Báo cáo Vi sinh môi trường

Có rất nhiều nguyên nhân gây ra sự biến đổi khí hậu toàn cầu, trong đó có thể kể đến vai trò của các loài vi sinh vật. Trong tự nhiên, vi sinh vật phân bố ở hầu hết các môi trường và tồn tại với một số lượng lớn nên có ảnh hưởng đến khí hậu với quy mô toàn cầu. Hoạt động của vi sinh vật đất đóng góp đáng kể vào việc sản xuất và tiêu thụ các khí nhà kính, bao gồm CO2, CH4, N2O và NO.

MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU .2 1.Đặc điểm chung vi sinh vật 2.Biến đổi khí hậu 2.1 Biến đổi khí hậu gì? 2.2 Các biểu biến đổi khí hậu 2.3 Nguyên nhân biến đổi khí hậu 2.4 Thực trạng hậu biến đổi khí hậu .3 3.Vi sinh vật với biến đổi khí hậu .4 3.1 Vi sinh vật chu trình sinh địa hóa .4 3.1.1 Vi sinh vật chu trình Carbon 3.1.2 Vi sinh vật chu trình Nitơ 3.2 Vi sinh vật tác động đến thời tiết khí hậu 3.4 Vi sinh vật sản xuất biogas nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường 13 3.5 Mối quan hệ vi sinh vật thực vật ảnh hưởng đến khí hậu 15 3.5.1 Vi sinh vật tác động tích cực đến thực vật .15 KẾT LUẬN 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Thực trạng biến đổi khí hậu……………………………………… … Hình 3.1 Chu trình Carbon…………………………………………………………….5 Hình 3.2 Chu trình Nitơ……………………………………………………………… Hình 3.3 Vi khuẩn tập trung đám mây…………………………………….10 Hình 3.4 Vi khuẩn Pseudomonas syringae………………………………………… 11 Hình 3.5 Hiện tượng tảo nở hoa… …………………………………………………12 Hình 3.5 Mô hình biogas…… …………………………………………………… 13 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, nhân loại phải đối mặt với nhiều nguy hiểm từ hệ việc biến đổi khí hậu toàn cầu Sự biến đổi khí hậu toàn cầu diễn với tốc độ nhanh chóng, mang đến ảnh hưởng nghiêm toàn cầu Biểu rõ nóng lên Trái Đất, băng tan, nước biển dâng cao, tượng thời tiết bất thường, bão lũ, sóng thần, động đất, hạn hán giá rét kéo dài… dẫn đến tình trạng thiếu lương thực, thực phẩm xuất hàng loạt dịch bệnh người, gia súc, gia cầm… Có nhiều nguyên nhân gây biến đổi khí hậu toàn cầu, kể đến vai trò loài vi sinh vật Trong tự nhiên, vi sinh vật phân bố hầu hết môi trường tồn với số lượng lớn nên có ảnh hưởng đến khí hậu với quy mô toàn cầu Hoạt động vi sinh vật đất đóng góp đáng kể vào việc sản xuất tiêu thụ khí nhà kính, bao gồm CO2, CH4, N2O NO Các hoạt động ngày người xử lý chất thải nông nghiệp kích thích loài vi sinh vật sản sinh khí nhà kính Khi nồng độ khí tăng lên, vi sinh vật đất phản ứng lại theo cách khác nhau, làm tăng nhanh chậm lại nóng lên Trái Đất Sự hiểu biết vai trò vi sinh vật việc trì sống Trái Đất mối tương quan chúng với khí hậu giúp cho việc đưa biện pháp để bảo vệ môi trường, phòng chống biến đổi khí hậu toàn cầu Xuất phát từ lý trên, thực tiểu luận: “Vi sinh vật với biến đổi khí hậu” TỔNG QUAN TÀI LIỆU Đặc điểm chung vi sinh vật Vi sinh vật tên gọi chung để tất sinh vật có hình thể nhỏ bé, quan sát mắt thường, muốn quan sát chúng người ta phải dùng kính hiển vi Vi sinh vật nhóm riêng biệt sinh giới Chúng tập hợp sinh vật thuộc nhiều giới khác Giữa nhóm quan hệ mật thiết với có chung đặc điểm sau đây: - Kích thước nhỏ bé - Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh - Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh - Năng lực thích ứng mạnh dễ phát sinh biến dị - Phân bố rộng, chủng loại nhiều Biến đổi khí hậu 2.1 Biến đổi khí hậu gì? Biến đổi khí hậu thay đổi hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển, thạch tương lai nguyên nhân tự nhiên nhân tạo 2.2 Các biểu biến đổi khí hậu - Sự nóng lên khí Trái Đất - Sự thay đổi thành phần chất lượng khí quyển, gây hại cho môi trường sống người sinh vật Trái Đất - Sự dâng cao mực nước biển băng tan, dẫn tới ngập úng vùng đất thấp, đảo nhỏ biển - Sự di chuyển đới khí hậu vùng khác Trái Đất dẫn tới nguy đe dọa sống loài sinh vật, hệ sinh thái hoạt động người - Sự thay đổi cường độ hoạt động trình hoàn lưu khí quyển, chu trình tuần hoàn nước tự nhiên chu trình sinh địa hóa khác - Sự thay đổi suất sinh học hệ sinh thái, chất lượng thành phần thủy quyển, sinh quyển, thạch 2.3 Nguyên nhân biến đổi khí hậu Nguyên nhân làm biến đổi khí hậu Trái Đất gia tăng hoạt động tạo chất thải khí nhà kính, hoạt động khai thác mức bể hấp thụ khí nhà kính