Vi sinh vật trong môi trường nước

Chia sẻ: Nguyen Phuonganh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

850
lượt xem 154
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các thủy vực nước ngọt như ao, hồ, hồ chứa (resevoir), kênh rạch,…là nguồn cấp nước và thủy sản quan trọng đối với đời sống con người và động vật nuôi. Hiện nay do sự phát triển kinh tế ồ ạt đã tạo ra sự ô nhiễm báo động đối với môi trường nói chung và các loại hình ao, hồ nói riêng.

Chủ đề:

Bình luận(1) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Vi sinh vật trong môi trường nước

VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC I/ KHÁI NIỆM VỀ VI SINH VẬT: Vi sinh vật là những cấu rúc nhỏ nhất của cơ thể sống, nhưng nó lại phân bố rộng nhất và tham gia vào mọi quá trình sống mà bằng mắt thường chúng ta không thể thấy được. vi sinh vật vô cùng phong phú và đa dạng về cả chủng loại và hình thù Với một mức độ,và thành phần các vi sinh vật thích hợp thì chúng rất quan trọng trong nước như phân hủy chất hữu cơ,tạo nguồn ôxi, cố định ni tơ còn không no gây ra cũng không ít tác hại như ô nhiễm,phá hoại. Các thủy vực nước ngọt như ao, hồ, hồ chứa (resevoir), kênh rạch,…là nguồn cấp nước và thủy sản quan trọng đối với đời sống con người và động vật nuôi. Hiện nay do sự phát triển kinh tế ồ ạt đã tạo ra sự ô nhiễm báo động đối với môi trường nói chung và các loại hình ao, hồ nói riêng. Người ta từng cảnh báo nhiều lần về sự đổi mầu và mùi của nước, tiếp theo là các biểu hiện khác như động vật thủy sinh chết hàng loạt,… Đó là những biểu hiện điển hình của một thủy vực đã bị ô nhiễm. Nguyên nhân chính là sự phát triển qúa độ của một số loài tảo và vi khuẩn lam (Cyanobacteria) ưa kiềm và hàm lượng dinh dưỡng cao trong môi trường sống. Chúng ta có thể quan sát thấy rõ hiện tượng này qua sự phát triển quá độ của Microcystis và một số vi khuẩn lam khác trong hồ Hoàn Kiếm và nhiều hồ khác ở Hà Nội. Hơn nữa, nhiều loài vi khuẩn lam còn chứa độc tố gây hại cho sinh vật khác và con người. II/ VI SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG NƯỚC: 1. Các nguồn vi sinh vật trong môi trường nước - Có thể từ đất do bụi bay lên, nguồn nước này chủ yếu bị nhiễm vi sinh vật trên bề mặt. - Có thể do nước mưa sau khi chảy qua những vùng đất khác nhau cuôns theo nhiều vi sinh vật nơi nước chảy qua. - Do nước ngầm hoặc nguồn nước khác qua những nơi nhiễm bẩn nghiêm trọng. - Số lượng và thành phần vi sinh vật thấy trong nước mang đặc trưng vùng đất bị nhiễm mà nước chảy qua. Ở môi trường nước ngọt, đặc biệt là những nơi luôn có sự nhiễm khuẩn từ đất, hầu hết các nhóm vi sinh vật có trong đất đều có mặt trong nước, tuy nhiên với tỷ lệ khác biệt. Nước ngầm và nước suối thường nghèo vi sinh vật nhất do ở những nơi này nghèo chất dinh dưỡng. Trong các suối có hàm lượng sắt cao thường chứa các vi khuẩn sắt như Leptothrix ochracea. Ở các suối chứa lưu huỳnh thường có mặt nhóm vi khuẩn lưu huỳnh màu lục hoặc màu tía. Những nhóm này đều thuộc loại từ dưỡng hoá năng và quang năng. Ở những suối nước nóng thường chỉ tồn tại các nhóm vi khuẩn ưa nhiệt như Leptothrix thermalis. Ở ao, hồ và sông do hàm lượng chất dinh dưỡng cao hơn nước ngầm và suối nên số lượng và thành phần vi sinh vật phong phú hơn nhiều. Ngoài những vi sinh vật tự dưỡng còn có rất nhiều các nhóm vi sinh vật dị 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 bị 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 gian nhất định nhưng nguồn nước thải lại được đổ vào thường xuyên nên lúc nào chúng cũng có mặt. Đây chính là nguồn ô nhiễm vi sinh nguy hiểm đối với sức khoẻ con người. Ở những thuỷ vực có nguồn nước thải công nghiệp đổ vào thì thành phần vi sinh vật cũng
