BÀI GIẢNG VI SINH vật kỹ THUẬT môi TRƯỜNG

49 451 3
BÀI GIẢNG   VI SINH vật kỹ THUẬT môi TRƯỜNG

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Vi sinh vật kỹ thuật môi trường TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HOÀ KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ PHẠM THỊ HỮU KIỀU TÀI LIỆU GIẢNG DẠY HỌC PHẦN VI SINH VẬT KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG DÙNG CHO SINH VIÊN CAO ĐẲNG NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG (LƯU HÀNH NỘI BỘ) PHÚ YÊN – 2011 Khoa CN Hoá 1 Vi sinh vật kỹ thuật môi trường CHƯƠNG 1: HÌNH THÁI, CẤU TẠO VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA VI SINH VẬT 1.1. Đặc điểm chung của vi sinh vật Vi sinh v t có kậ ích th c r t nh bé m m t th ng không th nhìn th yướ ấ ỏ à ắ ườ ể ấ c, tuy nhiên kh n ng chuy n hoá r t nhanh v nhi u.đượ ả ă ể ấ à ề Trong điều kiện môi trường nuôi cấy đầy đủ chất dinh dưỡng và trong điều kiện nuôi cấy thích hợp, tế bào vi sinh vật tăng nhanh về kích thước đồng thời sinh khối được tích luỹ nhiều. Có nhiều phương pháp kiểm tra sự sinh trưởng của vi sinh vật trong quá trình nuôi cấy. Những phương pháp đó được trình bày như sau: - Đo kích thước tế bào non và tế bào trưởng thành. - Xác định sinh khối tươi và sinh khối khô bằng phương pháp ly tâm và cân xác định trọng lượng. - Xác định hàm lượng nitơ tổng số hoặc xác định lượng cacbon tổng số. - Xác định các quá trình trao đổi chất thông qua các cấu tử tham gia quá trình đó như lượng oxy tiêu hao, lượng CO2 sản sinh ra và các sản phẩm của quá trình lên men. Các vi sinh vật sinh sản bằng phương pháp nhân đôi thường cho lượng sinh khối rất lớn sau một thời gian ngắn. Trong trường hợp sinh sản theo phương pháp này thì trong dịch nuôi cấy sẽ không có tế bào già. Vì rằng tế bào được phân chia thành hai, cứ như vậy tế bào lúc nào cũng ở trạng thái đang phát triển. Ta chỉ phát hiện tế bào già trong trường hợp môi trường thiếu chất dinh dưỡng và tế bào vi sinh vật không có khả năng sinh sản nữa. Riêng đối với nấm men hiện tượng phát triển tế bào già rất rõ. Nấm men sinh sản bằng cách nảy chồi. Khi chồi non tách khỏi tế bào mẹ để sống độc lập thì nơi tách đó trên tế bào mẹ tạo thành một vết như vết sẹo. Vết sẹo này sẽ không có khả năng tạo ra chồi mới. Cứ như vậy tế bào nấm men mẹ sẽ chuyển thành tế bào già theo thời gian. 1.2. Các nhóm vi sinh vật chính 1.2.1. Vi khuẩn Vi khuẩn (bacterium, số nhiều bacteria) đôi khi còn được gọi là vi trùng, nó thuộc loại ký sinh trùng. Vi khuẩn là một nhóm sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ (kích thước hiển vi) và thường có cấu trúc tế bào đơn giản không có nhân, bộ khung tế bào (cytoskeleton) và các bào quan như ty thể và lục lạp. Cấu trúc tế bào của vi khuẩn được miêu tả chi tiết trong mục sinh vật nhân sơ vì vi khuẩn là sinh vật nhân sơ, khác với các sinh vật có cấu trúc tế bào phức tạp hơn gọi là sinh vật nhân chuẩn. Vi khuẩn là nhóm hiện diện đông đảo nhất trong sinh giới. Chúng hiện diện khắp nơi trong đất, nước và ở dạng cộng sinh với các sinh vật khác. Nhiều tác nhân gây bệnh (pathogen) là vi khuẩn. Hầu hết vi khuẩn có kích thước nhỏ, thường chỉ khoảng 0.5-5.0 μm, mặc dù có loài có đường kính đến 0,3mm (Thiomargarita). Chúng thường có vách tế bào, như ở tế bào thực vật và nấm, nhưng với thành phần cấu tạo rất khác biệt (peptidoglycan). Nhiều vi khuẩn di chuyển bằng tiên mao (flagellum) có cấu trúc khác với tiên mao của các nhóm khác. Khoa CN Hoá 2 Vi sinh vật kỹ thuật môi trường Vi khuẩn đôi khi còn được gọi là vi trùng, nó thuộc loại ký sinh trùng. Vi khuẩn là một nhóm sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ (kích thước hiển vi) và thường có cấu trúc tế bào đơn giản không có nhân, bộ khung tế bào (cytoskeleton) và các bào quan như ty thể và lục lạp. Cấu trúc tế bào của vi khuẩn được miêu tả chi tiết trong mục sinh vật nhân sơ vì vi khuẩn là sinh vật nhân sơ, khác với các sinh vật có cấu trúc tế bào phức tạp hơn gọi là sinh vật nhân chuẩn. Vi khuẩn là nhóm hiện diện đông đảo nhất trong sinh giới. Chúng hiện diện khắp nơi trong đất, nước và ở dạng cộng sinh với các sinh vật khác. Nhiều tác nhân gây bệnh (pathogen) là vi khuẩn. Hầu hết vi khuẩn