Bài giảng Sinh học đất

Phân loại sinh vật đấtCHƯƠNG 1 SINH HỌC ĐẤT VÀ CÁC NHÓM SINH VẬT CHÍNH THƯỜNG GẶP TRONG ĐẤT... - Sống trong đất ẩm, bùn lầy; yếm khí hoặc yếm khí tùy tiện; có khả năng chuyển hóa cellulo

1.2 Phân loại sinh vật đất

CHƯƠNG 1 SINH HỌC ĐẤT VÀ CÁC NHÓM SINH VẬT CHÍNH THƯỜNG GẶP TRONG ĐẤT

1.3 Mối quan hệ giữa các sinh vật đất

1 Chromatium

- Trực khuẩn hình que, que

uốn cong, ,gram (-), không sinh

nha bào, có thể di động, tự dưỡng

quang năng, thuộc nhóm vi khuẩn

lưu huỳnh màu tía

- Sống chủ yếu trong đất ẩm,

đất ngập nước, có khả năng oxi

hóa sulfide (H2S) thành sulfur (S)

tạo các hạt dự trữ trong nguyên

sinh chất

CHƯƠNG 2 CÁC NHÓM SINH VẬT CHÍNH TRONG ĐẤT 2.1 Vi sinh vật đất

2.1.1 Các giống vi khuẩn chính thường gặp trong đất ( tối thiểu 7 giống)

2 Rhodospirillum

- Xoắn khuẩn, gram (-), không sinh nha bào, có thể di động, tự dưỡng quang năng hoặc

dị dưỡng

- Sống trong đất ẩm, bùn lầy; yếm khí hoặc yếm khí tùy tiện; có khả năng chuyển hóa cellulose, lên men khi thiếu ánh sáng quang hợp

- Loài R rubrum có khả năng

cố định nitơ phân tử

3 Nitrosomonas

- Trực khuẩn, gram (-), không sinh nha bào, tự dưỡng hóa năng

- Sống trong đất ẩm, đất ngập nước; mẫn cảm với ánh sáng; hảo khí; có khả năng oxy hóa amon (chuyển NH4+ thành NO2-)

- Ứng dụng chủ yếu để xử lý amon trong đất, nước

4 Thiobacillus

- Tên gọi khác

Acidithiobacillus, nhiều loài có thể

phát triển được ở điều kiện

pH=1,5-2,5; nhiệt độ 40-500C

-Trực khuẩn, gram (-), không

sinh nha bào, có tiên mao, tự

dưỡng hóa năng, yếm khí tùy tiện

- Có khả năng oxi hóa kim loại

và lưu huỳnh

CHƯƠNG 2 CÁC NHÓM SINH VẬT CHÍNH TRONG ĐẤT 2.1 Vi sinh vật đất

2.1.1 Các giống vi khuẩn chính thường gặp trong đất

5 Hydrogenomonas

- Loài điển hình H

eutropha, tên gọi khác

Ralstonia eutropha

(Davis-1996)

-Trực khuẩn, G (-), yếm khí tùy tiện, dị dưỡng hoặc tự dưỡng, oxi hóa hidrogen (H2) hoặc các hợp chất hữu cơ để lấy năng lượng

- Ứng dụng để sản xuất nhựa (polyme) sinh học tự hủy polyhydroxyalkanoate (PHA)

- Tế bào có cơ quan đặc biệt gọi là cuống, dài, dạng xoắn, là cơ quan bám giữ vào

bề mặt cơ chất và tích lũy các sản phẩm oxh

7 Pseudomonas

- Trực khuẩn, G(-), không sinh nha bào, hảo khí, thường có tiên mao ở một cực, có thể di chuyển, dinh dưỡng linh hoạt nên phân bố rộng rãi trong tự nhiên

- Có lợi trong nông nghiệp: một số

loài đối kháng với nấm Fusarium

oxysporum (tác nhân gây bệnh khô

vằn)

- Có lợi với môi trường: một số có khả năng chuyển hóa chất độc như thuốc trừ cỏ Atrazine, thuốc trừ sâu Paraythion

8 Agrobacterium

- Trực khuẩn, G(-), không sinh nha bào, hảo khí tùy tiện, sống dị dưỡng (trong đất giàu chất hữu cơ) hoặc ký sinh trong rễ thực vật (tạo nên các khối u, bướu)

- Loài được nghiên cứu phổ

CHƯƠNG 2 CÁC NHÓM SINH VẬT CHÍNH TRONG ĐẤT

2.1 Vi sinh vật đất

2.1.1 Các giống vi khuẩn chính thường gặp trong đất

II VI SINH VẬT ĐẤT 2.1 Những giống vi khuẩn quan trọng thường gặp trong đất

Bảng 1: Giống vi khuẩn quan trọng thường gặp trong đất

Tên giống vi khuẩn Những đặc điểm quan trọng

Chromatium Yếm khí, môi trường giàu chất hữu cơ, có H2S

Rhodospirillum

Rhodopseudomonas Yếm khí và yếm khí tuỳ tiện, môi trường giàu chất hữu cơ, có thể quang hợp được.

