Bài giảng vi sinh môi trường

1.2.1 Virus Virus là nhóm vi sinh vật chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước vô cùng nhỏ bé, có thể chui qua màng lọc vi khuẩn Virus không có khả năng sống độc lập mà phải sống kư sinh tr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA NÔNG – LÂM – NGƯ

BÀI GIẢNG

(Lưu hành nội bộ)

“VI SINH MÔI TRƯỜNG”

(Dành cho Đại học Quản lý tài nguyên và môi trường)

Tác giả: ThS Nguyễn Thị Hương Bình

Năm 2016

LỜI NÓI ĐẦU

Bài giảng Vi sinh môi trường được biên soạn cho các lớp Đại học Quản

lý tài nguyên và môi trường làm tài liệu học tập Bài giảng cung cấp những kiến thức cơ bản nhất cho sinh viên về các loài vi sinh vật Đây là môn học cơ sở cho sinh viên áp dụng vào những ngành học của mình

Bài giảng này được biên soạn dựa trên cơ sở tham khảo một số tài liệu giáo trình có liên quan của nhiều tác giả

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song không thể tránh khỏi những sai sót Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn để giúp tôi hoàn thiện bài giảng được tốt hơn

Chân thành cảm ơn!

Tác giả

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: HÌNH THÁI, CẤU TẠO VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA VI

SINH VẬT 1

1.1 Đặc điểm chung của vi sinh vật 1

1.2 Các nhóm vi sinh vật chính 2

CHƯƠNG 2: SINH LÝ ĐẠI CƯƠNG VI SINH VẬT 14

2.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật 14

2.2 Trao đổi chất và trao đổi năng lượng của vi sinh vật 19

2.3 Ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến hoạt động của vi sinh vật 20

CHƯƠNG 3 SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG 23

3.1 Môi trường đất và sự phân bố của vi sinh vật trong đất 23

3.2 Môi trường nước và sự phân bố của vi sinh vật trong nước 24

3.3 Môi trường không khí và sự phân bố của vi sinh vật trong không khí 27

CHƯƠNG 4 KHẢ NĂNG CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN CỦA VI SINH VẬT 28

4.1 Khả năng chuyển hóa các hợp chất cacbon trong môi trường tự nhiên 28

4.2 Khả năng chuyển hóa các hợp chất nito trong môi trường tự nhiên 30

4.3 Khả năng chuyển hóa các hợp chất phot pho trong môi trường tự nhiên 34

4.4 Khả năng chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh trong môi trường tự nhiên 35

CHƯƠNG 5: Ô NHIỄM VI SINH VẬT 36

5.1 Nguyên nhân của vấn đề ô nhiễm vi sinh 36

5.2 Một số vi sinh vật gây bệnh chính 36

5.3 Vi sinh vật chỉ thị ô nhiễm 42

CHƯƠNG 6 CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 43

6.1 Tình hình ô nhiễm môi trường hiện nay 43

6.2 Nguyên lý cơ bản của các quá trình 44

6.3 Một số loại vi sinh vật sử dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường 44

CHƯƠNG 7 TÁC NHÂN VI SINH VẬT TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC 45

7.1 Vi sinh vật gây bệnh và chỉ tiêu về vi sinh trong nước cấp sinh hoạt 45

7.2 Quá trình tự làm sạch của nước 45

7.3 Vi sinh vật với quá trình xử lý ô nhiễm môi trường nước 45

CHƯƠNG 8: TÁC NHÂN VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI 48

8.1 Khái niệm về chất thải 48

8.2 Phân loại chất thải 48

8.3 Xử lý chất thải 49

CHƯƠNG 9: TÁC NHÂN VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ KHÍ THẢI 51

9.1 Nguyên lý của quá trình xử lý sinh học khí thải 51

9.2 Các hệ thống làm sạch không khí bằng phương pháp sinh học 52

CHƯƠNG 1: HÌNH THÁI, CẤU TẠO VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN

CỦA VI SINH VẬT

1.1 Đặc điểm chung của vi sinh vật

Vi sinh vật là một thế giới sinh vật vô cùng nhỏ bé mà ta không thể quan sát thấy bằng mắt thường Nó phân bố ở khắp mọi nơi, trong đất, trong nước, trong không khí, trong thực phẩm Nó có mặt ở dưới những độ sâu tăm tối của đại dương Bào tử của nó tung bay trên những tầng cao của bầu khí quyển, chu du theo những đám mây Nó sống được trên kính, trên da, trên giấy, trên những thiết bị bằng kim loại

Vi sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng trong thiên nhiên cũng như trong cuộc sống của con người Nó biến đá mẹ thành đất trồng, nó làm giàu chất hữu cơ trong đất, nó tham gia vào tất cả các vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên Nó là các khâu quan trọng trong chuỗi thức ăn của các hệ sinh thái Nó đóng vai trò quyết định trong quá trình tự làm sạch các môi trường tự nhiên

Từ xa xưa, con người đă biết sử dụng vi sinh vật trong đời sống hàng ngày Các quá trình làm rượu, làm dấm, làm tương, muối chua thực phẩm đều ứng dụng đặc tính sinh học của các nhóm vi sinh vật Khi khoa học phát triển, biết rõ vai trò của vi sinh vật, thì việc ứng dụng nó trong sản xuất và đời sống ngày càng rộng răi và có hiệu quả lớn Ví dụ như việc chế vacxin phòng bệnh, sản xuất chất kháng sinh và các dược phẩm quan trọng khác Đặc biệt trong bảo vệ môi trường, người ta đă sử dụng vi sinh vật làm sạch môi trường, xử lý các chất thải độc hại Sử dụng vi sinh vật trong việc chế tạo phân bón sinh học, thuốc bảo vệ thực vật không gây độc hại cho môi trường, bảo vệ mối cân bằng sinh thái

Trong thiên nhiên ngoài những nhóm vi sinh vật có ích như trên, còn có những nhóm vi sinh vật gây hại Ví dụ như các nhóm vi sinh vật gây bệnh cho người, động vật và thực vật, các nhóm vi sinh vật gây ô nhiễm thực phẩm, ô nhiễm các nguồn nước, đất và không khí Nếu nắm vững cơ sở sinh học của tất cả các quá trình có lợi hay có hại trên, ta

sẽ đưa ra được những biện pháp khoa học để phát huy những mặt có lợi và hạn chế những mặt gây hại của vi sinh vật, đặc biệt là trong bảo vệ môi trường

Vi sinh vật (microorganisms) là tên gọi chung để chỉ tất cả các sinh vật có hình thể

bé nhỏ, muốn thấy rơ được người ta phải sử dụng tới kính hiển vi

Virut (Virus) là nhóm vi sinh vật đặc biệt, chúng nhỏ bé tới mức chỉ có thể quan sát được qua kính hiển vi điện tử (eletron microscope) Virut chưa có cả cấu trúc tế bào Các vi sinh vật khác thường là đơn bào hoặc đa bào nhưng có cấu trúc đơn giản và chưa phân hoá thành các cơ quan sinh dưỡng (vegetative organs)

Vi sinh vật không phải là một nhóm riêng biệt trong sinh giới Chúng thậm chí thuộc

về nhiều giới (kingdom) sinh vật khác nhau Giữa các nhóm có thể không có quan hệ mật thiết với nhau Chúng có chung những đặc điểm sau đây:

1 VSV có kích thước nhỏ bé

Mắt con người khó thấy được rõ những vật nhỏ hơn 1mm Vậy mà VSV thường được đo

VSV có kích thước nhỏ bé nên diện tích tiếp xúc bề mặt của một tập đoàn VSV là rất lớn

Chẳng hạn đường kính của một cầu khuẩn (Coccus) chỉ có 1mm, nhưng nếu xếp đầy chúng

2 Khả năng trao đổi chất mạnh

Tuy VSV có kích thước rất nhỏ bé nhưng chúng lại có năng lực hấp thu và chuyển hóa

vượt xa các sinh vật khác Chẳng hạn 1 vi khuẩn lactic (Lactobacillus) trong 1 giờ có thể

phân giải được một lượng đường lactose lớn hơn 1.000 - 10.000 lần so với khối lượng của chúng Tốc độ tổng hợp protein của nấm men cao gấp 1.000 lần so với đậu tương và 100.000 lần so với trâu bò

3 Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh

Có thể nói không có sinh vật nào có tốc độ sinh sôi nảy nở nhanh như VSV Chẳng hạn,

vi khuẩn E.coli trong các điều kiện thích hợp chỉ sau 12 - 20 phút lại phân cắt một lần Nếu

lấy thời gian thế hệ là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt 3 lần, sau 24 giờ phân cắt 72 lần tạo ra

không có các điều kiện tối ưu như vậy vì thiếu thức ăn, thiếu oxi, dư thừa các sản phẩm trao đổi chất có hại )

4 Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị

Trong quá trình tiến hóa lâu dài, VSV đã tạo cho mình những cơ chế điều hòa trao đổi chất để thích ứng được với những điều kiện sống rất khác nhau, kể cả những điều kiện hết sức bất lợi mà các sinh vật khác thường không thể tồn tại được VSV có thể chống chịu được với một số hóa chất độc, nhiệt độ khắc nghiệt, pH thay đổi

VSV dễ dàng phát sinh biến dị do đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng

Hình thức biến dị thường là đột biến gen Ngoài những biến dị có lợi, VSV cũng thường phát sinh những biến dị có hại như biến dị về tính kháng thuốc

5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều

VSV có mặt ở khắp mọi nơi trên trái đất, trong không khí, trong đất, trên núi cao, dưới biển sâu, trong cơ thể người, động thực vật, trong thực phẩm, trên mọi đồ dùng Ví dụ ở độ

sâu 10.000m vùng đông Thái Bình Dương có áp suất rất cao vẫn phát hiện thấy có khoảng 1

triệu - 10 tỉ vi khuẩn/ml (chủ yếu là vi khuẩn lưu huỳnh), ở độ cao 84km trong không khí vẫn

phát hiện thấy VSV Khi khoan ở lớp đá trầm tích sâu 427m vẫn thấy có vi khuẩn sống

