Sinh thái vi sinh vật

chơngVII
sinh tháI vi sinh vật
Sinh thái học cận đại đã thúc đẩy sự phát triển sinh thái học hệ sinh thái
sinh thái học hệ sinh thái đã nghiên cứu khảo sát mối quan hệ giữa các sinh
vật trong hệ sinh thái, giữa sinh vật và môi trờng hình thành một khái niệm
và khung lý luận mới về hệ sinh thái, chuỗi thức ăn, lới thức ăn, dòng năng
lợng, tuần hoàn vật chất, truyền thông tin và vật sản xuất, vật tiêu thụ, vật
phân giải. VSV là thành viên quan trọng của hệ sinh thái đặc biệt là các VSV
phân giải chất hữu cơ, chúng có tác dụng không thể thay thé đợc trong sinh
quyển. Trong 10 năm lại đây nền KT xã hội phát triển kéo theo những vấn đề
vè môi trờng nh ô nhiễm môi trờng, phá hoại sinh thái. VSV có tác dụng
quan trọng trong việc phân giải chất ô nhiễm khống chế sự ô nhiễm, cải tạo
môi trờng ô nhiễm. VSV đã xúc tíên sinh trởng thực vật và các tác dụng có
ích khác giúp cho giảm bớt phá hoại sinh thái, khôi phục hệ sinh thái bị tổn
thất.
1. Tác dụng VSV trong hệ sinh thái
1.1. Vai trò của VSV trong hệ sinh thái
Tác dụng của SV trong hệ sinh thái chia ra 3 loại: vật sản xuất, vật tiêu
thụ và vật phân giải. VSV có tác dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực nhng
làm vật phan giải là chủ yếu.
1) VSV là vật phân giải chất hữu cơ.
2) VSV là thành viên quan trọng trong tuần hoàn vật chất.
3) VSV là vật sản xuất sơ cấp trong hệ sinh thái.
4) VSV là vật tích trữ vật chất và năng lợng
5) VSV là loại tiên phong trong diễn hoá sinh vật dịa cầu.
1.2. VSV và tuần hoàn hóa học sinh địa
Tuần hoàn hoá học sinh địa ( biogeochemical cycles) là sự chuyển hoá và
vận động các nguyên tố hóa học trải qua tác dụng sinh hoá trong sinh quyển.
Sự tham gia quá trình dó có tốc độ khác nhau. Tuần hoàn các nguyên tố
C,H,O,N,P,S rất nhanh, một số nguyên tố ít nh Mg,K,Na và nguyên tố hiếm
nh Al,B,Co,Cr,Cu,Mo,Ni,Se,V,Zn lại tuần hoàn khá chem Một số nguyên tố

khác nh Fe,Mn,Ca và Si thờng thông qua oxy hoá khử để tăng tốc tuần hoàn.
Hàm lợng Ca, Si trong nguyên sinh chất rất ít, nhng trong các kết cấu khác
lại rất cao.
Sự tuần hòan C,N,P,S chịu 2 loại SV khống chế SV tự dỡng và SV dị d-
ỡng. Trong thực tế mọi sinh vật đều tham gia quá trình tuần hòan hóa học.
VSV có tác dụng quyết định khoáng hóa chất hữu cơ. Trên 90% chất hữu cơ
trên địa cầu đều bị khoáng hóa nhờ VK và nấm
1.2.1. Tuần hoàn C
25
C là nguyên tố lớn nhất trong SV chiếm 50% trọng lợng khô. Tuần
hoàn C là tuần hoàn vật chất quan trọng nhất.
- Trong sinh quyển
Vật sản xuất ban đầu chuỷển hoá CO
2
thành cacbon hữu cơ, rồi nhờ
tác dụng hô hấp chuyển thành CO
2.
Phần

lớn cây xanh không phải hoàn toàn
bị động vật ăn mà sau khi cây chết bị VSV phân giải, CO
2
lại đợc vật sản
xuất lợi dụng
- Trong sinh cảnh.
Trên cơ sở tuần hoàn sinh quyển, sinh vật lớn dị dỡng và VSV đều
tham gia vào tuần hoàn, nhng VSV là chủ yếu. Chúng phân giải chất hữu cơ
và tinh bột, pectin, protein, nhng VSV trong đìêu kiện ýêm khí là vật phân
giải duy nhất.
Ngoài CO

2
còn có CO, khí methan do hoạt động của VSV thải ra trong
không khí. Khí CO
2
tăng lên liên tục trong khí quyển gây ra hiệu ứng nhà
kính là vấn đề môi trờng toàn cầu.
1.2.2. Tuần hoàn N
N là nguyên tố tổ thành chủ yếu của sinh vật. Thờng có 6 hợp chất
chứa N là NH
4
, NO
2
, NO
3
, N
2
O, N và R-NH
2
. Hầu hết chúng thông qua phản
ứng oxy hoá khử.
- Cố định N.
Cố định N là quá trình sinh hoá chuỷen N trogn hkí quyển thành NH
3
.
Hàng năm trên địa cầu có khoảng 2,40 x 10
8
tấn N bị cố định. Quá trình đso
phảI có các VSV tham gia. Có rất nhiều VSV thực hiện, chủ yéu là VK cố
định N (Azotobacter), VK hình thoi (Clostridium), VK Klebsiella, lam
khuẩn, VK cộng sinh chủ yếu có VK nốt sần (Rhizobium) và Frankia

