Nghiên cứu khả năng chịu axit và hấp thụ nhôm của vi sinh vật được phân lập từ đất trồng chè vùng tân cương, thái nguyên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------

Nguyễn Thị Mai Lƣơng

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU AXIT VÀ HẤP THỤ NHÔM CỦA
VI SINH VẬT ĐƢỢC PHÂN LẬP TỪ ĐẤT TRỒNG CHÈ
VÙNG TÂN CƢƠNG, THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-----------------------

Nguyễn Thị Mai Lƣơng

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU AXIT VÀ HẤP THỤ NHÔM CỦA
VI SINH VẬT ĐƢỢC PHÂN LẬP TỪ ĐẤT TRỒNG CHÈ
VÙNG TÂN CƢƠNG, THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Ngô Thị Tường Châu

Hà Nội – 2018


LỜI CẢM ƠN
Để có được những kết quả nghiên cứu này, ngoài sự nỗ lực của bản thân, tôi
đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, động viên, giúp đỡ của các tập thể, cá nhân
trong và ngoài trường.
Trước tiên, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. TS. Ngô Thị Tường
Châu – người đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, động viên và luôn dõi theo
sát sao quá trình thực hiện đề tài của tôi.
Tiếp theo, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô, cán bộ trong
khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội
nói chung và các thầy, cô trong bộ môn Tài nguyên và Môi trường đất nói riêng đã
tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài, truyền đạt cho tôi
những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, những lời khuyên bổ ích.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô, cán bộ Phòng thí nghiệm Phân tích
môi trường và các thầy, cô, các anh/chị/bạn làm việc tại Phòng thí nghiệm Thổ
nhưỡng và Môi trường Đất đã luôn nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất để tôi
hoàn thành luận văn .
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cô bác nông dân tại hợp tác xã (HTX)
chè Soi Vàng và HTX chè Hồng Thái, xã Tân Cương, thành phố Thái Nguyên, tỉnh
Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ khi tôi về địa phương làm việc.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt nhất đến gia đình và bạn bè những người đã luôn ở bên động viên và giúp đỡ tôi khi tôi gặp khó khăn trong quá
trình làm luận văn.
Do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn khoa học của tôi còn
nhiều thiếu sót, kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo, các anh/chị và
bạn bè để luận văn của tôi được hoàn chỉnh hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 30 tháng 12 năm 2018.

Học viên cao học
Nguyễn Thị Mai Lương

i


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... i
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ v
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................ vi
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ................................................. vii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................... 3
1.1. Tổng quan về cây chè và đất trồng chè ................................................................3
1.1.1. Tổng quan về cây chè ........................................................................................... 3
1.1.2. Tổng quan về đất trồng chè .................................................................................. 5
1.2. Tổng quan về khả năng hút thu nhôm của cây chè...............................................6
1.3. Tổng quan về mối quan hệ giữa nhôm và một số bệnh liên quan ........................7
1.4. Tổng quan về khả năng chịu axit và hấp thụ kim loại của vi sinh vật .................8
1.4.1. Ảnh hưởng của axit đến hoạt động sống của vi sinh vật. .................................. 8
1.4.2. Ảnh hưởng của nhôm và kim loại nặng đến hoạt động của vi sinh vật ......... 10
1.4.3. Vi sinh vật kháng kim loại.................................................................................. 11
1.4.4. Vi sinh vật kháng nhôm ...................................................................................... 13
1.4.5. Khả năng loại bỏ kim loại ra khỏi môi trường của vi sinh vật........................ 14
1.5. Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng vi sinh vật chịu axit và hấp thụ
nhôm ở trong và ngoài nước………………………………………...……………..16

CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......... 19
2.1. Đối tượng nghiên cứu .........................................................................................19
2.2. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................19

2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu sơ cấp và thứ cấp .............................................. 19
2.2.2. Phương pháp thu mẫu và xử lý mẫu.................................................................. 19
2.2.3. Phương pháp xác định một số tính chất đất ...................................................... 20
2.2.4. Phương pháp phân lập các chủng vi sinh vật chịu axit và hấp thụ nhôm ...... 21
2.2.5. Phương pháp tuyển chọn các chủng vi sinh vật có khả năng chịu axit và hấp
thụ nhôm cao từ các chủng được phân lập .................................................................. 22

ii


2.2.6. Phương pháp định danh chủng vi sinh vật chịu axit và có khả năng hấp thụ
nhôm cao được tuyển chọn ........................................................................................... 23
2.2.7. Phương pháp nghiên cứu khả năng chịu axit của các chủng vi sinh vật được
tuyển chọn ...................................................................................................................... 25
2.2.8. Nghiên cứu khả năng hấp thụ nhôm của các chủng vi sinh vật được tuyển
chọn ................................................................................................................................. 25
2.2.9. Phương pháp sơ bộ đánh giá khả năng ứng dụng hỗn hợp vi sinh vật nhằm
hạn chế hàm lượng nhôm linh động trong đất trồng chè. .......................................... 26
2.2.10. Phương pháp xử lý số liệu................................................................................ 28

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 29
3.1. Một số tính chất cơ bản và hàm lượng nhôm tổng số của đất trồng chè vùng Tân
Cương, Thái Nguyên .................................................................................................29
3.1.1.

Một số chỉ tiêu lí, hóa học của đất............................................................... 29

3.1.2.

Mật độ vi sinh vật tổng số trong đất............................................................ 33

3.2. Kết quả phân lập các chủng vi sinh vật chịu axit và hấp thụ nhôm từ đất trồng
chè vùng Tân Cương, Thái Nguyên ..........................................................................34
3.3. Kết quả tuyển chọn các chủng vi sinh vật chịu axit và hấp thụ nhôm phân lập
được từ đất trồng chè vùng Tân Cương, Thái Nguyên .............................................37

3.4. Kết quả định danh các chủng vi sinh vật có khả năng kháng nhôm cao đã
được tuyển chọn .............................................................................................. 38
3.4.1. Kết quả định danh chủng vi khuẩn B2 .............................................................. 38
3.4.2. Kết quả định danh chủng vi khuẩn B4 .............................................................. 40
3.4.3. Kết quả định danh chủng nấm mốc F8 ............................................................. 41
3.4.4. Kết quả định danh chủng nấm mốc F13 ........................................................... 42
3.4.5. Kết quả định danh chủng nấm mốc F17 ........................................................... 44

3.5. Kết quả nghiên cứu khả năng chịu axit của các chủng vi sinh vật được
tuyển chọn ....................................................................................................... 47
3.6. Khả năng sinh trưởng, phát triển và hấp thụ nhôm của các chủng vi sinh
vật được tuyển chọn ........................................................................................ 49

iii


3.7. Kết quả sơ bộ đánh giá khả năng ứng dụng hỗn hợp vi sinh vật nhằm hạn chế
hàm lượng nhôm linh động trong đất trồng chè…………………………………....52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 55
1. KẾT LUẬN ...........................................................................................................55
2. KIẾN NGHỊ ..........................................................................................................56

