Sinh thái vi sinh vật

chơngVII sinh tháI vi sinh vật Sinh thái học cận đại đã thúc đẩy sự phát triển sinh thái học hệ sinh thái sinh thái học hệ sinh thái đã nghiên cứu khảo sát mối quan hệ giữa các sinh vật trong hệ sinh thái, giữa sinh vật và môi trờng hình thành một khái niệm và khung lý luận mới về hệ sinh thái, chuỗi thức ăn, lới thức ăn, dòng năng lợng, tuần hoàn vật chất, truyền thông tin và vật sản xuất, vật tiêu thụ, vật phân giải. VSV là thành viên quan trọng của hệ sinh thái đặc biệt là các VSV phân giải chất hữu cơ, chúng có tác dụng không thể thay thé đợc trong sinh quyển. Trong 10 năm lại đây nền KT xã hội phát triển kéo theo những vấn đề vè môi trờng nh ô nhiễm môi trờng, phá hoại sinh thái. VSV có tác dụng quan trọng trong việc phân giải chất ô nhiễm khống chế sự ô nhiễm, cải tạo môi trờng ô nhiễm. VSV đã xúc tíên sinh trởng thực vật và các tác dụng có ích khác giúp cho giảm bớt phá hoại sinh thái, khôi phục hệ sinh thái bị tổn thất. 1. Tác dụng VSV trong hệ sinh thái 1.1. Vai trò của VSV trong hệ sinh thái Tác dụng của SV trong hệ sinh thái chia ra 3 loại: vật sản xuất, vật tiêu thụ và vật phân giải. VSV có tác dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực nhng làm vật phan giải là chủ yếu. 1) VSV là vật phân giải chất hữu cơ. 2) VSV là thành viên quan trọng trong tuần hoàn vật chất. 3) VSV là vật sản xuất sơ cấp trong hệ sinh thái. 4) VSV là vật tích trữ vật chất và năng lợng 5) VSV là loại tiên phong trong diễn hoá sinh vật dịa cầu. 1.2. VSV và tuần hoàn hóa học sinh địa Tuần hoàn hoá học sinh địa ( biogeochemical cycles) là sự chuyển hoá và vận động các nguyên tố hóa học trải qua tác dụng sinh hoá trong sinh quyển. Sự tham gia quá trình dó có tốc độ khác nhau. Tuần hoàn các nguyên tố C,H,O,N,P,S rất nhanh, một số nguyên tố ít nh Mg,K,Na và nguyên tố hiếm nh Al,B,Co,Cr,Cu,Mo,Ni,Se,V,Zn lại tuần hoàn khá chem Một số nguyên tố khác nh Fe,Mn,Ca và Si thờng thông qua oxy hoá khử để tăng tốc tuần hoàn. Hàm lợng Ca, Si trong nguyên sinh chất rất ít, nhng trong các kết cấu khác lại rất cao. Sự tuần hòan C,N,P,S chịu 2 loại SV khống chế SV tự dỡng và SV dị d- ỡng. Trong thực tế mọi sinh vật đều tham gia quá trình tuần hòan hóa học. VSV có tác dụng quyết định khoáng hóa chất hữu cơ. Trên 90% chất hữu cơ trên địa cầu đều bị khoáng hóa nhờ VK và nấm 1.2.1. Tuần hoàn C 25 C là nguyên tố lớn nhất trong SV chiếm 50% trọng lợng khô. Tuần hoàn C là tuần hoàn vật chất quan trọng nhất. - Trong sinh quyển Vật sản xuất ban đầu chuỷển hoá CO 2 thành cacbon hữu cơ, rồi nhờ tác dụng hô hấp chuyển thành CO 2. Phần lớn cây xanh không phải hoàn toàn bị động vật ăn mà sau khi cây chết bị VSV phân giải, CO 2 lại đợc vật sản xuất lợi dụng - Trong sinh cảnh. Trên cơ sở tuần hoàn sinh quyển, sinh vật lớn dị dỡng và VSV đều tham gia vào tuần hoàn, nhng VSV là chủ yếu. Chúng phân giải chất hữu cơ và tinh bột, pectin, protein, nhng VSV trong đìêu kiện ýêm khí là vật phân giải duy nhất. Ngoài CO 2 còn có CO, khí methan do hoạt động của VSV thải ra trong không khí. Khí CO 2 tăng lên liên tục trong khí quyển gây ra hiệu ứng nhà kính là vấn đề môi trờng toàn cầu. 1.2.2. Tuần hoàn N N là nguyên tố tổ thành chủ yếu của sinh vật. Thờng có 6 hợp chất chứa N là NH 4 , NO 2 , NO 3 , N 2 O, N và R-NH 2 . Hầu hết chúng thông qua phản ứng oxy hoá khử. - Cố định N. Cố định N là quá trình sinh hoá chuỷen N trogn hkí quyển thành NH 3 . Hàng năm trên địa cầu có khoảng 2,40 x 10 8 tấn N bị cố định. Quá trình đso phảI có các VSV tham gia. Có rất nhiều VSV thực hiện, chủ yéu là VK cố định N (Azotobacter), VK hình thoi (Clostridium), VK Klebsiella, lam khuẩn, VK cộng sinh