GIÁO TRÌNH VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (294.43 KB, 10 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRẦN VIẾT CƯỜNG (Chủ biên) </b>

<b>BÙI VĂN HẠT, LÊ THỊ BÍCH LAM, NGUYỄN XUÂN HUY PHẠM QUANG HÀ, BIỀN VĂN MINH </b>

<b>GIÁO TRÌNH </b>

<b>VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG</b>

<b>NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Giáo trình vi sinh vật học môi trường / Trần Viết Cường (ch.b.), Bùi Văn Hạt, Lê Thị Bích Lam... - H. : Bách khoa Hà Nội, 2018. - 368tr. : hình vẽ, bảng ; 27cm

Thư mục: tr. 366-367

1. Vi sinh vật học 2. Môi trường 3. Giáo trình 579.0711 - dc23

BKM0072p-CIP

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>LỜI NÓI ĐẦU </b>

Vi sinh vật học môi trường là ngành khoa học nghiên cứu các đối tượng vi sinh vật tồn tại trong môi trường tự nhiên và nhân tạo. Nguồn gốc của các nghiên cứu bắt đầu từ sự quan sát của Antonie van Leeuwenhoek (1684). Ông đã sử dụng những chiếc kính hiển vi thủ cơng tự tay làm và là người đầu tiên quan sát thấy các vi khuẩn và động vật nguyên sinh mà ông gọi là “animalcules” (những động vật nhỏ bé), ngày nay được gọi là "vi sinh vật". Trong suốt nhiều thế kỷ tiếp theo, sự hiểu biết của chúng ta về vi sinh vật môi trường được dựa trên những quan sát chi tiết và các thí nghiệm với sự giúp đỡ của kính hiển vi và các cơng cụ lý, hóa, sinh cũng như toán học hiện đại.

Như chúng ta đã biết, vi sinh vật hiện diện khắp nơi, trong đất, trong nước, khơng khí, trong cơ thể sinh vật khác, đặc biệt chúng có thể tồn tại trong những mơi trường khắc nghiệt nhất. Chúng đóng vai trị quan trọng trong vịng tuần hồn vật chất. Vì thế, chúng được xem là một mắt xích quan trọng trong q trình chuyển hóa vật chất.

<i><b>Giáo trình vi sinh vật học mơi trường dùng cho sinh viên ngành Khoa học môi </b></i>

trường gồm hai tín chỉ lý thuyết và một tín chỉ thực hành, giới thiệu một cách khái quát về các nhóm vi sinh vật, các q trình chuyển hóa vật chất trong môi trường tự nhiên và nhân tạo. Qua đó, người học có thể nắm bắt được các quy luật chuyển hóa chất hữu cơ và vơ cơ bởi vi sinh vật nhằm điều khiển và áp dụng chúng một cách hiệu quả trong các cơng trình xử lý chất thải. Nghiên cứu sự tác động tương hỗ giữa các cơ thể vi sinh vật, giữa vi sinh vật và mơi trường (các tác nhân lý, hóa và sinh học) nhằm kiểm soát sự sinh trưởng, phát triển và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải của chúng khi được áp dụng. Từ đó chúng ta sẽ có những hiểu biết đúng đắn về vi sinh vật và tầm quan trọng của chúng trong môi trường tự nhiên cũng như nhân tạo.

Để giúp cho sinh viên tự học, tự nghiên cứu, trong quá trình biên soạn, chúng tơi đã cố gắng đưa vào giáo trình những kiến thức cơ bản nhất, hiện đại nhất của vi sinh vật học môi trường, đồng thời chú ý những vấn đề gợi mở cần tiếp tục nghiên cứu. Mỗi chương đều có trình bày mục tiêu, tóm tắt chương, bài tập, câu hỏi gợi mở, giải thích thuật ngữ khó.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hồn thiện nội dung nhưng giáo trình chắc chắn khơng thể tránh khỏi những nhược điểm và thiếu sót nhất định. Vì vậy, chúng tơi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của bạn đọc để cuốn sách được hoàn thiện hơn cho lần xuất bản sau.