bị ảnh hưởng theo các hướng khác nhau tuỳ thuộc vào tính chất của nước thải. Những nguồn nước thải có chứa nhiều axit thường làm tiêu diệt các nhóm vi sinh vật ưa trung tính có trong thuỷ vực. Tuy cũng là môi trường nước ngọt nhưng sự phân bố của vi sinh vật ở hồ và sông rất khác nhau. Ở các hồ nghèo dinh dưỡng, tỷ lệ vi khuẩn có khả năng hình thành bào tử thường cao hơn so với nhóm không có bào tử. Ở các tầng hồ khác nhau sự phân bố của vi sinh vật cũng khác nhau. Ở tầng mặt nhiều ánh sáng hơn thường có những nhóm vi sinh vật tự dưỡng quang năng. Dưới đáy hồ giàu chất hữu cơ thường có các nhóm vi khuẩn dị dưỡng phân giải chất hữu cơ. Ở những tầng đáy có sự phân huỷ chất hữu cơ mạnh tiêu thụ nhiều ôxy tạo ra những vùng không có ôxy hoà tan thì chỉ có mặt nhóm kỵ khí bắt buộc không có khả năng tồn tại khi có oxy. Ở môi trường nước mặn bao gồm hồ nước mặn và biển, sự phân bố của vi sinh vâth khác hẳn so với môi trường nước ngọt do nồng độ muối ở những nơi này cao. Tuỳ thuộc vào thành phần và nồng độ muối, thành phần và số lượng vi sinh vật cũng khác nhau rất nhiều. Tuy nhiên tất cả đều thuộc nhóm ưa mặn ít có mặt ở môi trường nước ngọt. Có những nhóm phát triển được ở những môi trường có nồng độ muối cao gọi là nhóm ưa mặn cực đoan. Nhóm này có mặt ở cả các ruộng muối và các thực phẩm ướp muối. Đại diện của nhóm này là Halobacterium có thể sống được ở dung dịnh muối bão hoà. Có những nhóm ưa mặn vừa phải sống ở nồng độ muối từ 5 đến 20%, nhóm ưa mặn yếu sống được ở nồng độ dưới 5%. Ngoài ra có những nhóm chịu mặn sống được ở môi trường có nồng độ muối thấp, đồng thời cũng có thể sống ở môi trường nước ngọt. Các vi sinh vật sống trong môi trường nước mặn nói chung có khả năng sử dụng chất dinh dưỡng có nồng độ rất thấp. Chúng phát triển chậm hơn nhiều so với vi sinh vật đất. Chúng thường bám vào các hạt phù sa để sống. Vi sinh vật ở biển thường thuộc nhóm ưa lạnh, có thể sống được ở nhiệt độ từ 0 đến 40C. Chúng thường có khả năng chịu được áp lực lớn nhất là ở những vùng biển sâu. Nói chung các nhóm vi sinh vật sống ở các nguồn nước khác nhau rất đa dạng về hình thái cũng như hoạt tính sinh học. Chúng tham gia vào việc chuyển hoá vật chất cũng như các vi sinh vật sống trong môi trường đất. Ở trong môi trường nước cũng có mặt đầy đủ các nhóm tham gia vào các chu trình chuyển hoá các hợp chất cacbon, nitơ và các chất khoáng khác. Mối quan hệ giữa các nhóm với nhau cũng rất phức tạp, cũng có các quan hệ ký sinh, cộng sinh, hỗ sinh, kháng sinh như trong môi trường đất. Có quan điểm cho rằng vi sinh vật sống trong môi trường nước và đất đều có chung một nguồn gốc ban đầu. Do quá trình sống trong những môi trường khác nhau mà chúng có những biến đổi thích nghi. Chỉ cần một tác nhân đột biến cũng có thể biến từ dạng này sang dạng khác do cơ thể và bộ máy di truyền của vi sinh vật rất đơn giản so với những sinh vật bậc cao. Ngày nay các nguồn nước, ngay cả nước ngầm và nước biển ở những mức độ khác nhau đã bị ô nhiễm do các nguồn chất thải khác nhau. Do đó khu hệ vi sinh vật bị 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 bị ảnh hưởng. 2. Sự phân bố vi sinh vật trong nước: Vi sinh vật có mặt ở khắp nơi trong các nguồn nước. Sự phân bố của chúng hoàn toàn không đồng nhất mà rất khác nhau tuỳ thuộc vào đặc trưng của từng loại môi trường. Các yếu tố môi trường quan trọng quyết định sự phân bố của vi sinh vật là hàm lượng muối, chất hữu cơ, pH, nhiệt độ và ánh sáng. Nguồn nhiễm vi sinh vật cũng rất quan trọng vì ngoài những nhóm chuyên sống ở nước ta còn có những nhóm nhiễm tù các môi trường
khác vào. Ví dụ như từ đất, từ chất thải của người và động vật. Nước nguyên chất không phải là nguồn môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, vì nước nguyên chất không phải là môi trường giàu dinh dưỡng. Trong nước có hoà tan nhiều chất hữu cơ và muối khoáng khác nhau. Những chất hoà tan này rất thuận lợi cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển. 3. Các vi sinh vật trong nước thải Các vi sinh vật hiện diện trong nước thải bao gồm các vi khuẩn, vi rút, nấm, tảo, nguyên sinh động vật, các loài động và thực vật bậc cao. Các vi khuẩn trong nước thải có thể chia làm 4 nhóm lớn: nhóm hình cầu (cocci) có đường kính khoảng 1- 3 mm; nhóm hình que (bacilli) có chiều rộng khoảng 0,3 -1,5 mm chiều dài khoảng 1- 10,0 mm (điển hình cho nhóm này là vi khuẩn E. coli có chiều rộng 0,5mm chiều dài 2 mm); nhóm vi khuẩn hình que cong và xoắn ốc, vi khuẩn hình que cong có chiều rộng khoảng 0,6- 1,0 mm và chiều dài khoảng 2- 6 mm; trong khi vi khuẩn hình xoắn ốc có chiều dài có thể lên đến 50 mm; nhóm vi khuẩn hình sợi có chiều dài khoảng 100 mm hoặc dài hơn. Các vi khuẩn có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý. Do đó đặc điểm, chức năng của nó phải được tìm hiểu kỹ. Ngoài ra các vi khuẩn còn có khả năng gây bệnh và được sử dụng làm thông số chỉ thị cho việc ô nhiễm nguồn nước bởi phân. Điều này sẽ bàn kỹ trong phần sau. Nấm có cấu tạo cơ thể đa bào, sống hiếu