NGHIÊN CỨU
III.1.2.4.1 VI SINH VẬT CỦA QUÁ TRÌNH NITRAT HỐ.
Sự nitrat hố là sự chuyển hoá ammonium thành nitrat bởi hoạt động của vi sinh vật. Quá trình này được thực hiện bởi 2 loại vi sinh vật:
- Chuyển hoá ammonium thành nitrit: Nitrosomonas (N.europasa,
N.oligocarbogenes) oxy hố ammonium thành nitrit thơng qua hydroxylamin
NH2OH. Một số vi sinh vật khác oxy hoá NH4 là Nitrosopira, Nitrosococcus, và Nitrosolobus.
2NH + O2 = 2NH2OH + 2H+ [13]
NH4+ + 1,5 O2 = NO2- + H2O + 2H+ + 275KJ/ [13}
- Vi khuẩn nitrit hoá Nitrosomonas là vi khuẩn tự dưỡng hố năng, có hình cầu hoặc hình bầu dục ngắn. Chúng thuộc loại vi khuẩn gram âm (-), không sinh bào tử. Chúng có tiêm mao dài nên chuyển động được. Vi khuẩn
Nitrosomonas phát triển thích hợp nhất ở pH từ 6,0 – 9,0, và ở nhiệt độ 20 –
30 oC.
Vi khuẩn Nitrosomonas europaea là một vi khuẩn sống nhờ khí ammoniac vì
nó sử dụng ammoniac như là nguồn dự trữ cho cuộc sống và sự phát triển của chúng. Năng lương tạo ra những lớp màng (dài, với những ống nhỏ bên trong
tế bào) sử dụng các electron từ nguyên tử nito của khí ammoniac để tạo ra năng lượng. Ơû hình trên là quá trình di chuyển của các electron được quan sát dưới kính hiển vi, ở đây chúng ta có thể thấy được một trong những tế bào của con vi khuẩn. vùng trong suốt , gần trên đầu hình phía bên trái là vùng giao tiếp của một trong số các con vi khuẩn. Những đường tối xoay quanh phía bên trong tế bào chính là năng lượng tạo ra các màng hấp thụ khí ammoniac. Tế bào phía bên phải khá đen hơn nhiều, vì vậy nhìn nó thấy tối và ít thấy rõ được cấu trúc bên trong.
Vi khuẩn Nitrosomonas europaea có thể hấp thụ khí cacbon cần thiết cho sự phát triển bằng cách lấy chúng từ mơi trường trong một chu trình xử lý gọi là “ sự ngưng tụ cacbon”. Vi khuẩn này chứa “carboxysomes”( là những chấm tối có thể thấy lác dác trong tế bào) có chứa các enzim sử dụng để chuyển cacbon dioxit cho cacbon tế bào. Bạn có thể nhớ lại rằng cây cũng có thể chuyển hóa cacbon, chúng có thể chuyển cacbon dioxit thành đường, sử dụng năng lượng từ sự quang hợp, và vi khuẩn Nitrosomonas này cũng có thể chuyển hóa cacbon, nhưng thay vì hơ hấp để tạo ra năng lượng, nó lại sử dụng năng lượng từ việc đốt cháy khí ammoniac với oxy. Vi khuẩn Nitrosomonas này phải hấp thụ số lượng lớn khí ammoniac trước khi chúng phân chia, và việc phân chia tế bào sẽ tốn một số ngày. Vi khuẩn này khơng thích phơi dưới ánh sáng , vì vậy nó sẽ phủ lên mình chất nhờn và chuyển hóa thành dạng đất.
- Nitrosospira : vi khuẩn Nitrosospira có tế bào hình xoắn. Vi khuẩn Nitrosospira thuộc loại vi khuẩn gram âm. Vi khuẩn Nitrosospira có thể di động
được hoặc không di động được, chu mao. Vi khuẩn Nitrosospira thuộc loại vi khuẩn tự dưỡng hóa năng bắt buộc, hiếu khí bắt buộc, nhiệt độ thích hợp để vi khuẩn Nitrosospira phát triển được là 15 – 30oC, pH thích hợp là 6.5 – 8.5. Vi
khuẩn Nitrosospira phát triển ở nước ngọt, nó khơng cần sử dụng các chất sinh trưởng hữu cơ.