chủ yếu có VK nốt sần (Rhizobium) và Frankia -Amon hoá ( ammonification) Amon hóa là quá trình chuyển hóa N hữu cơ thành NH 3 . Động vật, thực vật VSV đều có khả năng chuyển hoá trong môi trờng háo khí và yếm khí. -Nitrat hoá ( nitrification) Nitrat hóa là quá trình oxy hoá NH 4 trong điều kiện háo khí của VK chuyển thành muối nitrat. - Tác dụng khử và phản nitrat muối nitrat Khử muối nitrat bao gồm khử muối nitrat dị hoá và khử muối nitrat đồng hóa. Khử muối nitrat dị hoá lại đợc chia ra khử muối nitrat lên men và khử muối nitrat hô hấp. Sản phẩm khử muối nitrat hô hấp là khí N 2 O và N 2 . Quá trình này gọi là tác dụng phản nitrat hoá. Nitrat hóa dị hóa là VSV hô hấp trong điều kiện không có hoặc thíếu oxy, NO 3 - hoặc NO 2 - thay thế oxy để làm thể nhận diện tử tíen hành trao đổi hô hấp.Trong quá trình khử muối nitrat lên men, muối nitrat không phải là thể nhận cuối cùng và khử không hét, sản phẩm lên men chủ yếu là NH 4 + . Hiện tợng này rất phổ biến trong tự nhiên, phần lớn do các loài VSV yếm khí hoàn thành nh Enterobacter, 26 Escherichia. Bacillus. Khử muối nitrat hô hấp muối nitrat là thể nhạn đoạn cuối và khử thành nitrit, NH 3 hoặc N dạng khí. Trong qúa trình phản nitrat hóa muối nitrat nhờ tác dụng của một loạt các ezym sắc tố tế bào truyền điện tử cuối cùng bị khử thành khí N 2 O và N 2 bay vào không khí. N 2 O bay vào không khí có thể phá hoại tầng ozon, N 2 bị mất đi là do N 2 thừa ra trong quá trình cố định N, từ đó mà đợc cân bằng. 1.2.3. Tuân hoàn S S là thành phần quan trọng của sinh vật, chiếm 1% trọng lợng khô. S trong sinh quyển khá phong phú. Quá trình tuần hoàn S đợc biểu hiện trên sơ đồ 11-3 ( 292) - oxy hoá S là các chất vô cơ có S nh S, H 2 S, FeS 2 , S 2 O 2 2- bị VSV oxy hoá thành axit sunfuric. Các VSV oxy hóa S có nhng đặc đỉểm hình thái,sinh lý không rất khác nhau. Có thể chia ra 2 loại khác nhau về sinh lý là: VK hóa năng và VK quang năng, Ngoài ra còn có các VSV dị dỡng nh nấm mốc khúc ( Aspergillus), VKque đốt, VK cầu nhỏ ( Micrococcus) cũng có khả năng oxy hóa S. -Khử muối sunfat Muối sufat có thẻ khử thành H 2 S. Nhng VSV này gọi là khuẩn khử sunfat. Sản phẩm H 2 S trong tế bào tổ thành tế bào gọi là khử sunfat đồng hoá. Còn H 2 S không bị đồng hoá gọi là khử sunfat dị hóa hay còn gọi là phản sunfat hó., thể cho điẹn tử thờng là axit butyric, axit lactic và H phân tử. VK tham gia khử sunfat có VK que thoát S và VK lá thóat S. - Khoáng hóa S hữu cơ. Trong xác động thực vật có protein lu huỳnh VSV phan giảI chúng thành khí H 2 S, CH 3 SH, (CH 2 )S Nói chung các VK hoại sinh đều có khả năng phân giải chúng. 1.2.4. Tuần hoàn P Tổ thành chất di truyền và tích trữ năng lợng đều phải có P trong tế bào. Quá trình tuần hòan hoá học bao gồm 3 giai đoạn (1) chuyển hóa P hữu cơ thành P vô cơ hoà tan ( khoáng hóa P hữu cơ) (2) Biến P vô cơ không tnan thành P vô cơ hoà tan ( hữu hiệu hoá P) (3) biến P vô cơ hoà tan thành P hữu cơ ( đồng hóa P). VSV tham gia vào tất cả quá trình đó 1.2.5.Tuần hoàn Fe Quá trình oxy hóa Fe là oxy hóa và khử. Quá trình đó trải qua 3 giai đoạn:Oxy hoá và lắng đọng Fe, khử và hòa tan Fe, hấp thụ Fe. VSV có thể tham gia vào tổng hợp chuyên hóa và không chuyên hoá thành các hợp chất có Fe. 1.2.6. Tuần hoàn các nguyên tố khác: Mn, Ca, Si Rất nhiều VK và nấm đều có thể oxy hóa các chất hữu cơ phức tạp thành các chất vô cơ biến từ chất vô cơ khó tan thành chất vô cơ dễ tan. Một số loài nấm có thể sản sinh axit để hoà tan muối silicat trong đá vôi. 2. Vi sinh vật trong môi trờng sinh thái 27 2.1 Quần xã VSV 2.1.1. Tác dụng gĩa các quần thể loài 1) Sống trung lập: Sống trong các loài khác nhau nhng không gây