2 và được sử dụng
làm cơ chất trong quá trình phát triển quang tự dưỡng. Sau khi sử dụng cơ chất hữu cơ,
tế bào vi khuẩn Rhodobacter capsulatus tạo ra H2 từ lactate và chúng bắt đầu nhanh
chóng sử dụng H2 này (Kelley và ctv, 1977). Ở Rhodospirillum rubrum cũng xảy ra
tương tự (Schick, 1971). Sự tạo H2 nhờ phản ứng quang hóa được xúc tác bởi enzyme
nitrogenase mà enzyme này bị ức chế bởi ammonia và nồng độ cao của cao men. Phản
ứng quang hóa này là không thuận nghịch, không nhạy cảm với CO (một chất ức chế
thông thường của hydrogenase) và không phụ thuộc vào áp suất riêng phần khí hydro.
Sự tạo ra khí hydro ở vi khuẩn tía phi lưu huỳnh cũng xuất hiện trong quá trình lên
men dưới điều kiện kỵ khí, trong tối. Phản ứng này được xúc tác bởi một enzyme
thuận nghịch là hydrogenase hoặc formate hydrogenlyase và bị ức chế mạnh bởi CO
Hydrogen không chỉ được tạo ra mà còn được sử dụng như chất cho điện tử
trong quá trình quang hợp của nhiều vi khuẩn tía phi lưu huỳnh và làm cho những vi
khuẩn này có khả năng phát triển quang tự dưỡng vô cơ. Sự tạo ra hydrogen được xúc
tác bởi enzyme hydrogenase thuận nghịch, liên kết màng, không bị ức chế bởi

ammonia nhưng bị ức chế mạnh bởi CO.
13