Tran Thi Dieu Nguyen * , Nguyen Thi Phi Oanh and Nguyen Thi Quynh Anh

* Corresponding author (nguyenm0515018@gstudent.ctu.edu.vn)

Abstract

Potassium chlorate is widely used as a stimulator for off-season flowering of longan. Twenty four bacterial strains were isolated from soil samples collected in a longan orchard in Thot Not district, Can Tho city in which seven strains performed higher biomass growth in minimal salt medium with KClO3(0,1 g/L) andglucose (2 g/L) added in comparison to the others. These strains are all Gram-negative bacteria. In minimal salt medium supplemented with KClO3 (0,1 g/L), all seven strains showed the highest efficiency of KClO3degradation (70.4% - 77.6%) after eleven days of incubation. In minimal salt medium with KClO3 (0,1 g/L) and glucose (2 g/L) addition, the effectiveness of KClO3degradation was higher (65.8% - 78.6%) after seven days of growth. Without glucose amended, strain TN3 degraded 77.6% KClO3 after eleven days, however, when glucose was added, the strain could degrade 78.6% KClO3 after seven days of incubation. Strains TN3 and TN34 showed movement towards KClO3 in the chemotaxis test. Above all, strain TN3 is a potential candidate for bioremediation of KClO3 as it has the highest efficiency of degrading KClO3 and the chemotaxis activity towards KClO3.
Keywords: Chemotaxis, longan plantation soil, potassium chlorate-degrading bacteria

Tóm tắt

Chlorate kali được sử dụng để kích thích ra hoa nghịch mùa ở các vùng trồng nhãn. Hai mươi bốn dòng vi khuẩn được phân lập từ đất trồng nhãn ở quận Thốt Nốt, thành phố Cần Thơ trong đó bảy dòng vi khuẩn có khả năng tạo sinh khối cao trong môi trường khoáng tối thiểu có bổ sung KClO3 (0,1 g/L) và glucose (2 g/L), các dòng này đều là vi khuẩn Gram âm. Trong môi trường khoáng tối thiểu bổ sung KClO3,các dòng vi khuẩn đạt hiệu suất phân hủy KClO3 cao nhất (70,4% - 77,6%) sau 11 ngày nuôi cấy. Trong môi trường có bổ sung KClO3và glucose, hiệu suất phân hủy KClO3 của các dòng vi khuẩn cao hơn, đạt 65,8% - 78,6% sau 7 ngày nuôi cấy. Dòng TN3 có hiệu suất phân hủy KClO3 cao nhất trong môi trường không bổ sung glucose (77,6% sau 11 ngày nuôi cấy) vàtrong môi trường có bổ sung glucose (78,6% sau bảy ngày nuôi cấy). Khảo sát khả năng hóa hướng động cho thấy hai dòng vi khuẩn TN3 và TN34 có khả năng di chuyển về phía có bổ sung KClO3. Kết quả nghiên cứu chứng tỏ dòng TN3 phân hủy KClO3 cao nhất so với các dòng vi khuẩn khảo sát và có khả năng hóa hướng động theo KClO3 nên TN3 được xem là dòng vi khuẩn tiềm năng cho các nghiên cứu ứng dụng về phân hủy sinh học KClO3 lưu tồn trong đất.
Từ khóa: Đất trồng nhãn, hóa hướng động, vi khuẩn phân hủy chlorate kali

Article Details

References

Alfredo, K., Stanford, B., Roberson, J.A. and Eaton, A., 2015. Chlorate challenges for water systems. Journal AWWA, 107(4): E187.

Bergnor, E., Germgard, U., Kolar, J.J. and Lindgren, B.O., 1987. Formation of chlorate in chlorine dioxide bleaching. Cellulose chemistry and technology, 21(3): 307-314

Bijdekerke, K., 2004. Pollutant driven motility of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH)-degrading bacteria in soil. MSc thesis. Laboratory of soil and water management and Centre of microbial and plant genetics, Faculty of Applied Bioscience and Engineering, KULeuven.

Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn - Cục Trồng trọt, 2008. Báo cáo hiện trạng và giải pháp phát triển sản xuất, tiêu thụ cây ăn quả các tỉnh phía Nam trong thời gian tới. Hội nghị đánh giá hiện trạng và bàn giải pháp phát triển sản xuất, tiêu thụ cây ăn quả các tỉnh phía Nam, trang 138-157.

Breugelmans, P. and Uyttebroek, M., 2004. Protocol for DNA extraction and purfication. Laboratory of soil and water management, KULeuven.

Bruce, R. A., Achenbach, L.A. and Coates, J.D., 1999. Reduction of (per)chlorate by a novel organism isolated from paper mill waste. Environmental Microbiology, 1(4): 319-329.