sinh khối, rừng, hệ sinh thái ven biển, ven bờ đất liền khác 2.4 Thực trạng hậu biến đổi khí hậu Sự biến đổi khí hậu toàn cầu diễn ngày nghiêm trọng Biểu rõ nóng lên Trái Đất, băng tan, nước biển dâng cao; tượng thời tiết bất thường, bão lũ, sóng thần, động đất, hạn hán giá rét kéo dài… dẫn đến thiếu lương thực, thực phẩm xuất hàng loạt dịch bệnh người, gia súc, gia cầm… Hình 2.1 Thực trạng biến đổi khí hậu Có thể thấy tác hại theo hướng nóng lên toàn cầu thể tượng như: gia tăng mực nước biển, băng hà lùi hai cực, đợt nóng, bão tố lũ lụt, khô hạn, tai biến, suy thoái kinh tế, xung đột chiến tranh, đa dạng sinh học phá huỷ hệ sinh thái Những minh chứng cho vấn đề biểu qua hàng loạt tác động cực đoan khí hậu thời gian gần có khoảng 250 triệu người bị ảnh hưởng trận lũ lụt Nam Á, châu Phi Mexico Các nước Nam Âu đối mặt nguy bị hạn hán nghiêm trọng dễ dẫn tới trận cháy rừng, sa mạc hóa, nước Tây Âu bị đe dọa xảy trận lũ lụt lớn, mực nước biển dâng cao đợt băng giá mùa đông khốc liệt Những trận bão lớn vừa xảy Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ có nguyên nhân từ tượng Trái Đất ấm lên nhiều thập kỷ qua Những liệu thu qua vệ tinh năm cho thấy số lượng trận bão không thay đổi, số trận bão, lốc cường độ mạnh, sức tàn phá lớn tăng lên, đặc biệt Bắc Mỹ, tây nam Thái Bình Dương, Ấn Độ Dương, bắc Đại Tây Dương Một nghiên cứu với xác suất lên tới 90% cho thấy có tỷ người rơi vào cảnh thiếu lương thực vào năm 2100 tình trạng ấm lên Trái Đất Vi sinh vật với biến đổi khí hậu 3.1 Vi sinh vật chu trình sinh địa hóa Vi sinh vật đất đóng vai trò quan trọng chuỗi dinh dưỡng chu trình sinh địa hóa Trái Đất Trong môi trường đất, vi sinh vật tác động đến phân rã thực vật, sản sinh tiêu hao khí, biến đổi kim loại sinh trưởng thực vật Sự phân bố rộng rãi với số lượng nhiều làm cho vi sinh vật có sức ảnh hưởng to lớn khí hậu toàn cầu Vi sinh vật đất đóng góp cách đáng kể đến sản xuất tiêu thụ khí gây hiệu ứng nhà kính, bao gồm: khí CO 2, CH4, N2O NO Những hoạt động người nông nghiệp, công nghiệp,… kích thích vi sinh vật sản xuất khí gây hiệu ứng nhà kính Khi nồng độ khí tăng lên, vi sinh vật đất phản ứng lại theo cách khác nhau, làm tăng nhanh chậm lại nóng lên Trái Đất Vi sinh vật ảnh hưởng đến biến đổi khí hậu toàn cầu thông qua vòng tuần hoàn tự nhiên, mà quan trọng chu trình Nitơ chu trình Carbon 3.1.1 Vi sinh vật chu trình Carbon Carbon thành phần tất phân tử hữu tồn tất hợp chất hữu Vòng tuần hoàn carbon chu chuyển nguyên tố carbon thể môi trường nhờ hoạt động sinh vật hệ sinh thái Vòng tuần hoàn carbon đóng vai trò định hệ thống khí hậu, biến đổi khí hậu nguồn lượng Trái Đất Các hợp chất carbon hữu chứa động vật, thực vật, vi sinh vật, sinh vật chết để lại lượng chất hữu khổng lồ đất Nhờ hoạt động nhóm vi sinh vật dị dưỡng carbon sống đất, chất hữu bị phân hủy nhanh chóng CO2 khí hay nước sinh vật tự dưỡng hấp thu, biến đổi thành hợp chất hữu phức tạp thông qua trình quang hợp phản ứng sinh hóa Một phần chất cấu trúc nên thể thực vật vi sinh vật quang hợp Thực vật vi sinh vật quang hợp động vật hay sinh vật dị dưỡng sử dụng, sau đó, chất tiết xác chết sinh vật bị vi khuẩn phân hủy, trả lại CO cho môi trường Các vi sinh vật tự dưỡng thủy vực thường sử dụng CO dạng carbon vô phổ biến để làm nguồn carbon tạo chất hữu Trong đó, vi sinh vật dị dưỡng lại sử dụng carbon hữu có sẵn trình oxy hóa hợp chất carbon hữu chúng tái tạo carbon vô Vòng tuần hoàn carbon tạo thành theo phương trình hóa học sau: CO2 + H2O  CH2O (vật chất cấu tạo tế bào) + O2 (dinh dưỡng tự dưỡng) CH2O (vật chất cấu tạo tế bào) + O  CO2 + H2O (dinh dưỡng dị dưỡng hô hấp hiếu khí) Các vi sinh vật tự dưỡng sinh vật sản xuất sơ cấp chuỗi dinh dưỡng chúng có khả chuyển hóa hợp chất vô thành hợp chất hữu cho sinh vật dị dưỡng sử dụng Các vi sinh vật thuộc nhóm vi khuẩn lam, vi khuẩn khoáng dưỡng hóa vô nhóm vi khuẩn sinh methane vi sinh vật tham gia tích cực vào việc cố định lượng CO2 khổng lồ chu trình carbon Trái Đất Hình 3.1 Chu trình Carbon Vi khuẩn sinh methane tham gia tích cực chu trình carbon Trong tự nhiên, chúng sinh sống nơi kị khí giàu CO H2 CO2 nhóm vi khuẩn sử dụng hai cách khác biệt Khoảng 5% CO mà chúng hấp thu sử dụng cho