Tuần hoàn sinh địa hoá học các nguyên tố

Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Bởi: Nguyễn Lân Dũng buivietha chungchithanh Tuần hoàn sinh địa hóa học di chuyển chuyển hóa hợp chất hợp thành nguyên tố xác định sinh quyển, khí quyển, thủy quyển, thạch (bao gồm thổ quyển) tác dụng sinh hóa học Trong trình tuần hòan liên quan đến chuyển biến từ trạng thái hóa học đến trạng thái hóa học khác, từ trạng thái oxy hóa (hoặc trạng thái khử) đến trạng thái oxy hóa (hoặc trạng thái khử) khác, từ dạng khí đến dạng lỏng từ dạng rắn, lại trở dạng khí Nếu dựa vào định luật nhiệt động học, phản ứng oxy hóa-khử khó mà xẩy ra, nên tuần hoàn sinh địa hóa học (biogeochemistry cycle) tồn hệ phức hợp sinh vật-phi sinh vật có ảnh hưởng sâu sắc đến việc bảo vệ môi trường tòan cầu xây dựng ổn định sinh thái Từ có cách mạng công nghiệp, họat động tăng cường nhân loại sinh nhiều vật ô nhiễm chứa C, N, P, S, tránh khỏi gây xáo trộn cho vòng tuần hòan sinh địa hóa học, trực tiếp uy hiếp đến sinh tồn sức khỏe nhân loại 1/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Khái quát tuần hoàn sinh địa hóa học (theo L.M.Prescott cộng sự) Dòng lượng chất dinh dưỡng hệ sinh thái (Theo J.G.Black) 1- Mặt trời , Enăng lượng, N- chất dinh dưỡng; 2- Vật tiêu thụ; 3- Vật phân hủy; 4- Sản phẩm Điều khiến vòng tuần hoàn số nguyên tố tăng nhanh, vòng tuần hoàn số nguyên tố khác lại chậm lai ngưng hòan tòan trở nên trạng thái “phi tuần hòan” Có học giả đề thuyết vòng tuần hoàn vật chất liên quan đến bệnh lưu hành địa phương, chẳng hạn bệnh Keshan giải thích bắt nguồn từ trình sinh địa hóa học thiếu selen.Vi sinh vật thiên nhiên phân bố rộng rãi, có trình trao đổi chất đa dạng, có hoạt tính enzyme mạnh mẽ Do biến hóa hóa học vi sinh vật gây có liên quan với nhau, vi sinh vật có vai trò 2/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố quan trọng vòng tuần hoàn sinh địa hóa học Mối quan hệ tương hỗ Mặt trời, sinh vật có nhân thật đa bào ,các vi sinh vật với chất vô cơ, chất hữu (OM) trình bày hình Đặc điểm chung vòng tuần hoàn sinh địa hóa học Năm 1902, nhà khoa học Nga Vladimir Vernadsky (1863-1945) lần nêu thuật ngữ “sinh địa hóa học” Từ lâu, tuần hoàn sinh địa hóa học coi nội dung nghiên cứu hệ sinh thái, coi phần vòng tuần hòan vật chất Mới có nhà khoa học coi nội dung cốt lõi việc nghiên cứu sinh địa hóa học mội trường (environmental biogeochemistry) Định nghĩa Trong Sinh thái học, vòng tuần hoàn vật chất (cycle of material) hệ sinh thái thường gọi vòng tuần hòan sinh địa hóa học (biogeochemical cycle) với nội dung tiếp nhận chất dinh dưỡng khoáng từ khí quyển, nước đất để tổng hợp thành chất hữu cơ, sau lại bị sử dụng, cuối bị phân giải để trở môi trường phi sinh vật Cũng có nhà khoa học cho tuần hòan sinh địa hóa học tổng hợp tuần hoàn sinh học (biological circulation) tuần hoàn địa hóa học (geochemical circulation) Odum (1983) cho rằng: tuần hoàn sinh địa hóa học tuần hòan vật chất (chủ yếu nguyên tố đa lượng nguyên tố dinh dưỡng) sinh quyển, bao gồm trình chuyển dịch, phản ứng, hấp thu, tiêu hóa tiết Chiras (1991) cho rằng: tuần hoàn sinh địa hóa học trình trao đổi nguyên tố hóa học số thành phần phức tạp hệ thống sinh học, thành phần sinh vật hệ thống sinh thái thành phần phi sinh vật Có thể thấy tuần hòan sinh địa hóa học Sinh thái học nhấn mạnh đến tác dụng sinh học nguyên tố sống, khoa học môi trường lại nhấn mạnh đến hiệu ứng môi trường thành phần phi sinh vật Các lọai hình tuần hòan sinh địa hóa học Dựa theo tiêu chuẩn khác chia thành lọai hình khác nhau: a - Có thể chia tuần hòan sinh địa hóa học thành lọai hình: tuần hoàn nước (water cycle), tuần hoàn khí (gaseous cycle) tuần hoàn kiểu trầm tích (sedimentery cycle) Tuần hoàn nước lại chia tuần hoàn lớn (nước tuần hòan lục địa biển) tuần hoàn nhỏ (tuần hòan riêng biệt lục địa biển) Tuần hoàn khí tuần hoàn dạng phân tử khí: O2, CO2, N2, Cl2…Vật chất tuần hoàn kiểu trầm tích dạng khí, chủ yếu chất tích trữ đất, vật trầm tích đá Loại tuần hoàn tốc độ chậm hơn, nói chung khó điều khiển, dễ chịu ảnh hưởng họat động 3/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố can thệp người khiến cân tổng quát bị phá họai Những cách phân chia nói chưa hòan chỉnh, chẳng hạn tuần hòan lưu hùynh thuộc tuần hòan kiểu trầm tích, tuần hòan khí tồn H2S, SO2 b- Căn vào khác biệt kho dự trữ kho tuần hòan, tuần hòan sinh địa hóa học chia thành: - Kiểu tuần hoàn khí (gaseous cycle), kho dự trữ khí đại dương; - Kiểu tuần hoàn trầm tích (sedimentary cycle), kho dự trữ đất nham thạch; Tuần hoàn nước (theo J.G.Black ) - Kiểu tuần hoàn độ (transitional type), có đặc điểm loại tuần hoàn nói Cách phân chia chủ yếu xét đến tác dụng methyl hóa nguyên tố S, Si, As, Se, Pb, Hg… có phần đặc điểm tuần hoàn khí c- Căn vào mức độ điều khiển khác tuần hoàn sinh địa hóa học chia thành hai hình thức: tuầnhoàn hoàn chỉnh (perfect cycling) tuần