Giáo trình Vi sinh vật học Môi trường

Giáo trình vi sinh vật học môi trường giới thiệu một cách khái quát về các nhóm vi sinh vật, các quá trình chuyển hoá vật chất trong môi trường tự nhiên và nhân tạo. Qua đó, có thể nắm bắt được các quy luật chuyển hoá chất hữu cơ và vô cơ bởi vi sinh vật nhằm điều khiển và áp dụng chúng một cách hiệu quả trong các công trình xử lý chất thải. Nghiên cứu sự tác động tương hỗ giữa các cơ thể vi sinh vật, giữa vi sinh vật và môi trường (các tác nhân lý, hoá và sinh học) nhằm kiểm soát sự phát triển của chúng và nhằm tăng cao hiệu quả xử lý chất thải của chúng khi được áp dụng. Từ đó chúng ta sẽ có những hiểu biết đúng đắn về vi sinh vật và tầm quan trọng của chúng trong môi trường tự nhiên cũng như nhân tạo. Để giúp cho sinh viên, tự học tự nghiên cứu, trong khi biên soạn chúng tôi cố gắng đưa vào tài liệu những kiến thức cơ bản nhất, hiện đại nhất của vi sinh môi trường, đồng thời chú ý những vấn đề gợi mở cần tiếp tục suy nghĩ. Mỗi chương đều có trình bày mục tiêu, tóm tắt chương, câu hỏi gợi mở, giải thích thuật ngữ khó và tài liệu cần tham khảo.

TRẦN VIẾT CƯỜNG (Chủ biên) BÙI VĂN HẠT, LÊ THỊ BÍCH LAM, NGUYỄN XUÂN HUY PHẠM QUANG HÀ, BIỀN VĂN MINH GIÁO TRÌNH VI SINH VẬT HỌC MƠI TRƯỜNG NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI Biên mục xuất phẩm Thư viện Quốc gia Việt Nam Giáo trình vi sinh vật học mơi trường / Trần Viết Cường (ch.b.), Bùi Văn Hạt, Lê Thị Bích Lam - H : Bách khoa Hà Nội, 2018 - 368tr : hình vẽ, bảng ; 27cm Thư mục: tr 366-367 Vi sinh vật học Môi trường Giáo trình 579.0711 - dc23 BKM0072p-CIP LỜI NĨI ĐẦU Vi sinh vật học môi trường ngành khoa học nghiên cứu đối tượng vi sinh vật tồn môi trường tự nhiên nhân tạo Nguồn gốc nghiên cứu quan sát Antonie van Leeuwenhoek (1684) Ông sử dụng kính hiển vi thủ cơng tự tay làm người quan sát thấy vi khuẩn động vật nguyên sinh mà ông gọi “animalcules” (những động vật nhỏ bé), ngày gọi "vi sinh vật" Trong suốt nhiều kỷ tiếp theo, hiểu biết vi sinh vật môi trường dựa quan sát chi tiết thí nghiệm với giúp đỡ kính hiển vi cơng cụ lý, hóa, sinh toán học đại Như biết, vi sinh vật diện khắp nơi, đất, nước, khơng khí, thể sinh vật khác, đặc biệt chúng tồn mơi trường khắc nghiệt Chúng đóng vai trị quan trọng vịng tuần hồn vật chất Vì thế, chúng xem mắt xích quan trọng q trình chuyển hóa vật chất Giáo trình vi sinh vật học mơi trường dùng cho sinh viên ngành Khoa học môi trường gồm hai tín lý thuyết tín thực hành, giới thiệu cách khái quát nhóm vi sinh vật, q trình chuyển hóa vật chất môi trường tự nhiên nhân tạo Qua đó, người học nắm bắt quy luật chuyển hóa chất hữu vơ vi sinh vật nhằm điều khiển áp dụng chúng cách hiệu cơng trình xử lý chất thải Nghiên cứu tác động tương hỗ thể vi sinh vật, vi sinh vật mơi trường (các tác nhân lý, hóa sinh học) nhằm kiểm soát sinh trưởng, phát triển nâng cao hiệu xử lý chất thải chúng áp dụng Từ có hiểu biết đắn vi sinh vật tầm quan trọng chúng môi trường tự nhiên nhân tạo Để giúp cho sinh viên tự học, tự nghiên cứu, trình biên soạn, chúng tơi cố gắng đưa vào giáo trình kiến thức nhất, đại vi sinh vật học môi trường, đồng thời ý vấn đề gợi mở cần tiếp tục nghiên cứu Mỗi chương có trình bày mục tiêu, tóm tắt chương, tập, câu hỏi gợi mở, giải thích thuật ngữ khó Mặc dù có nhiều cố gắng để hồn thiện nội dung giáo trình chắn khơng thể tránh khỏi nhược điểm thiếu sót định Vì