Chúng tôi xin chân thành tiếp thu và cảm ơn!

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT </b>

BOD Biochemical Oxygen demand (Nhu cầu oxy sinh hóa)

COD Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học) CFU Colony-forming unit (Đơn vị hình thành khuẩn lạc) CKS Chất kháng sinh

DO Dissolved Oxygen (Lượng oxy hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nước)

F-6-P Fructose-6-phosphate FAD Flavin adenine dinucleotide G-6-P Glucose-6-phosphate

TDS Total dissolved solids (Tổng chất rắn hòa tan)

TSS Turbidity & suspendid solids (Tổng chất rắn lơ lửng) TOC Total Organic Carbon (Tổng carbon hữu cơ)

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>MỤC LỤC </b>

<b>CHƯƠNG MỞ ĐẦU ... 15</b>

0.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG ... 15

0.1.1. Khái niệm chung ... 15

0.1.2. Nội dung môn học vi sinh vật học môi trường ... 17

0.1.3. Yêu cầu môn học vi sinh vật học môi trường ... 17

0.2. LỊCH SỬ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG ... 18

0.2.1. Lịch sử nghiên cứu ... 18

0.2.2. Phương pháp nghiên cứu ... 20

0.3. VAI TRỊ CỦA VI SINH VẬT TRONG MƠI TRƯỜNG ... 21

0.3.1. Vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên ... 21

0.3.2. Vai trò của vi sinh vật trong đời sống và sản xuất của con người ... 21

0.4. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM ... 22

0.4.1. Nghiên cứu cơ bản ... 22

0.4.2. Nghiên cứu ứng dụng và triển khai kỹ thuật ... 22

0.4.3. Xúc tiến hoạt động chuyển giao công nghệ tiên tiến ... 23

0.5. VỊ TRÍ VI SINH VẬT TRONG SINH GIỚI ... 23

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

1.2.7. Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) ... 44

1.2.8. Ý nghĩa thực tiễn của vi khuẩn ... 44

<i>1.3. VI KHUẨN CỔ (Archaea) ... 45</i>

1.3.1. Các cơ thể sinh methane (methanogenes) ... 45

1.3.2. Các cơ thể ưa mặn (halophiles) ... 45

1.3.3. Vi khuẩn cổ ưa nhiệt cao (hyperthermophiles) ... 46

1.3.4. Các cơ thể ưa nhiệt cao, ưa acid (Thermoacidophiles) ... 46

1.3.5. Vai trò của vi khuẩn cổ ... 46

2.2.2. Đời sống của vi tảo ... 63

2.2.3. Vai trị của vi tảo trong mơi trường ... 64

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>Chương 3. VIRUS HỌC ... 70</b>