việc tạo thành phần tế bào trình sống phát triển 95% CO lại sử dụng để sinh lượng cho hoạt động tế bào giải phóng khí methane Khí methane tích tụ nhiều nơi đá dạng khí tự nhiên, cỏ động vật nhai lại giải phóng thông qua trình ợ hơi, ruột mối, bùn, sinh vật tiêu thụ chất thải, vùng đầm lầy,… Sự phân hủy sinh học trọng tâm vòng tuần hoàn carbon, vi sinh vật có vai trò quan trọng Đây trình phân hủy vật chất hữu (CH 2O) thành CO2 H2O Trong môi trường đất, mối vi sinh vật có vai trò quan trọng trình này, vi sinh vật khác chiếm vị trí quan trọng Quá trình phân hủy thường diễn trước hết với polymer sinh học cellulose, lignin, protein, polysaccharide nhờ enzyme ngoại bào, trình oxy hóa phân tử polymer để tạo sản phẩm cuối CO2, H2O, H2 có NH3 H2S Các sản phẩm vi sinh vật khoáng dưỡng tự dưỡng sử dụng Các vi sinh vật quan trọng tham gia trình phân hủy sinh học tự nhiên bao gồm xạ khuẩn, Clostridia, Bacilli, Arthrobacters Pseudomonas Quá trình phân hủy sinh học diễn theo phương trình hóa học sau: Các polymer  monomer (quá trình thối rữa) Các monomer  acid béo + CO2 + H2 (quá trình lên men) Các monomer + O2  CO2 + H2O (quá trình hô hấp hiếu khí) Các vi khuẩn sinh methane có khả loại bỏ khí CO khí qua việc biến đổi CO2 thành nguyên liệu tế bào CH Các sinh vật nhân sơ không bị ảnh hưởng chu kỳ carbon trao đổi chất chúng ảnh hưởng đến nồng độ chất khí nhà kính chủ yếu khí Trái Đất Hoạt động vi sinh vật chu trình carbon sinh lượng khí CO CH4 góp phần làm thay đổi khí hậu toàn cầu CO2 chất khí gây hiệu ứng nhà kính với tỷ lệ lớn (56% 1% khí quyển) Khi nồng độ CO khí tăng lên gấp đôi nhiệt độ Trái Đất tăng lên khoảng 30 oC CH4 chất khí gây hiệu ứng nhà kính đứng thứ hai sau CO2 (18% 1% khí quyển) CH4 sinh từ trình sinh học, men hoá đường ruột vi sinh vật loài động vật nhai lại, phân giải kỵ khí đất ngập nước, ruộng lúa,… CH thúc đẩy oxy hoá nước tầng bình lưu Sự gia tăng nước gây hiệu ứng nhà kính mạnh nhiều so với hiệu ứng trực tiếp từ CH4 Hiện hàng năm khí thu nhận khoảng từ 400 đến 765 x 1012 g CH4 Tóm lại, nhóm vi sinh vật tham gia trình chuyển hoá hợp chất carbon góp phần khép kín vòng tuần hoàn vật chất, từ giữ cân sinh thái thiên nhiên Sự phân bố rộng rãi nhóm vi sinh vật chuyển hoá hợp chất carbon góp phần làm môi trường môi trường bị ô nhiễm hợp chất hữu chứa carbon Người ta sử dụng nhóm vi sinh vật việc xử lý chất thải có chứa hợp chất carbon hữu cellulose, tinh bột Mặt khác, nhóm vi sinh vật tham gia trình chuyển hoá hợp chất carbon có tác động tiêu cực tích cực đến khí hậu Tích cực chỗ vi sinh vật sử dụng hợp chất carbon để phân hủy góp phần làm giảm ô nhiễm trình cố định CO chúng phần làm giảm khí CO tự nhiên giúp cho khí hậu chịu ảnh hưởng khí nhà kính Tiêu cực chỗ có lượng CO CH4 thải vào không khí làm cho khí hậu Trái Đất dần nóng lên 3.1.2 Vi sinh vật chu trình Nitơ Nitơ nguyên tố sống, thành phần protein acid nucleic tất tế bào sinh vật Vòng tuần hoàn nitơ chu chuyển nguyên tố nitơ thể sinh vật môi trường nhờ hoạt động sống sinh vật hệ sinh thái Nếu vi sinh vật, vòng tuần hoàn Nitơ diễn Hình 3.2 Chu trình Nitơ Vòng tuần hoàn Nitơ vòng tuần hoàn phức tạp vòng tuần hoàn sinh học Trong thể sinh vật, nitơ tồn chủ yếu dạng hợp chất đạm hữu protein, acid amin Khi thể sinh vật chết đi, lượng nitơ hữu tồn đất Dưới tác dụng nhóm vi sinh vật hoại sinh, protein phân hủy thành acid amin Các acid amin lại nhóm vi sinh vật phân hủy thành NH NH4+ gọi nhóm vi khuẩn amoni hóa Quá tình gọi khoáng hóa chất hữu qua nitơ hữu chuyển thành dạng nitơ khoáng Dạng NH 4+ chuyển hóa thành dạng NO3- nhờ nhóm vi khuẩn nitrate hóa Các hợp chất nitrate lại chuyển hóa thành dạng nitơ phân tử, trình gọi phản nitrate hóa thực nhóm vi khuẩn phản nitrate Khí Nitơ cố định lại tế bào vi khuẩn tế bào thực vật sau chuyển hóa thành dạng Nitơ hữu nhờ nhóm vi khuẩn cố định nitơ Như vậy, vòng tuần hoàn nitơ khép kín Trong hầu hết khâu chuyển hóa vòng tuần hoàn có tham gia nhóm vi sinh vật khác Nếu hoạt động nhóm ngừng lại, toàn chuyển hóa vòng tuần hoàn bị ảnh hưởng nghiêm trọng + Quá trình cố định Nitơ phân tử: thường xảy nhờ tham gia nhóm vi khuẩn sống tự Clostridia, Azotobacters, vi khuẩn lam vi khuẩn sống cộng sinh rễ Rhizobium Frankia Các