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Bảng ký hiệu mẫu đất ............................................................................... 19
Bảng 2.2. Thành phần môi trường nước thịt pepton ................................................. 20
Bảng 2.3. Thành phần môi trường của các chủng vi sinh vật ................................... 22
Bảng 2.4. Chu kỳ nhiệt cho phản ứng PCR………………………………………..24
Bảng 3.1. Một số chỉ tiêu lí, hóa học của các mẫu đất nghiên cứu ........................... 29
Bảng 3.2. Mật độ tế bào vi sinh vật tổng số trong đất .............................................. 33
Bảng 3.3. Đặc điểm hình thái của các chủng vi sinh vật được phân lập .................. 35
ảng 3.4. Hiệu suất hấp thụ nhôm của các chủng vi sinh vật nghiên cứu trong các
môi trường nuôi cấy chứa nồng độ nhôm khác nhau (%) .........................................52
ảng 3.5. Hàm lượng nhôm linh động trong các mẫu đất nghiên cứu…………….53

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1. Hình thái tế bào (×100) của chủng vi khuẩn B2 ...................................... 38
Hình 3.2. Trình tự gen 16S rRNA của chủng vi khuẩn B2 ...................................... 38
Hình 3.3. Kết quả so sánh chi tiết từng trình tự tương đồng của chủng 2 được tra
cứu trên NCBI ...........................................................................................................39
Hình 3.4. Hình thái tế bào (×100) của chủng B4 ..................................................... 40
Hình 3.5. Trình tự gen 16S rRNA của chủng vi khuẩn B4 ...................................... 40
Hình 3.6. Kết quả so sánh chi tiết từng trình tự tương đồng của chủng B4 tra cứu
trên NCBI ..................................................................................................................41
Hình 3.7. Hình thái khuẩn lạc trên đĩa thạch Sabouraud và trình tự gen 28S rRNA

của chủng F8 .............................................................................................................42
Hình 3.8. Kết quả so sánh chi tiết từng trình tự tương đồng của chủng F8 tra cứu
trên NCBI ..................................................................................................................42
Hình 3.9. Hình thái khuẩn lạc trên đĩa thạch Sabouraud của chủng F13 ..................43
Hình 3.10. Trình tự gen 28S rRNA của chủng F13 .................................................. 43
Hình 3.11. Kết quả so sánh chi tiết từng trình tự tương đồng của chủng F13 tra cứu
trên NCBI ..................................................................................................................44
Hình 3.12. Hình thái khuẩn lạc trên đĩa thạch và trình tự gen 28S rRNA của chủng
F17 .............................................................................................................................45
Hình 3.13. Kết quả so sánh chi tiết từng trình tự tương đồng của chủng F17 tra cứu
trên NCBI ..................................................................................................................46
Hình 3.14. Biểu diễn sự ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng và phát triển của các
chủng vi khuẩn B2 và B4 ..........................................................................................46
Hình 3.15. Biểu diễn lượng sinh khối tạo thành của các chủng nấm mốc trong các
môi trường có pH khác nhau .....................................................................................49
Hình 3.16. Sinh khối của chủng F8 trái ; F13 (giữa) và F17 (phải) trong môi truờng
Hansen pH 2,4 ...........................................................................................................49
Hình 3.17. Biểu đồ biểu diễn sự ảnh hưởng của nồng độ nhôm trong môi trường đến
sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn B2 và B4 .................................................50
Hình 3.18. Biểu đồ biểu diễn khả năng sinh trưởng và phát triển của các chủng nấm
mốc trong các môi trường dịch thể có hàm lượng nhôm khác nhau .........................51

vi


DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Giải nghĩa

Từ viết tắt
EGCG

Epigallocatechin – gallate (Chất chống oxy hóa)
Food and Agriculture Organization of the United

FAO

Nations (Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên
Hiệp Quốc)

HCBVTV

Hóa chất bảo vệ thực vật
Inductively Coupled Plasma – Optical Emission

ICP – OES

Spectroscopy (Kỹ thuật phân tích phổ phát xạ
nguyên tử)

HTX

Hợp tác xã

KLN

Kim loại nặng

MĐ

Mẫu đất

NCBI
TCVN
US EPA

National Center for Biotechnology Information
(Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia)
Tiêu chuẩn Việt Nam
United States Environmental Protection Agency Cơ
quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ)

VSV

Vi sinh vật

WHO

World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới)

vii


MỞ ĐẦU
Chè xanh (Camellia sinensis) có nhiều vitamin có giá trị dinh dưỡng và bảo
vệ sức khỏe. Có tác dụng giải khát, bổ dưỡng và kích thích hệ thần kinh trung ương,
giúp tiêu hóa các chất mỡ, giảm được bệnh béo phì, chống lão hóa… Do đó chè đã
trở thành sản phẩm đồ uống thông dụng trên toàn thế giới. Chè được sử dụng hàng
ngày và hình thành nên một tập quán tạo ra được nền văn hóa. Chè có giá trị sử
dụng và là hàng hóa có giá trị kinh tế, sản xuất chè mang lại hiệu quả kinh tế khá
cao góp phần cải thiện đời sống cho người lao động. Hiện nay chè đã trở thành mặt

hàng xuất khẩu có giá trị của Việt Nam, trong đó sản phẩm nổi tiếng nhất là chè Tân
Cương, Thái Nguyên.
Tuy nhiên chè là loại cây ua đạm, vì vậy trong quá trình canh tác, một luợng
lớn phân đạm đặc biệt là ammonium sulfate đã được bón vào trong đất trồng chè
nhằm tang hàm luợng amino axit trong lá chè, đồng thời tạo màu sắc hấp dẫn và
hương vị đậm đà của sản phẩm chè. Khi cay chè hấp thụ một luợng lớn ammonium,
còn sulfate được t ch tụ trong đất. Ngoài ra, ammonium được bón vào đất trồng chè
nhanh chóng bị chuyển đổi thành nitrate bởi vi khuẩn nitrate hóa tự duỡng có khả
năng chịu axit. Hậu quả là một luợng đáng kể nitrate và sulfate được tích luỹ dần
trong đất trồng chè, làm pH đất giảm xuống c n 4,0 hoạc thạm ch thấp hon, từ đó
làm tăng hàm lượng nhôm linh động trong đất trồng chè. Trong điều kiện này, cây
chè được cho là hấp thụ một lượng nhôm đáng kể, khi hàm lượng nhôm trong các
sản phẩm chè quá cao có thể gây hại đến sức khoẻ (yếu thận cho người tiêu dùng.
Hơn nữa, hàm lượng nhôm trong cơ thể người cao được giả thuyết là có mối liên
kết với nhiều bệnh khác nhau như chứng mất tr não, xơ não, gãy xương và bệnh
Alzheimer.
Là một thành phần quan trọng của môi trường đất, vi sinh vật (VSV) đất
chắc chắn bị ảnh hưởng bởi độc tính nhôm. Tuy nhiên một số VSV có thể sống sót
rất tốt trong đất axit và làm giảm độc tính nhôm nhờ các cơ chế kháng và hấp thụ
kim loại. Vì vậy việc sử dụng hệ VSV có khả năng chịu axit, hấp thụ nhôm để cải
thiện môi trường đất rất có tiềm năng và không thể phủ nhận rằng việc phân lập và