có kích thước nhỏ, thường chỉ khoảng 0.5-5.0 μm, mặc dù có loài có đường kính đến 0,3mm (Thiomargarita). Chúng thường có vách tế bào, như ở tế bào thực vật và nấm, nhưng với thành phần cấu tạo rất khác biệt (peptidoglycan). Nhiều vi khuẩn di chuyển bằng tiên mao (flagellum) có cấu trúc khác với tiên mao của các nhóm khác. Các vi khuẩn có rất nhiều kiểu trao đổi chất khác nhau. Vi khuẩn dị dưỡng (heterotroph) phải dựa vào nguồn cácbon hữu cơ bên ngoài, và tất cả các vi khuẩn gây bệnh đều là các vi khuẩn dị dưỡng. Trong khi các vi khuẩn tự dưỡng (autotroph) có khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ CO 2 và nước. Các vi khuẩn tự dưỡng thu nhận năng lượng từ phản ứng ôxy hóa các hợp chất hóa học gọi là vi khuẩn hóa dưỡng (chemotroph), và những nhóm thu năng lượng từ ánh sáng, thông qua quá trình quang hợp, được gọi là vi khuẩn quang dưỡng (phototroph). Có nhiều cách khác để gọi hai nhóm theo thuật ngữ tiếng Anh, ví dụ như chemoautotroph và photosynthesis autotroph, v.v. Ngoài ra, các vi khuẩn còn được phân biệt nhờ vào nguồn chất khử mà chúng sử dụng. Những nhóm sử dụng hợp chất vô cơ (như nước, khí hiđrô, sulfua và ammonia) làm chất khử được gọi là vi khuẩn vô cơ dưỡng (lithotroph) và những nhóm cần hợp chất hữu cơ (như đường, axit hữu cơ) được gọi là vi khuẩn hữu cơ dưỡng (organotroph). Những kiểu trao đổi chất dựa vào nguồn năng lượng (quang dưỡng hay hóa dưỡng), nguồn chất khử (vô cơ dưỡng hay hữu cơ dưỡng) và nguồn cácbon (tự dưỡng hay dị dưỡng) có thể được kết hợp khác nhau trong từng tế bào, và nhiều loài có thể thường xuyên chuyển từ kiểu trao đổi chất này sang kiểu trao đổi chất khác. Vi khuẩn có nhiều hình dạng khác nhau. Đa số có hình que, hình cầu, hay hình xoắn; những vi khuẩn có hình dạng như vậy được gọi theo thứ tự là trực khuẩn (bacillus), cầu khuẩn (coccus), và xoắn khuẩn (spirillum). Một nhóm khác nữa là phẩy khuẩn (vibrio) có hình dấu phẩy. Hình dạng không còn được coi là một tiêu chuẩn định danh vi khuẩn, tuy nhiên có rất nhiều chi được đặt tên theo hình dạng (ví dụ như Bacillus, Streptococcus, Staphylococcus) và nó là một điểm quan trọng để nhận dạng các chi này. Vi khuẩn có thể có ích hoặc có hại cho môi trường, và động vật, bao gồm cả con người. Vai trò của vi khuẩn trong gây bệnh và truyền bệnh rất quan trọng. Một số là tác nhân gây bệnh (pathogen) và gây ra bệnh uốn ván (tetanus), sốt thương hàn (typhoid fever), giang mai (syphilis), tả (cholera), bệnh lây qua thực phẩm (foodborne illness) và lao (tuberculosis). Nhiễm khuẩn huyết (sepsis), là hội chứng nhiễm khuẩn toàn cơ thể gây sốc và giãn mạch, hay nhiễm khuẩn khu trú (localized infection), gây ra bởi các vi khuẩn như streptococcus, staphylococcus, hay nhiều Khoa CN Hoá 3 Vi sinh vật kỹ thuật môi trường loài Gram âm khác. Một số nhiễm khuẩn có thể lan rộng ra khắp cơ thể và trở thành toàn thân (systemic). Ở thực vật, vi khuẩn gây mụn lá (leaf spot), fireblight và héo cây. Các hình thức lây nhiễm gồm qua tiếp xúc, không khí, thực phẩm, nước và côn trùng. Kí chủ (host) bị nhiễm khuẩn có thể trị bằng thuốc kháng sinh, được chia làm hai nhóm là diệt khuẩn (bacteriocide) và kìm khuẩn (bacteriostasis), với liều lượng mà khi phân tán vào dịch cơ thể có thể tiêu diệt hoặc kìm hãm sự phát triển của vi khuẩn. Các biện pháp khử khuẩn có thể được thực hiện để ngăn chặn sự lây lan của vi khuẩn, ví dụ như chùi da bằng cồn trước khi tiêm. Việc vô khuẩn các dụng cụ phẫu thuật và nha khoa được thực hiện để đảm bảo chúng "vô khuẩn" hay không mang vi khuẩn gây bệnh, để ngăn chặn sự nhiễm khuẩn. Chất tẩy uế được dùng để diệt vi khuẩn hay các tác nhân gây bệnh để ngăn chặn sự nhiễm và nguy cơ nhiễm khuẩn. Trong đất, các vi sinh vật sống trong nốt rễ (rhizosphere) biến nitơ thành ammoniac bằng các enzyme của chính mình. Một số khác lại dùng phân tử khí nitơ làm nguồn nitơ (đạm) cho mình, chuyển nitơ thành các hợp chất của nitơ, quá trình này gọi là quá trình cố định đạm. Nhiều vi khuẩn được tìm thấy sống cộng sinh trong cơ thể người hay các sinh vật khác. Ví dụ như sự hiện diện của các vi khuẩn cộng sinh trong ruột già giúp ngăn cản sự phát triển của các vi sinh vật có hại. Vi khuẩn