vi sinh vật có khả liên kết N2 tự không khí tạo NH3 theo phương trình hóa học: N2  2NH3+ (cố định Nitơ) + Quá trình phản nitrat hóa: trình liên quan đến việc sử dụng dạng oxy hóa nitơ NO3 NO2 để nhận điện tử dùng cho trình hô hấp Vi khuẩn thường gặp đất Bacillus Pseudomonas sử dụng nitrat (NO3) để khử thành NO2 (nitrit) sau thành dạng khí Nitơ N2, N2O NH3 trả lại môi trường Khí N2O sinh hoạt động số vi sinh vật loại khí gây hiệu ứng nhà kính chiếm tỷ lệ thấp (6% 1% khí quyển) Tuy nhiên, khả giữ nhiệt các phân tử khí cao, phân tử khí có khả giữ nhiệt gấp gần 300 lần so với phân tử khí CO Khí N2O xâm nhập vào không khí không thay đổi dạng thời gian dài, đạt tới tầng khí tác động cách chậm chạp với nguyên tử oxy Các vi khuẩn thực khủ nitrat vi khuẩn hiếu khí không bắt buộc Trong điều kiện có oxy, chúng hô hấp hiếu khí thiếu oxy chúng sử dụng NO3 để thay theo phản ứng: NO3  NO2  N2 + Quá trình nitrat hóa: trình oxy hóa amoniac thành nitrit có O Nitrit sau lại oxy hóa thành nitrat Các vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng Nitrosomas oxy hóa NH3 thành NO2 Trong đó, vi khuẩn Nitrobacter lại oxy hóa NO2 thành NO3 Quá trình xảy theo phương trình sau: NH3  NO2 (Nitrosomonas) NO2  NO3 (Nitrobacter) + Quá trình amoni hóa: trình có tầm quan trọng lớn vòng tuần hoàn Nitơ nhờ có trình mà hợp chất hữu có Nitơ phân hủy vòng tuần hoàn amoniac phục hồi Nhiều vi khuẩn gây thối nấm có khả Thực vật, động vật sinh vật khác có vi sinh vật sử dụng hợp chất có Nitơ làm chất dinh dưỡng góp phần khép kín chu trình Nitơ 3.2 Vi sinh vật tác động đến thời tiết khí hậu Trong trình tìm hiểu nguyên nhân khí hậu toàn cầu lại diễn biến phức tạp đến năm gần đây, giới khoa học bất ngờ phát rằng: Vi khuẩn yếu tố chi phối thời tiết Trong đám mây tồn giới vi khuẩn đông đúc, chúng sống sinh sôi cách mạnh mẽ Những phát giới vi khuẩn đám mây làm đảo lộn gần toàn lý thuyết ngành khoa học khí tượng thủy văn: bão lốc khí quyển, đám mây lớn hay tầng khí di chuyển tạo nên thời tiết, hậu Nguồn gốc làm thay đổi thời tiết vi khuẩn Những phần tử sinh học nhỏ bé có tác động lớn đến chu kỳ mưa tuyết, ảnh hưởng đến thời tiết nóng lạnh chí đến ấm lên Trái Đất Một ý nghĩa phát vi khuẩn giữ vai trò trình hình thành băng tuyết đám mây, có tác động đến thời tiết khí hậu Bên cạnh đó, việc di chuyển vi khuẩn nhờ gió xuyên qua khoảng cách lớn, tính đến nghiên cứu lan truyền bệnh lây nhiễm sinh vật Hình 3.3 Vi khuẩn tập trung đám mây Vi khuẩn có khả làm ảnh hưởng đến tính chất lý hóa môi trường xung quanh Khí hậu Trái Đất không nằm tầm ảnh hưởng không khí đám mây có diện vi khuẩn Đã có chứng cho thấy trao đổi chất vi khuẩn có ảnh hưởng lớn đến mô hình thời tiết khí hậu ngày Một khả thú vị vi khuẩn tiến hóa theo cách kích hoạt tạo thành đám mây mưa, nhằm hỗ trợ cho phân tán sinh sản chúng Các nghiên cứu tiến hành nhiều phòng thí nghiệm cho thấy vi khuẩn tác động trực tiếp tới trình hình thành đám mây giai đoạn chúng sinh sôi nảy nở Về mặt hóa học, hóa chất mà vi khuẩn tiết để vận chuyển dưỡng chất qua màng tế bào hoàn toàn có khả phá vỡ lực căng bề mặt nước Chính 10 hóa chất tham gia vào trình hình thành giọt mưa Chẳng hạn vi khuẩn Pseudomonas syringae có loại protein có khả liên kết phân tử nước, biến chúng thành cấu trúc hình lưới Nhờ băng hình thành nhiệt độ oC Khi tinh thể băng (có vi khuẩn bên trong) rơi khỏi mây, chúng tạo tuyết mưa (nếu băng tan chảy) Về mặt vật lý, vi khuẩn với tế bào Hình 3.4 Vi khuẩn Pseudomonas syringae sinh học nhỏ bé khác tác động đến khí hậu thông qua việc phản xạ hấp thụ ánh sáng mặt trời, hấp thụ ẩm không khí để hình thành hạt nhân mây Bằng cách phân tán xạ mặt trời che khuất bề mặt trái đất, khô, chúng có tác dụng làm mát khí hậu ướt chúng làm ấm bề mặt trái đất, đặc biệt vào ban đêm, chúng góp phần vào việc hình thành sương mù mây tầm thấp Bên cạnh đó, nhiều nhà khoa học cho loại vi khuẩn có lẽ tiến hóa để tồn sống lâu khí quyển, chúng có khả khởi động trình ngưng kết đám mây mưa để nhằm hỗ trợ cho phát tán sinh sản Về lâu dài, loại vi khuẩn làm biến đổi khí hậu theo cách có lợi cho thân chúng Ngoài ra, người ta tin tưởng rằng, số vi khuẩn hình thành chế bảo vệ tự nhiên nhằm chống lại tia cực tím hiệu ứng