Giáo trình Vi sinh thủy sản đại cương (Nghề Bệnh học thuỷ sản Trung cấp)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VI SINH THỦY SẢN ĐẠI CƯƠNG NGÀNH: BỆNH HỌC THUỶ SẢN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định Số:…./QĐ-CĐCĐ-ĐT ngày… tháng… năm 2017 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Vi sinh thủy sản đại cương môn học sở cung cấp kiến thức cho sinh viên chuyên ngành cao đẳng nuôi trồng thủy sản Là sở để sinh viên tiếp thu kiến thức môn học chuyên ngành quản lý dịch bệnh thủy sản, quản lý môi trường ao nuôi thủy sản Vi sinh thủy sản đại cương giới thiệu về lịch sử trình phát sinh phát triển vi sinh sinh vật Những thành tựu đạt được triển vọng ngành vi sinh vật đối với đời sống sản xuất Hiểu rõ cấu trúc, chức hoạt động sống vi sinh vật Môi quan hệ vi sinh vật với yếu tố mơi trường vai trị vi sinh vật môi trường nước Phần thực hành giúp sinh viên tiếp cận phương pháp nghiên cứu vi sinh vật dùng quản lý dịch bệnh thuỷ sản quản lý mơi trường ao ni Trong q trình biên soạn khơng thể tránh khỏi thiếu sót mong được sự đóng góp ý kiến bạn đọc để giáo trình ngày hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Đồng Tháp, ngày… tháng năm 2017 Chủ biên: ThS Huỳnh Chí Thanh MỤC LỤC Trang MỤC LỤC iii LỜI GIỚI THIỆU ii GIÁO TRÌNH MƠN HỌC CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VI SINH VẬT Vi sinh vật vi sinh vật học Vai trò vi sinh vật tự nhiên đời sống người 2.1 Trong nông nghiệp 2.2 Trong công nghệ thực phẩm: 2.3 Trong y học: 2.4 Trong nguồn lượng: 2.5 Trong bệnh học: Lịch sử phát triển ngành vi sinh vật học 3.1 Giai đoạn phát vi sinh vật 3.2 Giai đoạn vi sinh học thực nghiệm với Louis Pasteur 3.3 Giai đoạn sau Pasteur vi sinh học đại Đặc điểm chung vi sinh vật 10 4.1 Kích thước nhỏ bé: 10 4.2 Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh : 11 4.3 Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh : .11 4.4 Có lực thích ứng mạnh dễ dàng phát sinh biến dị : 12 4.5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều : 12 4.6 Là sinh vật xuất trái đất : .13 CHƯƠNG 14 VIRUS 14 Khái niệm virus 14 1.1 Khái niệm 14 1.2 Lịch sử phát virus .14 1.3 Đặc tính chung virus 15 Hình thái cấu tạo virus 16 2.1 Kích thước hình dạng virus 16 2.2 Cấu tạo virus 17 2.2.1 Vỏ capsid 17 2.2.2 Vỏ 18 2.2.3 Acid nucleic virus .19 2.2.3 Cấu tạo thể thực khuẩn 20 2.2.4 Các dạng đối xứng virus 21 2.2.4.1 Cấu trúc đối xứng xoắn 21 2.4.2 Cấu trúc đối xứng dạng khối đa diện nhiều mặt 21 2.4.3 Virus có cấu tạo phức tạp 22 Các hình thức chép virus 22 3.1 Sao chép virus động vật virus thực vật 22 3.1.1 Giai đoạn hấp thụ hạt virus tự tế bào chủ .23 3.1.2 Giai đoạn xâm nhập virus vào tế bào chủ: 23 3.1.3 Giai đoạn sinh sản virus tế bào chủ (sao chép nhân lên) 23 3.1.4 Giai đoạn trưởng thành hạt virus giải phóng chúng khỏi tế bào: 24 3.2 Sự chép thể thực khuẩn (phage) 24 CHƯƠNG 36 VI KHUẨN VÀ NẤM 36 Vi khuẩn (Bacteria) 36 1.1 Vi khuẩn thật 36 1.1.1 Khái niệm vi khuẩn 36 1.1.2.1 Các cầu khuẩn 37 1.1.2.2 Trực khuẩn 38 1.1.2.3 Xoắn khuẩn (Spirochaetales) 38 1.1.2.4 Phẩy khuẩn .38 1.1.3 Cấu tạo tế bào vi khuẩn .39 1.1.3.1 Thành tế bào (Cell wall): 39 1.1.3.2 Màng tế bào chất (Cell membran) 40 1.1.3.3 Tế bào chất (cytoplasma) .41 1.1.3.4 Thể nhân (Nuclear body) 41 1.1.3.5 Vỏ nhày (capsule) 42 1.1.3.6 Lông (hay tiên mao, flagella) 43 1.1.3.7 Pili (lông nhung, nhung mao) 43 1.1.3.8 Bào tử (Spore, nha bào) 44 1.2 Xạ khuẩn (Actinomycetes) .45 1.2.1 Hình thái kích thước .45 1.2.2 Cấu tạo tế bào 46 1.2.3 Sinh sản 46 1.3 Vi khuẩn lam 47 1.4 Vi khuẩn