Electronic Theses and Dissertation

Pencemaran logam berat menimbulkan ancaman serius kepada semua bentuk kehidupan di alam sekitar kerana kesan toksik pencemaran alam sekitar jangka panjang. Tembaga dan zink adalah dua jenis logam berat yang penting pada kepekatan rendah dan toksik pada kepekatan yang lebih tinggi. Logam berat termasuk tembaga dan zink tidak terbiodegradasi dan kekal dalam persekitaran dan rantaian makanan untuk masa yang lama, oleh itu adalah penting untuk mengeluarkannya. Baru-baru ini, biopemulihan menggunakan mikroorganisma menjadi penyelesaian yang berpotensi dan alternatif untuk masalah logam berat kerana mikroorganisma mempunyai pelbagai mekanisme untuk merendahkan, memecah, dan mengubah logam berat menjadi bentuk yang kurang toksik atau tidak beracun. Oleh itu, kajian ini bertujuan untuk mengetahui potensi Escherichia coli dan Aeromonas hydrophila untuk memulihkan tembaga dan zink dalam air. Kajian ini terdiri daripada tiga bahagian, iaitu: (1) Pengenalpastian dan pencirian E. coli dan A. hydrophila, (2) Ujian rintangan in-vitro E. coli dan A. hydrophila terhadap tembaga dan zink, dan (3) Ujian in-vivo ke atas keupayaan bakteria E. coli dan A. hydrophila dalam biopemulihan tahap tembaga dan zink oleh analisis tisu pada Oreochromis mossambicus. Bakteria terpilih diasingkan daripada air kolam Pantereriek, Banda Aceh (Indonesia) diikuti dengan pembersihan dan pencirian bakteria menggunakan ujian pewarnaan Gram, kajian morfologi koloni, dan ujian biokimia. Bakteria itu kemudiannya diuji untuk ketahanan mereka terhadap CuSO4 dan ZnCl2 in vitro dengan menilai nilai kepekatan perencatan minimum (MIC) diikuti dengan ujian degradasi logam berat dan ujian pengesanan daya maju. Ujian in-vivo kedua-dua bakteria
vi
terhadap tembaga dan zink dilakukan menggunakan ikan Oreochromis mossambicus (tilapia) sebagai salah satu ikan air tawar. Sebanyak 126 ikan tilapia dibahagikan kepada pelbagai keadaan (kumpulan kawalan negatif K1; K2, K3, dan K4 terdedah kepada CuSO4 1-5 mg.L-1; K5, K6, dan K7 masing-masing terdedah kepada ZnCl2 2.5-7.5 mg.L-1. Setiap kumpulan rawatan terdiri daripada 6 analisis iaitu: (1) ujian spektrophotometri penyerapan atom (AAS) sebelum biopemulihan, (2&3) ujian AAS selepas biopemulihan oleh E. coli dan A. hydrophila, (4) ujian histopatologi hati dan insang ikan sebelum biopemulihan diikuti oleh (5&6) selepas biopemulihan oleh E. coli dan A. hydrophila. Keputusan menunjukkan bahawa E. coli dan A. hydrophila berjaya diasingkan yang ditunjukkan oleh keputusan ujian pencirian. Keputusan MIC menunjukkan bahawa E. coli mampu menahan ketoksikan logam yang paling tinggi diambil untuk CuSO4 20 mg.L-1 dan 300 mg.L-1 ZnCl2. Manakala A. hydrophila mampu menahan CuSO4 200 mg.L-1 yang paling tinggi diambil dan 300 mg.L-1 ZnCl2. Kedua-dua bakteria dapat bertahan dalam air suling yang dibubarkan dengan beberapa kepekatan CuSO4 dan ZnCl2 selama lebih daripada 7 hari tanpa sebarang sumber nutrien. Kadar daya maju terbaik E. coli terhadap CuSO4 dan ZnCl2 adalah pada 20 mg.L-1 dan 80 mg.L-1, manakala A. hydrophila terhadap CuSO4 dan ZnCl2 masing-masing adalah 300 mg.L-1 dan 5 mg.L-1. Keputusan ujian AAS menunjukkan bahawa kedua-dua bakteria dapat mengurangkan tahap tembaga dan zink. Begitu juga, ujian histopatologi menunjukkan keupayaan bakteria dalam mengurangkan tahap keterukan kerosakan hati dan insang tisu akibat pendedahan tembaga dan zink. Kesimpulannya, E. coli dan A. hydrophila mempunyai potensi untuk dibangunkan sebagai mikrobioremediation ke arah CuSO4 dan ZnCl2.