khí, không quang hợp và là loài hóa dị dưỡng. Chúng lấy dưỡng chất từ các chất hữu cơ trong nước thải. Cùng với vi khuẩn, nấm chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải. Về mặt sinh thái học nấm có hai ưu điểm so với vi khuẩn: nấm có thể phát triển trong điều kiện ẩm độ thấp và pH. Không có sự hiện diện của nấm, chu trình carbon sẽ chậm lại và các chất thải hữu cơ sẽ tích tụ trong môi trường. Tảo gây ảnh hưởng bất lợi cho các nguồn nước mặt vì ở điều kiện thích hợp nó sẽ phát triển nhanh bao phủ bề mặt ao hồ và các dòng nước gây nên hiện tượng "tảo nở hoa". Sự hiện diện của tảo làm giảm giá trị của nguồn nước sử dụng cho mục đích cấp nước bởi vì chúng tạo nên mùi và vị. Nguyên sinh động vật có cấu tạo cơ thể đơn bào, hầu hết sống hiếu khí hoặc yếm khí không bắt buộc chỉ có một số loài sống yếm khí. Các nguyên sinh động vật quan trọng trong quá trình xử lý nước thải bao gồm các loài Amoeba, Flagellate và Ciliate. Các nguyên sinh động vật này ăn các vi khuẩn và các vi sinh vật khác do đó, nó đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng hệ vi sinh vật trong các hệ thống xử lý sinh học. Một số nguyên sinh động vật gây bệnh cho người như Giardalamblia và Cryptosporium. Động vật và thực vật bao gồm các loài có kích thước nhỏ như rotifer đến các loài giáp xác có kích thước lớn. Các kiến thức về các loài này rất hữu ích trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm của các nguồn nước cũng như độc tính của các loại nước thải. Vi rút là các loài ký sinh bắt buộc, các loại vi rút phóng thích ra trong phân người có khả năng lây truyền bệnh rất cao. Một số loài có khả năng sống đến 41 ngày trong nước và nước thải ở 20oC và 6 ngày trong nước sông bình thường. Nước thải có chứa một lượng khá lớn các sinh vật gây bệnh bao gồm vi khuẩn, vi rút, nguyên sinh động vật và các loại trùng. Nguồn gốc chủ yếu là trong phân người và gia súc. Năm 1986, Shuval và các cộng sự viên đã xếp loại các nhóm vi sinh vật này theo mức độ gây nguy hiểm của nó đối với con người. Ông cũng đưa ra nhận xét là các tác hại lên sức khỏe con người chỉ xảy ra đáng kể khi sử dụng hoặc phân tươi hoặc phân lắng chưa kỹ,
và các biện pháp xử lý thích đáng sẽ góp phần đáng kể trong việc bảo vệ sức khỏe con người. III/ SỰ PHÂN BỐ VI SINH VẬT TRONG NƯỚC: 1.Sự phân bố của vi sinh vật trong nước Vi sinh vật có mặt khắp nơi trong nguồn nước. Các yếu tố môi trường quan trọng quyết định sự phân bố của vi sinh vật là: hàm lượng muối, chất hữu cơ, pH, nhiệt độ và ánh sang Trong nước vi sinh vật được phân bố nhiều ở vùng duyên hải, vùng nước nông và ngay cả ở vùng nước sâu, vùng đáy ao hồ,… Số lượng và số loài vsv trong nước phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhất là hàm lượng chất hữu cơ có trong nước, các chất độc hại, tia tử ngoại, pH môi trừong, những yếu tố có tính chất quyết định đến sự tăng khối lượng vsv như các chất dinh dưỡng Trong nước có nhiều loại vsv: vi khuẩn, nấm men, xoắn thể, nhưng chủ yếu vẫn là vi khuẩn. a.Sự phân bố trong các suối suối Ở các vùng suối song: hệ vsv và số lượng vsv luôn thay đổi. Ở gần thành phố: số lượng và thành phần vi khuẩn phong phú, còn ở phia xa thành phố thì số lượng của chúng giảm đi. Ở những vùng song bị nhiễm nước thải, số lượng tế bào nấm men tương đối lớn. b. sự phân bố ở ao hồ Ở các tầng hồ khác nhau sự phân bố của vsv cũng khác nhau.Ở tầng mặt nhiều ánh sangs hơn thường có những nhóm vsv tự dưỡng năng. Dưới đáy hồ thường có nhóm vsv dị dưỡng phân giải chất hữu cơ. Ở dưới tầng đáy thì chỉ có mặt nhóm yếm khí bắt buộc không có khả năng tồn tại khi có oxi Trong các hồ sạch, số lượng vi khuẩn lớn nhất thường đạt vào thời gian mà chất dinh dưỡng sinh ra lớn nhất Càng xa bờ hàm lượng vsv càng giảm Ở các tằng hồ khác nhau sự phân bố vsv cũng khác nhau. c. Sự phân bố trong biển Tùy thuộc vào thành phần và nồng độ muối, thành phần và số lượng vsv khác nhau rất nhiều. Các vsv sống trong môi trường nước mặn có khả năng sử dụng chất dinh dưỡng có nồng độ thấp. Chúng phát triển chậm hơn nhiều so với vsv đất. Chúng thường bám vào các hạt phù sa để sống. Số lượng vsv gần bờ thường nhiều hơn ở xa bờ, càng xa bờ số lượng vsv càng giảm nhanh d. Sự phân bố trong phần lắng đọng trong các thủy nội địa Số lượng vsv trong thủy vực tăng mạnh trong thời gian những cơn mưa lớn, những ngày nắng thì số lượng vsv giảm đi.