vậy, mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc để sách hồn thiện cho lần xuất sau Chúng xin chân thành tiếp thu cảm ơn! CÁC TÁC GIẢ DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ATP Adenosine triphosphate BOD Biochemical Oxygen demand (Nhu cầu oxy sinh hóa) CMC Carboxymethyl cellulose COD Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học) CFU Colony-forming unit (Đơn vị hình thành khuẩn lạc) CKS Chất kháng sinh DO Dissolved Oxygen (Lượng oxy hòa tan nước cần thiết cho hô hấp sinh vật nước) DNA Deoxyribonucleic acid ĐVNS Động vật nguyên sinh F-6-P Fructose-6-phosphate FAD Flavin adenine dinucleotide G-6-P Glucose-6-phosphate GAP Glyceraldehyde phosphate KDPG 2-Keto-3-deoxy-6-phosphogluconate N Nitrogen (Nitơ) NAD+ Nicotinamide adenine dinucleotide dạng oxy hóa NADH + Nicotinamide adenine dinucleotide dạng khử NADP Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate dạng oxy hóa NADPH MT Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate dạng khử Môi trường PP Pentose phosphate RNA Ribonucleic acid TDS Total dissolved solids (Tổng chất rắn hòa tan) TSS Turbidity & suspendid solids (Tổng chất rắn lơ lửng) TOC Total Organic Carbon (Tổng carbon hữu cơ) TS Total solids (Tổng chất rắn) VOCs Volatile Organic Compounds (Các hợp chất hữu bay hơi) SS Suspended solids (Chất rắn lơ lửng) VK Vi khuẩn VSV Vi sinh vật MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG MỞ ĐẦU 15 0.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG 15 0.1.1 Khái niệm chung 15 0.1.2 Nội dung môn học vi sinh vật học môi trường 17 0.1.3 Yêu cầu môn học vi sinh vật học môi trường 17 0.2 LỊCH SỬ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG 18 0.2.1 Lịch sử nghiên cứu 18 0.2.2 Phương pháp nghiên cứu 20 0.3 VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG 21 0.3.1 Vai trò vi sinh vật tự nhiên 21 0.3.2 Vai trò vi sinh vật đời sống sản xuất người 21 0.4 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM 22 0.4.1 Nghiên cứu 22 0.4.2 Nghiên cứu ứng dụng triển khai kỹ thuật 22 0.4.3 Xúc tiến hoạt động chuyển giao công nghệ tiên tiến 23 0.5 VỊ TRÍ VI SINH VẬT TRONG SINH GIỚI 23 0.5.1 Một số hệ thống sinh giới 23 0.5.2 Vi sinh vật hợp phần môi trường sống 26 TÓM TẮT CHƯƠNG 26 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 27 GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ 28 Chương VI SINH VẬT NHÂN SƠ 30 1.1 VI KHUẨN (Bacteria) 30 1.1.1 Hình dạng kích thước 30 1.1.2 Cấu trúc vi khuẩn 32 1.2 VI KHUẨN ĐẶC BIỆT 39 1.2.1 Xạ khuẩn (Actinomycetes) 39 1.2.2 Niêm vi khuẩn (Myxobacteriales) 41 1.2.3 Xoắn thể (Spirochaetales) 41 1.2.4 Mycoplasma 41 1.2.5 Rickettsia 42 1.2.6 Chlamydia 43 1.2.7 Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) 44 1.2.8 Ý nghĩa thực tiễn vi khuẩn 44 1.3 VI KHUẨN CỔ (Archaea) 45 1.3.1 Các thể sinh methane (methanogenes) 45 1.3.2 Các thể ưa mặn (halophiles) 45 1.3.3 Vi khuẩn cổ ưa nhiệt cao (hyperthermophiles) 46 1.3.4 Các thể ưa nhiệt cao, ưa acid (Thermoacidophiles) 46 1.3.5 Vai trò vi khuẩn cổ 46 TÓM TẮT CHƯƠNG 48 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 50 GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ 51 Chương VI SINH VẬT NHÂN THỰC 52 2.1 VI NẤM (Microfungi) VÀ NẤM MŨ (Crimini) 52 2.1.1 Nấm men (Yeasts, Levures) 54 2.1.2 Nấm sợi (Molds) 57 2.1.3 Nấm mũ (Crimini) 60 2.2 VI TẢO (Microalgae) 63 2.2.1 Đặc điểm chung 63 2.2.2 Đời sống vi tảo 63 2.2.3 