-Amon hoá ( ammonification)
Amon hóa là quá trình chuyển hóa N hữu cơ thành NH
3
. Động vật,
thực vật VSV đều có khả năng chuyển hoá trong môi trờng háo khí và yếm
khí.
-Nitrat hoá ( nitrification)
Nitrat hóa là quá trình oxy hoá NH
4
trong điều kiện háo khí của VK
chuyển thành muối nitrat.
- Tác dụng khử và phản nitrat muối nitrat
Khử muối nitrat bao gồm khử muối nitrat dị hoá và khử muối nitrat
đồng hóa. Khử muối nitrat dị hoá lại đợc chia ra khử muối nitrat lên men và
khử muối nitrat hô hấp. Sản phẩm khử muối nitrat hô hấp là khí N
2
O và N
2
.
Quá trình này gọi là tác dụng phản nitrat hoá. Nitrat hóa dị hóa là VSV hô
hấp trong điều kiện không có hoặc thíếu oxy, NO
3
-

hoặc NO
2
-
thay thế oxy
để làm thể nhận diện tử tíen hành trao đổi hô hấp.Trong quá trình khử muối
nitrat lên men, muối nitrat không phải là thể nhận cuối cùng và khử không

hét, sản phẩm lên men chủ yếu là NH
4
+
. Hiện tợng này rất phổ biến trong tự
nhiên, phần lớn do các loài VSV yếm khí hoàn thành nh Enterobacter,
26
Escherichia. Bacillus. Khử muối nitrat hô hấp muối nitrat là thể nhạn đoạn
cuối và khử thành nitrit, NH
3
hoặc N dạng khí. Trong qúa trình phản nitrat
hóa muối nitrat nhờ tác dụng của một loạt các ezym sắc tố tế bào truyền
điện tử cuối cùng bị khử thành khí N
2
O và N
2
bay vào không khí. N
2
O bay
vào không khí có thể phá hoại tầng ozon, N
2
bị mất đi là do N
2
thừa ra trong
quá trình cố định N, từ đó mà đợc cân bằng.
1.2.3. Tuân hoàn S
S là thành phần quan trọng của sinh vật, chiếm 1% trọng lợng khô. S
trong sinh quyển khá phong phú. Quá trình tuần hoàn S đợc biểu hiện trên sơ
đồ 11-3 ( 292)
- oxy hoá S là các chất vô cơ có S nh S, H
2

S, FeS
2
, S
2
O
2
2-
bị VSV oxy
hoá thành axit sunfuric. Các VSV oxy hóa S có nhng đặc đỉểm hình thái,sinh
lý không rất khác nhau. Có thể chia ra 2 loại khác nhau về sinh lý là: VK
hóa năng và VK quang năng, Ngoài ra còn có các VSV dị dỡng nh nấm mốc
khúc ( Aspergillus), VKque đốt, VK cầu nhỏ ( Micrococcus) cũng có khả
năng oxy hóa S.
-Khử muối sunfat
Muối sufat có thẻ khử thành H
2
S. Nhng VSV này gọi là khuẩn khử sunfat.
Sản phẩm H
2
S trong tế bào tổ thành tế bào gọi là khử sunfat đồng hoá. Còn
H
2
S không bị đồng hoá gọi là khử sunfat dị hóa hay còn gọi là phản sunfat
hó., thể cho điẹn tử thờng là axit butyric, axit lactic và H phân tử. VK tham
gia khử sunfat có VK que thoát S và VK lá thóat S.
- Khoáng hóa S hữu cơ.
Trong xác động thực vật có protein lu huỳnh VSV phan giảI chúng thành
khí H
2
S, CH

3
SH, (CH
2
)S Nói chung các VK hoại sinh đều có khả năng phân
giải chúng.
1.2.4. Tuần hoàn P
Tổ thành chất di truyền và tích trữ năng lợng đều phải có P trong tế
bào. Quá trình tuần hòan hoá học bao gồm 3 giai đoạn (1) chuyển hóa P hữu
cơ thành P vô cơ hoà tan ( khoáng hóa P hữu cơ) (2) Biến P vô cơ không tnan
thành P vô cơ hoà tan ( hữu hiệu hoá P) (3) biến P vô cơ hoà tan thành P hữu
cơ ( đồng hóa P). VSV tham gia vào tất cả quá trình đó
1.2.5.Tuần hoàn Fe
Quá trình oxy hóa Fe là oxy hóa và khử. Quá trình đó trải qua 3 giai
đoạn:Oxy hoá và lắng đọng Fe, khử và hòa tan Fe, hấp thụ Fe.
VSV có thể tham gia vào tổng hợp chuyên hóa và không chuyên hoá
thành các hợp chất có Fe.
1.2.6. Tuần hoàn các nguyên tố khác: Mn, Ca, Si
Rất nhiều VK và nấm đều có thể oxy hóa các chất hữu cơ phức tạp
thành các chất vô cơ biến từ chất vô cơ khó tan thành chất vô cơ dễ tan. Một
số loài nấm có thể sản sinh axit để hoà tan muối silicat trong đá vôi.
2. Vi sinh vật trong môi trờng sinh thái
27
2.1 Quần xã VSV
2.1.1. Tác dụng gĩa các quần thể loài
1) Sống trung lập: Sống trong các loài khác nhau nhng không gây ảnh
hởng lẫn nhau.
2) Sống thiên lợi: Một loài sống có tác dụng có lợi cho loài khác, nhng
loài khác không có tác dụng gì với loài sống đó.
3)Tác dụng hiệp đồng: hai quần thể loài tác dụng có lợi lẫn nhau, giữa
chúng là sự liên hợp rời rạc không chuyên hóa.

