VI SINH vật môi TRƯỜNG

VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG  TIỂU LUẬN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG MỤC LỤC MỤC LỤC I CHU TRÌNH NITO GIỚI THIỆU VI SINH VẬT TRONG CHU TRÌNH NITO 2.1 SỰ CỐ ĐỊNH N ( NITROGEN FIXATION) 2.1.1 VI SINH VẬT CỐ ĐỊNH NITO 2.1.2 CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH NITƠ PHÂN TỬ: 2.2 SỰ ĐỒNG HÓA NITO ( ASSIMILATION) 2.3 SỰ KHỐNG HĨA NITO ( AMMONIFICATION) 2.4 QUÁ TRÌNH NITRAT HÓA 2.4.1 KHỬ NITRAT HÓA ( DENITRIFICATION) 10 2.4.2VI SINH VẬT CÓ TRONG Q TRÌNH KHỬ NITRAT HĨA 10 2.4.3 ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC 12 2.4.4 TÁC ĐỘNG CỦA CON NGƯỜI VÀO CHU TRÌNH NITO - Ngày người can thiệp mạnh vào chu trình Nitơ cách sản xuất loại phân đạm ure CO(NH2), amoni (NH4)2SO2, NH4Cl, NH4NO3 Kết việc sử dụng nhiều phân đạm tăng suất trồng hệ để lại gây ô nhiễm nước, đất, gây ô nhiễm thức ăn cho thân người qua tượng tích lũy loại đạm vô thực vật, động vật 14 Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG I CHU TRÌNH NITO GIỚI THIỆU - Khí nitơ chiếm 78% khí Tuy nitơ thường tỏ thiếu thốn đối vớicác sinh vật Phân tử nitơ N2 gồm cặp nguyên tử liên kết cộng hoá trị bền vững.Năng lượng liên kết khoảng 225 kcal/M, muốn phá vỡ chúng cần phải có nhiệt độ cao khoảng 1000 – 1100 oC, áp suất 1000atm chất xúc tác khác - Chỉ có sinh vật tiết enzym cần thiết để phân rã phân tử có khả dùng nitơ dạng khí thế, sinh vật khác buộc phải nhận N2 dạng cố định dạng hợp chất - Trong trường hợp thực vật, ion nitrat NO3 dạng có ích nhất, chúng sử dụng ion ammoniac NH4 hay urea CO(NH2)2 thay - Động vật thể sống bậc cao khác thường cần nitơ dạng hợp chất hữu ví dụ axit amin Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI SINH VẬT MƠI TRƯỜNG VI SINH VẬT TRONG CHU TRÌNH NITO - Trong chu trình nito vi sinh vật đóng vai trò quan trọng chia làm giai đoạn: cố định N, đồng hóa N, khống hóa N, nitrat hóa khử nitrat hóa 2.1 SỰ CỐ ĐỊNH N ( NITROGEN FIXATION) - Khả cố định đạm khơng thể khơng có mặt vi sinh vật cố định đạm - Cây họ đậu, tảo lam có khả cố định đạm Đồng hành với công việc này, nhà khoa học chế tạo phân vi sinh vật cố định đạm cho họ đậu (phân Nitragin) hòa thảo mà đặc biệt lúa (phân Azogin) Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG 2.1.1 VI SINH VẬT CỐ ĐỊNH NITO Vi khuẩn nốt sần: - Vi khuẩn nốt sần: thuộc loại hiếu khí khơng tạo bào tử đồng hóa nhiều nguồn cacbon khác nhau, pH thích hợp: 6,5-9,5, nhiệt độ phát triển thích hợp: 24-26oC - Phân loại vi khuẩn nốt sần có nhiều ý kiến chưa thống nhất: + Theo Todorovic chia vi khuẩn nốt sần lồi: Rhizibiomonas leguminosarum Rhizobacterum leguminosrum + Theo Bergli giống Rhizobiumbao gồm loài vi khuẩn nốt sần: Rh.leguminosarum, Rh.phaseoli, Rh.Trifolii, Rh.lupini, Rh.sapnicum, Rh.meliloti - Cơ chế tạo thành nốt sần: + Vi khuẩn nốt sần xâm nhập vào rễ họ đậu thông qua lông hút thông qua vết thương Một số họ đậu tiết xung quanh rễ chất có tác dụng kích thích vi khuẩn tương ứng với phát triển mạnh (để nhiễm vào thực vật, vi khuẩn phải đạt mật độ tế bào 104/gam đất + Vi khuẩn sau tiếp xúc với