có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ một cách đáng kinh ngạc. Một số nhóm vi sinh "chuyên hóa" đóng một vai trò rất quan trọng trong việc hình thành các khoáng chất từ một số nhóm hợp chất hữu cơ. Ví dụ, sự phân giải cellulose, một trong những thành phần chiếm đa số trong mô thực vật, được thực hiện chủ yếu bởi các vi khuẩn hiếu khí thuộc chi Cytophaga. Khả năng này cũng được con người ứng dụng trong công nghiệp và trong cải thiện sinh học (bioremediation). Các vi khuẩn có khả năng phân hủy hydrocarbon trong dầu mỏ thường được dùng để làm sạch các vết dầu loang. Vi khuẩn, cùng với nấm men và nấm mốc, được dùng để chế biến các thực phẩm lên men như phô-mai, dưa chua, nước tương, dưa cải bắp (sauerkraut), giấm, rượu, và yoghurt. Sử dụng công nghệ sinh học, các vi khuẩn có thể được "thiết kế" (bioengineer) để sản xuất thuốc trị bệnh như insulin, hay để cải thiện sinh học đối với các chất thải độc hại. 1.2.2. Vi rút Virus, còn gọi là siêu vi khuẩn hay siêu vi trùng, là một vật thể nhỏ xâm nhiễm vào cơ thể sống, thuộc loại ký sinh trùng. Virus có tính kí sinh nội bào bắt buộc; chúng chỉ có thể sinh sản bằng cách xâm chiếm tế bào khác vì chúng thiếu bộ máy ở mức tế bào để tự sinh sản. Thuật ngữ virus thường chỉ các vật thể xâm nhiễm sinh vật nhân chuẩn (sinh vật đa bào hay đơn bào), trong khi thuật ngữ thực khuẩn thể (bacteriophage hay phage) được dùng để chỉ các vật thể xâm nhiễm sinh vật nhân sơ (vi khuẩn hoặc vi khuẩn cổ). Virus điển hình mang một lượng nhỏ axit nucleic (DNA hoặc RNA) bao quanh bởi lớp áo bảo vệ (vỏ capsid) cấu tạo bằng protein, glicoprotein. Khoa CN Hoá 4 Vi sinh vật kỹ thuật môi trường Điều quan trọng là bộ gen của virus không chỉ mã hoá cho các protein cần để bao bọc vật liệu di truyền của nó mà còn mã hoá cho các protein cần cho virus sinh sản trong chu kì xâm nhiễm của nó. Virus là những tác nhân gây nhiễm trùng có kích thước nhỏ nhất (đường kính 20- 300 nm)và trong bộ gen của chúng chỉ chứa một loại acid nucleic (RNA hoặc DNA). Acid nucleic được bao bọc trong lớp vỏ protein và bên ngoài cùng có thể được bao quanh một màng lipid. Toàn bộ phân tử virus được gọi là virion. Virus bị bất hoạt trong môi trường ngoại bào, chúng chỉ nhân lên trong các tế bào sống. Acid nucleic của virus chứa các thông tin cần thiết để lập trình cho tế bào ký chủ bị nhiễm bằng tổng hợp các đại phân tử đặc hiệu cần cho sự nhân lên của virus. Trong chu kỳ tăng trưởng, một số lượng lớn bản sao các acid nucleic của virus và protein vỏ (coat protein) được tạo thành. Các protein vỏ được tập hợp lại để tạo vỏ bao (capsid), vỏ bao này bao bọc acid nucleic giúp virus bền vững chống lại môi trường ngoại bào và dễ dàng xâm nhập các tế bào cảm thụ mới. Nhiễm virus có nhiều mức độ ảnh hưởng lên tế bào ký chủ, từ không ảnh hưởng đến ảnh hưởng nhẹ, hoặc có thể gây ra tổn thương làm chết tế bào. Thế giới virus rất đa dạng. Virus thay đổi nhanh chóng về cấu trúc, biểu hiện cấu tạo di truyền, cách sao chép và lan truyền. Một virus có thể gây nhiễm cho nhiều ký chủ khác nhau, nhưng cũng có thể chỉ giới hạn trong 1 số rất ít ký chủ. Các loại virus đã được nhận dạng có thể gây nhiễm cho các sinh vật đơn bào như mycloplasma, vi khuẩn, tảo và tất cả các động thực vật cấp cao hơn. Có nhiều đặc tính để phân loại virus. Phương cách mà các virus được nhận diện thay đổi rất nhanh. Ngày nay việc tìm trình tự gen thường được thực hiện sớm trong định danh virus. Dữ liệu về trình tự các gen là các những tiêu chuẩn phân loại tiến bộ và có thể cung cấp cơ sở cho các họ virus mới. Theo hình thái - Hình thái của virion bao gồm: kích thước, hình dạng, kiểu đối xứng trong cấu trúc hình khối, có hay không có các peplomers, và có hay không màng bọc. - Các đặc tính lý hóa của virion bao gồm: khối lượng phân tử, mật độ nổi, tính ổn định Theo triệu chứng Việc phân loại virus cổ điển nhất là dựa trên những bệnh mà chúng gây ra, kiểu phân loại này thuận lợi cho các nhà lâm sàng, nhưng lại không làm hài lòng các nhà sinh học vì cùng một loại virus có thể xuất hiện ở nhiều nhóm khác nhau nếu chúng gây ra nhiều bệnh khác nhau tùy thuộc vào cơ quan bị tấn công, và một loại virus khác hoàn toàn không liên quan có thể gây ra những bệnh tương