Vi sinh môi trường

07/10/2011

ĐẤTĐẤT

NƯỚC NƯỚC

KHÔNG KHÔNG KHÍKHÍ

ĐẤTĐẤT

NƯỚC NƯỚC

07/10/2011

Việc xử lý ô nhiễm môi trường được xử lý như thế nào? Có những biện pháp nào được sử dụng?

PHƯƠNG PHÁP PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ XỬ LÝ

Phương pháp sinh học

MỤC TIÊU MÔN HỌC

• Giới thiệu tổng quát về vi sinh vật và vi sinh vật

trong lĩnh vực môi trường

VI SINH MÔI TRƯỜNG VI SINH MÔI TRƯỜNG

• Tìm hiểu các công nghệ sử dụng vi sinh vật trong

xử lý môi trường

• Tìm hiểu về công nghệ vi sinh vật hiện đại trong

ThS. PHẠM MINH NHỰT ThS. PHẠM MINH NHỰT

bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

07/10/2011

ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC

Cấu trúc môn học và hình thức đánh giá • Lý thuyết: 45 tiết = 35 tiết lên lớp + 10 tiết báo cáo

seminar

• Lên lớp đầy đủ • Seminar chuyên đề: 25% số điểm • Thi cuối khóa: 75% số điểm: thi tự luận

PHẦN I: ĐẠI CƯƠNG VỀ VSV MÔI TRƯỜNG Chương 1: Giới thiệu môn học Chương 2: Đại cương về VSV môi trường Chương 3: Khả năng chuyển hóa các hợp chất C trong môi trường tự nhiên trong VSV Chương 4: Khả năng chuyển hóa các hợp chất N trong môi trường tự nhiên trong VSV Chương 5: Khả năng chuyển hóa các hợp chất S và P trong môi trường tự nhiên trong VSV Chương 6: Ô nhiễm VSV Chương 7: VSV chỉ thị

Chương I: GIỚI THIỆU MÔN HỌC

ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC

1. Một số khái niệm 2. Vấn đề môi trường và sự phát triển của khoa học môi trường

3. Lịch sử phát triển 4. Nội dung và triển vọng của VSV môi trường

PHẦN II: VSV VÀ CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chương 8: Công nghệ xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước bằng VSV Chương 9: Công nghệ xử lý chất rắn và chất khí ô nhiễm bằng VSV Chương 10: Hồ sinh học Chương 11: Công nghệ khống chế vi sinh vật môi trường Chương 12: Chuyển hóa hợp chất xenobiotic và KL trong công trình xử lý nước thải Chương 13: Công nghệ giám sát VSV và đánh giá chất lượng môi trường Chương 14: Công nghệ VSV hiện đại bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

07/10/2011

Chương 3: Khả năng chuyển hóa các hợp chất C trong tự nhiên của VSV

Chương II: Đại cương về VSV học môi trường

3.1. Chu trình carbon trong tự nhiên 3.2. Vai trò của vi sinh vật trong chu trình Carbon 3.3. Sự phân giải một số hợp chất carbon của vi sinh vật 3.3.1. Sự phân giải cellulose 3.3.2. Sự phân giải tinh bột 3.3.3. Sự phân giải carbohydrate

2.1. Đại cương về vi sinh vật học 2.1.1. Đặc điểm chung của vi sinh vật 2.1.2. Giới thiệu một số nhóm vi sinh vật chủ yếu 2.1.3. Dinh dưỡng vi sinh vật 2.1.4. Sự tăng trưởng của vi sinh vật trong môi trường 2.2. Sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường 2.2.1. Môi trường đất và sự phân bố của vi sinh vật trong môi

trường đất

2.2.2. Môi trường nước và sự phân bố của vi sinh vật trong môi

trường nước

2.2.3. Môi trường không khí và sự phân bố của vi sinh vật trong

không khí

Chương 4: Khả năng chuyển hóa các hợp chất nitơ trong tự nhiên của VSV

Chương 5: Khả năng chuyển hóa các hợp chất P và H trong môi trường của VSV

5.1. Khả năng chuyển hóa các hợp chất phospho trong tự

nhiên của VSV

5.1.1. Vòng tuần hoàn phospho trong tự nhiên 5.1.2. Sự phân giải phospho hữu cơ trong đất do vi sinh vật 5.1.3. Sự phân giải phospho vô cơ do vi sinh vật 5.2. Khả năng chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh của vi

sinh vật

4.1. Vòng tuần hoàn nitơ trong tự nhiên 4.2. Quá trình amon hóa 4.2.1. Sự amon hóa urea 4.2.2. Sự amon hóa protein 4.3. Quá trình nitrate hóa 4.3.1. Giai đoạn nitrite hóa 4.3.2. Giai đoạn nitrate hóa 4.4. Quá trình phản nitrate hóa 4.5. Quá trình cố định nitơ phân tử

5.2.1. Vòng tuần hòa lưu huỳnh trong tự nhiên 5.2.2. Sự oxy hóa các hợp chất lưu huỳnh 5.2.3. Sự khử các hợp chất lưu huỳnh vô cơ do vi sinh vật

07/10/2011

Chương 6: Ô nhiễm vi sinh vật

Chương 7: Vi sinh vật chỉ thị

7.1. Khái niệm vi sinh vật chỉ thị 7.2. Vi khuẩn Escherichia Coli 7.3. Vi khuẩn Streptococcus 7.4. Vi khuẩn Clostridium

6.1. Nguyên nhân của vấn đề ô nhiễm vi sinh 6.1.1. Chất thải bệnh viện 6.1.2. Chất thải sinh hoạt và vệ sinh đô thị 6.2. Nhiễm trùng và khả năng chống đỡ của cơ thể 6.2.1. Sự nhiễm trùng và khả năng gây bệnh của vi sinh vật 6.2.2. Khả năng chống đỡ của cơ thể 6.3. Một số vi sinh vật gây bệnh chính 6.3.1. Nhóm vi khuẩn đường ruột 6.3.2. Nhóm vi khuẩn gây bệnh đường hô hấp 6.3.3. Một số nhóm vi khuẩn gây bệnh khác

Chương 8: Công nghệ xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật

Chương 9: Công nghệ xử lý chất rắn và chất khí ô nhiễm bằng vi sinh vật

9.1. Kỹ thuật ủ phân 9.1.1. Kỹ thuật ủ phân hiếu khí 9.1.2. Kỹ thuật ủ phân kỵ khí 9.1.3. Phân giải các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân giải trong

phân ủ

9.1.4. Kỹ thuật xử lý chất thải hữu cơ vùi lấp

8.1. Công nghệ xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật hiếu khí 8.1.1. Phương pháp bùn hoạt tính 8.1.1.1. Kết cấu và chức năng của bùn hoạt tính 8.1.2. Phương pháp màng sinh học 8.1.3. Công nghệ xử lý vi ô nhiễm nguồn nước 8.1.4. Công nghệ xử lý nước thải chứa phenol bằng nấm men 8.2. Công nghệ xử lý ô nhiễm hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật kỵ khí 8.2.1. Các phương pháp chủ yếu 8.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến xử lý ô nhiễm hữu cơ bằng vi sinh vật kỵ khí 8.2.3. Công nghệ xử lý nước thải liên hợp chất hữu cơ trong nước 8.2.3.1. Công nghệ xử lý phân giải hiếu khí 8.2.3.2. Phương pháp bùn hoạt tính kiểu gián cách (sequencing batch reactor -

SBR)

8.2.3.3. Phương pháp vi khuẩn quang hợp (photosynthetic bacteria – PSB) 8.3. Công nghệ xử lý ô nhiễm nước bằng sinh thái vi sinh vật 8.3.1. Tác dụng tự làm sạch ô nhiễm hữu cơ trong nước của vi sinh vật 8.3.2. Bể oxy hóa