lông hút thực vật, tạo thành dãy xâm nhập dần vào bên rễ xâm nhập vào nhu mô kích thích tế bào thực vật bị phân chia nhanh chóng thành tế bào + Vi khuẩn vào tế bào chất phân chia chuyển thành thể giả khuẩn Giả khuẩn không phân chia phát triển mạnh tăng nhiều ribosom, nốt sần xuát + Nốt sần thích hợp điều kiện: Độ ẩm đất: 60 - 70%; Độ thống khí: nhiều tốt, điều cho thấy rễ sâu lượng nốt sần kém; pH thích hợp từ 4,6-8,0 + Phân đạm thường ức chế tạo thành nốt sần; Phân lân, kali có tác dụng tích cực; Phân canxi, magiê muối khác có tác dụng tốt đến trình tạo thành nốt sần + Chất dinh dưỡng cacbon nước đường, rơm, rạ làm tăng khả xâm nhập khả cố định nitơ, ngược lại vi sinh vật cho kháng sinh gây ức chế vi khuẩn Rhizobium Vi khuẩn hiếu khí sống tự thuộc giống Azotobacter Beiferinckia: - Azotobacter: chủ yếu có loài Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG + Azotobacter chroocuccum: kích thước 3,1x2,0µ cịn non có khả di động, già có sắc tố màu nâu đến màu đỏ, không khuyếch tán vào môi trường + Azotobacter beijerincki: kích thước 3,1x2,0µ khơng di động, già có sắc tố màu vàng đến màu nâu sáng, không khuyếch tán vào mơi trường + Azotobacter Vinelandi: kích thước 3,4x1,5µ có khả di động, sắc tố màu vàng lục đến huỳnh quang, khuyếch tán vào môi trường + Azotobacter agilis: kích thước 3,3x2,8µ có khả di động, sắc tố màu lục, huỳnh quang, khuyếch tán vào môi trường Azotobacter làm tăng cường nguồn thức ăn cung cấp cho trồng, kích thích khả tăng trưởng, nâng cao tỷ lệ nảy mầm độ phát triển mầm (vì tiết mơi trường thiamin, a.nicotinic, a.pantotenic, piridoxin, biotin, ) có khả tiết số chất chống nấm Chế phẩm Azotobacterin dịch Azotobacter cho hấp thụ than bùn (hoặc loại đất giàu hữu trung hòa bổ sung photpho, kali) - Beiferinckia: lồi hiếu khí, cố định nitơ giống Azotobacter có khả chịu chua cao Gồm có nhóm: + B.Indica: kích thước tế bào 0,5-1,5 x 1,7-3,0µ có khả di động khơng di động, già có sắc tố màu đỏ đến màu nâu, có tốc độ cố định nitơ nhanh + B.fluminensis: kích thước tế bào 1,1-1,5 x 3,0-3,5µ có khả di động, sắc tố màu nâu tối, tốc độ cố định nitơ chậm + B.derxii: kích thước tế bào 1,5-2,0 x 3,5-4,5µ khơng di động, sắc tố màu lục huỳnh quang Vi khuẩn kỵ khí sống tự thuộc Clostridium: - Loài nghiên cứu nhiều Clostridium pasteriaum - Ngồi cịn có lồi Clostridium khác Cl.butylicum, Cl Bacterinkin, Cl Aceticum, - Kích thước tế bào 2,5-7,5 x 0,7-1,3µ riêng rẽ xếp đơi thành chuỗi ngắn - Có khả di động cịn non, có khả tạo bào tử, bào tử có kích thước lớn tế bào nằm đầu tế bào Tảo lam sống tự tảo lam cộng sinh bèo hoa dâu: - Hiện phát nhiều loài tảo lam sống tự đất nước có khả cố định nitơ - Có số sống cộng sinh với thực vật, đáng ý tảo cộng sinh bèo hoa dâu (tảo có tên Asiabaena azollae) Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI SINH VẬT MƠI TRƯỜNG - Đa số lồi tảo phát triển tốt mơi trường trung tính kiềm, hiếu khí, thích hợp nhiệt độ 28-30 oC, cần khí CO2 2.1.2 CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH NITƠ PHÂN TỬ: - Quá trình cố định nitơ phân tử theo hướng bản: Con đường khử đường oxy hoá - Con