hoàn không hoàn chỉnh (imperfect cycling) Tuần hoàn hoàn chỉnh kho dự trữ hữu hiệu chất hóa học phân kho phi sinh vật lớn, đồng thời có nhiều chế điều khiển ngược, nên dễ điều khiển quản lý, tuần hoàn khí nói Do can thiệp họat động 4/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố người, tuần hoàn không hòan chỉnh phương thức chủ yếu tuần hoàn sinh địa hóa học Chẳng hạn trình khai thác gia công thủy ngân, coi thường chế tuần hoàn không hoàn chỉnh, thủy ngân thường bị methyl hóa hình thành methyl thủy ngân(CH3Hg+), gây độc hại cho sinh vật gây ô nhiễm môi trường d- Căn vào khác biệt hóa chất, tuần hoàn sinh địa hóa học chia thành: - Tuần hoàn nguyên tố dinh dưỡng, gồm tuần hoàn nguyên tố đa lượng tuần hoàn nguyên tố vi lượng; Vài dạng hợp chất carbon hữu -Tuần hoàn nguyên tố độc hại, chủ yếu kim loại nặng nguyên tố phóng xạ, Hg, Pb, Cd, As, U238… - Tuần hoàn chất ô nhiễm hữu cơ, bao gồm loại nông dược tổng hợp, Hydrocarbua dầu mỏ, Polychlorinated biphenyl (PCBs), Polycyclic aromatic hydrocarbon (PAHs), Polychlorinated dibenzo-p-dioxins ( PCDDs) v.v… - Tuần hoàn thứ cấp, tuần hoàn tương đối so với vòng tuần hòan chính, tuần hoàn khí nhà kính CO 2, CH4, NO 2, v.v… Các nguyên tố tuần hoàn sinh địa hóa học Trong số 90 nguyên tố hóa học tồn thiên nhiên, có 26 nguyên tố cần cho sống, chúng gọi nguyên tố mang tính sinh vật (bảng 23.1) Theo nhu cầu sinh vật, chúng chia theo nhóm: a- Nguyên tố lượng (energy elements): hay nguyên tố bản, gồm C, H, O, N, thành phần cấu tạo nên amino acid protein mà sinh vật thiếu được, chúng chiếm 90% trọng lượng khô tế bào Hàm lượng trung bình nguyên tố thể sinh vật vỏ Trái đất Nguyên tố đa lượng 5/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Hàm lượng tương đối % C thể sinh vật Vỏ trái đất Nguyên tố vi lượng Hàm lượng tương đối % C thể sinh vật Vỏ trái đất O 62 46,6 Mn Vết 0,095 C 20 0,02 Fe Vết 5,63 H 10 0,02 Co Vết Vết N Vết Cu Vết Vết P 1,5 0,105 Zn Vết Vết S 0,205 B* Vết Vết K 1,5 2,09 Vết 8,23 Cl 0,5 0,013 V* Na 0,2 2,36 Mn* Vết Vết Ca 0,1 4,15 I* Vết Vết Mg 0,1 2,33 Si* Vết 28,2 Al* Vết 0,0135 *: tồn c thể sinh vật b- Nguyên tố dinh dưỡng đa lượng (macronutriens): gồm Ca, Mg, P, K, S, Na v.v…Đó nguyên tố mà sinh vật cần đến với số lượng lớn, nhiều so với nguyên tố lượng c- Nguyên tố dinh dưỡng vi lượng (micronutriens): gồm Cu, Zn, Mn, Mo, Co, Fe v.v… Đó nguyên tố thiếu sống, với nhu cầu Cũng chia thành hai nhóm nguyên tố đa lượng nguyên tố vi lượng (bảng trên) Các nguyên tố chuyển hóc di chuyển tầng nấc khác sinh quyển, thủy quyển, khí quyển, trình chủ yếu oxy hóa, khử, khí hóa, hóa rắn, hóa lỏng v.v…(bảng dưới) 6/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Các trình tuần hoàn sinh địa hóa học nguyên tố Quá trình Nội dung Oxy hóa Phản ứng electron nguyên tử chất Kh Phản ứng nhận electron nguyên tử chất Khí hóa Phản ứng biến thành thể khí nguyên tố Cố định Phản ứng nguyên tố từ thể khí biến thành thể khí Hòa tan Phản ứng nguyên tố chât khó tan biến thành chất dễ tan nước Kết tủa Phản ứng nguyên tố chất dễ tan biến thành chất khó tan nước Ứ c chế họat động Quá trình nguyên tố trở thành phận thể sinh vật Khoáng hóa Quá trình nguyên tố thể sinh vật trở thành chất vô thể Các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến tuần hoàn sinh địa hóa học nguyên tố bao gồm: - Tính chất hóa học nguyên tố phương thức thể sinh vật sử dụng - Tốc độ sinh trưởng sinh vật ảnh hưởng đến tốc độ di chuyển nguyên tố phức hệ sinh thái sinh vật - phi sinh vật - Tốc độ phân giải thể Những đặc trưng tuần hòan sinh địa hóa học Tuần hoàn sinh địa hóa học thường miêu tả khái niệm kho (pool), phân kho (compartement), nhịp lưu thông (flux rate) Đó đặc trưng tuần hòan sinh địa hóa học 7/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Đặc trưng tuần hoàn sinh địa hóa học - ( Theo Chameides Perdue, 1997) Kho gọi kho dự trữ, số lượng vật chất hạn định đặc trưng lý, hóa, sinh Trong kho, số lượng vật chất luôn vượt nhiều số lượng kết hợp bình thường hệ thống sống thường giải phóng thích từ kho Ví dụ tòan C biển gọi kho carbon biển, CO khíquyển gọi kho CO 8/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Thành phần khí Phân kho chủ yếu dùng phân tích mội trường, chúng gồm “kho” với quy mô nhỏ Tốc độ di chuyển vật chất từ phân kho (hoặc kho) đến phân kho (hoặc kho) khác diễn đạt nhịp lưu thông (flow rate) Đó lượng vật chất di chuyển từ phân kho (hoặc kho) đến phân kho (hoặc kho) khác đơn vị thời gian định Người ta sử dụng khái niệm nhịp chu chuyển(turnove rate) thời gian chu chuyển (turnove time): Nhịp chu chuyển = Nhịp lưu thông/lượng chất hóa học kho Thời gian chu chuyển = tổng số chất dinh dưỡng kho/ nhịp lưu thông Những vật chất khác kho khác có nhịp chu chuyển khác nhau, chẳng hạn thời gian chu chuyển nước khí có 10,5 ngày, có nghĩa nước khí năm phải đổi 34 lần Nguyên tố Si biển có thời gian chu chuyển 8000 