1


nghiên cứu đặc tính của VSV hấp thụ nhôm cao là tiền đề cho biện pháp phục hồi
sinh học đất trồng chè. Tuy nhiên nghiên cứu về khả năng chịu axit, hấp thụ nhôm
của hệ VSV ở đất trồng chè tại Việt Nam chưa thực sự được quan tâm. Do vậy, đề
tài hy vọng kết quả nghiên cứu này sẽ là cơ sở cho các nghiên cứu sau này về khả
năng chịu axit, hấp thụ nhôm ở đất trồng chè của VSV nhằm mục đ ch cải thiện môi

trường đất mà vẫn đảm bảo hiệu quả sản xuất.
Trên cơ sở đó, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng chịu axit và hấp
thụ nhôm của vi sinh vật phân lập được từ đất trồng chè vùng Tân Cương, Thái
Nguyên”.
 Mục đ ch của đề tài
- Phân lập được các chủng VSV chịu axit và hấp thụ nhôm từ đất trồng chè vùng
Tân Cương, Thái Nguyên.
- Đánh giá được khả năng chịu axit và hấp thụ nhôm trong đất của các chủng VSV
được phân lập.
- Cung cấp cơ sở khoa học cho các nghiên cứu nhằm hạn chế hàm lượng quá cao
của nhôm linh động trong đất, đảm bảo sự phát triển bền vững ngành chè ở nước ta.
 Nội dung nghiên cứu
- Xác định một số tính chất cơ bản độ ẩm, độ chua, C tổng số, N tổng số, P tổng số,
hàm lượng chất hữu cơ, mật độ VSV tổng số và hàm lượng nhôm (tổng số và linh
động) của một số mẫu đất trồng chè vùng Tân Cương, Thái Nguyên.
- Phân lập hệ VSV chịu axit và hấp thụ nhôm từ một số mẫu đất trồng chè vùng Tân
Cương, Thái Nguyên.
- Tuyển chọn được các chủng VSV có khả năng hấp thụ nhôm cao từ các chủng
VSV được phân lập.
- Định danh các chủng VSV có khả năng chịu axit và hấp thụ nhôm cao được tuyển
chọn.
- Nghiên cứu khả năng chịu axit và hấp thụ nhôm của các chủng VSV tuyển chọn.
- Sơ bộ đánh giá khả năng ứng dụng hỗn hợp VSV nhằm hạn chế hàm lượng nhôm
linh động trong đất trồng chè.

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về cây chè và đất trồng chè

1.1.1. Tổng quan về cây chè
Chè xanh (Camellia sinesis) là cây công nghiệp dài ngày, chỉ một lần trồng
cho thu hoạch 30-40 năm, là loài cây mà lá và chồi của chúng được sử dụng để sản
xuất chè.
Trong lá chè tươi có rất nhiều thành phần trong đó nước chiếm hàm lượng
nhiều nhất. Trong chè cũng có rất nhiều các loại vitamin, chính vì vậy giá trị dược
liệu cũng như giá trị dinh dưỡng của chè rất cao. Theo các tài liệu của Trung Quốc,
hàm lượng một số vitamin trong chè tính theo mg/1000 g chất khô như sau: Vitamin
A: 54,6; vitamin B1: 0,70; vitamin 2: 12,20; PP: 47,0; C: 27,0… Đáng chú ý nhất
là hàm lượng vitamin C ở trong chè nhiều hơn trong cam, chanh từ 3-4 lần. [5]
Nước chè là loại nước giải khát rất tốt cho con người. Chè cũng là một chất
lợi tiểu, kích thích hệ thống tuần hoàn máu và hô hấp. Chè xanh được sử dụng thích
hợp như là một nguồn cung cấp các chất chống oxy hóa chữa bệnh. Lá của nó bao
gồm một chất chống oxy hóa rất đặc biệt được gọi là EGCG (epigallocatechingallate) cũng như các chất chữa bệnh đáng chú ý khác, bao gồm fluoride, catechin
và tannin. Cụ thể, chè xanh c n được sử dụng làm thức uống phòng ngừa và chống
ung thư vú, dạ dày và da. Các chất chống oxy hóa EGCG chuyển động trong cơ thể
tạo thành một quá trình gọi là apoptosis và tế bào chết, chỉ xảy ra và ảnh hưởng đến
tế bào ung thư, không gây ảnh hưởng gì khác tới những người khỏe mạnh. EGCG
cũng có thể làm tăng cường quá trình hoạt động chống oxy hóa tự nhiên của cơ thể,
thuận lợi loại bỏ các phân tử oxy gây hại được gọi là các gốc tự do. Bên cạnh đó,
các chất chống oxy hóa có thể ngăn ngừa và làm giảm mức độ nghiêm trọng của
viêm xương khớp và các hợp chất tannin làm se lại có thể làm giảm chứng khó tiêu,
tiêu chảy và các dạng triệu chứng khác của đau bụng. Nói cách khác, nồng độ chất
chống oxy hóa cao dường như tăng cường tuổi thọ bằng cách chống lại bệnh tim,
ung thư và các bệnh khác [5]. Chè có tác dụng làm sáng mắt, trí óc sảng khoái,
nhuận tràng, vô hiệu hóa nhiều chất độc trong cơ thể. Nó có tác động vào tim, phổi

3

và bao tử. Polyphenol còn tác dụng lên enzyme chuyển đường glucotransferase,
tăng sức chống đỡ axit của men răng đồng thời chống sự cấu tạo mảng răng. Vì vậy
chè là một thành phần trong thuốc đánh răng hay trong nước súc miệng ngừa sâu
răng, chống viêm khớp răng, nhai lá chè thay cho kẹo chewing gum chống được hôi
miệng, thơm hơi thở. Bã chè cũng làm phân bón rất tốt.
Uống chè là một thói quan truyền thống không những của người Việt mà còn
là hoạt động văn hóa mang đậm bản sắc dân tộc của nhiều nước trên thế giới. Việt
Nam được xác định là một trong tám cội nguồn của cây chè. Có điều kiện địa hình,
đất đai, kh hậu phù hợp cho cây chè phát triển cho chất lượng cao. Hiện sản phẩm
chè của Việt Nam đã có mặt trên 110 quốc gia và vùng lãnh thổ trên thế giới. Đặc
biệt thương hiệu “CheViet” đã được đăng ký và bảo hộ trên rất nhiều thị trường của
các quốc gia trên thế giới và khu vực. Việt Nam hiện đang là quốc gia đứng thứ 5
trên thế giới về sản lượng cũng như kim ngạch xuất khẩu chè, là một trong những
nước có lịch sử trồng chè lâu đời.
Hiện nay, ở Việt Nam cây chè đã được phân bố rộng trên phạm vi cả nước,
hình thành lên nhiều vùng chè tập trung như: vùng Tây