nhà kính Rõ ràng, lúc này, người bắt đầu đánh giá lại cách xác thực vai trò vi khuẩn bầu khí Những phần tử sinh học nhỏ bé cách hay cách khác chi phối tích cực đến chuyện nóng lạnh, mưa nắng thiên nhiên Các nhà khoa học giới nỗ lực khám phá tìm hiểu toàn tác động chi phối này, từ hy vọng tìm cách thức hữu hiệu để kiểm soát khí hậu toàn cầu 3.3 Vi sinh vật tượng phú dưỡng Phú dưỡng tượng nguồn nước trở nên giàu chất dinh dưỡng, đặc biệt hợp chất Nitơ, Phospho cách tự nhiên tác động nhân tạo tạo điều kiện phát triển cho loài rong tảo Nhưng phát triển mức rong tảo ức chế thực 11 vật bậc cao động vật thủy sinh khiến chúng ngừng phát triển bị diệt vong thiếu ánh sáng, oxy, chất dinh dưỡng bị nhiễm độc Trong hệ sinh thái ao hồ, tồn sẵn loài tảo hàm lượng định chất N, P để đảm bảo cho trình sinh dưỡng, phát triển bình thường hệ sinh thái Khi nồng độ N, P tăng lên, kích thích phát triển tảo – gọi tượng tảo nở hoa Lúc này, tảo phát triển vượt bậc số lượng hệ sinh thái nước, từ mật độ – 100 tế bào/ml nước lên thành 104 – 105 tế bào/ml nước Sự thay đổi mật độ tế bào kéo theo thay đổi màu nước Đây dấu hiệu tượng phú dưỡng Trong ao hồ thường có nhóm tảo lục, tảo lam hay tảo giáp, nước chuyển sang màu xanh Hình 3.5 Hiện tượng tảo nở hoa Trong điều kiện quang hợp, ban ngày nồng độ oxy tăng đáng kể giảm trời tối hô hấp tất sinh vật hồ Tảo phát triển mạnh mẽ dẫn tới tượng ao hồ có nhiều xác tảo Những xác tảo bị vi khuẩn phân hủy, oxy hòa tan sử dụng để oxy hóa chất xác tảo (CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 138O2  106CO2 + 122H2O + 16HNO3 + H3PO4 Như vậy, để phân hủy phân tử tảo vi khuẩn lấy tới 138 phân tử oxy Quá trình tiếp tục làm giảm nồng độ oxy hòa tan Khi nồng độ oxy giảm đến mức tối thiểu, loài động vật thủy sinh bị chết ngạt Ngoài ra, môi trường kỵ khí đáy ao hồ điều kiện thúc đẩy phát triển Clostridium botulinum khiến chúng sản 12 sinh nhiều độc chất Sự tích tụ chất độc góp phần tiêu diệt sinh vật ao hồ Các vi sinh vật ao hồ phân hủy xác sinh vật thành CO phân tán vào môi trường gây biến đổi khí hậu toàn cầu 3.4 Vi sinh vật sản xuất biogas nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường Hiện nay, tình trạng ô nhiễm môi trường (đất, nước, không khí) vùng nông thôn việc chăn nuôi ngày phát triển theo xu hướng hàng hóa, nhiều hộ gia đình chăn nuôi với quy mô lớn vấn đề khó khăn trình xử lý chất thải Bên cạnh đó, hoạt động giết mổ gia súc, gia cầm thải lượng lớn chất gây ô nhiễm môi trường, tác động nghiêm trọng đến khí hậu toàn cầu Hầu hết phân chất thải chưa xử lý thải trực tiếp ao nuôi cá, đồng ruộng, cống thoát gia đình khu vực xung quanh gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng trực tiếp tới hộ gia đình chăn nuôi cộng đồng xung quanh Vì vậy, để khắc phục tình trạng giải pháp hữu hiệu để xử lý chất thải chăn nuôi chất thải khác xây dựng hầm khí biogas Biogas hay khí sinh học hỗn hợp khí methane (CH 4) số khí khác phát sinh từ phân hủy vật chất hữu điều kiện kỵ khí Thành phần biogas gồm chủ yếu methane (50-70%) khí CO2, N2, O2, CO, H2S, nước,… Nguồn nguyên liệu để nạp vào hầm Biogas đa dạng chất thải gồm phân nước tiểu động vật chất thải gia súc, gia cầm, Hình 3.6 Mô hình biogas 13 - Nguyên lý sản xuất biogas: Các chất thải phân hủy nhờ vi sinh vật điều kiện hoàn toàn oxy Quá trình phân chia làm giai đoạn: + Giai đoạn 1: Biến đổi chất hữu cao phân tử thành chất hữu đơn giản Trong giai đoạn nhóm vi sinh vật kỵ khí, kỵ khí tùy nghi phân hủy hợp chất hữu cao phân tử thành chất rượu, acid hữu phân tử thấp + Giai đoạn 2: Acid hóa Trong giai đoạn chất hữu đường, acid amin, rượu, acid béo chuyển hóa thành acid hữu acetic, propionic, formic, lactic, butyric,… + Giai đoạn 3: Methane hóa Đây giai đoạn phát triển mạnh loài vi khuẩn methane để chuyển toàn hydrat carbon thành CH CO2 Đầu tiên tạo thành acid hữu nên pH giảm xuống rõ rệt, acid hữu hợp chất chứa Nitơ tiếp tục phân hủy tạo thành hợp chất khác chất khí CO 2, N2, H2 CH4 Các vi khuẩn methane phát triển mạnh chuyển hóa nhanh để tạo thành CO2 CH4 - Các nhóm vi khuẩn sản xuất biogas: Nhóm vi khuẩn không sinh methane nhóm vi khuẩn sinh khí methane + Nhóm vi khuẩn không sinh methane: nhóm bao gồm vi khuẩn kỵ khí vi