Vai trị vi tảo mơi trường 64 2.3 ĐỘNG VẬT NGUYÊN SINH 65 2.3.1 Đặc điểm chung 65 2.3.2 Các nhóm động vật nguyên sinh 66 2.3.3 Vai trò động vật nguyên sinh môi trường 66 TÓM TẮT CHƯƠNG 67 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 68 GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ 69 Chương VIRUS HỌC 70 3.1 LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VIRUS 70 3.2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VIRUS 72 3.3 HÌNH DẠNG, KÍCH THƯỚC VÀ CẤU TRÚC CỦA VIRUS 73 3.3.1 Hình dạng kích thước 73 3.3.2 Cấu trúc virus 74 3.4 SỰ NHÂN LÊN CỦA VIRUS 78 3.4.1 Hấp phụ 78 3.4.2 Xâm nhập, cởi vỏ phiên mã 79 3.4.3 Tổng hợp thành phần virus 80 3.4.4 Lắp ráp 81 3.4.5 Giải phóng 81 3.5 BACTERIOPHAGE 81 3.5.1 Cấu trúc phage 81 3.5.2 Sự nhân lên phage độc vi khuẩn 82 3.5.3 Tính tiềm tan phage lambda () 83 3.5.4 Phương pháp khảo sát phage 84 3.5.5 Ứng dụng phage 85 3.6 CÁC BỆNH DO VIRUS 86 3.7 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TÁC NHÂN VẬT LÝ, HÓA HỌC ĐẾN VIRUS 88 3.8 CÁC THỰC THỂ DƯỚI VIRUS 88 3.8.1 Viroid 88 3.8.2 Prion 89 TÓM TẮT CHƯƠNG 93 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 93 GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ 95 Chương SINH LÝ HỌC VI SINH VẬT 96 4.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA VI SINH VẬT 96 4.1.1 Nước 96 4.1.2 Protein 96 4.1.3 Carbohydrate 97 4.1.4 Lipid chất tương tự (lipoid) 97 4.1.5 Một số chất hữu có hoạt tính sinh học 97 4.1.6 Các nguyên tố khoáng 97 4.2 DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT 97 4.2.1 Nhu cầu dinh dưỡng 97 4.2.2 Chất dinh dưỡng môi trường nuôi cấy vi sinh vật 98 4.2.3 Các kiểu dinh dưỡng vi sinh vật 99 4.2.4 Vi sinh vật nguyên dưỡng khuyết dưỡng 101 4.3 SINH TRƯỞNG VÀ SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT 101 4.3.1 Các nhân tố sinh trưởng 101 4.3.2 Điều kiện sinh trưởng 101 4.3.3 Sinh lý học sinh trưởng vi sinh vật 104 4.3.4 Sinh trưởng môi trường tự nhiên 109 4.3.5 Sinh sản vi sinh vật 111 4.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG 113 4.4.1 Phương pháp dùng hóa chất 113 4.4.2 Khử trùng phương pháp vật lý 115 4.4.3 Khử trùng phương pháp phối hợp 116 4.4.4 Một số phương pháp khác 117 4.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN CHỦNG GIỐNG VI SINH VẬT 117 4.5.1 Cấy truyền thường xuyên thạch nghiêng trích sâu vào thạch 117 4.5.2 Các phương pháp bảo quản vi sinh vật khác 117 4.6 HƠ HẤP, CHUYỂN HĨA VÀ LÊN MEN CỦA VI SINH VẬT 118 4.6.1 Hô hấp vi sinh vật 118 4.6.2 Chuyển hóa vi sinh vật 120 4.6.3 Một số trình lên men ví sinh vật 120 TÓM TẮT CHƯƠNG 127 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 127 GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ 129 Chương VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG ĐẤT 130 5.1 MÔI TRƯỜNG ĐẤT 130 5.1.1 Thành phần rắn 130 5.1.2 Thành phần lỏng 133 5.1.3 Thành phần khơng khí 133 5.1.4 Thực trạng thối hóa đất tự nhiên Việt Nam 134 5.2 ĐẤT LÀ MÔI TRƯỜNG SỐNG CỦA VI SINH VẬT 136 5.2.1 Các yếu tố sinh học 136 5.2.2 Mối quan hệ nhóm vi sinh vật đất 136 5.2.3 Các yếu tố lý hóa học 137 5.3 VI SINH VẬT TRONG ĐẤT 138 5.3.1 Vi khuẩn (Bacteria) 139 5.3.2 Xạ khuẩn (Actinomycetes) 141 5.3.3 Vi khuẩn cổ 141 5.3.4 Vi nấm (Microfungi) 141 5.3.5 Tảo (Algae) 142 5.3.6 Động vật nguyên sinh (Protozoa) 143 5.4 SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ, VƠ CƠ TRONG ĐẤT 144 5.4.1 Sự