năm, thời gian chu chuyển Na kéo dài tới 206 triệu năm Các khác khác thời gian tuần hoàn hóa địa cầu sinh vật, thông lượng(biểu 5-3) 9/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Từ nửa sau kỷ 20, sử dụng rộng rãi lọai phân hóa học, thuốc trừ sâu, thuốc kích thích, thêm vào tầng ozone bị phá hủy, rừng bị hủy họai, tượng “tam hóa” (sa mạc hóa, mặn hóa, hoang mạc hóa) đất đai, dẫn đến hệ thống sinh thái tòan cầu không ngừng xấu dẫn đến tuần hòa bất lợi số nguyên tố hóa học Tuần hoàn sinh địa hóa học nguyên tố C, H, O, N nguyên tố tạo vật chất sống, tuần hòan sinh địa hóa học chúng có xuất pha khí, tuần hòan nhanh thuộc dạng tuần hòan thể khí Vòng tuần hoàn carbon Carbon nguyên tố phi kim loại, chất lương nguyên tử tương đối 12,011 Nguyên tử C với nguyên tử C khác nguyên tử H, O, N, P hình thành nên cầu nối carbon cầu nối cộng hóa trị (covalent bond) bền vững, tạo thành khung cho phân tử hữu phức tạp (protein, phospho lipid, hydrat carbon, acid nucleic) 10/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Vòng tuần hoàn nitơ tự nhiên (theo J.G.Black) Lượng nitơ trình tuần hoàn tính theo tỷ (1015g) thống kê sau: Trong khí quyển- 800 000; Trên lục địa: phản nitrate hóa - 0,12/năm; xác hữu - 300; ammon phân giải chất hữu chuyển vào khí - 0,075/năm; cố định sinh học - 0,14/năm; cố định công nghiệp - 0,036/năm; cố định tia chớp - 0,004/năm; nitơ theo sông biển: NO3- 0,008/năm, NH4+ - 0,005/năm Trong đại dương: cố định sinh học - 0,10/năm; cố định tia chớp- 0,004/năm; xác hữu – 550; chất vô tạo thành ammon hóa nitrate hóa- 577; phản nitrate hóa- 0,09/ năm; trầm tích: 0,00025NH4+/năm; 0,002 N/năm Quá trình chuyển hóa nitơ hữu thành muối ammopn gọi trình ammon hóa (ammonification) Dưới tác dụng vi sinh vật protein, amino acid, base nitơ bị thủy phân tạo thành amino acid Sau tiếp tục phân hủt tới NH3 27/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố NH3 giải phóng lại bị vi sinh vật sử dụng Việc tiến hành tái đồng hóa ammon (cố định sinh học) ammon hóa (khoáng hóa) có liên quan đến tử lệ C/N môi trường Thông thường lúc NH3 bị hạn chế trình cố định sinh học chính, điều kiện ngược lại trình khoáng hóa lại chủ yếu Nếu tỷ lệ C/N khoảng 20 trình cố định sinh học trình khoáng hóa đạt tới tỷ lệ lý luận bình quân.Trong sản xuất nông nghiệp bón phân tạo tỷ lên C/N nhỏ 20 trình khoáng hóa vượt quá trình cố định sinh học Ngược lại, tỷ lệ C/N cao 20thì trình cố định sinh học vượt quá trình khoáng hóa Hai bước trình nitrate hóa (nitrification) trình bày sau: Các vi khuẩn nitrate hóa thường thực vi khuẩn tự dưỡng Điển hình loài Nitrosolobus multiforms, Nitrosococcus oceanus, Nitrosococcus mobilis, Nitrospina gracili, Nitrosovibrio tenuis, Nitrobacter winogradskyi, Nitrosomonas europaea, Nitrosospira brieusis 28/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Đặc điểm loài vi khuẩn nitrate hóa điển hình Tên vi khuẩn Hình thái tế bào Kích thước, μm Ph ương thức phân cắt NitrosolobusMultiform Hình 1,5 x 1,5 NitrosococcusOceanus Hình cầu 1,8 x 2,2 Tiên mao NO oxy hóa thành NO - NH + oxy hóa thành NO - Noãn phân Chu mao _ + Phân cắt Chu mao _ + Phân cắt Cực mao (mọc ở2 đầu) + _ Không + _ NitrosococcusMobilis Hình cầu 1,5 x 1,8 NitrospiraGracilis Hình que mỏng (0,3-0,4) Phân x(2,7-6,5) cắt NitrosovibrioTenuis Hình (0,3-0,4) Phân dấuphẩy x(1,1-3,0) cắt Cực mao _ + NitrobacterWinogradskyi Hình lê (0,6-0,8) Nẩy x(1,0-2,0) chồi Cực mao + _ NitrosomonasEuropaea Hình que (0,8-0,9) Phân x(1,0-2,0) cắt Cực mao + _ NitrosospiraBrieusis Hình xoắn (0,3-0,4) Phân x(1,0-5,0) cắt Chu mao _ + Một số vi sinh vật dị dưỡng tiến hành nitrate hóa thực giai đoạn oxy hóa tiếp nitrite Đó nhiều loài thuộc chi Nocardia, Achromobacter, Pseudomonas, Vibrio, Aspergillus, Fusarium Quá trình nitrate hóa chủ yếu trình hiếu khí, thường xảy đất có pH trung tính, thoát nước tốt Trong điều kiện kỵ khí điều kiện acid mạnh hạn chế xảy trình Nitrate nitrite vi khuẩn oxy hóa thành, thực vật hấp thu để tổng hợp amino acid Trong đất có phần nitrate oxy hoa chậm chạp để trở thành thành phần chất mùn Vì ion amon mang điện tích dương, dễ bị hạt đất sét mang 29/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố điện tích âm hấp phụ, thông qua tác dụng nitrate hóa mà hình thành nên ion nitrate nitrite mang điện tích âm, di chuyển tự dung dịch đất Nitrate đất dễ bị nước mưa rửa trôi, theo dòng chảy tới hồ, sông biến, sinh vật thủy sinh sử dụng; bị rửa trôi làm cho môi trường ngày thiếu oxy dẫn tới tác dụng phản nitrate hóa, tạo hao mòn nitơ đất Trong thực tiễn sản xuất phải bón phân N cách khoa học, đồng thời phải dùng chất ức chế trình nitrate hóa, nitrapyrin, nhằm nâng cao hiệu suất phân bón, ngăn ngừa nitrate từ vùng đất màu mỡ rửa trôi làm ô nhiễm nguồn nước Quá trình khử nitrate bao gồm khử nitrate đồng hóa khử nitrate dị hóa • Khử nitrate đồng hóa: Khử nitrate đồng hóa trình sinh học, sau nitrate