Nitrosomonas

Nitrobacter Hình que, dinh dưỡng hóa năng, oxy hóa NHvà NO 4 thành NO2

3 , hảo khí và hảo khí tuỳ tiện.

Thiobacillus Hình que, dinh dưỡng hóa năng, oxy hóa hợp chất chứa S hay chất khử chứa S, yếm khí tuỳ tiện

Hydrogenomonas

Methanomonas Hình que, dinh dưỡng hóa năng, lấy năng lượng từ oxy hóa hydrogen, oxit cacbon, mêtan

2.2 Những giống xạ khuẩn quan trọng thường gặp trong đất

Bảng 2: Giống xạ khuẩn quan trọng thường gặp trong đất

Tên giống xạ khuẩn Những đặc điểm quan trọng

Actinomyces, Bacterionema Hảo khí, hình cành cây, đốt xoắn cành, phân huỷ chuyển hóa chất hữu cơ

Actinoplanes,

Amorphosporangium Hảo khí, hình cành cây hoặc đốt xoắn cong, phân huỷ chất hữu cơ.

Streptosporangium, Streptomyces Hảo khí, hình xoắn thưa, xoắn cong, phân huỷ chuyển hóa chất hữu cơ

Cellulomonas, Jonesia Hảo khí, hình xoắn, đốt xoắn chùm, phân huỷ chuyển hóa chất hữu cơ

Dermatophilus, Geodermatophilus

Hảo khí, đốt xoắn dày, đốt xoắn chùm, phân huỷ chuyển hóa chất hữu cơ.

Hảo khí, hình đốt xoắn cong, đốt xoắn sao, phân huỷ chuyển hóa chất hữu cơ

Micromospora, Microbispora Hảo khí, đốt xoắn sao, phân huỷ chuyển hóa chất hữu cơ.

Nocardia, Actinopolyspora. Hảo khí, hình đốt xoắn dày, đốt xoắc sao, phân huỷ chuyển hóa chất hữu cơ

Pseudonocardia Hảo khí, hình đốt xoắn chùm, đốt xoắn cong, phân huỷ chuyển hóa chất hữu cơ

Mycobacterium Hảo khí, hình xoắn chùm quả, Xoắn ốc, phân huỷ chuyển hóa chất hữu cơ

Caryophanon, Actinosynoema Hảo khí, đốt xoắn ốc chùm, phân huỷ chuyển hóa chất hữu cơ

19Hình thái sợi bào tử của xạ khuẩn

2.3 Những giống Nấm quan trọng thường gặp trong đất

Bảng 3: Giống Nấm quan trọng thường gặp trong đất

Tên giống Nấm Những đặc điểm chính

Zygomycetes Sống hoại sinh, ưa ẩm, giàu hữu cơ, lên men tinh bột

Rhizopus Ưa ẩm, giàu hữu cơ, phân huỷ cơ chất mạnh, chịu t o cao

Ascomyces Ưa ẩm, phân huỷ mạnh cơ chất, chịu được t o cao

Basidomycetes Ký sinh trên cây hòa thảo, phân huỷ mạnh xenlulo, lignhin

Penicillium Bậc cao, ưa ẩm, phân huỷ mạnh hợp chất hữu cơ

Asymmetrica Phân bố rất rộng, phân huỷ chuyển hóa mạnh hợp hữu cơ

Aspergillus Bậc cao, ưa ẩm, phân huỷ mạnh chất hữu cơ chứa tamin

Fusarium Sống ký sinh hoặc biểu sinh, phân huỷ mạnh xenlulô

Trichoderma Phát triển nhanh, phân huỷ mạnh xenlulô, lignhin

Cladosporium Sống hoại sinh hoặc ký sinh yếu trên tàn dư thực vật.