chuyển hóa hợp chất carbon vi sinh vật 144 5.4.2 Sự chuyển hóa hơp chất hữu chứa nitơ vi sinh vật 148 5.4.3 Sự chuyển hóa hợp chất chứa phosphor vi sinh vật 159 5.4.4 Khả chuyển hóa hợp chất chứa lưu huỳnh vi sinh vật 162 5.5 VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG ĐẤT 164 TÓM TẮT CHƯƠNG 164 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 165 GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ 166 Chương VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ 167 6.1 MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ 167 6.2 SOL KHÍ VÀ SOL KHÍ SINH HỌC 169 6.2.1 Sol khí 169 6.2.2 Sol khí sinh học 169 6.3 CHU TRÌNH VI SINH VẬT KHƠNG KHÍ 169 6.3.1 Quá trình thải 169 6.3.2 Phát tán 170 6.3.3 Lắng đọng 170 6.4 VI SINH VẬT TỒN TẠI TRONG KHƠNG KHÍ 171 6.4.1 Độ ẩm tương đối 171 6.4.2 Nhiệt độ 172 6.4.3 Tia xạ 172 6.4.4 Oxy, yếu tố kết hợp khơng khí (AOF) ion 172 6.5 VI SINH VẬT KHƠNG KHÍ NGỒI TRỜI 173 6.5.1 Phát tán lên khơng khí mầm bệnh vi sinh vật đất 173 6.5.2 Đại dịch cúm 173 6.5.3 Vi sinh vật mây 173 6.5.4 Nông nghiệp 173 6.5.5 Nước thải 174 6.5.6 Các độc tố khơng khí 174 6.6 VI SINH VẬT KHƠNG KHÍ TRONG NHÀ 175 6.7 KIỂM SỐT SOL KHÍ SINH HỌC 176 6.7.1 Thông gió 176 6.7.2 Lọc khí 176 6.7.3 Khử trùng khơng khí phương pháp vật lý hóa chất 177 6.7.4 Cách ly 178 TÓM TẮT CHƯƠNG 178 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 179 GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ 179 Chương VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG NƯỚC 180 7.1 SINH CẢNH VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC 180 7.1.1 Các đặc điểm lý hóa 181 7.1.2 Vi sinh vật phù du 183 7.1.3 Vi sinh vật tầng đáy 184 7.2 CÁC KIỂU DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC 184 7.2.1 Sinh vật sản xuất 184 7.2.2 Sinh vật tiêu thụ 185 7.2.3 Quang dị dưỡng (Photoheterotrophy) 186 7.3 MÔI TRƯỜNG BIỂN 186 7.3.1 Quần xã sinh vật phù du đại dương 186 7.3.2 Quần xã sinh vật phù du tầng đáy biển 190 7.4 MÔI TRƯỜNG NƯỚC NGỌT 190 7.5 KIỂM SỐT VÀ NGĂN NGỪA Ơ NHIỄM NƯỚC Ở VIỆT NAM 191 7.5.1 Thực trạng 191 7.5.2 Nguyên nhân 192 7.5.3 Tác hại ô nhiễm nguồn nước 193 7.5.4 Biện pháp khắc phục 193 TÓM TẮT CHƯƠNG 194 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 195 10 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ GỢI Ý TRẢ LỜI CÁC BÀI TẬP I Câu hỏi ôn tập Vi sinh vật học mơi trường? Vai trị vi sinh vật mơi trường tự nhiên? Các nhóm vi sinh vật mơi trường chủ yếu? Tại nói vi sinh vật hợp phần môi trường sống? Các loại virus? Đặc điểm chung virus? Virus khác biệt với vi sinh vật khác đặc điểm nào? Quá trình nhân lên virus tế bào chủ? Trình bày chi tiết phát triển vi khuẩn? Phân biệt vi khuẩn hiếu khí với vi khuẩn kỵ khí? Thế quan hệ đối kháng? Ứng dụng mối quan hệ đối kháng nhóm vi sinh vật xử lý mơi trường? Đất trồng bị ô nhiễm nguyên nhân nào? Hiện Việt Nam sử dụng biện pháp để hạn chế ô nhiễm đất trồng? Vai trò làm nước thải vi sinh vật? Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ tự làm nước thải? Các hình thức hơ hấp lên men vi khuẩn, ứng dụng xử lý mơi trường? 10 Có loại vi sinh vật kỵ khí? Cho ví dụ nêu vai trị vi sinh vật kỵ khí thiên nhiên đời sống người 11 Vai trò vi sinh vật hiếu khí xử lý phế thải hữu cơ? 12 Vai trò vi sinh vật cố định nitơ? Các biện pháp sinh học để làm tăng lượng nitơ đất? 13 Tại thiên nhiên vi sinh vật tăng lên không tương ứng với tốc độ sinh sản vơ nhanh chóng nó? 14 Các tác nhân gây bệnh nước thải? Vai trò vi sinh vật kỵ khí mơi trường tự nhiên? 