ảnh hởng lẫn nhau. 2) Sống thiên lợi: Một loài sống có tác dụng có lợi cho loài khác, nhng loài khác không có tác dụng gì với loài sống đó. 3)Tác dụng hiệp đồng: hai quần thể loài tác dụng có lợi lẫn nhau, giữa chúng là sự liên hợp rời rạc không chuyên hóa. 4) Cộng sinh: Hai quần thể tác dụng có lợi cho nhau giữa chúng gắn bó với nhau chuyên hóa, kéo dài sự hiệp tác, phát triển các quần thể thành thể cộng sinh, có lợi cho chúng chíem cứ một sinh cảnh nếu tốn tại một loài sẽ bị hạn chế. Địa y là thể cộng sinh điển hình gĩa nấm và tảo. 5) Ký sinh: Một quần thể loài xâm nhập trực tiếp một quần thể khác vật ký sinh lấy chất dinh dỡng của vật chủ, sản sinh điều bất lợi cho vật chủ. 6) Bắt mồi: Một quần thể bị quần thể khác bắt ăn dể thu dinh dỡng, quần thể bị bắt sẽ bị hại. 7) Sống thiên hại: Một quần thể loài sống cản trở sinh trởng quần thể loài khác mà không ảnh hởng đến quần thể mình. 8) Cạnh tranh: Hai quần thể cùng sống trong một môi trờng hay sinh cảnh dẫn đến sinh trởng và mật độ hai loài đều không có lợi. 2.1.2. Kết cấu và chức năng quần xã Quần xã là một đơn vị kết cấu và chức năng kết hợp rời rạc nhau trong một khu vực hoặc sinh cảnh nhất định. Đơn vị kết cấu tuy rời rạc nhng có sự kết hợp theo quy luật và theo từng loài và đặc diểm của loài mà thể hiện những đặc tính nhất định Bất cứ một quần thể VSV nào dều có tổ thành quần thể riêng, mỗi quần thể loài đều có số cá thể và phạm vi phân bố khác nhau. Chúng đối với môi trờng sinh thái xung quanh đều có yêu cầu và phản ứng nhất định. Trong quần xã chúng có địa vị và tác dụng khác nhau. Một quần xã VSV trong điều kiện sinh cảnh nhất định có chức năng sinh thái gắn liền với chc năng, kết cấu tơng ứng. Một quần thể loài có rất nhiều choc năng sinh lý,nhiều quẩn thể tổ hợp thành quần xã hoàn thành 1 chức năng sinh thái. Một cá thể, một quần thể loài, một quần xã chiếm một vị trí không gian thời gian riêng gọi là vị trí sinh thái. Tổ thành một quần xã trong thực tế là phản ánh chân thực tình hình vị trí sinh thái. Một quần xã VSV ở vị trí sinh tháI nhất định cũng là kết quả tiến hoá thích ứng lâu dài. Động vật nhai lại và không nhai lại đều ăn xenlulose, trải qua thích ứng trong bộ máy tiêu hóa của chúng đều có các quần xã VSV chủ yếu là vi khuẩn và nấm. Tính đa dạng loài, kết cấu thẳng đứng, kết cấu nằm ngang và loài u thế là những tham số quan trọng kết cấu quần xã. Tính đa dạng loài có thể dùng chỉ số đa dạng biểu thị. Chỉ số đa dạng là lấy số lợng loài trong kết cấu quần xã và sự phân phối số lợng các thể của các loài làm chỉ tiêu . Số lợng loài càng nhiều hoặc số cá thể các loài phân phối đều thì chỉ số da dạng càng lớn. 28 Kết cấu thẳng đứng tình hình sắp xếp thẳng đứng các quần thể loài khác nhau, là một hình thức biểu thị mối quan hệ giữa các quần thể loài và quần thể với môi trờng. Cho nên một quần xã trong sinh cảnh đều có kết cấu thẳng đứng. Kết cấu nằm ngang là phản ánh sự biến đổi theo vĩ độ mà sản sinh sự bíên đổi nhiệt độ khí quyển, VSV trong điều kiện nhiệt độ khác nhau hình thành kết cấu khác nhau, mỗi quần thể loài biểu hiện tác dụng khác nhau và không có tính quan trọng nh nhau. Trong đó một phần quần thể loài do số l- ợng, kích thớc, hoạt tính khác nhau mà có tác dụng khống chế chủ yếu khác nhau. Những loài có ý nghĩa quyết định đối với quần xã và môi trờng đợc gọi là quần thể loài u thế. Chất dinh dỡng, điêu kiẹn môi trờng thay đổi và sự ô nhiểm đều gây ra sức ép quần xã VSV, kết cấu quần xã cũng thay đổi, nó phản ánh sự chọn lọc môi trờng đối với quần xã. Nguyên lý chọn lọc đó là cơ sở lý luận quan trọng vè chức năng sinh lý của VSV. Ví dụ ta bỏ chất hoạt tính lên bề mặt nớc ô