đường khử theo chuỗi biến hoá: N2 → HN=NH → H2N-NH2 → NH3 → NH4OH Con đường oxy hoá: N2 → N2O → (HNO)2 → NH4OH Qua hướng đó, người ta thu kết sau: - Nếu nồng độ Oxy nhiều ức chế trình cố định nitơ phân tử - Hiệu suất cố định nitơ phân tử vi sinh vật kỵ khí thường cao vi sinh vật hiếu khí - Tìm thấy hợp chất loại khử ni vi sinh vật cố đinh nitơ phân tử Qua cho thấy đường khử có nhiều khả xảy 2.2 SỰ ĐỒNG HÓA NITO ( ASSIMILATION) - Các vi khuẩn dị dưỡng tự dưỡng sử dụng nitrat hóa đồng hóa thành amon - Trong cơng trình xử lý nước thải đồng hóa chịu trách nhiệm loại bỏ nito - Các tế bào tế bào tảo thích xử dụng nito dạng amon -Trong đất, phân bón dạng amon ưu thích phân bón nitrat Tế bào sẻ chuyển hóa nitrat hoạc amon thành protein thành yếu tố giới hạn 2.3 SỰ KHỐNG HĨA NITO ( AMMONIFICATION) - Sự khống hóa nito chuyển hóa hợp chất nito hữu thành dạng vô - Sau sinh vật chết, vi sinh vật phân giải protein nitơ hữu chuyển thành nitơ khoáng -Trong đất, chất hữu trước hết biến thành mùn phần thành dạng amoni hay nitrit Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG - Thoạt đầu, amoni thành nitrit tác động vi khuẩn hiếu khí Nitrosomonas, sau đó, qua q trình oxi hố nữa, nitrit chuyển thành nitrat vi khuẩn hiếu khí Nitrobacter - Nitơ dạng nitrat giai đoạn cuối q trình khống hố nitơ hữu đất, dạng thích hợp cho trồng Nitrat dễ hoà tan nước nên dễ bị rửa trôi, mùa mưa lớn - Sự khoáng hoá nitơ, nitơ rửa trôi thực vật hấp thụ nitơ dạng nitrat tượng khử nitơ NH4 → NO3 → NO2 → NO → N2 làm nghèo dự trữ nitơ đất ruộng lúa khơng có bù lại Trong trồng trọt thâm canh, phải cung cấp đủ nitơ cho trồng loại phân bón để đạt suất cao - Quá trình thực nhiều loại vi sinh vật: vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm… 2.4 Q TRÌNH NITRAT HĨA - Q trình nitrat hóa q trình oxy hóa sinh hóa nitơ muối amon, thành nitrit sau thành nitrat tác dụng vi sinh vật hiếu khí điều kiện thích ứng (có oxy nhiệt độ 4oC) - Hầu hết vi khuẩn nitrate hóa loại vi khuẩn tự dưỡng, thuộc họ Nitrobacteraceae, lấy lượng trực tiếp từ q trình chuyển hóa hóa học NH3 thành NO3- từ NO2- thành NO3 - Những vi khuẩn sử dụng CO2 làm nguồn carbon cần oxy để sinh trưởng - Những vi khuẩn có ích thường vi khuẩn Gram dương (Gram +), bạn nên thận trọng sử dụng thuốc tiêu diệt vi khuẩn Gram + Erythromycin (Maracyn), Ampicillin, hay Penicillin - Sự nitat hóa chuyển hóa amon thành nitrat hoạt động vi sinh vật - Vi sinh vật tham gia q trình nitrat hóa gồm có nhóm:  Vi khuẩn nitrit ( Nitrosomonas): oxy hóa amoniac thành nitrit hoàn thành giai đoạn thứ Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG Vi khuẩn nitrat ( Nitrobacter ): oxy hóa nitrit thành nitrat, hồn thành giai đoạn thứ hai  Vi khuẩn nitrosomonas Nitrobacter - Các phản ứng biễu diễn qua phương trình sau: 2NH3 + 3O2 nitrosomonas 2HNO2 + 2H2O (1) 2HNO2 + O2 nitrobacter 2HNO3 (2) hoặc: (NH4)2CO3 + 3O2 = 2HNO2 + CO2 + 3H2O (1) 2HNO2 + O2 = HNO3 (2) - Ở phương trình (1) + (2) : 214 = 28g N cần 816 = 128g ôxy 1g N cần 128/28 = 4,57g ơxy - Trong q trình khử nitrat nitrit (N2O5) thường phóng O2 phần O2 cần để tạo CO2 + H2O Tức nguyên tử N giải phóng nguyên tử ơxy : từ (N2O5) g N giải phóng (16 5)/ (14 2) = 2,85 g ôxy - Tốc độ giai đoạn thứ xảy nhanh gấp lần so với giai đoạn hai Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG - Bằng thực nghiệm người ta chứng minh lượng oxy tiêu hao để oxy hóa 1mg nitơ muối amon giai đoạn tạo nitrit 343 mg O2, giai đoạn tạo nitrat 4,5 mg O2 Vì tốc độ tăng trưởng Nitrobacter cao Nitromonas, giai đoạn tốc độ giới hạn q trình nitrat hóa chuyển hóa amon thành nitrit Nitrosomonas - Sự có mặt nitrat nước thải phản ánh mức độ khống hóa hồn thành chất bẩn hữu - Trước tiên phản ánh mức độ khống hóa chất hữu Nhưng quan trọng trình nitrat hóa tích lũy lượng oxy dự trữ dùng để oxy hóa chất hữu không chứa nitơ lượng oxy tự (lượng oxy hịa tan) tiêu hao hồn tồn cho q trình 2.4.1 KHỬ NITRAT HĨA ( DENITRIFICATION) - Q trình khử nitrat trình tách oxy khỏi nitrit, nitrat tác dụng vi khuẩn yếm khí (vi khuẩn khử nitrat) Oxy tách từ nitrit nitrat dùng lại để oxy hóa chất hữu Lượng oxy giải phóng q trình khử nitrit N2O3 2,85 mg oxy/1mg nitơ Nitơ tách dạng khí bay vào khí 2.4.2VI SINH VẬT CĨ TRONG Q TRÌNH KHỬ NITRAT HĨA Trang 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG Pseudonomonas Bacillus Spirillum Hyphomicrobium Trang 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG Agrobacterium Acinetobacter 2.4.3 ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC - Trong nước mặt nước ngầm nitơ vơ tồn dạng là: ion amoni ( NH4+ ), nitrit ( NO2- ) nitrat ( NO3-) Dưới tác động nhiều yếu tố hóa lý hoạt động số sinh vật dạng nitơ chuyển hóa lẫn nhau, tích tụ lại nước ăn có độc tính người - Nếu sử dụng nước có NO2- với hàm lượng vượt mức cho phép kéo dài, trẻ em phụ nữ có thai mắc bệnh xanh da chất độc cạnh tranh với hồng cầu để lấy oxy - Người ta có chứng minh dẫn xuất hữu từ NO2- nitrosamin gây bệnh ung thư, theo Quyết định số 505 ngày 13.4.1992 Bộ Y tế hàm lượng chất không vượt NH4+: nước mặt 0, nước ngầm 3mg/l (cũng có quy định chung 0,05mg/l; NO2- 0, NO3- 10mg/l) - Dưới ta xem biện pháp khử hợp chất cung cấp nước phục vụ sinh hoạt, ăn uống Phương pháp khử Ammonium NH4+: Trang 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG - Có thể khử NH4+ khỏi nước phương pháp hóa lý phương pháp sinh học Phương pháp hóa lý: - Khi nồng độ ion NH4+ nước cao tiêu chuẩn cho phép khử cách nâng pH nước lên > 7, làm thống cưỡng khơng khí với tỉ lệ >=103 cho 1m3 nước, hỗn hợp khí nước chiều ngược chiều qua lớp vật liệu tiếp xúc dạng hạt chiều dày >= 1m, cường độ tưới 5- 10m3/m2.h.ion, NH4+ khử khỏi nước dạng khí amoniăc NH3 Lượng dư < 1mg/l NH4+ khử clo kết hợp với trình xử lý nước thành Cloramonic HClO + NH3 = NH2Cl+ H2O - Cloramonic có tác dụng kéo dài thời gian tiệt trùng Phương pháp sinh học: - Do trình hoạt động vi khuẩn Nitrosomonas oxy hóa NH4+ thành NO2 thành NH3- vi khuẩn Nitrobacter oxy hóa NO2- thành NO3- Tổng hợp trình diễn theo phương trình: NH4+ + 2O2 -> NO3-+ 2H+ + H2O Các điều kiện cần thiết sau: - Cấp đủ lượng Oxy để oxy hóa NH4+ thành NO3- Có sẵn cấp thêm phốtpho tạo điều kiện cho vi khuẩn phát triển - pH tốt