Alternaria Ưa ẩm, phân huỷ chuyển hóa mạnh chất hữu cơ trong đất

Mucor Ưa ẩm, chịu t o cao, phát triển nhanh, phân huỷ chất hữu cơ

2.4 Những giống Tảo quan trọng thường gặp

Bảng 4: Giống Tảo quan trọng thường gặp trong đất, trong nước

Tên giống Tảo Những đặc điểm quan trọng

Cyanophyta- Tảo lam

Ở nước ngọt, sản phẩm quang hợp là glicogen, sống cộng sinh với bèo hoa dâu, cố định nitơ phân tử.

Chlorophyta- Tảo lục Ở nước lợ, sản phẩm quang hợp là tinh bột.

Xanthophyta- Tảo vàng Ở nước lợ, sản phẩm quang hợp là leucosin

và các chất dầu

Bacillariophyta-Tảo cát Ở nước mặn, sản phẩm quang hợp là dầu, mỡ

Phaeophyta- Tảo nâu Ở nước mặn, sản phẩm quang hợp là tinh bột

Euglenophyta- Tảo mắt Ở nước mặn, sản phẩm quang hợp là Paramynon

Chrysophyta- Ánh vàng Ở nước mặn, sản phẩm quang hợp là leucosin

Pyrrophyta- Tảo giáp Ở nước mặn, sản phẩm quang hợp là tinh bột

Rhodophyta- Tảo đỏ Ở nước mặn, sản phẩm quang hợp là tinh bột

Charophyta- Tảo vòng Ở nước mặn, sản phẩm quang hợp là tinh bột

Tảo Spirulina Hồ nuôi tảo Spirulina

Tảo Spirulina nghiền thành bột Viên nén tảo Spirulina

Động vật đất là nhóm sinh vật đất có kích thước lớn, mắt

thường có thể nhìn thấy và có thể cầm nắm được chúng một cách dễ dàng

Để tồn tại được, từ những cơ thể mềm mại của chúng dần

dần được hình thành lớp vỏ bọc ngoài, nhằm bảo vệ cơ thể và chống mất nước Động vật đất có tính đặc thù là khả năng di cư tích cực, thích nghi chuyển vận trong môi trường đất, chúng lợi dụng các khe, kẽ, khoang nứt

ở trong đất để di chuyển cơ thể

III ĐỘNG VẬT ĐẤT

1 ĐỊNH NGHĨA

– Có hai nhóm động vật đất di chuyển theo kiểu khác nhau:

Nhóm tự đào để di động; hoặc theo phương thức thụ động, tức là biến hình thái của mình co giãn sao cho hợp lý với kích cỡ khe hở của đất Ở động vật đất còn có nhiều hướng thích nghi với môi trường sống qua các hoạt động di cư ngày đêm, di cư theo mùa, di cư theo độ sâu và theo bề mặt đất Chúng có khả năng tìm và chọn nơi sống có điều kiện thích hợp, hoặc có khả năng thay đổi các hoạt động và tập tính sống để thích ứng với môi trường mới Ngoài ra, nhóm động vật đất còn sống tập đoàn, có kỷ luật nghiêm như kiến, ong, mối

– Động vật đất hấp thụ các chất dinh dưỡng trong đất Bên

cạnh đó, chúng còn ăn thức ăn mọng nước và xác các vi sinh vật.

2.2 Rết ăn thịt

Chúng di chuyển theo kiểu thụ động, cơ thể nhỏ Thân

hình uốn khúc, có thể trườn theo các khe, khoang

kẽ hở của đất.

2.3 Giun đất

- Là những sinh vật đơn bào, kích thước từ vài µm đến vài cm.

- Vòng đời của nguyên sinh động vật gồm 2 pha:

Pha hoạt động Trong pha này chúng có thể di chuyển, sinh

trưởng phát triển

Pha ngủ nghỉ (pha hình thành nang xác): Trong giai đoạn này

chúng bất động

- Nang xác được hình thành theo cơ chế: tế bào hình thành nên

một vỏ bọc dày Vỏ bọc bảo vệ tế bào, chống lại những điều kiện bất lợi bên ngoài như nhiệt độ, sự khô cạn, độ chua, kiềm, hoạt động của men

IV NGUYÊN SINH ĐỘNG VẬT

1 ĐẶC ĐIỂM

* Theo hình thái:

1) Lớp Sarcodina hay Rhizopodes (chân giả)

Nhóm này gồm những nguyên sinh động vật có khả năng hình thành chân giả ở giai đoạn trưởng thành.