nhiễm, VK phân giải sẽ chíêm u thế, từ đó ta dễ phân lập hơn. 2.1.3. Tác dụng lẫn nhau mức quần xã Tác dụng tơng hỗ mức quần xã có ảnh hởng quan trọng đối với hẹ sinh thái. Ví dụ sự oxy hoá của quần xã VK trong quá trình xử lý nớc ô nhiễm một ao nớc ổn định sản sinh CO 2 , NO 3 - ,PO 4 3- quần xã tảo dới tác dụng ánh sáng sẽ lợi dụng các chất đó để quang hợp và hình thành O 2 , lại cung cấp quần xã VK phân giải háo khí, chúng tác dụng lẫn nhau làm cho ao nớc ổn định hoàn thành quá trình làm sạch chất hữu cơ. Trong điều kiện ánh sáng mạnh tác dụng quang hợp của quần xã tảo sẽ mạnh lên sẽ nhả ra nhiều khí oxy, nh vậy sự phan giải oxy hoá của quần xã VK sẽ phát huy tác dụng từ đó nâng cao khả năng làm sạch ao. 2.2. VSV sống trong đất Đất là thể rắn chứa các chất vô cơ, chất hữu cơ, nớc, không khí và sinh vật. Các chất vô cơ và hữu cơ đèu bị VSV lợi dụng cho nên đất là sinh cảnh thích hợp của VSV. VSV đất rất nhiều loài, nhiều các thể, tiềm lực trao đổi chất rất lớn. Nhng VSV đất nói chugn ở trạng tháI đói, tốc độ sinh sản thấp. Chúng ta da chất dinh dỡng vào trogn đất số lợng và chất trao đổi VSV tăng lên cho đến khi hết dinh dỡng nhng về sau hoạt tính của VSV sẽ hồi phục đến mức thấp nhất định. Số lợng quần xã VSV trong mồi gam đất (CFu) ở độ sâu khác nhau ở vờn hoa điển hình đợc thể hiện ở biểu 11-1 29 Biểu 11-1 Số lợng quần xã VSV trong mồi gam đất (CFu) ở độ sâu khác nhau ở 1 vờn hoa điển hình độ sâu/cm Vi khuẩn Xạ khuẩn Nấm Tảo 3-8 20-25 35-40 65-75 135-145 9750 000 2 179 000 570 000 11 000 1 400 2 080 000 245 000 49 000 5 000 - 119 000 50 000 14 000 6 000 3 000 25 000 5 000 500 100 - * số liệu Shen Ping (GTVSVTQ) Số lợng và phân bố VSV đất chịu ảnh hởng của các nhân tố chất dinh dỡng, hàm lợng nớc, oxy, nhiệt độ, pH, phân bố tập trung ở tầng đát mặt.Ngoài ra còn có chất đát, vi sinh cảnh nên có những quần thể loài sinh lý khác nhau. 2.3. VSV sống trong nớc Sinh cảnh nớc bao gồm hồ, ao, khe suối sông, eo biển và biển. Số lợng và phân bố VSV trong nớc chịu ảnh hởng của các nhân tố: dinh dỡng, nhiệt đọ, ánh sáng, oxy, muối n ớc nhìeu dinh dỡng hoặc nớc bẩn,có số lợng VK nhiều nh các bến sông cửă sông có số VSV khá nhiều.VSV lợi dụng nhiều chất dinh dỡng huyền phù, nên thờng tập trung ở bề mặt và là nhng loài háo khí nh VK đơn bào giả (Pseudomonas) VK phân giảI xenlulose, VK cuống, VK sinh sợi. Nhng khu nớc sâu nhng chỗ có chút ít ánh sáng có thể thấy VK lu huỳnh màu tím và màu xanh và một số VK kiêm yếm khí. Vùng lòng hồ nớc sâu có nhiều VSV yếm khí chủ yếu có VK cong thoát S.VK methan, VK que mọc chồi,VK hình thoi. 2.4. VSV sống trong không khí Trong không khí không có VSV sinh sản cố định, nhng do VSV có thể hình thành nhng VSV ngủ nghỉ thích ứng với những môi trờng xấu, một số sinh vật có thể trong một thời gian dài tồn tại không bị chết. Cho nên trong không khí ta có thể tìm thấy VSV, nguồn VSV không khí phần lớn từ trong đất, nớc. Trong không khí thờng hình thành các keo tan khí, những vật chịu dung khô hạn trên động vật và con ngời. Nhng loài chủ yếu là các loài nấm mốc và vi khuẩn, nấm mốc thờng thấy là mốc khúc( Aspegilus), mốc gỗ ( Trichoderma) mốc xanh ( Penicillium) mốc lông ( Mucor) mốc đất trắng (Geotrichum) và mốc chuỗi màu ( Torulasp), VK có cầu khuẩn, VK que và một số VK gây bệnh. Phân bố VSV trong không khí thờng không đều, số l- ợng chúng quyết định bởi lợng bụi trong không khí.