nguyên thuỷ 49 1.4.1 Mycoplasma .49 1.4.2 Ricketsia 49 1.4.3 Clamydia 49 1.3 Vi khuẩn cổ 50 1.3.1 Vi khuẩn sinh khí methan .50 1.3.2 Vi khuẩn ưa mặn 50 1.3.3 Vi khuẩn ưa nhiệt 50 1.3.4 Vi khuẩn ưa nhiệt 50 1.4 Di truyền vi khuẩn 51 1.4.1 Sinh sản hữu tính vi khuẩn 51 1.4.2 Hiện tượng tiếp hợp vi khuẩn 51 1.4.3 Hiện tượng tải nạp .51 1.4.4 Hiện tượng biến nạp 52 1.4.5 Đột biến vi khuẩn .52 1.4.5.1 Định nghĩa 52 1.4.5.2 Tính chất đột biến 52 1.4.5.3 Lợi ích đột biến 54 Nấm 54 2.1 Đặc điểm chung vi nấm .54 2.2 Nấm sợi 54 2.3 Nấm men 55 2.4 Vai trò nấm thiên nhiên 56 2.5 Ảnh hưởng yếu tố môi trường .56 2.6 Sinh sản nấm 57 2.6.1 Sinh sản vơ tính: từ sợi nấm, 57 2.6.2 Sinh sản hữu tính 57 CHƯƠNG 59 DINH DƯỠNG, SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 59 Dinh dưỡng vi sinh vật: 59 1.1 Thành phần tế bào vi sinh vật 59 1.2 Các nguồn dinh dưỡng vi sinh vật 61 1.2.1 Nguồn dinh dưỡng carbon 61 1.2.2 Nguồn dinh dưỡng Nitơ 62 1.2.3 Nguồn dinh dưỡng khoáng .64 1.2.4 Nhu cầu chất sinh trưởng .64 1.3 Cơ chế vận chuyển chất qua màng tế bào 64 Sinh trưởng phát triển vi sinh vật 65 2.1 Đường cong tăng trưởng vi sinh vật 65 2.1.1 Giai đoạn chuẩn bị (Pha lag) .66 2.1.2 Giai đoạn tăng trưởng nhảy vọt (Pha log) 66 2.1.3 Giai đoạn ổn định (Pha ổn định) .66 2.1.4 Giai đoạn tử vong (Pha tử vong) .67 Các phương pháp xác định tăng trưởng phát triển vi sinh vật 67 3.1 Các phương pháp xác định số lượng tế bào .67 3.2 Phương pháp xác đinh sinh khối tế bào 67 3.2.1 Các phương pháp trực tiếp 68 3.2.2 Các phương pháp gián tiếp 68 Ảnh hưởng yếu tố bên lên phát triển vi sinh vật 68 4.1 Nước ẩm độ môi trường: .68 4.2 Nhiệt độ 69 4.3 pH môi trường 70 4.4 Áp suất môi trường 71 4.5 Ánh sáng 71 Thực hành 72 5.1 Các thiết bị thường dùng nghiên cứu vi sinh vật 73 5.1.1 Các qui tắc an toàn phịng thí nghiệm vi sinh .73 5.1.3 Một số lưu ý với sinh viên nhằm đạt kết tốt thực hành vi sinh vật 74 5.1.4 Các thiết bị thường dùng .75 5.2 Chuẩn bị môi trường phân lập nuôi cấy vi sinh vật 80 5.2.1 Vật liệu thiết bị 80 5.2.2 Phương pháp 81 5.2.3 Thực hành 82 5.3 Phân lập, ni cấy tách rịng vi sinh vật 83 5.3.1 Vật liệu thực hành (mỗi nhóm dụng cụ) 83 5.3.2 Phương pháp phân lập vi khuẩn 83 5.3.2.1 Lấy vi khuẩn từ nguồn vi sinh vật thiên nhiên 83 5.4 Đếm số lượng vi khuẩn tổng số .86 5.4.1 Vật liệu thiết bị 86 5.4.2 Đếm số tế bào vi sinh vật .86 5.5 Xác định đặc đểm hình thái vi sinh vật 88 5.5.1 Nguyên liệu, vật liệu dụng cụ 89 5.5.2 Phương pháp nhuộm Gram 90 5.5.2 Thực hành quan sát môi trường .92 5.5.3 Thực hành quan sát kính hiển vi 93 CHƯƠNG 95 SINH CẢNH VÀ VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC 95 Sinh cảnh phân bố vi sinh vật nước 95 1.1 Sinh cảnh vi sinh vật nước .95 1.2 Sự phân bố vi sinh vật thủy vực 96 Vai trò vi sinh vật vùng nước 97 2.1 Tham gia vòng tuần hoàn vật chất thuỷ vực 98 2.1.1 Vịng tuần hồn cacbon 98 2.1.2 Vịng tuần hồn Nitơ 100 2.1.3 Vịng tuần hồn lưu huỳnh 102 2.1.4 Vòng tuần hoàn Oxygen 103 2.2 Vi sinh vật làm thị nước 104 2.2.1 Khái niệm 104 2.2.2 Các loại vi sinh vật thị 104 2.3 Vi sinh vật tác nhân gây bệnh nước 105 2.4 Vi sinh vật tự làm nguồn nước 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Mơn học: Vi sinh thủy sản đại cương Mã số: TNN247 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị của mơn học: - Vị trí mơn học: Là môn sở ngành cao đẳng nuôi trồng thủy sản Mơn có mối quan hệ mật thiết với môn học khác quản lý dịch bệnh thủy sản sử dụng chế phẩm sinh học ni trồng thủy sản sau - Tính chất môn học: Môn học hướng dẫn nghiên cứu đời