07/10/2011

Chương 10: Hồ sinh học

Chương 11: Công nghệ khống chế vi sinh vật môi trường

10.1. Hồ kỵ khí 10.2. Hồ kỵ hiếu khí 10.3. Hồ hiếu khí 10.4. Cấu tạo của hồ 10.5. Khả năng áp dụng của hồ sinh học

11.1. Kỹ thuật khống chế vi sinh vật trong xử lý nước thải 11.1.1. Khử trùng bằng hóa chất 11.1.2. Khử trùng bằng tia cực tím 11.2. Kỹ thuật khống chế giàu dinh dưỡng nước 11.2.1. Nguyên lý và hiện trạng giàu dinh dưỡng nước ao hồ 11.2.2. Kỹ thuật khống chế giàu dinh dưỡng nước 11.2.2.1. Kỹ thuật vật lý, hóa học 11.2.2.2. Kỹ thuật vi sinh vật 11.2.2.3. Phương pháp công trình sinh thái 11.2.3. Kỹ thuật khống chế vi sinh vật trong nước sinh hoạt 11.2.3.1. Kỹ thuật khử vi sinh vật trong nước uống 11.2.3.2. Kỹ thuật khống chế vi sinh vật trong nước tuần hoàn công nghiệp

Chương 12: Chuyển hóa sinh học hợp chất xenobiotic và kim loại trong công trình xử lý nước thải

Chương 13: Công nghệ giám sát VSV và đánh giá chất lượng môi trường

12.1. Chuyển hóa sinh học hợp chất xenobiotic 12.1.1. Tác hại và chuyển hóa của xenobiotic trong cơ thể 12.1.2. Cơ sở sinh hóa của chuyển hóa sinh học hợp chất

xenobiotic

12.1.3. Tác động của vi sinh vật đến quá trình khử độc của

xenobiotic

13.1. Kỹ thuật kiểm tra vi sinh vật mức phân tử 13.1.1. Kỹ thuật Polymerase Chain Reaction 13.1.2. Kỹ thuật kiểm tra enzyme vi sinh vật 13.2. Kỹ thuật kiểm tra vi sinh vật mức tế bào 13.2.1. Kỹ thuật kiểm tra vi sinh vật phát quang 13.2.2. Kỹ thuật kiểm tra vi khuẩn đánh giá chất lượng nước

13.2.2.1. Phương pháp MPN 13.2.2.2. Phương pháp màng lọc

12.2. Chuyển hóa sinh học kim loại 12.2.1. Chuyển hóa thủy ngân (Hg) 12.2.2. Chuyển hóa Asen (As) 12.2.3. Chuyển hóa selenium (Se) 12.2.4. Chuyển hóa một số kim loại khác

07/10/2011

Chương 14: Công nghệ vi sinh vật hiện đại bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

CHƯƠNG I CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU MÔN HỌC GIỚI THIỆU MÔN HỌC

14.1. Công nghệ gene và bảo vệ môi trường 14.2. Công nghệ tế bào và bảo vệ môi trường 14.3. Công nghệ enzyme và bảo vệ môi trường 14.4. Công nghệ lên men và bảo vệ môi trường 14.5. Công nghệ sản xuất sạch 14.6. Vi sinh vật là sinh vật thân thiện với môi trường

NỘI DUNG

KHÁI NIỆM

1. Một số khái niệm 2. Vấn đề môi trường và sự phát triển của khoa học • Vi sinh vật học là môn khoa học nghiên cứu về các sinh vật và các tác nhân có kích thước rất nhỏ mà mắt không nhìn thấy được (vi sinh vật). môi trường • Vi sinh vật học môi trường là một phân nhánh của vi sinh vật học 3. Lịch sử phát triển 4. Nội dung và triển vọng của VSV môi trường

07/10/2011

KHÁI NIỆM

• Môi trường là tất cả mọi sự vật xung quanh, là thể tổng hợp của thế giới bên ngoài, con người, các sinh vật khác và phi sinh vật đều là những nhân tố môi trường.

vi sinh vật là một thành viên của môi trường tự nhiên liên quan với các nhân tố tự nhiên khác.

• Môi trường tự nhiên là tổng thể của tất cả vật chất, năng lượng và hiện tượng tự nhiên như ánh sáng, nhiệt độ, khí hậu, địa từ, không khí, nước, đất, đá, động thực vật, vi sinh vật và các nhân tố tự nhiên khác ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh tồn và phát triển sản xuất của con người. Chúng liên hệ với nhau, khống chế lẫn nhau.

• Môi trường nhân tạo là các sự vật do hoạt động của con người tạo nên bao gồm vật chất, năng lượng, các sản phẩm tinh thần và cả mối quan hệ người với người hình thành trong hoạt động của con người. Môi trường nhân tạo được tạo thành bởi các nhân tố sức sản xuất, tiến bộ kỹ thuật, vật kiến trúc, sản phẩm và năng lượng, thể chế chính trị, hành vi xã hội, tín ngưỡng tôn giáo, văn hóa và địa phương.

Lịch sử của vấn đề môi trường

VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG SỰ PHÁT TRIỂN CỦA KHOA HỌC MT

• Giai đoạn 1 sinh ra từ khi trước cách mạng công nghiệp Vấn đề môi trường là hậu quả của sự phá hoại môi trường. Gồm có 2 vấn đề chủ yếu:

– khai thác, lợi dụng tài nguyên thiên nhiên không hợp

lý làm xấu hoá chất lượng môi trường.

– sự tăng dân số, đô thị hoá vỡ công nghiệp hóa phát triển nhanh gây ra sự ô nhiễm vỡ phá hoại môi trường.

• Vấn đề thứ nhất: sự phá hoại môi trường gây ra những biến đổi giới tự nhiên, ở trạng thái cục bộ khu vực Chặt phá rừng • Vấn đề môi trường thứ hai:

Chăn thả gia súc bừa bãi

07/10/2011

• Giai đoạn 2: từ cách mạng công nghiệp đến thập kỷ • Giai đoạn 3 từ 1950 – 1980 50 thế kỷ 20

a ó h ị h t ô đ ộ đ c ố T

Sản xuất dầu mỏ và khí thiên nhiên

Lịch sử phát triển VSV học và VSV môi trường

• Thời Trung Quốc cổ đại 8000 năm, 4000 năm đã biết làm

rượu và đã khá phổ biến.

• Thời Ai Cập cổ đại 2500 năm, thế kỷ 9 trước công nguyên

dùng vi khuẩn khai thác đồng.

• Thế kỷ 16, Fracasoto phát hiện bệnh là do SV không nhìn

thấy gây ra ...

• Giai đoạn 4 từ thập kỷ 80 thế kỷ 20 đến nay, là giai đoạn cao trào lần thứ 2 của vấn đề môi trường. Bắt đầu xuất hiện ô nhiễm môi trường và phá hoại hệ sinh thái trong phạm vi rộng lớn

07/10/2011

Phá vỡ thuyết tự sinh

• Người đầu tiên mô tả chính xác vi sinh vật là

Anton van Leeuwenhook

• Louis Pasteur là người đã phá vỡ thuyết tự sinh

Mối quan hệ giữa VSV và mầm bệnh

• Sự chứng minh mối quan hệ này được Robert Koch thực hiện trực tiếp trên tác nhân gây bệnh than (Bacillus anthracis)

Các công trình của Pasteur: • Đã phá thuyết tự sinh (Thế kỷ 17) • Miễn dịch học (1877) • Chứng minh sự lên men là do VSV • Khử trùng VSV 60-650C.

07/10/2011

Bệnh

Cấy sang 20 con

Các công trình nghiên cứu của Robert Koch • Chứng minh vi khuẩn gây bệnh thán thư (loét than) • Phát hiện vi khuẩn gây bệnh phổi • Chứng minh nguyên tắc cơ bản vật nào gây bệnh ấy • Kiểm tra VSV gây bệnh, pha chế môi trường và thao

tác gây cấy.