ắc (gồm Sơn La, Lai

Châu), vùng Việt Bắc- Hoàng Liên Sơn gồm Hà Giang, Tuyên Quang, Yên Bái,
Lào Cai), vùng Trung du Bắc Bộ (gồm Phú Thọ, nam Tuyên Quang, Vĩnh Phúc,
Bắc Kanj, Bắc Giang, Thái Nguyên), vùng Bắc Trung Bộ (gồm Thanh Hóa, Nghệ
An, Hà Tĩnh , vùng Tây Nguyên gồm Gia Lai, Kontum, Lâm Đồng). Cây chè trung
du được trồng ở vùng Tân Cương, Thái Nguyên cho hương vị thơm ngon hơn hẳn
khi trồng ở các vùng khác. Chè Tân Cương có hương thơm tự nhiên, vị đượm, chát
nhẹ, màu nước xanh, sau khi uống có vị ngọt còn lắng sâu trong vị giác người
thưởng thức. Thái Nguyên nổi tiếng với cây chè là bởi điều kiện thổ nhưỡng nơi đây
rất thích hợp để trồng nên cây chè cho ra loại chè ngon. Có nhiều vùng trồng chè
trên địa bàn tỉnh, tuy nhiên vùng chè Tân Cương tại thành phố Thái Nguyên được
biết đến là vùng chè nổi tiếng nhất tỉnh Thái Nguyên. Chè Tân Cương đã khẳng

định thương hiệu trên thị trường trên 100 năm nay.

4


1.1.2. Tổng quan về đất trồng chè
So với một số cây trồng khác, chè yêu cầu về đất không nghiêm khắc lắm.
Song để cây chè sinh trưởng tốt, năng suất cao và ổn định thì đất trồng chè cần đáp
ứng một số yêu cầu như: độ chua, độ sâu và độ ẩm, hàm lượng chất hữu cơ… T nh
chất chung của đất trồng chè Việt Nam là có phản ứng axit từ chua đến chua nhẹ,
hàm lượng chất hữu cơ khoảng 1-2%, nghèo lân, kali, canxi, magie và có hàm
lượng sắt, nhôm cao. Ngoài ra đất trồng chè còn có thành phần cơ giới nặng, chủ
yếu do được hình thành trên các đá mẹ giàu sét, cấu trúc kém và t tơi xốp. Nhiều
nghiên cứu cho thấy đất trồng chè của nước ta có hàm lượng chất hữu cơ ở mức
thấp và dao động từ rất nghèo đến trung bình thường <2). Ở những vùng trồng chè
có điều kiện khí hậu thuận lợi cho sự t ch lũy chất hữu cơ và t bị xói mòn rửa trôi
thì hàm lượng chất hữu cơ đạt ở mức khá [2; 3]. Theo Trần Thị Tuyết Thu (2012),
hàm lượng chất hữu cơ trong 3 mô hình thâm canh cao, trung bình và thấp ở vùng
trồng chè Tân Cương, Thái Nguyên là 4,13%, 3,63% và 2,76%. Hàm lượng chất
hữu cơ trong đất trồng chè ở Khải Xuân, Phú Thọ có mức đầu tư trung bình dao
động từ 1,8% đến 2,81% [7; 8]. Cho thấy tự t ch lũy hàm lượng chất hữu cơ trong
đất trồng chè ở Việt Nam phụ thuộc chủ yếu vào kỹ thuật canh tác và hoạt động
quản lý đầu vào cung cấp phân bón và nguồn chất hữu cơ cho đất.
Đất có t nh axit đặc biệt phù hợp với cây chè, trước tiên là do cây chè sinh
trưởng cần môi trường có tính axit. Theo phân tích hoá học, trong dịch ở rễ cây chè
có chứa nhiều các axit hữu cơ như axit citric, axit malic, axit oxlic, axit succimat...
Chất dịch được tạo thành do axit hữu cơ có t nh axit khá lớn và tính kiềm thấp; cũng
có thể nói cây chè khi gặp môi trường sinh trưởng có tính axit, chất dịch tế bào của
nó sẽ không bị phá hoại khi bị axit thâm nhập vào, đây ch nh là một trong những
nguyên nhân quan trọng về mặt sinh lý cây chè có thể đặc biệt thích ứng với đất có

độ axit.
Ngoài ra, bộ rễ của cây chè có những chỗ phình to, chúng ta gọi nó là “rễ
khuẩn”. Rễ khuẩn cũng giống như những nốt rễ của thực vật họ đậu, bên trong có
VSV nấm rễ khuẩn. Mối quan hệ giữa nấm rễ khuẩn và rễ khuẩn là mối quan hệ

5


cộng sinh hai bên cùng dựa vào nhau, cùng có lợi. Nấm rễ khuẩn hấp thụ nước và
chất dinh dưỡng trong đất, ngoài đáp ứng nhu cầu của chính bản thân nó ra, còn
truyền lượng còn lại đến cho cây chè, vì thế cải thiện lớn điều kiện nước và điều
kiện dinh dưỡng cho cây chè. Nhưng nấm rễ khuẩn tự mình không thể tạo ra hợp
chất cacbon oxit, mà hầu hết các hợp chất cacbon oxit mà nó cần đều dựa vào cây
chè cung cấp. Do cây chè và nấm rễ khuẩn có mối quan hệ cộng sinh như vậy, cho
nên muốn cây chè sinh trưởng tốt, còn phải làm cho nấm rễ khuẩn cũng sinh trưởng
tốt, mà môi trường thích hợp cho sinh trưởng của loại nấm rễ khuẩn ch nh là điều
kiện đất axit. Như vậy, đất axit sẽ cung cấp điều kiện sinh trưởng thuận lợi cho cây
chè, lại tạo ra môi trường cộng sinh l tưởng cho nấm rễ khuẩn của sự cộng sinh đó,
vì vậy đất axit đặc biệt thích ứng với sinh trưởng của cây chè.
Tỉnh Thái Nguyên là một điển hình của trung du miền núi phía Bắc, có nhiều
dãy núi cao chạy dần theo hướng Bắc - Nam và thấp dần xuống phía Nam. Diện tích
đất tự nhiên chủ yếu được hình thành do sự phong hóa trên đá Macma, đá biến chất
và đá trầm tích. Thực tiễn cho thấy, Thái Nguyên có 6 loại đất có khả năng trồng
chè, trong đó chè được trồng trên 2 loại đất: đất vàng nhạt trên đá cát, đất vàng nâu
trên đá phù sa cổ có thành phần cơ giới nhẹ, đều có hương thơm tự nhiên vị đậm,
màu nước đẹp hơn chè trồng trên các loại đất có thành phần cơ giới nặng hơn. Cây
chè sinh trưởng tốt trên đất có kết viên, tơi xốp. Trên các loại đất này bộ rễ chè phát
triển tốt, hệ sinh vật hoạt động mạnh, cây chè có tuổi thọ cao.
1.2. Tổng quan về khả năng hút thu nhôm của cây chè
Chè cần rất nhiều chất dinh dưỡng, mỗi chất có vai trò quan trọng nhất định

với sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng chè. Chè cần nhiều đạm nhất
sau tới lân, kali và các chất trung vi lượng. Chè là cây khá khác biệt so với các cây
khác đó là có nhu cầu cao về nhôm, natri, sắt và mangan. Nhôm là nguyên tố cần
thiết đối với cây chè, có tác dụng điều tiết cân bằng dinh dưỡng của cây chè nhất là
chống tác dụng ngộ độc của mangan; đồng thời nhôm ảnh hưởng tốt đến hương
thơm và vị đậm của chè, tăng năng suất và nâng cao phẩm cấp của chè búp khô. Để
đảm bảo cung cấp đủ nhu cầu dinh dưỡng cho cây chè ngoài việc lựa chọn những