Tại các lớp bùn trên cùng trong các thủy vực, đặc biệt là trong các hồ có rất nhiều vsv. 2. Vi sinh vật gây bệnh trong nước Sinh vật có mặt trong môi trường nước ở nhiều dạng khác nhau. Bên cạnh các sinh vật có ích có nhiều nhóm sinh vật gây bệnh hoặc truyền bệnh cho người và sinh vật. Trong số này, đáng chú ý là các loại vi khuẩn, siêu vi khuẩn và ký sinh trùng gây bệnh như các loại ký sinh trùng bệnh tả, lỵ, thương hàn, sốt rét, siêu vi khuẩn viêm gan B, siêu vi khuẩn viêm não Nhật bản, giun đỏ, trứng giun v.v... Nguồn gây ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu là phân rác, nước thải sinh hoạt, xác chết sinh vật, nước thải các bệnh viện v.v... Để đánh giá chất lượng nước dưới góc độ ô nhiễm tác nhân sinh học, người ta thường dùng chỉ số coliform. Đây là chỉ số phản ánh số lượng trong nước vi khuẩn coliform, thường không gây bệnh cho người và sinh vật, nhưng biểu hiện sự ô nhiễm nước bởi các tác nhân sinh học. Để xác định chỉ số coliform người ta nuôi cấy mẫu trong các dung dịch đặc biệt và đếm số lượng chúng sau một thời gian nhất định. Ô nhiễm nước được xác định theo các giá trị tiêu chuẩn môi trường. Hiện tượng trên thường gặp ở các nước đang phát triển và chậm phát triển trên thế giới. Theo báo cáo của Ngân hàng thế giới năm 1992, nước bị ô nhiễm gây ra bệnh tiêu chảy làm chết 3 triệu người và 900 triệu người mắc bệnh mỗi năm. Đã có năm số người bị mắc bệnh trên thế giới rất lớn như bệnh giun đũa 900 triệu người, bệnh sán máng 600 triệu người. Để hạn chế tác động tiêu cực của ô nhiễm vi sinh vật nguồn nước mặt, cần nghiên cứu các biện pháp xử lý nước thải, cải thiện tình trạng vệ sinh môi trường sống của dân cư, tổ chức tốt hoạt động y tế và dịch vụ cộng. Một khám phá gây ngạc nhiên do các nhà khoa học thuộc viện Carngie phát hiện đã mang lại bước tiến mới cho nghiên cứu về quá trình quang hợp vốn được cho là một quá trình sinh học quan trọng nhất trên Trái đất. hai nghiên cứu do Arthur Grossman cùng đồng nghiệp thực hiện đã cho thấy một số loại vi sinh vật sống dưới biển đã tiến hóa một phương thức quang hợp không tuân theo quy luật kể trên. Chúng tạo ra được một phần năng lượng đáng kể mà không cần hấp thụ khí cacbonic hay giải phóng khí oxi. Khám phá của Arthur Grossman không chỉ gây chấn động đến những hiểu biết cơ bản của các nhà khoa học về quá trình quang hợp, mà nó còn có thể giúp giải đáp tại sao các vi sinh vật sống dưới biển lại làm cho tỉ lệ khí cacbonic trong bầu khí quyển tăng lên. Dòng vsv lien quan tới bệnh truyền qua đương nước
Grossman và nhóm của ông đã tiến hành nghiên cứu quá trình quang hợp ở loài vi khuẩn biển Synechococcus – một dạng vi khuẩn có thể quang hợp có tên chung là cyanobacteria (trước đây thường được gọi là tảo lục). Những sinh vật đơn bào này thống trị toàn bộ các sinh vật phù du trên các đại dương trên toàn thế giới, chúng cũng là những thành viên đóng góp quan trọng cho năng suất cơ bản toàn cầu. Grossman và đồng nghiệp của ông muốn tìm hiểu cách thức Synechococcus phát triển ở những vùng nước nghèo sắt chiếm đa phần diện tích các đại dương; trong khi quá trình quang hợp bình thường đòi hỏi sự tham gia của sắt với tỉ lệ cao. Một số người khác cho rằng ôxi có vai trò tiềm năng trong việc tiếp nhận electron từ các bộ máy quang hợp nhằm thay thế cho khí cacbonic. Tuy nhiên nhóm nghiên cứu của Grossman đã chứng minh hoạt động này rất có ý nghĩa khi tiến hành ở những vùng biển nghèo dinh dưỡng vốn bao phủ đến một nửa diện tích của đại dương. Grossman cho biết: “Dù ít hay nhiều thì dường như vi khuẩn Synechococcus tại những đại dương nghèo dinh dưỡng cũng đã giải quyết được vấn đề với sắt bằng cách bỏ qua quá trình quang hợp thông thường. Chúng đã bỏ qua những bước có sự tham gia của sắt trong quá trình quang Các tế bào có hình xúc xích là vi khuẩn đơn hợp. Và đó cũng là những bước mà khí bào Synechococcus còn những sợi tơ thực cacbonic được hấp thụ từ bầu khí quyển”. chất là vi khuẩn xanh không có lưu huỳnh. Shaun Bailey – nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ (Ảnh: Richard W. Castenholz, đại học cùng hợp tác trong dự án – cho biết: Oregon) “Chúng