15 VSV tham gia phân giải chất hữu chứa cellulose? Các phương pháp xử lý phế thải hữu cơng nghệ vi sinh vật? 16 Quy trình xử lý kỵ khí nước thải sinh hoạt cơng nghệ vi sinh vật? 17 Nguyên lý chung trình xử lý sinh học hiếu khí? Các yếu tố mơi trường ảnh hưởng đến trình xử lý nước thải hiếu khí? 18 Trình bày mối quan hệ tương hỗ vi sinh vật với đất, vi sinh vật với trồng? Ứng dụng bảo vệ môi trường? 19 Một số biện pháp vi sinh góp phần bảo vệ môi trường nay? 20 Một số định hướng nghiên cứu vi sinh vật học môi trường Việt Nam? 354 II Gợi ý trả lời tập Chương Mở đầu Chọn đáp án nhất: j Tất nhóm trên; d Tất ý Điền vào chỗ trống: Archaea (cổ khuẩn), Bacteria (vi khuẩn), Eukarya (cơ thể nhân thực) Vi môi trường Chương Vi sinh vật nhân sơ Chọn đáp án nhất: A 1-2-3-4; d Các phospholipid; d Nó bảo vệ tế bào khỏi lực thẩm thấu 10 So sánh số tính chất vi khuẩn (Bacteria) cổ khuẩn (Archaea) Đặc điểm so sánh Bacteria Archaea a Tế bào có dạng hình vng hình  + b Khơng hình thành nội bào tử  + c Khơng có intron gene (hệ gene không phân mãnh, gene liên tục) +  d Nhiều loài sinh methane dinh dưỡng methane  + e Sống điều kiện sinh thái đặc biệt  + f Lipid màng có glycerol, acid béo mạch thẳng liên kết ester +  j Có thymine RNAt +  Điền vào chỗ trống: 11 a Chất nhân, màng nhân; b Ti thể, lưới nội chất, máy Golgi; c PG hay peptidoglycan; d 70S 12 a Thể nghỉ; b Chương Vi sinh vật nhân thực Chọn đáp án nhất: c Cơ thể đa bào; b Những vi sinh vật nhân thực 10 Điền vào bảng so sánh số đặc điểm vi khuẩn, vi nấm vi tảo: 355 Đặc điểm so sánh a Loại ribosome tế bào chất Vi khuẩn Vi nấm 70S 80S Vi tảo 80S b Chất đặc trưng thành tế Chitin, PG (peptidoglycan) Cellulose bào hemicellulose c Dạng dự trữ glucose PHB, glycogen, Glycogen tinh bột (tùy loài) d Quan hệ với oxygen Kỵ khí đến hiếu Hiếu khí khí Tinh bột Hiếu khí Điền vào chỗ trống: 11 a Nhân thực; b Chitin hay hợp chất chứa chitin; c Cellulose; d Lục lạp; e Hoại sinh, ký sinh, cộng sinh; f bào tử; J Lông; i Roi Chương Virus học Chọn đáp án nhất: c Có màng bọc bên ngồi vỏ capsid, có lơng dính kết hồng cầu a, b, d So sánh số đặc điểm Có (+)/Khơng () virus với số loại VSV khác: Đối tượng so sánh Ni cấy MT nhân tạo Có ribosome Phân đơi Có DNA RNA Ký sinh mức độ Virus     có loại Phân tử Micoplasma + + + + /+ Rickettsia /+ + + + /+ Clamydia /+ + + + /+ Điền vào chỗ trống: a Gai; b Carbohydrate; c Protein; d Thụ thể (receptor) 10 a.Viroid; b Khoai tây, cà chua, dừa 11 Prion 12 a.Vi khuẩn; b Gây tan (lytic); c Tế bào tiềm tan (lyzogenic cell) 13 a Nhân lên; b Acid nucleic; c Hệ thống enzyme tế bào; d Lõi acid nucleic, vỏ protein Chương Sinh lý học vi sinh vật Chọn đáp án nhất: d Là thể quang tự dưỡng carbon 356 Nghiên cứu chất nhận electron sử dụng q trình hơ hấp, nhóm VSV tham gia chủ yếu là: (1) Tất vi khuẩn hiếu khí, nấm, động vật nguyên sinh, vi tảo (2) Vi khuẩn đường ruột; (3) Pseudomonas, Bacillus (4) Desulfovibrio, Deufotomaculum (5) Vi sinh vật sinh methane (6) Desufuromonas, Thermoproteus (7) Pseudomonas, Bacillus 10 Nấm men rượu phân giải glucose a Khi có oxygen phân tử: Glucose  EMP (aldolase)  oxy hóa pyruvate  chu trình Krebs  chuỗi vận chuyển điện tử  CO2 + H2O + nhiều lượng Tế bào nấm men có nhiều lượng, sinh trưởng nhanh, nảy chồi nhiều b Khi khơng có oxy phân tử: Glucose  pyruvate decarboxylase  alcoholdehydrogenase  ethanol + CO2 + lượng (2% lượng glucose) nấm men nẩy chồi, sinh trưởng chậm Điền vào chỗ trống: 11 a Đơn vị hình thành khuẩn lạc; b CFU – Colony-forming unit; c đơn độc (riêng biệt) 12 a Máy đo độ đục; b Hấp phụ (absorption), c Tỷ lệ thuận 13 a Không liên tục; b Batch; c Liên tục, d Lấy khỏi nồi phản ứng (nồi lên men) Chương Vi sinh vật môi trường đất Chọn đáp án nhất: 12 d Tất yếu tố sử dụng để trợ giúp sinh trưởng VSV đất 13 b Vùng rễ 14 c Cả a b Điền vào chỗ trống: 15 Đất vô (Mineral soil); 16 Chất mùn (Humus) Chương Vi sinh vật môi trường khơng khí Chọn đáp án nhất: d Cả ba ý a, b, c d Tất phương pháp Điền vào chỗ trống: a Bụi đất bẩn, nước mang VSV; b Sự hô hấp; a giọt chất lỏng lơ lửng khơng khí; b Chất khí khác; c Được hấp thụ 357 Chương Vi sinh vật môi trường nước Chọn đáp án b Các hồ phú dưỡng d Thiobacillus thiooxidans Điền vào chỗ trống: BOD Thực vật phù du (Phytoplankton) 10 Vi khuẩn nano, vi khuẩn siêu nhỏ Chương Vi sinh vật môi trường cực trị Chọn đáp án nhất: c Nó chuyển động trườn chuyển động lên xuống bên bao chứa chất dinh dưỡng mà cần j Cả nhóm Điền vào chỗ trống: a Cực đoan; b Ưa cực đoan a H2; b Acetate a Sự khuếch tán oxygen thấp; b Thiếu oxygen; c Thiếu khí Chương Vi sinh vật ứng dụng xử lý phế thải Chọn đáp án nhất: d Sự tiệt trùng (Sterilization) a Các trình sinh học b Xử lý bùn hoạt tính Điền vào chỗ trống: 10 Sự tiệt trùng (Sterilization); 11 DNA; 12 Chất kháng sinh (Antibiotic) Chương 10 Chế phẩm vi sinh vật cách sử dụng Chọn đáp án nhất: j Tất bước trên; Chủng xạ khuẩn sinh kháng tạo chế phẩm dùng bảo vệ thực vật chọn theo tiêu chuẩn sau: a Hoạt lực kháng sinh cao; b Hoạt phổ kháng sinh rộng; c Giữ hoạt tính đưa vào đồng ruộng; d Không độc trồng, người, động vật VSV khác e Không thuộc loại kháng sinh dùng y học 358 Những điểm cần lưu ý sử dụng chế phẩm thuốc trừ sâu VSV bảo vệ thực vật a Chế phẩm hạn sử dụng không bị tạp nhiễm b Đúng đối tượng, thời điểm liều lượng cần thiết c Tránh ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp vào chế phẩm d Tránh sử dụng đồng thời thuốc trừ sâu thuốc diệt cỏ 10 Một số điểm cần ý sử dụng phân vi sinh vật Việt Nam: Phân vi sinh vật sản xuất nước ta thường có dạng bột màu nâu, đen, phần lớn nơi sản xuất dùng than bùn làm chất độn, chất mang vi khuẩn Phân vi sinh vật sản xuất nước thường sử dụng cách trộn với hạt giống vảy nước để ẩm hạt trước gieo 10 – 20 phút Nồng độ sử dụng 100 kg hạt giống trộn với kg phân vi sinh vật Các chế phẩm vi sinh vật sản xuất nước thường không cất giữ lâu Thường sau từ đến tháng, hoạt tính vi sinh vật chế phẩm giảm mạnh Vì vậy, sử dụng cần xem kỹ ngày sản xuất thời gian sử dụng ghi bao bì Chế phẩm vi sinh vật vật liệu sống, cất giữ điều kiện nhiệt độ cao 30 0C nơi có ánh nắng trực tiếp chiếu vào, số vi sinh vật bị chết Do hiệu chế phẩm bị giảm sút Cần cất giữ phân vi sinh vật nơi mát không bị ánh nắng chiếu vào Phân vi sinh vật thường phát huy tác dụng điều kiện đất đai khí hậu thích hợp Chúng thường phát huy tốt vùng đất cao loại trồng cạn Điền vào chỗ trống: 11 a Bột; b Nước; 12 a Hòa vào nước; b Tưới vào gốc 359 PHỤ LỤC Teichoic acid Lipoteichoic acid Lipopolysaccharide Porin Màng Peptidoglycan Khoang chứa chất Protein Màng tế bào Lipid Gram âm Màng protein Gram dương Hình 1.4 Sơ đồ minh họa cấu trúc thành tế bào vi khuẩn Gram âm Gram dương (Pepper et al 2015, vẽ Wayne L Miller, McGill University) Chất protein ngoại bào Glycoprotein Glycolipid Protein xuyên màng Glycoprotein Các vi sợi actin khung tế bào Cholesterol Protein ngoại vi Các vi sợi trung gian khung tế bào Hình 1.5 Mơ hình cấu trúc màng sinh chất (Peter Raven et al., 2017) 360 Glycoprotein -glucan -glucan Màng bào tương Hình 2.2 Cấu trúc thành tế bào nấm (Pepper et al., 2015) (A) (B) Hình 2.5 Hình ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét màu sợi nấm mang bào tử (A), nấm mốc Rhizopus; (B), Penicillium roquefortii (Jeffrey et al., 2011) 361 Hình 6.4 Tủ cấy vơ trùng (trái) dịng khơng khí tủ cấy vơ trùng mặt cắt trước bên (phải) Dịng khơng khí chưa lọc (màu xanh) bơm khơng khí bơm vào qua màng lọc HEPA thành khơng khí trước thổi vào buồng làm việc tránh cho mẫu vật bị nhiễm khơng khí bên ngồi Khơng khí buồng làm việc bị nhiễm (màu đỏ) từ mẫu vật thổi qua màng lọc trước thải ngồi mơi trường Chaetoceros debilis (tảo cát) Oocystis sp Volvox sp Ceratium sp Calanoida sp Hyperia macrocephala Hình 7.3 Sinh vật phù du 362 Proton ADP + Pi ATP Hình 7.5 Cấu trúc protein rhodopsin màng tế bào (Delong et al., 2010) Vi khuẩn phù du (trái) cấu trúc protein rhodopsin (phải) (1) Protein rhodopsin sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển proton xuyên qua màng tế bào; (2) Proton tế bào; (3) Enzyme ATPase chuyển proton sử dụng lực vận chuyển proton để tổng hợp ATP (5) từ ADP + Pi (4) (a) (b) (d) (c) (e) (g) (f) Hình 9.13 Một số chủng VSV sử dụng xử lý phế thải a – Các khuẩn lạc xạ khuẩn màu trắng – Actinomadura madurae, màu vàng – Nocardia, màu đỏ – Micromonospora spp.; b – Cellulomonas; c – Actinomycetes; d – Metarhizium anisopliae; e – Lactobacillus acidophylus; f – Bacillus subtilis 363 indole – indole + Hình 25 Khả sinh indole (a) (b) a) Môi trường lỏng: urease– (trái uerese+ (phải) b) Môi trường đặc: urease– (trái uerese+ (phải) Hình 27 Khả phân giải urea (+) () Hình 29 Phản ứng đỏ methyl (RM) 364 H2 S + H2S – Hình 26 Khả sinh H2S (a) (b) (c) (d) a) glucose–, lactose–, b) glucose+, sinh hơi+, c) h2S+, sinh hơi–; d) glucose–, lactose+, H2S+ Hình 28 Khả lên men carbohydrate (+) () Hình 30 Phản ứng V.P (+) () () Hình 31 Khả sử dụng citrate Ho¹ t tÝnh amylase (+) Hình 32 Phát enzyme catalase vi sinh vật nghiên cứu Ho¹ t tÝnh cellulase Ho¹t tÝnh protease Hình 51 Hoạt tính enzyme vi sinh vt Vòng vô khuẩn Khoanh giấy tẩm chất kháng sinh Hình 52 Vịng vơ khuẩn tạo thành quanh khoanh giấy tẩm chất kháng sinh (Prescot L M., Harley J P., Klein D A., 2002) Hình 53 Thử nghiệm IMVIC: Dùng để phân biệt E.coli với vi khuẩn đường ruột khác 365 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 10 11 12 13 14 Kiều Hữu Ảnh, 1999 Giáo trình Vi sinh vật họchọc công nghiệp NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Kiều Hữu Ảnh, 2006 Giáo trình Vi sinh vật học  Lý thuyết tập giải sẵn NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Huy Bá, 2000 Môi trường NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty, 2003 Vi sinh vật học NXB Giáo dục Nguyễn Lân Dũng dịch, 1983 Thực tập Vi sinh vật, Egorov N.X., NXB Mir, Maxcơva, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội Nguyễn Thành Đạt, 2008 Câu hỏi tập vi sinh học NXB Đại học Sư phạm Hà Nội Tăng Văn Đoàn, 2001 Kỹ thuật môi trường NXB Giáo dục Vũ Thị Minh Đức, 2001 Thực tập vi sinh vật học NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Hoàng