tế bào hấp thụ, khử hình thành amon kết hợp vào vật chất tế bào Nhiều vi khuẩn, nấm tảo có khả khử nitrate đồng hóa Mục đích trình sử dụng ammon nitrate, mà chất nhận electron, hệ enzyme khử nitrate đồng hóa (gồm enzyme khử nitrate đồng hóa enzyme khử nitrite đồng hóa) không bị ức chế oxy khí - Khử nitrate dị hóa: Khử nitrate dị hóa trình sinh học sau nitrate tế bào hấp thụ, dùng làm chất nhận electron, qua khử thành ammon Trong môi trường bùn bẩn, nước thải công nghiệp, cỏ, dễ dàng sinh tác dụng khử nitrate dị hóa Trong trình nitrate đóng vai trò chất nhận electron, tác dụng khử nitrate dị hóa bị oxy ức chế Khử nitrate dị hóa lại chia thành khử nitrate dị hóa dạng lên men khử nitrate dị hóa dạng hô hấp Đặc điểm khử nitrate dị hóa dạng lên men tham gia enzyme kết hợp màng, cytocrom phosphoryl dẫn truyền electron, khử nitrate dị hóa dạng hô hấp ngược lại Nếu sản phẩm khử nitrate dị hóa dạng hô hấp thể khí N2, N2O gọi trình phản nitrate hóa (denitrification) Trong trình phản nitrate hóa, nitrate qua tác dụng enzyme khử nitrate, enzyme khử NO…, lấy cytocrom làm chất nhận electron, cuối bị khử thành N2 Một khối lượng lớn N2, N2O phóng thích vào khí Vi khuẩn phản nitrate hóa phổ biến thiên nhiên chi Pseudomonas, đến chi Alcaligenes, ngòai có chi Moraxella, Spirillum, Corynebacterium, Paracoccus, Thiobacillus, Bacillus, Micrococcus Vibrio Vi khuẩn phản nitrate hóa phần lớn vi khuẩn kỵ khí không bắt buộc, trao đổi lượng dùng oxy nitrate làm chất nhận electron cuối Việc khử nitrate có ý nghĩa 30/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố định việc sử dụng chất hữu đất, tác dụng phản nitrate hóa làm giải phóng khí N2O, tham gia vào việc phá hủy tầng ozon khí Vòng tuần hoàn sắt Sắt (Fe) 10 nguyên tố có hàm lượng phong phú vỏ trái đất, thể có khoảng 0,002% Sắt thành phần quan trọng enzyme sinh học, nguyên tố thiếu chất diệp lục, sắt phát huy chức quan trọng hô hấp, quang hợp, phản ứng oxy hóa khử nitơ Trong thiên nhiên sắt chủ yếu tồn dạng quặng sắt vàng (FeS2) tồn thạch quyển, nước có Sắt tồn dạng oxy hóa Fe2+và Fe3+ Khi chịu ảnh hưởng vi sinh vật, pH oxy hóa khử, dạng chuyển hóa lẫn Chỉ có sắt hóa trị vi sinhvậthấp thu sử dụng, chuyển hóa thành chất hữu chứa sắt Sắt 2, sắt chất hữu chứa sắt tác dụng vi sinh vật xẩy phản ứng oxy hóa, khử, thực vòng tuần hoàn sinh địa hóa học sắt (hình ) Vòng tuần hoàn Sắt (theo L.M.Prescott cộng sự) Vi khuẩn Thiobacillus ferrooxidans thực trình điều kiện acid Vi khuẩn Gallionella hoạt động điều kiện trung tính Còn vi khuẩn Sulfolobus lại thực 31/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố trình điều kiện acid ưa nhiệt Trong tài liệu trước nhắc đến hai chi vi khuẩn oxy hóa sắt khác Sphaerotilus Leptothrix Hai chi nhà nghiên cứu không chuyên Vi sinh vật học gọi vi khuẩn sắt Thực vi khuẩn dị dưỡng hóa sinh trưởng chất hữu điều kiện oxy hóa hóa học ion sắt thành ion sắt (hình thành kết tủa sắt không tan) Gần người ta phát thấy có vi sinh vật oxy hóa Fe2+ dùng nitrate làm chất nhận electron Quá trình phát sinh vật trầm tích nước với lượng chứa oxy thấp Có thể có đường khác môi trường tích lũy nhiều sắt oxy hóa mức oxy thấp Việc khử sắt thực điều kiện kỵ khí dẫn đến việc tích lũy sắt Tuy nhiên nhiều vi sinh vật trình trao đổi chất khử lượng nhỏ sắt Việc khử phần lớn sắt thực vi sinh vật hô hấp sắt đặc biệt (specialized iron-respiring), vi khuẩn Geobacter metallireducens, Geobacter sulfurreducens, Ferribacterium limneticum Shewanella putrefaciens.Chúng lấy ion sắt làm chất oxy hóa thu lượng từ chất hữu để sinh trưởng Ngoài việc khử ion sắt tương đối giản đơn, có số vi khuẩn từ hóa (magnetite) Aquaspirillum magnetotacticum đem sắt tế bào chuyển hóa thành oxid sắt khoáng từ tính hỗn hợp hóa trị ( Fe3O4 ) tạo thành kim nam bên tế bào Ngoài ra, vi khuẩn khử sắt dị hóa tích lũy sắt từ tính (magnetite) sản phẩm bên tế bào Trong vật trầm tích gặp quặng sắt từ tính dạng hạt, hạt giống hạt tìm thấy tế bào vi khuẩn Kết nghiên cứu cho thấy vi khuẩn có cống hiến lâu dài vòng tuần hoàn sắt Các gen mã hóa việc tổng hợp sắt từ tính (magnetite) clone hóa vào vi khuẩn khác làm sinh vi khuẩn mẫn cảm với từ tính Những vi khuẩn từ tính (magnetotactic bacteria) gọi Vi khuẩn từ tính-cần khí (magneto-aerotactic bacteria) Chúng lợi dụng từ trường để chuyển dịch đến đầm lầy có mức oxy thích hợp với chức chúng Khoảng mười năm gần người ta phát thấy vi sinh vật mới, quang hợp không sinh oxy, sử dụng ion sắt để làm chất cung cấp electron Do vi khuẩn oxy hóa sắt Geobacter Shewanella sinh ion sắt vùng kỵ khí sáng (lighted anaerobic zones) xác định khử sắt sở dinh dưỡng hóa tạo thành vòng tuần hoàn sắt oxy hóa/khử kỵ khí bắt buộc Khi pH trung tính, sắt không khí tự phát oxy hóa thành kết tủa hợp chất sắt 3, pH acid oxy hóa chậm, vi khuẩn oxy hóa sắt ưa acid xúc tiến trình nói trên, hình thành nên chất lắng tủa g màu nâu tiếp tục acid