2) Lớp Mastigophora hay Flagelles (có roi) di động nhờ roi,

nhưng ở một số loài di động theo kiểu amip.

3) Lớp Spozoa hay Sporozoaires (trùng bào tử) chỉ ký sinh

không có ý nghĩa gì đối với sinh học đất.

4) Lớp Ciliophora hay Cilies (có tiêm mao): Nhóm này rất

đặc biệt, di động bằng tiêm mao

2 CÁC LỚP NGUYÊN SINH ĐỘNG VẬT

1) Nguyên sinh động vật quang hợp:

Những nguyên sinh động vật này có sắc tố quang hợp khuyếch

tán hay định vị Vai trò trong thực tế của nhóm này rất hạn chế Giống thường gặp là Euglena.

2) Nguyên sinh động vật dị dưỡng:

Chúng sống nhờ những hợp chất hữu cơ tan trong nguyên

sinh chất Nhóm này gồm hầu hết các loại có lông và một số

là những nguyên sinh động vật có tiên mao

* Chia theo dinh dưỡng :

1) Nhóm Geohydrobionte:

Là những nguyên sinh động vật sống trong các khối nước và màng nước trong đất Chúng là những sinh vật thuỷ sinh sống trong nước của đất Chúng hô hấp bằng oxy hoà tan trong nước Đại diện cho nhóm

hô hấp kiểu này là Trùng bánh xe

1 - Trùng amip (Amoeba polypodia) 4- Trùng bào tử (Mnobia tetraodon)

2 - Trùng chân giả có vỏ cứng (Cyclopyxis kahli) 5 - Trùng Tiêm mao

3 - Trùng roi (Monas vivipara)

Hình thái một số nguyên sinh động vật đất

CHƯƠNG 3

CHƯƠNG 3 MEN TRONG ĐẤT

Enzym trong đất có hai nguồn cung cấp chính, từ các sinh vật đất

và từ thực vật.

2.1 Enzym từ sinh vật đất

- Các sinh vật đất, đặc biệt là các vi sinh vật, trong quá trình sống đã cung cấp cho đất một lượng enzym đáng kể thông qua các con đường:

+ Tiết trực tiếp enzym ngoại bào (exo-enzym) ra ngoài môi trường

để phân giải và chuyển hóa cơ chất.

+ Hấp thụ cơ chất vào trong cơ thể rồi tiết ra các enzym nội bào (endo-enzym) để chuyển hóa cơ chất Endo-enzym có thể được giải phóng ra ngoài môi trường đất khi xác các vi sinh vật này bị dung giải.

- Một số luận điểm về mối liên hệ giữa cơ chất đưa vào đất, hệ sinh vật đất và enzym trong đất Đó là, khi cho một cơ chất vào đất:

+ cơ chất này không chỉ tác động đến các vi sinh vật đất liên quan đến cơ chất đó mà kích thích cả hệ sinh vật đất nói chung.

+ các sinh vật đất không chỉ tác động đến cơ chất mới đưa vào

mà còn tác động đến những chất sẵn có trong đất.

+ chất này sẽ được các sinh vật đất “ưa thích” sử dụng, chuyển hóa thành các cơ chất mới, các cơ chất mới này lại tạo điều kiện để các sinh vật đất kế tiếp nhau sinh trưởng, phát triển tốt

- Thứ hai, cũng giống các sinh vật đất, enzym nội bào của thực vật cũng có thể được giải phóng vào đất khi xác thực vật bị dung giải.

CHƯƠNG 3

CHƯƠNG 3 MEN TRONG ĐẤT

2.3 Trạng thái tồn tại của enzym trong đất

Enzym trong đất thường tồn tại ở 3 trạng thái sau:

- Enzym tự do: Đây là những enzym ngoại bào hoặc nội bào được giải phóng sau khi tế bào bị tự tiêu Men ở dạng tự do tồn tại không lâu vì nó dễ bị phân giải sinh học

- Enzym bị hấp phụ: là các enzym bị hấp phụ trên keo vô cơ hay keo hữu cơ trong đất, ở trạng thái này hoạt tính của enzym bị hạn chế phần nào, nhưng mặt có lợi là bảo vệ được men khỏi những tác động khác.

- Enzym trong các tàn dư sinh vật.