4) Cộng sinh: Hai quần thể tác dụng có lợi cho nhau giữa chúng gắn
bó với nhau chuyên hóa, kéo dài sự hiệp tác, phát triển các quần thể thành
thể cộng sinh, có lợi cho chúng chíem cứ một sinh cảnh nếu tốn tại một loài
sẽ bị hạn chế. Địa y là thể cộng sinh điển hình gĩa nấm và tảo.
5) Ký sinh: Một quần thể loài xâm nhập trực tiếp một quần thể khác
vật ký sinh lấy chất dinh dỡng của vật chủ, sản sinh điều bất lợi cho vật chủ.
6) Bắt mồi: Một quần thể bị quần thể khác bắt ăn dể thu dinh dỡng,
quần thể bị bắt sẽ bị hại.
7) Sống thiên hại: Một quần thể loài sống cản trở sinh trởng quần thể
loài khác mà không ảnh hởng đến quần thể mình.
8) Cạnh tranh: Hai quần thể cùng sống trong một môi trờng hay sinh cảnh
dẫn đến sinh trởng và mật độ hai loài đều không có lợi.
2.1.2. Kết cấu và chức năng quần xã
Quần xã là một đơn vị kết cấu và chức năng kết hợp rời rạc nhau trong
một khu vực hoặc sinh cảnh nhất định. Đơn vị kết cấu tuy rời rạc nhng có sự
kết hợp theo quy luật và theo từng loài và đặc diểm của loài mà thể hiện
những đặc tính nhất định Bất cứ một quần thể VSV nào dều có tổ thành
quần thể riêng, mỗi quần thể loài đều có số cá thể và phạm vi phân bố khác
nhau. Chúng đối với môi trờng sinh thái xung quanh đều có yêu cầu và phản
ứng nhất định. Trong quần xã chúng có địa vị và tác dụng khác nhau. Một
quần xã VSV trong điều kiện sinh cảnh nhất định có chức năng sinh thái gắn
liền với chc năng, kết cấu tơng ứng. Một quần thể loài có rất nhiều choc
năng sinh lý,nhiều quẩn thể tổ hợp thành quần xã hoàn thành 1 chức năng
sinh thái.
Một cá thể, một quần thể loài, một quần xã chiếm một vị trí không
gian thời gian riêng gọi là vị trí sinh thái. Tổ thành một quần xã trong thực tế
là phản ánh chân thực tình hình vị trí sinh thái. Một quần xã VSV ở vị trí
sinh tháI nhất định cũng là kết quả tiến hoá thích ứng lâu dài. Động vật nhai
lại và không nhai lại đều ăn xenlulose, trải qua thích ứng trong bộ máy tiêu
hóa của chúng đều có các quần xã VSV chủ yếu là vi khuẩn và nấm.

Tính đa dạng loài, kết cấu thẳng đứng, kết cấu nằm ngang và loài u thế
là những tham số quan trọng kết cấu quần xã. Tính đa dạng loài có thể dùng
chỉ số đa dạng biểu thị. Chỉ số đa dạng là lấy số lợng loài trong kết cấu quần
xã và sự phân phối số lợng các thể của các loài làm chỉ tiêu . Số lợng loài
càng nhiều hoặc số cá thể các loài phân phối đều thì chỉ số da dạng càng lớn.
28
Kết cấu thẳng đứng tình hình sắp xếp thẳng đứng các quần thể loài khác
nhau, là một hình thức biểu thị mối quan hệ giữa các quần thể loài và quần
thể với môi trờng. Cho nên một quần xã trong sinh cảnh đều có kết cấu thẳng
đứng. Kết cấu nằm ngang là phản ánh sự biến đổi theo vĩ độ mà sản sinh sự
bíên đổi nhiệt độ khí quyển, VSV trong điều kiện nhiệt độ khác nhau hình
thành kết cấu khác nhau, mỗi quần thể loài biểu hiện tác dụng khác nhau và
không có tính quan trọng nh nhau. Trong đó một phần quần thể loài do số l-
ợng, kích thớc, hoạt tính khác nhau mà có tác dụng khống chế chủ yếu khác
nhau. Những loài có ý nghĩa quyết định đối với quần xã và môi trờng đợc gọi
là quần thể loài u thế.
Chất dinh dỡng, điêu kiẹn môi trờng thay đổi và sự ô nhiểm đều gây ra
sức ép quần xã VSV, kết cấu quần xã cũng thay đổi, nó phản ánh sự chọn lọc
môi trờng đối với quần xã. Nguyên lý chọn lọc đó là cơ sở lý luận quan trọng
vè chức năng sinh lý của VSV. Ví dụ ta bỏ chất hoạt tính lên bề mặt nớc ô
nhiễm, VK phân giải sẽ chíêm u thế, từ đó ta dễ phân lập hơn.
2.1.3. Tác dụng lẫn nhau mức quần xã
Tác dụng tơng hỗ mức quần xã có ảnh hởng quan trọng đối với hẹ sinh
thái. Ví dụ sự oxy hoá của quần xã VK trong quá trình xử lý nớc ô nhiễm
một ao nớc ổn định sản sinh CO
2
, NO
3
-
,PO