Về chủng loại: Trong sinh giới, động vật có khoảng 1,5 triệu loài, thực vật có 0,5 triệu loài thì VSV có trên 100.000 loài, bao gồm 30.000 loài động vật nguyên sinh, 69.000 loài nấm, 1,5 nghìn loài vi khuẩn, 1,2 nghìn loài virut

1.2 Các nhóm vi sinh vật chính

Vi sinh vật vô cùng phong phú cả về thành phần và số lượng Chúng bao gồm các nhóm khác nhau có đặc tính khác nhau về hình dạng, kích thước, cấu tạo và đặc biệt khác nhau về đặc tính sinh lý, sinh hoá

Dựa vào đặc điểm cấu tạo tế bào, người ta chia ra làm 3 nhóm lớn:

-Nhóm chưa có cấu tạo tế bào bao gồm các loại virus

-Nhóm có cấu tạo tế bào nhưng chưa có cấu trúc nhân rõ ràng (cấu trúc nhân nguyên thuỷ) gọi là nhóm Procaryotes, bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn và tảo lam

-Nhóm có cấu tạo tế bào, có cấu trúc nhân phức tạp gọi là Eukaryotes bao gồm nấm men, nấm sợi (gọi chung là vi nấm) một số động vật nguyên sinh và tảo đơn bào

1.2.1 Virus

Virus là nhóm vi sinh vật chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước vô cùng nhỏ bé, có thể chui qua màng lọc vi khuẩn

Virus không có khả năng sống độc lập mà phải sống kư sinh trong các tế bào khác từ

vi khuẩn cho đến tế bào động vật, thực vật và người, gây các loại bệnh hiểm nghèo cho các đối tượng mà chúng ký sinh Ví dụ như bệnh AIDS

Virus là nhóm vi sinh vật được phát hiện ra sau cùng trong các nhóm vi sinh vật chính vì kích thước nhỏ bé và cách sống ký sinh của chúng Người phát hiện ra virus lần đầu tiên là nhà bác học người Nga - Ivanôpski Ông là một chuyên gia nghiên cứu về bệnh khảm cây thuốc lá Khi nghiên cứu về bệnh này ông đã phát a rằng: Dịch lọc của lá cây

bị bệnh khi cho qua màng lọc vi khuẩn vẫn có khả năng gây bệnh Từ đó ông rút ra kết luận: Nguyên nhân gây bệnh đốm thuốc lá phải là một loại sinh vật nhỏ hơn vi khuẩn Phát hiện này được công bố năm 1892, 6 năm sau, năm 1898, nhà khoa học người Hà Lan Beijerinck cũng nghiên cứu về bệnh khảm thuốc lá và có những kết quả tương tự, ông đặt tên mầm gây bệnh khảm thuốc lá là virus Tiếp đó người ta phát hiện ra một số virus khác gây bệnh cho động vật và người Đến năm 1915 đă phát hiện ra virus kư sinh trên vi khuẩn, gọi là thực khuẩn thể (Bacteriophage)

Hình thái và kích thước

Virus có kích thước rất nhỏ bé, có thể lọt qua màng lọc vi khuẩn, chỉ có thể quan sát chúng

Virut chưa có cấu tạo tế bào, mỗi virut không thể gọi là một tế bào mà được gọi là một hạt virut hay virion Virut có nhiều hình dạng khác nhau:

- Hình cầu: thường gặp dạng này, gồm phần lớn các virut cúm, virut quai bị, virut ung thư ở người và gia súc, kích thước từ 100 - 150nm

- Hình que: gồm các virut gây bệnh cho thực vật như virut đốm khoai tây, virut đốm lá thuốc lá, kích thước 15 x 250 nm

- Hình khối: gồm các virut nhiều gốc cạnh, có cấu trúc phức tạp như virut đậu mùa, adenovirut, virut khối u của người và động vật, virut đường hô hấp, kích thước 300 - 350 nm

- Dạng tinh trùng (dạng nòng nọc): đặc trưng cho virut ký sinh trong tế bào vi khuẩn, gọi

là thực khuẩn thể (Bacteriophage hay phage), kích thước từ 47 - 104 x 10 - 225nm

Cấu trúc của virut

Virut có cấu trúc đơn giản gồm phần vỏ protein và axit nucleic

- Phần vỏ: gồm các phần tử protein có phân tử lượng 18.000 - 38.000 tập hợp lại thành đơn vị hình thái gọi là capsome (capsomer), nhiều đơn vị hình thái lại liên kết với nhau để tạo thành lớp vỏ capxit (capside) Các capxit được sắp xếp theo 3 kiểu cấu trúc:

+ Cấu trúc xoắn: có ở virut đốm thuốc lá, virut gây bệnh cúm, sởi, toi gà, quai bị, virut dại Trong cấu trúc này, axit nucleic của virut xoắn thành hình lò xo, còn các capxome sắp xếp bên ngoài theo sát từng vòng một tạo thành ống xoắn

+ Cấu trúc khối: có ở virut đường hô hấp, virut đường ruột, khối u, virut côn trùng, mọt tipula Nhân virut là axit nucleic nằm cuộn tròn ở chính giữa, còn cacsome sắp xếp chặt chẽ

tạo thành các mặt đa diện bao xung quanh Các cacsome đối xứng nhau qua mặt cắt của khối

đa diện theo một quy luật nhất định (bất cứ một capsome nào cũng có một capsome bên cạnh giống nó sắp xếp theo kiểu đối xứng)

ký sinh trên tế bào E.coli) có phần đầu là hình lăng kính sáu cạnh, có đường kính 65 nm, có một phân tử ADN xoắn kép ở bên trong Đuôi là một ống dẫn dài 100 nm, rộng 25 nm, cấu tạo từ protein, bên ngoài là lớp vỏ gọi là bao đuôi, bên trong là trụ đuôi và trong trụ đuôi là ống dẫn Phần cuối là đĩa gốc có 6 gai đuôi và 6 lông đuôi

- Phần nhân: chỉ có axit nucleic (hoặc ADN hoặc ARN), là vật liệu mang thông tin di truyền của virut

1.2.2 Vi khuẩn (Bacteria)

Vi khuẩn là nhóm vi sinh vật có cấu tạo tế bào nhưng chưa có cấu trúc nhân phức tạp, thuộc nhóm Prokaryotes Nhân tế bào chỉ gồm một chuỗi ADN không có thành phần protein, không có màng nhân

1.2.2.1 Hình thái và kích thước

Vi khuẩn có nhiều hình thái khác nhau: hình cầu, hình que, hình xoắn, hình dấu phẩy, hình sợi Kích thước thay đổi tuỳ theo các loại hình và trong một loại hình kích thước cũng khác nhau So với virus, kích thước của vi khuẩn lớn hơn nhiều, có thể quan sát

vi khuẩn dưới kính hiển vi quang học Dựa vào loại hình có thể chia ra một số nhóm sau:

Là vi khuẩn hình cầu, tuy nhiên có nhiều loại có hình tròn, hình bầu dục như lậu cầu

khuẩn (Neisseria gonorrhoeae), hoặc hình ngọn nến như phế cầu khuẩn (Streptococus

peneumoniae) Kích thước cầu khuẩn 0,5 - 1,0 m

Đặc tính chung của cầu khuẩn:

- Tế bào hình cầu có thể đứng riêng rẽ hay liên kết với nhau

- Có nhiều loài có khả năng gây bệnh cho người và gia súc

- Không có cơ quan di động

- Không tạo thành bào tử

Tùy theo vị trí của mặt phẳng phân cắt và đặc tính rời nhau hoặc dính nhau sau khi phân cắt mà người ta chia cầu khuẩn thành các giống chính sau:

- Đơn cầu khuẩn (Monococcus): Đứng riêng lẻ từng tế bào một, đa số sống hoại sinh trong đất, nước và không khí Đại diện: M.agilis, M.roseus, M luteus

- Song cầu khuẩn (Diplococcus): là những vi khuẩn dính với nhau thành đôi một Một số

vi khuẩn có khả năng gây bệnh như não mô cầu khuẩn (Neisseria meningitidis), lậu cầu khuẩn (Neisseria gonorrhoeae)

- Tứ cầu khuẩn (Tetracoccus): thường liên kết với nhau thành từng nhóm 4 tế bào, gây

bệnh cho người, động vật

- Liên cầu khuẩn (Streptococcus): gồm các cầu khuẩn dính với nhau thành từng chuỗi dài Ví dụ: Liên cầu khuẩn sinh mủ (S pyogenes), cầu khuẩn lên mem lactic (S lactis) Đây

là loại vi khuẩn gây bệnh thường gặp

- Bát cầu khuẩn (Sarcina): là những cầu khuẩn đứng thành những khối gồm 8 hoặc 16 tế bào Trong không khí thường gặp một số loài như Sarcina lutae, Sarcina aurantiaca

- Tụ cầu khuẩn (Staphylococcus): là những cầu khuẩn dính lại từng đám như hình chùm nho Đa số sống hoại sinh, một số có thể gây bệnh cho người và động vật như S.aureus, S

epidermidis

Tất cả các cầu khuẩn nói chung không có tiên mao, không có khả năng di động, trừ

giống Planococcus, Planosarcina Đa số cầu khuẩn bắt màu gram âm

b Trực khuẩn (Bacillus, Bacterium)

Là tên chung để chỉ các vi khuẩn hình que, hình gậy, kích thước khoảng 0,5 - 1 x 1 - 5

m

Các đại diện thường gặp:

- Bacillus (Bac.): là trực khuẩn gram dương, hiếu khí hoặc

kị khí không bắt buộc, sinh bào tử Ví dụ: Bac Subtilis, Bac

Anthracis

- Bacterium (Bact.): là trực khuẩn gram âm, hiếu khí, không

sinh bào tử, có chu mao, gồm nhiều loại gây bệnh cho người và

gia súc như Salmonella, Escherichia, Shigella, Proteus

- Pseudomonas (Ps.): là trưc khuẩn gram âm, không sinh bào tử, có một tiên mao

tử, thuộc loại kỵ khí bắt buộc Đại diện thường gặp: Cl Tetani (vi trùng uốn ván), Cl