( Biểu 11-2) Số lợng VSV trong khí quyển ở các vị trí khác nhau Địa điểm Số lợng VSV /CFu.m -3 30 Bắc cực vĩ độ bắc 80 Trên không hải dơng Công viên thành phố Đờng đô thị Nhà ở Trại chăn nuôi 0 1-2 200 5 000 20 000 1 000 000-2 000 000 2.5. VSV sống trong môi trờng khắc nghiệt Nghiên cứu đến những VSV này có 3 ý nghĩa cơ bản (1) Khai thác lợi dụng tài nguyên VSV, bao gồm các tài nguyên cơ bản đặc biệt (2) Cung cấp các đề tài và tài liệu khoa học về sinh lý, di truyền và phân loại VSV (3) Cung cấp tài liệu mới về tiến hóa, nguồn gốc sự sống. VSV a nóng, có một số VSV sống trong môi trờng có nhiệt độ cao 80- 110 o C, nhiẹt độ 30 o C không thể sinh trởng.sống trong các suối nớc nóng VSV a lạnh, sinh trởng trong nhiệt độ 0-5 o C.trong các biển sâu, nớc lạnh , đất lạnh, hang động. VSV a chua, dới 3-4, chịu chua 3-6,5, một số VK sống trong đầm lầy. VSV a kiềm pH thờng trên 9. VSV a mặn. Trong nớc biển chứa 3,5% muối. Một số VSV sống trong điều kiện nồng độ muối 0,2-0,5mol/L hầu hết VSV a mặn đều sống trong điều kiện này, một số sống trong điều kiện nồng độ 0,5-2,5mol/L và 2,5- 5,2mol/L. Nhng VSV này có đặc tính sinh lý riêng, thờng có màng tím, các nhà KH thờng tập trung nghien cứu nhng loại VSV này. VSV a nén. Dới biển sâu có áp suet nén vợt quá 4,05x10 7 Pa (400atm). Từ dới đáy biển có áp suất 1000atm, vẫn phân lập đợc loài Pseudomonas bathycetes, từ các going dầu sâu có sức nén 400atm ngời ta có thể phân lập đợc VK khử muối sunfat. 2.6. VSV sống trong động vật VSV sống trên động vật khá phức tạpo, số lợng lớn, choc năng sinh lý đa dạng. Thờng chia ra loại có lợi và loài có hại. Nhng loại có hại là những VSV gây bệnh nh VR,VK, nấm, ĐVNS. Một số chuyển hại thành lợi nh VSV gây bẹnh côn trùng. VSV có lợi cho động vật có quan hệ cộng sinh với động vật dợc nghiên cứu nhiều hơn nh VSV cộng sinh với côn trùng, cộng sinh với u dạ dày trâu bò, dê, lạc đà, cộng sinh giữa cá biển và VK phát quang. 1) VSV cộng sinh với côn trùng Chúng có 3 đặc điểm chủ yếu: VSV có khả năng trao đổi chất mà côn trùng không có , côn trùng dựa vào chất trao đổi để sống. (2) hai bên phải phối hợp với nhau để sinh sản (3) Dựa vào nhau đẻ truyền cho đới con cháu. Trong dạ dày mối có nhiều VK và động vật nguyên sinh phân giải xenlulose chuyển hoá vật thải axit ureic và cố định N cho côn trùng lợi dụng 2) Cộng sinh với dạ dày u động vật ăn cỏ 31 VSV đối với các động vật ăn cỏ có tác dụng rất quan trọng tham gia trao đổi năng lợng và vật chất . Phần lớn phân giảI xenlulose phảI dựa vào enzyme xenluloza các ản phẩm phân giảI sản sinh axit hữu cơ đợc động vật lợi dụng. Không có enzyme VSV tài nguyên thức ăn phong phú đó không thể lợi dụng đầy đủ. Dạ dày có u nhỏ có một kết cấu quan trọng một hệ sinh tháI đặc biệt nhiệt độ thờng 38-41 o C, pH 5,5-7,3, áp suất thẩm thấu 250-350mOsm) môI trờng khử ổn định (Eh -350mV. Rất nhiều VSV tồn tại trong dại dày đó, VK có số lợng rất lớn 10 10 -10 11 CFu/g, phàn lớn là VK yếm khí, nhng cũng có một só háo hkí. Số bào tử động có thể đạt 10 3 -10 5 cá thể /g. bào tử nẩy mầm thành sợi nấm lại thành bào tử. Số lợng VK có thể đạt 10 6- 10 7 cá thể /ml, th- ờng là nhng Vk ôn hoà. số lợng động vật nguyên sinh là 10 5 -10 6 ca sthể /g, độ lớn 20-200àm. Xenlulose, protein, hemixenlulose bị VSV phân giải sản sinh axit lipoic, vitamin và protein thể nấm cung cấp cho động vật nhai lại. ĐV nhai lại lại cung cấp dinh dỡng và môi trờng cần thiết cho VSV phân giải và sinh sản. 3) Cộng sinh vi khuẩn phát quang và cá biển Cá và một số dộng vật không xơng ở biển và VK phát quang nh Photobacterium, Beneckea nhìn thấy cá. Chúng thờng ở trong túi của một số cá. Những túi đó có lỗ nhỏ ở ngoài, cho VK chui vào, đồng thời có thể trao đổi chất với nớc biển. VK phát quang giúp cho cá nhận biết nhau để giao phối, nhìn thấy các vật ở những nơi tối. ánh sáng có thể làm tín hiệu hoặc dẫn dụ các sinh vật khác đến để bắt mồi. ánh sáng cũng có thể