Mối quan hệ giữa VSV và mầm bệnh

Nhờ 2 nhà khoa học trên

Triển vọng của VSV học môi trường

Tiền đề phát triển ngành VSV môi trường, gồm: • VSV môi trường với phương pháp xử lý nước thải (1914)

• Xử lý màng sinh vật hiếu khí (1950), • Xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí (1970), • Thoát amoniac, loại bỏ P của VSV (1970) • Xử lý vật thải rắn bằng VSV (1932-1976). • Các thí nghiệm kiểm tra VSV môi trường bằng máy BOD (1970) ... Từ thập kỷ 60: (1) Nghiên cứu sinh thái học vi sinh vật trong môi trường tự nhiên bao gồm quần xã, kết cấu, chức năng và động thái vi sinh vật trong môi trường tự nhiên. (2) Nghiên cứu sinh thái học vi sinh vật trong môi trường ô nhiễm, gọi là vi sinh vật ô nhiễm, chủ yếu là nghiên cứu mối quan hệ giữa môi trường ô nhiễm với quần xã vi sinh vật bao gồm sự phân giải chuyển hoá vật chất ô nhiễm. (3) Nghiên cứu nguyên lý và phương pháp vi sinh vật học trong xử lý sinh học vật ô nhiễm. (4) Nghiên cứu phương pháp và nguyên lý vi sinh vật học giám sát và đánh giá môi trường.

07/10/2011

Triển vọng của VSV học môi trường

Giai đoạn hiện nay: (1) Ứng dụng kỹ thuật gen trong bảo vệ môi trường. (2) Lợi dụng VSV tiến hành thay đổi VSV ô nhiễm môi trường làm phong phú thêm nội dung công nghệ.

(3) Lợi dụng VSV để xử lý vật ô nhiễm VSV môi trường.

(4) Lợi dụng VSV thực hiện tài nguyên hóa vỡ nguồn năng lượng hoá vật thải.

07/10/2011

NỘI DUNG NỘI DUNG

LOG O

(cid:1)Đại cương về VSV học

CHƯƠNG II CHƯƠNG II

(cid:2) Đặc điểm chung của vi sinh vật (cid:2) Giới thiệu một số nhóm vi sinh vật chủ yếu (cid:2) Dinh dưỡng vi sinh vật (cid:2) Sự tăng trưởng của vi sinh vật trong môi trường

(cid:1)Sự phân bố của VSV trong môi trường

ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG HỌC MÔI TRƯỜNG

(cid:2) Môi trường đất và sự phân bố của vi sinh vật trong môi

trường đất

(cid:2) Môi trường nước và sự phân bố của vi sinh vật trong môi

trường nước

(cid:2) Môi trường không khí và sự phân bố của vi sinh vật trong

không khí

Đặc điểm chung của vi sinh vật

Kích thước nhỏ bé

(cid:1)Kích thước nhỏ bé (cid:1)Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh (cid:1)Sinh trưởng và phát triển nhanh (cid:1)Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị (cid:1)Phân bố rộng, chủng loại nhiều (cid:1)Có vai trò quan trọng đối với hệ sinh thái

07/10/2011

Đặc điểm chung của vi sinh vật

Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh

0,5 – 4,0

10 - 20

µl

- Vi khuẩn lactic có thể phân hủy lượng đường lactose nặng hơn 1000 – 10.000 lần khối lượng của chúng trong vòng 1 giờ.

CHẤT KHÔ CHẤT KHÔ (mg) (mg)

110 1200

2000

Đặc điểm chung của vi sinh vật

Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh

Năng lực thích ứng mạnh, dễ phát sinh biến dị

VI SINH VẬT

sinh bào ban sẽ

Điều kiện pH: Acid (0,5),Kiềm (10,7)

Chịu được áp lực nước lớn (1103,4 atm)

Nhiệt độ khắc nghiệt như Nitơ lỏng Hydro lỏng

Chịu được cường độ bức xạ cao (750.000 rad)

(cid:1)E. Coli cứ khoảng 12 – 20 phút sẽ phân cắt 1 lần. Nếu lấy thời gian thế hệ (generation time) là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt 3 lần, 24 giờ phân cắt 72 lần, từ một tế đầu ra 4.722.366.500.000.000.000.000 tế bào (nặng 4711 tấn!) Nồng độ muối cao 32% NaCl

Thiobacillus

Micrococcus

Thiobacillus

thioxidans

radiodurans

denitrificans

07/10/2011

Đặc điểm chung của vi sinh vật

Năng lực thích ứng mạnh, dễ phát sinh biến dị

Phân bố rộng, chủng loại nhiều

Biến dị có lợi (Penicillium chrysogenum)

Mutation

Penicillin (20 đơn vị/ml)

Penicillin 100.000 đơn vị/ml

Vi sinh vật phân bố khắp mọi nơi trên trái đất (cid:1) Chúng có mặt trên cơ thể người, động vật, thực vật, trong đất, trong nước, trong không khí, trên mọi đồ dùng, vật liệu, từ biển khơi đến núi cao, từ nước ngọt, nước ngầm cho đến nước biển ...

(cid:1) Trong đường ruột của người thường có không dưới 100 - 400 loài sinh vật khác nhau, chiếm tới 1/3 khối lượng khô của phân.

Biến dị có hại (Staphylococcus aureus)

MRSA

Mutation

Sử dụng kháng sinh

(cid:1) Ở độ sâu 10.000 m của Đông Thái Bình Dương, nơi hoàn toàn tối tăm, lạnh lẽo và có áp suất rất cao người ta vẫn phát hiện thấy có khoảng 1 triệu - 10 tỉ vi khuẩn/ml (chủ yếu là vi khuẩn lưu huỳnh).

Đặc điểm chung của vi sinh vật

Vai trò của vi sinh vật đối với hệ sinh thái

Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu

(cid:1)Virus (cid:1)Vi khuẩn (cid:1)Vi nấm

- Vi khuẩn và vi nấm là sinh vật phân giải các chất hữu cơ thành các chất vô cơ trong chu trình chuyển hoá vật chất của hệ sinh thái. - Một số vi khuẩn, vi nấm cũng như một số động vật nguyên sinh là những tác nhân gây nhiều bệnh cho cây trồng, vật nuôi cũng như con người. - Một số vi khuẩn và vi nấm phá huỷ lương thực thực phẩm, vật liệu xây dựng, kiến trúc, công nghiệp, mỹ thuật. - Vi sinh vật mang lại lợi ích cho con người trong nhiều lĩnh vực công nghệ chế biến thực phẩm, dược phẩm, công nghệ sinh học và môi trường.

07/10/2011

Cấu trúc virus

Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu

Virus

Đặc điểm cấu trúc chung

(cid:1)Cấu trúc chung của virus (cid:1)Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của virus

- Bên trong cùng là vật chất di truyền - Có một lõi nucleocapsid – chứa vật chất di truyền - Bên ngoài được bao bọc bởi một vỏ protein

Cấu trúc virus

Đặc điểm cấu trúc chung

- Một số capsid có cấu trúc khối 20 mặt (icosahedral) – là một khối đa diện với 20 mặt hình tam giác bằng nhau và 12 đỉnh

- Một số có cấu trúc xoắn ốc (helical) với trụ protein rỗng không cứng hay mềm

- Các virus phức tạp có capsid đối xứng. Chúng có thể có đuôi hay các cấu trúc khác hay có lớp vách bao quanh …

07/10/2011

Cấu trúc virus

Nucleic acid

- Thường có 4 kiểu vật chất di truyền: DNA sợi đơn, DNA sợi đôi, RNA sợi đơn, RNA sợi đôi

- Hầu hết DNA virus là mạch đôi: thẳng và dạng vòng

Cấu trúc virus

Vỏ virus và enzyme

(cid:3) Từ nhân tế bào chủ (cid:4) lipid và carbohydrate (cid:3) Từ gene của virus (cid:4) spike (cid:4) gắn kết trên tế bào chủ (liên

quan đến sự gắn lên tế bào chủ)

- Là lớp màng bên ngoài của virus - Vỏ của virus chứa 2 thành phần:

- Hầu hết RNA virus là dạng thẳng, gồm 2 loại:

- Sợi (+): có trình tự giống với mRNA virus - Sợi (-): có trình tự bổ sung với mRNA virus

- Lớp vỏ mềm (cid:4) virus này có thể thay đổi hình dạng - Đóng vai trò trong quá trình xâm nhập của virus vào tế bào chủ

07/10/2011

Cấu trúc virus

Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của virus

(cid:1)Ý nghĩa khoa học Virus có cấu tạo vô cùng đơn giản, điển hình cho sự sống ở mức độ dưới tế bào. Bởi thế mà nó trở thành mô hình lý tưởng của sinh học phân tử và di truyền học hiện đại.

Rất nhiều thành tựu của sinh học phân tử và di truyền học hiện đại dựa trên mô hình virus.