Pasteurianumi (vi khuẩn cố định nitơ)

- Corynebacterium: không sinh bào tử, có hình dạng và kích thước thay đổi tùy từng loại Đại diện thường gặp như: trực khuẩn bạch cầu (C diphtheriae), trực khuẩn đóng dấu lợn (Erysipelothris shusiopathiae)

c Cầu trực khuẩn (Cocco-bacillus)

Là loại trung gian giữa cầu khuẩn và trực khuẩn, kích thước khoảng 0,25 - 0,3 x 0,4 - 1,5

d Xoắn khuẩn (Spirillum)

Gồm các vi khuẩn có từ 2 vòng xoắn trở lên, thuộc loại gram dương, di động được nhờ

Tùy theo cách sắp xếp của các vòng xoắn mà có các loại xoắn khuẩn sau:

- Spirochaetales hay Borrelia (vòng xoắn thưa, không đều, không có quy tắc), ví dụ:

e Phẩy khuẩn (Vibrio):

Có hình gậy nhỏ, uốn cong như dấu phẩy, phần lớn sống hoại sinh, một số ít có khả năng

gây bệnh như phẩy khuẩn tả (Vibrio cholerae), vi khuẩn khử sunfat (Desulfo vibrio)

Hình 1: Các nhóm hình thái chủ yếu của

vi khuẩn

A Hình que - Trực khuẩn

(Bacillus)

B Hình cầu (coccus) tạo

thành chuỗi (strepto-) - liên

cầu khuẩn (Streptococcus)

1.2.2.2 Cấu tạo tế bào vi khuẩn

Tế bào vi khuẩn được cấu tạo bao gồm một vỏ bọc dày bao quanh (thành tế bào), phía trong là một màng mỏng (màng tế bào chất), bên trong là tế bào chất, nhân hoặc các vật

chất nhân cùng với một số cơ quan nằm trong tế bào chất

a Thành tế bào

Thành tế bào là bộ khung vững chắc bao bọc bên ngoài màng nguyên sinh chất giúp duy trì hình dạng tế bào, có khả năng bảo vệ tế bào đối với một số điều kiện bất lợi của môi trường Nhờ vậy mà áp suất thẩm thấu cao cũng như các điều kiện vật lí khắc nghiệt ít làm thay đổi hình dạng của tế bào vi khuẩn

* Cấu tạo thành tế bào:

Thành tế bào chiếm 25 - 30 % trọng lượng khô của vi khuẩn, thành phần cấu tạo của

chúng có thể chiếm tới 10 - 20 % trọng lượng khô của tế bào, còn thành tế bào của vi khuẩn

thường thấy trong thành tế bào thực vật

(Năm 1884 Hans Christian Gram đã nghĩ ra phương pháp nhuộm phân biệt để phân chia vi khuẩn thành 2 nhóm khác nhau: vi khuẩn G + - các tế bào bắt màu tím và vi khuẩn G -

- các tế bào bắt màu hồng)

peptidoglycan, murein) chiếm 95%, glycopeptit được tạo nên từ các chuỗi polysaccarit, các chuỗi này được cấu tạo từ nhiều loại đường khác nhau gắn với các đường amin: N - Axetyl glucozamin, galactozamin, axit - N- Axetyl muramic

Ngoài ra màng tế bào vi khuẩn gram dương còn có axit teichoic, axit này có 2 loại: axit ribitteicoic và axit glyxerinteicoic, mỗi vi khuẩn chỉ có một trong 2 loại này mà thôi Axit

+ Ở vi khuẩn gram âm: cấu trúc thành tế bào khá phức tạp, ngoài glycopeptit (chiếm 5 -

10 %), còn có lipit (20 %), polypeptit (50 %), polysaccarit (20 %)

ở E.coli : lớp ngoài cùng là lipoprotein, tiếp đến là lớp lipopolysaccarit, sau đó là lớp các phân tử protein và trong cùng là lớp glycopeptit

b Màng nguyên sinh chất (Cytoplasmic membrane) hay màng tế bào chất

(protoplasmic membrane)

Màng nguyên sinh chất ở bên trong thành tế bào và bao quanh tế bào chất nên thường gọi là màng tế bào chất Màng này rất mỏng (khoảng 4- 5 nm)

* Cấu trúc của màng tế bào chất:

Màng có cấu tạo 3 lớp: lớp ngoài cùng và trong cùng là 2 lớp protein chiếm 60 - 70 %, ở giữa là 2 lớp lipit chiếm 30 - 40 % mà đa phần là photpholipit quay đầu kị nước vào nhau

Sự phân bố protein và photpholipit ở màng nguyên sinh chất khác nhau ở từng vùng, có những vùng nhiều protein, ít photpholipit và ngược lại Sự phân bố đó tạo ra các lỗ hỏng trên

màng nguyên sinh chất, những lổ hỏng này có chứa một loại protein đặc biệt có tác dụng vận chuyển dinh dưỡng vào tế bào gọi là các permeaza hay protein vận chuyển

Ngoài 2 thành phần chính là protein và photpholipit, trong màng nguyên sinh chất còn chứa khoảng 2 - 5 % hidratcacbon, một số ít chứa glycolipit, một lượng nhỏ ARN (axit ribonucleic)

c Nguyên sinh chất (Cytoplasm)

Nguyên sinh chất hay tế bào chất là thành phần chính của tế bào vi khuẩn, đó là khối chất keo bán lỏng chứa 80 - 90 % là nước, phần còn lại là các thành phần hòa tan như protein, peptit, axit amin, vitamin, riboxom, các muối khoáng ( Ca, Na, P ) và một số nguyên tố hiếm

hóa - khử và các hợp chất photpholipit ở đây xảy ra các quá trình oxi hóa các chất hữu cơ là nguồn năng lượng và cũng là nơi tổng hợp các chất giàu năng lượng dự trữ, như ATP Nó có vai trò quan trọng trong phân chia tế bào và hình thành vách ngăn ngang

* Riboxom ( Ribosome)

Nằm tự do trong tế bào chất, gồm màng lưới nội chất và những hạt nhỏ có kích thước

riboxom còn chứa một ít lipit, một số enzim và một số chất khoáng Mỗi tế bào vi khuẩn có trên 1000 riboxom, tế bào E.coli ở dạng phát triển mạnh mẽ có khoảng 15.000 riboxom Riboxom là trung tâm tổng hợp protein của tế bào, nhưng chỉ có 5 - 10 % tổng số riboxom trong tế bào tham gia vào quá trình tổng hợp, những dạng này thường tập hợp lại gồm vài riboxom một gọi là poly riboxom hay polyxom

* Các hạt khác

Trong nguyên sinh chất của vi khuẩn còn có các loại hạt có hình dạng và kích thước không giống nhau Chúng không phải là cơ quan con ổn định của tế bào mà sự có mặt của chúng chịu ảnh hưởng nhiều của điều kiện ngoại cảnh

+ Các hạt dự trữ hay thể vùi được hình thành khi tế bào tổng hợp thừa các hợp chất đó

và được sử dụng khi tế bào thiếu thức ăn Hạt dự trữ bao gồm lipit, gluxit và các chất vô cơ, ngoài ra ở một số vi sinh vật còn có các tinh thể có khả năng giết côn trùng

d Thể nhân (Nuclear body)

Thể nhân ở vi khuẩn là dạng nhân nguyên thủy, chưa có màng nhân nên không có hình dạng cố định, vì vậy còn được gọi là vùng nhân

Thể nhân có hình cầu, kéo dài như hình que hay hình quả tạ hay hình chữ V Thể nhân không có màng nhân nhưng giới hạn giữa thể nhân và nguyên sinh chất rất rõ Thể nhân là

một sợi nhiễm sắc thể có đườmg kính 3 - 8 nm, cấu tạo bởi một sợi ADN xoắn, nếu mở vòng xoắn ra thì dài 1 nm Sợi ADN có dạng vòng tròn và chỉ là một phần tử ADN đóng kín Trong quá trình phân bào, nhân vi khuẩn phân chia đơn giản bằng cách cắt đôi, không có

sự gián phân bởi vì vi khuẩn chỉ có một nhiễm sắc thể duy nhất

e Tiên mao (flagellum)

Một số loại vi khuẩn có khả năng di động một cách chủ động là nhờ những cơ quan đặc biệt

các vi khuẩn này có thể chuyển động trong môi trường lỏng (tốc độ di động của vi khuẩn có

g Bào tử (Spore)

Bào tử (nha bào) thường có hình tròn hay hình bầu dục Bào tử là một hình thức tiềm sinh của vi khuẩn, nó giúp cho vi khuẩn vượt qua được những điều kiện bất lợi của ngoại cảnh Bào tử thường được sinh ra trong những điều kiện bất lợi như môi trường thiếu chất dinh dưỡng, nhiệt độ, độ pH không thích hợp, môi trường tích luỹ nhiều sản phẩm trao đổi chất bất lợi, mỗi vi khuẩn chỉ tạo được một bào tử Khi gặp điều kiện sống thuận lợi bào tử lại nảy mầm để đưa vi khuẩn trở lại dạng sinh sản

h Lớp vỏ nhầy (Capsule) hay lớp dịch nhầy: đây là lớp ngoài cùng của màng tế bào Đa

số vi khuẩn được bao bọc bởi lớp vỏ nhầy, có một số vi khuẩn không có vỏ nhầy thì được bao bọc xung quanh bởi một lớp dịch nhầy không có giới hạn và cấu trúc rõ rệt

- Kích thước của lớp vỏ nhầy thay đổi nhiều tùy thuộc vào loại vi khuẩn, tùy thuộc vào môi trường nuôi cấy

+ Bao nhầy mỏng (Vi giáp mạc - Microcapsule)

+ Bao nhầy (Giáp mạc - Capsule)

+ Khối nhầy (là do các bao nhầy liên kết với nhau tạp thành - Zooglea)

1.2.2.3 Xạ khuẩn

Xạ khuẩn là một nhóm vi sinh vật đơn bào, phân bố rộng rãi trong tự nhiên (trong đất, trong nước và trong các cơ chất hữu cơ) Xạ khuẩn là một trong những nhóm vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong tự nhiên: chúng tham gia vào các quá trình chuyển hóa nhiều hợp chất trong tự nhiên, có khả năng hình thành chất kháng sinh Một số ít gây bệnh cho người và động vật

