vi sinh vật môi trường

Vi sinh vật gây bệnh và ký sinh trùng trong nước thải sinh hoạt.. Xử lý kỵ khí – Hồ ổn định sinh học – Xác định độc tính của nước thải trong các công trình xử lý.IX.. - Tế bào động vật k

VI SINH V T Ậ

Gi ng viên: ả

TS Nguy n Th Thanh Ki u ễ ị ề

I Thế giới vi sinh vật

II Trao đổi chất và sinh trưởng vi sinh vật.

III Vi sinh vật và các chu trình sinh địa hóa học.

IV Vi sinh vật gây bệnh và ký sinh trùng trong nước thải sinh hoạt.

V Vi sinh vật chỉ thị.

VI Khử trùng nước và nước thải.

VII Xử lý nước thải – Xử lý hiếu khí – Bùn hoạt tính.

VIII Xử lý kỵ khí – Hồ ổn định sinh học – Xác định độc tính của nước thải trong các công trình xử lý.

IX Vi sinh vật trong hệ thống xử lý và phân phối nước cấp.

Giáo trình chính:

Vi sinh vật môi trường

Đánh giá học phần

• Thực hiện chuyên đề: 30%

• Thi cuối học phần: 70%

CHƯƠNG I

THẾ GIỚI VI SINH VẬT

1 GI I THI U Ớ Ệ

- Nhóm ti n ề nhân (procaryote) Vd: vi khu n ẩ

- Nhóm có nhân th t ậ (eucaryote) Vd: n m, ấ nguyên sinh đ ng v t, ộ ậ

t o, t b ả ế ào th c v t v ự ậ à

đ ng v t ộ ậ

- Virus

• Tế bào eucaryote thường phức

tạp hơn tế bào procaryote.

• ADN có màng nhân được gắn

với histon và những protein

Lưới nội chất Không Có

Không bào Có ở một số lòai Không

Procaryote Eucaryote Bào tử Có ở một số loài Không

Chuyển động Tiêm mao hoặc roi gồm 1

Cấu trúc tế bào procaryote

Cấu trúc tế bào eucaryote

2 CẤU TRÚC TẾ BÀO

• Kích thước tế bào

Trừ vi khuẩn dạng chuỗi, các tế bào procaryote thường nhỏ hơn tế bào eucaryote.

Tế bào nhỏ có tốc độ tăng trưởng cao hơn tế bào lớn do hoạt động trao đổi chất diễn ra tốt hơn

• Màng tế bào chất

- Là màng bán thấm.

- Lớp đôi phospholipid (đầu kỵ nước quay vào trong, đầu ưa nước quay ra ngòai).

- Cơ chế vận chuyển qua màng: khuếch tán, vận chuyển chủ động, thực bào hoặc ẩm bào, xuất bào.

13 16 22 38 39

- Tế bào động vật không có vách tế bào nhưng trong những tế bào eucaryote khác vách tế bào có thể có cellulose, chitin, silic, polysaccharic.

III VẬT LIỆU DI TRUYỀN

• Vào năm 1868, vài năm sau khi Mendel

công bố các quy luật di truyền,

Friedrich Miescher, nhà sinh hóa học

người Thụy Điển, phát hiện trong nhân tế bào mủ một chất không phải protein

và gọi là nuclein (từ chữ nucleus - nhân) Về sau thấy chất này có tính acid nên được gọi là nucleic acid

Nucleic acid có hai loại là desoxyribonucleic acid gọi tắt là DNA và ribonucleic acid (RNA) Chất mà ông Miescher tìm ra là DNA.