tự (ví dụ: nhiễm trùng đường hô hấp, viêm gan, khảm lá cà chua). Hệ thống phân loại virus được thiết lập trong đó các virus được phân ra các nhóm chính gọi là các họ dựa trên hình thái của virion, cấu trúc bộ gen, cách sao chép. Tên các họ virus tận cùng bằng viridae. Trong mỗi họ, virus được chia thành các Khoa CN Hoá 5 Vi sinh vật kỹ thuật môi trường giống dựa vào sự khác nhau về mạch huyết thanh học và các đặc tính lí hóa của virus. Tiêu chuẩn để xác định giống thay đổi ở các họ khác nhau. Tên các giống virus tận cùng bằng đuôi–virus. Trong bốn họ: (Poxviridae, Herpesviridae, Paraviridae, Paramyxoviridae) còn có chia thành các phân họ (subfamily), cho thấy bản chất phức tạp trong mối liên hệ các virus với nhau. Đến năm 1995, ủy ban quốc tế về phân loại virus đã phân loại hơn 4000 virus động vật và virus thực vật thành 71 họ, 11 họ thứ cấp (subfamily) và 164 giống với hàng trăm virus chưa định loại được mới đây xác định được 24 họ lây nhiễm cho người và động vật. Sau đây là các đặc điểm của các virus gây bệnh quan trọng ở người. 1.2.3. Xạ khuẩn Xạ khuẩn (danh pháp khoa học: Actinobacteria; tiếng Anh: Actinomycetes) là một nhóm vi khuẩn thật (Eubacteria) phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên. Trước kia được xếp vào Tản thực vật (tức nấm), nhưng ngày nay chúng được xếp vào vi khuẩn (Schizomycetes) Xạ khuẩn có nhiều nét khác với nấm nhưng giống vi khuẩn: • Có giai đoạn đơn bào và có giai đoạn đa bào • Kích thước rất nhỏ • Nhân giống với vi khuẩn, không có màng nhân và tiểu hạch • Vách tế bào không chứa celluloz hoặc kitin, giống với vi khuẩn • Phân chia tế bào giống với vi khuẩn (kiểu Amitoz) • Xạ khuẩn không có giới tính (không có tế bào đực cái) • Hoại sinh và ký sinh Xạ khuẩn sống trong đất, tham dự vào quá trình chuyển hóa tự nhiên của nhiều hợp chất trong đất. Đặc tính của xạ khuẩn là khả năng tiết kháng sinh (antibiotic), dùng làm thuốc điều trị bệnh cho người và gia súc và cây trồng. Xạ khuẩn còn có khả năng sinh ra các vitamin thuộc nhóm B, một số acid amin và các acid hữu cơ. Xạ khuẩn còn có khả năng tiết ra các enzym (proteas, amylaz ) và trong tương lai có thể dùng xạ khuẩn để chế biến thực phẩm thay cho nấm và vi khuẩn vì nấm có thể sinh ra aflatonxin độc cho người và gia súc. 1.2.4. Vi nấm Giới Nấm (tên khoa học: Fungi) bao gồm những sinh vật nhân chuẩn tự dưỡng có thành tế bào bằng kitin (chitin). Phần lớn nấm phát triển dưới dang các sợi đa bào được gọi là sợi nấm (hyphae) tạo nên hệ sợi (mycelium), một số nấm khác lại phát triển dưới dạng đơn bào. Quá trình sinh sản (hữu tính hoặc vô tính) của nấm thường qua bào tử, được tạo ra trên những cấu trúc đặc biệt hay thể quả. Một số loài lại mất khả năng tạo nên những cấu trúc sinh sản đặc biêt và nhân lên qua hình thức sinh sản sinh dưỡng. Khoa CN Hoá 6 Vi sinh vật kỹ thuật môi trường Những đại diện tiêu biểu của nấm là nấm mốc, nấm men và nấm lớn (nấm quả thể). Giới Nấm là nhóm sinh vật đơn ngành (monophyletic) mà có nguồn gốc hoàn toàn khác biệt với những sinh vật có hình thái tương tự như nấm nhầy (myxomycetes) hay mốc nước (oomycetes). Nấm có mối quan hệ gần với động vật hơn thực vật, cho dù thế thì môn học về nấm, hay nấm học, lại thường được xếp vào thành một nhánh của thực vật học. Trên Trái Đất, đa phần các nấm đều không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, chúng sống phần lớn ở trong đất, chất mùn, xác sinh vật chết, cộng sinh hoặc kí sinh trên cơ thể động, thực vật và nấm khác. Vi nấm đóng một vai trò quan trọng trong hệ sinh thái, chúng phân hủy các vật chất hữu cơ và không thể thiếu được trong chu trình chuyển hóa và trao đổi vật chất. Một số loài nấm có thể nhận thấy được khi ở dạng thể quả, như nấm lớn và nấm mốc. Nấm được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống lẫn sản xuất, nhiều loài được sử dụng trong công nghệ thực phẩm, sử dụng làm thức ăn hoặc trong quá trình lên men. Nấm còn được dùng để sản xuất chất kháng sinh, hoóc môn trong y học và nhiều loại enzym. Tuy vậy, nhiều loại nấm lại có chứa các chất hoạt động sinh học được gọi là mycotoxin, như ancaloit và polyketit, là những chất độc đối với động vật lẫn con người. Một số loại nấm được sử dụng để