Xạ khuẩn có kích thước và cấu tạo tế bào giống vi khuẩn (kích thước nhỏ bé tương tự vi khuẩn, nhân cũng chưa phân hoá rõ rệt, màng tế bào không có xenllulo hay kitin, sự phân chia tế bào như vi khuẩn) Tuy vậy, xạ khuẩn lại có hình thái giống nấm ở chổ cấu tạo sợi, phát triển bằng cách phân nhánh thành những sợi nhỏ, dài gọi là khuẩn ti (hypha), mỗi khuẩn

ti do một tế bào hình thành, nhiều khuẩn ti tập hợp lại gọi là hệ khuẩn ti

Khuẩn ti xạ khuẩn

hoại sinh, không có lông và giáp mô, có hình que hay hình cầu

Khi nuôi cấy trong môi trường đặc, khuẩn ti của xạ khuẩn phát triển thành 2 loại: khuẩn ti

cơ chất cắm sâu vào môi trường để lấy nước và thức ăn (còn gọi là khuẩn ti dinh dưỡng); khuẩn ti khí sinh phát triển ra ngoài không khí, trên bề mặt môi trường, làm nhiệm vụ sinh sản Khuẩn ti cơ chất có thể cắm sâu vào môi trường từ 1 - 3 mm, chúng mọc thành một vòng nhỏ xung quanh khuẩn lạc, khuẩn ti cơ chất có thể ví như bộ rễ của thực vật, chúng hút chất dinh dưỡng để cung cấp cho toàn bộ cơ thể

Khuẩn lạc của xạ khuẩn

Khi nuôi cấy trên môi trường đặc, khuẩn ti phát triển dày đặc tạo thành khuẩn lạc Khuẩn lạc có đường kính từ 0,5 - 2mm và có nhiều màu sắc khác nhau (đỏ, da cam, lam, hồng, nâu, tím ) tuỳ thuộc từng loài và điều kiện nuôi cấy Màu sắc của xạ khuẩn cũng là một tiêu chuẩn quan trọng để xác định tên các loài xạ khuẩn

Sinh sản của xạ khuẩn

Theo lối sinh sản vô tính: Bào tử của xạ khuẩn được hình thành trên các nhánh phân hóa của khuẩn ti khí sinh (gọi là cuống sinh bào tử) Đây là cơ quan sinh sản đặc trưng của xạ khuẩn Có 2 cách hình thành bào tử:

+ Vách ngăn được hình thành từ phía trong của màng tế bào chất và tiến dần vào trong tạo ra vách ngăn không hoàn chỉnh, sau đó sợi bào tử mới phân cắt thành bào tử trần (Do sự kết đoạn)

+ Thành tế bào và màng tế bào chất đồng thời xuất hiện vách ngăn tiến dần vào phía trong và làm cho sợi bào tử phân cắt tạo thành 1 chuỗi bào tử trần (Do sự cắt khúc)

1.2.2.4 Vi Nấm

Vi nấm là nhóm nấm có kích thước hiển vi Vi nấm khác với vi khuẩn và xạ khuẩn, chúng có cấu tạo nhân ðiển hình, vì vậy chúng được xếp vào nhóm Eukaryotes Vi nấm gồm 2 nhóm lớn - Nấm men và nấm sợi, nấm men có cấu trúc đơn bào, nấm sợi có cấu trúc

đa bào Nấm sợi còn gọi là nấm mốc Vi nấm được xếp loại trong giới nấm (Fungi) bao gồm cả các nấm lớn

* Về cấu tạo tế bào nấm men: gần giống như vi khuẩn, cũng bao gồm: thành tế bào,

màng nguyên sinh chất, nguyên sinh chất và nhân

- Thành tế bào nấm men trong suốt, nhớt, tương đối mỏng (dày khoảng 25nm), chiếm

25% khối lượng khô tế bào Thành phần hoá học chủ yếu của thành tế bào là hemixenllulozo chiếm 70% khối lượng khô (trong đó manan 31%, glucan 29%) Ngoài ra còn có 1-3% kitin, 6-10% protein, 8% lipit, 7% chất khoáng

- Màng nguyên sinh chất dày 7 - 8m, cấu tạo chủ yếu là protein chiếm 50% khối lượng khô, còn lại là lipit 40% và một ít polisaccarit Chức năng của màng tương tự như màng nguyên sinh chất vi khuẩn

- Nguyên sinh chất: đã có ti thể hình cầu, hình que, hình sợi, kích thước khoảng 0,2 - 0,5

sinh lý của tế bào Ngoài ra còn có riboxom, không bào và các hạt dự trữ

- Nhân: bắt đầu có nhân phân hoá, thuộc nhân thật, có tính ổn định, có kết cấu hoàn chỉnh,

có những biểu hiện của tế bào tiến hoá, đó là sự phân chia tế bào theo hình thức gián phân

Sinh sản của nấm men có hai hình thức

* Sinh sản vô tính: có 2 cách:

- Sinh sản bằng phương pháp nảy chồi: đây là hình thức sinh sản phổ biến của tế bào nấm men Khi nấm men trưởng thành sẽ nảy ra một chồi nhỏ, chồi lớn dần lên, một phần nhân của tế bào mẹ được chuyển sang chồi, sau đó tách thành một nhân mới, rồi hình thành vách ngăn để ngăn cách với tế bào mẹ và tạo nên tế bào con mới Trên một tế bào có thể nảy chồi ở nhiều vị trí khác nhau Tế bào con có thể tách ra khỏi cơ thể mẹ hoặc vẫn dính trên cơ thể mẹ và tiếp tục nảy chồi mới

- Sinh sản bằng phương pháp phân cắt:

Một số nấm men có thể sinh sản bằng phương pháp phân cắt giống như vi khuẩn, tế bào dài ra rồi sau đó sinh ra những vách ngăn đặc biệt và phân cắt thành nhiều tế bào Ví dụ:

Schizosacharomyces, Endomyces

* Sinh sản hữu tính:

Ở nấm men có thể sinh sản bằng bào tử túi (ascospore), bào tử được sinh ra trong một cái túi hay nang bào tử, trong mỗi túi có từ 2 - 4 hoặc 8 bào tử, túi được sinh ra do sự tiếp hợp của 2 tế bào nấm men hoặc là do sự sinh sản đơn tính

Khi hai tế bào khác giới đứng gần nhau, ở mỗi đầu của hai tế bào sẽ mọc ra mấu lồi lên

và tiến sát vào nhau, sau khi tiếp xúc màng tế bào sẽ nứt ra, hai tế bào tiếp hợp với nhau và hình thành một hợp tử, nhân của hợp tử phân chia làm 2 hoặc 4 hoặc 8 nhân mới, và mỗi một nhân con cùng với một phần nguyên sinh chất tạo thành túi bào tử

Túi bào tử gặp điều kiện thích hợp sẽ phát triển thành một tế bào nấm men mới Tế bào này lại tiếp tục sinh sản theo lối nảy chồi

Túi bào tử có thể được sinh ra theo 3 phương thức:

- Tiếp hợp đẳng giao: do hai tế bào nấm men có hình thái, kích thước giống nhau, tiếp hợp với nhau mà tạo thành

- Tiếp hợp dị giao: do hai tế bào nấm men có hình thái, kích thước không giống nhau tiếp hợp với nhau mà tạo thành

- Sinh sản đơn tính: tạo thành bào tử trực tiếp từ một tế bào riêng rẽ, không thông qua tiếp hợp

2 Nấm mốc (Molds, Moulds)

Nấm mốc hay còn gọi là nấm sợi, là tên chung để chỉ tất cả các nhóm nấm không phải là nấm men mà cũng không phải là các nấm lớn có mũ như nấm rơm Nấm men phân bố rộng

rãi trong tự nhiên, tham gia tích cực vào vòng tuần hoàn vật chất, nhất là quá trình phân giải chất hữu cơ và hình thành chất mùn Rất nhiều loại nấm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp enzim, dược phẩm, sản xuất thuốc trừ sâu Nhiều nấm sợi kí sinh trên người, động - thực vật gây ra các bệnh nấm nguy hiểm Một số nấm mốc phát triển trên các cơ chất hữu cơ gây hư hỏng thực phẩm, lương thực

a Hình thái, kích thước và cấu tạo nấm mốc

Sợi nấm (hypha) có dạng hình ống dài, phân nhánh, bên trong chứa chất nguyên sinh có

trường hợp dài tới 1mm (nấm tiếp hợp Phycomycetes blankesneanus) Chiều dài của sợi nấm

có thể đạt đến vài chục cm Toàn bộ sợi nấm và các nhánh phát triển từ một bào tử nấm gọi

là hệ sợi nấm

Hình thái khác nhau tuỳ từng loại, thường gặp 5 dạng chính là: hình lò xo hay hình xoắn

ốc, sợi nấm hình đốt quấn với nhau thành một khối chặt, hình vợt một đầu to một đầu nhỏ, hình hươu, hình lược hoặc hình lá cây dừa

Cũng tương tự xạ khuẩn, ở nấm mốc người ta phân biệt hai loại khuẩn ti: khuẩn ti cơ chất và khuẩn ti khí sinh Từ khuẩn ti khí sinh về sau sẽ phát triển thành cơ quan sinh sản mang bào tử

Ở một số nấm bậc thấp, sợi nấm không có vách ngăn, toàn bộ khuẩn ti thể có thể coi là

một tế bào phân nhánh, chúng thuộc lớp Phycomycetes, các giống hay gặp là Mucor rhijopus,

Phycomycetes Người ta gọi đó là cơ thể đa nhân Còn đại đa số nấm mốc, khuẩn ti có vách

ngăn, do đó cơ thể của chúng có cấu tạo đa bào

b Sinh sản của nấm mốc: có nhiều hình thức:

* Sinh sản dinh dưỡng:

- Sinh sản bằng khuẩn ti: Khuẩn ti đứt ra thành nhiều đoạn, mỗi đoạn rơi vào môi trường gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển thành khuẩn ti thể mới