3.1. LỊCH SỬ PHÁT HIỆN VIRUS ... 70

3.2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VIRUS ... 72

3.3. HÌNH DẠNG, KÍCH THƯỚC VÀ CẤU TRÚC CỦA VIRUS ... 73

3.3.1. Hình dạng và kích thước ... 73

3.3.2. Cấu trúc của virus ... 74

3.4. SỰ NHÂN LÊN CỦA VIRUS ... 78

3.5.1. Cấu trúc của phage ... 81

3.5.2. Sự nhân lên của phage độc trong vi khuẩn ... 82

3.5.3. Tính tiềm tan và phage lambda () ... 83

3.5.4. Phương pháp khảo sát phage ... 84

<b>Chương 4. SINH LÝ HỌC VI SINH VẬT ... 96</b>

4.1. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA VI SINH VẬT ... 96

4.1.1. Nước ... 96

4.1.2. Protein ... 96

4.1.3. Carbohydrate ... 97

4.1.4. Lipid và các chất tương tự (lipoid) ... 97

4.1.5. Một số chất hữu cơ có hoạt tính sinh học ... 97

4.1.6. Các nguyên tố khoáng ... 97

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

4.2. DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT ... 97

4.2.1. Nhu cầu dinh dưỡng ... 97

4.2.2. Chất dinh dưỡng và môi trường nuôi cấy vi sinh vật ... 98

4.2.3. Các kiểu dinh dưỡng ở vi sinh vật ... 99

4.2.4. Vi sinh vật nguyên dưỡng và khuyết dưỡng ... 101

4.3. SINH TRƯỞNG VÀ SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT ... 101

4.3.1. Các nhân tố sinh trưởng ... 101

4.3.2. Điều kiện sinh trưởng ... 101

4.3.3. Sinh lý học sinh trưởng của vi sinh vật ... 104

4.3.4. Sinh trưởng trong môi trường tự nhiên ... 109

4.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN CHỦNG GIỐNG VI SINH VẬT ... 117

4.5.1. Cấy truyền thường xuyên trên thạch nghiêng hoặc trích sâu vào thạch ... 117

4.5.2. Các phương pháp bảo quản vi sinh vật khác ... 117

4.6. HƠ HẤP, CHUYỂN HĨA VÀ LÊN MEN CỦA VI SINH VẬT ... 118

4.6.1. Hô hấp ở vi sinh vật ... 118

4.6.2. Chuyển hóa của vi sinh vật ... 120

4.6.3. Một số q trình lên men của ví sinh vật ... 120

5.1.4. Thực trạng thối hóa đất tự nhiên ở Việt Nam ... 134

5.2. ĐẤT LÀ MÔI TRƯỜNG SỐNG CỦA VI SINH VẬT ... 136

5.2.1. Các yếu tố sinh học ... 136

5.2.2. Mối quan hệ giữa các nhóm vi sinh vật trong đất ... 136

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

5.3.6. Động vật nguyên sinh (Protozoa) ... 143

5.4. SỰ CHUYỂN HÓA CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ, VÔ CƠ TRONG ĐẤT ... 144

5.4.1. Sự chuyển hóa các hợp chất carbon của vi sinh vật ... 144

5.4.2. Sự chuyển hóa các hơp chất hữu cơ chứa nitơ do vi sinh vật ... 148

5.4.3. Sự chuyển hóa các hợp chất chứa phosphor của vi sinh vật ... 159

5.4.4. Khả năng chuyển hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh của vi sinh vật ... 162

5.5. VAI TRỊ CỦA VI SINH VẬT TRONG ĐẤT ... 164

TĨM TẮT CHƯƠNG ... 164

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ... 165

GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ... 166

<b>Chương 6. VI SINH VẬT MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ ... 167</b>

6.1. MƠI TRƯỜNG KHƠNG KHÍ ... 167

6.2. SOL KHÍ VÀ SOL KHÍ SINH HỌC ... 169

6.4.4. Oxy, các yếu tố kết hợp khơng khí (AOF) và ion ... 172

6.5. VI SINH VẬT KHƠNG KHÍ NGỒI TRỜI ... 173

6.5.1. Phát tán lên khơng khí của mầm bệnh vi sinh vật trong đất ... 173

6.5.2. Đại dịch cúm ... 173

6.5.3. Vi sinh vật trong mây ... 173

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

6.5.4. Nông nghiệp ... 173

6.5.5. Nước thải ... 174

6.5.6. Các độc tố trong khơng khí ... 174

6.6. VI SINH VẬT KHƠNG KHÍ TRONG NHÀ ... 175

6.7. KIỂM SỐT SOL KHÍ SINH HỌC ... 176

<b>Chương 7. VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG NƯỚC ... 180</b>

7.1. SINH CẢNH VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC ... 180

7.2.3. Quang dị dưỡng (Photoheterotrophy) ... 186

7.3. MÔI TRƯỜNG BIỂN ... 186

7.3.1. Quần xã sinh vật phù du ở đại dương ... 186

7.3.2. Quần xã sinh vật phù du ở tầng đáy biển ... 190

7.4. MÔI TRƯỜNG NƯỚC NGỌT ... 190

7.5. KIỂM SỐT VÀ NGĂN NGỪA Ơ NHIỄM NƯỚC Ở VIỆT NAM ... 191

</div>