Ví dụ như việc dùng virus để chuyển các gen cần thiết từ tế bào này sang tế bào khác, tạo nên các đặc tính di truyền mong muốn

Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu

Interference

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của virus

(cid:1)Là hiện tượng khi gây nhiễm một loại virus cho tế bào thì việc gây nhiễm virus khác bị hạn chế. (cid:1)Ý nghĩa thực tiễn - Ứng dụng hiện tượng Interference để tạo vaccine chống lại virus gây bệnh.

- Thuốc trừ sâu sinh học từ virus (ví dụ như virus NPV – nuclear polyhedrosis virus)

(cid:1)Hiện tượng này khong có tính đặc hiệu đối với virus nhưng lại có tính đặc hiệu theo loài thuộc tế bào chủ (cid:1)Ở tế bào vật chủ sau khi nhiễm virus sẽ sinh ra interferon (cid:4) ức chế quá trình tổng hợp RNA của virus (cid:4) virus lạ không phát triển được

(cid:1)Cường độ phụ thuộc vào số lượng virus gây nhiễm lần 1, thời gian gây nhiễm từ lần 1 đến lần 2.

07/10/2011

Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu

Vi khuẩn

Xạ khuẩn

(cid:1) Vi khuẩn chiếm đa số trong các vi sinh vật, có những mẫu đất vi khuẩn chiếm tới 90%, bởi vậy nó đóng vai trò quyết định trong các quá trình chuyển hoá vật chất.

(cid:1) Vi khuẩn tham gia vào hầu hết các vòng tuần hoàn vật chất

trong đất và trong thiên nhiên. Tuy vậy, rất nhiều vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật, thực vật, gây nên những tổn thất nghiêm trọng về sức khoẻ con người cũng như sản xuất nông nghiệp.

(cid:1)Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong đất, chúng tham gia vào các quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong đất như cellulose, tinh bột v.v.... góp phần khép kín vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Đặc tính này còn được ứng dụng trong quá trình chế biến phân huỷ rác v.v...

(cid:1) Ngày nay với những thành tựu của khoa học hiện đại, người ta đã tìm ra những biện pháp hạn chế tác hại do vi khuẩn gây ra, ví dụ như việc chế vaccine phòng bệnh, sử dụng chất kháng sinh v.v...

(cid:1)Nhiều xạ khuẩn có khả năng sinh chất kháng sinh. Đặc điểm này được sử dụng trong nghiên cứu sản xuất các chất kháng sinh dùng trong y học, nông nghiệp và bảo quản thực phẩm.

Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu

Vi nấm

Nấm men (cid:1) Nấm men là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, nó tham gia vào các quá trình chuyển hoá vật chất, phân huỷ chất hữu cơ trong đất.

(cid:1) Hoạt tính sinh lý của nhiều loài nấm men được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, nông nghiệp và các ngành khác. Đặc biệt trong quá trình sản xuất các loại rượu, cồn, nước giải khát lên men, làm thức ăn gia súc ...

(cid:1) Ngoài hoạt tính sinh lý, bản thân tế bào nấm men có rất nhiều loại vitamin và các acid amin, đặc biệt là acid amin không thay thế.

(cid:1) Đặc tính này được dùng để chế tạo thức ăn gia súc từ nấm men, thậm chí thức ăn dùng cho người cũng có thể chế tạo từ nấm men.

Nấm mốc (cid:1)Nấm mốc (hay nấm sợi) là một nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong thiên nhiên. Chúng tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hoá vật chất, khép kín các vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. (cid:1)Khả năng chuyển hoá vật chất của chúng được ứng dụng trong nhiều ngành, đặc biệt là chế biến thực phẩm (làm rượu, làm tương, nước chấm v.v....). (cid:1)Mặt khác, có nhiều loại nấm mốc mọc trên các nguyên, vật liệu, đồ dùng, thực phẩm ... phá hỏng hoặc làm giảm chất lượng của chúng. Một số loài còn gây bệnh cho người, động vật thực vật (bệnh lang ben, vẩy nến ở người, nấm rỉ sắt ở thực vật v.v...).

07/10/2011

Dinh dưỡng vi sinh vật

Yêu cầu dinh dưỡng chung

95% Chất khô

Phân tích

1. Yêu cầu dinh dưỡng chung 2. Các yếu tố tăng trưởng 3. Môi trường nuôi cấy vi sinh vật 4. Phân lập VSV thuần khiết

Thành phần đa lượng

Yêu cầu dinh dưỡng chung

C O H N S P K Ca Mg Fe

C C OO HH NN SS PP

Chức năng

Thành phần vi lượng

Giúp bào tử chịu nhiệt

CaCa22++ MgMg22++ FeFe22+/+/33++

Cần cho hoạt động của KK++ enzyme

- Là một cofactor - Tạo phức với ATP - Ổn định ribosome - Ổn định màng tế bào

Thành phần: - Cytochrome - Cofactor - Protein v/c electron

- Cấu trúc của enzyme và cofactor - Giúp xt cho các phản ứng - Duy trì cấu trúc protein Mn Zn Co Mo Cu Ni

07/10/2011

Dinh dưỡng vi sinh vật

Yêu cầu dinh dưỡng chung

Yếu tố tăng trưởng

(cid:1)Amino acid (cid:1)Zn2+ (cid:4) hiện diện ở vị trí hoạt động của một số enzyme; điều hòacác tiểu đơn vị xúc tác của aspartate carbamoyl transferase ở E. Coli

(cid:1)Mn2+ (cid:4) giúp enzyme thực hiện phản ứng chuyển nhóm phosphat

(cid:1)Purine và pyrimidine (cid:1)Mo2+ (cid:4) quá trình cố định đạm (cid:1)Co (cid:4) thành phần của vitamin B12

(cid:1)Vitamin

Yếu tố tăng trưởng

Vitamin: - Là những phân tử hữu cơ cấu trúc nên tất cả hoặc một phần các enzyme hay cofactor

- Cần số lượng nhỏ để duy trì sự tăng trưởng

07/10/2011

Dinh dưỡng vi sinh vật

Môi trường nuôi cấy VSV

Môi trường đơn giản

(cid:1)Là môi trường chứa các thành phần xác định (cid:1)Môi trường này được sử dụng rộng rãi trong nuôi cấy vi sinh vật Gồm có 2 loại: - Môi trường xác định - Môi trường phức hợp

Môi trường phức hợp

(cid:1)Là môi trường chứa một số thành phần có cấu tạo hóa học chưa được xác định

(cid:1)Đáp ứng đầy đủ các nhu cầu dinh dưỡng của các VSV khác nhau.

(cid:1)Chứa các thành phần như peptone, cao thịt, cao nấm men

07/10/2011

Dinh dưỡng vi sinh vật

Các loại môi trường

Phân lập chủng thuần

(cid:1)Môi trường cơ bản (cid:1)Môi trường phân lập (cid:1)Môi trường khẳng định (cid:1)Phương pháp cấy trải và cấy ria (cid:1)Phương pháp đổ đĩa (cid:1)Hình thái và sự tăng trưởng của khuẩn lạc

Phương pháp cấy trang

Phương pháp cấy ria

07/10/2011

Hình thái và sự tăng trưởng của VSV

Phương pháp đổ đĩa

Hình dáng

Dạng điểm Dạng vòng Dạng sợi Dạng bất định Dạng rễ Dạng trục quay

Hình chiếu

Dạng phẳng Dạng nổi Dạng lồi Dạng hình gối Dạng bướu

Rìa

Rìa phẳng Rìa lượn sóng Rìa phân thùy Rìa mòn Rìa dạng sợi Rìa xoăn

Khó khăn trong phân lập

VSV quan tâm VSV quan tâm trong mẫu quá ít trong mẫu quá ít

VSV quan tâm VSV quan tâm trong mẫu quá nhiều trong mẫu quá nhiều

07/10/2011

Sự tăng trưởng của VSV trong môi trường

1. Đường cong tăng trưởng 2. Xác định sự tăng trưởng của VSV 3. Ảnh hưởng của môi trường đến tăng trưởng