As a result of the damaging impacts of prolonged environmental contamination, heavy metal pollution represents a significant danger to all living organisms in the environment. Copper and zinc constitute the two heavy metals that are both necessary in a minimal amounts but hazardous in excessive ones. Heavy metals, such as copper and zinc, are not biodegradable and persist in the aquatic environment and food chain for extended periods of time; therefore, they must be eliminated. Bioremediation with microorganisms has recently emerged as a prospective and alternative solution to the heavy metal problem, as microorganisms have a range of methods for degrading, breaking down, and transforming heavy metals into less hazardous or harmless forms. Therefore, this study aimed at determining the potency of Escherichia coli and Aeromonas hydrophila to remediate copper and zinc in water. This study consisted of three parts, i.e: (1) Identification and characterization of E. coli and A. hydrophila, (2) In-vitro resistivity test of E. coli and A. hydrophila against copper and zinc, and (3) In-vivo test on the ability of E. coli and A. hydrophila bacteria in bioremediation of copper and zinc level by tissue analysis on Oreochromis mossambicus. The selected bacteria were isolated from water of Panteriek pond, Banda Aceh (Indonesia) followed by purification and characterization of the bacteria using Gram staining test, colony morphological studies, and biochemical tests. The bacteria were then tested for their resistivity against CuSO4 and ZnCl2 in vitro by evaluation of the minimum inhibitory concentration (MIC) value followed by heavy metal degradability test and viability detection test. The in-vivo tests of both bacteria against copper and zinc were performed using Oreochromis mossambicus (tilapia) fish as one of the freshwater fish. A total of 126 O. mossambicus fish were alloted into various iv conditions (K1 negative control group; K2, K3, and K4 were exposed to CuSO4 1-5 mg.L-1; K5, K6, and K7 were exposed to ZnCl2 2.5-7.5 mg.L-1), respectively. Each treatment group consisted of 6 analysis namely: (1) atomic absorption spectrophotometry (AAS) test before bioremediation, (2&3) AAS test after bioremediation by E. coli and A. hydrophila, (4) histopathological tests of liver and gills of fish before bioremediation followed by (5&6) after bioremediation by E. coli and A. hydrophila. The results showed that E. coli and A. hydrophila were successfully isolated as indicated by the characterization test results. The MIC results revealed that E. coli was able to tolerate the greatest absorbed metal toxicity for CuSO4 (20 mg.L-1) and ZnCl2 (300 mg.L-1). While A. hydrophila was able to resist the highest taken CuSO4 200 mg.L-1 and 300 mg.L-1 of ZnCl2. Both bacteria were able to survive in distilled water dissolved in several concentrations of CuSO4 and ZnCl2 for more than 7 days without any nutrient sources. The best viability rate of E. coli against CuSO4 and ZnCl2 was at 20 mg.L-1 and 80 mg.L-1, while A. hydrophila against CuSO4 and ZnCl2 was 300 mg.L-1 and 5 mg.L-1, respectively. The AAS results demonstrated that both bacteria were able to decrease the copper and zinc level. Similarly, the histopathological test showed the ability of the bacteria in decreasing the severity level of liver and gills tissues damage due to copper and zinc exposure. In conclusion, E. coli and A. hydrophila have the potency to be developed as microbioremediation towards CuSO4 and ZnCl2.