Tài liệu 07/10/2011N i dungVòng tu n hoàn nitrogen trong t nhiên Vai trò c a VSV trong vòng tu n pptx

s Tuy nhiên, thực vật không thể đồng hoá trực tiếp urea mà phải qua quá trình amôn hoá a s Trong nước tiểu còn có acid uric, tôn tại trong đất một thời gian acid uric sé b

Fossil Fuel

Emissions

Tư NG ch;

1%

4 ' ạ 1/290 A nt

" “là ẻ" 5 wire are

Gaseous

Tam san

Gaseous

Runoff

Eut 'oph IC

L ĐSAEO), ) Atmospheric - “d te D

| F xatlon' Bie be we

hàn

j he nny | Bacteria

| Fixation

ation

Noi dung

s Vòng tuân hoàn nitrogen trong tự nhiên

e Vai trò của VSV trong vòng tuân hoàn nitrogen

® Vai trò của VSV trong các quá trình chuyên hoa nitrogen

nitrogen

s Trong tự nhiên, N tôn tại Ở nhiều dạng khác nhau

Trong cơ thê sinh vật, N tôn tại ở dạng các phân tử hữu cơ như protein, aa

s Sinh vật chết > VSV hoại sinh phân giải > aa

s Các aa > NH3 hoặc NH,* > vi khuan amon hóa

e NH,* > NO, > vi khuan nitrate héa

e NO; > N, > vi khuẩn phản nitrate hóa

° N, > các hợp chất NÑ hữu cơ > vi khuẩn cô định đạm

> Néu sự hoạt động của một nhóm nào đó ngừng lại,

toàn bộ sự chuyền hoá của vòng tuân hoàn cũng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng

=

=——~_ Qua trinh amon hoa

e Su amon hoa urea

e Su amon héa protein

© Qua trình amôn hoá urea chia lam 2 giai doan

« Giai đoạn đầu dưới tác dụng cla enzyme urease tiét ra bởi

các vi sinh vat, urea sé bị thuỷ phân tạo thành mudi

carbonate amoni

e Giai doan 2, carbonate amoni chuyén hoa thanh NH;, CO,

va H,O

CO(NH,), +2H,O 2 (NH,).CO;

(NH,),CO: 2 2NH, +CO, +H,O

ee

Su amon hoa urea

s Urea có trong thành phần nước tiểu của người và động vật Urea chứa tới 46.6% nitrogen, vi thê nó là một nguồn định dưỡng đạm tôt đôi với cây trông

s Tuy nhiên, thực vật không thể đồng hoá trực tiếp urea mà phải qua quá trình amôn hoá

a

s Trong nước tiểu còn có acid uric, tôn tại trong đất một thời gian acid uric sé bị phân giải thành urea và acid tartronIc

Sau đó urea tiép tuc bị phân giải thành NH¡

NH—— CO

NH — C— NH

e Nhom vi sinh vat phan giai urea va acid uric còn có khả

nang amon hoa cyanamid calci là một loại phân bón hoá

học

° Chất này sau khi đi vào đất cũng bị chuyên hoá thành urea

rồi sau đó qua quá trình amôn hoá được chuyên thành

NH

CN-NCa + 2 H,O > CN-NH, + Ca(OH),

Bag a

Qua trinh amon hoa protein

s Protein là thành phân quan trọng của tế bào

s Protein chứa tới 15 — 17% nitrogen, nhung cây trồng

không thể hấp thu trực tiếp protein mà phải thông qua sự

phân huỷ của vi sinh vật

s Vi sinh vật phân huỷ protein có khả năng tiết ra enzyme

protease bao øôm proteinase và peptidase

s Nhiều loại vi khuẩn có khả năng amôn hoá urea, chúng đều tiết ra enzyme urease Trong đó có một số loài có hoạt tính phân giải cao nhu Planosarcina urea, Micrococcus ured, Bacillus amylovorum, Proteus vulgaris

s Đa số vi sinh vật phân giải urea thuộc nhóm hiếu khí hoặc

ky khí không bắt buộc, chúng ưa pH trung tính hoặc hơi kiêm

® Bởi vậy khi sử dụng urea làm phân bón người ta thường kêt hợp với bón vôi hoặc tro, đông thời làm thoáng đât