- Sinh sản bằng bào tử màng dày - gọi là bào tử áo (Chlamydospore): một số nấm mốc

có thể sinh sản bằng bào tử áo, nó được hình thành do sự phình to của một đoạn khuẩn ti, có hình tròn hay hình gần tròn, có màng dày bao bọc, bên trong có nhiều chất dự trữ giúp cho nấm trải qua được các điều kiện sống bất lợi, khi gặp điều kiện thuận lợi sẽ nảy mầm và phát triển thành khuẩn ti mới

- Một số có thể sinh sản bằng hạch nấm, một dạng tổ chức sợi dày của nấm mốc

* Sinh sản vô tính: bằng cách hình thành bào tử, có hai loại:

- Bào tử kín (Sporangiospore): là bào tử được hình thành trong một cái túi (Sporangium)

Túi được hình thành ở đầu mút của sợi khí sinh, trong đó tế bào chất được phân chia thành nhiều phần bằng nhau, mỗi phần dần dần hình thành vỏ trở thành một bào tử Khi túi vỡ, bào

tử phát tán ra ngoài, gặp điều kiện thuận lợi sẽ nảy mầm thành cơ thể mới

- Bào tử trần (Conidium): đa số nấm mốc được hình thành theo kiểu này, các bào tử nằm bên ngoài không được bao bọc trong túi Hầu hết chúng là bào tử ngoại sinh (được sinh ra

bên ngoài các tế bào sinh bào tử) Các tế bào sinh bào tử được sinh ra trực tiếp trên khuẩn ti

đặc biệt gọi là cuống bào tử trần (Conidiospore) Bào tử trần có thể đơn bào hoặc đa bào, có

thể đứng riêng từng cái hoặc xếp thành chuỗi, thành khối

Có 3 kiểu phát sinh bào tử trần:

+ Kiểu Arthroconidium: bào tử trần được hình thành do sự cắt đoạn của khuẩn ti

+ Kiểu Blastoconidium: bào tử trần được sinh ra bằng cách nảy chồi và bản thân bào tử này cũng có khả năng nảy chồi để sinh ra bào tử trần kế tiếp, cứ như vậy tạo thành một chuỗi gọi là chuỗi gốc già

+ Kiểu Euconidium: bào tử trần được sinh ra từ tế bào sinh bào tử trần hoặc từ cuống bào tử trần bằng cách ngăn vách với tế bào sinh bào tử trần ngay khi bào tử mới được hình thành và hoàn toàn không có khả năng sinh ra các bào tử nối tiếp Nếu tạo thành chuỗi thì gọi

là chuỗi gốc non (nghĩa là bào tử trần càng gần miệng càng non), các bào tử trần của một chuỗi đều sinh ra từ tế bào sinh bào tử trần

* Sinh sản hữu tính:

Ở nấm mốc có quá trình sinh sản hữu tính Cũng như ở các sinh vật bậc cao, ở nấm mốc

có hiện tượng chất giao, nhân giao và phân bào giảm nhiễm

Căn cứ vào hình thức sinh sản mà người ta phân biệt:

- Bào tử tiếp hợp (Zygospore): hai sợi nấm giống nhau về hình thái nhưng giới tính khác

nhau sinh ra tế bào tiếp hợp, qua tiếp xúc để hoà hợp chất tế bào và hai nhân với nhau, tế bào phình to tạo ra bào tử hình cầu, vỏ dày xù xì gọi là bào tử tiếp hợp

- Bào tử trứng (Oospore): Khi vào giai đoạn sinh sản, trên sợi nấm sinh ra cơ quan sinh

sản riêng biệt là bao trứng và bao đực Sau khi phối giao, toàn bộ nhân và chất tế bào của bao đực dồn sang bao trứng (cái) tạo ra bào tử trứng

- Bào tử túi (Ascospore): Từ sợi nấm sinh ra nhiều bao đực và bao cái kết hợp với nhau

tạo ra sợi sinh túi, đỉnh sợi sinh túi phình to tạo thành túi Trong túi phân chia giảm nhiễm nhiều lần tạo ra bào tử hữu tính đơn bội gọi là bào tử túi

- Bào tử đảm (Basidiospore): khi sinh sản từ sợi nấm sinh ra đảm, đảm là tế bào 2 nhân,

sau khi phân chia giảm nhiễm 1- 2 lần tạo ra 2- 4 bào tử đảm Đảm có hai loại tuỳ theo từng loại nấm, loại đảm đơn bào sẽ sinh ra bào tử đảm ở trên đỉnh đảm có gắn các cuống nhỏ, loại đảm đa bào tạo ra bào tử đảm từ mỗi tế bào ở hai bên sườn đảm

CHƯƠNG 2: SINH LÝ ĐẠI CƯƠNG VI SINH VẬT 2.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật

2.1.1 Khái niệm chung

- Các chất được vi sinh vật hấp thụ từ môi trường xung quanh và được chúng dùng làm nguyên liệu để cung cấp cho quá trình sinh tổng hợp (hay nói cách khác là trực tiếp tham gia vào quá trình trao đổi nào đó trong cơ thể vi sinh vật) thì gọi là chất dinh dưỡng

- Các chất ở trong môi trường dinh dưỡng mặc dù được vi sinh vật rất cần nhưng chỉ có nhiệm vụ cân bằng ion, cân bằng thế oxy hoá khử, các chất đệm thì không được gọi là chất dinh dưỡng

- Quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng từ môi trường xung quanh vào cơ thể gọi là quá trình dinh dưỡng

Hiểu biết về quá trình dinh dưỡng là cơ sở tất yếu để có thể nghiên cứu, ứng dụng hoặc

ức chế VSV

2.1.2 Thành phần hoá học của tế bào vi sinh vật

Thành phần hoá học của tế bào VSV quyết định nhu cầu dinh dưỡng của chúng Trong tế bào VSV các hợp chất được phân thành 2 nhóm lớn: Nước và các hợp chất hữu cơ

a Nước

Nước là thành phần chủ yếu của tế bào vi sinh vật (chiếm khoảng 80 - 90% trọng lượng

cơ thể) Tất cả các quá trình tổng hợp, phân giải xảy ra trong tế bào vi sinh vật đều cần nước làm môi trường, do đó nếu mất nước đến một lượng nào đó thì cơ thể vi sinh vật sẽ bị chết hoặc ngừng hoạt động Trong tế bào, nước thường tồn tại ở hai dạng: nước tự do và nước liên kết

Phần nước có thể tham gia vào các quá trình trao đổi chất của VSV được gọi là nước tự

do Nước tự do gồm các chất dịch chứa trong tế bào, nó không tham gia vào các hợp chất hoá học của tế bào nên dễ bị bay hơi khi sấy khô Đa phần nước trong tế bào VSV tồn tại ở dạng nước tự do Lượng nước tự do trong tế bào thay đổi tùy theo môi trường bên ngoài, theo sự sinh trưởng của vi sinh vật

Nước kết hợp là phần nước liên kết với các hợp chất cao phân tử trong tế bào (protein, lipit, hydratcacbon ) Nước liên kết tham gia vào cấu tạo các chất hữu cơ trong tế bào nên rất khó tách ra Nước liên kết mất khả năng hòa tan và lưu động

Sự mất lượng nước tự do với số lượng đáng kể sẽ dẫn đến sự khô tế bào và ảnh hưởng lớn đến quá trình trao đổi chất Sự mất nước liên kết cũng dẫn đến phá hủy cấu trúc tế bào và làm chết tế bào

b Chất khô (các chất hữu cơ)

Chất khô trong tế bào vi sinh vật chiếm khoảng 10 - 20 % trọng lượng cơ thể và được tạo thành chủ yếu từ các nguyên tố C, H, O, N, P, S Riêng 4 nguyên tố C, H, O, N đã chiếm tới 90 - 97% toàn bộ chất khô của tế bào Đó là các nguyên tố chủ chốt để cấu tạo nên protein, axit nucleic, lipit, hydratcacbon Khi đốt tế bào, các nguyên tố này thoát ra ở dạng khí (khoảng 86 - 98%), phần còn lại (2 - 14%) là các chất khoáng (hay còn gọi là các nguyên

tố tro)

* Protein:

Là thành phần chủ yếu của nguyên sinh chất (chiếm 50 - 80% chất khô của tế bào vi

khuẩn, 40 - 60% ở tế bào nấm men, 15 - 40% ở tế bào nấm mốc) Mỗi loại vi sinh vật chứa

một số loại protein khác nhau, thường chúng chứa protein thuộc loại globulin, albumin,

glutein

Protein ngoài việc tham gia vào cấu trúc của tế bào chất, nhân, màng nguyên sinh chất

và thành tế bào, nó còn là thành phần cơ bản cấu tạo nên các hệ enzim, đóng vai trò quan

trọng trong phản ứng sinh hóa Trong tế bào vi sinh vật có hàng ngàn enzim khác nhau Điều

này cho thấy vì sao mà hàm lượng protein ở vi sinh vật lại cao như vậy

* Gluxit: là nguồn năng lượng và cacbon chủ yếu của tế bào vi sinh vật Nó giữ vai trò

quan trọng trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vật Lượng gluxit trong tế bào vi sinh vật

cũng như động vật và thực vật ít hơn so với các chất khác, chỉ chiếm 12 - 18% trọng lượng

khô của tế bào

ở các phần khác nhau của tế bào vi sinh vật chứa những loại gluxit khác nhau: ở thành tế

bào, màng tế bào chất, gluxit thường tồn tại dưới dạng liên kết với protein ; glycogen và

granulose thường tồn tại dưới dạng hạt trong tế bào chất

Gluxit giữ vai trò rất quan trọng trong cơ thể, chúng được sử dụng để tổng hợp protein

và lipit; xây dựng các bộ phận cơ thể như thành tế bào, vỏ nhầy, đồng thời là nguyên liệu cho

quá trình hô hấp

* Lipit và lipoit:

Chất béo trong tế bào vi sinh vật gồm các hạt lipit và lipoit tập trung nhiều ở màng tế

bào chất Trong tế bào lượng lipit ít (chỉ có 3 - 7% trọng lượng khô của tế bào) nhưng nó có