Bùi Thị Mỹ Hồng, Trần Nguyễn Liên Minh và Nguyễn Minh Châu, 2004. Ảnh hưởng của biện pháp khoanh vỏ và chlorate kali đến sự ra hoa trên cây nhãn tiêu da bò. Báo cáo tổng kết thí nghiệm Viện Nghiên cứu Cây ăn quả miền Nam.

Chiswell, B. and Keller-Lehmann, B., 1993. Spectrophotometric method for the determination of chlorite and chlorate. Analyst, 118(11): 1457-1459.

Grimm, A.C. and Harwood, C.S., 1997. Chemotaxis of Pseudomonas spp. to the polyaromatic hydrocarbon naphthalene. Applied and Environmental Microbiology, 63(10): 4111-4115.

Kengen, S.W., Rikken, G.B., Hagen, W.R., Van Ginkel, C.G. and Stams, A.J., 1999. Purification and characterization of (per)chlorate reductase from the chlorate-respiring strain GR-1. Journal of Bacteriology, 181(21): 6706-6711.

Li, H., Zhang, X., Lin, C. and Wu, Q., 2008. Toxic effects of chlorate on three plant species inoculated with arbuscular mycorrhizal fungi. Ecotoxicology and Environmental Safety, 71(3): 700-705.

Malmqvist, A., Welander, T., Moore, E., Ternstrom, A., Molin, G. and Stenstrom, I.M., 1994. Ideonella dechloratans gen. nov., sp. nov., a new bacterium capable of growing anaerobically with chlorate as an electron acceptor. Systematic and Applied Microbiology, 17(1): 58-64.

Manochai, P., Sruamsiri, P., Wiriya-Alongkorn, W., Naphrom, D., Hegele, M. and Bangerth, F., 2005. Year around off season flower induction in longan (Dimocarpus longan Lour.) trees by KClO3 applications: potentials and problems. Scientia Horticulturae, 104(4): 379-390.

Manochai, P., Suthon, W., Wiriya-alongkom, W., Ussahatanonta, S. and Jarassamrit, N., 1999. Effect of potassium chlorate on flowering of longan (Dimocarpus longan Lour.) cv. E-daw and Sri-Chompoo. Seminar report on plant regulators, off-season crop production. National Research Council of Thailand, pp. 1-8.

NAS (National Academy of Sciences), 1982. Drinking water and health, Vol. 4. National Academies Press, Washington.

Nguyen Thi Phi Oanh, Helbling D.E., Bers K., Fida T.T., Wattiez R., Kohler H.P.E., Springael D. and De Mot R., 2014. Genetic and metabolic analysis of the carbofuran catabolic pathway in Novosphingobium sp. KN65.2. Applied Microbiology Biotechnology, 98(19): 8235-8252.

Pandey, G. and Jain, R.K., 2002. Bacterial chemotaxis toward environmental pollutants: Role in bioremediation. Applied and Environmental Microbiology, 68(12): 5789-5795.

Rikken, G.B., Kroon, A.G.M. and Van Ginkel, C.G., 1996. Transformation of (per)chlorate into chloride by a newly isolated bacterium: reduction and dismutation. Applied Microbiology and Biotechnology, 45(3): 420-426.

Sniegowski, K., 2005. Motility of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH)-degrading bacteria in soil: role of chemotaxis. MSc thesis. Laboratory of Soil and water management and Centre of microbial and plant genetics, Faculty of Applied Bioscience and Engineering, KULeuven.

Steinberg, L.M., Trimble, J.J. and Logan, B.E., 2005. Enzymes responsible for chlorate reduction by Pseudomonas sp. are different from those used for perchlorate reduction by Azospira sp. FEMS Microbiology Letters, 247(2): 153-159.

Sutigoolabud, P., Mizuno, T., Ongprasert, S., Karita, S., Takahashi, T., Obata, H. and Senoo, K., 2008. Effect of chlorate on nitrification in longan plantation soil. Soil Science and Plant Nutrition, 54(3): 387-392.

Sutigoolabud, P., Senoo, K., Ongprasert, S., Mizuno, T., Tanaka, A., Obata, H. and Hisamatsu, M., 2004. Decontamination of chlorate in longan plantation soils by bio-stimulation with sugar amendment. Soil Science and Plant Nutrition, 50(2): 249-256.

Trần Văn Hâu và Lê Văn Chấn, 2009. Ảnh hưởng của chlorate kali và biện pháp khoanh cành đến sự ra hoa và năng suất nhãn xuồng cơm vàng (Dimocarpus longan L.) tại Châu Thành - Đồng Tháp. Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ, 11: 432-441.

Van Ginkel, C.G., Plugge, C.M. and Stroo, C.A., 1995. Reduction of chlorate with various energy substrates and inocula under anaerobic conditions. Chemosphere, 31(9): 4057-4066

Wallace, W., Ward, T., Breen, A. and Attaway, H., 1996. Identification of an anaerobic bacterium which reduces perchlorate and chlorate as Wolinella succinogenes. Journal of Industrial Microbiology, 16(1): 68-72.