• Năm 1914, nhà hóa học Đức R.Feulgen tìm

ra phương pháp nhuộm màu đặc hiệu đối với DNA và mười năm sau cho thấy DNA của nhân giới hạn trong các nhiễm sắc thể Nhiều sự kiện gián tiếp cho thấy DNA là chất di truyền, nhưng trong một thời gian dài quan niệm protein là chất di truyền vẫn ngự trị Các nhiễm sắc thể đều có chứa DNA lẫn protein, hơn nữa lúc đó cho rằng các protein mới có đủ sự phức tạp hóa học cần thiết để chứa thông tin di truyền Mãi đến năm 1944, vai trò mang thông tin di truyền của DNA mới được chứng minh lần đầu tiên và đến năm 1952 mới được công nhận sau nhiều tranh cãi.

Các chứng minh gián tiếp

• DNA có trong tế bào của tất cả các vi sinh vật,

thực vật, động vật; chỉ giới hạn trong nhân và

là thành phần chủ yếu của nhiễm sắc thể.

• Tất cả các tế bào dinh dưỡng (tế bào soma) của

bất kỳ một loại sinh vật nào đều chứa một

lượng DNA rất ổn định Ngược lại số lượng RNA

biến đổi tùy theo trạng thái sinh liù của tế bào.

• Số lượng DNA tăng theo số bội thể của tế bào

• Tia tử ngoại (uv) có hiệu quả gây đột biến cao

nhất ở bước sóng 260nm (nanomét); đây chính

là bước sóng mà DNA hấp thụ tia tử ngoại nhiều

nhất.

Biến nạp : truyền thông tin di

truyền nhờ DNA

• Hiện tượng biến nạp (transformation) được

Griffith phát hiện ở vi khuẩn Diplococus

pneumoniae (nay gọi là Streptococus pneumoniae - phế cầu khuẩn gây sưng phổi ở

động vật có vú) vào năm 1928 Vi khuẩn này có 2 dạng khác nhau :

– Dạng SIII, gây bệnh có vỏõ bao tế bào (capsule) bằng polisaccharid cản trở bạch cầu phá vỡ tế bào Dạng này tạo khuẩn lạc láng (Smooth- láng) trên môi trường agar.

– Dạng RII, không gây bệnh, không có vỏ bao, tạo khuẩn lạc nhăn (Rough-nhăn).

Tiêm vi khuẩn S sống gây bệnh cho chuột - chuột chết.

- Tiêm vi khuẩn R sống không gây bệnh - chuột sống.

- Tiêm vi khuẩn S bị đun chết cho chuột - chuột sống.

- Hỗn hợp vi khuẩn S bị đun chết trộn với vi khuẩn R sống đem tiêm cho chuột - chuột chết Trong xác chuột chết có vi khuẩn S và R.

Sự xâm nhập của DNA virus

vào vi khuẩn

• Năm 1952, A.Hershey và M.Chase đã

tiến hành thí nghiệm với

bacteriophage T2 xâm nhập vi khuẩn Escherichia coli (E.coli).

• Thí nghiệm của A.Hershey và

M.Chase nhằm xác định xem phage nhiễm vi khuẩn đã bơm chất nào vào tế bào vi khuẩn : chỉ DNA, chỉ protein hay cả hai

IV CÁC NHÓM VI SINH CHỦ YẾU

- Hình dạng: Hình que (bacillus), hình cầu (coccus), hình xoắn (spirillum)

- Kích th ướ c: Gi i h n thay ớ ạ đổ i t 0,3 - 50 ừ µ Hình que 0,5-1 µ chi u r ng và 0,5-1 ề ộ µ chi u dài ề Hình c u trung bình 0,5-1 ầ µ đườ ng kính, hình

nh ng l i xu t hi n nh m t s n ph m phân ư ạ ấ ệ ư ộ ả ẩ

h y c a thành ph n vách t bào ủ ủ ầ ế

+ Màng nguyên sinh chất: Nằm dưới vách tế bào.

+ Nguyên sinh chất: Khối dung dịch keo gồm protein, lipid, carbohydrate.

+ Nhân.