giúp cho câ chạy từng đàn tránh các vật bắt mồi khác. 2.6. VSV sống trong thực vật 1) VSV bề mặt thực vật và bệnh hại cây Bề mặt lá, quả cây là sinh cảnh tốt cho một số VSV nh VK, lam khuẩn, nấm, địa y và một số loài tảo. Nhng VK nấm trên mặt lá thành một quàn thể. Hoa là nhng sinh cảnh ngắn của VSV phụ sinh. Khi quả chín các loài nấm men chiếm u thế. Nhiều loài virus, VK, nấm , động vật nguyên sinh có thể gây bệnh cho cây trồng làm cho chức năng của thực vật thất thờng. Cây bị bệnh thờng hình thành các cơ quan sinh sản và các triệu chứng khác nhau, cây biến đổi và sẽ chết. 2) Quan hệ VSV với rễ cây - VSV quanh rễ (rhizosphere microorganisms) khu vực quanh rễ có rất nhiều VSV. Trong quá trình sinh trởng bộ rễ hình thành các chất trao đổi với đất không ngừng thay đổi dinh dỡng, nớc, pH, điện phân oxy hóa khử và thoáng khí VSV có tác dụng chọn lọc và tích tụ quanh rễ gay ảnh h ởng đến sinh trởng của cây. VSV quanh rễ bắng các phơng thức khác nhau có lợi cho cây bao gòm các VSV phân giảI H 2 S làm tăng khả năng hấp thu rễ cây hình 32 thành các vitamin, axit amin, chất kích thích sinh trởng. Ngaòi ra do quan hẹ cạnh tranh, VSV quanh rễ tạo nen sức đề kháng với bệnh hình thành các chất kháng sinh ức chế sinh trởng VK và nấm gây bệnh. Một số VSV có thể gây bệnh hại cây. -Rễ nấm (mycorrhiza) Một số nấm và rễ cây có quan hệ hỗ trợ nhau hình thành rễ nấm xúc tiến khả năng hấp thu P,N và chất khoàng khác, tạo nên khả năng thích ứng với môI trờng. Nám có thể cung cấp chát khoáng, nớc ức chế các thực vật gây hại khác, làm yếu sự cạnh tranh cây ngoại lai. Sự cộng sinh này khác hẳn với rễ cây và nấm sang riêng rẽ. Nấm cộng sinh thờng có hai loại: ngoại cộng sinh và nội cộng sinh. Ngoại cộng sinh có sợi nấm nằm ở gian bào không chui và tế bào. Nấm nội cộng sinh lại có hai loại: có vãch ngăn và không có vách ngăn. Loại không có vách ngăn nói chung có thẻ bao chùm (VA, vesicular-arbuscular mycorrhiza). Nấm Cố định N cộng sinh: -Nốt sần cây họ đậu có tác dụng cố định N là một quan hệ cộng sinh quan trọng nhất. Cố định N cộng sinh lấy N cây không thể hấp thu trong khí quyển biến thành khí ammoniac hợp chất có N cây có thể hấp thu, nh vậy nó có ý nghĩa rất quan trọng làm tăng độ phì đất xúc tiến tuần hoàn N. Quá trình sinh lý sinh hóa, cơ chế di truyền của VK nốt sần và rễ cây rất phức tạp. - Xạ khuẩn cộng sinh với cây phi họ đậu, nh chi Frankia cộng sinh với trên 200 loài thực vật hình thành nốt sần xạ khuẩn ( actinerhizas). Chúng có khả năng cố dịnh N. - Cộng sinh lam khuẩn với thực vật bậc thấp. Có rất nhiều chi trong lam khuẩn ngoài tác dụng cố định N còn có một số lam khuẩn cộng sinh với cây quyết, rong rêu, cây hạt trần, hạt kín xây dng quan hệ cộng sinh để xúc tiến sinh trởng cây, khắc phục những điều kiện môi trờng khắc nghiệt. 2.8. Khống chế VSV và mốc thối sinh học trong sản phẩm công nông nghiệp Rất nhiều VSV tồn tại trong các thực phẩm và sản phẩm do con ngời sản xuất. VSV có tác dụng làm thối rữa chúng. Khử đi hoặc hạn chế những hoạt động trao đổi chất của VSV có hại đặc biệt là lợi dụng nguyên lý sinh thái học ức chế hoạt động VSV có hại là phơng pháp quan trọng ngăn ngừa sự thối rữa thực phẩm. Thực phẩm là môi trờng sống của VSV, trong quá trình gia công bao gói,, vận chuyển, cất trữ đều có thể bị nấm mốc, VK, nấm men gây ô nhiễm. Trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp chúng có thể sinh trởng nhanh tạo thành các chất độc. Trên TG có đến 2% sản lợng lơng thực bị mốc Chất độc của mốc có thể gây ra trúng độc thực phẩm và ung th. Phơng pháp ngăn chặn mốc thờng có 3 loại có thể két hợp sử dụng.