khuẩn kỵ khí không bắt buộc Vi khuẩn phân hủy cellulose biến dưỡng điều kiện kỵ khí cho CO2, H2 số chất formate, acetate, methylic, methylamine,… + Nhóm vi khuẩn sinh khí methane: Vi khuẩn sinh methane gồm hai nhóm chính: • Vi khuẩn sinh methane từ hydro carbonic Hầu hết loài vi khuẩn methane có khả sử dụng hydro carbonic để tạo khí methane Khi có mặt hydro carbonic, vi khuẩn sinh methane phát triển nhanh chuyển hóa gần toàn carbonic thành methane: H2 + CO2  H2O + CH4 • Vi khuẩn sinh methane từ acid acetic Nhóm chuyển hóa trực tiếp gốc methyl acid acetic thành methane: CH3COOH  CH4 + CO2 - Cơ chế tạo thành khí methane: + Giai đoạn 1: Các chất hữu phân hủy thành acid hữu cơ, CO 2, H2 sản phẩm khoáng hóa khác tác dụng enzym cellulosase: CxHyOz → acid hữu cơ, CO2, H2 14 + Giai đoạn 2: Các acid hữu cơ, CO2, H2 tiếp tục bị tác động vi khuẩn methane: CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O CO + 3H2 → CH4 + H2O 4CO + 2H2 → CH4 + 3CO2 4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 3H2O 4CH3OH → 3CH4 + 2H2O + CO2 CH3COOH → CH4 + H2O Biogas hình thành môi trường kỵ khí tác dụng enzym cellulase nhóm vi khuẩn methane, vai trò enzym cellulase phân hủy chất hữu thành chất có phân tử thấp hơn, chất nhờ nhóm vi khuẩn methane tác dụng với tạo thành khí methane Do đó, xây dựng sử dụng hầm Biogas hạn chế chất thải làm ô nhiễm môi trường, giảm khí gây hiệu ứng nhà kính khí CH khí CO2 Đồng thời, biến loại khí thành nhiên liệu (khí gas) dùng để đun nấu, giảm chi phí cho người dân, làm giảm đáng kể mùi hôi, hạn chế tác nhân môi giới lây lan mầm bệnh phóng thích loại khí thải sử dụng 3.5 Mối quan hệ vi sinh vật thực vật ảnh hưởng đến khí hậu 3.5.1 Vi sinh vật tác động tích cực đến thực vật Vi sinh vật ảnh hưởng gián tiếp đến khí hậu thông qua việc tác động lên thực vật Hoạt động vi sinh vật đất tác động tích cực đến môi trường đất thực vật, nhằm điều hòa khí hậu, làm bầu không khí, ngăn chặn thiên tai, phòng chống biến đổi khí hậu - Vi sinh vật giữ vai trò quan trọng việc hình thành cấu trúc đất: Hệ sợi nấm mốc xạ khuẩn kết gắn hạt đất lại với Polysaccharide ngoại bào vi khuẩn, nấm men, nấm mốc sinh tạo nên cấu trúc đất Các vật liệu mùn từ hoạt động sống vi sinh vật hình thành phức hợp hữu mùn/sét Từ làm giảm xói mòn, cho phép nước thấm nhanh trì thoáng khí đất Vi sinh vật chất tiết đặc thù mình, cốm hóa hạt đất bị rời rạc thành thể bền vững (cấu trúc cốm), cải thiện tính chất vật lý đất, trì tính thông 15 khí, khả giữ nước, tính thoát nước đất Nước vào lỗ trống đất, oxy tự nhiên, dưỡng chất vận chuyển, rễ mọc Khi mao rễ héo, vi sinh vật phân hủy chúng Rễ lại hấp thu, lại đâm sâu, nước oxy vận chuyển Do tác dụng hoàn nguyên tuần hoàn vi sinh vật hiếu khí kỵ khí diễn đất, cung cấp cho trồng dưỡng chất acid amin Tác dụng tuần hoàn thức ăn lặp lặp lại, thúc đẩy sinh trưởng trồng Ngoài ra, vi sinh vật phức hợp khác vi khuẩn acid lactic vi khuẩn khác tạo cấu trúc cốm Xạ khuẩn sinh trưởng khe trống cấu trúc cốm đó, ăn xác vi sinh vật khác vi khuẩn quang hợp sinh sôi mạnh mẽ Khi xạ khuẩn tăng thời, thức ăn trở nên thiếu, chúng dùng Chitin có thành tế bào nấm sợi làm thức ăn nên làm cho nấm sợi giảm Vi sinh vật kỵ khí phân giải muối kiềm đất, hoàn nguyên cho trồng lượng sinh sản, giải trừ cách tự nhiên loại muối Khi vi sinh vật hiếu khí phân giải chất hữu cơ, sinh nhiệt, khí CO khí NH4 dưỡng chất khác Vi sinh vật kỵ khí lại hấp thu khí CO 2, biến đổi thành muối CO3, phân giải lân kali không tan đất, cung cấp cho trồng Ngoài ra, vừa giúp cho sinh trưởng trồng, vừa ức chế vi khuẩn gây hại, sinh chất etylen bổ sung hormon Phân giải đạm thành acid amin, sản sinh đường oxy, vi sinh vật hiếu khí lại hấp thu thứ Vi sinh vật kỵ khí phân giải muối kiềm (vôi) đất, hoàn nguyên cho trồng lượng sinh sản, xóa bỏ cách tự nhiên loại muối (đạm, lân…) Theo cách này, tác dụng hoàn nguyên tuần hoàn vi sinh vật lặp lặp lại thường xuyên, có lợi điểm triển khai cách tự động, đóng góp to lớn việc bảo vệ phục hồi môi trường - Các vi sinh vật phân giải chất hữu biến chúng thành chất khoáng dinh dưỡng cho rễ hấp thụ Trong trình phân giải, vi sinh vật mặt lấy thức ăn để tổng hợp nên chất hữu cho thể mình, mặt khác tổng hợp nên loại