+ Các thể ẩn nhập: Thay đổi theo từng tế bào và thay đổi theo từng điều kiện môi trường khác nhau Thường gặp là volutin (acid pentosenucleic), polysaccharid, lipid và sulfur.

+ Tiên mao.

+ Bào tử.

Figure 27.3 Shapes of Prokaryotic Cells

Figure 27.5 Some Bacteria Use Flagella for Locomotion

- Thành ph n hóa h c: ầ ọ 80% n ướ c, 20%

ch t khô Ch t khô có 90% là ch t h u ấ ấ ấ ữ

c và 20% là ch t vô c ơ ấ ơ

Ph n h u c : 53% carbon, 29% oxy, 12% ầ ữ ơ nit và 6% hydro ơ

Ph n vô c : 50% P ầ ơ 2 O 5 , 6% K 2 O, 11% Na 2 O, 8%MgO, 9% CaO, 15% SO 3 , 1% Fe 2 O 3

- Trao đ i ch t: ổ ấ Xác đ nh kh năng c a vi ị ả ủ khu n tăng tr ẩ ưở ng trong b t kỳ môi tr ấ ườ ng nào.

- Quang t ng h p: ổ ợ S d ng năng l ử ụ ượ ng t ánh ừ sáng m t tr i đ t ng h p nguyên sinh ch t ặ ờ ể ổ ợ ấ

- Hóa t ng h p: ổ ợ S oxy hóa các h p ch t vô c ự ợ ấ ơ

ho c h u c đ l y năng l ặ ữ ơ ể ấ ượ ng cho t ng h p ổ ợ

- Vi khu n t d ẩ ự ưỡ ng:

 V sinh hóa, là nhóm vi khu n ph c t p ề ẩ ứ ạ

nh t, có kh năng t o t t c các c u ấ ả ạ ấ ả ấ trúc hóa h c ph c t p trong t bào t ọ ứ ạ ế ừ các ch t vô c c b n trong n ấ ơ ơ ả ướ c.

 Hi u khí nghiêm ng t, s d ng CO ế ặ ử ụ 2 nh ư ngu n carbon ồ

 M t s VK t d ộ ố ự ưỡ ng c c kỳ quan tr ng ự ọ

đ i v i vi sinh môi tr ố ớ ườ ng (x lý th i, ử ả

ăn mòn).

- Vi khu n d d ẩ ị ưỡ ng:

 Là nhóm vi khu n quan tr ng nh t, ẩ ọ ấ chúng c n các ch t h u c cung c p ầ ấ ữ ơ ấ carbon và năng l ượ ng

 Chia thành 3 nhóm d a vào quan h ự ệ

c a chúng v i oxy: Các loài hi u khí ủ ớ ế (aerobes), k khí (anaerobes), nhóm s ỵ ử

d ng oxy tùy ti n (falcutative) ụ ệ

• Nấm

- Định nghĩa: Gồm các thực vật đa bào không quang hợp Do thiếu các sắc tố quang hợp nên nấm sử dụng chất hữu cơ như nguồn carbon và năng lượng.

Ưu điểm so với vi khuẩn: Có khả năng tăng trưởng ở những nơi độ ẩm thấp và trong dung dịch pH thấp → chiếm vai trò quan trọng trong phân hủy chất hữu cơ và trong việc xử lý một số chất thải công nghiệp

 Fungi Imperfecti – nấm bất toàn

- Nuôi cấy: Sinh trưởng rất nhanh trên môi trường có hydratcarbon cao ở pH 4,5 hoặc

có mặt chất kháng sinh ở pH 7 Giảm pH môi trường xuống 4,5 có thể ngăn chặn hầu hết

vi khuẩn phát triển, chỉ có nấm phát triển.

- Hiếu khí: Nấm là sinh vật hiếu khí →

nấm không quan trọng trong phân hủy

kỵ khí.

- Sinh sản: Hình thành bào tử (ở VK, sự hình thành bào tử là cơ chế tồn tại).