Figure 1 cleavage site

X Polypeptide with

Cap capped ends

SL, modulator

| Target protease Protease Protease inhibited not inhibited

Ca J

| Exopeptidease

® Amino

“SP du ® acids

fF

@ 9® °

Cap

` Cac acid amin bi deamin hoa boi vi sinh vat nho enzyme

deaminase, sau đó tạo ra sản phâm cuối cùng là amôn

e Cac acid amin c6 vong nhu tryptophan, khi phan giải sẽ

tạo thành các hợp chất có mùi thôi như indole và skatole

s Các acid amin chứa S nhu methionine, cystein, vi sinh vat

giải phóng ra H,S, chất này độc đối với cây trông

s Một số hợp chất amin sinh ra trong quá trình amôn hoá có

tác dụng độc đối với người và động vật Ví dụ Ala-

deaminose như histamin, armatin đó chính là nguyên

nhân bị nhiễm độc hức ăn thịt cá thiu thối hoặc thịt

hộp đề quá lâu (ô nhiễm thực phẩm)

a

e Nhiéu vi sinh vat c6 kha nang amon hoa protein

s Nhóm vi khuân có Bacillus mycoides, B.mesentericus, B

subtilis, Pseudomonas _ fluorescens, Clostridium

sporogenes

e Xa khuan co Streptomyces griseus

e Vi nam co Aspergillus oryzae, A flavus, A niger,

Penicilium camemberti

s Tỷ lệ C:N trong đất rất quan trọng đôi với nhóm vi sinh vat phan huy protein

s Nếu như tỷ lệ này quá cao, trong đất quá ít đạm vi sinh vật

sẽ tranh châp thức ăn đạm đôi với cây trông, chúng phân huỷ được bao nhiêu là hâp thu bây nhiêu

s Nếu tỷ lệ C:N quá thấp, đạm dư thừa, quá trình phân huỷ

sẽ chậm lại, cây trông không có đạm khoáng đê hâp thụ

s Tỷ lệ C:N băng 20 là thích hợp nhất cho quá trình amôn hoá protein, có lợi nhât đôi với cây trông

a

Qua trinh nitrate hoa

e Sau quá trình amôn hoá > NH:, một phần phản ứng với các anion trong đất tạo thành các muối amôn Một phân muối amôn cũng được cây trông hấp thu, phân còn lại được oxy hoa thanh dang nitrate goi la qua trinh nitrate hoa

e Nhom vi sinh vật tiễn hành quá trình này gọi chung là nhóm vi khuan nitrate hod bao g6m 2 nhóm tiên hành qua

2 giai đoạn

Ge Gt _

e La quá trình oxy hóa NH," tạo thành NO.“

NH,* +3/20, 2 NO; +H,O+2H+Q

s Nhóm vi khuẩn nitrite hoá bao gồm 4 chi khác nhau:

Nitrosomonas, Nirosocysis | Nitrosolobus và

Nitrosospira

s Quá trình mitrate hoá là một khâu quan trọng trong vòng

tuân hoàn nitrogen, nhưng đối với nông nghiệp nó có

nhiều điều bất lợi

s Dạng đạm nitrate thường dễ bị rữa trôi > quá trình phản

nitrate hod tao thanh khi N, lam cho dat mat dam

e Anion NO; thường kết hợp với ion H trong đất tạo thành

HNO: làm cho pH đất giảm xuống rất bất lợi cho cây

trông

s Hơn nữa, lượng NO; dư thừa trong đất được cây trồng

hấp thu nhiều làm cho hàm lượng nitrate trong san phan

lương thực, thực phẩm cao gây độc cho người và gia súc

“ưa

e La qua trinh oxy hoa NO, thành NO»:

NO, +%0, 2 NO, +Q

s Nhóm vi khuẩn tiên hành oxy hoá NO; thành NO;

bao gdm 3 chi khac nhau: Nitrobacter, Nitrospira va

Nitrococcus

7 — Quá trình phản nể

s Là quá trình các hợp chất đạm dạng nitrate ở trong đất rất

dé bi khu bién thanh nitrogen phan tử

Am6n hoa nitrate

NH,0H —————> NH,

NOa ——> NO; ———*NQ

NO —————* Na

Phản nitrate hoá

s Phản ứng khử NO thành N; chỉ xảy ra trong điều kiện ky

khí

se Nhóm vi sinh vật thực hiện quá trinh phan nitrate hoa

phân bố rộng rãi trong đất Thuộc nhóm tự dưỡng hoá

nang có Thiobacillus denitrificans, Hydrogenomonas

agilis Thuộc nhóm dị dưỡng có Pseudomonas

licheniformis

s Đối với nông nghiệp quá trình phản nitrate hoá là một quá

trình bất lợi vì nó làm cho đất mất đạm

7 Quá trình cé dinh nitrogen

ề quá trình co

Nitơ phân tử được cấu tạo từ 2 nguyên tử nitơ nổi với nhau bằng 3 dây nối N =N

Nếu muốn liên kết nitơ với hydro © amoniac thì phản ứng phải được tiến hành ở nhiệt độ 6oo°C và

áp suất 1ooo atm

Trong khi đó nhóm vi khuẩn cố định nitơ có thể biến khí nitơ thành hợp chất đạm ở các điều kiện bình thường về nhiệt độ và áp suất Vậy cơ chế cổ định của

nó là như thế nào?

s Cơ chế của quá trình cô định nitrogen phân tử

s Vi khuẩn cô định nitrogen

uá trình cỗ định nitơ sinh học là một quá trình khử N;

thành NH; dưới tác dụng của men nitrogenase sinh ra bởi

transport chain

ADP +P;

= — NHimtabolism

NH, duoc hinh thanh dén mot muc dO nao dé sé kim ham su hoat dong cua nitrogenase, no chinh là yêu tô

diéu hoa hoat tinh cua enzyme

nan

F s“Ở vị khuẩn cô định nitơ sông cộng sinh với cây bộ đậu, cơ

chế có định nitơ có phân nào phức tạp hơn vì nó có liên

quan đến thực vật

s Thực vật tạo ra Leghemoglobin, chất này đóng vai trò

chuỗi chuyên điện tử từ quá trình quang hợp của cây vào

nitrogenase cua vi khuan

N>

ua trinh ‘tence ro: x

Q ˆ ˆ ——>Leghemoglobin Nitrogenaza Quá trình sinh năng

quang hợp của cây của vi khuân lượng của vi khuân

NH;

=———Wi khuan cỗ định

e Vi khuan cé dinh nito cộng sinh với cây bộ đậu còn gọi là

vi khuẩn nốt sân Chúng hình thành những nốt sân ở rễ cây, đôi khi ở cả thân cây phan gan voi dat va cu tri trong

đó

s Tại nốt sân, vi khuẩn tiến hành quá trình cô định nitơ, sản

phẩm cô định được một phan su dung cho vi khuẩn và

nitrogen

e Rhizobium

e Vi khuan nốt sân thuộc loại hiểu khí, ưa pH trung tính

hoặc hơi kiềm, thích hợp với nhiệt độ 28 - 30%C, độ âm 60

- 80%

s Chúng có khả năng đồng hoá các nguồn carbon khác

nhau như các loại đường đơn, đường kép, acid hữu cơ,

øÌycerIn v.v

s Trong đất có hai họ vi khuẩn chủ yếu: Azotobacter,

Clostridium

® Azofobacfer trong môi trường nhân tao có đặc tính da hình:

e Khi còn non chúng có dạng trực khuẩn hình que, có tiên mao, có khả năng di động

se Khi già Azotobacter mất khả năng di động, tế bào chuyển thành dạng hình cầu, xung quanh được bao boc bởi một lớp

vỏ nhày

® Closfridium là một loại v1 khuẩn kị khí sống tự do trong đất, có khả năng hình thành bào tử Loài phô biến nhât trong dat 1a Clostridium pasteurianum

se Khi còn non có khả năng di động bởi tiên mao

« Khi già mất khả năng di động Khi hình thành bào tử thường

có hình con thoi do bào tử hình thành lớn hơn kích thước tê bào