4
3-
quần xã tảo dới tác dụng ánh
sáng sẽ lợi dụng các chất đó để quang hợp và hình thành O
2
, lại cung cấp
quần xã VK phân giải háo khí, chúng tác dụng lẫn nhau làm cho ao nớc ổn
định hoàn thành quá trình làm sạch chất hữu cơ. Trong điều kiện ánh sáng
mạnh tác dụng quang hợp của quần xã tảo sẽ mạnh lên sẽ nhả ra nhiều khí
oxy, nh vậy sự phan giải oxy hoá của quần xã VK sẽ phát huy tác dụng từ đó
nâng cao khả năng làm sạch ao.
2.2. VSV sống trong đất
Đất là thể rắn chứa các chất vô cơ, chất hữu cơ, nớc, không khí và sinh
vật. Các chất vô cơ và hữu cơ đèu bị VSV lợi dụng cho nên đất là sinh cảnh
thích hợp của VSV.
VSV đất rất nhiều loài, nhiều các thể, tiềm lực trao đổi chất rất lớn.
Nhng VSV đất nói chugn ở trạng tháI đói, tốc độ sinh sản thấp. Chúng ta da
chất dinh dỡng vào trogn đất số lợng và chất trao đổi VSV tăng lên cho đến
khi hết dinh dỡng nhng về sau hoạt tính của VSV sẽ hồi phục đến mức thấp
nhất định. Số lợng quần xã VSV trong mồi gam đất (CFu) ở độ sâu khác
nhau ở vờn hoa điển hình đợc thể hiện ở biểu 11-1
29
Biểu 11-1 Số lợng quần xã VSV trong mồi gam đất (CFu) ở độ sâu khác nhau ở 1 vờn
hoa điển hình
độ sâu/cm Vi khuẩn Xạ khuẩn Nấm Tảo
3-8
20-25
35-40
65-75
135-145

9750 000
2 179 000
570 000
11 000
1 400
2 080 000
245 000
49 000
5 000
-
119 000
50 000
14 000
6 000
3 000
25 000
5 000
500
100
-
* số liệu Shen Ping (GTVSVTQ)
Số lợng và phân bố VSV đất chịu ảnh hởng của các nhân tố chất dinh
dỡng, hàm lợng nớc, oxy, nhiệt độ, pH, phân bố tập trung ở tầng đát
mặt.Ngoài ra còn có chất đát, vi sinh cảnh nên có những quần thể loài sinh lý
khác nhau.
2.3. VSV sống trong nớc
Sinh cảnh nớc bao gồm hồ, ao, khe suối sông, eo biển và biển. Số lợng
và phân bố VSV trong nớc chịu ảnh hởng của các nhân tố: dinh dỡng, nhiệt
đọ, ánh sáng, oxy, muối n ớc nhìeu dinh dỡng hoặc nớc bẩn,có số lợng VK
nhiều nh các bến sông cửă sông có số VSV khá nhiều.VSV lợi dụng nhiều

chất dinh dỡng huyền phù, nên thờng tập trung ở bề mặt và là nhng loài háo
khí nh VK đơn bào giả (Pseudomonas) VK phân giảI xenlulose, VK cuống,
VK sinh sợi. Nhng khu nớc sâu nhng chỗ có chút ít ánh sáng có thể thấy VK
lu huỳnh màu tím và màu xanh và một số VK kiêm yếm khí. Vùng lòng hồ
nớc sâu có nhiều VSV yếm khí chủ yếu có VK cong thoát S.VK methan, VK
que mọc chồi,VK hình thoi.
2.4. VSV sống trong không khí
Trong không khí không có VSV sinh sản cố định, nhng do VSV có thể
hình thành nhng VSV ngủ nghỉ thích ứng với những môi trờng xấu, một số
sinh vật có thể trong một thời gian dài tồn tại không bị chết. Cho nên trong
không khí ta có thể tìm thấy VSV, nguồn VSV không khí phần lớn từ trong
đất, nớc. Trong không khí thờng hình thành các keo tan khí, những vật chịu
dung khô hạn trên động vật và con ngời. Nhng loài chủ yếu là các loài nấm
mốc và vi khuẩn, nấm mốc thờng thấy là mốc khúc( Aspegilus), mốc gỗ (
Trichoderma) mốc xanh ( Penicillium) mốc lông ( Mucor) mốc đất trắng
(Geotrichum) và mốc chuỗi màu ( Torulasp), VK có cầu khuẩn, VK que và
một số VK gây bệnh. Phân bố VSV trong không khí thờng không đều, số l-
ợng chúng quyết định bởi lợng bụi trong không khí.( Biểu 11-2)
Số lợng VSV trong khí quyển ở các vị trí khác nhau
Địa điểm Số lợng VSV /CFu.m
-3
30
Bắc cực vĩ độ bắc 80
Trên không hải dơng
Công viên thành phố
Đờng đô thị
Nhà ở
Trại chăn nuôi
0
1-2