tôi đã sớm nhận ra những điều khác biệt ở vi khuẩn Synechococcus. Việc hấp thụ khí cacbonic và hoạt động quang hợp ở loài vi khuẩn này không ăn khớp với nhau. Do đó chúng tôi biết rằng có thứ gì đó không phải khí cacbonic đang được sử dụng trong quá trình quang hợp. Và quả thực đó là khí oxi”. Các nhà nghiên cứu đã nhận diện được một loại enzym tham gia vào quá trình này là PTOX (plastoquinol terminal oxidase). Trong quá trình quang hợp thông thường, năng lượng ánh sáng làm phân rã phân tử nước, giải phóng khí oxi và cung cấp electron được sử dụng nhằm cố định khí cacbonic lấy từ khí quyển rồi tạo ra các phân tử giàu năng lượng – ví dụ như đường. Đối với quá trình mới được phát hiện, một phần lớn các electron này không được sử dụng để cố định khí cacbonic, thay vào đó chúng lại gắn kết các phân tử nước với nhau nên tạo ra ít oxi hơn trong quá trình quang hợp. IV/ NGHIÊN CỨU VỀ SỰ QUANG HỢP CỦA VI SINH VẬT TRONG NƯỚC: Vi sinh vật bỏ qua bước giải phóng khí oxi, hấp thụ khí cacbonic trong quá trình quang hợp Nhờ quang hợp thực vật, tảo vàmột số loại vi khuẩn đã cung cấp năng lượng cho hầu hết các sinh vậtsống bằng cách tạo ra thức ăn từ ánh sáng mặt trời. Trong quá trìnhquang hợp, những sinh vật này giải phóng khí oxi và hấp thụ khícacbonic.
Tuy nhiên hai nghiên cứu do Arthur Grossman cùngđồng nghiệp thực hiện đã cho thấy một số loại vi sinh vật sống dướibiển đã tiến hóa một phương thức quang hợp không tuân theo quy luật kểtrên. Chúng tạo ra được một phần năng lượng đáng kể mà không cần hấpthụ khí cacbonic hay giải phóng khí oxi. Hai nghiên cứu này đã đượcđăng tải trên tờ Biochimica et Biophysica Acta and Limnology andOceanography. Khám phá của Arthur Grossman không chỉ gây chấn động đếnnhững hiểu biết cơ bản của các nhà khoa học về quá trình quang hợp, mànó còn có thể giúp giải đáp tại sao các vi sinh vật sống dưới biển lạilàm cho tỉ lệ khí cacbonic trong bầu khí quyển tăng lên. Grossman và nhóm của ông đã tiến hành nghiên cứu quá trình quang hợp ở loài vi khuẩn biển Synechococcus– một dạng vi khuẩn có thể quang hợp có tên chung là cyanobacteria(trước đây thường được gọi là tảo lục). Những sinh vật đơn bào này thống trị toàn bộ các sinh vật phù du trên các đại dương trên toàn thếgiới, chúng cũng là những thành viên đóng góp quan trọng cho năng suấtcơ bản toàn cầu. Grossman và đồng nghiệp của ông muốn tìm hiểu cáchthức Synechococcus phát triển ở những vùng nước nghèo sắt chiếm đa phầndiện tích các đại dương; trong khi quá trình quang hợp bình thường đòihỏi sự tham gia của sắt với tỉ lệ cao. Một số người khác cho rằng ôxicó vai trò tiềm năng trong việc tiếp nhận electron từ các bộ máy quanghợp nhằm thay thế cho khí cacbonic. Tuy nhiên nhóm nghiên cứu củaGrossman đã chứng minh hoạt động này rất có ý nghĩa khi tiến hành ởnhững vùng biển nghèo dinh dưỡng vốn bao phủ đến một nửa diện tích củađại dương. Grossman cho biết: “Dù ít hay nhiều thì dường như vikhuẩn Synechococcus tại những đại dương nghèo dinh dưỡng cũng đã giảiquyết được vấn đề với sắt bằng cách bỏ qua quá trình quang hợp thôngthường. Chúng đã bỏ qua những bước có sự tham gia của sắt trong quátrình quang hợp. Và đó cũng là những bước mà khí cacbonic được hấp thụtừ bầu khí quyển”. Shaun Bailey – nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ cùng hợp tác trong dự án – cho biết: “Chúngtôi đã sớm nhận ra những điều khác biệt ở vi khuẩn Synechococcus. Việchấp thụ khí cacbonic và hoạt động quang hợp ở loài vi khuẩn này khôngăn khớp với nhau. Do đó chúng tôi biết rằng có thứ gì đó không phải khícacbonic đang được sử dụng trong quá trình quang hợp. Và quả thực đó làkhí oxi”. Các nhà nghiên cứu đã nhận diện được một loại enzym tham gia vào quá trình này là PTOX(plastoquinol terminal oxidase). Họ cũng nhấn mạnh rằng quá trình quanghợp mới cần phải được cân nhắc trong việc tìm hiểu năng suất cơ bản củahệ sinh thái đại dương. Trong quá trình quang hợpthông thường, năng lượng ánh sáng làm phân rã phân tử nước, giải phóngkhí oxi và cung cấp electron được sử dụng nhằm cố định khí cacbonic lấytừ khí quyển rồi tạo ra các phân tử giàu năng lượng – ví dụ như đường.