Tài liệu SỰ CHUYỂN HÓA CÁC CHẤT TRONG THIÊN NHIÊN NHỜ VI SINH VẬT doc

Nguồn gốc vi sinh vật trong không khí- VSV từ đất, nước, hoạt động của con người, động vật, thực vật … được phát tán khắp mọi nơi nhờ gió, bụi.. - VSV có bào tử có khả năng tồn tại lâu t

CHƯƠNG 4

SỰ CHUYỂN HÓA CÁC CHẤT TRONG THIÊN NHIÊN NHỜ VI

SINH VẬT

4.1 Sự phân bố vi sinh vật trong tự nhiên

4.1.1 Vi sinh vật trong không khí

- Môi trường không khí khác nhau tùy từng vùng: Các loại khí: O2, N2, CO2, SO2, H2S, … Vd: Vùng núi cao → O2 cao, thành phố và KCN → H2S, SO2,

Nguồn gốc vi sinh vật trong không khí

- VSV từ đất, nước, hoạt động của con người, động vật, thực vật … được phát tán khắp mọi nơi nhờ gió, bụi

- VSV có bào tử có khả năng tồn tại lâu trong

kk (vi sinh vật gây bệnh: vk gây bệnh đường

hô hấp, vk gây bệnh rỉ sắt ở thực vật…)

- Phân bố vsv trong kk phụ thuộc 3 yếu tố:

Khí hậu trong năm, vùng địa lý và hoạt động sống của con người

Theo kết quả nghiên cứu của Omelansku lượng

vi sinh vật trong các mùa thay đổi như sau (số lượng trung bình trong 10 năm)

Lượng vi sinh vật trong 1 lít không khí

Độ cao (m) Lượng tế bào

Lượng vi sinh vật/1m3 không khí

Nơi chăn nuôi 106 – 2x106

Công viên trong thành phố 2 x 102

4.1.2 Vi sinh vật trong nước

- Môi trường nước: ao, hồ, sông, biển, nước

ngầm …

- VSV có mặt khắp nơi trong các nguồn nước,

số lượng và thành phần vsv khác nhau tùy

thuộc môi trường

- Các yếu tố môi trường ảnh hưởng : Hàm lượng muối, chất hữu cơ, pH, nhiệt độ và ánh sáng

- Nguồn nhiễm vsv: đất, chất thải của người và động vật

Vi sinh vật trong các môi trường nước khác

nhau

- Nước ngọt: nhiễm khuẩn từ đất, có mặt hầu

hết các vsv trong đất

- Nước ngầm, suối: nghèo vsv (nghèo chất dd)

vi khuẩn sắt Leptothrix orchracea, vk lưu huỳnh lục và tía (suối chứa S, vk Leptothix thermalis

(suối nước nóng)

- Ao, hồ, sông: VSV tự dưỡng cao và vsv dị

dưỡng phân hủy chất hữu cơ (chất thải sinh

hoạt, CN)

- Hồ nước mặn, biển: Halobacterium, vsv ưa

lạnh

- VSV đ t: vk,vi n m, x khu n, virus, t o, NSĐVấ ấ ạ ẩ ả

- VSV trong đ t phân b theo: chi u sâu, lo i đ t, cây ấ ố ều sâu, loại đất, cây ạ ấ

tr ng.ồ

S phân b vsv (s tb/1g đ t) theo chi u ự ố ố ấ ều sâu, loại đất, cây

sâu theo t ng đ t (cm) ầ ấ9-20 cm 70,3 x 106

20-40 cm 48,6 x 106

40-80 cm 45,8 x106

80- 120cm 40,7 x 106

4.2 Sự chuyển hóa các hơp chất chứa nito

Vai trò của Nito trong sinh quyển

- Nito là chất dd khoáng quan trọng nhất, được yêu cầu với số lượng lớn cho các thành phần

thiết yêu của các protein, acid nucleic và các

thành phần khác của tế bào

Trong khí quyển của trái đất, Nito chiếm ~ 79%

ở dạng khí N2

- Hầu hết các sinh vật ko thể sử dụng N2 (NΞ N)

- Nitrogen phải được “cố định” thành các ion

ammonium (NH4) hoặc nitrate (NO3)