hóa chất sinh ra: Fe2+ + 1/4O2 + H+→ Fe3+ + 1/2H2O 32/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + H+ Phản ứng chung là: Fe2+ + 1/4O2 + 5/2 H2O → Fe(OH)3 + H+ Oxy hóa lắng đọng sắt thường có liên hệ với nhau, vi sinh vật oxy hóa lắng đọng sắt bao gồm: vi khuẩn oxy hóa sắt ưa acid (Thiobacillus ferrooxidans, Ferrobacillus ferrooxidans, Ferrobacillus sulfooxidans, Sulfolobus, Leptospirillus Metallogenium), vi khuẩn sắt nấm pH trung tính (Siderococcus, Planctomyces, Caulococcus, Naumahniella, Peloploca, Hyphomicrobium, Pedomicrobium, Xạ khuẩn, Ochrobium tectum, Siderrocapsa, Thiopedia, Clonothrix, Crenothrix, Planktomyces, Gallionella, Toxothrix, Acholeplasma, Popilaspora, Aureobacidium, Cryptococcus, Coniothyriium ) Gallionella feruginea thuộc nhóm vi khuẩn sắt tự dưỡng hóa năng, trung tính, kỵ khí bắt buộc vi hiếu khí, dùng Fe2+ làm thể cung cấp electron Chúng thông qua chu trình Calvin để thu nhận CO2, hình thành nên tảng trầm tích lớn hydroxid sắt nước H2SO4 + 3H2O + 2Ca CO3 + 1/2O2 → Fe(OH)3 + 2CaSO4 + 2CO2 4FeCO3 + 6H2O + O2 → Fe(O H)3 + 4CO2 + lượng Do lượng thu từ oxy hóa sắt thành sắt ít, vi khuẩn sắt (chỉ nhóm vi khuẩn oxy hóa sắt thành sắt 3) lại cần đến lượng để tổng hợp vật chất tế bào, chúng cần oxy hóa nhiều sắt để trì sống Khi vi khuẩn sắt sống ống nước gang,thường nước mang tính acid nên hòa tan sắt thành sắt Dưới tác dụng vi khuẩn sắt, Fe2+ không ngừng chuyển thành Fe3+ (rỉ sắt), tích lũy thành ống, cuối dẫn đến việc ống nước bị tắc Khai thác than béo đồng vùng mỏ lộ thiên, thường làm cho quặng sắt vàng (FeS2) bộc lộ ngòai không khí, gặp O2 xẩy phản ứng oxy hóa chậm chạp, tạo điều kiện acid, gọi phản ứng khởi thủy Ion sắt 2, sản phẩm phản ứng này, tác dụng vi khuẩn lưu hùynh , oxy hóa sắt thành sắt Dưới điều kiện acid, sắt hòa tan phản ứng với quặng sắt vàng oxy hóa quặng sắt vàng thành ion sắt ion sulfate Ion sắt hình thành lại bị vi khuẩn oxy hóa thành ion sắt lại phản ứng với quặng sắt, phản ứng oxy hóa tăng tốc, gọi vòng tuần hoàn tăng trưởng (propagation cycle) Do quặng sắt vàng bị oxy hóa không ngừng, liên tục nhanh chóng Đây nội dung trình thu hồi Fe Cu khu xỉ quảng hay quặng nghèo Do vi khuẩn oxy hóa quặng sắt vàng khu mỏ hay thải nước khoáng mang tính acid, gây ô nhiễm môi trường xung quanh 33/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Vi khuẩn khử sắt thành sắt phương thức chủ yếu đẻ hòa tan sắt thiên nhiên Trong đầm chua, đầm lầy, vật trầm tích đáy hồ thiếu oxy, sắt thường bị vi khuẩn khử thành sắt Những vi khuẩn bao gồm Bacillus circulans, Bacillus megaterium, Bacillus mesentericus, Bacillus polymyxa, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Proteus vulgaris, Achromobacter ichthyodermis, Staphylococcus… Ngoài việc khử sắt trực tiếp, số vi sinh vật nhờ việc sinh methylat S điều kiện kỵ khí để khử sắt Cơ chế khử sắt chưa rõ, có số nghiên cứu chứng tỏ, giảm pH Eh môi trường có lợi cho việc khử oxide sắt Năm 1975, học giả Mỹ R.P.Blakemore phát xoắn khuẩn từ tính Magnetotactic spirillum từ bùn đáy biển Bắc Mỹ Vì đa số sắt tồn quặng rắn, khó tan nước, thường có sắt thực vật hấp thu Vi sinh vật hấp thu sử dụng sắt đôi lúc trở thành nhân tố hạn chế sinh trưởng thực vật Vòng tuần hoàn Mangan (Mn) Càng ngày người ta ý đến vòng tuần hoàn mangan (Mn) Vòng tuần hoàn Mn liên quan đến việc chuyển hóa ion Mn2+ thành MnO2 (tương đương với ion Mn4+), trình liên quan đến suối nước nóng, bùn nóng phần quan trọng việc thấm ướt đá (rock vRNAishes) Vai trò chủ yếu việc oxy hóa Mn2+ vi khuẩn Leptothrix, Arthrobacter, Pedomicrobium chi chưa biết rõ “Metallogenium” Vi khuẩn Shewanella, Geobacter sinh vật dinh dưỡng hữu hóa hỗ trợ việc hoàn thành trình khử Mn 34/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Vòng tuần hoàn Mangan (theo L.M.Prescott cộng sự) Vòng tuần hoàn phophorous (P) Phophorous (P) nguyên tố nhiều thứ 10 Trái đất, nguyên tử lượng 30,975 H.Brand phát P từ năm 1669 Năm 1688 B.Albinus phát thấy P thể thực vật; năm 1771 K.W.Schelle phát thấy P tro bột xương lần chứng thực tồn chúng thể sống Mặc dù lượng P thể vào khỏang 1%, P thành phần acid nucleic, ATP, metionin…cho nên chúng có chức quan trọng trình dự trữ lượng, chuyển hóa lipid trao đổi hydrat carbon 35/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Vòng tuần hoàn phosphrous (theo J.G.Black) Trong thiên nhiên P tồn tai trạng thái oxy hóa: -3, 0, +3, +5, bao gồm PH3 (hóa trị -3), P nguyên tố (thường dạng P4, hóa trị 0), acid phosphorous dẫn xuất (H3PO3 , H2PO3-, HPO32-, hóa trị +3),acid phosphoric dẫn xuất (H3PO4 , H2PO4-, HPO42-, PO43-, hóa trị +5) Trong tất hợp chất chứa P, có hóa trị +5 ổn định, chúng hình thành hợp chất tồn thiên nhiên Vòng tuần hòan P thực chất chuyển hóa lẫn muối phosphate Trong nông nghiệp, hàm lượng P đất không cao, P hình thành qua phân hủy nhờ vi sinh vật không đủ cung cấp, P đất thường trở thành yếu tố hạn chế