200
5 000
20 000
1 000 000-2 000 000
2.5. VSV sống trong môi trờng khắc nghiệt
Nghiên cứu đến những VSV này có 3 ý nghĩa cơ bản (1) Khai thác lợi
dụng tài nguyên VSV, bao gồm các tài nguyên cơ bản đặc biệt (2) Cung cấp
các đề tài và tài liệu khoa học về sinh lý, di truyền và phân loại VSV (3)
Cung cấp tài liệu mới về tiến hóa, nguồn gốc sự sống.
VSV a nóng, có một số VSV sống trong môi trờng có nhiệt độ cao 80-
110
o
C, nhiẹt độ 30
o
C không thể sinh trởng.sống trong các suối nớc nóng
VSV a lạnh, sinh trởng trong nhiệt độ 0-5
o
C.trong các biển sâu, nớc
lạnh , đất lạnh, hang động.
VSV a chua, dới 3-4, chịu chua 3-6,5, một số VK sống trong đầm lầy.
VSV a kiềm pH thờng trên 9.
VSV a mặn. Trong nớc biển chứa 3,5% muối. Một số VSV sống trong
điều kiện nồng độ muối 0,2-0,5mol/L hầu hết VSV a mặn đều sống trong
điều kiện này, một số sống trong điều kiện nồng độ 0,5-2,5mol/L và 2,5-
5,2mol/L. Nhng VSV này có đặc tính sinh lý riêng, thờng có màng tím, các
nhà KH thờng tập trung nghien cứu nhng loại VSV này.
VSV a nén. Dới biển sâu có áp suet nén vợt quá 4,05x10
7
Pa (400atm).
Từ dới đáy biển có áp suất 1000atm, vẫn phân lập đợc loài Pseudomonas

bathycetes, từ các going dầu sâu có sức nén 400atm ngời ta có thể phân lập
đợc VK khử muối sunfat.
2.6. VSV sống trong động vật
VSV sống trên động vật khá phức tạpo, số lợng lớn, choc năng sinh lý
đa dạng. Thờng chia ra loại có lợi và loài có hại. Nhng loại có hại là những
VSV gây bệnh nh VR,VK, nấm, ĐVNS. Một số chuyển hại thành lợi nh
VSV gây bẹnh côn trùng. VSV có lợi cho động vật có quan hệ cộng sinh với
động vật dợc nghiên cứu nhiều hơn nh VSV cộng sinh với côn trùng, cộng
sinh với u dạ dày trâu bò, dê, lạc đà, cộng sinh giữa cá biển và VK phát
quang.
1) VSV cộng sinh với côn trùng
Chúng có 3 đặc điểm chủ yếu: VSV có khả năng trao đổi chất mà côn
trùng không có , côn trùng dựa vào chất trao đổi để sống. (2) hai bên phải
phối hợp với nhau để sinh sản (3) Dựa vào nhau đẻ truyền cho đới con cháu.
Trong dạ dày mối có nhiều VK và động vật nguyên sinh phân giải xenlulose
chuyển hoá vật thải axit ureic và cố định N cho côn trùng lợi dụng
2) Cộng sinh với dạ dày u động vật ăn cỏ
31
VSV đối với các động vật ăn cỏ có tác dụng rất quan trọng tham gia
trao đổi năng lợng và vật chất . Phần lớn phân giảI xenlulose phảI dựa vào
enzyme xenluloza các ản phẩm phân giảI sản sinh axit hữu cơ đợc động vật
lợi dụng. Không có enzyme VSV tài nguyên thức ăn phong phú đó không
thể lợi dụng đầy đủ.
Dạ dày có u nhỏ có một kết cấu quan trọng một hệ sinh tháI đặc biệt
nhiệt độ thờng 38-41
o
C, pH 5,5-7,3, áp suất thẩm thấu 250-350mOsm) môI
trờng khử ổn định (Eh -350mV. Rất nhiều VSV tồn tại trong dại dày đó, VK
có số lợng rất lớn 10
10

-10
11
CFu/g, phàn lớn là VK yếm khí, nhng cũng có
một só háo hkí. Số bào tử động có thể đạt 10
3
-10
5
cá thể /g. bào tử nẩy mầm
thành sợi nấm lại thành bào tử. Số lợng VK có thể đạt 10
6-
10
7
cá thể /ml, th-
ờng là nhng Vk ôn hoà. số lợng động vật nguyên sinh là 10
5
-10
6
ca sthể /g,
độ lớn 20-200àm.
Xenlulose, protein, hemixenlulose bị VSV phân giải sản sinh axit
lipoic, vitamin và protein thể nấm cung cấp cho động vật nhai lại. ĐV nhai
lại lại cung cấp dinh dỡng và môi trờng cần thiết cho VSV phân giải và sinh
sản.
3) Cộng sinh vi khuẩn phát quang và cá biển
Cá và một số dộng vật không xơng ở biển và VK phát quang nh
Photobacterium, Beneckea nhìn thấy cá. Chúng thờng ở trong túi của một số
cá. Những túi đó có lỗ nhỏ ở ngoài, cho VK chui vào, đồng thời có thể trao
đổi chất với nớc biển. VK phát quang giúp cho cá nhận biết nhau để giao
phối, nhìn thấy các vật ở những nơi tối. ánh sáng có thể làm tín hiệu hoặc
dẫn dụ các sinh vật khác đến để bắt mồi. ánh sáng cũng có thể giúp cho câ