Huệ, 1996 Xử lý nước thải NXB Xây dựng Trịnh Xn Lai, 2000 Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải NXB Xây dựng Biền Văn Minh (chủ biên), Kiều Hữu Ảnh, Phạm Ngọc Lan, Đỗ Thị Bích Thủy, Ngơ Thị Tường Châu, 2013 Vi sinh vật học công nghiệp NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Lê Quốc Tuấn, 2009 Vi sinh môi trường Trường Đại học Nông lâm, Tp Hồ Chí Minh Trần Linh Thước, Phương pháp phân tích vi sinh vật nước, thực phẩm mỹ phẩm NXB Giáo dục Mai Đình Yên, 1990 Cơ sở sinh thái học, Đại học Tổng hợp Hà Nội Tiếng Anh 15 16 17 18 19 366 Bertrand J C.,Caumette P., Lebaron P., Matheron R., Normand P., Sime-Ngando T., 2011 Environmental Microbiology: Fundamentals and Applications Springer Bitton G., 2005 Wastewater Microbiology, 3rd ed., John Wiley & Sons, Inc Bowen H J M, 1966, Trace metals in biochemistry Academic Press, New York Cowan M K Bunn J., Atlas R M., Smith H., 2016 Microbiology fundamentals: a clinical approach, 2nd ed., McGraw-Hill Hurst C.J., Crawfod R L., 2002.Manualof Environmental Microbiology,ASM Press 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Madsen E L., 2008 Environmental Microbiology: From genomes to biogeochemistry, 1st ed., Blackwell Publishing Ltd., USA Mitchell R., Ji-Dong Gu, 2009 Environmental microbiology, 2nd ed., WileyBlackwell Okafor N., 2011 Environmental Microbiology of Aquatic and Waste Systems, Springer Pepper I L Gerba C P., 2004 Environmental Microbiology A Laboratory Manual (http://site.iugaza.edu.ps/tbashiti/files/2010/02/Environmental_Microbiology pdf) Pepper I L., Gerba C P.,GentryT J., 2015 Environmental Microbiology, 3rd edition Academic Press, USA Pommerville J C., 2010 Alcamo’s fundamental Microbiology, 9th ed., Jones & Bartlett Publishers Prescot L M., Harley J P., Klein D A., 2002 Microbiology, McGraw-Hill Prescot L M., Harley J P., Klein D A., 2002 Microbiology – Laboratory, McGrawHill Raven P Johnson G., Mason K., Losos J., Singer S., 2017 Biology, 11th edition McGraw-Hill Tchobanoglous G., Burton F L., 1991 Wastewater Engineering: Treatment Disposal Reuse, McGraw-Hill 367 GIÁO TRÌNH VI SINH VẬT HỌC MƠI TRƯỜNG NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA – HÀ NỘI Ngõ 17 Tạ Quang Bửu – Hai Bà Trưng – Hà Nội ĐT: 024 38684569; Fax: 024 38684570 http://nxbbk.hust.edu.vn Chịu trách nhiệm xuất bản: Giám đốc – Tổng biên tập: TS BÙI ĐỨC HÙNG Phản biện: GS TS PHẠM VĂN TY TS PHẠM QUANG CHINH Biên tập: ĐỖ THANH THÙY Sửa in: TRẦN THỊ PHƯƠNG Trình bày bìa: DƯƠNG HỒNG ANH In 250 khổ (19  27) cm Công ty TNHH đầu tư thương mại dịch vụ Nam Huế, số 109 Trần Đại Nghĩa, Hai Bà Trưng, Hà Nội Số đăng ký KHXB: 518 – 2018/CXBIPH/01 – 12/BKHN; ISBN: 978-604-95-0430-3 Số QĐXB: 32/QĐ – ĐHBK – BKHN ngày 28/3/2018 In xong nộp lưu chiểu quý II năm 2018 368 ... dưỡng vi sinh vật 99 4.2.4 Vi sinh vật nguyên dưỡng khuyết dưỡng 101 4.3 SINH TRƯỞNG VÀ SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT 101 4.3.1 Các nhân tố sinh trưởng 101 4.3.2 Điều kiện sinh. .. F-6-P Fructose-6-phosphate FAD Flavin adenine dinucleotide G-6-P Glucose-6-phosphate GAP Glyceraldehyde phosphate KDPG 2-Keto-3-deoxy-6-phosphogluconate N Nitrogen (Nitơ) NAD+ Nicotinamide adenine... VI SINH VẬT TRONG MƠI TRƯỜNG 21 0.3.1 Vai trò vi sinh vật tự nhiên 21 0.3.2 Vai trò vi sinh vật đời sống sản xuất người 21 0.4 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG VI? ??T