Đối với quá trình mới được phát hiện, một phần lớn các electron nàykhông được sử dụng để cố định khí cacbonic, thay vào đó chúng lại gắnkết các phân tử nước với nhau nên tạo ra ít oxi hơn trong quá trìnhquang hợp. Bailey nói rằng: “Dường như những sinh vật nàyđang tiến hành một chu trình biến nước thành nước không hiệu quả dướitác động của ánh sáng. Thế nhưng điều đó không hẳn là đúng vì chu trìnhkhác thường này cũng là một cách sử dụng ánh sáng để tạo ra năng lượngtrong khi vẫn bảo vệ các bộ máy quang hợp khỏi những tổn hại có thể gâyra bởi việc hấp thụ ánh sáng”. Tạo ra năng lượng từ chu trình biến nước thành nướcdưới tác động của ánh sáng giữ một vai trò thiết yếu do vi khuẩncyanobacteria sử dụng năng lượng để thu nhận nguồn cung
cấp dinh dưỡngít ỏi trong môi trường sống của chúng. Hiện tượng mới mẻ này đã đượcnghiên cứu sinh Kate Mackey chứng minh là có xảy ra trong tự nhiên.Kate Mackey đã tiến hành những nghiên cứu trực tiếp về quang hợp trêncác mẫu nghiên cứu lấy từ Thái Bình Dương và Đại Tây Dương. Mackey cho biết: “Môi trường nghèo dinh dưỡng,nghèo sắt chiếm khoảng một nửa diện tích của các đại dương trên thếgiới. Điều đó cho thấy một tỉ lệ lớn bề mặt Trái đất được sử dụng choquá trình quang hợp. Phát hiện của chúng tôi cho thấy chu trình khácthường này xảy ra ở hai lòng chảo đại dương chính; đồng thời nó cũngchỉ ra rằng nguồn năng lượng trọng yếu lấy từ ánh sáng mặt trời khôngtiến hành đồng thời với việc cố định khí cacbonic trong quá trình quanghợp. Thế có nghĩa là các sinh vật quang hợp ở đại dương hấp thụ ít khí cacbonic lấy từ bầu khí quyển hơn so với những gì chúng ta vẫn nghĩ”. Joe Berry thuộc khoa Sinh thái toàn cầu - Viện Carnegie cho biết: “Khámphá này mang lại những thay đổi trong nhận thức của chúng ta về quátrình quang hợp ở các sinh vật sống tại những vùng biển rộng lớn nhưngnghèo dinh dưỡng. Chúng ta vẫn cho rằng giống như thực vật bậc cao, mụctiêu của quá trình quang hợp là tạo ra cacbonhyđrat từ khí cacbonic rồilưu trữ để sử dụng về sau với vai trò là một nguồn năng lượng cho mộtsố các chức năng tế bào hoặc nhằm phát triển. Nhưng bây giờ chúng ta đãbiết một số sinh vật đã bỏ qua quá trình phức tạp này. Chúng sử dụngánh sáng ở mức tối thiểu để cung cấp năng lượng cho các chu trình tếbào qua bộ máy quang hợp đơn giản hơn, tiết kiệm hơn khi môi trườngthiếu chất dinh dưỡng như sắt. Chúng tôi chưa biết tường tận ý nghĩacủa hiện tượng này, nhưng chắc chắn nó sẽ làm thay đổi cách chúng tahiểu về khuôn khổ quang học của các sắc tố quang hợp trong đại dương vàcả cách thức chúng ta xây dựng mô hình năng suất đại dương nữa”. Wolf Frommer – giám đốc khoa Sinh học thực vật, Viện Carnegie – tán đồng với tầm quan trọng mang tính nhảy vọt của khám phá. “Nếuchúng ta nghĩ rằng mình đã hiểu được quá trình quang hợp, nghiên cứutrên đã cho thấy còn rất nhiều điều chúng ta cần tìm hiểu về những chutrình sinh lý cơ bản này. Nghiên cứu do phòng thí nghiệm của Grossmanthực hiện cùng với những bằng chứng trước đó do Greg Vanlerberghe thuộcĐại học Toronto đưa ra đã chứng minh rằng gen mã hóa enzym PTOX dườngnhư phổ biến rộng rãi ở nhóm vi khuẩn đại dương cyanobacteria. Nó sẽtạo ra nền móng vững chắc để xây dựng mô hình năng suất cơ bản ở đạidương”. V/ TÁC HẠI CỦA VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC: 1. Vi sinh vật gây ô nhiễm nguồn nước: Sinh vật có mặt trong môi trường nước ở nhiều dạng khác nhau. Bên cạnh các sinh vật có ích có nhiều nhóm sinh vật gây bệnh hoặc truyền bệnh cho người và sinh vật. Trong số này, đáng chú ý là các loại vi khuẩn, siêu vi khuẩn và ký sinh trùng gây bệnh như các loại ký sinh trùng bệnh tả, lỵ, thương hàn, sốt rét, siêu vi khuẩn viêm gan B, siêu vi khuẩn viêm não Nhật bản, giun đỏ, trứng giun v.v... Nguồn gây ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu là phân rác, nước thải sinh hoạt, xác chết sinh vật, nước thải các bệnh viện v.v... Ðể đánh giá chất lượng nước dưới góc độ ô nhiễm tác nhân sinh học, người ta thường dùng chỉ số coliform. Ðây là chỉ số phản ánh số lượng trong nước vi khuẩn coliform, thường không gây bệnh cho người và sinh vật, nhưng biểu hiện sự ô nhiễm nước bởi các tác nhân sinh học. Ðể xác định chỉ số