Phương pháp pha loãng mẫu

Sự tăng trưởng của VSV trong môi trường

Phase tiềm phục

Đường cong tăng trưởng

Phase ổn định

- Là khoảng thời gian mà VSV được đưa vào môi trường mới và chưa có sự tăng trưởng ngay lập tức. - Trong giai đoạn này VSV tiến hành tổng hợp các thành phần mới. Phase tăng trưởng Phase tử vong

Phase tiềm phục

07/10/2011

Phase lag

Yếu tố ảnh hưởng

Nguyên nhân

(cid:1)Các tế bào già, mất ATP, các cofactor quan trọng và ribosome

Phase lag dài

Phase lag ngắn

- Cấy từ tế bào đang ở phase log - Cấy sang môi trường cùng loại

- Cấy từ tế bào già - Từ các chủng bảo quản lạnh - Cấy sang môi trường khác loại

(cid:1)Môi trường khác nhau (cid:1)VSV bị tổn thương và cần thời gian phục hồi

Phase log

Phase ổn định

- Xảy ra khi mật độ tế bào đạt 109/ml - Trong phase ổn định, tổng số lượng tế bào VSV được duy trì là một hằng số - Giai đoạn này VSV bắt đầu tăng trưởng về số lượng - Mức độ phân chia cao nhất của VSV tùy thuộc vào khả năng di truyền, nguồn gốc của môi trường và điều kiện cho chúng phát triển - Kích cỡ dựa vào sự phù hợp dinh dưỡng, chủng vi sinh vật và một sô nhân tố khác

07/10/2011

Phase ổn định

Nguyên nhân

Phase tử vong

- Do các điều kiện bất lợi của môi trường như thiếu

dinh dưỡng … (cid:4) VSV đi vào phase chết - Số lượng quần thể VSV giảm nhanh chóng

- Giới hạn về mặt dinh dưỡng - Thiếu O2 - Tích lũy các chất thải mang độc tố - Quần thể VSV đạt đến mức tới hạn

Sự tăng trưởng của VSV trong môi trường

Định lượng sự tăng trưởng của VSV

1. Định lượng số lượng tế bào 2. Định lượng sinh khối tế bào

GIÀUGIÀU

NGHÈO NGHÈO

07/10/2011

Chất tan và nước

Sự tăng trưởng của VSV trong môi trường Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự tăng trưởng

- Ảnh hưởng đến nồng độ thẩm thấu của tế bào VSV (trong dung dịch nhược trương hay ưu trương)

1. Chất tan và nước 2. pH 3. Nhiệt độ 4. Nồng độ O2 - Chất tan thích hợp là chất tan phù hợp với quá trình trao đổi chất và tăng trưởng khi ở nồng độ nội bào cao.

pH

- Nước ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu - Một số VSV có thể chịu đựng được trong điều kiện thế nước thấp (cid:4) VSV chịu mặn

- Mỗi loại VSV thích hợp với một khoảng pH khác - VSV ưa mặn (cid:4) sống trong điều kiện ưu trương với nồng độ muối cao (Halobacterium) nhau

- VSV ưa acid - VSV trung tính - VSV ưa kiềm

07/10/2011

Nhiệt độ

(cid:1)VSV ưa lạnh bắt buộc: Vibrio, Alcaligenes, Photobacterium từ 0 – 200C, gồm Bacillus, và Pseudomonas, Arthrobacter, Moritella, Shewanella

(cid:1)VSV ưa lạnh tùy nghi: có cơ chế chống lại sự lạnh (cid:1)VSV ưa ấm: từ 20 đến 450C (cid:1)VSV chịu nhiệt: từ 45 – 650C (cid:1)VSV siêu chịu nhiệt: có thể lên đến 1000C như Pyrococcus abyssi và Pyrodictium occultum

Nồng độ O2

07/10/2011

LOG O

(cid:1)Môi trường đất và sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường đất

(cid:1)Môi trường nước và sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường nước

Sự phân bố của VSV trong Sự phân bố của VSV trong môi trường môi trường

(cid:1)Môi trường không khí và sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường không khí

Môi trường đất và sự phân bố của VSV trong môi trường đất

(cid:1)Các chất dinh dưỡng không những tập trung nhiều ở tầng đất mặt mà còn phân tán xuống các tầng đất sâu (cid:4) ở các tầng đất khác nhau, sự phân bố vi sinh vật khác nhau phụ thuộc và hàm lượng các chất dinh dưỡng.

(cid:1)Mức độ thoáng khí của đất cũng ảnh hưởng đến sự phân bố của vi sinh vật. (cid:1)Đất là một môi trường thích hợp nhất đối với vi sinh vật, vì trong đất có một lượng lớn các chất hữu cơ. Đó là nguồn thức ăn cho các nhóm vi sinh vật dị dưỡng. Các chất vô cơ có trong đất cũng là nguồn dinh dưỡng cho các nhóm vi sinh vật tự dưỡng.

(cid:1)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 200C – 300C. Đó là nhiệt độ và độ ẩm thích hợp với đa số vi sinh vật.

07/10/2011

Sự phân bố của VSV trong môi trường đất

Phân bố theo chiều sâu

(cid:1)Trong đất là nơi tồn tại rất nhiều vi sinh vật so với các môi trường khác. Sự phân bố của vi sinh vật đất còn gọi là khu hệ vi sinh đất. (cid:1)Tập trung ở nhiều tầng canh tác. Số lượng vi sinh vật giảm dần theo tầng đất, càng xuống sâu càng ít vi sinh vật.

(cid:1)Thành phần vi sinh vật cũng thay đổi theo tầng đất.

Vi khuẩn hiếu khí xạ khuẩn, vi nấm

(cid:1)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.

Vi khuẩn hiếu khí xạ khuẩn, vi nấm

(cid:1)Vi khuẩn chiếm 90%, xạ khuẩn 8%, vi nấm 1%, tảo

Vi khuẩn kỵ khí tùy nghi

và nguyên sinh động vật 1%

Vi khuẩn kỵ khí bắt buộc

Sự phân bố của VSV trong môi trường đất

Phân bố theo các loại đất

Quá trình oxy hóa chỉ ở tầng mặt (0 – 3 cm)

khuẩn

Quá trình oxy xảy hóa ra mạnh (cid:4) VK hiếu khí phát triển tốt

khuẩn

kỵ triển

Đất trồng hoa màu (cid:1)Đất trồng lúa

kỵ Vi triển khí phát mạnh như vi khuẩn amon hóa, vi khuẩn phản nitrate

Vi khí phát yếu

tình Do trạng ngập nước (cid:4) độ khí, thông chế độ nhiệt, chất dinh dưỡng trạng Tình thông thoáng cao (cid:4) không khí lưu thông độ tốt, chế chất nhiệt, dưỡng dinh cao

07/10/2011

Sự phân bố của VSV trong môi trường đất

Phân bố theo cây trồng

Mối quan hệ giữa các nhóm VSV trong đất

(cid:2) Cung cấp lượng lớn chất hữu cơ (cid:2) Làm đất thoáng khí, giữ được độ ẩm

(cid:1)Vi sinh vật phát triển mạnh hơn ở vùng rễ vì:

(cid:1)Quan hệ ký sinh (cid:1)Quan hệ cộng sinh (cid:1)Quan hệ hỗ sinh (cid:1)Quan hệ kháng sinh

Mối quan hệ giữa các nhóm VSV trong đất

Quan hệ ký sinh

Quan hệ cộng sinh

(cid:1)Là quan hệ hai bên cùng có lợi, bên này không thể thiếu bên kia trong quá trình sinh sống (cid:1)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

07/10/2011

Mối quan hệ giữa các nhóm VSV trong đất

Quan hệ hỗ sinh

Quan hệ kháng sinh

(cid:1)Là quan hệ hai bên cùng có lợi nhưng không nhất (cid:1)Quan hệ kháng sinh là mối quan hệ đối kháng lẫn thiết phải có nhau mới sống được như quan hệ cộng sinh nhau giữa hai nhóm vi sinh vật. Loại này thường tiêu diệt loại kia hoặc hạn chế quá trình sống của nó.

VSV phân giải Protein

VSV phân giải P

Mối quan hệ giữa đất, VSV, thực vật

Quan hệ giữa đất và VSV đất

(cid:1)Quan hệ giữa đất và VSV đất (cid:1)Mối quan hệ giữa VSV và thực vật (cid:1)Đóng vai trò gắn kết các hạt đất với nhau (cid:4) tạo thành một thành phần của mùn là acid humic (cid:4) acid humic + Ca2+ (cid:4) chất dẻo gắn kết hạt đất với nhau.