chất hữu đặc biệt đất gọi mùn, mùn lại tiếp tục bị khoáng hóa tạo nên chất dinh dưỡng cho Chất dinh dưỡng thực vật hấp thu để sinh trưởng phát triển Bởi thực vật nói chung hấp thụ qua rễ đa phần khoáng lượng nhỏ hợp chất hữu (có trọng lượng phân tử thấp) chúng khoáng hóa Các vi sinh vật đất phân hủy chất hữu 16 cơ, nguyên sinh động vật, côn trùng, giun đất chúng ăn chất hữu qua trình tiêu hóa, chất hữu không tiêu hóa thải theo phân lại vi sinh vật tiếp tục phân giải cuối hình thành hợp chất dinh dưỡng cung cấp lại cho thực vật Như vi sinh vật đối tượng trung gian quan trọng việc hỗ trợ rừng trình sinh trưởng phát triển Ngoài nhiều nhóm loài vi sinh vật hệ rễ cung cấp cho thực vật nhiều lợi ích, đảm bảo tuần hoàn vật chất, hòa tan chất dinh dưỡng khoáng, cung cấp vitamine, amino acid, nhân tố sinh trưởng, số vi sinh vật sinh chất kháng sinh để giúp thực vật ngăn ngừa bệnh hại 3.5.2 Vi sinh vật tác động tiêu cực đến thực vật Vi sinh vật gây hại cho thực vật có ảnh hưởng gián tiếp tới khí hậu Vì thực vật phổi xanh trái đất để điều hòa khí hậu nên vi sinh vật làm bệnh, chết, không sinh trưởng phát triển ảnh hưởng tới điều hòa khí hậu xanh Mối quan hệ sinh thái vi sinh vật thực vật đáng ý vi khuẩn hình thành tinh thể tuyết gây tác hại sương giá thực vật Một số chủng vi khuẩn Pseudomonas siringae hình thành lọai protein bề mặt, có khả kích phát tinh thể băng tuyết Khi nhiệt độ môi trường hạ thấp xuống tới - ~ - oC, hình thành tinh thể tuyết, gây băng giá làm chết thực vật Đa số bệnh thực vật liên quan đến vi sinh vật, có nghĩa nhiều vi sinh vật (virus, vi khuẩn, nấm) gây bệnh thực vật Bệnh thực vật phát sinh phát triển vi sinh vật xâm nhập, sau sinh sôi nẩy nở, làm cho thực vật xuất triệu chứng bệnh Có vi sinh vật sau xâm nhập thể thực vật sinh lọai enzyme protease, cellulase, hemicellulase… làm phân giải cao phân tử, khiến cấu trúc thực vật bị phá hủy Có vi sinh vật sinh nhân tố điều hòa sinh trưởng, phá hoại hệ thống điều hòa sinh trưởng bình thường thực vật, hình thành khối u,… Cũng có vi sinh vật sinh độc tố, tác động lên thành tế bào ty thể, dẫn đên cấu trúc tế bào chức ty thể bị phá hoại Một số vi sinh vật làm thay đổi họat tính trao đổi chất thực vật, khiến thực vật bị bệnh thay đổi tốc độ hô hấp, thay đổi đường trao đổi hydrat carbon Một số vi sinh vật gây nhiễu tác dụng quang hợp, gây tổn thương cho trình trao đổi chất thực vật 17 KẾT LUẬN Vi sinh vật thể nhỏ bé, tồn với số lượng lớn, dễ dàng phát tán nhờ gió, nước sinh vật khác Vì vậy, sinh vật di chuyển cách dễ dàng đến nơi thiên nhiên Trên Trái Đất này, có loại sinh vật phân bố rộng rãi nhất, phong phú vi sinh vật Chính số lượng lớn phân bố rộng rãi nên vi sinh vật có tác động đa dạng đến hậu Trái Đất Vi sinh vật tác động tích cực tiêu cực đến khí hậu thông qua hoạt động chúng Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng, vừa nơi sản xuất, vừa nơi tiêu thụ khí nhà kính gây tượng ấm lên Trái Đất Cùng với ấm lên toàn cầu, vi khuẩn nấm ngày nhân lên nhanh chóng, kích thích sản sinh nhiều khí CO2 thải vào môi trường gây tác động tiêu cực đến khí hậu Những hiểu biết vi sinh vật, phân bố, chủng loại, hoạt tính sinh lý, vai trò vi sinh vật tự nhiên,… vô quan trọng cần thiết Những hiểu biết giúp người đề phương hướng, biện pháp hiệu để giảm thiểu phát thải khí nhà kính, dự đoán tác động biến đổi khí hậu bảo vệ môi trường sống 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đoàn Chiến Thắng (2012), Bài giảng Vi sinh môi trường, Đại học Tây Nguyên Võ Thị Phương Khanh (2002), Bài giảng Vi sinh vật học, Đại học Tây Nguyên Đặng Thị Hoàng Oanh (2009), Giáo trình Vi sinh đại cương, Đại học Cần Thơ http://www.academia.edu/7609928/Role_of_micro-organisms_in_climate_change http://www.microbiologyonline.org.uk/media/transfer/doc/factfile_climate_change.pdf http://www.goucher.edu/Documents/verge/papers8/SoilMicroorganismsAndGlobalCli mateChange.pdf http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1574-6941.2009.00706.x/full http://suckhoedoisong.vn/20090420042635471p0c19/vi-khuan-dieu-khien-thoitiet.htm http://timtailieu.vn/tai-lieu/co-so-khoa-hoc-cua-biogas-32010/ 10 http://www.qlkh.tnu.edu.vn/ScientificReport/Download/655 19 [...]