kích thích hoặc trong các nghi lễ truyền thống với vai trò tác động lên trí tuệ và hành vi của con người. Vài loại nấm có thể gây ra các chứng bệnh cho con người và động vật, cũng như bệnh dịch cho cây trồng, mùa màng và có thể gây tác động lớn lên an ninh lương thực và kinh tế. Nấm phân bố trên toàn thế giới và phát triển ở nhiều dạng môi trường sống khác nhau, kể cả sa mạc. Đa phần nấm sống ở trên cạn, nhưng một số loài lại chỉ tìm thấy ở môi trường nước. Nấm và vi khuẩn là những sinh vật phân huỷ chính có vai trò quan trọng đối với các hệ sinh thái trên cạn trên toàn thế giới. Dựa theo sự theo tỉ lệ giữa số loài nấm với số loài thực vật ở trong cùng một môi trường, người ta ước tính giới Nấm có khoảng 1,5 triệu loài [2] . Khoảng 70.000 loài nấm đã được các nhà phân loại học phát hiện và miêu tả, tuy nhiên kích cỡ thực sự của tính đa dạng của giới Nấm vẫn còn là điều bí ẩn [3] . Đa phần nấm phát triển dưới dạng các sợi đa bào gọi là sợi nấm, cấu tạo nên thể sợi (hay khuẩn ty), trong khi những loài khác thì lại phát triển dưới dạng đơn bào [4][5] . Cho đến gần đây, nhiều loại nấm đã được miêu tả dựa trên những đặc điểm hình thái, như kích cỡ và hình dạng các bào tử hay thể quả, hay dựa trên khái niệm loài sinh vật với sự trợ giúp của các công cụ phân tử, như phương pháp Dideoxy, đã gia tăng mạnh cách thức và khả năng ước tính sự đa dạng của nấm trong phạm vi các nhóm phân loại khác nhau. Dù không dễ thấy, nhưng nấm lại có mặt ở tất cả các môi trường trên Trái Đất và đóng một vai trò rất quan trọng trong hệ sinh thái. Cùng với vi khuẩn, nấm là sinh vật phân hủy chính ở hầu hết các hệ sinh thái trên cạn (và có thể dưới nước), bởi vậy nên chúng cũng có vai trò quan trọng các chu trình sinh địa hóa và ở nhiều lưới thức ăn. Khi sống hoại sinh hay cộng sinh, chúng phân hủy những vật chất hữu cơ thành những phân tử vô cơ, rồi sau đó những chất này sẽ được đồng hóa ở thực vật hay những sinh vật khác. Khoa CN Hoá 7 Vi sinh vật kỹ thuật mơi trường CHƯƠNG 2: PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG MƠI TRƯỜNG 2.1. Mơi tr ng t v s phân b vi sinh trong tườ đấ à ự ố đấ 2.1.1. Môi trường đất. Đất là một môi trường thích hợp nhất đối với vi sinh vật, vì thế nó là nơi cư trú rộng rãi nhất của vi sinh vật, cả về thành phần cũng như số lượng so với các môi trường khác. Sở dó như vật là do trong đất có một lượng lớn các chất hữu cơ. Đó là nguồn thức ăn cho các nhóm vi sinh vật dò dưỡng (vi sinh vật phân huỷ các chất carbon hữu cơ, nhóm vi sinh vật phân hủy các chất nitrogen hữu cơ…). Các chất vô cơ có trong đất cũng là nguồn dinh dưỡng cho các nhóm vi sinh vật tự dưỡng (các nhóm phân hủy các chất vô cơ, chuyển hoá các chất S, P, Fe…) Các chất dinh dưỡng không những tập trung nhiều ở tầng đất mặt mà còn phân tán xuống các tầng đất sâu. Bởi vậy, ở các tầng đất khác nhau, sự phân bố vi sinh vật khác nhau phụ thuộc và hàm lượng các chất dinh dưỡng. Mức độ thoáng khí của đất cũng là một điều kiện ảnh hưởng đến sự phân bố của vi sinh vật. Các nhóm hiếu khí phát triển nhiều ở những nơi có nồng độ oxy cao. Những nơi yếm khí, hàm lượng oxy thấp thường phân bố nhiều loại vi sinh vật kỵ khí. Độ ẩm và nhiệt độ trong đất cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật đất. Đất vùng nhiệt đới thường có độ ẩm 70-80% và nhiệt độ 20 O C – 30 O C. Đó là nhiệt độ và độ ẩm thích hợp với đa số vi sinh vật. Bởi vậy, trong mỗi gam đất thường có hàng chục triệu đến hàng tỉ tế bào vi sinh vật bao gồm nhiều nhóm khác nhau về vò trí phân loại cũng như hoạt tính sinh lý, sinh hoá và sinh thái. 2.1.2. Sự phân bố của vi sinh vật trong đất và mối quan hệ giữa các nhóm vi sinh vật trong đất 2.1.2.1. Sự phân bố của vi sinh vật trong đất. Vi sinh vật là những cơ thể nhỏ bé dể dàng phát tán nhờ gió và các sinh vật khác. Bởi vậy chúng có thể di chuyển dễ dàng đến mọi nơi trong tự nhiên. Nhất là những vi sinh vật có bào tử, bào tử của chúng có khả năng sống tiềm sinh trong các điều kiện khó khăn. Khi gặp điều kiện thuận lợi, chúng lại phát triển và sinh sôi. Tuy nhiên, đất là nơi vi sinh vật tồn tại nhiều nhất so với các môi trường khác. Sự phân bố của vi sinh vật đất còn gọi là khu hệ vi sinh đất. Chúng bao gồm