yêu cầu sinh trưởng trồng Phospho chia thành lọai: P vô hòa tan, P vô không tan P hữu Vi sinh vật chủ yếu tham gia trình tuần hòan P nhờ hòa tan P hữu cơ, chuyển hóa P khó tan thành dạng hòa tan, chuyển hóa P vô thành P hữu Sự khoáng hóa P hữu trình chuyển hóa từ P hữu thành P vô dạng hòa tan Quá trình chủ yếu xảy đất, có nước Một số vi khuẩn nấm sinh enzyme phytase làm hòa tan phytat (acid phytic) giải phóng acid phosphoric Thuộc nhóm có Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, Cunninghamia, Arthrobacter, Streptomyces, Bacillus… 36/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Acid phytic (phytat) + nước → Inositol + PO43Một số vi khuẩn nấm sinh nuclease nucleotidease, trước tiên thủy phân acid nucleic thành nucleotide, từ nucleotide giải phóng acid phosphoric, vi khuẩn Bacillus megaterium var phosphateium, Pseudomonas … Acid nucleic + nH2O → n Nucleotide → Nucleoside → PO43Có số vi khuẩn nấm sinh phosphateidase (phospholipase), thủy phân phosphateid (phospholipide) thành acid béo, glycerin acid phosphoric, chẳng hạn vi khuẩn Bacillus cereus, Bacillus mycoides, Bacillus asterosopus…Để phân giải lecithine vi sinh vật sinh enzyme Lecithinease (lecithinase) Lecithine + 3H2O → acid béo + glycerin + colin (cholin) + PO43Trong trình vi sinh vật phân giải P hữu cơ, phần P dùng cho trao đổi chất thân, phần lại giải phóng dạng acid phosphoric Khi tỷ lệ C/P P hữu < 200 có acid phosphoric giải phóng ra, tỷ lệ C/P từ 200 – 300 tòan P bị vi sinh vật đồng hóa; tỷ lệ C/P > 300 acid phosphoric bị tiêu dùng hết, phải hấp thu thêm từ môi trường Nếu việc bón phân hữu có trị số C/P cao dẫn đến việc cạnh tranh thực vật vi sinh vật nguồn thức ăn phospho Tính hòa tan nước H2PO4-, HPO42-, PO43-giảm dần theo thứ tự P nhiều sinh cảnh tồn dạng muối Ca, Fe, Li, Al không tan, hạn chế việc hấp thu thực vật vi sinh vật Tác dụng hữu hiệu hóa P nhờ thông qua tác dụng vi sinh vật hòa tan muối phosphate không tan Có thể có phương thức hòa tan sau đây: - Sản sinh acid hữu cơ, thúc đẩy hòa tan P Chẳng hạn acid fulvoic phosphate sắt hình thành nên phức chất ổn định, làm giải phóng phosphate không tan -Sản sinh acid vô cơ, thúc đẩy P hòa tan Vi sinh vật tự dưỡng thông qua quía trình nitrate hóa sinh acid nitric, thông qua trình sulfate hóa sinh acid sulfuric, làm thúc đẩy hữu hiệu hóa P đất -Vi sinh vật phân giải chất hữu sinh nhiều CO2 tan nước, làm hình thành HCO3- H2CO3, chúng làm xúc tiến phân hủy khoáng thạch chứa P, xúc tiến hòa tan phosphate Ca, phosphate Fe - Trong điều kiện kỵ, vi sinh vật khử Fe3+ thành Fe2+, thúc đẩy việc giải phóng acid phosphoric 37/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Do vi sinh vật có khả đồng hóa P cao, phần lớn P hữu đất nằm tế bào vi sinh vật đất Trong nước , có đủ P dẫn đến sinh trưởng mức tảo Mặc dù phosphate thường không bị khử vi sinh vật, điều kiện kỵ khí, thiếu sulphat, nitrate phosphate bị khử để làm chất nhận electron PH3 dễ bay hơi, không ổn định không khí, tuổi thọ trung bình có ngày, gặp oxy tự bốc cháy tạo lửa màu xanh lam Ở gần nghĩa địa đầm lầy, có nhiều chất hữu bị phân giải, có sinh khí PH3, gặp oxy tự bốc cháy, sau lại đốt cháy khí metan, dân ta thường gọi tượng “ma chơi” H3 PO4→ H3 PO3→H3 PO2→PH3 Ngoài PH3 P không tồn dạng thể khí khác, chonên tuần hòan P thuộc dạng tuần hoàn trầm tích điển hình (hình 23.35) P chủ yếu tồn dạng: dạng nham thạch dạng muối hòa tan Thực vật vi sinh vật sử dụng P vô hòa tan, chuyển hóa chúng thành P hữu cung cấp cho động vật Sau động thực vật chết, xác chúng bị vi sinh vật phân giải, P quay trở lại đất Phosphate hòa tan đất bị nước mưa rửa trôi xuống sông, biển, tảo lòai thực vật thủy sinh hấp thu, hòa nhập vào chuỗi thức ăn Khi thực vật thủy sinh chết đi, xác bị phân hủy, lần P hữu lại chuyển hóa thành P vô cơ, phần tiếp tục tham gia vòng tuần hoàn, phần cón lại trầm tích xuống đáy hình thành mỏ phosphate Phosphate bị phong hóa bị loài người khai thác nhà máy sản xuất phân lân Do tuần hoàn P vòng tuần hòan không hòan tòan, trầm tích nhiều xuống đáy biển, trừ biến đổi địa chất nâng đáy biển thành đất liền, có hội giải phóng Do ảnh hưởng họat động không hợp lý người, bón phân P mức, thải nhiều nước bẩn chứa P, làm phá vỡ cân P tuần hòan P trầm tích, làm cho lượng P tham gia vào vòng tuần hòan ngày đi, trở thành nhân tố hạn chế họat động sống Trái đất Các vòng tuần hoàn khác mối quan hệ với Vi sinh vật dùng loại kim loại khác làm chất nhận electron Các kim loại europium (Eu), tellurium (Te),selenium (Se) rhodium (Rh)đều bị khử Nhóm vi sinh vật chủ chốt khử kim loại vi sinh vật tự dưỡng quang hữu (photoorganotroph), chẳng hạn Rhodobacter, Rhodospirillum Rhodopseudomonas Đối với selenium có tác dụng mạnh vi khuẩn Pseudomonas stutzeri, Thauera selenatis Wolinella succinogenes Các trình khử làm giảm bớt độc tính kim loại 38/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Sự