- Thành phần hóa học: 75-80% nước Phần hữu cơ của nấm là C10H17O6N Lượng nitơ trong nguyên sinh chất của nấm chỉ bằng phân nửa so với lượng nitơ của vi khuẩn → nấm ưu thế hơn vi khuẩn trong những môi trường thiếu hụt nitơ.

Aspergillus niger

Candida abicans

sự tăng trưởng vượt mức và sự chết của một số tảo trong các hồ chứa nước gây cho các nhà vi sinh môi trường nhiều khó khăn trong việc kiểm soát mùi và vị của nước.

- Phân loại: Theo “Tảo nước ngọt tại Mỹ”

 Phaeophyta – nâu (tảo biển)

 Rhodophyta – đỏ (tảo biển)

- Quan sát: Đ ượ c quan sát ch y u ủ ế ở

tr ng thái l ng Pha đúng n ng đ và ạ ỏ ồ ộ quan sát d ướ i kính hi n vi K thu t ể ỹ ậ

m i đ cô đ c và đ m t o là s d ng ớ ể ặ ế ả ử ụ màng l c T o đ ọ ả ượ c gi trên m t t m ữ ặ ấ

l c và đ ọ ượ c đ m d ế ướ i kính hi n vi ể

- Môi tr ườ ng nuôi c y: ấ

 Nhu c u khóang t ầ ươ ng t nh vi khu n ự ư ẩ

 Nhu c u carbon đ ầ ượ ấ c l y t d ng CO ừ ạ 2 nh ư

- Trao đ i ch t ổ ấ :

 D ướ i ánh sáng m t tr i, t o chuy n hóa các ặ ờ ả ể

ch t vô c trong n ấ ơ ướ c thành ch t h u c c a ấ ữ ơ ủ nguyên sinh ch t ấ

 Khi không có ánh sáng m t tr i, m t s t o có ặ ờ ộ ố ả

kh năng th c hi n trao đ i ch t hóa t ng ả ự ệ ổ ấ ổ

h p gi ng nh vi khu n ợ ố ư ẩ → c n O ầ 2 cho quá trình oxy hóa Các t o khác ti n hành trao đ i ả ế ổ

ch t n i bào v i s phân h y chính nguyên ấ ộ ớ ự ủ sinh ch t c a chúng đ cung c p năng l ấ ủ ể ấ ượ ng duy trì s s ng ự ố

• Protozoa và động vật cao hơn

Structure of Euglena

Spirogyra

Anabaena

Scenedesmus

Closterium

Volvox

Ophiocytium

Amoeba

Stentor

 Protozoa được phân thành 5 nhóm:

Sarcodina – pseusopodia (chân giả)

Mastigophora – flagella, có roi

Sporozoa – tạo bào tử ký sinh

Ciliata – cilia, có tiêm mao

Suctoria – tentacles, có xúc tu

 Tất cả protozoa được chú ý trong kỹ thuật môi trường đều hiếu khí nghiêm ngặt.

 Protozoa có khả năng sử dụng các hợp chất hữu cơ hòa tan làm thức ăn.

 Protozoa tồn tại trong nước thải nhờ

ăn vi khuẩn.

- Rotifer (xa luân đ ng v t) ộ ậ

- Vi giáp xác (microcrustacea)

C u trúc v c ng ấ ỏ ứ

Hai loài quan tr ng đ i v i môi tr ọ ố ớ ườ ng:

Daphnia và Cyclops.

Hi u khí nghiêm ng t, ăn t o và vi khu n ế ặ ả ẩ

Là ngu n dinh d ồ ưỡ ng cho cá.

Dùng làm s ch đ u ra có t o t các h oxy ạ ầ ả ừ ồ hóa.

Hai sinh v t th ậ ườ ng dùng đ nghiên c u dòng ể ứ

ch y ô nhi m: ả ễ Tubifix, Chironomidae.