(1) Phơng pháp xử lý vật lý và hoá học. (2) Bảo quản trogn điều kiẹn VSV không thể 33 tồn tại nh trong môi trờng nhiệt độ thấp (3) Dùng các hoá chất khống chế nh: axit benzoic,axit sorbic,axit acetic. Cũng có thể ding VSV này ức chế VSV kia nh dùng Lactobacillus.Propionibacterium, Acetobacter sản sinh ra axit lactic, axit ethylic, axit propilic ức chế hoạt tính các VSV khác. 2.9. Phơng pháp nghiên cứu định vị Sinh thái VSV đề cập chủ yếu là kết cấu và chức năng, nghiên cứu thực nghiệm và tự nhiên không thể thể hiện hoạt động của VSV, cho nên cần phải phát triển phơng pháp nghiên cứu tình hình tự nhiên hoặc gọi là phơng pháp nghiên cứu định vị.Phơng pháp nghiên cứu định vị bao gồm: (1)Quan sát định vị. (2) Kỹ thuật mô phỏng vi sinh cảnh.(3) ứng dụng công nghệ sinh học phân tử hiện đại. 3. Sự lây lan của VSV trên cơ thể ngời và VSV gây bệnh 3.1. VSV trên cơ thể ngời (1)Trên da Nhiệt độ trên da thờng 33-37 o C, pH 4-8, có thể lợi dụng nớc không đủ, trong mồ hôi có muối vô cơ và chất hữu cơ, là sinh cảnh thích hợp cho VSV sinh trởng. Mỡ và muối trên da có ảnh hởng đến tổ thành VSV. Quần thể vi khuẩn u thế là VK Gram dơng, chúng bao gồm VK cầu nho, VK cầu nhỏ, Vk que. VK Gram âm rất ít. Nấm thờng gặp nấm men hình bình. Nhng VSV trên da thờng đẩy các VSV khác có thể ngăn cản các VSV ngoại lai và VSV gây bệnh. (2) Trong xoang miệng Xoang miệng là sinh cảnh có lợi cho VSV sinh trởng vì: (1) Nhiệt độ ổn định (2) Đủ nớc (3) Có nhiều nếp nhăn tạo nên sinh cảnh đa dạng (4) Dinh dỡng phong phú (5) Nớc bọt là nhân tố cho VSV sinh trởng (6) Môi tr- ờng háo khí và yếm khí. Bề mặt màng nhầy của miệng, răng và dịch nớc bọt đèu là sinh cảnh tốt cho VSV tồn tại. Những VSV trong miệng chủ yéu là VK, xạ khuẩn, nấm men, động vật nguyên sinh, số lợng VK là nhìêu nhất. Khi ăn đờng bề mặt răng hình thành quần thể VK sinh axit và chịu axit. Chủ yếu là liên cầu khuẩn, Vk sữa, khi pH giảm xuống, nớc bọt không kịp trung hoà, axit có thể hoà tan chất men răng, cuối cùng sún răng. Flo có thể hồi phục xúc tiến trao đổi chất đờng, cho nên phải dùng thuốc chữa răng F. Ph- ơng pháp miễn dịch cũng đã đợc nghiên cứu tạo nên kháng thể chống liên cầu khuẩn. (3)Trong dạ dày và ruột VSV chủ yếu là ở đại tràng, đặc điểm của dạ dày là độ chua cao (pH <3), có nhiều men tiêu hoá, chí có một ít VSV chống chua, bao gồm nấm men, liên càu khuẩn,khuẩn que sữa, nhng khi độ chua xuống tháp VK sẽ tăng cao. Ruột non nối liền với dạ dày và ruột già chức năng chủ yếu là tiêu hóa thức ăn và hấp thu dinh dỡng. Khi pH lệch kiềmđến trugn tínhbè mặt nhiều tuýen tíet, nhu động ôn hoà. Só lợng VSV lên tới 10 11 CFu/ml. tổ thành 34 [...]... sống trong nớc VSV Triệu chứng ủ bệnh VK VK que uốn cong 2-5 ngày Vi m dạ dày VK đờng ruột 6-3 6Vi m dạ dày VK Salmon 6-4 8Vi m dạ dày VK salmon thơng hàn 10-1 4Vi m dạ dày, sốt Virus VR vi m gan A 15-42 ngày Vi m gan VR novar 24-48 giờ Vi m dạ dày, ngắn hạn VR dạng vòng 24-7 2Vi m dạ dày, mất nớc Động vật nguyên sinh Gây bẹnh lỵ 2-4 tuần Vi m dạ dày, kiết lỵ 3.3 VSV lây bệnh thông qua đất Khi ta bón phân... trờng đều phát sinh ảnh hởng đến kết cấu quần xã và chức năng sinh thái của VSV, cho nên có thể sử dụng VSV làm vật chỉ thị gíam sát ô nhiễm môi trờng Về ứng dụng làm chất chỉ thị không bằng động vật và thực vật, nhng do một số đặc tính riêng VSV có thể giám sát môi trờng Nh gíam sát phân ô nhĩêm, giám sát vật gây đột biến, giám sát VK phát quang, thí nghiệm trao đổi chất tơng đối của vi khuẩn nitrat... sinh thái VSV có tác dụng quan trọng về cả hai mặt này 4.1 VSV phân giải và chuyển hoá vật ô nhiẽm 35 4.3.1 Phân giải sinh học Phân giải sinh học ( biodegradation) là khâu quan trọng trong quá trình tuần hoàn vật chất hệ sinh