Bảng 2.5 Ảnh hưởng của các chất vùi vào đất đến hàm lượng

saccharaza (Kiss-1957)

saccharaza (Kiss-1957)

Hàm lượng tương đối

(%) Hàm lượng tương đối (%)

6 3 4 3

3 4 1 3

7 8 2 3

360 270 267 210

525 472 390 360

57,4 161,5 206,5 106,1

87,4 506, 374, 139,

3,3 1,8 5,4 3,2

4,1 3,3 5,5 3,5

(a ): ml dung dịch iốt 0,01N Rh: Vùng rễ (b): μH/24h/g đất

I VÒNG TUẦN HOÀN CACBON TRONG TỰ NHIÊN

- Cacbon là nguyên tố cơ bản của sự sống, chiếm tỷ lệ lớn trong

cơ thể các loài sinh vật (49% trọng lượng khô) Trong tự nhiên, cacbon tồn tại trong các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ

- Cacbon trong khí quyển tồn tại dưới dạng khí CO2, chiếm 0,03%

thể tích không khí (khoảng 6000 tỷ tấn); than đá, than bùn khoảng 100.000 và trong đại dương ước 130.000 tỷ tấn

CO2

CHƯƠNG 4 TÁC DỤNG CỦA VI SINH VẬT TRONG VIỆC CHUYỂN

HOÁ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ KHÔNG CHỨA NITƠ

I VÒNG TUẦN HOÀN CACBON TRONG TỰ NHIÊN

II QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI XENLULÔ

2.1 Khái niệm về xenluloza

- Hàng năm có khoảng 30 tỷ tấn chất hữu cơ được cây xanh tổng hợp trên trái đất, trong đó 30% là xenlulo, chủ yếu ở thành tế bào thực vật Xenlulô chiếm trên 90% trong quả bông (chín), 40-50% trong thân cây gỗ

- Xenlulo có cấu tạo dạng sợi, các sợi có từ 10.000-12.000 gốc glucopirano, liên kết 1,4-β-glucozit Giữa các sợi có sự liên kết với nhau bằng liên kết hydro để tạo thành bó sợi (microfibrin)

- Xenlulo có cấu trúc khá bền vững, không tan trong nước (chỉ bị phồng lên do hút nước)

2.2 Cấu tạo của xenlulo

A: Ở nấm Trichoderma; B: Ở vi khuẩn Cellvibrio gilvus; C: Ở nhiều chủng VSV khác

Xenlulo tinh thể tự nhiên

Xenlulo tinh thể đã biến đổi

Men C1

Exo β (1-4) gluconaza Endo β (1-4) gluconaza

Oligomers (Xenlulo phần tử nhỏ)

.

- Sơ đồ tóm tắt: Xelulô → disaccarit → monosaccarit (gluco)

- Các enzym tham gia: C1; Cx (Exo-β-1,4-gluconaza hoặc 1,4-gluconaza); β-glucozidaza

Endo-β-Nấm Trichoderma viride Vi khuẩn Cellvibrio gilvus

2.4 Vi sinh vật phân giải xenlulo

2.4.1 Vi sinh vật hảo khí phân giải xenlulo

a) Cytophaga, Sporocytophaga, Sorangium: đều thuộc nhóm niêm vi khuẩn

(myxobacteria), hình que, hai đầu tròn hoặc thuôn nhọn, không có tiên mao,

thường sống thành tập đoàn trong các khối nhầy Khi sinh sản thường hình thành bào nang (trừ Cytophaga), đó là tập hợp của nhiều tế bào Bào nang có

thể hình cầu, bầu dục (Sporocytophaga) hay không định hình (Sorangium), bên

trong chứa các niêm bào tử Khi bào nang chín sẽ giải phóng các niêm bào tử, gặp điều kiện thuận lợi niêm bào tử phát triển thành tế bào niêm vi khuẩn mới b) Các vi sinh vật hảo khí khác

+ Vi khuẩn: Cellvibrio, Cellfacicula, Ruminococcus …

+ Xạ khuẩn: Streptomyces antibioticus, S cellulosac, S celluloflavus

+ Nấm mốc: Aspergillus fumigatus, A niger, Fusarium maliniforme, Murco

pusilius, Trichoderma viride….

2.4 Vi sinh vật phân giải xenlulo

Vòng đời của Myxobacteria

2.4 Vi sinh vật phân giải xenlulo

2.4.1 Vi sinh vật yếm khí phân giải xenlulo

Chủ yếu là các vi khuẩn, như: Bacillus omelianxki (trong quá

trình phân giải xenlulo có thể giải phóng khí hidro hoặc metan),

Clostridium pasteurianum…