6


loại phân bón hợp lý và áp dụng đúng kỹ thuật bón phân thì yếu tố canh tác chè
cũng rất quan trọng.
Đối với thực vật, nhôm là nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu, nhưng nếu quá
nhiều sẽ gây hại cho cây. Do đó nhiều loại cây không thể sống trong môi trường đất
chua vì có lượng Al3+ quá lớn. Cây chè phát triển tốt ở điều kiện đất chua (pH 4,5 –
5,5). Đặc t nh đầu tiên của đất chua là có chứa ion Al3+, độ chua càng cao thì lượng
ion Al3+ càng lớn. Trong môi trường đất kiềm và trung tính, nhôm ở trạng thái cố
định. Lượng nhôm hòa tan lớn hơn 1000 lần ở pH 4,5 so với pH 5,5. Ở điều kiện pH
đất dưới 4,5, cây chè t ch lũy hàm lượng Al3+ cao. [66]
Khả năng hút thu Al3+ của cây chè là rất lớn. Một cây chè khỏe mạnh có thể
hút thu một hàm lượng Al3+ chiếm tới 1% so với rất nhiều các nguyên tố khác. Ion
Al3+ di chuyển rất chậm đến các phần trên của thực vật. Phần lớn thực vật chứa
không quá 0,2 mg Al3+/g sinh khối khô. Tuy nhiên, một số thực vật được biết đến
khả năng t ch lũy nhôm, chúng có khả năng t ch lũy nhiều hơn 10 lần nhôm mà
không bị ảnh hưởng bất lợi nào đến sự sinh trưởng, phát triển của chúng. Cây chè là
loại cây có khả năng t ch lũy Al3+, Al3+ trong cây chè có thể lên cao đến 30 mg/g
khối lượng chất khô trong các lá già. [33]
Các Al3+ được thực vật hút thu chủ yếu thông qua hệ thống rễ và chỉ có một
lượng Al3+ nhỏ được chuyển đến lá. Hầu hết các tác giả đều cho rằng quá trình hút

thu kim loại liên quan đến chất mang ion đặc hiệu tiêu tốn năng lượng nhưng cơ chế
vận chuyển ion Al3+ cụ thể thì chưa được tìm thấy [54].
1.3. Tổng quan về mối quan hệ giữa nhôm và một số bệnh liên quan
Nhôm là kim loại có khắp mọi nơi trong môi trường sống của con người –
tức là con người “gặp” nhôm thường xuyên trong sinh hoạt hàng ngày. Chính vì thế,
các nhà khoa học từ lâu đã nghiên cứu về ảnh hưởng của nhôm đối với sức khoẻ
con người.
Là kim loại chiếm tỉ lệ cao nhất ở vỏ Trái Đất (8,3%), nhôm được tìm thấy
trong đất, nước và không khí nhưng hầu hết nó tồn tại chủ yếu ở dạng khoáng đất
aluminosilicate và chỉ có một lượng rất nhỏ ở dạng hòa tan có khả năng ảnh hưởng

7


đến hệ thống sinh học [36]. Đặc điểm vật lý và hoá học của nhôm biến nó thành
một loại kim loại lý tưởng, được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau, từ chế
tạo thân máy bay cho tới sản xuất thực phẩm, dược phẩm, đồ dùng nhà bếp và các
vật dụng sinh hoạt khác. Nhôm và các hợp chất của nhôm thường được dùng trong
chất phụ gia thực phẩm, trong dược phẩm, trong các sản phẩm tiêu dùng như đồ
dùng nhà bếp) và trong xử lý nước uống (các chất lắng lọc nước… . Lượng nhôm sẽ
ngấm vào dung dịch chè thông qua dịch truyền, do đó gây ra mối đe dọa nghiêm
trọng đối với sức khỏe của người tiêu dùng [13].
Theo nghiên cứu tại Đại học Keele ở Anh cho thấy, Al3+ tích tụ trong não với
hàm lượng cao đối với người tiếp xúc thường xuyên với nhôm trong công việc và
độc tố của nhôm gây ra các bệnh suy thoái thần kinh trong đó có chứng mất trí nhớ
Alzheimer – chứng bệnh gây sa sút trí tuệ ở người cao tuổi và hiện nay bệnh này
cũng đã được phát hiện ở người trẻ tuổi [9].
Cũng có những nghiên cứu cho thấy sự liên quan giữa lượng Al3+ đưa vào cơ
thể với bệnh xơ cứng và teo cơ bên (bệnh Lou Gehrig) và bệnh Parkinson (bệnh liệt
rung, thường xảy ra ở người cao tuổi). Không những thế, nguy cơ sức khỏe tiềm

tàng về các bệnh lý đối với những trẻ em uống sữa có chứa Al3+ là rất cao [13]. Một
số bệnh thần kinh như chứng mất trí nhớ Alzheimer, bệnh Parkinson, chứng xơ
cứng teo bên amiđan được giả định là do Al3+ [39].
1.4. Tổng quan về khả năng chịu axit và hấp thụ kim loại của vi sinh vật
VSV là một phần quan trọng của hệ sinh thái. VSV trong các hệ sinh thái có
thể phát triển phụ thuộc vào các điều kiện môi trường như nhiệt độ, pH, chất dinh
dưỡng… Các yếu tố môi trường như vậy có thể tạo ra một môi trường sống khắc
nghiệt. Môi trường khắc nghiệt có thể hạn chế sự tồn tại và ảnh hưởng đến các hoạt
động sống của VSV. Bên cạnh đó nhiều VSV được tìm thấy trong môi trường “cực
đoan”, trong điều kiện sống khắc nghiệt chúng không chỉ tồn tại mà còn hoạt động
trao đổi chất dưới những điều kiện đặc biệt này.
1.4.1. Ảnh hưởng của axit đến hoạt động sống của vi sinh vật.
1.4.1.1. Ảnh hưởng của axit đến hoạt động của vi sinh vật

8


Điều kiện axit có tác động rất lớn đến tế bào VSV. Do đó, ảnh hưởng của sự
biến đổi pH bên ngoài đ i hỏi các tế bào và màng tế bào phát triển để kiểm soát pH
trong tế bào là tối ưu cho các hoạt động của các enzym nội bào. Hơn nữa, điều
chỉnh quá trình trao đổi chất được diễn ra ở bề mặt tế bào VSV để thích ứng với các
điều kiện có tính axit mạnh. Ví dụ, bề mặt tế bào VSV thay đổi theo pH môi trường.
Điều này kiểm soát sự tương tác với các chất dinh dưỡng t ch điện. Hơn nữa, các
enzyme có bề mặt cũng như các enzyme ngoại bào cũng có khả năng hoạt động ở
nồng độ ion hydro cao. Hoạt động tối ưu được thể hiện ở pH chiếm ưu thế hoặc
thay đổi tỷ lệ tổng hợp enzyme để cho hoạt động enzym hạn chế xảy ra trong điều
kiện có tính axit. Ngoài ra, việc điều chỉnh tỷ lệ tổng hợp enzym có thể cần thiết
cho những enzym bị biến t nh trong điều kiện có tính axit. Nếu sản phẩm enzyme là
thiết yếu cho sản phẩm tế bào thì tế bào cần điều chỉnh tốc độ tổng hợp enzyme sao
cho nó luôn luôn có mặt ở mức hiệu quả. [47]