ý nghĩa lớn đối với đời sống tế bào, nó thường làm nhiệm vụ các chất dự trữ trong tế bào, là

nhân tố tích cực chống đỡ các độc tố và các kháng sinh xâm nhập vào cơ thể Trong tế bào

nó có thể đứng riêng rẽ, phân tán ở dạng hạt, hoặc kết hợp với protein tạo thành những hợp

chất hữu cơ phức tạp Các lipit thường gặp là photpholipit, glucolipit

* Axit nucleic: có cấu tạo chủ yếu bởi N (1-16%), P (9-10%), phần còn lại là C, H, O

Căn cứ vào đường pentoza trong phân tử mà axit nucleic được chia thành 2 loại: ADN và

ARN Có 2 chức năng quan trọng là:

- Trực tiếp tham gia vào quá trình tổng hợp protein

- Mang mật mã di truyền - một đặc điểm cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống

* Sắc tố:

Một số vi sinh vật có khả năng tạo thành sắc tố, chẳng hạn các vi sinh vật tự dưỡng

quang năng có chứa sắc tố quang hợp Ngoài ra còn có nhiều loại sắc tố khác nữa như:

carotenoit, antoxiamin, piaron, araquinon Các sắc tố của vi sinh vật quyết định màu sắc của khuẩn lạc khi nuôi cấy, có vai trò quan trọng trong phân loại vi sinh vật

Ví dụ: - Carotenoit làm cho khuẩn lạc có màu đỏ da cam (ở Sarcina, Micrococus,

Mycobacterium )

- Puncherimin ở Candida puncherima sẽ có màu đỏ tối trên môi trường có sắt Ngoài ra sắc tố còn có nhiệm vụ bảo vệ, giúp cho vi sinh vật tránh khỏi ảnh hưởng có hại của ánh sáng thường và ánh sáng tử ngoại Một số loài vi sinh vật có sắc tố còn có khả năng kháng sinh

* Vitamin:

Rất nhiều vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra các loại vitamin Vitamin rất cần thiết cho

vi sinh vật Với lượng rất nhỏ vitamin sẽ giúp cho vi sinh vật phát triển bình thường ở nấm men thường chứa nhiều vitamin hơn các sinh vật khác

lam, vi khuẩn lactic, vi khuẩn metan

- Tiền vitamin D có nhiều trong tế bào nấm men, nấm mốc (Aspergillus,

Penicilium)

Vai trò của vitamin thể hiện trên nhiều mặt: hoạt hoá các axit amin, có vai trò quan trọng trong quá trình oxy hoá khử, là thành phần của nhiều enzim quan trọng

* Enzim: trong cơ thể vi sinh vật có nhiều loại enzim, gồm enzim đơn giản, enzim phức

tạp, enzim nội bào, enzim ngoại bào Chúng xúc tác cho các phản ứng sinh hoá xảy ra trong

cơ thể (enzim nội bào) và ngoài cơ thể (enzim ngoại bào)

2.1.3 Các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật

2.1.3.1 Dinh dưỡng cacbon

Tùy thuộc vào khả năng đồng hóa các nguồn cacbon mà người ta chia vi sinh vật thành các nhóm sinh lí sau:

a Tự dưỡng

khoáng Dựa vào nguồn năng lượng dùng cho tổng hợp, nhóm này lại được chia thành 2 nhóm:

Các vi sinh vật quang hợp có các chất màu tương tự như diệp lục ở cây xanh Những vi khuẩn có sắc tố màu đỏ thuộc phân nhóm này Phương trình tổng quát của quá trình quang hợp như sau:

+ Tự dưỡng hóa năng: Nguồn C là CO2, nguồn năng lượng lấy từ các phản ứng oxi hóa các hợp chất vô cơ (vi khuẩn nitrogen sử dụng nguồn năng lượng trong phản ứng oxi hóa

khuẩn sắt thuộc phân nhóm này

b Dị dưỡng

Các vi khuẩn dị dưỡng chỉ đồng hóa được các chất hữu cơ Chúng được chia thành: + Dị dưỡng quang năng: Nguồn C là chất hữu cơ, nguồn năng lượng là ánh sáng Ví dụ:

vi khuẩn lưu huỳnh màu tía

+ Dị dưỡng hóa năng: Nguồn C là chất hữu cơ, nguồn năng lượng là từ sự chuyển hóa trao đổi chất của chất nguyên sinh (hô hấp hoặc lên men) của một cơ thể khác Ví dụ: động vật nguyên sinh, nấm, một số vi khuẩn

+ Hoại sinh: Nguồn C là chất hữu cơ, nguồn năng lượng là từ sự trao đổi chất của chất nguyên sinh các xác hữu cơ Thuộc nhóm này là các vi khuẩn gây thối, lên men, mấn mốc, nấm men

+ Kí sinh: Nguồn C là chất hữu cơ, nguồn năng lượng lấy từ các tổ chức hoặc dịch thể của cơ thể sống Những vi sinh vật kí sinh thường là những vi sinh vật gây bệnh, những virut

và thực khuẩn thể sống bám vào các cơ thể sống

Bảng: Thành phần hóa học của rỉ đường mía và rỉ đường củ cải

2.1.3.2 Dinh dưỡng nitơ

Nguồn thức ăn nitơ có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự phát triển của VSV Nguồn nitơ

sử dụng được nguồn nitơ này, VSV phải có khả năng cố định nitơ, nghĩa là khử N phân tử

chất hữu cơ Việc sử dụng các nguồn nitơ này thường gắn liền với sự tách nhóm NH3 ra, sau

dinh dưỡng nitơ

Tuỳ theo nguồn nitơ được sử dụng, người ta chia VSV ra làm 2 nhóm:

- VSV tự dưỡng amin: là những VSV có khả năng đồng hoá nitơ từ những nguồn nitơ vô

Ví dụ: VSV cố định nitơ, VSV amin hoá

- VSV dị dưỡng amin: gồm những VSV trong quá trình đồng hoá nitơ phải cung cấp cho

nó một số axit amin nhất định Các axit amin này được sử dụng một cách nguyên vẹn chứ

2.1.3.3 Dinh dưỡng khoáng

Có hai nhóm vật chất cần thiết cho sự sống của VSV, nhóm thứ nhất là nước, là yếu tố quyết định sự dinh dưỡng của VSV; nhóm thứ hai gồm các vật chất cấu tạo bởi các nguyên

tố C, H, O, N, S, P, K, Na, Ca Các nguyên tố này cũng có thể chia ra các nguyên tố tối cần cho VSV và các nguyên tố thứ yếu

+ Các nguyên tố tối cần: C, H,O, N, S, P và K Các nguyên tố này hiện diện trong tất cả các hợp chất như protein, chất béo, đường bột và ở dưới dạng cấu trúc giống nhau trong tất

cả các loài VSV

Một số nguyên tố khác cũng là nguyên tố tối cần như Ca, Na, Fe, Mg, tuy nhiên là các nguyên tố tối cần cho từng nhóm VSV Ví dụ: Fe rất cần thiết cho vi khuẩn hiếu khí, các VSV có quang hợp rất cần có Mg

+ Các chất vi lượng: gồm các nguyên tố mà VSV rất cần thiết cho sự tăng trưởng, nhưng với số lượng rất ít Thí dụ: Mn, Cu, B

Ngoài ra các vitamin là những chất phức tạp, cũng có vai trò như những chất vi lượng vì chỉ cần một lượng nhỏ cũng kích thích được sự tăng trưởng Bên cạnh các vitamin, một số

axit amin cũng là chất vi lượng cần thiết cho VSV Thí dụ: khi nuôi vi khuẩn Salmonella

typhy gây bệnh thương hàn, nếu thiếu một ít tryptophan thì vi khuẩn không mọc tốt được

2.1.4 Cơ chế xâm nhập thức ăn qua màng tế bào VSV

a Tính thẩm thấu của màng nguyên sinh chất

Tế bào VSV nói riêng và tế bào sinh vật nói chung là một hệ thống mở, nó không thể tồn tại trong một hệ thống kín Để tồn tại, sinh trưởng và phát triển, nó phải thường xuyên trao đổi năng lượng và vật chất với môi trường bên ngoài: một mặt chúng thu nhận các chất dinh dưỡng cần thiết từ môi trường, mặt khác nó thải ra ngoài các sản phẩm trao đổi chất Như vậy, để thực hiện mối quan hệ đó, màng nguyên sinh chất có khả năng điều chỉnh sự ra vào của các chất một cách chọn lọc Sự xâm nhập của nước và các chất hoà tan qua màng nguyên sinh chất là một quá trình động học

b Cơ chế xâm nhập thức ăn qua màng tế bào

Các chất qua màng nguyên sinh chất tuân theo một trong 2 cơ chế: khuyếch tán thụ động

và vận chuyển tích cực

- Cơ chế khuyếch tán thụ động: theo cơ chế này các chất đi qua màng tế bào nhờ sự chênh lệch nồng độ (đối với các chất không điện phân) hoặc sự chênh lệch điện thế (đối với

các ion) giữa hai phía của màng Sự vận chuyển này không đòi hỏi năng lượng Trong thực tế,

theo cơ chế này

- Cơ chế vận chuyển tích cực: theo cơ chế này các chất muốn đi ra hay đi vào tế bào trước hết phải liên kết với những phân tử vận chuyển đặc biệt nằm trong màng, đó chính là pecmeaza (còn gọi là protein thấm) Sau đó sự vận chuyển nhờ pecmeaza có thể là thụ động (không cần năng lượng) hoặc có thể chủ động (cần năng lượng) Cùng một pecmeaza có thể đảm nhận cả chức năng vận chuyển thụ động (không cần năng lượng của tế bào) lẫn chức năng vận chuyển chủ động (cần năng lượng của tế bào)

2.2 Trao đổi chất và trao đổi năng lượng của vi sinh vật

Trong quá trình sống VSV cũng như những VSV khác cần có năng lượng

Các quá trình oxi hoá - phân huỷ kèm theo quá trình giải phóng năng lượng gọi là quá trình trao đổi năng lượng

Ở các sinh vật bậc cao trao đổi năng lượng và dị hoá là một, nhưng ở VSV lại là hai khái niệm, sở dĩ như vậy vì do cơ thể VSV quá nhỏ nên lượng vật chất trong cơ thể quá ít, trong quá trình sống chúng phải sử dụng cả các hợp chất thu được từ môi trường ngoài

Các loại hình hô hấp ở VSV

Để tiến hành các quá trình sinh tổng hợp, cũng như để đảm bảo các hoạt động sống khác của cơ thể, VSV cũng như các sinh vật khác cần được cung cấp năng lượng Năng lượng này được sinh ra do sự oxi hoá khử sinh học các cơ chất của cơ thể VSV - sự hô hấp của VSV VSV có thể dùng rất nhiều các hợp chất hữu cơ khác nhau để làm nguồn sinh năng lượng Căn cứ vào điều kiện có oxi hay không có oxi và nguồn chất nhận điện tử mà người ta chia VSV thành 3 loại hình hô hấp sau:

- Hô hấp hiếu khí là sự hô hấp xảy ra trong điều kiện có oxi không khí

- Hô hấp kị khí (lên men): xảy ra trong điều kiện không có oxi

- Hô hấp kị khí đặc biệt: xảy ra trong điều kiện không có oxi, chất nhận điện tử là các chất vô cơ (nitrat, sunfat)

Cơ chất (vật tiếp nhận) của quá trình hô hấp rất khác nhau, trong đó phổ biến nhất là glucoza Quá trình phân giải glucoza để tạo thành axit piruvic trong điều kiện kị khí có thể theo 3 con đường

- Con đường EMP (Embden - Meyerhof - Parnas)

- Con đường HMP (Hexozomonophotphat) hay sơ đồ Warburg - Pickens - Horecker

- Con đường ED (Entner - Doudoroff)

Con đường thứ hai có sự tạo thành các hợp chất 5 cacbon cho nên còn gọi là chu trình pentozophotphat

Hô hấp hiếu khí (chu trình Kreps, chu trình ATC)

Axit piruvic được hình thành từ một trong những con đường phân giải hydratcacbon nói

nước

Ở đây oxi là vật tiếp nhận, hydro từ cơ chất không trực tiếp kết hợp ngay với oxi mà

được

Ý nghĩa của chu trình: Ngoài chức năng ôxy hóa tận cùng, chu trỡnh ATC cũn cung cấp

(tổng hợp nhân hem) Về năng lượng, chu trỡnh cung cấp 1ATP ở mức độ phosphoryl hóa cơ

Hô hấp kị khí (lên men)

Người ta gọi quá trình phân giải cacbonhydrat trong điều kiện kị khí là quá trình lên men Lên men là quá trình oxi hóa - khử cơ chất và kết quả là một phần cơ chất bị khử còn một phần khác thì lại bị oxi hóa

Đối với VSV kị khí thì quá trình oxi hoá sinh năng lượng không kèm theo việc liên kết với oxi của không khí Sở dĩ đây có sự oxi hóa là do việc tách hydrogen ra khỏi cơ chất Như vậy, từ axit piruvic trở đi trong điều kiện không có oxi, tuỳ theo từng loại VSV mà nó tạo ra

như rượu, axit hữu cơ, andehyt, xeton

Năng lượng sinh ra trong quá trình lên men không nhiều như trong quá trình hô hấp hiếu khí (lên men rượu 28,2 Kcal, lên men lactic 18 Kcal, lên men butyric 15 Kcal) Năng lượng sinh ra trong quá trình lên men sẽ được chi phí một phần cho các phản ứng khử, một phần tích lũy trong các liên kết cao năng

Hô hấp kị khí đặc biệt (hô hấp nitrat hay hô hấp sunfat)

Hô hấp kị khí đặc biệt giống với quá trình hô hấp hiếu khí ở chỗ chất nhận hydro là chất

vô cơ nhưng khác ở chỗ chất nhận hydro ở hô hấp hiếu khí là oxi, còn đối với hô hấp kị khí đặc biệt lại là nitrat hay sunfat

Trong quá trình hô hấp nitrat và nhất là trong quá trình phản nitrat hoá cơ chất hữu cơ sẽ

hiếu khí khoảng 10%

2.3 Ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến hoạt động của vi sinh vật

Sự sinh trưởng và phát triển của VSV có liên quan rất chặt chẽ với các nhân tố ngoại cảnh Mỗi yếu tố ngoại cảnh tác động lên VSV ở 3 mức độ khác nhau: thấp nhất, tốt nhất và cao nhất

Ta có thể chia các nhân tố ngoại cảnh thành 3 nhóm: nhân tố vật lí, nhân tố hoá học và nhân tố sinh học

1 Ẩm độ

Hoạt động sống của VSV gắn liền với nước vì hàm lượng nước trong tế bào của chúng khá cao: vi khuẩn từ 75 - 85%, nấm men từ 73 - 82%, nấm mốc từ 84 - 90% Nước hoà tan các chất dinh dưỡng trước khi hấp thụ vào tế bào Mọi phản ứng sinh học trong tế bào đều xảy ra ở môi trường nước Nước còn tạo điều kiện thuận lợi cho sự chuyển động của một số VSV

Đa số VSV thuộc nhóm ưa nước Chúng cần nước ở trạng thái tự do Khi thiếu nước sẽ xảy ra hiện tượng loại nước ra khỏi tế bào, trao đổi chất bị giảm, tế bào có thể chết

2 Nhiệt độ

Hoạt động trao đổi chất của VSV có thể coi là kết quả của các phản ứng hoá học trong tế bào Vì các phản ứng này phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ nên yếu tố nhiệt độ rõ ràng là ảnh hưởng sâu sắc đến các quá trình sống của tế bào

- Nhiệt độ cao làm biến tính protein, hàng loạt các enzim bị đình chỉ hoạt động Ngoài ra nhiệt độ cao còn làm bất hoạt ARN và làm phá hoại màng tế bào chất Do đó ở nhiệt độ cao

càng bền vững, sức kháng nhiệt càng cao Hầu hết các tế bào dinh dưỡng bị tiêu diệt ở nhiệt

áp, phương pháp tindan, phương pháp Paster)

bào chất, làm ngưng quá trình sinh trưởng và phát triển của VSV

4 Áp suất thẩm thấu

Màng tế bào chất của VSV là màng bán thẩm thấu Trong môi trường ưu trương (môi trường có nồng độ chất tan cao), nước trong tế bào bị thấm ra ngoài, tế bào chịu trạng thái khô sinh lý, bị co nguuyên sinh chất và có thể bị chết nếu kéo dài Trong thực tế người ta ứng dụng tác dụng co nguyên sinh chất ở các nồng độ muối cao (10 - 15%) hoặc đường cao (50 - 80%) để bảo quản thực phẩm (muối dưa cà, ướp thịt cá, làm mứt) Bởi vì áp lực thẩm thấu của vi khuẩn thường ở 5 - 20 atm (thích ứng ở dung dịch có nồng độ muối < 2%, nồng độ đường 20 - 30%), còn nồng độ muối 15 - 20 % và đường 50 - 80%, áp lực thẩm thấu cao hơn

100 atm đa số vi khuẩn bị ức chế

4 Độ pH

pH môi trường có ảnh hưởng rất lớn đối với hoạt động sống của VSV pH làm ảnh hưởng tới quá trình trao đổi chất của VSV, thay đổi tính thẩm thấu của màng Thêm vào đó

pH làm thay đổi hẳn chiều hướng của các phản ứng (ví dụ: nấm men rượu nếu lên men trong

glycerin)

Đa số VSV sinh trưởng tốt ở pH trung tính, ví dụ hầu hết các vi khuẩn gây bệnh sinh trưởng tốt ở pH từ 6,5 - 7,4

Một số nhóm ưa hơi kiềm (pH từ 7,4 - 8) như vi khuẩn nitrat hoá, vi khuẩn cố định đạm,

vi khuẩn phân giải urê, xạ khuẩn Một số loại lại chịu được kiềm như Vibrio cholerae ở pH = 9

Một số nhóm ưa axit như vi khuẩn lactic, acetobacter, một số khác chịu axit như

Thiobacterium thiooxidans (pH = 1)

Nếu pH không thích hợp, VSV có thể bị ức chế, phát triển kém hay bị tiêu diệt Nhưng nhiều VSV trong quá trình hoạt động sống lại có khả năng tiết ra những chất làm thay đổi pH

môi trường, làm cho pH môi trường từ không thích hợp thành thích hợp và ngược lại (Ví dụ:

vi khuẩn lactic lúc đầu tiến hành lên men đường tạo thành axit làm môi trường thay đổi từ

pH 6-7 chuyển sang 5 thích hợp cho hoạt động sống của chúng Sau vì axit quá nhiều, pH giảm quá thấp làm vi khuẩn lactic phát triển kém dần)

Trong thực tế khi nuôi cấy VSV cần tạo pH thích hợp để chúng phát triển mạnh, hạn chế được tạp khuẩn Để giữ pH môi trường không thay đổi thường phải bổ sung các chất đệm (chất đệm thường dùng là photphat)

5 Các chất độc hoá học

Các chất độc hóa học khác nhau về thành phần và hoạt tính hoá học Người ta chia các chất độc hoá học ra 3 loại chủ yếu: chất sát trùng và chất phòng thối, chất kháng sinh và chất chống chuyển hoá Chúng khác nhau chủ yếu ở các cơ chế tác động lên VSV

6 Tác động của quan hệ cộng sinh

Là mối quan hệ sống chung, 2 bên cùng có lợi Giữa hai sinh vật kết hợp với nhau thành một cấu trúc đặc biệt, hoạt động sống của sinh vật này sẽ thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật kia và ngược lại Nếu tách rời 2 cơ thể ấy thì chúng bị chết hoặc bị ảnh hưởng sâu sắc đến hoạt động sống

Ví dụ: Sự cộng sinh giữa vi khuẩn nốt sần và rễ cây họ Đậu, tảo lam với bèo hoa dâu;