chuyển hóa phospho nhờ vi sinh vật trước hết từ dạng đơn giản chuyển thành dạng phức tạp (hóa trị +5), bao gồm polyphosphate tìm thấy hạt dị nhiễm sắc (metachromatic granules) Một loại sản phẩm đặc biệt (có thể vi sinh vật sinh ra)là phosphin (PH3) với hóa trị -3 Chất giải phóng từ đầm lầy, đất, hải dương cháy không khí , kèm theo cháy metan Cần nhấn mạnh là, giới thiệu riêng rẽ chức tuần hoàn S, P, Fe, Mn trình trao đổi chất đa số vi sinh vật chúng liên hệ với thông qua việc sử dụng chung chất oxy hóa (oxydants) chất khử (reductants) Những ví dụ tác dụng tương hỗ vi sinh vật-kim loại ảnh hưởng tương quan với vi sinh vật động vật máu nóng Tác dụng tương hỗ (interaction) chuyển hóa (transformation) Nhóm kim loại Kim loại Kim loại quý Vi sinh vật khử ion kim loại thành dạng nguyên tố.Kim loại AgAuPt dạng ion mức thấp đưa vào môi trường cóhoạt tính kháng vi sinh vật Vi sinh vật Vi sinh vật chuyển dạng vo Kim loai hữu thành dạng hình thành liên methyl hóa, số AsHgSe kết Carbon-Kim mức cao loại ổn định dinh dưỡng hướng tới tích lũy sinh học (bioaccumulate) Các kim loại khác Trong dạng ion nồng độ cao kim loại trực tiếp ức chế vi CuZnCo sinh vật.Chúng thường sử dụng làm nguyên tố vi lượng nồng độ thấp Động vật máu nóng Nhiều loại số kim loại khử thành dạng nguyên tố không qua rào chắn máu-não Việc khử Ag dẫn đến lắng động bất hoạt da Một số hình thức methyl hóa cvuỉa kim loại xuyên qua rào chắn máu-não, gây nên hiệu ứng lên hệ thần kinh hoắc gây tử vong Kim loại mức độ caobị lọc lkhỏi thể động vật bậc cao nhờ phản ứng với protein huyết tương chế khác.Nhiều kim loại dùng làm nguyên tố vi lượngở nồng độ thấp 39/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Chẳng hạn, số vi sinh vật khử sulfate dùng H2 chất hữu để khử Fe3+ oxy hóa S nguyên tố có mặt Mn (IV) làm chất nhận electron Trong điều kiện kỵ khí, vi khuẩn Desulfobulbus propionicus chuyển Mn (IV) thành sulfate tạo thành liên kết S Mn tuần hoàn kỵ khí Gần B.Schinck M Friedrich miêu tả cặp lượngđộc đáo Họ phân lập loại vi khuẩn tự dưỡng vô (lithoautotrophic)từ trầm tích kỵ khí liên kết oxyhóa phosphit (PO33-) thành phosphate (PO43-) với việc khử sulfate thành H2S Schinck Friedrich cho vòng tuần hoàn lượng phát huy tác dụng thời kỳ đầu Trái đất Vi sinh vật độc tính kim loại Ngoài kim loại Fe, Mn …đối với vi sinh vật vô hại, hàng loạt kim loại có nhiều tác dụng độc hại khác vi sinh vật động vật máu nóng Vi sinh vật có vai trò quan trọng việc làm biến đổi độc hại kim loại Kim loại nhóm rộng, kim loại nặng không qua rào cản máu-não động vật máu nóng lại có ảnh hưởng rõ rệt lên vi sinh vật Vi sinh vật khử dạng ion kim loại thành dạng nguyên tố Vòng tuần hoàn thủy ngân (Hg) (theo L.M.Prescott cộng sự) Nhóm thứ hai kim loại hay kim (metalloids) mà vi sinh vật methyl hóa để chuyển thành sản phẩm dễ di động - kim loại hữu (organometals) Một số kim loại hữu xuyên qua rào cản máu-não ảnh hưởng đến trung khu 40/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố nthần kinh động bật máu nóng Kim loại hữu chứa dây nối carbon kim loại, đặc trưng dễ nhận biết chúng Vòng tuần hoàn thủy ngân (Hg) có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Nó có nhièu đặc trưng kim loại methyl hóa Nhiều kỷ qua hợp chất thủy ngân ứng dụng rộng rãi công nghiệp Vấn đề Lewis Carroll đề cập đến Alice in the Wonderland Lúc Hg dùng để định hình mũ, vi sinh vật làm methyl hóa số thủy ngân sinh độc hại cho người sản xuất mũ Một lượng lớn Hg dùng công nghiệp đào thải xuống biển làm cho vịnh Minamata tây-nam Nhật Bản bị trúng độc diện rộng Hg vô lắng đọng bùn đáy vịnh bị vi kuẩn Desulfovibrio methyl hóa Dạng Hg bị methyl hóa có khả bay tan lipid làm cho nồng độ Hg không ngừng tăng lên chuỗi thức ăn (thông qua trình mở rộng sinh học- biomagnification) Người ăn phải nguồn thực phẩm sơ cấp (cá) bị rối loạn nghiêm trọng hệ thống thần kinh.Trong nhiều hồ nước Canada miền trung- bắc Hoa Kỳ xảy tinh trạng tương tự, nhiều xưởng bột giấy giấy dùng hợp chất Hg để khống chế sinh trưởng vi sinh vật Thậm chí hàng chục năm sau cá hồ vùng hạ lưu xưởng bột giấy không dùng để ăn Nhóm kim loại thứ ba tồn dạng ion gây độc hại trực tiếp cho vi sinh vật kim loại ảnh hưởng đến sinh vật bậc cao Tuy nhiên, không tiếp xúc thời gian dài tiếp nhận nhiều protein huyết tương tác dụng với ion giúp xuất khỏi thể Chỉ trường hợp với liều lượng tương đối cao kim loại gây chết người Với nồng độ thấp nhiều loại kim loại sử dụng nguyên tố vi lượng Sự mẫn cảm khác sinh vật bậc cao vi sinh vật kim loại sở đểv tạo nên phương pháp phòng thối (antiseptic) từ cách 150 năm Tuy vi sinh vật dễ phát sinh sức đề kháng với kim loại nặng nhưn g số ứng dụng y học người ta nhận thấy dùng có lợi so với dùng chất kháng sinh, ví dụ dùng hợp chất bạc chống vi sinh vật để chữa trị vết thương, hay dùng cac ống dò (catheters) 41/41 [...]