... Nhóm vi khuẩn không sinh methane và nhóm vi khuẩn sinh khí methane + Nhóm vi khuẩn không sinh methane: nhóm này bao gồm cả vi khuẩn kỵ khí và vi khuẩn kỵ khí không bắt buộc Vi khuẩn phân hủy cellulose biến dưỡng trong điều kiện kỵ khí cho ra CO2, H2 và một số chất như formate, acetate, methylic, methylamine,… + Nhóm vi khuẩn sinh khí methane: Vi khuẩn sinh methane gồm hai nhóm chính: • Vi khuẩn sinh. .. rừng trong quá trình sinh trưởng và phát triển Ngoài ra nhiều nhóm loài vi sinh vật hệ rễ cung cấp cho thực vật nhiều lợi ích, như đảm bảo sự tuần hoàn vật chất, hòa tan chất dinh dưỡng khoáng, cung cấp vitamine, amino acid, nhân tố sinh trưởng, một số vi sinh vật còn sinh ra chất kháng sinh để giúp thực vật ngăn ngừa bệnh hại 3.5.2 Vi sinh vật tác động tiêu cực đến thực vật Vi sinh vật gây hại cho... làm chết thực vật Đa số bệnh thực vật đều liên quan đến vi sinh vật, cũng có nghĩa là rất nhiều vi sinh vật (virus, vi khuẩn, nấm) gây ra bệnh thực vật Bệnh thực vật phát sinh và phát triển là do vi sinh vật xâm nhập, rồi sau đó sinh sôi nẩy nở, làm cho thực vật xuất hiện các triệu chứng bệnh Có những vi sinh vật sau khi xâm nhập cơ thể thực vật sẽ sinh ra lọai enzyme như protease, cellulase, hemicellulase…... những loài động vật thủy sinh sẽ bị chết ngạt Ngoài ra, môi trường kỵ khí dưới đáy ao hồ cũng là điều kiện thúc đẩy sự phát triển của Clostridium botulinum khiến chúng sản 12 sinh nhiều độc chất Sự tích tụ chất độc góp phần tiêu diệt sinh vật trong ao hồ Các vi sinh vật trong ao hồ sẽ phân hủy xác sinh vật thành CO 2 phân tán vào môi trường gây biến đổi khí hậu toàn cầu 3.4 Vi sinh vật trong sản xuất... Vi sinh vật tác động tích cực đến thực vật Vi sinh vật ảnh hưởng gián tiếp đến khí hậu thông qua vi c tác động lên thực vật Hoạt động của vi sinh vật trong đất tác động tích cực đến môi trường đất cũng như thực vật, nhằm điều hòa khí hậu, làm sạch bầu không khí, ngăn chặn các thiên tai, phòng chống biến đổi khí hậu - Vi sinh vật giữ vai trò quan trọng trong vi c hình thành cấu trúc đất: Hệ sợi của nấm... khi vi sinh vật làm cây bệnh, chết, không sinh trưởng phát triển thì ảnh hưởng tới sự điều hòa khí hậu của cây xanh Mối quan hệ sinh thái giữa vi sinh vật và thực vật đáng chú ý là vi khuẩn hình thành tinh thể tuyết gây tác hại sương giá đối với thực vật Một số chủng của vi khuẩn Pseudomonas siringae đã hình thành một lọai protein bề mặt, có khả năng kích phát tinh thể băng tuyết Khi nhiệt độ môi trường. .. oxy, vi sinh vật hiếu khí lại hấp thu những thứ này Vi sinh vật kỵ khí phân giải các muối kiềm (vôi) trong đất, hoàn nguyên cho cây trồng năng lượng sinh sản, xóa bỏ một cách tự nhiên các loại muối (đạm, lân…) Theo cách này, tác dụng hoàn nguyên tuần hoàn của vi sinh vật được lặp đi lặp lại thường xuyên, có lợi điểm triển khai một cách tự động, đóng góp to lớn trong vi c bảo vệ và phục hồi môi trường. .. các cao phân tử, khiến cấu trúc thực vật bị phá hủy Có vi sinh vật còn sinh ra các nhân tố điều hòa sinh trưởng, phá hoại hệ thống điều hòa sinh trưởng bình thường của thực vật, hình thành khối u,… Cũng có những vi sinh vật sinh ra độc tố, tác động lên thành tế bào và ty thể, dẫn đên cấu trúc tế bào và chức năng của ty thể bị phá hoại Một số vi sinh vật có thể làm thay đổi họat tính trao đổi chất của... thiểu sự phát thải khí nhà kính, dự đoán tác động của biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường sống trong sạch 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Đoàn Chiến Thắng (2012), Bài giảng Vi sinh môi trường, Đại học Tây Nguyên 2 Võ Thị Phương Khanh (2002), Bài giảng Vi sinh vật học, Đại học Tây Nguyên 3 Đặng Thị Hoàng Oanh (2009), Giáo trình Vi sinh đại cương, Đại học Cần Thơ 4 http://www.academia.edu/7609928/Role_of_micro-organisms_in_climate_change... trong các vòng tuần hoàn sinh học Trong cơ thể sinh vật, nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất đạm hữu cơ như protein, acid amin Khi cơ thể sinh vật chết đi, lượng nitơ hữu cơ này tồn tại ở trong đất Dưới tác dụng của các nhóm vi sinh vật hoại sinh, protein được phân hủy thành các acid amin Các acid amin lại được một nhóm vi sinh vật phân hủy thành NH 3 hoặc NH4+ gọi là nhóm vi khuẩn amoni hóa Quá