(cid:1)Các chất kết dính gọi là mùn hoạt tính (cid:4) tích lũy chất hữu cơ và là nhân tố tạo nên kết cấu đất.

07/10/2011

Mối quan hệ giữa đất, VSV, thực vật

Quan hệ giữa đất và VSV đất

Quan hệ giữa thực vật và VSV đất

(cid:1)Tác động của phân bón đến VSV đất (cid:1)Tác động của chế độ nước đối với VSV đất (cid:1)Tác động của chế độ canh tác đối với VSV

Môi trường nước và sự phân bố của VSV

Môi trường nước ngọt

(cid:1)Hệ VSV từ đất với tỷ lệ khác biệt (cid:1)Nước ngầm và nước suối thường nghèo vi sinh vật nhất do ở những nơi này nghèo chất dinh dưỡng

(cid:1)Vi sinh vật có mặt ở khắp nơi trong các nguồn nước. Sự phân bố của chúng hoàn toàn không đồng nhất và rất khác nhau tuỳ thuộc vào đặc trưng của từng loại môi trường

(cid:1)Các yếu tố môi trường quan trọng quyết định sự phân bố của vi sinh vật là độ mặn, chất hữu cơ, pH, nhiệt độ và ánh sáng

07/10/2011

Môi trường nước và sự phân bố của VSV

Môi trường nước ngọt

(cid:1)Ở ao, hồ, sông (cid:1)Ở nơi có nước thải xả vào

Môi trường không khí và sự phân bố VSV

(cid:1)Sự phân bố của vi sinh vật trong không khí cũng khác nhau tuỳ từng vùng

(cid:1)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

07/10/2011

NỘI DUNG

CHƯƠNG III

1. Chu trình C trong tự nhiên 2. Vai trò của VSV trong chu trình C 3. Sự chuyển hóa một số hợp chất C của vi sinh vật

KHẢ NĂNG CHUYỂN HÓA CÁC HỢP KHẢ NĂNG CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT CARBON TRONG MÔI TRƯỜNG CHẤT CARBON TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN CỦA VI SINH VẬT TỰ NHIÊN CỦA VI SINH VẬT

Chu trình C trong tự nhiên

Vai trò của VSV trong chu trình carbon

07/10/2011

Sự phân giải một số hợp chất carbon

Sự phân giải cellulose Sự phân giải cellulose

• Sự phân giải cellulose/lignin • Sự phân giải tinh bột • Sự phân giải carbohydrate

• Cellulose trong tự nhiên • Cơ chế phân giải cellulose nhờ VSV • Vi sinh vật phân giải cellulose

Sự phân giải cellulose

Cellulose trong tự nhiên

• Là thành phần chủ yếu của màng tế bào thực vật • Cellulose được tích lũy nhiều trong đất do các sản phẩm tổng hợp của thực vật thải ra, cây cối chết và từ các hoạt động của con người (cid:1) Nhờ vi sinh vật phân giải cellulose

07/10/2011

Sự phân giải cellulose

Cơ chế phân giải cellulose của VSV

Vi sinh vật phân giải cellulose

• Vi nấm: Tricoderma (viride, reesei), Aspergillus,

Fusarium. Mucor

• Được phân giải nhờ vào hệ enzyme cellulase gồm có 4

• Vi khuẩn : Bacillus subtilis, Clostridium,

Ruminococcus

hydro biến cellulose có cấu trúc không gian (cid:2) cellulose vô định hình

– Endoglucanase: cắt các liên kết β - 1,4 – glucoside tạo

• Xạ khuẩn: Streptomyces

thành các chuỗi dài

– Exoglucanase: cắt các chuỗi thành cellobiose – β - glucosidase: thủy phân cellobiose thành glucose

enzyme khác nhau. – Enzyme C1 (cellobiose dehydrolase): cắt các liên kết

Sự phân giải tinh bột

Tinh bột trong tự nhiên

Sự phân giải tinh bột Sự phân giải tinh bột

• Tinh bột trong tự nhiên • Cơ chế phân hủy tinh bột • VSV phân giải tinh bột

• Là chất dự trữ chủ yếu của thực vật, đặc biệt ở cây có củ • Gồm 2 thành phần và amylose và amylopectin

07/10/2011

Sự phân giải tinh bột

Cơ chế phân giải tinh bột

α - amylase

• VSV phân giải tinh bột nhờ tiết ra hệ enzyme amylase

• Tác động vào bất kỳ mối liên kết 1,4 glucoside nào trong phân tử tinh bột. Bởi thế α - amylase còn được gọi là endoamylase

• Tinh bột được cắt thành nhiều đoạn ngắn gọi là sự dịch hoá tinh bột.

• Sản phẩm của sự dịch hoá thường là các đường 3 carbon gồm có 4 enzyme: – α – amylase – β – amylase – Amylose 1,6 - glucosidase – Glucoamylase gọi là maltotriose

Sự phân giải tinh bột

β - amylase

• β - amylase chỉ có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,4 glucoside ở cuối phân tử tinh bột bởi thế còn gọi là exoamylase • Amylose 1,6 - glucosidase có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,6 glucoside tại những chỗ phân nhánh của amylopectin.

• Sản phẩm của β - amylase thường là đường disaccharide maltose. • Glucoamylase phân giải tinh bột thành glucose và các oligosaccharide. Enzyme này có khả năng phân cắt cả hai loại liên kết 1,4 và 1,6 glucoside.

07/10/2011

Sự phân giải tinh bột

Sự phân hủy carbohydrate Sự phân hủy carbohydrate

VSV phân giải tinh bột VSV phân giải tinh bột

• Sự phân hủy đường đôi • Sự phân hủy đường đơn

• Vi nấm: Aspergillus, Fusarius, Rhizopus • Vi khuẩn: Bacillus, Cytophaga, Pseudomonas • Xạ khuẩn

Sự phân hủy đường đôi

VSV phân hủy DS thành các MS bởi các enzyme

chuyên biệt

Hiện diện của DS: - Có trong tự nhiên - Do quá trình phân hủy của VSV

Maltase

07/10/2011

Biến dưỡng carbohydrate - MS

VSV thực hiện qua 5 con đường chính:

• The Embden–Meyerhoff–Parnas (EMP)

pathway

• MS có thể bị phân hủy bởi các VSV hiếu khí, kỵ khí, kỵ

• The hexose monophosphate pathway

(HMP)

(cid:3) Loại và số lượng MS (cid:3) LoạiVSV (cid:3) Khả năng oxy hóa – khử của hệ thống • Các VSV hiện diện trong thực phẩm:

• The Entner–Doudroff (ED) pathway

• The 2 phosphoketolase (PK) pathways

– Đều sử dụng được glucose – Có thể sử dụng được galactose, fructose …

khí tùy nghi qua nhiều con đường • Con đường biến dưỡng phụ thuộc vào:

Pentose phosphate

Embden - Meyerhoff

07/10/2011

Entner - Doudoroff

07/10/2011

Nội dung

(cid:1) Vòng tuần hoàn nitrogen trong tự nhiên (cid:1) Vai trò của VSV trong vòng tuần hoàn nitrogen (cid:1) Vai trò của VSV trong các quá trình chuyển

hóa nitrogen

Vòng tuần hoàn nitrogen trong tự nhiên

Vai trò của VSV trong vòng tuần hoàn nitrogen

(cid:1) Trong tự nhiên, N tồn tại ở nhiều dạng khác nhau. Trong cơ thể sinh vật, N tồn tại ở dạng các phân tử hữu cơ như protein, aa

+ (cid:1) vi khuẩn amon hóa

- (cid:1) vi khuẩn nitrate hóa (cid:1) vi khuẩn phản nitrate hóa

(cid:1) Sinh vật chết (cid:1) VSV hoại sinh phân giải (cid:1) aa (cid:1) Các aa (cid:1) NH3 hoặc NH4 + (cid:1) NO3 (cid:1) NH4 - (cid:1) N2 (cid:1) NO3 (cid:1) các hợp chất N hữu cơ (cid:1) vi khuẩn cố định đạm (cid:1) N2 (cid:2) Nếu sự hoạt động của một nhóm nào đó ngừng lại, toàn bộ sự chuyển hoá của vòng tuần hoàn cũng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

07/10/2011

Quá trình amon hóa

Sự amon hóa urea

(cid:1) Sự amon hóa urea (cid:1) Sự amon hóa protein

(cid:1) Urea có trong thành phần nước tiểu của người và động vật. Urea chứa tới 46.6% nitrogen, vì thế nó là một nguồn dinh dưỡng đạm tốt đối với cây trồng.