chạy từng đàn tránh các vật bắt mồi khác.
2.6. VSV sống trong thực vật
1) VSV bề mặt thực vật và bệnh hại cây
Bề mặt lá, quả cây là sinh cảnh tốt cho một số VSV nh VK, lam
khuẩn, nấm, địa y và một số loài tảo. Nhng VK nấm trên mặt lá thành một
quàn thể. Hoa là nhng sinh cảnh ngắn của VSV phụ sinh. Khi quả chín các
loài nấm men chiếm u thế.
Nhiều loài virus, VK, nấm , động vật nguyên sinh có thể gây bệnh cho
cây trồng làm cho chức năng của thực vật thất thờng. Cây bị bệnh thờng hình
thành các cơ quan sinh sản và các triệu chứng khác nhau, cây biến đổi và sẽ
chết.
2) Quan hệ VSV với rễ cây
- VSV quanh rễ (rhizosphere microorganisms) khu vực quanh rễ có rất
nhiều VSV. Trong quá trình sinh trởng bộ rễ hình thành các chất trao đổi với
đất không ngừng thay đổi dinh dỡng, nớc, pH, điện phân oxy hóa khử và
thoáng khí VSV có tác dụng chọn lọc và tích tụ quanh rễ gay ảnh h ởng đến
sinh trởng của cây. VSV quanh rễ bắng các phơng thức khác nhau có lợi cho
cây bao gòm các VSV phân giảI H
2
S làm tăng khả năng hấp thu rễ cây hình
32
thành các vitamin, axit amin, chất kích thích sinh trởng. Ngaòi ra do quan hẹ
cạnh tranh, VSV quanh rễ tạo nen sức đề kháng với bệnh hình thành các chất
kháng sinh ức chế sinh trởng VK và nấm gây bệnh. Một số VSV có thể gây
bệnh hại cây.
-Rễ nấm (mycorrhiza)
Một số nấm và rễ cây có quan hệ hỗ trợ nhau hình thành rễ nấm xúc
tiến khả năng hấp thu P,N và chất khoàng khác, tạo nên khả năng thích ứng
với môI trờng. Nám có thể cung cấp chát khoáng, nớc ức chế các thực vật
gây hại khác, làm yếu sự cạnh tranh cây ngoại lai. Sự cộng sinh này khác hẳn

với rễ cây và nấm sang riêng rẽ.
Nấm cộng sinh thờng có hai loại: ngoại cộng sinh và nội cộng sinh.
Ngoại cộng sinh có sợi nấm nằm ở gian bào không chui và tế bào. Nấm nội
cộng sinh lại có hai loại: có vãch ngăn và không có vách ngăn. Loại không
có vách ngăn nói chung có thẻ bao chùm (VA, vesicular-arbuscular
mycorrhiza). Nấm
Cố định N cộng sinh:
-Nốt sần cây họ đậu có tác dụng cố định N là một quan hệ cộng sinh
quan trọng nhất. Cố định N cộng sinh lấy N cây không thể hấp thu trong khí
quyển biến thành khí ammoniac hợp chất có N cây có thể hấp thu, nh vậy nó
có ý nghĩa rất quan trọng làm tăng độ phì đất xúc tiến tuần hoàn N. Quá
trình sinh lý sinh hóa, cơ chế di truyền của VK nốt sần và rễ cây rất phức
tạp.
- Xạ khuẩn cộng sinh với cây phi họ đậu, nh chi Frankia cộng sinh với
trên 200 loài thực vật hình thành nốt sần xạ khuẩn ( actinerhizas). Chúng có
khả năng cố dịnh N.
- Cộng sinh lam khuẩn với thực vật bậc thấp. Có rất nhiều chi trong
lam khuẩn ngoài tác dụng cố định N còn có một số lam khuẩn cộng sinh với
cây quyết, rong rêu, cây hạt trần, hạt kín xây dng quan hệ cộng sinh để xúc
tiến sinh trởng cây, khắc phục những điều kiện môi trờng khắc nghiệt.
2.8. Khống chế VSV và mốc thối sinh học trong sản
phẩm công nông nghiệp
Rất nhiều VSV tồn tại trong các thực phẩm và sản phẩm do con ngời
sản xuất. VSV có tác dụng làm thối rữa chúng. Khử đi hoặc hạn chế những
hoạt động trao đổi chất của VSV có hại đặc biệt là lợi dụng nguyên lý sinh
thái học ức chế hoạt động VSV có hại là phơng pháp quan trọng ngăn ngừa
sự thối rữa thực phẩm. Thực phẩm là môi trờng sống của VSV, trong quá
trình gia công bao gói,, vận chuyển, cất trữ đều có thể bị nấm mốc, VK, nấm
men gây ô nhiễm. Trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp chúng có thể
sinh trởng nhanh tạo thành các chất độc. Trên TG có đến 2% sản lợng lơng

thực bị mốc Chất độc của mốc có thể gây ra trúng độc thực phẩm và ung th.
Phơng pháp ngăn chặn mốc thờng có 3 loại có thể két hợp sử dụng.(1) Phơng
pháp xử lý vật lý và hoá học. (2) Bảo quản trogn điều kiẹn VSV không thể
33
tồn tại nh trong môi trờng nhiệt độ thấp (3) Dùng các hoá chất khống chế nh:
axit benzoic,axit sorbic,axit acetic. Cũng có thể ding VSV này ức chế VSV
kia nh dùng Lactobacillus.Propionibacterium, Acetobacter sản sinh ra axit
lactic, axit ethylic, axit propilic ức chế hoạt tính các VSV khác.
2.9. Phơng pháp nghiên cứu định vị
Sinh thái VSV đề cập chủ yếu là kết cấu và chức năng, nghiên cứu
thực nghiệm và tự nhiên không thể thể hiện hoạt động của VSV, cho nên cần
phải phát triển phơng pháp nghiên cứu tình hình tự nhiên hoặc gọi là phơng
pháp nghiên cứu định vị.Phơng pháp nghiên cứu định vị bao gồm:
(1)Quan sát định vị. (2) Kỹ thuật mô phỏng vi sinh cảnh.(3) ứng dụng công
nghệ sinh học phân tử hiện đại.
3. Sự lây lan của VSV trên cơ thể ngời và VSV gây bệnh
3.1. VSV trên cơ thể ngời
(1)Trên da
Nhiệt độ trên da thờng 33-37
o
C, pH 4-8, có thể lợi dụng nớc không đủ,
trong mồ hôi có muối vô cơ và chất hữu cơ, là sinh cảnh thích hợp cho VSV
sinh trởng. Mỡ và muối trên da có ảnh hởng đến tổ thành VSV. Quần thể vi
khuẩn u thế là VK Gram dơng, chúng bao gồm VK cầu nho, VK cầu nhỏ,
Vk que. VK Gram âm rất ít. Nấm thờng gặp nấm men hình bình. Nhng VSV
trên da thờng đẩy các VSV khác có thể ngăn cản các VSV ngoại lai và VSV
gây bệnh.
(2) Trong xoang miệng
Xoang miệng là sinh cảnh có lợi cho VSV sinh trởng vì: (1) Nhiệt độ
ổn định (2) Đủ nớc (3) Có nhiều nếp nhăn tạo nên sinh cảnh đa dạng (4)

Dinh dỡng phong phú (5) Nớc bọt là nhân tố cho VSV sinh trởng (6) Môi tr-
ờng háo khí và yếm khí. Bề mặt màng nhầy của miệng, răng và dịch nớc bọt
đèu là sinh cảnh tốt cho VSV tồn tại. Những VSV trong miệng chủ yéu là
VK, xạ khuẩn, nấm men, động vật nguyên sinh, số lợng VK là nhìêu nhất.
Khi ăn đờng bề mặt răng hình thành quần thể VK sinh axit và chịu axit. Chủ
yếu là liên cầu khuẩn, Vk sữa, khi pH giảm xuống, nớc bọt không kịp trung
hoà, axit có thể hoà tan chất men răng, cuối cùng sún răng. Flo có thể hồi
phục xúc tiến trao đổi chất đờng, cho nên phải dùng thuốc chữa răng F. Ph-
ơng pháp miễn dịch cũng đã đợc nghiên cứu tạo nên kháng thể chống liên
cầu khuẩn.
(3)Trong dạ dày và ruột
VSV chủ yếu là ở đại tràng, đặc điểm của dạ dày là độ chua cao (pH
<3), có nhiều men tiêu hoá, chí có một ít VSV chống chua, bao gồm nấm
men, liên càu khuẩn,khuẩn que sữa, nhng khi độ chua xuống tháp VK sẽ
tăng cao. Ruột non nối liền với dạ dày và ruột già chức năng chủ yếu là tiêu
hóa thức ăn và hấp thu dinh dỡng. Khi pH lệch kiềmđến trugn tínhbè mặt
nhiều tuýen tíet, nhu động ôn hoà. Só lợng VSV lên tới 10
11
CFu/ml. tổ thành
34
quần xã VSV bao gồm: VK que,liên cầu khuẩn yếm khí, VK que hai nhánh,
cầu khuẩn ruột, khuẩn sữa, VK hình thoi,nấm men.
Con ngời và VK đờng ruột tạo nên quan hệ cộng sinh, chúng hình
thành vitamin, protein, năng lợng cho con ngời hấp thu lợi dụng , khu hẹ đ-
ờng ruột mức thấp ( sau khi sử dụng thuốc kháng sinh 2 ngày) sẽ dẫn đến
thiếu axit folic và vitamin K.
Một số VSV trong ruột có thể gây bẹnh nh các loài VK,VR, nấm
men, ký sinh trùng. VK Helicobacter pylori có thể gây ra viêm loét dạ dày,
đờng tiêu hoá và liên quan đến ung th dạ dày. Vấn đề này đợc nhiều ngời
quan tâm.