các nhóm có đặc tính sinh lý, sinh hoá và sinh thái rất khác nhau. Các nhóm vi sinh vật chính cư trú trong đất bao gồm: Vi khuẩn, Vi nấm, Xạ khuẩn, Virus, Tảo, Nguyên sinh động vật. Trong đó vi khuẩn là nhóm chiếm nhiều nhất về số lượng. Chúng bao gồm vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kỵ khí, vi khuẩn tự dưỡng, vi khuẩn dò dưỡng…Nếu chia theo các nguồn dinh dưỡng thì nó lại có nhóm tự dưỡng carbon, tự dưỡng amin, dò dưỡng amin, vi khuẩn cố đònh nitrogen… Theo nhiều tài liệu thì trung bình trong đất vi khuẩn chiếm khoảng 90% tổng số. Xạ khuẩn chiếm khoảng 8%, vi nấm 1%, còn lại 1% là tảo, nguyên sinh động vật. Tỉ lệ này thay đổi tuỳ theo các loại đất khác nhau cũng như khu vực đòa lý, tầng đất, thời vụ, chế độ canh tác…Ở những đất có đầy đủ chất dinh dưỡng, độ thoáng khí tốt, nhiệt độ, độ ẩm và pH thích hợp thì vi sinh vật phát triển nhiều về số lượng và thành phần. Sự phát triển của vi sinh vật lại chính là nhân tố làm cho đất thêm phì nhiêu, màu mỡ. Sự phân bố của vi sinh vật trong đất có thể chia ra như sau: Khoa CN Hố 8 Vi sinh vật kỹ thuật mơi trường * Phân bố theo chiều sâu. Quần thể vi sinh vật thường tập trung nhiều nhất ở tầng canh tác. Đó là nơi tập trung rễ cây, chất dinh dưỡng, có cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, độ ẩm thích hợp nhất. Số lượng vi sinh vật giảm dần theo tầng đất, càng xuống sâu càng ít vi sinh vật. Riêng đối với các đất bạc màu, do hiện tượng rửa trôi, tầng 0 – 20 cm ít chất hữu cơ hơn tầng 20 – 40 cm. Bởi vậy, ở tầng này số lượng vi sinh vật nhiều hơn ở tầng trên. Sau đó giảm dần ở các tầng dưới. Thành phần vi sinh vật cũng thay đổi theo tầng đất: vi khuẩn hiếu khí, vi nấm, xạ khuẩn thường tập trung ở tầng mặt vì tầng này có nhiều oxy. Càng xuống sâu, các nhóm vi sinh vật hiếu khí càng giảm mạnh. Ngược lại, các nhóm vi khuẩn kỵ khí như vi khuẩn phản nitrate hoá phát triển mạnh ở độ sâu 20 – 40 cm. Ở vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm thường có quá trình rửa trôi, xói mòn nên tầng 0 – 20 cm dể biến động, tầng 20 – 40 cm ổn đònh hơn. * Phân bố theo các loại đất. Các loại đất khác nhau có điều kiện dinh dưỡng, độ ẩm, độ thoáng khí, pH khác nhau. Bởi vậy sự phân bố của vi sinh vật cũng khác nhau. Ở đất lúa nước, tình trạng ngập nước lâu ngày làm ảnh hưởng đến độ thông khí, chế độ nhiệt, chất dinh dưỡng…Chỉ có một lớp mỏng ở trên khoảng 0 – 3 cm là có quá trình oxy hoá, ở tầng dưới quá trình khử oxy chiếm ưu thế. Bởi vậy, trong đất lúa nước các loại vi sinh vật kỵ khí phát triển mạnh. Ví dụ như vi khuẩn amôn hoá, vi khuẩn phản nitrate hoá. Ngược lại, các loại vi sinh vật hiếu khí như vi khuẩn nitrate hoá, vi khuẩn cố đònh nitrogen, vi nấm và xạ khuẩn đều rất ít. Tỷ lệ giữa vi khuẩn hiếu khí và yếm khí luôn nhỏ hơn 1. Ở đất trồng hoa màu, không khí lưu thông tốt, quá trình oxy hoá chiếm ưu thế, bởi vậy các loài vi sinh vật hiếu khí phát triển mạnh, vi sinh vật yếm phát triển yếu. Tỷ lệ giữa vi khuẩn hiếu khí và yếm khí thường lớn hơn 1, có trường hợp đạt tới 4 – 5. Ở đất giàu dinh dưỡng như đất phù sa sông Hồng, số lượng vi sinh vật tổng số rất cao. Ngược lại, vùng đất bạc màu Hà Bắc có số lượng vi sinh vật ít nhất. * Phân bố theo cây trồng. Đối với tất cả các loại cây trồng, vùng rễ cây là vùng vi sinh vật phát triển mạnh hơn so với vùng không có rễ. Sở dó như thế vì rễ cây cung cấp một lượng lớn chất hữu cơ khi nó chết đi. Khi còn sống, bản thân rễ cây cũng thường xuyên tiết ra các chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật. Rễ cây còn làm cho đất thoáng khí, giữ được độ ẩm. Tất cả những nhân tố đó làm cho số lượng vi sinh vật ở vùng rễ phát triển mạnh hơn vùng ngoài rễ. Tuy nhiên, mỗi loại cây trồng trong quá trình sống của nó thường tiết qua bộ rễ những chất khác nhau. Bộ rễ khi chết đi cũng có thành phần các chất khác nhau. Thành phần và số lượng các chất hữu cơ tiết ra từ bộ rễ quyết đònh thành phần và số lượng vi sinh vật sống trong vùng rễ đó. Ví dụ như vùng rễ cây họ đậu thường phân bố nhóm vi khuẩn cố đònh nitrogen cộng sinh còn ở vùng rễ lúa là nơi cư trú của các nhóm cố đònh nitrogen tự do hoặc hội sinh v.v… Số lượng và thành phần vi sinh vật cũng thay đổi theo các giai