coliform người ta nuôi cấy mẫu trong các dung dịch đặc biệt và đếm số lượng chúng sau một thời gian nhất định. Ô nhiễm nước được xác định theo các giá trị tiêu chuẩn môi trường. Hiện tượng trên thường gặp ở các nước đang phát triển và chậm phát triển trên thế giới. Theo báo cáo của Ngân hàng thế giới năm 1992, nước bị ô nhiễm gây ra bệnh tiêu chảy làm chết 3 triệu người và 900 triệu người mắc bệnh mỗi năm. Ðã có năm số người bị mắc bệnh trên thế giới rất lớn như bệnh giun đũa 900 triệu người, bệnh sán máng 600 triệu người. Ðể hạn chế tác động tiêu cực của ô nhiễm vi sinh vật nguồn nước mặt, cần nghiên cứu các biện pháp xử lý nước thải, cải thiện tình trạng vệ sinh môi trường sống của dân cư, tổ chức tốt hoạt động y tế và dịch vụ cộng. 2. Vi sinh vật gây hại đến nuôi trồng thủy sản: Các loại vi sinh vật có hại trong nước là nguyên nhân chủ yếu gây nên các bệnh ở thủy sản. Sau đây là những bệnh thường gặp ở một số loại thủy sản có nguyên nhân từ vi sinh vật. 2.1. Bệnh nhiễm khuẩn: - Nhiễm khuẩn huyết do vi khuẩn Aeromonas. -Bệnh nhiễm khuẩn do Pseudomonas (bệnh đốm đỏ) -Bệnh nhiễm khuẩn huyết do Edwardsiella (Edwarsiellosis) 2.2. Bệnh trắng da: (bệnh mất nhớt) do vi khuẩn Pseudomonas dermoalba gây ra. 2.3. Hội chứng lở loét ở cá( Epizootic Ulcerative Syndrome) Virus có tên Rhabdovirus trên cá bệnh. Nấm: nấm không phải là tác nhân gây bệnh, song sự cảm nhiễm nấm sẽ làm gia tăng mức độ trầm trọng của bệnh, tăng tỷ lệ chết. Một số loài nấm được phân lập từ vết loét của cá thuộc giống Aphanomyces, Achlya và Saprolegnia. 2.4. Bệnh Thối Vây ( Columnaris Disease): do vi khuẩn Flexibacter columnaris, gram âm gây ra. 2.5. Bệnh trắng đuôi: do vi khuẩn Pseudomonas dermoalba gây ra. vi khuẩn tấn công vào da khi trên da cá bị tổn thương. 2.6. Bệnh Nấm Mang: do nấm thuộc Branchiomyces gây nên. Ao, hồ nước đọng, có nhiều chất hữu cơ, tảo phát triển đày đặc, thả nuôi với mật độ cao sẽ tạo điều kiện cho nấm phát triển và gây bệnh. VI/ VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG NƯỚC: 1. Các vi sinh vật chỉ thị việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân: Coliforms và Fecal Coliforms: Coliform là các vi khuẩn hình que gram âm có khả năng lên men lactose để sinh ga ở nhiệt độ 35 ± 0.5oC, coliform có khả năng sống ngoài đường ruột của động vật (tự nhiên), đặt biệt trong môi trường khí hậu nóng. Nhóm vi khuẩn coliform chủ yếu bao gồm các giống như Citrobacter, Enterobacter, Escherichia, Klebsiella và cả Fecal coliforms (trong đó E. Coli là loài thường dùng để chỉ định việc ô nhiễm nguồn nước bởi phân). Chỉ tiêu tổng coliform không thích hợp để làm chỉ tiêu chỉ thị cho việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân. Tuy nhiên việc xác định số lượng Fecal coliform có thể sai lệch do có một số vi sinh vật (không có nguồn gốc từ phân) có thể phát triển ở nhiệt độ 44oC. Do đó số lượng E. coli được coi là một chỉ tiêu thích hợp nhất cho việc quản lý nguồn nước. Fecal streptococci: nhóm này bao gồm các vi khuẩn chủ yếu sống trong đường ruột của
động vật như Streptococcus bovis và S. equinus; một số loài có phân bố rộng hơn hiện diện cả trong đường ruột của người và động vật nhu S. faecalis và S. faecium hoặc có 2 biotype (S. faecalis var liquefaciens và loại S. faecalis có khả năng thủy phân tinh bột). Các loại biotype có khả năng xuất hiện cả trong nước ô nhiễm và không ô nhiễm. Việc đánh giá số lượng Faecal streptococci trong nước thải được tiến hành thường xuyên; tuy nhiên nó có các giới hạn như có thể lẫn lộn với các biotype sống tự nhiên; F. streptococci rất dễ chết đối với sự thay đổi nhiệt độ. Các thử nghiệm về sau vẫn khuyến khích việc sử dụng chỉ tiêu này, nhất là trong việc so sánh với khả năng sống sót của Salmonella. Ở Mỹ, số lượng 200 F. coliform/100 mL là ngưỡng tới hạn trong tiêu chuẩn quản lý các nguồn nước tự nhiên để bơi lội. Clostridium perfringens: đây là loại vi khuẩn chỉ thị duy nhất tạo bào tử trong môi trường yếm khí; do đó nó được sử dụng để chỉ thị các ô nhiễm theo chu kỳ hoặc các ô nhiễm đã xảy ra trước thời điểm khảo sát do độ sống sót lâu của các bào tử. Trong việc tái sử dụng nước thải chỉ tiêu này được đánh giá là rất hiệu quả, do các bào tử của nó có khả năng sống sót tương đương với một số loại vi rút và trứng ký sinh trùng. Việc phát hiện, xác định từng loại vi sinh vật gây bệnh khác rất khó, tốn kém thời gian và tiền bạc. Do đó để phát hiện nguồn nước bị ô nhiễm bởi phân người ta dùng các chỉ định như là sự hiện diện của Fecal Coliforms, Fecal Streptocci, Clostridium perfringens và Pseudomonas acruginosa. Cũng cần phải nói thêm rằng mối quan hệ giữa sự chết đi của các vi sinh vật chỉ thị và vi sinh vật gây bệnh chưa được thiết lập chính xác. Ví dụ khi người ta không còn phát hiện được Fecal Coliform nữa thì không có nghĩa là tất cả các vi sinh vật gây bệnh đều đã chết hết. Trong quá trình thiết kế các hệ thống xử lý các nhà khoa học và kỹ thuật phải hạn chế tối đa các ảnh hưởng của chất thải tới sức khoẻ cộng đồng. Mỗi nước, mỗi địa phương thường có những tiêu chuẩn riêng để kiểm tra khống chế. Do kinh phí và điều kiện có giới hạn các Sở KHCN & MT thường dùng chỉ tiêu E. coli hoặc tổng coliform để qui định chất lượng các loại nước thải. Số lượng coliform hay E. coli được biểu diễn bằng số khả hữu MPN (Most Probable Number). Và sau khi có kết quả nuôi cấy ta có thể dùng công thức Thomas để tính số MPN: trong đó Np: số ống nghiệm phát hiện coliform (possitive) Vn: thể tích mẫu trong các ống nghiệm không phát hiện coliform (negative) Vt: tổng thể tích mẫu trong tất cả các ống nghiệm. 2. Các vi sinh vật chỉ thị dùng để quản lý cho các nguồn nước có mục đích sử dụng khác nhau Đôi khi chúng ta cần phải xác định là nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân người hay phân gia súc để có những biện pháp quản lý thích hợp. Khi đó người ta thường sử dụng tỉ lệ Fecal coliform trên Fecal streptococci. Các số liệu về tỉ lệ Fecal coliform/Fecal streptococci được trình bày trong bảng (xem bảng 1) - pH của mẫu phải từ 4 - 9 để bảo đảm không có ảnh hưởng xấu đến cả hai nhóm vi khuẩn này. - Mỗi mẫu phải được đếm í nhất 2 lần. - Để giảm thiểu sai số do tỉ lệ chết khác nhau, mẫu phải được lấy tại nơi cách nguồn gây
ô nhiễm không quá 24 h (tính theo vận tốc dòng chảy). - Chỉ những cá thể Fecal coliform phát hiện ở phép thử ở 44oC mới được dùng để tính tỉ lệ FC/FS Bảng 1:Loại và số lượng các vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý Sinh vật Số lượng cá thể/mL Tổng coliform 105 - 106 Fecal coliform 104 - 105 Fecal streptococci 105 - 104 Enterococci 102 - 103 Shigella Hiện diện Salmonella 100 - 102 Pseudomonas aeroginosa 101 - 102 Clostrium perfringens 101 - 103 Mycobacterium tuberculosis Hiện diện Cyst nguyên sinh động vật 101 - 103 Cyst của Giardia 10-1 - 102 Cyst của Cryptosporium 10-1 - 101 Trứng ký sinh trùng 10-2 - 101 Vi rút đường ruột 101 - 102 Mức độ nhiễm bẩn vi sinh vật của nguồn nước phụ thuộc nhiều vào tình trạng vệ sinh trong khu dân cư và nhất là các bệnh viện. Đối với nước thải bệnh viện, bắt buộc phải xử lý cục bộ trước khi xả vào hệ thống thoát nước chung hoặc trước khi xả vào sông hồ. Nguồn nước bị nhiễm bẩn sinh học không sử dụng để uống được, thậm chí nếu số lượng vi khuẩn gây bệnh đủ cao thì nguồn nước này cũng không thể dùng cho mục đích giải trí như bơi lội, câu cá được. Các loài thủy sản trong khu vực ô nhiễm không thể sử dụng làm thức ăn tươi sống được vì nó là ký chủ trung gian của các ký sinh trùng gây bệnh. VII/ KẾT LUẬN: Theo các nhà khoa học thì chúng ta mới chỉ biết khoảng 10% các loại vi sinh vật. Thế giới vi sinh vật còn muôn điều kỳ thú để chúng ta tìm khám phá. việc ứng dụng vẫn còn hạn chế do đó việc tìm kiếm và tìm hiểu vai trò của nó trong môi trường sống là tối cần thiết. trong môi trường nước quá rộng lớn chúng ta đã biết khá nhiều loài đặc trưng và vai trò chủ yếu của nó. Tóm lại trên đây là những vi sinh vật trong nước và những vai trò của nó. Tuy nhiên chúng ta hiểu rằng vi sinh vật đem lại cho ta nhiều lợi ích nhưng cũng gây hại đến chúng ta không kém. Do đó hiện nay các nhà khoa học đang tìm cách mở rộng ứng dụng của vi sinh vật đồng thời hạn chế những mối nguy hại mà nó gây ra.