sống vi sinh vật bao gồm cấu tạo, trao đổi chất ảnh hưởng chúng đến môi trường sống động vật thủy sinh Mục tiêu môn học: - Về kiến thức:  Hiểu trình phát sinh phát triển ngành vi sinh vật, thành tựu triển vọng ngành vi sinh vật đời sống sản xuất  Trình bày đặc điểm, hình thái cấu tạo vi sinh vật  Trình bày trình dinh dưỡng phát triển, trao đổi chất lượng, sinh trưởng, di truyền mối quan hệ vi sinh vật với môi trường nước thủy sản - Về kỹ năng:  Thực kỹ thuật vi sinh bản;  Thực kỹ thuật phân tích vi sinh từ mẫu thủy sản, mẫu bùn mẫu nước quy trình;  Thực việc xử lý đánh giá kết phân tích vi sinh;  Tổ chức làm việc nhóm hợp tác với thành viên khác lĩnh vực phân tích nghiên cứu liên quan đến vi sinh vật - Về lực tự chủ trách nhiệm: Phát triển ý thức trung thực, khách quan nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật vào thực tế ngành nghề Nội dung môn học: Thời gian (giờ) Stt Tên chương, mục Tổng Lý số thuyết Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VI SINH VẬT Vi sinh vật vi sinh vật học Vai trò vi sinh vật tự nhiên với đời sống người Lịch sử phát triển vi sinh vật học Đặc điểm chung vi sinh vật Chương 2: VIRUS Khái niệm virus Hình thái cấu tạo virus Các hình thức chép virus Chương 3: VI KHUẨN VÀ NẤM Vi khuẩn Nấm Chương 4: DINH DƯỠNG, SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT Dinh dưỡng vi sinh vật Sinh trưởng phát triển vi sinh vật Các phương pháp xác định tăng trưởng phát triển vi sinh vật Ảnh hưởng yếu tố bên lên phát triển vi sinh vật Thực hành Kiểm tra Chương 5: SINH CẢNH VÀ VAI TRỊ CỦA VI SINH VẬT TRONG MƠI TRƯỜNG NƯỚC Sinh cảnh phân bố vi sinh vật nước 3 2 6 24 4 Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiểm tra (định kỳ)/ôn tập/Th i 19 1LT Vai trò vi sinh vật vùng nước Ôn tập Kiểm tra kết thúc môn học Cộng 1 1 40 19 19 – Nhỏ giọt nước cất tiệt trùng lên lame – Khử trùng qua cấy lửa đèn cồn để nguội, lấy vi khuẩn khuẩn lạc chấm vào giọt nước lame – Dùng lamelle đậy lên giọt nước (sao cho khơng có bọt khí) – Quan sát kính hiển vi để thấy chuyển động thật chuyển động Brown Phương pháp giọt treo Giúp sinh viên quan sát vi sinh vật không gian chiều để thấy chuyển động chúng cách: – Nhỏ giọt nước hay môi trường lỏng tiệt trùng lên lamelle – Dùng que cấy khử trùng nhiệt để chuyển vi khuẩn từ đĩa Petri vào giọt nước lamelle – Thoa Vaseline bốn gốc lamelle tạo thành trụ – Dùng lame đậy lên bốn gốc Vaseline lật ngược lại cho giọt nước treo lơ lững – Tiến hành quan sát chuyển động vi khuẩn 94 CHƯƠNG SINH CẢNH VÀ VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MH09-05 Giới thiệu: Vi sinh vật tồn khắp nơi trái đất, từ sâu đáy đại dương đến miệng núi lửa điều có tồn loại vi sinh vật khác Trong môi trường nước vậy, tồn nhiều loài vi sinh vật khác Tùy theo mực nước khác mà có diện lồi vi sinh vật điển hình, chúng có vai trị định thủy vực, từ có hại đến có lợi cho đối tượng ni Mục đích: - Kiến thức: Trình bày trình dinh dưỡng phát triển, trao đổi chất lượng, sinh trưởng, di truyền mối quan hệ vi sinh vật với môi trường nước thủy sản - Kỹ năng: Thành thạo kỹ thuật phân tích vi sinh từ mẫu thủy sản, mẫu bùn mẫu nước; Tổ chức làm việc nhóm hợp tác với thành viên khác nghiên cứu liên quan đến vi sinh vật - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Phát triển ý thức trung thực, khách quan nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật vào thực tế ngành nghề Sinh cảnh phân bố của vi sinh vật nước 1.1 Sinh cảnh vi sinh vật nước Vi sinh vật có mặt hầu hết mơi trường c h ứ a nước ao, hồ, sông, biển, nước