Isolation and Selection of Bacteria Capable of Cellulose Decomposition from Earthworm Gut

Date Received: 07-02-2025

Date Published: 20-02-2025

##submissions.doi##: https://doi.org/10.1234/71t8hn87

Views

28

Downloads

17

Issue: Vol. 22 No. 8 (2024)

Section:

KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

How to Cite:

Thoa, T. K., Nguyen, N. T. T., Trân, L. H., Khiêm, L. H., & Xa, T. V. (2025). Isolation and Selection of Bacteria Capable of Cellulose Decomposition from Earthworm Gut . Vietnam Journal of Agricultural Sciences, 22(8). https://doi.org/10.1234/71t8hn87

Isolation and Selection of Bacteria Capable of Cellulose Decomposition from Earthworm Gut

Tran Kim Thoa , Nguyễn Thị Thu Nguyen , Lương Hải Trân , Lê Hoàng Khiêm , Trương Văn Xa (*)

  • Tác giả liên hệ: xatv@vlute.edu.vn

    • Keywords

    Cellulase, Bacillus amyloliquefaciens, CMCase

    Abstract


    Cellulose-degrading bacteria play an increasingly important role in the ecosystem based on their extracellular enzyme activity, which is used for treatment of plant waste. This study aimed to identify the bacteria species in the gut of earthworms that are capable of decomposing cellulose, so that bacteria can be applied to decompose agricultural by-products. 30 bacterial strains were isolated from the gut of earthworms with colony morphology mainly white, round, rod shaped cells, gram positive and hads the ability to move. Cellulolytic activity was qualified by agar well diffusion method. The results showed that 53,33% of bacterial strains were capable of degrading CMC (carboxymethyl cellulose) with the degrading ring diameter in the range of 2,67-24,67mm, bacterial strain with the strongest ability to degrade CMC was NT20 (24,67 ± 1,15mm). Bacterial cellulase activity was determined by DNS method. The result showed that bacterial strain NT20 had the ability to produce the highest reducing sugar content (50,70 ± 1,01 µg/ml) compared to the remaining bacterial strains after 48 hours of culture. NT20 bacteria had the ability to decompose 51,33% of green vegetable by-products within 10 days. The 16S rRNA gene sequence of bacterial strain NT20 was 100% similar to Bacillus amyloliquefaciens strain HT-22-B1.

    References

    Barker G.C., Smith J.J. & Cowan D.A. (2003). Review and reanalysis of domain specific 16S primers. Journal of Microbiological Method. 55: 541-555.

    Banerjee A., Biswasa J.K., Pant D., Sarkar B., Chaudhuri P., Rai M. & Meers E. (2019). Enteric bacteria from the earthworm (Metaphire posthuma) promote plant growth and remediate toxic trace elements. Journal of Environmental Management. 15(250): 109530. doi: 10.1016/j.jenvman. 2019.109530.

    Bernfeld P. (1955). Amylases α and β. Methods in Enzymology. 1: 149-158.

    Brown G.G. & Doube B.M. (2004). Functional interactions between earthworms, microorganisms, organic matter, and plants. In: Edwards C. A., ed. Earthworm ecology. Boca Raton, FL, USA: CRC Press LLC. pp. 213-239.

    Cao Ngọc Điệp & Nguyễn Hữu Hiệp (2002). Giáo trình vi sinh vật chuyên sâu. Trường Đại học Cần Thơ.

    Dey K.K., Talukdar N.C., Nongkhlaw F.M.W. & Thakuria D. (2018). Isolation, characterization and practical significance of cellulose degrading bacteria from the gut wall of two ecologically distinct earthworms. Current Science.

    (7): 1474-1484.

    Fujii K., Ikeda K. & Yosida S. (2012). Isolation and characterization of aerobic microorganisms with cellulolytic activity in the gut of endogeic earthworms. International microbiology.

    : 121-130.

    Hijam S.D., Goyari S., Thokchom E., Kalita M.C. & Talukdar N.C. (2020). Identification and determination of cellulase activity of cellulose degrading microorganisms from earthworm species of different habitats of North East India. Indian Journal of Biotechnology. 19: 192-205.

    Huang K., Li F., Wei Y., Chen X. & Fu X. (2013). Changes of bacterial and fungal community compositions during vermicomposting of vegetable wastes by Eisenia foetida. Bioresource Technology. 150: 235-241.

    Juturu V. & Wu J.C. (2014). Microbial cellulases: Engineering, production and applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews.

    : 188-203.

    Jyotsna K.P., Vijayalakshmi K., Prasanna N.D. & Shaheen S.K. (2010). Isolation, characterization of cellulase producing Lysinibacillus sphaericus MTCC No. 9468 from gut of Eisenia foetida. Bioscan. 6(2): 325-327.