(cid:1) Tuy nhiên, thực vật không thể đồng hoá trực tiếp urea mà

phải qua quá trình amôn hoá

Quá trình amon hóa

(cid:1) Quá trình amôn hoá urea chia làm 2 giai đoạn

(cid:1) Giai đoạn đầu dưới tác dụng của enzyme urease tiết ra bởi thuỷ phân tạo thành muối

(cid:1) Trong nước tiểu còn có acid uric, tồn tại trong đất một thời gian acid uric sẽ bị phân giải thành urea và acid tartronic. Sau đó urea tiếp tục bị phân giải thành NH3.

các vi sinh vật, urea sẽ bị carbonate amoni.

(cid:1) Giai đoạn 2, carbonate amoni chuyển hoá thành NH3, CO2

và H2O.

CO(NH2)2 + 2 H2O (cid:1) (NH4)2CO3 (NH4)2CO3

(cid:1) 2NH3 + CO2 + H2O

07/10/2011

Quá trình amon hóa

(cid:1) Nhiều loại vi khuẩn có khả năng amôn hoá urea, chúng

(cid:1) Nhóm vi sinh vật phân giải urea và acid uric còn có khả năng amôn hoá cyanamid calci là một loại phân bón hoá học.

đều tiết ra enzyme urease. Trong đó có một số loài có hoạt tính phân giải cao như Planosarcina urea, Micrococcus urea, Bacillus amylovorum, Proteus vulgaris…

(cid:1) Chất này sau khi đi vào đất cũng bị chuyển hoá thành urea rồi sau đó qua quá trình amôn hoá được chuyển thành NH3.

(cid:1) Đa số vi sinh vật phân giải urea thuộc nhóm hiếu khí hoặc kỵ khí không bắt buộc, chúng ưa pH trung tính hoặc hơi kiềm.

CN-NCa + 2 H2O (cid:1) CN-NH2 + Ca(OH)2 CN-NH2 + H2O (cid:1) CO(NH2)

(cid:1) Bởi vậy khi sử dụng urea làm phân bón người ta thường kết hợp với bón vôi hoặc tro, đồng thời làm thoáng đất.

Quá trình amon hóa

Quá trình amon hóa protein

(cid:1) Protein là thành phần quan trọng của tế bào (cid:1) Protein chứa tới 15 – 17% nitrogen, nhưng cây trồng không thể hấp thu trực tiếp protein mà phải thông qua sự phân huỷ của vi sinh vật.

(cid:1) Vi sinh vật phân huỷ protein có khả năng tiết ra enzyme

protease bao gồm proteinase và peptidase

07/10/2011

Quá trình amon hóa

(cid:1) Các acid amin bị deamin hoá bởi vi sinh vật nhờ enzyme

(cid:1) Tỷ lệ C:N trong đất rất quan trọng đối với nhóm vi sinh

deaminase, sau đó tạo ra sản phẩm cuối cùng là amôn

vật phân huỷ protein

(cid:1) Nếu như tỷ lệ này quá cao, trong đất quá ít đạm vi sinh vật sẽ tranh chấp thức ăn đạm đối với cây trồng, chúng phân huỷ được bao nhiêu là hấp thu bấy nhiêu.

(cid:1) Các acid amin có vòng như tryptophan, khi phân giải sẽ tạo thành các hợp chất có mùi thối như indole và skatole (cid:1) Các acid amin chứa S như methionine, cystein, vi sinh vật

giải phóng ra H2S, chất này độc đối với cây trồng

(cid:1) Nếu tỷ lệ C:N quá thấp, đạm dư thừa, quá trình phân huỷ sẽ chậm lại, cây trồng không có đạm khoáng để hấp thụ. (cid:1) Tỷ lệ C:N bằng 20 là thích hợp nhất cho quá trình amôn

hoá protein, có lợi nhất đối với cây trồng.

(cid:1) Một số hợp chất amin sinh ra trong quá trình amôn hoá có tác dụng độc đối với người và động vật. Ví dụ Ala- deaminose như histamin, armatin…đó chính là nguyên nhân bị nhiễm độc hức ăn thịt cá thiu thối hoặc thịt hộp để quá lâu (ô nhiễm thực phẩm)

Quá trình amon hóa

Quá trình nitrate hóa

(cid:1) Nhiều vi sinh vật có khả năng amôn hoá protein. (cid:1) Nhóm vi khuẩn có Bacillus mycoides, B.mesentericus, B. Clostridium

Pseudomonas

fluorescens,

subtilis, sporogenes…

(cid:1) Sau quá trình amôn hoá (cid:1) NH3, một phần phản ứng với các anion trong đất tạo thành các muối amôn. Một phần muối amôn cũng được cây trồng hấp thu, phần còn lại được oxy hoá thành dạng nitrate gọi là quá trình nitrate hoá.

flavus, A. niger,

(cid:1) Xạ khuẩn có Streptomyces griseus… (cid:1) Vi nấm có Aspergillus oryzae, A.

Penicilium camemberti…

(cid:1) Nhóm vi sinh vật tiến hành quá trình này gọi chung là nhóm vi khuẩn nitrate hoá bao gồm 2 nhóm tiến hành qua 2 giai đoạn.

07/10/2011

Quá trình nitrate hóa

Giai đoạn nitrite hóa

Giai đoạn nitrate hóa

(cid:1) Là quá trình oxy hóa NH4

- + tạo thành NO2

+ + 3/2 O2

- + H2O + 2H + Q

- thành NO3 (cid:1) NO3 - + Q

(cid:1) Là quá trình oxy hóa NO2 - + ½ O2 NO2 (cid:1) Nhóm vi khuẩn tiến hành oxy hoá NO2

NH4

- thành NO3 bao gồm 3 chi khác nhau: Nitrobacter, Nitrospira và Nitrococcus

Nitrosolobus (cid:1) NO2 (cid:1) Nhóm vi khuẩn nitrite hoá bao gồm 4 chi khác nhau: Nitrosocystis, và Nitrosomonas, Nitrosospira

Quá trình nitrate hóa

Giai đoạn nitrate hóa

Quá trình phản nitrate

(cid:1) Là quá trình các hợp chất đạm dạng nitrate ở trong đất rất

dễ bị khử biến thành nitrogen phân tử

(cid:1) Quá trình nitrate hoá là một khâu quan trọng trong vòng tuần hoàn nitrogen, nhưng đối với nông nghiệp nó có nhiều điều bất lợi.

(cid:1) Dạng đạm nitrate thường dễ bị rữa trôi (cid:1) quá trình phản

nitrate hoá tạo thành khí N2 làm cho đất mất đạm.

(cid:1) Anion NO3

- thường kết hợp với ion H+ trong đất tạo thành HNO3 làm cho pH đất giảm xuống rất bất lợi cho cây trồng.

(cid:1) Hơn nữa, lượng NO3

- dư thừa trong đất được cây trồng hấp thu nhiều làm cho hàm lượng nitrate trong sản phẩn lương thực, thực phẩm cao gây độc cho người và gia súc.

07/10/2011

Quá trình cố định nitrogen

(cid:1) Phản ứng khử NO3

- thành N2 chỉ xảy ra trong điều kiện kỵ

khí

(cid:1) Cơ chế của quá trình cố định nitrogen phân tử (cid:1) Vi khuẩn cố định nitrogen

denitrificanas,

(cid:1) Nhóm vi sinh vật thực hiện quá trình phản nitrate hoá phân bố rộng rãi trong đất. Thuộc nhóm tự dưỡng hoá năng có Thiobacillus denitrificans, Hydrogenomonas agilis… Thuộc nhóm dị dưỡng có Pseudomonas Bacillus denitrificans, Micrococcus licheniformis…

(cid:1) Đối với nông nghiệp quá trình phản nitrate hoá là một quá

trình bất lợi vì nó làm cho đất mất đạm

Quá trình cố định nitrogen

Cơ chế quá trình cố định nitrogen phân tử

(cid:1) Quá trình cố định nitơ sinh học là một quá trình khử N2 thành NH3 dưới tác dụng của men nitrogenase sinh ra bởi vi sinh vật.