ngầm phân bố chúng hồn tồn khơng đồng tùy thuộc vào đặc trưng loại môi trường Các yếu tố môi trường quan trọng định phân bố VSV độ mặn, chất hữu cơ, pH, nhiệt độ ánh sang Nguồn nhiễm VSV quan trọng ngồi nhóm chun sống nước cịn có nhóm VSV nhiễm từ môi trường khác vào Nước ngầm suối nghèo chất dinh dưỡng gần vắng hẳn thực vật động vật bậc cao nên chứa khu hệ vi sinh vật nghèo nàn loài Chủ yếu tảo vi khuẩn sống suối Số lượng thành phần lồi vi sinh vật loại hình thủy vực thành phần hoá học nhiệt độ nước định 95 - Ở ao, hồ sông hàm lượng chất dinh dưỡng cao nước ngầm suối nên số lượng thành phần vi sinh vật phong phú nhiều Ngoài vi sinh vật tự dưỡng cịn có nhiều nhóm vi sinh vật dị dưỡng có khả phân huỷ chất hữu Các hạt phù sa dòng sơng mang lại khu hệ vi sinh vật bám phong phú Ngoài mật số thành phần lồi vi sinh vật dịng sơng phụ thuộc vào lưu lượng nước, hàm lượng muối khoáng, tốc độ dòng chảy điều kiện vật lý hố học khác - Ở thuỷ vực có nguồn nước thải cơng nghiệp đổ vào thành phần vi sinh vật bị ảnh hưởng theo hướng khác tuỳ thuộc vào tính chất nước thải Những nguồn nước thải có chứa nhiều axit thường làm tiêu diệt nhóm vi sinh vật ưa trung tính có thuỷ vực - Ở thủy vực nước khu hệ vi sinh vật có mối liên quan định với khu hệ vi sinh vật đất, hầu hết nhóm vi sinh vật có đất có mặt nước, nhiên với tỷ lệ khác biệt - Ở môi trường nước mặn thành phần vi sinh vật đa dạng biến động theo hàm lượng muối, thành phần nguyên tố khoáng vi lượng, áp lực thuỷ tỉnh, ánh sáng, pH, nhiệt độ, v.v… Đặc biệt thủy vực gần bờ ảnh hưởng đất liền nên thủy vực thường giàu dinh dưỡng, có khu hệ động thực vật phong phú nên tạo nên khu hệ vi sinh vật phong phú 1.2 Sự phân bố của các vi sinh vật thủy vực Vai trò vi sinh vật lớn vịng tuần hồn vật chất thủy vực Lấy thủy vực dạng hồ làm thí dụ: (hình 75) - Ở tầng mặt có đầy đủ ánh sáng O2 nên CO2 cố định O2 tạo nhờ vào quang hợp thực vật, tảo vi khuẩn lam Vi khuẩn lam cịn cố định nitơ phân tử Sinh vật sống tầng mặt bao gồm vi khuẩn hiếu khí, trùng, động thực vật - Ở tầng đáy lớp trầm tích đáy thiếu ánh sáng oxy nên phần lớn hoạt động nhóm vi khuẩn lên men tạo axit béo, H CO2 Các hợp chất lại vi khuẩn sinh metan sử dụng tạo CH4 Các vi khuẩn yếm khí sử dụng NO3 SO4 để sinh NH3 H2S Kết có nhiều loại khí thải vào mơi trưởng nước bao gồm: H2, CO2, CH4, NH3 H2S - Các trình sinh học tầng nơi giao lưu tầng mặt 96 tầng đáy xảy phức tạp Ở tầng có vi khuẩn yếm khí quang hợp sử dụng tia sáng có bước sóng dài xuyên qua tầng mặt khơng bị thực vật có chlorophyll tầng mặt hấp thu Các vi sinh vật dinh dưỡng metan phân bố vùng hiếu tầng sử dụng CH4 sinh từ tầng đáy làm nguồn cacbon giải phóng CO2 Các vi sinh vật khoáng dưỡng nitơ lưu huỳnh hoạt động giống sử dụng NH3 H2S sinh từ lớp trầm tích đáy tạo nên NO3 SO4 Hình 5.1: Sự phân bố của vi sinh vật các tầng nước thuỷ vực dạng hồ (Đặng Thị Hồng Oanh, 2005) Vai trị của vi sinh vật các vùng nước Trong thủy vực, sinh vật sau chết không ngừng bị phân hủy vi khuẩn dị dưỡng nấm mốc Các vi sinh vật cần hợp chất hữu để làm thức ăn Khi ấy, hợp chất hữu vi sinh vật biến đổi thành chất vô ban đầu Vơ hóa hợp chất hữu chức chủ yếu vi khuẩn nấm việc biến đổi vật chất thủy vực Sự phân hủy chất hữu diễn với tốc độ khác Tùy thuộc vào thành phần chúng điều kiện mơi trường, phân hủy diễn nhanh hay chậm Sự phân hủy vật chất hữu xảy nhanh thủy vực vùng gần bề mặt nước, nhiệt độ nước mùa hè Nhìn chung, khơng phụ thuộc vào địa điểm Thứ tự bị phân hủy đường protein, sau tinh bột, chất béo cuối chất cao phân tử xenlulozơ 97 2.1 Tham