Thành tế bào thường được biết đến là rào cản đầu tiên và quan trọng nhất để
thích ứng với độ axit cao trong nấm men. Nguyen VA và các cộng sự, năm 2001 đã
chỉ ra vỏ tế bào của Rhodotorula glutinis R-1 trở nên nhăn và dày hơn khi giá trị pH
của môi trường giảm. Màng tế bào ở pH 1,5 dày gấp 4 lần so với ở pH 6,0. Người ta
cho rằng những thay đổi trong vỏ tế bào đóng một vai trò quan trọng khi độ axit
trong môi trường thay đổi. [40]
Ngoài ra, sự biến đổi t nh lưu động của màng và thành phần axit béo [53] và
hoạt tính ATPase của màng plasma [12] đã được nghiên cứu ở nấm men có khả
năng chịu áp lực pH thấp. Ngoài ra, nấm mốc có khả năng duy trì độ pH trung tính
tương đối bằng cách bơm proton ra khỏi tế bào và bằng cách thiết lập độ thấm màng
proton thấp.
Trong vi khuẩn, các hệ thống phản proton như kali/ proton và natri/ proton
có thể được điều chỉnh khi pH thay đổi nhỏ. Nếu pH trở nên quá chua, các cơ chế
khác sẽ được phát huy. Khi pH giảm xuống dưới 5,5- 6,0, Salmonella typhimurium
và E. coli có khả năng tổng hợp một loạt các protein mới. Nếu pH bên ngoài giảm
xuống còn 4,5 hoặc thấp hơn, protein tổng hợp axit được tổng hợp. Có lẽ điều này

9


ngăn chặn sự biến tính axit của protein và hỗ trợ trong việc tái tạo protein biến tính.
[30]
1.4.1.2. Vi sinh vật chịu axit
Một lượng lớn VSV đã được nghiên cứu trong môi trường có tính axit cao,
chứng tỏ chúng có khả năng chịu được axit. Phức hợp actinomycete trong đất chè
axit đã được tìm thấy có chứa streptomycetes axitotolerant và nocardioforms
axitophilic [43]. Các điều tra cũng cho thấy rằng actinomycetes axitotolerant được
tiết ra bởi micromonosporas và streptomycetes, luôn luôn hiện diện trong đất rừng
axit và đất đen nhiều bùn [65]. Các vi khuẩn như Thiobacillus ferrooxidans và
Thiobacillus thiooxidans,… và các vi khuẩn cổ như Sulfolobus axitocalderius và

Axitianus brierleyi… đã được nghiên cứu từ môi trường axit [14]. Gần đây,
Ferroplasma axitamanus có khả năng tăng trưởng ở pH 0, đã được phân lập từ một
mỏ quặng sulfide ở California. Hầu hết các VSV sống trong môi trường có tính axit
cũng có thể phát triển dưới pH trung tính hoặc thậm chí kiềm [49].
1.4.2. Ảnh hưởng của nhôm và kim loại nặng đến hoạt động của vi sinh vật
Nhôm xuất hiện ở trạng thái oxi hóa 3+ và các khoáng chất nhôm gần
như không h a tan ở pH trung tính. Khi pH giảm xuống dưới 5,5, vật liệu chứa
nhôm bắt đầu tan, khi này nhôm ở trạng thái linh động. Nhôm linh động là nhôm có
thể h a tan trong nước, khi này thực vật và VSV có thể hút thu được. Mặc dù Al3+
không có vai tr trao đổi chất, các báo cáo cũng cho rằng tác động độc hại của Al3+
trên các phản ứng sinh hóa khác nhau [35; 31]. Ảnh hưởng độc hại của Al3+ do sự
thay thế các ion kim loại thiết yếu tại các vị trí quan trọng trong tế bào [17]. Độc
tính Al3+ theo cơ chế thay thế các ion Mg2+ trong các phản ứng sinh học. Bán kính
ion Al3+ gần giống nhất với Mg2+, Fe3+ và Al3+ có thể được thay thế cho các ion này
trong điều kiện sinh lý [35; 31]. Do đó, Al3+ có thể hoạt động như một chất ức chế
một số enzyme phụ thuộc Mg2+ trong tế bào [17]. Bên cạnh ADN, màng tế bào hoặc
thành tế bào cũng được coi là mục tiêu chính gây độc của Al trong VSV [45].
Mặt khác, kim loại nặng (KLN) là kim loại có khối lượng riêng trên 5 g/cm3
[61]. Hầu hết các KLN là các phần tử chuyển tiếp với các obitan d đầy. Các obitan d

10


này cung cấp các cation kim loại nặng với khả năng tạo thành các hợp chất phức tạp
có thể hoặc không hoạt động oxi hóa khử. Do đó, cation KLN đóng một vai trò
quan trọng như là "nguyên tố vi lượng" trong các phản ứng sinh hóa phức tạp. Một
số kim loại như Co, Cu và Ni có tác dụng như vi chất dinh dưỡng và được sử dụng
cho quá trình oxi hóa khử để ổn định các phân tử thông qua tương tác tĩnh điện như
các thành phần của các enzym khác nhau và điều hòa áp suất thẩm thấu [34]. Tuy
nhiên, ở nồng độ cao hơn các ion KLN tạo thành các hợp chất phức tạp không xác

định trong tế bào, dẫn đến các tác động độc hại. Những kim loại độc này tương tác
với các thành phần tế bào thiết yếu thông qua liên kết hóa trị và ion. Một số cation
KLN, ví dụ: Hg2+, Cd2+ và Ag+, có khuynh hướng liên kết với các nhóm SH để hình
thành các phức hợp có tính độc hại mạnh, làm cho chúng trở nên rất nguy hiểm đối
với bất kỳ chức năng sinh lý nào. Các nguyên tố vi lượng phổ biến như Zn2+ hoặc
Ni2+ và đặc biệt là Cu2+ có độc tính ở nồng độ cao hơn [42]. Do đó, màng tế bào và
cấu trúc của ADN có thể bị tổn hại, đặc hiệu enzyme có thể bị thay đổi và các chức
năng tế bào có thể bị gián đoạn [34].
Tuy nhiên, độc tính kim loại đối với VSV có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi
điều kiện môi trường. Một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự
sẵn có của kim loại là sự liên kết với các thành phần môi trường khác. Các kim loại
có thể bị loại bỏ hoàn toàn hoặc một phần bằng cách liên kết, tính độc hại của chúng
có thể giảm đi hoặc không xảy ra. Tương tự, kim loại có thể kết tủa như các
hydroxit hoặc oxit không tan trong môi trường kiềm làm giảm độc tính của nó đối
với VSV.
1.4.3. Vi sinh vật kháng kim loại
Để thích nghi với hàm lượng kim loại cao trong môi trường, một số VSV đã
phát triển các cơ chế kháng. Sự đề kháng có thể được định nghĩa là khả năng tồn tại
của các VSV ở nồng độ cao hơn so với các kim loại độc hại bằng các cơ chế giải
độc, được kích hoạt phản ứng trực tiếp với sự hiện diện của kim loại [15]. Tuy
nhiên, những cơ chế giải độc này không chỉ dành riêng cho vi khuẩn phát triển