đoạn phát triển của cây trồng. Đất vùng phù sa sông Hồng, số lượng vi sinh vật đạt cực đại ở giai đoạn lúa chồi nhanh, đẻ nhánh, giai đoạn này là cây lúa sinh trưởng mạnh. Bởi vậy thành phần và số lượng chất hữu cơ tiết qua bộ rễ càng lớn – đó là nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật vùng rễ. Số lượng vi sinh vật đạt cực tiểu ở thời kỳ lúa chín. Khoa CN Hố 9 Vi sinh vật kỹ thuật mơi trường Thành phần vi sinh vật cũng biến động theo các giai đoạn phát triển của cây phù hợp với hàm lượng các chất tiết qua bộ rễ. 2.1.2.2. Mối quan hệ giữa các nhóm vi sinh vật trong đất. Sự phân bố của vi sinh vật trong đất vô cùng phong phú cả về số lượng cũng như thành phần. Trong quá trình sống chung như thế, chúng có một mối quan hệ tương hỗ vô cùng chặt chẽ. Dựa vào tính chất của các loại quan hệ giữa các nhóm vi sinh vật, người ta chia ra làm 4 loại quan hệ: ký sinh, cộng sinh, hỗ sinh và kháng sinh. * Quan hệ ký sinh: Quan hệ ký sinh là hiện tượng vi sinh vật này sống ký sinh trên vi sinh vật khác, hoàn toàn ăn bám và gây hại cho vật chủ. Ví dụ như các loại virus sống ký sinh trong tế bào vi khuẩn hoặc một vài loài vi khuẩn sống ký sinh trên vi nấm. Các loại vi khuẩn cố đònh nitrogen cộng sinh thường hay bò một loại thực khuẩn Rhizobium ký sinh, trên môi trường dòch thể có hiện tượng môi trường đang đục trở nên trong. Nguyên nhân là do thực khuẩn thể xâm nhập và làm tan tất cả các tế bào vi khuẩn – gọi là hiện tượng sinh tan. Khi nuôi cấy vi khuẩn trên môi trường đặc cũng có hiện tượng như vậy. Các thực khuẩn này tồn tại ở trong đất trồng cây họ đậu làm ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hình thành nốt sần ở cây đậu. * Quan hệ cộng sinh Là quan hệ hai bên cùng có lợi, bên này không thể thiếu bên kia trong quá trình sinh sống. Ở vi sinh vật người ta ít quan sát thấy quan hệ cộng sinh. Có một số giả thiết cho rằng: ty thể – cơ quan hô hấp của tế bào vi nấm chính là một vi khuẩn cộng sinh với vi nấm. Giả thiết đó dựa trên cấu tạo của ty thể có cả bộ máy DNA riêng biệt, có thể tự sao chép như một cơ thể độc lập. Giả thiết này chưa được công nhận hoàn toàn. Lại có giả thiết cho rằng: các plasmid có trong vi nấm và vi khuẩn chính là sự cộng sinh giữa virus và vi nấm hay vi khuẩn đó. Ví dụ như các plasmid mang gen kháng thuốc đã mang lại mối lợi cho vi khuẩn chủ là kháng được thuốc kháng sinh vì thế mà hai bên cùng có lợi và gọi là quan hệ cộng sinh. * Quan hệ hỗ sinh Là quan hệ hai bên cùng có lợi nhưng không nhất thiết phải có nhau mới sống được như quan hệ cộng sinh. Quan hệ này thường thấy trong sự sống của vi sinh vật vùng rễ. Ví dụ như mối quan hệ giữa nấm mốc phân huỷ tinh bột thành đường và những nhóm vi khuẩn phân giải loại đường đó. Mối quan hệ giữa nhóm vi khuẩn phân giải phosphore và nhóm vi khuẩn phân giải protein cũng là quan hệ hỗ sinh, trong đó nhóm thứ nhất cung cấp P cho nhóm thứ hai và nhóm thứ hai cung cấp N cho nhóm thứ nhất. * Quan hệ kháng sinh Quan hệ kháng sinh là mối quan hệ đối kháng lẫn nhau giữa hai nhóm vi sinh vật. Loại này thường tiêu diệt loại kia hoặc hạn chế quá trình sống của nó. Ví dụ điển hình là xạ khuẩn kháng sinh và nhóm vi khuẩn mẫn cảm với chất kháng sinh do xạ khuẩn sinh ra. Khi nuôi cấy 2 nhóm này trên môi trường thạch đóa, ta có thể thấy rõ hiện tượng kháng sinh: xung quanh nơi xạ khuẩn mọc có một vòng vô khuẩn, tại đó vi khuẩn không mọc được. Người ta căn cứ vào đường kính của vòng vô khuẩn đó mà đánh giá khả năng kháng sinh của xạ khuẩn. Tất cả các mối quan hệ trên đây của khu hệ vi sinh vật đất tạo nên những hệ sinh thái vô cùng phong phú trong từng loại đất. Khoa CN Hố 10 [...]