gia các vịng tuần hồn vật chất thuỷ vực Trong thiên nhiên vật chất ln ln chuyển hố từ dạng sang dạng khác tạo thành vòng tuần hoàn vật chất Trong khâu chu trình chuyển hóa vật chất, vi sinh vật đóng vai trị vơ quan trọng Các nhóm vi sinh vật khác tham gia vào khâu chuyển hoá khác Nếu vắng mặt nhóm tồn q trình chuyển hố bị dừng lại, điều ảnh hưởng đến toàn hệ sinh thái tồn lồi sinh vật hệ sinh thái phụ thuộc vào nguồn thức ăn có mơi trường Vi khuẩn dị dưỡng nấm cần chất hữu để làm thức ăn Những chất vi sinh vật sử dụng để thu nhận tiền chất cho việc xây dựng nên chất tế bào thu nhận lượng cho q trình sống chúng Khi vật chất hữu biến đổi thành chất nghèo lượng cuối điều kiện phù hợp chuyển hóa ngược trở lại thành chất vơ ban đầu Việc tái vô chất hữa chức chủ yếu vi sinh vật việc biến đổi vật chất thủy vực 2.1.1 Vịng tuần hồn cacbon Cacbon tự nhiên nằm nhiều dạng hợp chất khác nhau, từ hợp chất vô đến hợp chất hữu Các hợp chất cacbon hữu chứa động vật, thực vật, vi sinh vật, vi sinh vật chết để lại lượng chất hữu khổng lồ đất Nhờ hoạt động nhóm vi sinh vật dị dưỡng cacbon sống đất, chất hữu bị phân huỷ tạo thành CO2 CO2 thực vật vi sinh vật sử dụng trình quang hợp lại biến thành hợp chất cacbon hữu thể thực vật Động vật người sử dụng cacbon hữu thực vật biến thành cacbon hữu động vật người Người, động vật, thực vật thải CO2 trình sống, đồng thời chết để lại đất lượng chất hữu cơ, vi sinh vật lại bị phân huỷ Cứ tự nhiên dạng hợp chất cacbon chuyển hố liên tục 98 Hình 5.2: Vịng tuần hoàn Cacbon (Đặng Thị Hoàng Oanh, 2005) Bước khởi đầu chu trình Carbon trình quang hợp tổng hợp nên vật chất hữu thủy vực tiến hành nhờ nguồn lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) Thực vật nước hấp thu nguồn lượng thực trình quang hợp theo phương trình tổng quát sau: 6CO2  H O Ánh sáng  C6 H 12 O6  6O2 Chlorophyll Các vi sinh vật tự dưỡng sinh vật sản xuất sơ cấp chuỗi dinh dưỡng thủy vực chúng có khả chuyển hố hợp chất vô thành hợp chất hữu cho sinh vật di dưỡng sử dụng Các vi sinh vật thuộc nhóm vi khuẩn lam, vi khuẩn khống dưỡng hố vơ nhóm vi khuẩn sinh mêtan vi sinh vật tham gia tích cực vào việc cố định lượng CO2 khổng lồ chu trình cabon trái đất Vi khuẩn sinh mêtan tham gia tích cực chu trình cacbon Trong tự nhiên chúng sinh sống nơi kị khí giàu CO2, H2 CO2 nhóm vi khuẩn sử dụng hai cách khác biệt Khoảng 5% CO2 mà chúng hấp thu sử dụng cho việc tạo thành phần tế bào trình sống phát triển 95% CO2 lại sử dụng để sinh lượng cho hoạt động tế bào giải phóng khí mêtan theo phương trình hố học: CO2 + H2 -> CH2O (thành phần cấu tạo tế bào) + CH4 99 Sự phân hủy sinh học trọng tâm vịng tuần hồn cacbon vi sinh vật có vai trị quan trọng Trong mơi trường đất, nấm vi sinh vật có vai trị quan trong q trình bao gồm: xạ khuẩn, Clostridia, Bacilli, Arthrobacters Pseudomonas Vai trò vi sinh vật phân hủy sinh học vơ quan trọng Khơng có hợp chất tự nhiên khơng có vi sinh vật có khả phân hủy chúng 2.1.2 Vịng tuần hồn Nitơ Vịng tuần hồn nitơ vịng tuần hồn phức tạp vịng tuần hồn sinh học nitơ nguyên tố quan trọng cho sống Nitơ chiếm khoảng 78% thể tích khơng khí (tương đương 3,9×1015 N2) Nó bị tách khỏi khơng khí sấm chớp Nitơ nguyên tố dinh dưỡng quan trọng thiếu động thực vật lồi vi sinh vật Trong mơi trường nước, nitơ tồn dạng N2, hay dạng hợp chất vơ cơ, hữu hịa tan hay khơng hịa tan Các hợp chất vơ hịa tan quan trọng nitơ NH3, NH4+ , NO2-, NO3- thực vật hấp thu dạng NH4+ , NO3- Hình 5.3: vịng tuần hồn nitơ Q trình cố định nitơ phân tử: Dưới tác dụng loại vi sinh vật, nitơ khơng