... cho thấy quá trình nitrate hóa không chỉ là quá trình hiếu khí Vì 24/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học các nguyên tố vậy khi chúng ta tìm hiểu vòng tuần hoàn sinh địa hóa học, bao gồm cả vòng tuần hoàn nitơ, trong các sách trước kia những vòng tuần hoàn đơn giản đã không phản ánh chính xác các quá trình sinh địa hóa học Vòng tuần hoàn nitơ (theo M.K.Cowan, K.P.Talero) Nitrate hóa là một quá trình hiếu.. .Tuần hoàn sinh địa hoá học các nguyên tố vòng tuần hoàn carbon (theo J.G.Black) 11/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học các nguyên tố Vòng tuần hoàn C trong tự nhiên (theoM.K.Cowan, K.P.Talaro) Carbon có thể tồn tại dưới các dạng khử, ví dụ như metan (CH4) và các chất hữu cơ, cũng có thể tồn tại dưới dạng oxy hóa - ví dụ như CO và CO2... 0,0155 Tổng cộng 8720 Tuần hoàn S là một trong các vòng tuần hoàn phức tạp nhất của sinh quyển, vừa có tuần hoàn thể khí, vừa có tuần hoàn trầm tích, cho nên được coi thuộc dạng tuần hoàn quá độ Trong tuần hòan lưu huỳnh, Vi sinh vật xúc tác các quá trình oxy hóa và khử S dưới các hình thức khác nhau, thúc đẩy tuần hoàn sinh địa hóa học và đóng vai trò quan trọng hàng đầu Vòng tuần hoàn lưu huỳnh cơ sở... nitơ Nếu các cơ chất này đều được dùng để sinh trưởng, lượng nitơ dư thừa 14/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học các nguyên tố và các chất khoáng khác không được dùng để tạo sinh khối mới của vi sinh vật sẽ được thải vào môi trường và tham gia vào quá trình khoáng hóa (mineralization) Đó là quá trình mà chất hữu có bị phân giải và làm sản sinh ra các chất vô cơ đơn giản (như CO2, NH4+, CH4, H2) Các cơ chất... chưa biết rõ là “Metallogenium” Vi khuẩn Shewanella, Geobacter và các sinh vật dinh dưỡng hữu cơ hóa năng có thể hỗ trợ việc hoàn thành quá trình khử Mn 34/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học các nguyên tố Vòng tuần hoàn Mangan (theo L.M.Prescott và cộng sự) Vòng tuần hoàn phophorous (P) Phophorous (P) là nguyên tố nhiều thứ 10 của Trái đất, nguyên tử lượng là 30,975 H.Brand phát hiện ra P từ năm 1669 Năm... thể giúp loại bỏ nitơ trong nước thải ở các phân xưởng xử lý nước thải, làm giảm sự mẫn cảm với nitơ ở các hệ sinh thái nước ngọt và nước biển Tập đoàn vi sinh vật phù du (planctomycetes) đóng vai trò quan trọng trong quá trình này 26/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học các nguyên tố Vòng tuần hoàn nitơ trong tự nhiên (theo J.G.Black) Lượng nitơ trong quá trình tuần hoàn tính theo tỷ tấn (1015g) được thống... vi sinh vật protein, amino acid, các base nitơ sẽ bị thủy phân tạo thành amino acid Sau đó tiếp tục phân hủt tới NH3 27/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học các nguyên tố NH3 giải phóng ra lại có thể bị vi sinh vật sử dụng Việc tiến hành tái đồng hóa ammon (cố định sinh học) và ammon hóa (khoáng hóa) có liên quan đến tử lệ C/N trong môi trường Thông thường lúc NH3 bị hạn chế thì quá trình cố định sinh học. .. vòng tuần hoàn carbon là: - Rất nhiều kho C nhỏ (C dạng trong CO2 khí quyển, trong cơ thể sinh vật) chuyển hóa với tốc độ nhanh, trong khi C trong kho C lớn (C hữu cơ trong muối carbonate và vật trầm tích) thì chuyển hóa với tốc độ chậm và tác động tới các kho C khác Ảnh hưởng của oxy đối với sự phân giải các chất hữu cơ (theo L.M.Prescott và cộng sự) 16/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học các nguyên tố - Tuần. .. sinh tổng hợp amino acid và protein được coi là một quá trình khử đồng hóa (assimilatory reduction) Nhiều vi sinhvậtkhác cũng được biết đến là loại khử dị hóa lưu huỳnh nguyên tố, đó là Desulfuromonas, cổ khuẩn ưa nhiệt, và cả các vi khuẩn lam trong các trầm tích có độ muối cao Sulfit là một dạng trung gian quan trọng khác, nó có thể bị 19/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học các nguyên tố nhiều loại vi sinhvậtkhử... trình protein và các chất hữu cơ chứa S khác được vi sinh vật phân hủy phóng thích H2 S Nhiều Vi sinhvậthọai sinh trong hồ có khả năng này, chẳng hạn các lòai sống trong những hồ nghèo dinh dưỡng như Mycobacterium phlei, Mycobacterium filiforme; các loài sống trong những hồ giàu dinh dưỡng như Pseudomonas fluorescens, Bacterium delicatum v.v… 20/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học các nguyên tố Các loài tảo ... Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố tìm hiểu vòng tuần hoàn sinh địa hóa học, bao gồm vòng tuần hoàn nitơ, sách trước vòng tuần hoàn đơn giản không phản ánh xác trình sinh địa hóa học Vòng tuần. .. hydrat carbon, acid nucleic) 10/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố vòng tuần hoàn carbon (theo J.G.Black) 11/41 Tuần hoàn sinh địa hoá học nguyên tố Vòng tuần hoàn C tự nhiên (theoM.K.Cowan,... thống sinh thái tòan cầu không ngừng xấu dẫn đến tuần hòa bất lợi số nguyên tố hóa học Tuần hoàn sinh địa hóa học nguyên tố C, H, O, N nguyên tố tạo vật chất sống, tuần hòan sinh địa hóa học chúng