tháI, nghien cứu phan giải nhng chất khó phân giải là nhng ván đè chủ yếu của phân giảI sinh học 4.3.2.enzym phân giải chất khó phân giải ( hạt chất phân giải) Phân giải chất... điều kiện có lợi cho chuyển hóa và phân giải 4.4 Cải tạo sinh học môi trờng ô nhiễm Cải tạo sinh học là lợi dụng VSV xúc tiến phân giải vật ô nhiễm hữu cơ thành chất khác rồi từ đó loại bỏ vật ô nhiễm Cơ sở của cải tạo sinh học 37 là sự phân giải chất hữu cơ bằng VSV trong môi trờng sinh thái Do quá trình cải tạo sinh học chậm chạp, khó ứng dụng trong thực tế, kỹ thuật cải tạo phải kết hợp công trình... không khí nhờ keo tan khí sinh vật ( bioaerosols), một loại keo bay lơ lửng trong không khí, tất cả chúng và phấn hoa tập hợp thành một thể tổ hợp lây lan và ảnh hởng đén môi trờng Nhiệt độ cao và khô rất có lợi cho sự khuếch tán Gió là nhân tố quan trọng 4 Vi sinh vật và bảo vệ môi trờng Bảo vệ môi trờng đề cập đến nhìêu ván đề chủ yếu là loại trừ ô nhiễm, bảo vệ môi trờng sinh thái VSV có tác dụng quan... Con ngời và VK đờng ruột tạo nên quan hệ cộng sinh, chúng hình thành vitamin, protein, năng lợng cho con ngời hấp thu lợi dụng , khu hẹ đờng ruột mức thấp ( sau khi sử dụng thuốc kháng sinh 2 ngày) sẽ dẫn đến thiếu axit folic và vitamin K Một số VSV trong ruột có thể gây bẹnh nh các loài VK,VR, nấm men, ký sinh trùng VK Helicobacter pylori có thể gây ra vi m loét dạ dày, đờng tiêu hoá và liên quan đến... lại chuyển axit lipoic thành axit acetic, H2 và CO2 , cuối cùng axit acetic có gốc methal bị khử thành methal, CO2 cũng khử thành methal Phơng pháp xử lý công trình sinh thái Công trình sinh thái xử lý nớc bẩn là dựa vào nguyên lý sinh thái học và xử lý công trình thiết kế một phơng pháp xử lý nớc ô nhiễm Phơng pháp này chi phí ít, nớc có thể tái sử dụng, rất thích hợp cho các nớc nghèo kém phát triển... nitrat hóa Câu hỏi 1.Phân bố VSV rộng hơn động thực vật về ý nghĩa sinh thái có những mặt nào? 2.Trong mối quan hệ VSV với động thực vật có lợi và có hại cùng tồn tại làm thế nào để tăng lợi giảm hại? 3.Kỹ thuật sinh học phân tử VSV có thể phát triển và ứng dụng mặt nào để bảo vệ môi trờng? 4.Thử nêu lên một phơng án dùng VSV xử lý nớc thải hoặc vật phế thải bíến chúng thành tài nguyên có thể lợi dụng... ýêm khí (4) Cung cấp vật trao đổi để làm tăng khả năng phân giải chất ô nhĩêm hữu cơ khó phân giải (5) Nâng cao khả năng lợi dụng của VSV nh pha loãng vật ô nhiễm,tăng hoạt tính bề mặt dùng chất hoà tan để tăng độ hoà tan (6) Thêm chất xúc tác phân giải nh sử dụng nớc oxy già H2O2 để làm tăng tốc độ phân giải 4.5 Giám sát ô nhiễm môi trờng bằng VSV VSV trong môi trờng sinh thái là vật thừa hởng trực... kim,, E coli 4.3 Xử lý môi trờng ô nhiễm Nớc thải, khí thải và vật thải đều có thể sử dụng phơng pháp sinh học xử lý 4.3.1 Xử lý nớc thải Bản chất của xử lý nớc thải là VSV trao đổi chuỷen hoá chất hữu cơ trong nớc để làm chất dinh dỡng Trong quá trình đó sản sinh năng lợng,2/3 năng lợng chuyển hoá thành sinh khối, 1/3 đợc dùng để duy trì sinh trởng, khi chất hữu cơ bị giảm,VSV bớc vào giai đoạn hô hấp . chơngVII sinh tháI vi sinh vật Sinh thái học cận đại đã thúc đẩy sự phát triển sinh thái học hệ sinh thái sinh thái học hệ sinh thái đã nghiên cứu khảo sát mối quan hệ giữa các sinh vật trong. hoại sinh thái, khôi phục hệ sinh thái bị tổn thất. 1. Tác dụng VSV trong hệ sinh thái 1.1. Vai trò của VSV trong hệ sinh thái Tác dụng của SV trong hệ sinh thái chia ra 3 loại: vật sản xuất, vật. hệ sinh thái, giữa sinh vật và môi trờng hình thành một khái niệm và khung lý luận mới về hệ sinh thái, chuỗi thức ăn, lới thức ăn, dòng năng lợng, tuần hoàn vật chất, truyền thông tin và vật