    Kumar S., Tamura K. & Nei M. (2004). MEGA3: Integrated software for Molecular Evolutionary Genetics Analysis and sequence alignment. Briefings In Bioinformatics. 5(2): 150-163.

    Li H., ZhangM., Zhang Y., Xu X., Zhao Y., Jiang X., Zhang R. & Gui Z. (2023). Characterization of Cellulose-Degrading Bacteria Isolated from Silkworm Excrement and Optimization of Its Cellulase Production. Polymers. 15(20): 4142. Doi: 10.3390/polym15204142.

    Mai Thi, Nguyễn Hữu Hiệp & Dương Ngọc Thúy (2017). Phân lập, nhận diện vi khuẩn phân hủy cellulose từ sùng (Holotrichia parallela) và trùn đất (Lubricus terrestris). Tạp chí Khoa hoc Trường Đại học Cần Thơ. 50B: 81-90.

    Mei J., Shen X., Gang L., Xu H., Wu F. & Sheng L. (2020). A novel lignin degradation bacteria - Bacillus amyloliquefaciens SL - 7 used to degrade straw lignin efficiently. Bioresource Technology. 310: 123445. doi: 10.1016/j.biortech. 2020.123445.

    Ngalimat M.S., Yahaya R.S.R., Baharudin M.M.A.A., Yaminudin S.M., Karim M., Ahmad S.A. & Sabri S. (2021). A review on the biotechnological applications of the operational group Bacillus amyloliquefaciens. Microorganisms. 9(3): 614. doi: 10.3390/microorganisms9030614.

    Nguyễn Ngọc Ẩn, Nguyễn Mộc Tấn, Nguyễn Trung Thế Hiển, Nguyễn Thị Diệu Hạnh & Phạm Tấn Việt (2019). Phân lập và khảo sát điều kiện sinh tổng hợp cellulase của hai chủng vi khuẩn TH-VK22 và TH-VK24. Tạp chí Khoa học và Công nghệ. 39(3): 247-259.

    Nguyễn Thị Thuý Nga, Phạm Quang Nam, Lê Xuân Phúc, Phạm Quang Thu & Nguyễn Minh Chí (2015). Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn phân giải xenlulo sản xuất phân hữu cơ sinh học. Tạp chí Khoa học Lâm nghiệp. 2: 3841-3850.

    Nguyễn Thị Thu Thủy, Nguyễn Tiến Long & Trần Thanh Đức (2018). Phân lập, tuyển chọn và định danh vi khuẩn có khả năng phân giải cellulose để sản xuất phân hữu cơ vi sinh. Tạp chí Khoa học Đại học Huế: Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. 127(3A): 117-127.

    Nguyễn Ngọc Quỳnh, Lương Hữu Thành, Vũ Thúy Nga, Đàm Trong Anh, Vũ Tiến Đức, Đàm Thị Huyền & Nguyễn Văn Thiết (2022). Phân lập tuyển chọn xạ khuẩn ứng dụng trong xử lý rơm rạ trên đồng ruộng tại vùng trồng lúa ven đô thành phố Hà Nội. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam. 5(138): 44-50.

    Shankar T., Sankaralingam S., Balachandran C., Chinnathambi A., Nasif O., Ali S., Alharbi S.A., Park S. & Baskar K. (2021). Purification and characterization of carboxymethylcellulase from Bacillus pumilus EWBCM1 isolated from earthworm gut (Eudrilus eugeniae). Journal of King Saud University - Science. 33(1): 101261. doi: 10.1016/j.jksus.2020.101261.

    Shankar T., Mariappan V. & Isaiarasu L. (2011). Screening cellulolytic bacteria from the mid-gut of the popular composting earthworm, Eudrilus eugeniae (Kinberg). World Journal of Zoology. 6(2): 142-148.

    Trịnh Thành Trung, Phan Lạc Dũng, Trần Thị Lệ Quyên, Dương Văn Hợp & Đào Thị Lương (2013). Đặc điểm sinh học và tiềm năng ứng dụng của chủng vi khuẩn Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum sp. 1901 phân lập tại Rừng Quốc gia Hoàng Liên. Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ. 29(3): 59-70.

    Trần Hoàng Dũng, Huỳnh Văn Hiếu, Trần Duy Dương & Nguyễn Thành Công (2018). Phân lập các chủng vi sinh vật có khả năng phân giải cellulose mạnh phục vụ sản xuất chế phẩm phân hủy rơm rạ.

    Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

    (6): 32-36.

    Võ Văn Phước Quệ & Cao Ngọc Điệp (2011). Phân lập và nhận diện vi khuẩn phân giải cellulose. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ. 18a: 177-184.

    Yang Y., Callaham Jr M.A., Wu X., Zhang Y., Wu D. & Wang D. (2023). Gut microbial communities and their potential roles in cellulose digestion and thermal adaptation of earthworms. Science of The Total Environment. 903. 166666. Doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.166666.