... của vi sinh vật trong không khí cũng khác nhau tuỳ từng vùng Không khí không phải là môi trường sống của vi sinh vật Tuy nhiên trong không khí có rất nhiều vi sinh vật tồn tại Nguồn gốc của những vi sinh vật này là từ đất, từ nước, từ con người, động vật, thực vật, theo gió, theo bụi phát tán đi khắp nơi trong không khí Một hạt bụi có thể mang theo rất nhiều vi sinh vật, đặc biệt là những vi sinh vật. .. vi sinh vật trong khơng khí Sự phân bố của vi sinh vật trong khơng khí cũng khác nhau tuỳ từng vùng Khơng khí khơng phải là mơi trường sống của vi sinh vật Tuy nhiên trong khơng khí có rất nhiều vi sinh vật tồn tại Nguồn gốc của những vi sinh vật này là từ đất, từ nước, từ con người, động vật, thực vật, theo gió, theo bụi phát tán đi khắp nơi trong khơng khí Một hạt bụi có thể mang theo rất nhiều vi. .. thuỷ vực khác nhau, tính chất hố học và vật lý rất khác nhau Bởi vậy mơi trường sống ở từng thuỷ vực đều có đặc trưng riêng biệt và sự phân bố của vi sinh vật phụ thuộc vào những đặc trưng riêng biệt đó Khoa CN Hố 12 Vi sinh vật kỹ thuật mơi trường 2.2.2 Sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường nước Vi sinh vật có mặt ở khắp nơi trong các nguồn... nhiều vi sinh vật gây bệnh Đó chính là nguồn gây ơ nhiễm vi sinh cho mơi trường sống Khoa CN Hố 32 Vi sinh vật kỹ thuật mơi trường - Bên cạnh đó rác sinh hoạt hàng ngày do con người thải ra như thức ăn thừa, giấy vụn, bao bì chứa thức ăn, phân chó, mèo, chuột chết Bản thân nó vừa là nguồn vi sinh vật gây bệnh vừa là nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật. .. loại cây Những chất tiết của rễ có Khoa CN Hố 11 Vi sinh vật kỹ thuật mơi trường ảnh hưởng quan trọng đến vi sinh vật vùng rễ Trên bề mặt của rễ và lớp đất nằm sát rễ chứa nhiều chất dinh dưỡng nên tập trung vi sinh vật với số lượng lớn Càng xa rễ số lượng vi sinh vật giảm càng giảm đi Thành phần vi sinh vật vùng rễ không những phụ thuộc vào loại cây... cũng nhiều vi sinh vật trong khơng khí hơn vùng nơi khác - Khơng khí vùng núi và vùng biển bao giờ cũng ít vi sinh vật hơn vùng khác Đặc biệt trong khơng khí ngồi biển lượng vi sinh vật rất ít - Ngồi ra nó còn phụ thuộc chiều cao lớp khơng khí Khơng khí càng cao so với Khoa CN Hố 14 Vi sinh vật kỹ thuật mơi trường - mặt đất, lượng vi sinh vật càng... dinh dưỡng cao nên số lượng và thành phần vi sinh vật phong phú hơn nhiều Ngoài những vi sinh vật tự dưỡng còn có nhiều nhóm vi sinh vật dò dưỡng có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ Hầu hết các nhóm vi sinh vật trong đất đều có mặt ở đây Ở những nơi bò nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt còn có mặt các vi khuẩn đường ruột và các vi sinh vật gây bệnh khác Tuy những vi khuẩn này chỉ sống trong nước một thời... nhiên Vi sinh vật đóng một vai trò quan trọng trong một số khâu chuyển hố của vòng tuần hồn này Các hợp chất cacbon hữu cơ chứa trong động vật, thực vật, vi sinh vật, khi các vi sinh vật này chết đi sẽ để lại một lượng chất hữu cơ khổng lồ trong đất Nhờ hoạt động của các nhóm vi sinh vật dị dưỡng cacbon sống trong đất, các chất hữu cơ này dần dần bị phân huỷ tạo thnàh CO2 CO2 được thực vật và vi sinh vật. .. đến vi c tích luỹ H2S trong mơi trường làm ơ nhiễm mơi trường, ảnh hưởng đến đời sống của thực vật và động vật trong mơi trường đó Lúa mọc trong điều kiện yếm khí có q trình phản sulfat hố mạnh sẽ bị đen rễ và ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng và phát triển Khoa CN Hố 31 Vi sinh vật kỹ thuật mơi trường - CHƯƠNG 4: Ơ NHIỄM VI SINH VẬT 4.1 Ngun nhân Vi sinh. .. quan hệ ký sinh, cộng sinh, hỗ sinh, kháng sinh như trong môi trường đất Ngày nay các nguồn nước, ngay cả nước ngầm và nước biển ở những mức độ khác nhau đã bò ô nhiễm do các nguồn chất thải khác nhau Do đó khu hệ vi sinh vật bò ảnh hưởng rất nhiều và do đó khả năng tự làm sạch các nguồn nước do hoạt động phân giải của vi sinh vật cũng bò ảnh hưởng Khoa CN Hố 13 Vi sinh vật kỹ thuật mơi trường . Vi sinh vật kỹ thuật môi trường TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP TUY HOÀ KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ PHẠM THỊ HỮU KIỀU TÀI LIỆU GIẢNG DẠY HỌC PHẦN VI SINH VẬT KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG DÙNG CHO SINH VI N. những sinh vật khác. Khoa CN Hoá 7 Vi sinh vật kỹ thuật mơi trường CHƯƠNG 2: PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG MƠI TRƯỜNG 2.1. Mơi tr ng t v s phân b vi sinh trong tườ đấ à ự ố đấ 2.1.1. Môi trường. nhóm vi sinh vật, người ta chia ra làm 4 loại quan hệ: ký sinh, cộng sinh, hỗ sinh và kháng sinh. * Quan hệ ký sinh: Quan hệ ký sinh là hiện tượng vi sinh vật này sống ký sinh trên vi sinh vật

Ngày đăng: 04/08/2015, 11:35

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan