Bài giảng Vi sinh môi trường (Phần 1)
ÑAÏI HOÏC NOÂNG LAÂM TP. HOÀ CHÍ MINH
KHOA MOÂI TRÖÔØNG VAØ TAØI NGUYEÂN
WX
TS. Leâ Quoác Tuaán
Baøi giaûng
VI SINH moâi tröôøng
Löu haønh noäi boä
-2009-
GIÔÙI THIEÄU
Vi sinh vaät hoïc moâi tröôøng laø ngaønh nghieân cöùu caùc ñoái vi sinh vaät toàn taïi
trong moâi tröôøng töï nhieân vaø nhaân taïo. Nguoàn goác cuûa caùc nghieân cöùu baét ñaàu töø söï
quan saùt cuûa Antony van Leeuwenhoek (1677). Van Leeuwenhoek ñaõ söû duïng moät
kính hieån vi ñeå khaùm phaù nhöõng gì maø oâng goïi laø “nhöõng ñoäng vaät nhoû” chuùng soáng
vaø sinh saûn trong nöôùc möa, nöôùc gieáng, nöôùc bieån vaø nöôùc baêng tan. Trong suoát
nhieàu theá kyû, söï hieåu bieát cuûa chuùng ta veà vi sinh vaät moâi tröôøng döïa treân nhöõng
quan saùt chi tieát vaø caùc thí nghieäm vôùi söï giuùp ñôõ cuûa kính hieån vi vaø caùc coâng cuï
hoaù sinh cuõng nhö toaùn hoïc hieän ñaïi.
Nhieàu nghieân cöùu cuûa van Leeuwenhoek döïa vaøo vieäc kieåm tra caùc maãu vaät
ñöôïc ñaët trong oáng nghieäm, trong chai thuyû tinh taïi nhaø oâng. Hieän taïi, ngöôøi ta cho
raèng oâng ñaõ taïo neân moät moâi tröôøng nhaân taïo, cuõng nhôø ñoù maø ngaøy nay chuùng ta coù
nhöõng kyõ thuaät nuoâi caáy vi sinh vaät trong phong thí nghieäm ñeå xaùc ñònh caáu truùc
cuõng nhö chöùc naêng cuûa chuùng.
Nhö chuùng ta ñaõ bieát vi sinh vaät hieän dieän khaép nôi, trong ñaát, trong nöôùc,
khoâng khí, trong cô theå sinh vaät khaùc, ñaëc bieät chuùng coù theå toàn taïi trong nhöõng moâi
tröôøng khaéc nghieät nhaát. Chuùng ñoùng moät vai troø quan troïng trong voøng tuaàn hoaøn
vaät chaát. Vì theá, chuùng ñöôïc xem laø laø moät maéc xích quan trong trong quaù trình
chuyeån hoaù vaät chaát.
Trong phaàn vi sinh vaät moâi tröôøng naøy, chuùng ta seõ tìm hieåu caùc quaù trình
chuyeån hoaù vaät chaát trong moâi tröôøng töï nhieân vaø nhaân taïo. Qua ñoù, coù theå naém baét
ñöôïc caùc quy luaät chuyeån hoaù chaát höõu cô vaø voâ cô bôûi vi sinh vaät nhaèm ñieàu khieån
vaø aùp duïng chuùng moät caùch hieäu trong caùc coâng trình xöû lyù chaát thaûi. Nghieân cöùu söï
taùc ñoäng töông hoã giöõa caùc cô theå vi sinh vaät, giöõa vi sinh vaät vaø moâi tröôøng (caùc taùc
nhaân lyù hoaù vaø sinh hoïc) nhaèm kieåm soaùt söï phaùt trieån cuûa chuùng, vaø nhaèm taêng cao
hieäu quaû xöû lyù chaát thaûi cuûa chuùng khi ñöôïc aùp duïng. Töø ñoù chuùng ta seõ coù nhöõng
hieåu bieát ñuùng ñaén veà vi sinh vaät vaø taàm quan troïng cuûa chuùng trong moâi tröôøng töï
nhieân cuõng nhö nhaân taïo.
W
X
Khoa Moâi Tröôøng vaø Taøi Nguyeân
Ñaïi Hoïc Noâng Laâm TP. HCM
MUÏC LUÏC
Chöông 1. Söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong moâi tröôøng
1.1. Moâi Tröôøng ñaát vaø söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong ñaát
1.1.1. Moâi tröôøng ñaát
1.1.2. Söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong ñaát vaø moái quan heä giöõa caùc nhoùm VSV
1.1.3. Moái quan heä giöõa ñaát, vi sinh vaät vaø thöïc vaät
1.2. Moâi tröôøng nöôùc vaø söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong nöôùc
1.2.1. Söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong nöôùc
1.3. Moâi tröôøng khoâng khí vaø söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong khoâng khí
Chöông 2. Khaû naêng chuyeån hoùa caùc hôïp chaát trong moâi tröôøng töï nhieân
cuûa VSV
Trang
1
1
1
4
5
5
7
2.1. Voøng tuaàn hoaøn nitrogen trong töï nhieân
2.2. Quaù trình amoân hoùa
8
8
2.2.1. Söï amoân hoùa urea
2.2.2. Söï amoân hoùa protein
8
9
2.3. Quaù trình nitrate hoùa
2.3.1. Giai ñoaïn nitrite hoùa
2.3.2. Giai ñoaïn nitrate hoùa
2.4. Quaù trình phaûn nitrate hoùa
10
10
10
11
12
12
12
13
14
15
15
15
16
2.5. Quaù trình coá ñònh nitrogen phaân töû
2.6. Söï chuyeån hoùa caùc hôïp chaát phosphore cuûa vi sinh vaät
2.6.1. Voøng tuaàn hoaøn phosphore trong töï nhieân
2.6.2. Söï phaân giaûi phosphore höõu cô trong ñaát do vi sinh vaät
2.6.3. Söï phaân giaûi phosphore voâ cô do vi sinh vaät
2.7. Söï chuyeån hoùa caùc hôïp chaát löu huyønh cuûa vi sinh vaät
2.7.1. Voøng tuaàn hoaøn löu huyønh trong töï nhieân
2.7.2. Söï oxy hoùa caùc hôïp chaát löu huyønh
2.7.3. Söï khöû caùc hôïp chaát löu huyønh voâ cô do vi sinh vaät
Chöông 3. Sinh tröôûng vaø phaùt trieån ôû vi sinh vaät
3.1. Maãu lyù thuyeát veà sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa vi khuaån
3.2. Sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa vi khuaån trong ñieàu kieän nuoâi caáy tónh –
Ñöôøng cong sinh tröôûng
17
19
3.2.1. Pha lag
3.2.2. Pha log
3.2.3. Pha oån ñònh
3.2.4. Pha töû vong
3.3. Sinh tröôûng cuûa vi khuaån trong quaù trình nuoâi caáy lieân tuïc
3.4. Laøm ñoàng boä söï phaân chia teá baøo
3.5. Caùc phöông phaùp xaùc ñònh sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa vi khuaån
3.5.1. Caùc phöông phaùp xaùc ñònh soá löôïng teá baøo
3.5.2. Caùc phöông phaùp xaùc ñònh sinh khoái teá baøo
19
20
23
24
25
27
29
29
30
3.6. Taùc duïng cuûa caùc yeáu toá beân ngoaøi leân sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa vi
khuaån
31
3.6.1. Cô cheá taùc duïng cuûa caùc yeáu toá beân ngoaøi leân vi khuaån
3.6.2. Caùc yeáu toá vaät lyù
3.6.3. Caùc yeáu toá hoùa hoïc
32
33
36
38
3.6.4. Caùc yeáu toá sinh hoïc
Chöông 4. Thaønh phaàn vi sinh vaät tham gia trong quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi
4.1. Vi khuaån
4.1.1. Caáu truùc teá baøo
4.1.2. Ñieàu kieän moâi tröôøng
4.1.3. Söï phaùt trieån cuûa vi khuaån
40
40
41
42
45
4.1.4. Ñoäng hoïc cuûa quaù trình xöû lyù sinh hoïc
4.1.5. ÖÙng duïng söï phaùt trieån cuûa vi khuaån vaø hoaït ñoäng söû duïng chaát neàn trong 47
xöû lyù sinh hoïc.
4.2. Naám
4.3. Taûo
47
48
Chöông 5. Xöû lyù nöôùc thaûi baèng vi sinh vaät
5.1.
Xöû lyù nöôùc thaûi baèng vi sinh dính baùm trong moâi tröôøng hieáu khí
51
51
52
59
60
5.1.1. Cô sôû lyù thuyeát cuûa phöông phaùp
5.1.2. Beå loïc sinh hoïc coù vaät lieäu tieáp xuùc khoâng ngaäp nöôùc
5.1.3. Beå loïc sinh hoïc coù lôùp vaät lieäu ngaäp trong nöôùc
5.2. Xöû lyù nöôùc thaûi baèng vi sinh vaät yeám khí trong moâi tröôøng caën lô löõng
vaø moâi tröôøng vi sinh dính baùm
5.2.1. Caùc quaù trình sinh hoïc vaø phaân loaïi coâng trình
5.2.2. Beå xöû lyù yeám khí coù lôùp caën lô löûng
5.2.3. Beå loïc yeám khí
60
63
65
66
5.2.4. Ñaùnh giaù quaù trình
Chöông 6. Caùc quaù trình khöû nitrogen baèng vi sinh vaät
6.1. Söï chuyeån hoùa amonia baèng quaù trình nitrate hoùa sinh hoïc
6.1.1. Moâ taû quaù trình
68
68
69
70
73
74
76
6.1.2. Phaân loaïi caùc quaù trình nitrate
6.1.3. Söï oxy hoùa carbon vaø nitrate hoùa ôû giai ñoaïn ñôn (sô ñoà phoái hôïp)
6.1.4. Nitrate hoùa giai ñoaïn keùp (sô ñoà taùch bieät)
6.2.1. Loaïi boû nitrogen baèng nitrate hoùa/phaûn nitrate hoùa sinh hoïc
6.2.2. Phaân loaïi caùc quaù trình nitrate hoùa/phaûn nitrate hoùa
Chöông 7. Khöû phosphorus baèng caùc phöông phaùp sinh hoïc
7.1. Caùc quaù trình khöû phosphorus
7.1.1. Quaù trình A/O (khöû phosphorus doøng chính)
7.1.2. Quaù trình PhoStrip (khöû phosphorus doøng phuï)
7.1.3. Beå phaûn öùng meû lieân tuïc
82
84
84
85
85
86
7.1.4. So saùnh caùc quaù trình khöû phosphorus sinh hoïc
7.2. Vieäc khöû nitrogen vaø phosphorus keát hôïp baèng caùc phöông phaùp xöû lyù
sinh hoïc
7.2.1. Quaù trình A2/O
87
87
88
7.2.2. Quaù trình 5 giai ñoaïn
7.2.3. So saùnh caùc quaù trình khöû nitrogen vaø phosphorus sinh hoïc keát hôïp
Chöông 8. Caùc heä thoáng xöû lyù töï nhieân vaø öùng duïng
8.1. Caùc heä thoáng xöû lyù töï nhieân
8.1.1. Söï phaùt trieån cuûa caùc heä thoáng xöû lyù töï nhieân
8.1.2. Toác ñoä chaäm
90
90
93
8.1.3. Ræ nhanh
8.1.4. Heä chaûy traøn beà maët
95
97
8.1.5. Ñaát ngaäp nöôùc
8.1.6. Heä thöïc vaät thuûy sinh baäc cao
8.1.7. Heä nuoâi troàng thuûy saûn
8.2. Nhöõng nghieân cöùu cô baûn trong vieäc öùng duïng heä thoáng xöû lyù töï nhieân
8.2.1. Caùc ñaëc tính cuûa nöôùc thaûi vaø cô cheá xöû lyù
8.2.2. Nhöõng vaán ñeà veà söùc khoûe coäng ñoàng
Taøi lieäu tham khaûo
99
100
100
101
101
106
108
Chöông 1
SÖÏ PHAÂN BOÁ CUÛA VI SINH VAÄT TRONG MOÂI TRÖÔØNG
WX
1.1. Moâi tröôøng ñaát vaø söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong ñaát
1.1.1. Moâi tröôøng ñaát.
Ñaát laø moät moâi tröôøng thích hôïp nhaát ñoái vôùi vi sinh vaät, vì theá noù laø nôi cö truù
roäng raõi nhaát cuûa vi sinh vaät, caû veà thaønh phaàn cuõng nhö soá löôïng so vôùi caùc moâi tröôøng
khaùc. Sôû dó nhö vaät laø do trong ñaát coù moät löôïng lôùn caùc chaát höõu cô. Ñoù laø nguoàn thöùc aên
cho caùc nhoùm vi sinh vaät dò döôõng (vi sinh vaät phaân huyû caùc chaát carbon höõu cô, nhoùm vi
sinh vaät phaân huûy caùc chaát nitrogen höõu cô…). Caùc chaát voâ cô coù trong ñaát cuõng laø nguoàn
dinh döôõng cho caùc nhoùm vi sinh vaät töï döôõng (caùc nhoùm phaân huûy caùc chaát voâ cô,
chuyeån hoaù caùc chaát S, P, Fe…)
Caùc chaát dinh döôõng khoâng nhöõng taäp trung nhieàu ôû taàng ñaát maët maø coøn phaân taùn
xuoáng caùc taàng ñaát saâu. Bôûi vaäy, ôû caùc taàng ñaát khaùc nhau, söï phaân boá vi sinh vaät khaùc
nhau phuï thuoäc vaø haøm löôïng caùc chaát dinh döôõng.
Möùc ñoä thoaùng khí cuûa ñaát cuõng laø moät ñieàu kieän aûnh höôûng ñeán söï phaân boá cuûa vi
sinh vaät. Caùc nhoùm hieáu khí phaùt trieån nhieàu ôû nhöõng nôi coù noàng ñoä oxy cao. Nhöõng nôi
yeám khí, haøm löôïng oxy thaáp thöôøng phaân boá nhieàu loaïi vi sinh vaät kî khí.
Ñoä aåm vaø nhieät ñoä trong ñaát cuõng aûnh höôûng ñeán söï phaùt trieån cuûa vi sinh vaät ñaát.
Ñaát vuøng nhieät ñôùi thöôøng coù ñoä aåm 70-80% vaø nhieät ñoä 200C – 300C. Ñoù laø nhieät ñoä vaø
ñoä aåm thích hôïp vôùi ña soá vi sinh vaät. Bôûi vaäy, trong moãi gam ñaát thöôøng coù haøng chuïc
trieäu ñeán haøng tæ teá baøo vi sinh vaät bao goàm nhieàu nhoùm khaùc nhau veà vò trí phaân loaïi
cuõng nhö hoaït tính sinh lyù, sinh hoaù vaø sinh thaùi.
1.1.2. Söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong ñaát vaø moái quan heä giöõa caùc nhoùm vi sinh vaät.
1.1.2.1. Söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong ñaát.
Vi sinh vaät laø nhöõng cô theå nhoû beù deå daøng phaùt taùn nhôø gioù vaø caùc sinh vaät khaùc.
Bôûi vaäy chuùng coù theå di chuyeån deã daøng ñeán moïi nôi trong töï nhieân. Nhaát laø nhöõng vi
sinh vaät coù baøo töû, baøo töû cuûa chuùng coù khaû naêng soáng tieàm sinh trong caùc ñieàu kieän khoù
khaên. Khi gaëp ñieàu kieän thuaän lôïi, chuùng laïi phaùt trieån vaø sinh soâi. Tuy nhieân, ñaát laø nôi
vi sinh vaät toàn taïi nhieàu nhaát so vôùi caùc moâi tröôøng khaùc. Söï phaân boá cuûa vi sinh vaät ñaát
coøn goïi laø khu heä vi sinh ñaát.
Chuùng bao goàm caùc nhoùm coù ñaëc tính sinh lyù, sinh hoaù vaø sinh thaùi raát khaùc nhau.
Caùc nhoùm vi sinh vaät chính cö truù trong ñaát bao goàm: Vi khuaån, Vi naám, Xaï khuaån, Virus,
Taûo, Nguyeân sinh ñoäng vaät. Trong ñoù vi khuaån laø nhoùm chieám nhieàu nhaát veà soá löôïng.
Chuùng bao goàm vi khuaån hieáu khí, vi khuaån kî khí, vi khuaån töï döôõng, vi khuaån dò
döôõng…Neáu chia theo caùc nguoàn dinh döôõng thì noù laïi coù nhoùm töï döôõng carbon, töï döôõng
amin, dò döôõng amin, vi khuaån coá ñònh nitrogen…
1
Theo nhieàu taøi lieäu thì trung bình trong ñaát vi khuaån chieám khoaûng 90% toång soá.
Xaï khuaån chieám khoaûng 8%, vi naám 1%, coøn laïi 1% laø taûo, nguyeân sinh ñoäng vaät. Tæ leä
naøy thay ñoåi tuyø theo caùc loaïi ñaát khaùc nhau cuõng nhö khu vöïc ñòa lyù, taàng ñaát, thôøi vuï,
cheá ñoä canh taùc…ÔÛ nhöõng ñaát coù ñaày ñuû chaát dinh döôõng, ñoä thoaùng khí toát, nhieät ñoä, ñoä
aåm vaø pH thích hôïp thì vi sinh vaät phaùt trieån nhieàu veà soá löôïng vaø thaønh phaàn. Söï phaùt
trieån cuûa vi sinh vaät laïi chính laø nhaân toá laøm cho ñaát theâm phì nhieâu, maøu môõ.
Söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong ñaát coù theå chia ra nhö sau:
* Phaân boá theo chieàu saâu.
Quaàn theå vi sinh vaät thöôøng taäp trung nhieàu nhaát ôû taàng canh taùc. Ñoù laø nôi taäp
trung reã caây, chaát dinh döôõng, coù cöôøng ñoä chieáu saùng, nhieät ñoä, ñoä aåm thích hôïp nhaát. Soá
löôïng vi sinh vaät giaûm daàn theo taàng ñaát, caøng xuoáng saâu caøng ít vi sinh vaät.
Rieâng ñoái vôùi caùc ñaát baïc maøu, do hieän töôïng röûa troâi, taàng 0 – 20 cm ít chaát höõu
cô hôn taàng 20 – 40 cm. Bôûi vaäy, ôû taàng naøy soá löôïng vi sinh vaät nhieàu hôn ôû taàng treân.
Sau ñoù giaûm daàn ôû caùc taàng döôùi.
Thaønh phaàn vi sinh vaät cuõng thay ñoåi theo taàng ñaát: vi khuaån hieáu khí, vi naám, xaï
khuaån thöôøng taäp trung ôû taàng maët vì taàng naøy coù nhieàu oxy. Caøng xuoáng saâu, caùc nhoùm
vi sinh vaät hieáu khí caøng giaûm maïnh. Ngöôïc laïi, caùc nhoùm vi khuaån kî khí nhö vi khuaån
phaûn nitrate hoaù phaùt trieån maïnh ôû ñoä saâu 20 – 40 cm. ÔÛ vuøng khí haäu nhieät ñôùi noùng aåm
thöôøng coù quaù trình röûa troâi, xoùi moøn neân taàng 0 – 20 cm deå bieán ñoäng, taàng 20 – 40 cm
oån ñònh hôn.
* Phaân boá theo caùc loaïi ñaát.
Caùc loaïi ñaát khaùc nhau coù ñieàu kieän dinh döôõng, ñoä aåm, ñoä thoaùng khí, pH khaùc
nhau. Bôûi vaäy söï phaân boá cuûa vi sinh vaät cuõng khaùc nhau. ÔÛ ñaát luùa nöôùc, tình traïng ngaäp
nöôùc laâu ngaøy laøm aûnh höôûng ñeán ñoä thoâng khí, cheá ñoä nhieät, chaát dinh döôõng…Chæ coù
moät lôùp moûng ôû treân khoaûng 0 – 3 cm laø coù quaù trình oxy hoaù, ôû taàng döôùi quaù trình khöû
oxy chieám öu theá. Bôûi vaäy, trong ñaát luùa nöôùc caùc loaïi vi sinh vaät kî khí phaùt trieån maïnh.
Ví duï nhö vi khuaån amoân hoaù, vi khuaån phaûn nitrate hoaù. Ngöôïc laïi, caùc loaïi vi sinh vaät
hieáu khí nhö vi khuaån nitrate hoaù, vi khuaån coá ñònh nitrogen, vi naám vaø xaï khuaån ñeàu raát
ít. Tyû leä giöõa vi khuaån hieáu khí vaø yeám khí luoân nhoû hôn 1.
ÔÛ ñaát troàng hoa maøu, khoâng khí löu thoâng toát, quaù trình oxy hoaù chieám öu theá, bôûi
vaäy caùc loaøi vi sinh vaät hieáu khí phaùt trieån maïnh, vi sinh vaät yeám phaùt trieån yeáu. Tyû leä
giöõa vi khuaån hieáu khí vaø yeám khí thöôøng lôùn hôn 1, coù tröôøng hôïp ñaït tôùi 4 – 5. ÔÛ ñaát
giaøu dinh döôõng nhö ñaát phuø sa soâng Hoàng, soá löôïng vi sinh vaät toång soá raát cao. Ngöôïc laïi,
vuøng ñaát baïc maøu Haø Baéc coù soá löôïng vi sinh vaät ít nhaát.
* Phaân boá theo caây troàng.
Ñoái vôùi taát caû caùc loaïi caây troàng, vuøng reã caây laø vuøng vi sinh vaät phaùt trieån maïnh
hôn so vôùi vuøng khoâng coù reã. Sôû dó nhö theá vì reã caây cung caáp moät löôïng lôùn chaát höõu cô
khi noù cheát ñi. Khi coøn soáng, baûn thaân reã caây cuõng thöôøng xuyeân tieát ra caùc chaát höõu cô
laøm nguoàn dinh döôõng cho vi sinh vaät. Reã caây coøn laøm cho ñaát thoaùng khí, giöõ ñöôïc ñoä
2
aåm. Taát caû nhöõng nhaân toá ñoù laøm cho soá löôïng vi sinh vaät ôû vuøng reã phaùt trieån maïnh hôn
vuøng ngoaøi reã.
Tuy nhieân, moãi loaïi caây troàng trong quaù trình soáng cuûa noù thöôøng tieát qua boä reã
nhöõng chaát khaùc nhau. Boä reã khi cheát ñi cuõng coù thaønh phaàn caùc chaát khaùc nhau. Thaønh
phaàn vaø soá löôïng caùc chaát höõu cô tieát ra töø boä reã quyeát ñònh thaønh phaàn vaø soá löôïng vi
sinh vaät soáng trong vuøng reã ñoù. Ví duï nhö vuøng reã caây hoï ñaäu thöôøng phaân boá nhoùm vi
khuaån coá ñònh nitrogen coäng sinh coøn ôû vuøng reã luùa laø nôi cö truù cuûa caùc nhoùm coá ñònh
nitrogen töï do hoaëc hoäi sinh v.v… Soá löôïng vaø thaønh phaàn vi sinh vaät cuõng thay ñoåi theo
caùc giai ñoaïn phaùt trieån cuûa caây troàng. Ñaát vuøng phuø sa soâng Hoàng, soá löôïng vi sinh vaät
ñaït cöïc ñaïi ôû giai ñoaïn luùa choài nhanh, ñeû nhaùnh, giai ñoaïn naøy laø caây luùa sinh tröôûng
maïnh. Bôûi vaäy thaønh phaàn vaø soá löôïng chaát höõu cô tieát qua boä reã caøng lôùn – ñoù laø nguoàn
dinh döôõng cho vi sinh vaät vuøng reã. Soá löôïng vi sinh vaät ñaït cöïc tieåu ôû thôøi kyø luùa chín.
Thaønh phaàn vi sinh vaät cuõng bieán ñoäng theo caùc giai ñoaïn phaùt trieån cuûa caây phuø hôïp vôùi
haøm löôïng caùc chaát tieát qua boä reã.
1.1.2.2. Moái quan heä giöõa caùc nhoùm vi sinh vaät trong ñaát.
Söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong ñaát voâ cuøng phong phuù caû veà soá löôïng cuõng nhö
thaønh phaàn. Trong quaù trình soáng chung nhö theá, chuùng coù moät moái quan heä töông hoã voâ
cuøng chaët cheõ. Döïa vaøo tính chaát cuûa caùc loaïi quan heä giöõa caùc nhoùm vi sinh vaät, ngöôøi ta
chia ra laøm 4 loaïi quan heä: kyù sinh, coäng sinh, hoã sinh vaø khaùng sinh.
* Quan heä kyù sinh:
Quan heä kyù sinh laø hieän töôïng vi sinh vaät naøy soáng kyù sinh treân vi sinh vaät khaùc,
hoaøn toaøn aên baùm vaø gaây haïi cho vaät chuû. Ví duï nhö caùc loaïi virus soáng kyù sinh trong teá
baøo vi khuaån hoaëc moät vaøi loaøi vi khuaån soáng kyù sinh treân vi naám. Caùc loaïi vi khuaån coá
ñònh nitrogen coäng sinh thöôøng hay bò moät loaïi thöïc khuaån Rhizobium kyù sinh, treân moâi
tröôøng dòch theå coù hieän töôïng moâi tröôøng ñang ñuïc trôû neân trong. Nguyeân nhaân laø do thöïc
khuaån theå xaâm nhaäp vaø laøm tan taát caû caùc teá baøo vi khuaån – goïi laø hieän töôïng sinh tan.
Khi nuoâi caáy vi khuaån treân moâi tröôøng ñaëc cuõng coù hieän töôïng nhö vaäy. Caùc thöïc khuaån
naøy toàn taïi ôû trong ñaát troàng caây hoï ñaäu laøm aûnh höôûng raát lôùn ñeán quaù trình hình thaønh
noát saàn ôû caây ñaäu.
* Quan heä coäng sinh
Laø quan heä hai beân cuøng coù lôïi, beân naøy khoâng theå thieáu beân kia trong quaù trình
sinh soáng. ÔÛ vi sinh vaät ngöôøi ta ít quan saùt thaáy quan heä coäng sinh. Coù moät soá giaû thieát
cho raèng: ty theå – cô quan hoâ haáp cuûa teá baøo vi naám chính laø moät vi khuaån coäng sinh vôùi
vi naám. Giaû thieát ñoù döïa treân caáu taïo cuûa ty theå coù caû boä maùy DNA rieâng bieät, coù theå töï
sao cheùp nhö moät cô theå ñoäc laäp. Giaû thieát naøy chöa ñöôïc coâng nhaän hoaøn toaøn. Laïi coù
giaû thieát cho raèng: caùc plasmid coù trong vi naám vaø vi khuaån chính laø söï coäng sinh giöõa
virus vaø vi naám hay vi khuaån ñoù. Ví duï nhö caùc plasmid mang gen khaùng thuoác ñaõ mang
laïi moái lôïi cho vi khuaån chuû laø khaùng ñöôïc thuoác khaùng sinh vì theá maø hai beân cuøng coù
lôïi vaø goïi laø quan heä coäng sinh.
3
* Quan heä hoã sinh
Laø quan heä hai beân cuøng coù lôïi nhöng khoâng nhaát thieát phaûi coù nhau môùi soáng
ñöôïc nhö quan heä coäng sinh. Quan heä naøy thöôøng thaáy trong söï soáng cuûa vi sinh vaät vuøng
reã. Ví duï nhö moái quan heä giöõa naám moác phaân huyû tinh boät thaønh ñöôøng vaø nhöõng nhoùm
vi khuaån phaân giaûi loaïi ñöôøng ñoù. Moái quan heä giöõa nhoùm vi khuaån phaân giaûi phosphore
vaø nhoùm vi khuaån phaân giaûi protein cuõng laø quan heä hoã sinh, trong ñoù nhoùm thöù nhaát
cung caáp P cho nhoùm thöù hai vaø nhoùm thöù hai cung caáp N cho nhoùm thöù nhaát.
* Quan heä khaùng sinh
Quan heä khaùng sinh laø moái quan heä ñoái khaùng laãn nhau giöõa hai nhoùm vi sinh vaät.
Loaïi naøy thöôøng tieâu dieät loaïi kia hoaëc haïn cheá quaù trình soáng cuûa noù. Ví duï ñieån hình laø
xaï khuaån khaùng sinh vaø nhoùm vi khuaån maãn caûm vôùi chaát khaùng sinh do xaï khuaån sinh ra.
Khi nuoâi caáy 2 nhoùm naøy treân moâi tröôøng thaïch ñóa, ta coù theå thaáy roõ hieän töôïng khaùng
sinh: xung quanh nôi xaï khuaån moïc coù moät voøng voâ khuaån, taïi ñoù vi khuaån khoâng moïc
ñöôïc. Ngöôøi ta caên cöù vaøo ñöôøng kính cuûa voøng voâ khuaån ñoù maø ñaùnh giaù khaû naêng
khaùng sinh cuûa xaï khuaån. Taát caû caùc moái quan heä treân ñaây cuûa khu heä vi sinh vaät ñaát taïo
neân nhöõng heä sinh thaùi voâ cuøng phong phuù trong töøng loaïi ñaát. Chuùng laøm neân ñoä maøu
môõ cuûa ñaát, thay ñoåi tính chaát lyù hoaù cuûa ñaát vaø töø ñoù aûnh höôûng ñeán caây troàng.
1.1.3. Moái quan heä giöõa ñaát, vi sinh vaät vaø thöïc vaät
1.1.3.1. Quan heä giöõa ñaát vaø vi sinh vaät ñaát.
Ñaát coù keát caáu töø nhöõng haït nhoû lieân keát vôùi nhau thaønh caáu truùc ñaát. Coù quan
ñieåm cho raèng vi sinh vaät ñoùng vai troø giaùn tieáp trong söï lieân keát caùc haït ñaát vôùi nhau.
Hoaït ñoäng cuûa vi sinh vaät, nhaát laø nhoùm hieáu khí ñaõ hình thaønh neân moät thaønh phaàn cuûa
muøn laø acid humic. Caùc muoái cuûa acid humic taùc duïng vôùi ion Ca2+ taïo thaønh moät chaát
deûo gaén keát nhöõng haït ñaát vôùi nhau. Sau naøy ngöôøi ta ñaõ tìm ra vai troø tröïc tieáp cuûa vi
sinh vaät trong vieäc taïo thaønh keát caáu ñaát. Trong quaù trình phaân giaûi chaát höõu cô, naám moác
vaø xaï khuaån phaùt trieån moät heä khuaån ty khaù lôùn trong ñaát. Khi naám moác vaø xaï khuaån cheát
ñi, vi khuaån phaân giaûi chuùng taïi thaønh caùc chaát deûo coù khaû naêng keát dính caùc haït ñaát vôùi
nhau. Baûn thaân vi khuaån khi cheát ñi vaø töï phaân huyû cuõng taïo thaønh caùc chaát keát dính.
Ngoaøi ra lôùp dòch nhaày bao quanh caùc vi khuaån coù voû nhaày cuõng coù khaû naêng keát dính caùc
haït ñaát vôùi nhau.
Caùc chaát keát dính taïo thaønh keát caáu ñaát coøn ñöôïc goïi laø muøn hoaït tính. Nhö vaäy
muøn khoâng nhöõng laø nôi tích luyõ chaát höõu cô laøm neân ñoä phì nhieâu cuûa ñaát maø coøn laø
nhaân toá taïo neân keát caáu ñaát.
* Taùc ñoäng cuûa phaân boùn ñeán vi sinh vaät ñaát
Khi ta boùn phaân vaøo ñaát, phaân taùc duïng nhanh hay chaäm ñeán caây troàng laø nhôø hoaït
ñoäng cuûa vi sinh vaät. Vi sinh vaät phaân giaûi phaân höõu cô thaønh daïng voâ cô cho caây troàng
haáp thuï, bieán daïng voâ cô khoù tan thaønh deå tan. Ngöôïc laïi caùc loaïi phaân boùn cuõng aûnh
höôûng ñeán sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa vi sinh vaät trong ñaát.
4
* Taùc ñoäng cuûa cheá ñoä nöôùc ñoái vôùi vi sinh vaät:
Ñaïi ña soá caùc loaïi vi khuaån coù ích ñeàu phaùt trieån maïnh ôû ñoä aåm 60 – 80%. Ñoä aåm
quaù thaáp hoaëc quaù cao ñeàu öùc cheá vi sinh vaät. Chæ coù naám moác vaø xaï khuaån laø coù theå phaùt
trieån ñöôïc ôû ñieàu kieän khoâ.
* Taùc ñoäng cuûa cheá ñoä canh taùc khaùc tôùi vi sinh vaät:
Ngoaøi caùc cheá ñoä phaân boùn, nöôùc, laøm ñaát, cheá ñoä canh taùc khaùc cuõng coù taùc duïng
roõ reät tôùi hoaït ñoäng cuûa vi sinh vaät. Ví duï nhö cheá ñoä luaân canh caây troàng. Moãi loaïi caây
troàng ñeàu coù moät khu heä vi sinh vaät ñaëc tröng soáng trong vuøng reã cuûa noù. Bôûi vaäy luaân
canh caây troàng laøm cho khu heä vi sinh vaät ñaát caân ñoái vaø phong phuù hôn. Ngöôøi ta thöôøng
luaân canh caùc loaïi caây troàng khaùc vôùi caây hoï ñaäu ñeå taêng cöôøng haøm löôïng ñaïm cho ñaát.
Caùc laïi thuoác hoaù hoïc tröø saâu, dieät coû gaây taùc ñoäng coù haïi tôùi vi sinh vaät cuõng nhö
heä sinh thaùi ñaát noùi chung. Vieäc duøng caùc loaïi thuoác hoaù hoïc laøm oâ nhieãm moâi tröôøng ñaát,
tieâu dieät phaàn lôùn caùc loaïi vi sinh vaät vaø ñoäng vaät nguyeân sinh trong ñaát.
Taát caû nhöõng bieän phaùp canh taùc coù aûnh höôûng tröïc tieáp vaø saâu saéc ñeán söï phaùt
trieån cuûa vi sinh vaät trong ñaát, töø ñoù aûnh höôûng ñeán quaù trình hoaït ñoäng sinh hoïc, cuï theå
laø söï chuyeån hoaù caùc chaát höõu cô thaønh voâ cô trong ñaát, aûnh höôûng ñeán quaù trình hình
thaønh muøn vaø keát caáu ñaát.
1.1.3.2. Moái quan heä giöõa vi sinh vaät vaø thöïc vaät
Moãi loaïi caây ñeàu coù moät khu heä vi sinh vaät vuøng reã ñaëc tröng cho caây ñoù vì reã thöïc
vaät thöôøng tieát ra moät löôïng lôùn caùc chaát höõu cô vaø voâ cô, caùc chaát sinh tröôûng…, thaønh
phaàn vaø soá löôïng cuûa caùc chaát ñoù khaùc nhau tuyø loaïi caây. Nhöõng chaát tieát cuûa reã coù aûnh
höôûng quan troïng ñeán vi sinh vaät vuøng reã. Treân beà maët cuûa reã vaø lôùp ñaát naèm saùt reã chöùa
nhieàu chaát dinh döôõng neân taäp trung vi sinh vaät vôùi soá löôïng lôùn. Caøng xa reã soá löôïng vi
sinh vaät giaûm caøng giaûm ñi.
Thaønh phaàn vi sinh vaät vuøng reã khoâng nhöõng phuï thuoäc vaøo loaïi caây troàng maø coøn
phuï thuoäc vaøo thôøi kyø phaùt trieån cuûa caây. Vi sinh vaät phaân giaûi cellulose coù raát ít khi caây
coøn non nhöng khi caây giaø thì raát nhieàu. Ñieàu ñoù chöùng toû vi sinh vaät khoâng nhöõng söû
duïng caùc chaát tieát cuûa reã maø coøn phaân huyû reã khi reã caây giaø vaø cheát ñi.
Vi sinh vaät soáng trong vuøng reã coù quan heä maät thieát vôùi caây, chuùng söû duïng nhöõng
chaát tieát cuûa caây laøm chaát dinh döôõng, ñoàng thôøi cung caáp chaát dinh döôõng cho caây qua
quaù trình hoaït ñoäng phaân giaûi cuûa mình. Vi sinh vaät coøn tieát ra caùc vitamin vaø chaát sinh
tröôûng coù lôïi ñoái vôùi caây troàng. Beân caïnh ñoù coù raát nhieàu vi sinh vaät gaây beänh cho caây, coù
nhöõng loaïi öùc cheá söï sinh tröôûng cuûa caây, coù nhöõng loaïi taøn phaù muøa maøng nghieâm troïng.
1.2. Moâi tröôøng nöôùc vaø söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong nöôùc.
1.2.1. Söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong moâi tröôøng nöôùc.
Vi sinh vaät coù maët ôû khaép nôi trong caùc nguoàn nöôùc. Söï phaân boá cuûa chuùng hoaøn
toaøn khoâng ñoàng nhaát vaø raát khaùc nhau tuyø thuoäc vaøo ñaëc tröng cuûa töøng loaïi moâi tröôøng.
Caùc yeáu toá moâi tröôøng quan troïng quyeát ñònh söï phaân boá cuûa vi sinh vaät laø ñoä maën, chaát
5
höõu cô, pH, nhieät ñoä vaø aùnh saùng. Nguoàn nhieãm vi sinh vaät cuõng raát quan troïng vì ngoaøi
nhöõng nhoùm chuyeân soáng ôû nöôùc ra coøn coù nhöõng nhoùm nhieãm töø caùc moâi tröôøng khaùc
vaøo.
ÔÛ moâi tröôøng nöôùc ngoït, ñaëc bieät laø nhöõng nôi luoân coù söï nhieãm khuaån töø ñaát, haàu
heát caùc nhoùm vi sinh vaät coù trong ñaát ñeàu coù maët trong nöôùc, tuy nhieân vôùi tæ leä khaùc bieät.
Nöôùc ngaàm vaø nöôùc suoái thöôøng ngheøo vi sinh vaät nhaát do ôû nhöõng nôi naøy ngheøo chaát
dinh döôõng. Trong caùc suoái coù haøm löôïng saét cao thöôøng chöùa caùc vi khuaån nhö
Leptothrix ochracea. ÔÛ caùc suoái chöùa löu huyønh thöôøng coù nhoùm vi khuaån löu huyønh maøu
luïc hoaëc maøu tía. Nhöõng nhoùm naøy ñeàu thuoäc loaïi töï döôõng hoaù naêng vaø quang naêng. ÔÛ
nhöõng suoái nöôùc noùng thöôøng chæ toàn taïi caùc nhoùm vi khuaån öa nhieät nhö Leptothrix
thermalis.
ÔÛ ao, hoà vaø soâng do haøm löôïng chaát dinh döôõng cao neân soá löôïng vaø thaønh phaàn vi
sinh vaät phong phuù hôn nhieàu. Ngoaøi nhöõng vi sinh vaät töï döôõng coøn coù nhieàu nhoùm vi
sinh vaät dò döôõng coù khaû naêng phaân huyû caùc chaát höõu cô. Haàu heát caùc nhoùm vi sinh vaät
trong ñaát ñeàu coù maët ôû ñaây. ÔÛ nhöõng nôi bò nhieãm baån bôûi nöôùc thaûi sinh hoaït coøn coù maët
caùc vi khuaån ñöôøng ruoät vaø caùc vi sinh vaät gaây beänh khaùc. Tuy nhöõng vi khuaån naøy chæ
soáng trong nöôùc moät thôøi gian nhaát ñònh nhöng nguoàn nöôùc thaûi laïi ñöôïc ñoå vaøo thöôøng
xuyeân neân luùc naøo chuùng cuõng coù maët. Ñaây chính laø nguoàn oâ nhieãm vi sinh nguy hieåm
ñoái vôùi söùc khoeû con ngöôøi.
ÔÛ nhöõng thuyû vöïc coù nguoàn nöôùc thaûi coâng nghieäp ñoå vaøo thì thaønh phaàn vi sinh
vaät cuõng bò aûnh höôûng theo caùc höôùng khaùc nhau tuyø thuoäc vaøo tính chaát cuûa nöôùc thaûi.
Söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong thuyû vöïc coøn phuø thuoäc vaøo caùc taàng nöôùc khaùc
nhau. ÔÛ taàng maët nhieàu aùnh saùng thöôøng coù nhöõng nhoùm vi sinh vaät töï döôõng quang naêng.
Döôùi ñaùy hoà giaøu chaát höõu cô thöôøng coù caùc nhoùm vi khuaån dò döôõng phaân giaûi chaát höõu
cô. ÔÛ nhöõng taàng ñaùy coù söï phaân huyû chaát höõu cô maïnh tieâu thuï nhieàu oxy taïo ra nhöõng
vuøng khoâng coù oxy hoaø tan thì chæ coù maët nhoùm kî khí baét buoäc.
Coù nhöõng vi sinh vaät coù khaû naêng chòu maën cao, nhöng coù nhöõng vi sinh vaät chæ coù
theå soáng trong nöôùc ngoït. Caùc vi sinh vaät soáng trong moâi tröôøng nöôùc maën noùi chung coù
khaû naêng söû duïng chaát dinh döôõng coù noàng ñoä thaáp. Chuùng phaùt trieån chaäm hôn nhieàu so
vôùi vi sinh vaät ñaát. Chuùng thöôøng baùm vaøo caùc haït phuø sa ñeå soáng. Vi sinh vaät ôû bieån
thöôøng thuoäc nhoùm öa laïnh vaø chòu ñöôïc aùp suaát cao.
Noùi chung caùc nhoùm vi sinh vaät soáng ôû caùc nguoàn khaùc nhau raát ña daïng veà hình
thaùi cuõng nhö hoaït tính sinh hoïc. Chuùng tham gia vaøo vieäc chuyeån hoaù vaät chaát. ÔÛ trong
moâi tröôøng nöôùc cuõng coù maët ñaày ñuû caùc nhoùm tham gia vaøo caùc chu trình chuyeån hoaù
caùc hôïp chaát carbon, nitrogen vaø caùc chaát khoaùng khaùc. Moái quan heä giöõa caùc nhoùm vôùi
nhau cuõng raát phöùc taïp, quan heä kyù sinh, coäng sinh, hoã sinh, khaùng sinh nhö trong moâi
tröôøng ñaát.
Ngaøy nay caùc nguoàn nöôùc, ngay caû nöôùc ngaàm vaø nöôùc bieån ôû nhöõng möùc ñoä khaùc
nhau ñaõ bò oâ nhieãm do caùc nguoàn chaát thaûi khaùc nhau. Do ñoù khu heä vi sinh vaät bò aûnh
6
höôûng raát nhieàu vaø do ñoù khaû naêng töï laøm saïch caùc nguoàn nöôùc do hoaït ñoäng phaân giaûi
cuûa vi sinh vaät cuõng bò aûnh höôûng.
1.3. Moâi tröôøng khoâng khí vaø söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong khoâng khí.
Moâi tröôøng khoâng khí khoâng phaûi laø ñoàng nhaát, tuy töøng vuøng khaùc nhau, moâi
tröôøng khí raát khaùc nhau veà thaønh phaàn caùc loaïi khí. ÔÛ nhöõng vuøng khoâng khí trong laønh
nhö vuøng nuùi, tyû leä khí O2 thöôøng cao. ÔÛ nhöõng vuøng khoâng khí bò oâ nhieãm, tyû leä caùc khí
ñoäc nhö H2S, SO2, CO2…thöôøng cao, nhaát laø ôû thaønh phoá vaø caùc khu coâng nghieäp.
Söï phaân boá cuûa vi sinh vaät trong khoâng khí cuõng khaùc nhau tuyø töøng vuøng. Khoâng
khí khoâng phaûi laø moâi tröôøng soáng cuûa vi sinh vaät. Tuy nhieân trong khoâng khí coù raát
nhieàu vi sinh vaät toàn taïi. Nguoàn goác cuûa nhöõng vi sinh vaät naøy laø töø ñaát, töø nöôùc, töø con
ngöôøi, ñoäng vaät, thöïc vaät, theo gioù, theo buïi phaùt taùn ñi khaép nôi trong khoâng khí. Moät haït
buïi coù theå mang theo raát nhieàu vi sinh vaät, ñaëc bieät laø nhöõng vi sinh vaät coù baøo töû coù khaû
naêng toàn taïi laâu trong khoâng khí. Neáu ñoù laø nhöõng vi sinh vaät gaây beänh thì ñoù chính laø
nguoàn gaây beänh coù trong khoâng khí. Caùc vi sinh vaät gaây beänh ñöôøng hoâ haáp coù theå toàn taïi
laâu trong khoâng khí. Khi ngöôøi hít phaûi khoâng khí coù nhieãm khuaån ñoù seõ coù khaû naêng
nhieãm beänh. Nhöõng vi khuaån gaây beänh ræ saét coù theå theo gioù bay ñi vaø laây beänh cho caùc
caùnh ñoàng ôû raát xa nguoàn beänh.
7
Chöông 2
KHAÛ NAÊNG CHUYEÅN HOAÙ CAÙC HÔÏP CHAÁT TRONG MOÂI TRÖÔØNG TÖÏ
NHIEÂN CUÛA VI SINH VAÄT
WX
2.1. Voøng tuaàn hoaøn nitrogen trong töï nhieân
Trong caùc moâi tröôøng töï nhieân, nitrogen toàn taïi ôû caùc daïng khaùc nhau, töø nitrogen
phaân töû ôû daïng khí cho ñeán caùc hôïp chaát höõu cô phöùc taïp coù trong cô theå ñoäng vaät, thöïc
vaät vaø con ngöôøi. Trong cô theå vi sinh vaät, nitrogen toàn taïi chuû yeáu döôùi daïng caùc hôïp
chaát höõu cô nhö protein, acid amin. Khi cô theå vi sinh vaät cheát ñi, löôïng nitrogen höõu cô
naøy toàn taïi ôû trong ñaát. Döôùi taùc ñoäng caùc nhoùm vi sinh vaät hoaïi sinh, protein ñöôïc phaân
giaûi thaønh caùc acid amin. Caùc acid amin laïi ñöôïc moät nhoùm vi sinh vaät phaân giaûi thaønh
+
NH3 hoaëc NH4 goïi laø nhoùm vi khuaån amoân hoaù. Quaù trình naøy goïi laø söï khoaùng hoaù chaát
+
höõu cô vì qua ñoù nitrogen höõu cô ñöôïc chuyeån thaønh daïng nitrogen khoaùng. Daïng NH4
-
seõ ñöôïc chuyeån hoaù thaønh daïng NO3 nhôø nhoùm vi khuaån nitrate hoaù. Caùc hôïp chaát
nitrate laïi ñöôïc chuyeån hoaù thaønh nitrogen phaân töû, quaù trình naøy goïi laø phaûn nitrate hoaù
ñöôïc thöïc hieän bôûi nhoùm vi khuaån phaûn nitrate. Khí N2 seõ ñöôïc coá ñònh laïi trong teá baøo vi
khuaån vaø teá baøo thöïc vaät sau ñoù ñöôïc chuyeån hoaù thaønh daïng nitrogen höõu cô nhôø nhoùm
vi khuaån coá ñònh nitrogen. Nhö vaäy, voøng tuaàn hoaøn nitrogen ñöôïc kheùp kín. Trong haàu
heát caùc khaâu chuyeån hoaù cuûa voøng tuaàn hoaøn ñeàu coù söï tham gia cuûa caùc nhoùm vi sinh
vaät khaùc nhau. Neáu söï hoaït ñoäng cuûa moät nhoùm naøo ñoù ngöøng laïi, toaøn boä söï chuyeån hoaù
cuûa voøng tuaàn hoaøn cuõng seõ bò aûnh höôûng nghieâm troïng.
2.2. Quaù trình amoân hoaù
Trong thieân nhieân toàn taïi nhieàu daïng hôïp chaát nitrogen höõu cô nhö protein, acid
amin, acid nucleic, urea…Caùc hôïp chaát naøy ñi vaøo ñaát töø nguoàn xaùc ñoäng vaät, thöïc vaät,
caùc loaïi phaân chuoàng, phaân xanh, raùc thaûi höõu cô. Thöïc vaät khoâng theå ñoàng hoaù ñöôïc
daïng nitrogen höõu cô phöùc taïp nhö treân, noù chæ coù theå söû duïng ñöôïc sau quaù trình amoân
+
hoaù. Qua quaù trình amoân hoaù, caùc daïng nitrogen höõu cô ñöôïc chuyeån hoaù thaønh NH4
hoaëc NH3.
2.2.1. Söï amoân hoaù urea.
Urea coù trong thaønh phaàn nöôùc tieåu cuûa ngöôøi vaø ñoäng vaät, chieám khoaûng 2.2%
nöôùc tieåu. Urea chöùa tôùi 46.6% nitrogen, vì theá noù laø moät nguoàn dinh döôõng ñaïm toát ñoái
vôùi caây troàng. Tuy nhieân, thöïc vaät khoâng theå ñoàng hoaù tröïc tieáp urea maø phaûi qua quaù
trình amoân hoaù. Quaù trình amoân hoaù urea chia laøm 2 giai ñoaïn, giai ñoaïn ñaàu döôùi taùc
duïng cuûa enzyme urease tieát ra bôûi caùc vi sinh vaät, urea seõ bò thuyû phaân taïo thaønh muoái
carbonate amoni. Giai ñoaïn 2, carbonate amoni chuyeån hoaù thaønh NH3, CO2 vaø H2O.
CO(NH2)2 + 2 H2O
(NH4)2CO3
(NH4)2CO3
2NH3 + CO2 + H2O
8
Trong nöôùc tieåu coøn coù acid uric, toàn taïi trong ñaát moät thôøi gian acid uric seõ bò
phaân giaûi thaønh urea vaø acid tactronic. Sau ñoù urea tieáp tuïc bò phaân giaûi thaønh NH3.
Nhoùm vi sinh vaät phaân giaûi urea vaø acid uric coøn coù khaû naêng amoân hoaù cyanamid
calci laø moät loaïi phaân boùn hoaù hoïc. Chaát naøy sau khi ñi vaøo ñaát cuõng bò chuyeån hoaù thaønh
urea roài sau ñoù qua quaù trình amoân hoaù ñöôïc chuyeån thaønh NH3.
CN-Nca + 2 H2O
CN-NH2 + H2O
CN-NH2 + Ca(OH)2
CO(NH2)
Nhieàu loaïi vi khuaån coù khaû naêng amoân hoaù urea, chuùng ñeàu tieát ra enzyme urease.
Trong ñoù coù moät soá loaøi coù hoaït tính phaân giaûi cao nhö Planosarcina urea, Micrococcus
urea, Bacillus amylovorum, Proteus vulgaris…
Ña soá vi sinh vaät phaân giaûi urea thuoäc nhoùm hieáu khí hoaëc kî khí khoâng baét buoäc,
chuùng öa pH trung tính hoaëc hôi kieàm. Bôûi vaäy khi söû duïng urea laøm phaân boùn ngöôøi ta
thöôøng keát hôïp vôùi boùn voâi hoaëc tro, ñoàng thôøi laøm thoaùng ñaát.
2.2.2. Söï amoân hoaù protein.
Protein laø thaønh phaàn quan troïng cuûa teá baøo sinh vaät, khi ñoäng vaät, thöïc vaät cheát ñi,
nguoàn protein coù trong teá baøo cuûa chuùng ñöôïc tích luyõ trong ñaát. Protein chöùa tôùi 15 –
17% nitrogen, nhöng caây troàng khoâng theå haáp thu tröïc tieáp protein maø phaûi thoâng qua söï
phaân huyû cuûa vi sinh vaät.
Nhoùm vi sinh vaät phaân huyû protein coù khaû naêng tieát ra enzyme protease bao goàm
proteinase vaø peptidase. Döôùi taùc duïng cuûa proteinase phaân töû protein seõ ñöôïc phaân giaûi
thaønh caùc chuoãi polypeptide vaø oligopeptide (chöùa töø 3 – 5 acid amin). Sau ñoù döôùi taùc
duïng cuûa enzyme peptidase caùc polypeptide vaø oligopeptide seõ ñöôïc phaân giaûi thaønh caùc
acid amin. Moät phaàn acid amin seõ ñöôïc teá baøo vi sinh vaät haáp thu laøm chaát dinh döôõng.
Phaàn khaùc seõ thoâng qua quaù trình khöû amin taïo thaønh NH3 vaø nhieàu saûn phaåm trung gian
khaùc. Söï khöû amin coù theå xaûy ra theo moät trong nhöõng phöông thöùc sau:
R-CH(NH2)COOH
R=CHCOOH + NH3
R-CH(NH2)COOH + H2O
R-CH(NH2)COOH + ½ O2
R-CH2OH-COOH + CO2 + NH3
R-CO-COOH + NH3
Moät soá acid amin bò deamin hoaù bôûi vi sinh vaät nhôø enzyme deaminase, sau ñoù taïo
ra saûn phaåm cuoái cuøng laø amoân, ví duï:
Ala-deaminose
Alamin + O2
Piprevar + NH4
Ñoái vôùi caùc acid amin coù voøng nhö triptophan, khi phaân giaûi seõ taïo thaønh caùc hôïp
chaát coù muøi thoái nhö indon vaø scaton. Khi phaân giaûi caùc acid amin chöùa S nhö methionin,
cystein, vi sinh vaät giaûi phoùng ra H2S, chaát naøy ñoäc ñoái vôùi caây troàng. Moät soá hôïp chaát
amin sinh ra trong quaù trình amoân hoaù coù taùc duïng ñoäc ñoái vôùi ngöôøi vaø ñoäng vaät. Ví duï
9
nhö histamin, armatin…ñoù chính laø nguyeân nhaân bò nhieãm ñoäc thöùc aên thòt caù thiu thoái
hoaëc thòt hoäp ñeå quaù laâu (oâ nhieãm thöïc phaåm).
Tyû leä C:N trong ñaát raát quan troïng ñoái vôùi nhoùm vi sinh vaät phaân huyû protein. Neáu
nhö tyû leä naøy quaù cao, trong ñaát quaù ít ñaïm vi sinh vaät seõ tranh chaáp thöùc aên ñaïm ñoái vôùi
caây troàng, chuùng phaân huyû ñöôïc bao nhieâu laø haáp thu baáy nhieâu.
Neáu tyû leä C:N quaù thaáp, ñaïm dö thöøa, quaù trình phaân huyû seõ chaäm laïi, caây troàng
khoâng coù ñaïm khoaùng ñeå haáp thuï. Nhieàu coâng trình nghieân cöùu ñaõ ruùt ra tyû leä C:N baèng
20 laø thích hôïp nhaát cho quaù trình amoân hoaù protein, coù lôïi nhaát ñoái vôùi caây troàng.
Nhieàu vi sinh vaät coù khaû naêng amoân hoaù protein. Trong nhoùm vi khuaån coù Bacillus
mycoides, B. mesentericus, B. subtilis, Pseudomonas fluorescens, Clostridium
sporogenes…Xaï khuaån coù Streptomyces griseus…Vi naám coù Aspergillus oryzae, A. flavus,
A. niger, Penicilium camemberti…
Ngoaøi protein vaø urea, nhieàu loaøi vi sinh vaät coù khaû naêng amoân hoaù kitin. Kitin laø
thaønh phaàn cuûa voû nhieàu loaïi coân truøng, giaùp xaùc. Haøng naêm kitin ñöôïc tích luyõ laïi trong
ñaát vôùi moät löôïng khoâng nhoû, nhoùm vi sinh vaät phaân huyû kitin coù khaû naêng tieát enzyme
kitinase vaø kitobiase phaân huyû phaân töû kitin thaønh caùc goác ñôn phaân töû, sau ñoù goác amin
ñöôïc amoân hoaù taïo thaønh NH3.
2.3. Quaù trình nitrate hoaù.
Sau quaù trình amoân hoaù NH3 ñöôïc hình thaønh, moät phaàn phaûn öùng vôùi caùc anion
trong ñaát taïo thaønh caùc muoái amoân. Moät phaàn muoái amoân cuõng ñöôïc caây troàng haáp thu,
phaàn coøn laïi ñöôïc oxy hoaù thaønh daïng nitrate goïi laø quaù trình nitrate hoaù. Nhoùm vi sinh
vaät tieán haønh quaù trình naøy goïi chung laø nhoùm vi khuaån nitrate hoaù bao goàm 2 nhoùm tieán
haønh qua 2 giai ñoaïn.
2.3.1. Giai ñoaïn nitrite hoaù
+
-
Quaù trình oxy hoaù NH4 taïo thaønh NO2 ñöôïc tieán haønh bôûi vi khuaån nitrite hoaù.
Chuùng thuoäc nhoùm vi sinh vaät töï döôõng hoaù naêng coù khaû naêng oxy hoaù NH4 baèng oxy
+
khoâng khí vaøo taïo ra naêng löôïng.
+
-
NH4 + 3/2 O2
NO2 + H2O + 2 H + Q
Naêng löôïng ñöôïc vi khuaån söû duïng ñeå ñoàng hoaù CO2 thaønh carbon höõu cô.
Enzyme xuùc taùc cho quaù trình naøy laø caùc enzyme cuûa quaù trình hoâ haáp hieáu khí.
Nhoùm vi khuaån nitrite hoaù bao goàm 4 chi khaùc nhau: Nitrosomonas, Nitrosocystis,
Nitrosolobus vaø Nitrosospira chuùng ñeàu thuoäc loaïi töï döôõng baét buoäc, khoâng coù khaû naêng
soáng treân moâi tröôøng thaïch. Bôûi vaäy phaân laäp chuùng raát khoù, phaûi duøng silicagen thay cho
thaïch.
2.3.2. Giai ñoaïn nitrate hoaù
-
-
Quaù trình oxy hoaù NO2 thaønh NO3 ñöôïc thöïc hieän bôûi nhoùm vi khuaån nitrate.
Chuùng cuõng laø nhöõng vi sinh vaät töï döôõng hoaù naêng coù khaû naêng oxy hoaù NO2 taïo thaønh
-
naêng löôïng. Naêng löôïng naøy ñöôïc duøng ñeå ñoàng hoaù CO2 taïo thaønh ñöôøng.
10
-
-
NO2 + ½ O2
NO3 + Q
-
-
Nhoùm vi khuaån tieán haønh oxy hoaù NO2 thaønh NO3 bao goàm 3 chi khaùc nhau:
Nitrobacter, Nitrospira vaø Nitrococcus.
Ngoaøi nhoùm vi khuaån töï döôõng hoaù naêng noùi treân, trong ñaát coøn coù moät soá loaøi vi
sinh vaät dò döôõng cuõng tieán haønh quaù trình nitrate hoaù. Ñoù laø caùc loaøi vi khuaån vaø xaï
khuaån thuoäc caùc chi Pseudomonas, Corynebacterium, Streptomyces…
Quaù trình nitrate hoaù laø moät khaâu quan troïng trong voøng tuaàn hoaøn nitrogen, nhöng
ñoái vôùi noâng nghieäp noù coù nhieàu ñieàu baát lôïi. Daïng ñaïm nitrate thöôøng deã bò röõa troâi
xuoáng caùc taàng saâu, deã bò ñi vaøo quaù trình phaûn nitrate hoaù taïo thaønh khí N2 laøm cho ñaát
maát ñaïm. Anion NO3 thöôøng keát hôïp vôùi ion H+ trong ñaát taïo thaønh HNO3 laø cho pH ñaát
-
giaûm xuoáng raát baát lôïi cho caây troàng. Hôn nöõa, löôïng NO3 dö thöøa trong ñaát ñöôïc caây
troàng haáp thu nhieàu laøm cho haøm löôïng nitrate trong saûn phaån löông thöïc, thöïc phaåm cao
gaây ñoäc cho ngöôøi vaø gia suùc. Bôûi vaäy ngaøy nay ngöôøi ta thöôøng haïn cheá vieäc boùn phaân
ñaïm hoaù hoïc coù goác nitrate.
2.4. Quaù trình phaûn nitrate hoaù
Caùc hôïp chaát ñaïm daïng nitrate ôû trong ñaát raát deã bò khöû bieán thaønh nitrogen phaân
töû. Quaù trình naøy goïi laø quaù trình phaûn nitrate hoaù. Noù khaùc vôùi quaù trình oxy hoaù nitrate
+
taïo thaønh NH4 coøn goïi laø quaù trình amoân hoaù nitrate. Coù theå phaân bieät ñöôïc hai quaù trình
treân qua sô ñoà sau.
Amoân hoaù nitrate
NH3
NH2OH
NO2
NO
NO3
N2O
N2
Phaûn nitrate hoaù
Quaù trình amoân hoaù nitrate do moät soá vi khuaån dò döôõng tieán haønh trong ñieàu kieän
+
hieáu khí coù chöùc naêng cung caáp NH4 cho teá baøo vi khuaån ñeå toång hôïp acid amin.
-
-
Phaûn öùng khöû NO3 thaønh N2 chæ xaûy ra trong ñieàu kieän kî khí. NO3 laø chaát nhaän
ñieän töû cuoái cuøng trong chuoãi hoâ haáp kî khí, naêng löôïng taïo ra ñöôïc duøng ñeå toång hôïp
neân ATP.
Nhoùm vi sinh vaät thöïc hieän quaù trình phaûn nitrate hoaù phaân boá roäng raõi trong ñaát.
Thuoäc nhoùm töï döôõng hoaù naêng coù Thiobacillus denitrificans, Hydrogenomonas agilis…
Thuoäc nhoùm dò döôõng coù Pseudomonas denitrificans, Micrococcus denitrificanas, Bacillus
licheniformis…soáng trong ñieàu kieän kî khí, trong nhöõng vuøng ñaát ngaäp nöôùc.
11
Ñoái vôùi noâng nghieäp quaù trình phaûn nitrate hoaù laø moät quaù trình baát lôïi vì noù laøm
cho ñaát maát ñaïm. Quaù trình naøy xaûy ra maïnh trong ñieàu kieän kî khí. Oxy coù taùc duïng öùc
cheá caùc enzyme xuùc taùc cho quaù trình khöû nitrate, ñoù laø caùc enzyme nitrate reductase vaø
nitrite reductase. ÔÛ caùc ruoäng luùa nöôùc ngöôøi ta thöôøng laøm coû xuïc buøn ñeå haïn cheá quaù
trình naøy, ñoàng thôøi boùn ñaïm amoân chöù khoâng boùn ñaïm nitrate.
Trong caùc moâi tröôøng töï nhieân ngoaøi quaù trình phaûn nitrate sinh hoïc noùi treân coøn
coù quaù trình phaûn nitrate hoaù hoïc thöôøng xaûy ra khi pH<5.5. Caùc quaù trình naøy khoâng coù
söï tham gia cuûa vi sinh vaät
NH4Cl + HNO3
R-NH2 + HNO3
N2 + HCl + H2O
N2 + R-OH + H2O
2.5. Quaù trình coá ñònh nitrogen phaân töû (xem phaàn vi sinh vaät hoïc ñaïi cöông)
2.6. Söï chuyeån hoaù caùc hôïp chaát phosphore cuûa vi sinh vaät.
2.6.1. Voøng tuaàn hoaøn phosphore trong töï nhieân.
Trong töï nhieân, P naèm trong nhieàu daïng hôïp chaát khaùc nhau. P höõu cô coù trong cô
theå ñoäng thöïc vaät, ñöôïc tích luyõ trong ñaát khi ñoäng vaät vaø thöïc vaät cheát ñi. Nhöõng hôïp
chaát phosphore höõu cô naøy ñöôïc vi sinh vaät phaân giaûi taïo thaønh caùc hôïp chaát phosphore
voâ cô khoù tan, moät soá ít ñöôïc taïo thaønh daïng deã tan. Caùc hôïp chaát phosphore voâ cô khoù
tan coù nguoàn goác töø nhöõng quaëng thieân nhieân nhö apatit, phosphorite, phosphate saét,
phosphate nhoâm…Nhöõng hôïp chaát naøy raát khoù hoaø tan vaø caây troàng khoâng theå haáp thu
tröïc tieáp ñöôïc. Caây troàng chæ coù theå haáp thu ñöôïc khi chuùng ñöôïc chuyeån hoaù thaønh daïng
deã tan. Quaù trình naøy ñöôïc thöïc hieän moät phaàn quan troïng laø nhôø vi sinh vaät phaân huyû
phosphore voâ cô.
Caùc muoái cuûa acid phosphoric daïng deã tan ñöôïc caây troàng haáp thuï vaø vaän chuyeån
thaønh caùc hôïp chaát phosphore höõu cô trong cô theå thöïc vaät. Ñoäng vaät vaø ngöôøi söû duïng
caùc saûn phaåm thöïc vaät laøm thöùc aên laïi bieán phosphore höõu cô cuûa thöïc vaät thaønh P höõu cô
cuûa ñoäng vaät vaø ngöôøi. Voøng tuaàn hoaøn cuûa caùc daïng hôïp chaát phosphore trong töï nhieân
cöù dieãn ra. Vi sinh vaät ñoùng moät vai troø quan troïng trong voøng tuaàn hoaøn ñoù. Neáu nhö
thieáu söï hoaït ñoäng cuûa moät nhoùm vi sinh vaät naøo ñoù thì söï chuyeån hoaù cuûa voøng tuaàn
hoaøn seõ bò aûnh höôûng nghieâm troïng. Voøng tuaàn hoaøn cuûa caùc daïng phosphore trong töï
nhieân ñöôïc bieåu dieãn nhö sô ñoà sau.
12
P voâ cô
deã tan
P voâ cô
khoù tan
P höõu cô
trong ñaát
Phaân P
(Chaát baøi tieát)
P höõu cô
thöïc vaät
P höõu cô
Ñoäng vaät
2.6.2. Söï phaân giaûi phosphore höõu cô trong ñaát do vi sinh vaät.
Caùc hôïp chaát P höõu cô trong ñaát coù nguoàn goác töø xaùc ñoäng vaät, thöïc vaät, phaân xanh,
phaân chuoàng…Hôïp chaát phosphore höõu cô quan troïng nhaát ñöôïc phaân giaûi ra töø teá baøo vi
sinh vaät laø nucleotide.
Nucleotide coù trong thaønh phaàn nhaân teá baøo. Nhôø taùc ñoäng cuûa caùc nhoùm vi sinh
vaät hoaïi sinh trong ñaát, chaát naøy taùch ra khoûi thaønh phaàn teá baøo vaø ñöôïc phaân giaûi thaønh 2
phaàn protein vaø nuclein. Protein seõ ñi vaøo voøng chuyeån hoaù caùc hôïp chaát nitrogen,
nuclein seõ ñi vaøo voøng chuyeån hoaù caùc hôïp chaát phosphore.
Söï chuyeån hoaù caùc hôïp chaát phosphore höõu cô thaønh muoái cuûa H3PO4 ñöôïc thöïc
hieän bôûi nhoùm vi sinh vaät phaân huyû phosphore höõu cô. Nhöõng vi sinh vaät naøy coù khaû naêng
tieát ra enzyme phosphatase ñeå xuùc taùc cho quaù trình phaân giaûi. Nhoùm vi sinh vaät phaân
giaûi phosphore höõu cô ñöôïc phaùt hieän töø naêm 1911 do J. Stoklasa, oâng ñaõ phaân laäp ñöôïc 3
loaøi vi khuaån coù khaû naêng phaân huyû phosphore höõu cô ñeàu thuoäc gioáng Bacillus. Sau ñoù
oâng nuoâi caáy nhöõng vi khuaån naøy trong moâi tröôøng chæ coù acid nucleic laøm nguoàn P vaø N
duy nhaát vaø nhaän thaáy löôïng phosphore ñöôïc phaân giaûi töø 15 ñeán 23%. Neáu boå sung vaøo
moâi tröôøng moät ít (NH4)2SO4 thì löôïng P ñöôïc phaân giaûi taêng leân. Sau ñoù ngöôøi ta ñaõ tìm
ra nhieàu loaøi vi sinh vaät coù khaû naêng phaân huyû P höõu cô theo sô ñoà toång quaùt sau:
Nucleoprotein
nuclein
a. nucleic
H3PO4
13
H3PO4 thöôøng phaûn öùng vôùi caùc kim loaïi trong ñaát taïo thaønh caùc muoái phosphate
khoù tan nhö Ca3(PO4)2, FePO4, AlPO4…
Vi sinh vaät phaân giaûi P höõu cô chuû yeáu thuoäc 2 chi Bacillus vaø Pseudomonas. Caùc
loaøi coù khaû naêng phaân giaûi maïnh laø B. megatherium, B. mycoides vaø Pseudomonas sp.
Ngaøy nay, ngöôøi ta ñaõ phaùt hieän thaáy moät soá xaï khuaån vaø vi naám cuõng coù khaû naêng
phaân giaûi phosphore höõu cô.
2.6.3. Söï phaân giaûi phosphore voâ cô do vi sinh vaät.
Caùc hôïp chaát phosphore voâ cô ñöôïc hình thaønh do quaù trình phaân giaûi laân höõu cô
(coøn goïi laø quaù trình khoaùng hoaù laân höõu cô) phaàn lôùn laø caùc muoái phosphate khoù tan.
Caây troàng khoâng theå haáp thu ñöôïc nhöõng daïng khoù tan naøy. Neáu khoâng coù caùc quaù trình
phaân giaûi caùc hôïp chaát phosphore khoù tan bieán thaønh daïng deã tan thì haøm löôïng
phosphore toång soá trong ñaát daãu coù nhieàu cuõng trôû thaønh voâ duïng.
Veà cô cheá cuûa quaù trình phaân giaûi phosphore voâ cô do vi sinh vaät cho ñeán nay vaãn
coøn nhieàu tranh caõi. Nhöng ñaïi ño soá caùc nhaø nghieân cöùu ñeàu cho raèng söï saûn sinh acid
trong quaù trình soáng cuûa moät soá nhoùm vi sinh vaät ñaõ laøm cho noù coù khaû naêng chuyeån caùc
hôïp chaát phosphore töø daïng khoù tan thaønh daïng deã tan. Ña soá caùc vi sinh vaät phaân giaûi
phosphore voâ cô ñeàu sinh CO2 trong quaù trình soáng, CO2 seõ phaûn öùng vôùi H2O coù trong
moâi tröôøng taïo thaønh H2CO3. H2CO3 seõ phaûn öùng vôùi phosphate khoù tan taïo thaønh
phosphate deã tan theo phöông trình sau:
Ca3(PO4)2 + 4 H2CO3 + H2O
Daïng khoù tan
Ca(H2PO4)2 + H2O + 2 Ca(HCO3)2
Daïng deã tan Daïng deã tan
Caùc vi khuaån nitrate hoaù trong ñaát cuõng coù khaû naêng phaân giaûi phosphore voâ cô do
noù coù khaû naêng chuyeån hoaù NH3 thaønh NO3 . NO3 seõ phaûn öùng vôùi H+ taïo thaønh HNO3.
Sau ñoù HNO3 phaûn öùng vôùi muoái phosphate khoù tan taïo thaønh daïng deã tan.
-
-
Ca3(PO4)2 + 4 HNO3
Ca(H2PO4)2 + 2 Ca(NO3)2
Caùc vi khuaån sulphate hoaù cuõng coù khaû naêng phaân giaûi phosphate khoù tan do söï
taïo thaønh H2SO4 trong quaù trình soáng.
Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4
Ca(H2PO4)2 + 2 CaSO4
Ngoaøi ra caùc nhoùm vi sinh vaät coù khaû naêng taïo thaønh caùc acid höõu cô trong quaù
trình soáng cuõng coù theå laøm cho daïng phosphate khoù tan chuyeån thaønh daïng deã tan.
Tuyeät ñaïi ña soá caùc vi sinh vaät phaân huyû phosphore voâ cô trong quaù trình soáng ñeàu
laøm giaûm pH cuûa moâi tröôøng. Tuy nhieân, gaàn ñaây coù moät vaøi taùc giaû ñaõ coâng boá tìm ra
moät vaøi chuûng vi khuaån phaân giaûi phosphore maø trong quaù trình nuoâi caáy khoâng laøm giaûm
pH moâi tröôøng.
Raát nhieàu vi sinh vaät coù khaû naêng phaân giaûi phosphore voâ cô, trong ñoù nhoùm vi
khuaån ñöôïc nghieân cöùu nhieàu hôn caû. Caùc loaøi coù khaû naêng phaân giaûi maïnh laø Bacillus
megatherium, B. butyricus, B. mycoides, Pseudomonas radiobacter, P. gracilis… trong
14
nhoùm vi naám thì Aspergillus niger coù khaû naêng phaân giaûi maïnh nhaát. Ngoaøi ra moät soá xaï
khuaån cuõng coù khaû naêng phaân giaûi phosphore voâ cô.
2.7. Söï chuyeån hoaù caùc hôïp chaát löu huyønh cuûa vi sinh vaät.
2.7.1. Voøng tuaàn hoaøn löu huyønh trong töï nhieân.
Cuõng nhö phosphore, löu huyønh laø moät trong nhöõng chaát dinh döôõng quan troïng
cuûa caây troàng. Trong ñaát noù thöôøng ôû daïng caùc hôïp chaát muoái voâ cô nhö CaSO4, Na2SO4,
FeS2, Na2S…moät soá ôû daïng höõu cô. Trong cô theå sinh vaät, S naèm trong thaønh phaàn cuûa caùc
acid amin chöùu löu huyønh nhö methionin, cystein vaø trong nhieàu loaïi enzyme quan troïng
2-
khaùc. Thöïc vaät huùt caùc hôïp chaát löu huyønh voâ cô trong ñaát chuû yeáu döôùi daïng SO4 vaø
chuyeån sang daïng S höõu cô cuûa teá baøo. Ñoäng vaät vaø ngöôøi söû duïng thöïc vaät laøm thöùc aên
vaø cuõng bieán S cuûa thöïc vaät thaønh S cuûa ñoäng vaät vaø ngöôøi. Khi ñoäng thöïc vaät cheát ñi ñeå
laïi moät löôïng löu huyønh höõu cô trong ñaát. Nhôø söï phaân giaûi cuûa vi sinh vaät, S höõu cô seõ
ñöôïc chuyeån hoaù thaønh H2S. H2S vaø caùc hôïp chaát voâ cô khaùc coù trong ñaát seõ ñöôïc oxy
2-
hoaù bôûi caùc nhoùm vi khuaån töï döôõng thaønh S vaø SO4 , moät phaàn ñöôïc taïo thaønh löu
huyønh höõu cô cuûa teá baøo vi sinh vaät. SO42- laïi ñöôïc thöïc vaât haáp thuï, cöù theá voøng chuyeån
hoaù caùc hôïp chaát löu huyønh dieãn ra lieân tuïc. Trong ñoù caùc nhoùm vi sinh vaät ñoùng moät vai
troø quan troïng khoâng theå thieáu ñöôïc.
2.7.2. Söï oxy hoaù caùc hôïp chaát löu huyønh.
2.7.2.1. Söï oxy hoaù caùc hôïp chaát löu huyønh do vi khuaån töï döôõng hoaù naêng.
Trong nhoùm vi khuaån töï döôõng hoaù naêng coù moät soá loaøi coù khaû naêng oxy hoaù caùc
hôïp chaát löu huyønh voâ cô nhö thiosulphate, khí hydro sulfur vaø löu huyønh nguyeân chaát
2-
thaønh daïng SO4 theo caùc phöông trình sau:
2H2S + O2
2 H2O + 2 S + Q
2 H2SO4 + Q
2 S + 3 O2 + 2 H2O
5 Na2S2O3 + H2O + 4 O2
5 Na2SO4 + 2 S2 + H2SO4 + Q
3 Na2SO4 + 5 H2SO4 + Q
Na2S4O6
+
O2
H2SO4 sinh ra laøm pH ñaát haï xuoáng (dieät tröø ñöôïc beänh thoái do Streptomyces gaây
ra vaø pH thaáp vi khuaån cuûa moät soá loaøi gaây beänh cho caây troàng khoâng soáng ñöôïc).
Naêng löôïng sinh ra trong quaù trình oxy hoaù treân ñöôïc vi sinh vaät söû duïng ñeå ñoàng
hoaù CO2 taïo thaønh ñöôøng. Ñoàng thôøi moät soá ít hôïp chaát daïng S cuõng ñöôïc ñoàng hoaù taïo
thaønh S höõu cô cuûa teá baøo vi khuaån. Caùc loaøi vi khuaån coù khaû naêng oxy hoaù caùc hôïp chaát
löu huyønh theo phöông thöùc treân laø Thiobacillus thioparus vaø Thiobacillus thioxidans. Caû
hai loaøi naøy ñeàu soáng ôû pH thaáp, thöôøng laø pH=3, ñoâi khi ôû pH=1 – 1.5 hai loaøi naøy vaãn
coù theå phaùt trieån. Nhôø ñaëc ñieåm naøy maø ngöôøi ta duøng 2 loaøi vi khuaån treân ñeå laøm taêng
ñoä hoaø tan cuûa quaëng apatide.
Ngoaøi 2 loaøi vi khuaån treân coøn coù 2 loaøi vi khuaån khaùc coù khaû naêng oxy hoaù caùc
hôïp chaát löu huyønh voâ cô, ñoù laø Thiobacillus denitrificans vaø Begiatra minima.
15
Tải về để xem bản đầy đủ
55 trang
15/01/2024
14480
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Vi sinh môi trường (Phần 1)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_vi_sinh_moi_truong_phan_1.pdf