Chu trình Nito

- Vi sinh vật đóng vai trò trung tâm trong hầu hết các phương cách có thể để cung

cấp nitrogen cho sự sống trên trái đất:

 Một số vk có khả năng biến đổi N2 → NH3

( cố định nito); các vk này sống tự do hoặc

sống cộng sinh với thực vật hoặc các sinh vật khác (động vật nguyên sinh, nhuyễn thể)

Một số vk khác: NH3→ NO3- , và NO3- → N2

hoặc khí nitrogen khác

 Nhiều sâu, loại đất, cây u vk và nấm phân hủy các chất hữu

cơ,giải phóng nitrogen đã được cố định để tái

sử dụng bởi các sinh vật khác

- Tất cả các quá trình này đã tạo nên chu trình N 2

Các giai đoạn của chu trình

4.2.1 CỐ ĐỊNH N2

• VSV → N2 → NH3 (dạng muối NH4+): sinh

vật bậc cao sử dụng

• Vi sinh vật cố định Nito gồm: Azotobacter,

Clostridium, Azospirillum (sống tự do) và

Rhizobium, Bradyrhizobium (sống cộng

sinh với cây bộ đậu)

N2 Nitrogenase Quá trình oxy hóa

và quá trình khử NH 4 +

CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH

NITO

N 2 + 8H+ + 8e - + 16 ATP = 2NH 3 + H 2 + 16ADP + 16

Pi

Purple sulphur bacteria

Purple sulphur bacteria Green sulphur bacteria

non-Legumes

Rhizobium

With other plants

Azospirillum Frankia

4.2.2 ĐỒNG HÓA NITO

NH3 được kết hợp với các phân tử hữu cơ: các acid amin (R-NH2), hình thành nên các protein và mô cơ thể.

Quá trình thối rữa

-Thối rữa là qt phân hũy các chất protein dưới

tác dụng của vi sinh vật

- Các vsv gây thối là nguyên nhân làm hỏng

thực phẩm giàu protein

- Rất quan trọng trong vòng tuần hoàn vật chất

Protein  Peptone  polypeptit  axit amin  NH3

H2, CO  Axit béo   Phenol, Indol, Scatol, Amin,

Mecaptan, H2S, CO2

CO2, H2  Metan

Cơ chế của quá trình thối rữa

Giai đoạn 1: Do enzyme protease ngoại bào

Protein H2O Pepton H2O Polypeptide H2O Acid amin

Cơ chế của quá trình thối rữa

Giai đoạn 2:

- Khử amin bằng thuỷ phân có kèm theo

decacboxyl hoá hoặc không

- Khử amin do do oxi hoá có kèm theo

decacboxyl hoá hoặc không

- Khử amin do vi khuẩn yếm khí có kèm theo

decacboxyl hoá hoặc không

- Khử amin do mất NH3 trực

tiếp (Khử amin nội phân tử)

Cơ chế của quá trình thối rữa

Giai đoạn 3:

• Hiếu khí: các chất này được oxi hoá

và có thể → vô cơ hoá hoàn toàn Sản phẩm cuối cùng là: NH3, CO2, H2O, H2S, H3PO4.

• Yếm khí: các sản phẩm không được oxi hoá hoàn toàn → tích tụ các axit hữu cơ, rượu, amin, trong đó có nhiều sâu, loại đất, cây u chất độc và gây mùi hôi thối.

Amôn hóa Urê: Ure bacterium

(Cocoacal , Bacilaccae, vd: Proteus,

O + NH3 (NH4 )2CO3 2NH

3 + CO2 + H2O

Amôn hóa protein:

Protein H 2 O Pepton H 2 O Polypeptide H 2 O Acid amin

* Hiếu khí : Bac.mycoides, Bac.mesentericus,

Bac.subtilis, Ps fluorescens

* Tùy tiện : Proteus vulgaris, Escherichia coli

* Yếm khí : Clostridium putrifiicium, Clostridium

sporogenes

* Nấm : Penicillium, Aspergillus, Mucor

Acid bay hơi

Acid acetic Acid butyric Acid formic

Bazơ hữu cơ

Cadaverin Histamin Metylamin Dimetylami

n

Chất hữu cơ khác

Crezol Phenol Indol Scartol

+ Giai đọan 1:

+ Giai đọan

2:

2NH3 + 3O2 Nitrosomonas, Nitrosospira 2HNO2 + 2H2O + Q

2HNO2 + O2 Nitrobacter 2HNO3 + Q

CO2 + Q VSV tổng hợp carbon HCHO +H2O

4.2.4 NITRAT HĨA

+ Khử acid nitric thành acid Nitro

denitrificans , Achromobacter stutzeri, Pseudomonas

fluorescens

4.2.5 PHẢN NITRAT HÓA

Nitrate hóa

Phản nitrate hóa

4.3 Sự chuyển hóa các hc

hydratecarbon

Vai trò của carbon trong tự nhiên

-Trong tự nhiên: cacbon (vô cơ và hữu cơ)

- Các hợp chất chứa carbon chuyển hóa từ

dạng này sang dạng khác, khép kín vòng tuần hoàn carbon

- Carbon hữu cơ động vật, thực vật, vsv →

lượng CHC khổng lồ trong đất ( sv này chết) Các vsv dị dưỡng → phân hũy CHC → CO2,

CO2→ thực vật và vsv sử dụng trong quang

hợp → CHC thực vật → thức ăn của động vật

và con người → CHC của động vật và con

người

Vi sinh vật trong chu trình carbon

-Tham gia cố định cacbon (CO2) tạo thành CHC chứa carbon (vi sinh vật tự dưỡng quang năng, vi sinh vật tự dưỡng hóa năng)

- Tham gia phân hủy các CHC thành CO2 (vi sinh vật dị dưỡng carbon): vi sinh vật phân giải

cellulose, tinh bột, đường đơn, các chất béo và

acid béo

Chu trình Carbon

Gồm các giai đoạn sau:

- Quá trình Quang hợp

- Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ

- Phân giải cellulose và pectin

- Phân giải tinh bột

- Phân giải đường đơn: lên men và hô hấp

- Phân giải chất béo và acid béo

CHU TRÌNH CACBON

Quá trình quang hợp

Pha tối quang hợp

- Vi sinh vật cố định CO2 ( Vk lam, tảo)

- VSV phân giải cellulose (cellullase) và pectin (pectinase)

Vi nấm: Tricoderma, Aspergillus, Fusarium,

Mucor vv

Vi khuẩn hiếu khí: Pseudomonas,

Cellulomonas, Achromobater, vi khuẩn nhầy Mixococcus Hutchínonii

Vi khuẩn kị khí: Clostridium, Ruminococcus

Xạ khuẩn: Streptomyces

C U TRÚC CELLULOSEẤU TRÚC CELLULOSE

Phân giải xenlobioza thành các đường đơn

HỆ ENZYME PHÂN GIẢI CELLULOSE

Quá trình phân giải cellulose và pectin có ý nghĩa:

- Khoáng hóa xác thực vật → tạo mùn

- Giảm chất lượng nguyên liệu thực vật: thủy phân pectin → tơi thịt quả và rau → thối mục ấm; thủy phân cellulose → phá hỏng thành tế bào → vsv dễ xâm nhập

- Vi sinh vật phân giải tinh bột

Vi nấm:Aspergillus, Fusarius, Rhizopus

…

Vi khuẩn: Bacillus, Cytophaga,

Pseudomonas, … một số xạ khuẩn

C U TRÚC TINH B TẤU TRÚC CELLULOSE ỘT

- Vi sinh v t phân gi i ch t béo và acid béoậ ả ấ

Vi n m:ấ Oidium lactis, Clasdosporium

Vi khu n: ẩ Micrococcus, Chromobacterium, Prodigioscens, Perseudomonas Vk

Ngoài ra còn có m t s x khu nộ ố ạ ẩ

- Ch t béo: este c a glyceryl và a.béoấ ủ

- Vi sinh v t có h enzyme lipaze s phân h y ậ ệ ẽ nhất) ủ

ch t béo ấ → glyceryl và a.béo t doự

- Glyceryl → vsv oxh CO2 và H2O→

- A.béo → peoxyt c a axit béo ủ → axit,

aldehyt, xeton và …làm cho ch t béo có nh ng ấ ữmùi v khó ch u (lipoxygenazaị ị ) CO2 và H2O→

Chu trình Sulfur