- Nitrosococcus : vi khuẩn Nitrosococcus có tế bào hình cầu. Vi khuẩn Nitrosococcus thuộc loại vi khuẩn gram âm, di động hoặc không di động. Vi
khuẩn Nitrosococcus có thể đứng riêng rẽ, thành đơi hoặc thành bốn tế bào. Vi khuẩn Nitrosococcus là vi khuẩn tự dưỡng hóa năng bắt buộc. Vi khuẩn
Nitrosococcus có thể phát triển ở nước ngọt hay ở nước mặn giàu amon và muối
vô cơ, vi khuẩn Nitrosococcus không cần sử dụng các chất sinh trưởng hữu cơ. Nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn Nitrosococcus phát triển tốt là 2 – 30oC, pH thích hợp là 6.0 – 8.0.
- Nitrosolobus : vi khuẩn Nitrosolobus có tế bào đa hình thái, có khi có thùy,
phân cắt theo phương pháp co thắt lại. Vi khuẩn Nitrosolobus là nhóm vi khuẩn gram âm, di động, chu mao, tế bào của vi khuẩn Nitrosolobus bị ngăn cách ra do sự lõm vào của màng nguyên sinh chất. Vi khuẩn Nitrosolobus là vi khuẩn tự dưỡng hóa năng bắt buộc, hiếu khí bắt buộc, khơng cần chất sinh trưởng hữu cơ. Nhiệt độ thích hợp nhất để vi khuẩn Nitrosolobus phát triển được là 15 – 30oC, pH thích hợp là 6.0 – 8.2. Lượng chứa G+X trong AND là vào khoảng 53.6 - 55.1% phân tử
Chuyển hoá nitrit thành nitrat : gồm các NOB (vi khuẩn oxy hoá nitrit)
Nitrobacter (N.agilis, N.winogradski), và một số chi khác như Nitrococcus, và Nitrospira được phát hiện thêm sau này (Suwa et al., 1994; Schramm et al., 1998;).
NO2- + 5O2 = NO3- + 75KJ.
Nitrobacter : tế bào hình que ngắn thường có hình cái nêm hay hình quả lê.
Vi khuẩn Nitrobacter sinh sản theo kiểu nẩy chồi. Vi khuẩn Nitrobacter thường không di động. Vi khuẩn Nitrobacter là vi khuẩn Gram âm.
Một số tự dưỡng hóa năng bắt buộc, một số có thể dị dưỡng, hiếu khí bắt buộc. Giới hạn nhiệt độ phát triển được là 5 – 40oC, pH thích hợp là 6.5 – 8.5.
Nitrospina : tế bào hình que thẳng, mảnh dẻ, có thể có hình cầu. Gram âm,
khơng di động. Tự dưỡng hóa năng bắt buộc. Khơng địi hỏi các chất kích thích sinh trưởng hữu cơ. Hiếu khí bắt buộc. Giới hạn nhiệt độ phát triển được là 20 – 30oC, pH thích hợp là 7.0 – 8.0.
Nitrococcus : tế bào hình cầu, kích thước khoảng 1.5 µm. gram âm .di động
nhờ 1 hoặc 2 tiên mao ở chỗ gần tận cùng. Tự dưỡng hóa năng bắt buộc. Khơng địi hỏi các chất sinh trưởng hữu cơ. Giới hạn nhiệt độ phát triển được là 15 – 30oC, pH thích hợp là 6.8 – 8.0. Lượng chứa G+X trong AND là vào khoảng 61.2% phân tử.
Giữa các AOB và NOB có những khác biệt về điều kiện tăng trưởng, cho phép điều khiển chọn lọc sự cạnh tranh ưu thế của chúng. Ví dụ, tốc độ sinh trưởng riêng cực đại của AOB nhỏ hơn của NOB ở nhiệt độ thấp (0.xx so với 0.xxx), nhưng do hệ số nhiệt Van’t Hoff lớn hơn, nên ở nhiệt độ cao (trên 28oC), AOB có ái lực oxy thấp hơn các NOB (0.63 mg O2/L so với 1.32mg O2/L) nên ở điều kiện oxy hạn chế, AOB sẽ chiếm ưu thế (Jayamohan et al., 1988).