11


trong môi trường bị ô nhiễm kim loại [16]. Các cơ chế tham gia vào tính kháng kim
loại [16] và vi khuẩn có thể sở hữu một hoặc kết hợp một số cơ chế kháng như:
 Loại trừ kim loại bằng hàng rào thấm:
Sự thay đổi trong thành tế bào và màng tế bào vi sinh là những ví dụ về loại
bỏ kim loại bởi hàng rào thấm. Cơ chế này là một nỗ lực của VSV để bảo vệ các

thành phần tế bào nhạy cảm và thiết yếu với kim loại. Vi khuẩn tạo thành một lớp
phủ polysaccharide ngoại bào, thể hiện khả năng sinh ra các ion kim loại sinh học
và ngăn cản chúng tương tác với các thành phần tế bào quan trọng. Lớp phủ
exopolysaccharide của các vi khuẩn này có thể cung cấp các vị trí gắn các cation
kim loại [50].
 Vận chuyển kim loại hoạt động:
Vận chuyển chủ động là cơ chế kháng kim loại chính của VSV. Cơ chế vận
chuyển chủ động của VSV nhằm đưa kim loại độc hại từ tế bào chất ra bên ngoài.
Các cơ chế này có thể được mã hóa nhiễm sắc thể hoặc plasmid. Kim loại không
cần thiết đi vào tế bào thông qua hệ thống vận chuyển dinh dưỡng thông thường
nhưng có thể được đưa ra nhanh chóng. Các hệ thống này có thể không liên kết với
ATPase hoặc liên kết với ATPase và rất cụ thể đối với cation hoặc anion mà chúng
kháng [51].
 Cố định kim loại trong và ngoài tế bào:
Ức chế nội bào là sự t ch lũy kim loại trong tế bào chất nhờ vi khuẩn để ngăn
chặn sự tiếp xúc với các thành phần thiết yếu của tế bào. Kim loại thường được cố
định là Cd2+, Cu2+ và Zn2+. Sản xuất metallothionein bởi Synechococcus sp. và các
protein giàu cystein do Pseudomonas sp. [52] là những ví dụ điển hình cho cơ chế
kháng kim loại này. Ngoài ra, VSV sản sinh hydrogen sulfide cũng có tác động
đáng kể đến độc tính kim loại vì hầu hết các kim loại tạo thành sulfide không hòa
tan với hydrogen sulfide. Do đó, các vi khuẩn sản sinh hydrogen sulfide có khả
năng chống lại các KLN. Trong nấm men, dung nạp kim loại thường được liên kết
với sản xuất hydrogen sulfide [26].

12


Sức đề kháng kim loại dựa trên sự hấp thụ ngoài tế bào đã được đưa ra giả
thuyết chỉ trong vi khuẩn, nhưng cũng đã được tìm thấy trong một số loài nấm men
và nấm mốc [23]. Một trong các dạng kháng Ni2+ trong nấm men có thể dựa trên cơ

chế này. Saccharomyces cerevisiae có thể làm giảm hấp thụ Ni2+ bằng cách bài tiết
một lượng lớn glutathione có khả năng liên kết với ái lực lớn đối với kim loại nặng
[38]. Hơn nữa, liên kết hoặc chelate hóa của một kim loại bởi các hợp chất hữu cơ
như citric và axit oxalic được sản xuất trong môi trường nuôi cấy VSV cũng ảnh
hưởng đáng kể đến độc tính kim loại [48].
 Biến đổi kim loại:
Sự biến đổi sinh học của một số kim loại nặng là một quá trình quan trọng
xảy ra ở nhiều môi trường sống và được thực hiện bởi nhiều loại VSV, chủ yếu là vi
khuẩn và nấm. Một kết quả của hoạt động sinh học, kim loại có thể thay đổi về hóa
trị hoặc chuyển đổi thành các hợp chất organometallic [16].
Sự biến đổi liên quan đến những thay đổi trong hóa trị đã được nghiên cứu
với thủy ngân. Một số loại vi khuẩn và nấm men đã được chứng minh là ảnh hưởng
đến việc giảm cation thủy ngân (Hg2+) thành trạng thái nguyên tố (Hg0) [11; 28].
Thủy ngân kim loại sau đó được bay hơi để khuếch tán qua màng tế bào và vào môi
trường xung quanh.
Biến đổi một số kim loại thành hợp chất organometallic bằng cách methyl
hóa cũng là một cơ chế giải độc quan trọng. Methyl hóa có thể được xúc tác bởi một
loạt các VSV: cả hai vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí [56], nấm men và nấm mốc. Mặc
dù các sản phẩm methyl hóa có thể độc hại hơn kim loại tự do, nhưng chúng thường
dễ bay hơi và có thể thải vào khí quyển. Đây là trường hợp với thủy ngân và các
dẫn xuất methyl hóa của nó, metyl và dimethyl Hg.
1.4.4. Vi sinh vật kháng nhôm
a cơ chế giải độc kim loại bao gồm đào thải, chelate hóa và trao đổi chất.
Mặc dù sự đào thải và trao đổi chất của Al3+ chưa được nghiên cứu nhiều, trong khi
hàm lượng Al3+ tích tụ trong thực vật được nghiên cứu là có liên quan đến sự tiết
axit hữu cơ như là chelate monomeric Al [27]. Với một số thực vật tích tụ Al3+