VSV với động vật nhai lại

7 Tác động của quan hệ tương hỗ

Đây là mối quan hệ rất phổ biến Trong mối quan hệ này không có sự ràng buộc một cách chặt chẽ giữa các sinh vật, chúng chỉ sống cạnh nhau để hỗ trợ lẫn nhau Chúng có thể sống tách rời nhau, không cần đến nhau và giữa chúng chỉ có một bên nhận mà không có sự giúp đỡ của bên kia

8 Tác động của quan hệ đối kháng

Đây là mối quan hệ không có lợi Chúng loại trừ lẫn nhau bằng sự tranh giành các chất dinh dưỡng, bằng chất độc do chúng tiết ra hay những sản phẩm của quá trình trao đổi chất

8 Tác động của quan hệ ký sinh

Là mối quan hệ giữa hai cá thể sinh vật mà một bên có lợi, còn một bên bị hại Sinh vật này sống nhờ hoàn toàn vào sinh vật kia bằng cách sử dụng bản thân sinh vật đó làm nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cho nó, làm cho sinh vật ấy bị ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển hoặc có thể bị chết

CHƯƠNG 3 SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG 3.1 Môi trường đất và sự phân bố của vi sinh vật trong đất

3.1.1 Đất là môi trường tự nhiên rất thích hợp đối với VSV

Sự hình thành đất là một quá trình lịch sử rất phức tạp trải qua một thời gian dài và chịu

sự tác động của nhiều yếu tố lý học, hoá học, sinh vật học

Trong đất có khối lượng chất hữu cơ rất lớn, chủ yếu là chất mùn Đó là nguồn thức ăn cacbon và đạm của nhiều loại VSV Hơn nữa, các chất dinh dưỡng (phân bón, xác động vật, thực vật) thường xuyên được bổ sung vào đất Ngoài ra trong đất luôn luôn có mặt của khí

mẽ Trung bình oxi chiếm 7 - 8% thể tích không khí trong đất và luôn luôn được bổ sung qua nước, nhờ quang hợp của tảo, nhờ các mô dẫn khí của cây và các biện pháp canh tác

Độ ẩm của đất trồng rau màu ở các vùng trung du, miền núi, đồng bằng nói chung ở 70 - 80% thích hợp với nhiều loại VSV

hợp cho nhiều loại VSV hoạt động tốt

Như vậy, đất có đầy đủ điều kiện cho sự sinh sôi nảy nở và hoạt động của VSV

3.1.2 Sự phân bố của VSV trong đất

Khu hệ VSV đất rất phức tạp, có những đặc điểm sinh lí và sinh thái rất khác nhau Chúng bao gồm vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, tảo, nguyên sinh động vật Trong 1 gam đất có khoảng 100 triệu vi khuẩn, 10 triệu xạ khuẩn, 10 vạn - 1 triệu nấm, 1 - 10 vạn tảo và nguyên sinh động vật (theo Kraxinnhicôp)

Tuy vậy, số lượng và cường độ hoạt động của VSV ở trong đất rất khác nhau tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Độ dày tầng đất: VSV tập trung nhiều ở tầng đất canh tác, càng xuống sâu, số lượng VSV càng giảm dần, nhất là các VSV hiếu khí Vi khuẩn kị khí phát triển mạnh ở tầng đất sâu 40 - 60cm Nói chung VSV ở đất trồng trọt, đất rừng và đồng cỏ thường tập trung ở độ sâu 15 - 30 cm

- Đặc điểm và tính chất của đất: ở đất giàu dinh dưỡng, tơi xốp, có độ ẩm, pH thích hợp thì VSV phát triển tốt, số lượng lớn Trái lại ở đất nghèo dinh dưỡng, kết cấu đất chặt, khô cằn hay bị chua mặn thì sự phát triển của VSV bị hạn chế rõ rệt, số lượng VSV ít, cường độ hoạt động yếu

Do đó chúng ta có thể thấy rằng: số lượng và thành phần VSV đất phản ánh độ phì của đất và có quan hệ mật thiết với sinh trưởng, phát triển của cây trồng Chính vì thế mà đánh giá độ phì nhiêu của đất phải kết hợp đánh giá cả tính chất lí hoá học và sinh học Nếu chỉ chú ý về hàm lượng chất dinh dưỡng trong đất thì sẽ khó giải thích tại sao trên các chất đất lầy thụt, đất đồng chiêm trũng, giàu chất hữu cơ, tỷ lệ đạm, mùn, lân khá cao mà cây trồng vẫn phát triển kém, năng suất thấp

Hệ VSV cũng có sự phân bố không giống nhau ở các loại đất khác nhau: vùng đất trồng lúa nước có tỷ lệ vi khuẩn hiếu khí trên kị khí gần bằng 1, ở đất lầy thụt là 0,1, ở đất trồng màu là 3 - 5

- Thời tiết khí hậu cũng chi phối mạnh mẽ đến quần thể VSV đất Vùng đất có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, ôn hoà thì có hệ VSV phong phú Vùng đất có khí hậu lạnh khô, ít nắng hoặc nắng nóng nhiều, ít mưa thì số lượng VSV ít Vì vậy, số lượng và loại hình VSV phụ thuộc vào vùng địa lí khác nhau trên trái đất, phụ thuộc vào các kinh độ và vĩ độ khác nhau, phụ thuộc vào từng tháng trong năm Tháng nóng, mưa nắng thuận hoà như mùa thu, cuối xuân, đầu hè, trong đất trồng có nhiều VSV hơn vào tháng lạnh hoặc nắng nóng hạn

- Quan hệ với cây trồng: khu hệ VSV vùng rễ có mối quan hệ mật thiết với cây trồng Quy luật chung là số lượng VSV đạt đến cực đại lúc cây có hoạt động sinh lý mạnh nhất - thời kỳ cây ra hoa ở những vùng rễ khác nhau thì thành phần và số lượng VSV cũng khác nhau, hay nói cách khác, bộ rễ của cây trồng có tính chọn lọc VSV Cụ thể là: rễ cây họ đậu thu hút vi khuẩn khoáng hoá lân, cố định nitơ Cây có rễ chùm thu hút nấm hoặc vi khuẩn phân giải xenluloza, vi khuẩn phản nitrat hoá

- Sự tác động của con người có ảnh hưởng tích cực tới sự biến động của quần thể VSV trong đất Việc cày bừa, xới xáo đất, bón phân tưới tiêu hợp lý đã xúc tiến mạnh mẽ sự phát triển của VSV, làm tăng độ phì nhiêu của đất và tăng năng suất cây trồng

3.1.3 Tác dụng của VSV đất

- Tổng hợp các chất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng và tăng nguồn dinh dưỡng cho đất như tổng hợp các chất đạm hữu cơ từ nitơ của khí quyển nhờ vi khuẩn nốt sần sống cộng sinh với cây họ Đậu, góp phần cung cấp chất dinh dưỡng có N hữu cơ cho cây và hợp chất N hữu cơ, vô cơ trong đất

- Tăng cường sự phân giải các hợp chất hữu cơ trong đất góp phần hình thành chất mùn trong đất để tăng độ phì trong đất

- Tăng cường sự chuyển hoá các hợp chất hữu cơ trong đất

- Là môi trường tồn giữ các VSV gây bệnh cho người và gia súc

3.2 Môi trường nước và sự phân bố của vi sinh vật trong nước

Trong tự nhiên ít khi có nước vô trùng Nguồn VSV trong nước là từ đất, không khí và chất thải Nước là môi trường tự nhiên thích hợp cho nhiều loài VSV phát triển Nước thường có chứa đầy đủ các chất hữu cơ, các muối khoáng cần thiết cho sự phát triển của VSV Hơn nữa, không khí và nhiệt độ của nước ở trong giới hạn thích hợp cho nhiều loại VSV Tất cả các nguồn nước đều có VSV, nhưng số lượng và thành phần của chúng biến đổi tuỳ theo nguồn nước, độ sâu cột nước, thời tiết khí hậu

Số lượng VSV biến đổi theo độ sâu cột nước: nghiên cứu của Xalimopxki và Rodina cho biết, ở tầng nước 5 - 20 m có số lượng VSV lớn nhất vì tầng này có nhiều chất dinh dưỡng, ít

bị tác động của các yếu tố ngoại cảnh, đặc biệt là ánh sáng ở tầng mặt mặc dù có chất dinh dưỡng, chế độ không khí và nhiệt độ thuận lợi cho VSV phát triển nhưng ở trên mặt nước do

chịu tác động của ánh sáng mặt trời nên làm chết nhiều VSV ở độ sâu 20 - 50 m số lượng VSV giảm dần do thiếu oxi , nhiệt độ thấp dần, lượng dinh dưỡng hoà tan ít

Sự phân bố của VS V theo độ sâu cột nước:

Ngay trong một ngày số lượng VSV cũng thay đổi Ban đêm hay sáng sớm, chiều tối số lượng VSV nhiều hơn khi có ánh sáng mặt trời Những ngày trời nắng gắt số lượng VSV ít hơn so với những ngày trời âm u Những ngày trời mưa số lượng VSV trong ao hồ tăng lên

rõ rệt Nên trước khi mưa, trong 1 lít nước có 8000 vi khuẩn thì sau khi mưa có thể tăng lên 1.123.000 Nếu lúc trời nắng, trong 1 lít nước ở tầng mặt có chứa khoảng 10 - 28 ngàn vi khuẩn thì sau lúc trời âm u con số này có thể tăng lên tới 217.000 - 1.129.000 vi khuẩn Tuy vậy, sự thay đổi thời tiết chỉ có ảnh hưởng mạnh đối với VSV phân bố ở lớp nước

từ 0 - 10 m, còn ở lớp nước sâu hơn, VSV ít chịu sự chi phối của thời tiết

3.2.2 VSV trong sông ngòi

Sông ngòi là môi trường thuận lợi cho VSV phát triển vì có nhiều chất dinh dưỡng, độ thông khí tốt do sự lưu chuyển liên tục của nước Đặc biệt, những sông ngòi nhiều phù sa có rất nhiều VSV Độ đục của nước phản ánh tương đối chính xác số lượng VSV, nước càng trong càng ít VSV