Nitơ phân tử được cấu tạo từ 2 nguyên tử nitơ nối với nhau bằng 3 dây nối N ≡ N. Nếu muốn liên kết nitơ với hydro (cid:1) amoniac thì phản ứng phải được tiến hành ở nhiệt độ 6000C và áp suất 1000 atm. Trong khi đó nhóm vi khuẩn cố định nitơ có thể biến khí nitơ thành hợp chất đạm ở các điều kiện bình thường về nhiệt độ và áp suất. Vậy cơ chế cố định của nó là như thế nào?

NH3 được hình thành đến một mức độ nào đó sẽ kìm hãm sự hoạt động của nitrogenase, nó chính là yếu tố điều hoà hoạt tính của enzyme.

07/10/2011

Quá trình cố định nitrogen

Vi khuẩn cố định nitrogen

(cid:1) Ở vi khuẩn cố định nitơ sống cộng sinh với cây bộ đậu, cơ chế cố định nitơ có phần nào phức tạp hơn vì nó có liên quan đến thực vật

(cid:1) Thực vật tạo ra Leghemoglobin, chất này đóng vai trò chuỗi chuyển điện tử từ quá trình quang hợp của cây vào nitrogenase của vi khuẩn

(cid:1) Vi khuẩn cố định nitơ cộng sinh với cây bộ đậu còn gọi là vi khuẩn nốt sần. Chúng hình thành những nốt sần ở rễ cây, đôi khi ở cả thân cây phần gần với đất và cư trú trong đó.

(cid:1) Tại nốt sần, vi khuẩn tiến hành quá trình cố định nitơ, sản phẩm cố định được một phần sử dụng cho vi khuẩn và một phần sử dụng cho cây

(cid:1) Rhizobium

Quá trình cố định nitrogen

(cid:1) Azotobacter trong môi trường nhân tạo có đặc tính đa

hình: (cid:1) Khi còn non chúng có dạng trực khuẩn hình que, có tiên

(cid:1) Vi khuẩn nốt sần thuộc loại hiếu khí, ưa pH trung tính hoặc hơi kiềm, thích hợp với nhiệt độ 28 - 300C, độ ẩm 60 - 80%.

mao, có khả năng di động.

(cid:1) Khi già Azotobacter mất khả năng di động, tế bào chuyển thành dạng hình cầu, xung quanh được bao bọc bởi một lớp vỏ nhày

(cid:1) Chúng có khả năng đồng hoá các nguồn carbon khác nhau như các loại đường đơn, đường kép, acid hữu cơ, glycerin v.v...

(cid:1) Trong đất có hai họ vi khuẩn chủ yếu: Azotobacter,

Clostridium

(cid:1) Clostridium là một loại vi khuẩn kị khí sống tự do trong đất, có khả năng hình thành bào tử. Loài phổ biến nhất trong đất là Clostridium pasteurianum (cid:1) Khi còn non có khả năng di động bởi tiên mao. (cid:1) Khi già mất khả năng di động. Khi hình thành bào tử thường có hình con thoi do bào tử hình thành lớn hơn kích thước tế bào.

07/10/2011

(cid:1) Khả năng chuyển hóa các hợp chất phospho trong

tự nhiên của VSV

(cid:1) Khả năng chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh trong

tự nhiên của VSV

(cid:1) Vòng tuần hòa phospho trong tự nhiên (cid:1) Sự phân giải phospho hữu cơ trong đất do vi sinh vật

07/10/2011

(cid:1) Vi sinh vật phân giải phosphore vô cơ đều sinh CO2

(cid:1) Các hợp chất phosphore vô cơ được hình thành do quá trình phân giải lân hữu cơ phần lớn là các muối phosphate khó tan (cid:1) Cây trồng không thể hấp thu được những dạng khó tan này

(cid:1) CO2 sẽ phản ứng với H2O có trong môi trường tạo thành H2CO3. H2CO3 sẽ phản ứng với phosphate khó tan tạo thành phosphate dễ tan

(cid:1) Về cơ chế của quá trình phân giải phosphore vô cơ do

Ca3(PO4)2 + 4H2CO3 + H2O (cid:1) Ca(H2PO4)2 + H2O +

vi sinh vật cho đến nay vẫn còn nhiều tranh cãi

2Ca(HCO3)2

(cid:1) Và đại đa số đều cho rằng, VSV có khả năng phân giải

phosphore do sản sinh ra acid

- sẽ phản ứng với H+ tạo

butyricus,

(cid:1) Vi khuẩn: Bacillus megatherium,

mycoides, Pseudomonas radiobacter, P. Gracilis

(cid:1) Các vi khuẩn nitrate hoá trong đất cũng có khả năng phân giải phosphore vô cơ do nó có khả năng chuyển -. NO3 hoá NH3 thành NO3 thành HNO3. Sau đó HNO3 phản ứng với muối phosphate khó tan tạo thành dạng dễ tan.

(cid:1) Ca(H2PO4)2 + 2 Ca(NO3)2

(cid:1) Vi nấm: Aspergillus niger (cid:1) Xạ khuẩn

Ca3(PO4)2 + 4HNO3 (cid:1) Các vi khuẩn sulphate hoá cũng có khả năng phân giải phosphate khó tan do sự tạo thành H2SO4 trong quá trình sống.

Ca3(PO4)2 + 2H2SO4

(cid:1) Ca(H2PO4)2 + 2 CaSO4

07/10/2011

(cid:1) Vòng tuần hoàn lưu huỳnh trong tự nhiên (cid:1) Sự oxy hóa các hợp chất lưu huỳnh

(cid:1) Các loài vi khuẩn có khả năng oxy hoá các hợp chất lưu huỳnh theo phương thức trên là Thiobacillus thioparus và Thiobacillus thiooxidans.

a. Do vi sinh vật tự dưỡng quang năng (cid:1) Một số loài có khả năng oxy hoá các hợp chất lưu huỳnh vô cơ như thiosulfat, khí sulfua hydro và lưu huỳnh 2- nguyên chất thành dạng SO4

(cid:1) Cả 2 loài này đều sống được ở pH thấp, thường là pH = 3, đôi khi ở pH = 1 - 1,5 hai loài này vẫn có thể phát triển.

→ 2H2O + 2S + Q

(cid:1) Nhờ đặc điểm này mà người ta dùng 2 loài vi khuẩn

trên để làm tăng độ hoà tan của apatite.

2H2S + O2 2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 + Q 5Na2S2O3 + H2O + 4O2 → 5Na2SO4 + 2S2 + H2SO4 + Q

07/10/2011

(cid:1) Thiobacillus denitrificans: Có khả năng vừa khử nitrate

(cid:1) Trong đất có quá trình khử các hợp chất S vô cơ thành H2S. Quá trình này còn gọi là quá trình phản sulfat hoá. Quá trình này được tiến hành ở điều kiện kị khí, ở những tầng nước sâu.

(cid:1) Nhóm vi sinh vật tiến hành quá trình này gọi là nhóm

vi khuẩn phản sulfat hoá

vừa oxy hoá S 5S + 6KNO3 + 2CaCO3 → 3K2SO4 + 2CaSO4 + 2CO2 + 2N2 + Q (cid:1) Begiatra minima có thể oxy hoá H2S hoặc S. Trong điều kiện có nhiều H2S nó sẽ oxy hoá H2S tạo thành S tích lũy trong tế bào. Trong điều kiện thiếu H2S, các hạt S sẽ được oxy hoá đến khi S dự trữ hết thì vi khuẩn chết hoặc ở trạng thái tiềm sinh.

C6H12O6 + 3H2SO4 → 6CO2 + 6H2O + 3H2S + Q H2SO4 → H2SO3 → H2SO2 → H2SO → H2S