13

trong lá của chúng có thể giải độc nhôm từ bên trong bằng cách hình thành phức
hợp với các axit hữu cơ [22]. Axit hữu cơ bài tiết từ rễ tạo các khả năng kết tủa
nhôm khác nhau. Thứ tự giảm dần khả năng kết tủa nhôm như sau: axit oxalic > axit
citric > axit malic > axit succinic [20]. Mặt khác, vi khuẩn nốt sần chịu axit và
kháng kim loại có thể sản sinh được một lượng exo – polysaccharides (EPS) cao
hơn so với các chủng nhạy cảm. Người ta cho rằng việc sản sinh EPS là một cách
trung hòa với tính độc hại của Al3+ [10] vì EPS có khả năng kết hợp với Al3+, có thể
làm giảm đáng kể hoạt động của các ion độc trên bề mặt tế bào. Bên cạnh đó,
Flavobacterium sp. ST – 3991 đã được báo cáo là tiết ra một số chất như protein
trong quá trình sinh trưởng, phát triển để cố định ion Al3+ và tăng độ pH của môi
trường, minh chứng là môi trường nuôi cấy trở nên đục và rất nhớt trong quá trình
nuôi cấy chúng [29].
Gần đây, từ các loại đất có tính axit nói chung và các loại đất chè nói riêng,
một số loại vi khuẩn chịu được tính axit cao và kháng Al3+, như Cryptococcus,
Rhodotorula, Aspergillus, Penicillium, Trichoderma và Flavobacterium… đã được
phân lập [24; 29].
1.4.5. Khả năng loại bỏ kim loại ra khỏi môi trường của vi sinh vật
a) Tiềm năng loại bỏ kim loại của vi sinh vật
 Thành tế bào:
Thành tế bào VSV đóng một vai trò quan trọng trong việc loại bỏ kim loại
độc hại. Nói chung, thành tế bào VSV, chủ yếu bao gồm polysaccharide, protein và
lipid, cung cấp các nhóm chức năng gắn kết kim loại đặc biệt phong phú như
carboxylate, hydroxyl, sulphate, phosphate và các nhóm amin [57].
Polyme ngoại bào (exopolymer) được sản xuất bởi vi khuẩn và nấm tạo
thành lớp chất nhờn liên kết với các kim loại có thể gây độc [62]. Hầu hết trong số
này bao gồm polysaccharide và glycoprotein có thể được liên kết với protein. Thành
tế bào của vi khuẩn cũng có một số thành phần gắn kim loại góp phần vào quá trình
hấp phụ. Các nhóm cacboxyl của peptidoglycan là vị trí gắn kết chính trong các
thành tế bào Gram dương với các nhóm phosphate góp phần đáng kể trong các sinh

14


vật Gram âm. Chitin là thành phần cấu trúc quan trọng của thành tế bào nấm được
coi là chất hấp phụ hiệu quả kim loại [55]. Ngoài ra, chitosan và các dẫn xuất chitin
khác cũng có khả năng sinh học đáng kể [60].
 Protein gắn kim loại và peptide:
Một số phân tử sinh học được tạo ra khi có sự hiện diện của các kim loại độc
hại với chức năng đặc biệt là liên kết các kim loại. Các protein liên quan đến kim
loại và peptide cụ thể đã được ghi nhận trong tất cả các nhóm vi khuẩn và đặc biệt
là trong một số chủng nấm men được nghiên cứu. Thông thường, các
metallothionein là các polypeptide giàu cysteine có thể liên kết các kim loại thiết
yếu, ví dụ: Cu và Zn cũng như Cd. ên cạnh đó, phytochelatein là các peptide ngắn
liên quan đến giải độc kim loại nặng trong một số loại nấm mốc và nấm men [37].
b) Cơ chế loại bỏ kim loại của vi sinh vật
Một loạt các cơ chế hóa học và sinh học đã được nghiên cứu là có khả năng
loại bỏ các kim loại độc hại. Các cơ chế loại bỏ hóa lý có thể bao gồm hấp phụ vật
lý, trao đổi ion và hấp thụ sinh học bởi sinh khối VSV sống và chết [62]. Trong các
tế bào sống, sự hấp thụ kim loại có thể chịu ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp bởi
cách vận chuyển kim loại qua màng tế bào. Hiện tượng này liên quan đến quá trình
trao đổi chất của tế bào và tạo ra sự t ch lũy nội bào [57]. Một khi ở bên trong tế
bào, kim loại có thể được cố định trong các cấu trúc nội bào hoặc bào quan hoặc
chuyển sang một cấu trúc nhất định nào đấy tùy thuộc vào các yếu tố liên quan và
đối tượng VSV [63].
c) Ảnh hưởng của một số yếu tố đến sự hấp thụ kim loại của vi sinh vật
Ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình hấp thụ kim loại của VSV như
sau [57]:
 Nhiệt độ dường như không ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thụ sinh học trong
khoảng nhiệt độ từ 20oC đến 35oC.
 pH được xem là yếu tố quan trọng nhất trong quá trình hấp thụ sinh học bởi vì pH

ảnh hưởng đến trạng thái hóa học của kim loại, hoạt động của các nhóm chức
năng trong sinh khối và sự cạnh tranh của các ion kim loại.

15


 Lượng sinh khối trong dung dịch ảnh hưởng đến sự hấp thụ, cụ thể là đối với các
giá trị sinh khối thấp có thể dẫn đến sự tăng hiệu quả hấp thụ.
 Hấp thụ sinh học trong một số trường hợp có tính chọn lọc. Việc loại bỏ một kim
loại có thể bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các kim loại khác. Sự hấp thụ
Co của các VSV khác nhau bị ức chế hoàn toàn bởi sự hiện diện của U, Pb,
Hg và Cu.
Bên cạnh đó, tuổi của giống vi khuẩn cũng có ảnh hưởng đáng kể đến sự hấp
thụ kim loại. Volesky và May – Phillips 1995 đã báo cáo rằng các tế bào nấm men
còn non có hiệu quả hơn trong việc cố định uranium. [58]
1.5. Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng vi sinh vật chịu axit và
hấp thụ nhôm ở trong và ngoài nƣớc.
Hiện nay, việc sử dụng VSV trong xử lý kim loại nói chung và kim loại nặng
nói riêng đã được quan tâm ở nhiều quốc gia. Trên thế giới, hiện đã có một vài
nghiên cứu liên quan đến khía cạnh VSV chịu axit và kháng nhôm trong đất trồng
chè như Shigeki Konishi và các cộng sự (1994) nghiên cứu các chủng vi khuẩn chịu
axit và kháng nhôm được phân lập từ đất trồng chè, kết quả nghiên cứu cho thấy vi
khuẩn phát triển trong điều kiện nồng độ nhôm Al3+ cao và pH thấp được định danh
là Flavobacterium sp. Vi khuẩn này có thể chịu được nồng độ nhôm dưới 2000
mg/l, pH 3,5. Sự phát triển của vi khuẩn bị ảnh hưởng bởi nồng độ ion Al3+. Độ pH
của môi trường nuôi cấy không chứa nhôm tăng nhanh đến pH 4,4 sau 10 ngày. [29]
Một nhiên cứu khác cũng về các chủng vi khuẩn có khả năng chịu axit và
kháng nhôm của Ngô Thị Tường Châu và các cộng sự (2014) cho thấy vi khuẩn
Bacillus sp. An 3 (DQ234567) trong đó Bacillus cereus được phân lập từ đất trồng
chè tại Kagoshima, Nhật Bản. Vi khuẩn này có khả năng phát triển trên đĩa thạch SLB (pH 3,7) với nồng độ nhôm 1000 mg/l và có thể tồn tại trong môi trường nước

thịt LB chứa 10000 mg/l Al3+ pH 2,0 . Trong môi trường nuôi cấy dịch thể LB, sự
phát triển của vi khuẩn bị ức chế khi nồng độ nhôm tăng 0, 100 và 200 mg/l đặc
biệt ở nồng độ 200 mg/l. Độ pH của môi trường nuôi cấy không chứa nhôm tăng
nhanh đến pH 7,0 sau 10 ngày cao hơn so với nghiên cứu của Konishi và các cộng

16