khí chuyển vào chất hữu chứa nitơ gọi trình cố định nitơ phân tử nhờ enzym 100 nitrogenaza N2 2NH3 Protein Vi khuẩn cố định đạm sống tự hay cộng sinh Các loài tự Azotobacter (hiếu khí) Clostridium (hiếm khí) hay tự dưỡng Rhodospirillum, Rhizobium Frankia cộng sinh rể Trong mơi trường nước, có nhiều vi khuẩn cố định đạm, vai trị chúng quan trọng tảo Anabaena, Nostoc, Trichodesmum Quá trình amon hóa: Q trình amon hóa q trình phân huỷ chuyển hóa hợp chất hữu chứa nitơ tác dụng loài vi sinh vật (nhiều vi khuẩn gây thối nấm) thành NH4+(NH3) NH3 NH4+ Chất hữu chứa N Quá trình phân hủy chuyển hố protein để giải phóng NH3 nhiều vi sinh vật hiếu khí yếm khí gây Cơ chế: Protein → polypeptit → axit amin → NH3 Ure hợp chất hữu đơn giản chứa 46,6%N CO(NH2)2 + 2H2O (NH4)2CO3 Vi sinh vật Ureaza (NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O Quá trình nitrat hóa: Q trình chuyển hóa từ NH3 (NH4+ ) tác dụng loài vi sinh vật thành NO3 gọi q trình nitrát hóa Q trình xảy hai giai đoạn: nitrít hóa nitrát hóa với có mặt oxygen: Q trình nitrit hóa: gồm giống Nitrosolobus; Nitrocystis; Nitrosospira NH4+ + 3/2O2 Vi sinh vật chủ yếu: Nitrosomonas; NO2- + 2H+ + H2O Q trình nitrat hóa: gồm có giống vi sinh vật: Nitrobacter; Nitrospira; Nitrococcus Vi sinh vật NO2- + ½ O2 NO3- Q trình phản nitrat hóa: (q trình hơ hấp yếm khí) Là q trình chuyển hóa NO3- thành N2 để bù trả lại nitơ cho khơng khí 101 gọi q trình phản nitrát hóa Vi khuẩn tham gia vào q trình phản nitrate hóa bao gồm loại yếm khí khơng bắt buộc Trong điều kiện có oxy chúng hơ hấp hiếu thiếu O2 chúng thay hô hấp yếm khí như: Achromobacter, Aerobacter, Alcaligenes, Bacillus, Brevibacterium, Proteus, Pseudomonas, Những vi khuẩn dị dưỡng, có khả khác khử nitrat theo phương trình: NO3 -> NO2 -> N2 2.1.3 Vòng tuần hoàn lưu huỳnh Lưu huỳnh chất dinh dưỡng quan trọng thành phần số vitamin chất chuyển hố Lưu huỳnh có mặt hai amino axit cysteine methionine thể sinh vật Thực vật hút hợp chất S vô đất chủ yếu dạng SO42- chuyển sang dạng S hữu tế bào Động vật người sử dụng thực vật làm thức ăn biến S thực vật thành S động vật người Khi động thực vật chết để lại lượng lưu huỳnh hữu đất Nhờ phân giải vi sinh vật, S hữu chuyển hoá thành H2S H2S hợp chất vơ khác có đất oxy hố nhóm vi khuẩn tự dưỡng thành S SO42- , phần tạo thành S hữu tế bào sinh vật SO4 lại thực vật hấp thụ, vịng tuần hồn S tái diễn Hình 5.4: vịng tuần hồn lưu huỳnh (Đặng Thị Hồng Oanh, 2005) 102 Q trình sulfat hóa: Sự có mặt oxygen, vi sinh vật thường phân huỷ protein axít amin thành NH3 giải phóng H2S từ axít amin chứa lưu huỳnh (methionine, cystein hay cystin) Cystin Vi sinh vật NH3 + CO2 + H2O + H2S Chlorobacteriacees Thiorhodacees Chúng sử dụng H2S làm chất cho electron trình tổng hợp chất hữu thể nguồn cacbon CO2: (CH2O) H2S + CO2 S + 3CO2 + H2O + 2S 3(CH2O) + 4H+ + 5H2S + 2SO42- Kết trình tạo thành ion SO42- chất cuối bền vững Q trình gọi q trình sulfate hóa Quá trình phản sufat hoá: Trong mơi trường yếm khí, SO42- bị vi sinh vật khử trở lại thành H2S, trình gọi trình phản sulfate hóa Q trình này, sử dụng chất hữu làm chất cho electron Tham gia trình bao gồm giống vi sinh vật: Desulfovibrio; Desulfovibrio; Desulfotomaculum Quá trình phản sulfat hố dẫn đến việc tích luỹ H2S môi trường làm ô nhiễm môi trường đất trầm tích thuỷ vực có hàm lượng H2S cao làm ảnh hưởng đến đời sống thực vật động vật môi trường 2.1.4 Vịng tuần hồn Oxygen Trong thuỷ vực O2 sinh nhờ quang phân phân tử H2O qua trình quang hợp O2 lại chuyển trở lại dạng H2O qua trình hơ hấp Vi khuẩn lam, tảo thực vật sinh vật có vai trị chủ yếu tạo O khí Rỏ ràng có mối quan hệ mật thiết sinh vật tự dưỡng sinh vật dị dưỡng việc cung cấp O2 CO2 qua lại cho Sự quan hệ thể qua phương trình hố học sau: CO2 + H2O -> CH2O + O2 (quang hợp) CH2O +O2 -> CO2 + H2O (hơ hấp hiếu khí) 103 2.2 Vi sinh vật làm thị nước 2.2.1 Khái niệm Những đối tượng sinh vật có yêu cầu định điều kiện sinh thái liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng oxy, khả chống chịu hàm lượng định yếu tố độc hại mơi trường sống đó, diện chúng biểu thị tình trạng điều kiện sinh thái môi trường sống nằm giới hạn nhu cầu khả chống chịu đối tượng sinh vật Thơng qua sinh vật thị mơi trường, chúng nhận diện có mặt chất để đánh giá chất lượng môi trường nhằm phục vụ cho việc giám sát quan trắc với ý nghĩa khoa học thực tiễn lớn 2.2.2 Các loại vi sinh vật thị - Tảo: sinh vật thị chất lượng nước hay phú dưỡng hóa nguồn nước Phát triển mạnh điều kiện nước ấm, giàu chất hữu Nitơ Photpho từ nguồn nước thải sinh hoạt, công nghiệp thực phẩm, phân bón Có sức chịu đựng với chất hữu không thị cho môi trường ô nhiễm thuốc trừ sâu, kim loại nặng Hình 5.5: Các lồi tảo thị - Vi khuẩn nhóm Coliform: (Sinh vật thị nhiễm phân) nhóm Coliform (Coliform, Fecal coliform, Fecal streptococci, Escherichia coli ) có mặt ruột non phân động vật máu nóng, qua đường tiêu hố mà chúng xâm nhập vào mơi trường phát triển mạnh có điều kiện nhiệt độ 104 thuận lợi Số liệu Coliform cung cấp cho thông tin mức độ vệ sinh nước điều kiện vệ sinh mơi trường xung quanh Hình 5.6: Nhóm vi khuẩn E.coli - Nguyên sinh Động vật: thích nghi mơi trường giàu chất chất hữu - Động vật đáy không xương sống: làm thị sinh học quan trắc ô nhiễm nước nguyên nhân: Ô nhiễm kim loại nặng thuốc bảo vệ thực vật, chất dinh dưỡng - Vi khuẩn dạng ống Sphaerotilus: thường có mặt nguồn nước giàu chất hữu làm nguồn nước bẩn chúng sử dụng protein làm chất dinh dưỡng tiêu thụ nhiều oxy để phân giải protein Một loài vi khuẩn xuất nhiều thường gây bên tình trạng báo động oxy thuỷ vực oxy bị hồn tồn loài vi khuẩn chết bị thối rữa làm xuất H2S chất khác Ngoài vi khuẩn dạng ống, số vi khuẩn khác tham gia làm bẩn nước như: vi khuẩn phản sunphat Desulfovibrio desufuricans, vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh (nhất nhóm Thiobacillus, Thiothrix Beggialoa), vi khuẩn sinh mêtan vi khuẩn sắt - Nấm nước: nước thải thường có nhiều lồi nấm đặc biệt nấm men thuộc giống Saccharomyces Ngồi cịn có bào tử sợi nấm Nấm nước tiêu biểu Leptomitus lacteur Furasium aquaeductuum Các loại nấm nước có khả gây bẩn nhanh khu cơng nghiệp có sản phẩm thải xenlulozơ nguồn dinh dưỡng chủ yếu chúng hydrat cacbon 2.3 Vi sinh vật các tác nhân gây bệnh nước Một số vi sinh vật gây bệnh cho người, động vật thực vật Những vi sinh vật gây bệnh chúng thực phản ứng trao đổi vật chủ 105 Đa số vi sinh vật gây bệnh loại sống ký sinh lấy thức ăn từ vật chủ Còn dạng khác vi sinh vật gây bệnh chúng sản độc tố vật chủ Vi sinh vật gây nhiều bệnh hiểm nghèo cho người, gia súc, gia cầm Tuy nhiên số vi sinh vật gây bệnh chiếm phần nhỏ giới vi sinh vật - Các vi khuẩn gây bệnh đường ruột người E coli, Salmonella typhi S paratyphi gây bệnh thương hàn, vi khuẩn lị Shigella, bào tử Clostridium gây bệnh, phẩy khuẩn Vibrio cholerae V alginolitycus - Các nấm gây bệnh da - Một số virut gây bệnh polyovirut gây bệnh bại liệt trẻ em, virut gây bệnh đường ruột người, virut gây bệnh cúm, virut hepatitit 2.4 Vi sinh vật tự làm sạch các nguồn nước Sự tự làm nước nhờ vào trình vật lý hóa học tượng sa lắng oxy hóa giữ vai trị quan trọng, song đóng vai trị định q trình sinh học Tham gia vào trình chủ yếu phải kể vi sinh vật (vi khuẩn phân hủy hợp chất N, P, S ), tảo thủy sinh (quang hợp), động vật ăn chất bẩn hữu cơ, sinh vật có khả tích tụ chất độc thể, số chủ yếu lồi tảo, động vật khơng xương sống cỡ nhỏ với số lượng lớn Bùn hoạt tính cấu tạo chủ yếu từ vi khuẩn động vật nguyên sinh, từ nấm, trùng bánh xe giun trịn Các vi khuẩn tạo thành nhóm lớn chịu trách nhiệm loại bỏ ô nhiễm tạo cục vón Tuy nhiên tự làm tự nhiên xảy địa điểm mà thành phần số lượng chất bẩn phù hợp với lực tự làm thủy vực Lực khác tuỳ theo nguồn nước đạt trị số lớn nơi chuyển động mạnh nước chia nước thải trao đổi khí với khơng khí khí xảy mạnh Lực tự làm nước tháng mùa nóng lớn tháng mùa lạnh Khi nhiệt độ cao hoạt động phần lớn vi sinh vật kích thích, đồng thời chiếu sáng thực vật nổI cung cấp thêm oxy Ờ thủy vực bị nhiễm nhiều nước thải rác rưỡi so với khả mà thủy vực tự xử lý, điều kiện thuận lợi nhất, khả tự làm thuỷ vực bị phá điều thường dẫn đến 106 hậu xấu môi trường Do việc sử dụng oxy lớn để phân giải chất thải làm xuất khu vực yếm khí thủy vực, q trình thối rửa, phản ứng sunphat hoá H2S tạo thành Gần toàn sinh vật bậc cao vi sinh vật chết, quần thể vi sinh vật nghèo nàn chủng loại phát triển chúng phân giải phần nhỏ chất bẩn hữu thủy vực Việc phá tự làm cùa thuỷ vực xuất cung cấp trực tiếp chất độc, trước hết nước thải rác rưởi nhà máy thủ công hay công nghiệp đưa vào làm chết sinh vật than gia vào trình tái khoáng hoá Các chất độc bao gồm trước hết hợp chất kim loại nặng, axit chất độc hữu Câu hỏi ôn tập: Sự phân bố vi sinh vật thủy vực? Vai trò vi sinh vật vịng tuần hồn vật chất? Vai trị vi sinh vật thủy vực? 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thanh Bảo, 2005 Bài giảng thực tập vi sinh miễm dịch Trường Đai học y dược thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Lân Dũng, 2003 Vi sinh vật học Nhà xuất giáo dục Nguyễn Văn Hoà, Phạm Hồng Sơn, 2007 Bài giảng vi sinh vật đại cương Trường Đại Học Nông Lâm, Đại Học Huế Nguyễn Ngọc Hải Nguyễn Thị Kim Loan, 2007 Giáo trình thực tập vi sinh vật, Trường Đại học Nơng Lâm thành phố Hồ Chí Minh Phạm Văn Kim 2002 Giáo trình vi sinh vật đại cương, Trường ĐH Cần Thơ Biền Văn Minh, Kiều Hữu Ảnh, Phạm Văn Ty, Phạm Hồng Sơn, Phạm Thị Ngọc Lan Nguyễn Thị Thu Thuỷ 2006, Giáo trình vi sinh vật học NXB Đại học Huế Phạm Thị Tuyết Ngân, 2008 Giáo trình vi sinh vật hữu ích, Trường ĐH Cần Thơ Dương Nhật Linh, Nguyễn Văn Minh, 2008 Giáo trình thực tập vi sinh vật gây bệnh Khoa công nghệ sinh học, Trường Đại học Mở Thành Phố Hồ Chí Minh Đặng Thị Hồng Oanh, 2005 Giáo trình vi sinh đại cương, Trường ĐH Cần Thơ 10 Trần Linh Phước, 2005 Phương pháp phân tích vi sinh vật nước, thực phẩm mỹ phẩm NXB Giáo dục 11 Cao Văn Thu, 2008 Vi sinh vật học Nhà xuất giáo dục 12 Lê Quốc Tuấn 2003 Bài giảng vi sinh vật học đại cương, Trường Đại học Nông Lâm, TP HCM 108 ... dụng vi sinh vật: vi sinh học y học, vi sinh học công nghiệp, vi sinh học thực phẩm, vi sinh học thú y, vi sinh học đất, vi sinh học nước, vi sinh học khơng khí, bệnh lý thực vật… Vai trò của vi. .. dụng vi sinh vật vào thực tế ngành nghề Vi sinh vật vi sinh vật học  Vi sinh học (microbiology) ngành khoa học nghiên cứu về: - Cấu tạo đời sống vi sinh vật - Đa dạng sinh học tiến hóa vi sinh. .. ĐẠI CƯƠNG VI SINH VẬT Vi sinh vật vi sinh vật học Vai trò vi sinh vật tự nhiên với đời sống người Lịch sử phát triển vi sinh vật học Đặc điểm chung vi sinh vật Chương 2: VIRUS Khái niệm virus