3.2. VSV lây bệnh thông qua nớc
Khi ta uống nớc không sạch thờng bị bệnh truyền nhiễm, đó là hiện t-
ợng phổ biến. Da tiếp xúc với nớc dễ bị nhọt và gây bệnh về mắt, hít vào nớc
có VSV dễ bi bệnh phổi VSV gây bệnh ở trong nớc đợc liệt kê vào biểu
11.3
VSV gây bệnh truỳên nhiễm sống trong nớc
VSV
ủ bệnh
Triệu chứng
VK
VK que uốn cong
VK đờng ruột
VK Salmon
VK salmon thơng hàn
Virus
VR viêm gan A
VR novar
VR dạng vòng
Động vật nguyên sinh
Gây bẹnh lỵ
2-5 ngày
6-36-
6-48-
10-14-
15-42 ngày
24-48 giờ
24-72-
2-4 tuần
Viêm dạ dày
Viêm dạ dày

Viêm dạ dày
Viêm dạ dày, sốt
Viêm gan
Viêm dạ dày, ngắn hạn
Viêm dạ dày, mất nớc
Viêm dạ dày, kiết lỵ
3.3. VSV lây bệnh thông qua đất
Khi ta bón phân vào ruộng có thể gây ô nhiễm đất. Cơ chế di chuyển
các VSV bao gồm di chuyển, đối lu, dòng chảy. Đất còn có tác dụng môi
giới nh lọc, hấp phụ, phân giải, lắng đọng Một số VK có tính xu hóa mà di
chuyển.VSV gây bệnh cũng có khả năng lợi dụng dinh dỡng trong đất.
3.4. VSV lây bệnh thông qua không khí
VSV lây lan trong không khí nhờ keo tan khí sinh vật ( bioaerosols),
một loại keo bay lơ lửng trong không khí, tất cả chúng và phấn hoa tập hợp
thành một thể tổ hợp lây lan và ảnh hởng đén môi trờng. Nhiệt độ cao và khô
rất có lợi cho sự khuếch tán. Gió là nhân tố quan trọng.
4. Vi sinh vật và bảo vệ môi trờng
Bảo vệ môi trờng đề cập đến nhìêu ván đề chủ yếu là loại trừ ô nhiễm,
bảo vệ môi trờng sinh thái. VSV có tác dụng quan trọng về cả hai mặt này.
4.1. VSV phân giải và chuyển hoá vật ô nhiẽm
35
4.3.1. Phân giải sinh học
Phân giải sinh học ( biodegradation) là khâu quan trọng trong quá
trình tuần hoàn vật chất hệ sinh tháI, nghien cứu phan giải nhng chất khó
phân giải là nhng ván đè chủ yếu của phân giảI sinh học.
4.3.2.enzym phân giải chất khó phân giải ( hạt chất phân giải)
Phân giải chất ô nhiễm thực chất là phản ứng xúc tác của enzyme,
phần lớn enzyme phân giải là do phiên mã của nhĩêm sắc thể, nhng trong đó
có một số enzyme do sự khống chế của hạt phân giải ( catabolic plasmids).
Trong môi trờng ô nhiễm ngời ta phân lập ra có 50% có hạt chất phân giải,

hầu hết chúng ở trong đát, có số lợng lớn, kích thớc cũng lớn và đợc nghiên
cứu rộng rãi.
4.3.3. Phản ứng phân giải và phân giải sinh học
Quá trình phân giải chất hữu cơ trong tự nhiên bao gồm phản ứng oxy
hóa, phản ứng khử, phản ứng phân giải và phản ứng tổ hợp. Kết cấu hóa học
là nhân tố quyết định tính phân giải sinh học. Nói chung kết cấu chất hữu cơ
càng gần với chất tự nhiên bao nhiêu càng dễ phân giải bấy nhiêu, nếu khác
nhau nhiều càng khó phân giải. Các chất polymer (túi nilông) do thể tích
phân tử rất lớn khó phân giải gây ra ô nhiễm trắng.
4.2.VSV chuyển hoá kim loại nặng
Kim loại nặng bao gồm các chất Hg, Cr,Pb,As,Bạc, Se, Si. VK và nấm
có tác dụng quan trọng trong chuỷên hoá các chất kim loại nặng.VSV có thẻ
làm thay đổi trạng thái kim loại nặng tồn tại trong môi trờng làm cho chất
độc trogn môI trờng nghiêm trọng hơn, . Mặt khác có thể tác dụng trực tiếp
hoặc gián tiếp loại bỏ kim loại nặng cảI thiện môi trờng.
Hg gây ô nhiễm là vấn đề dáng quan tâm.VSV chuỷen hoá Hg có 3
mặt methan hóa Hg vô cơ, khử Hg
2-
thành Hg
0
. Nhng Vk đó là vi khuẩn
hình thoi,VK bào tử mạch, VK dơn bào giả và rất nhiều loài nấm. Một số Vk
có thẻ chuỷen hoá Hg vô cơ và hữu cơ thành Hg đơn chất gọi là VSV kháng
Hg, bao gồm VK đơn bào giả xanh đồng, VK nhỏ vàng kim,, E coli.
4.3. Xử lý môi trờng ô nhiễm
Nớc thải, khí thải và vật thải đều có thể sử dụng phơng pháp sinh học
xử lý.
4.3.1. Xử lý nớc thải
Bản chất của xử lý nớc thải là VSV trao đổi chuỷen hoá chất hữu cơ
trong nớc để làm chất dinh dỡng. Trong quá trình đó sản sinh năng lợng,2/3

năng lợng chuyển hoá thành sinh khối, 1/3 đợc dùng để duy trì sinh trởng,
khi chất hữu cơ bị giảm,VSV bớc vào giai đoạn hô hấp nội nguồn tiêu hao
hết chất hữu cơ trong tế bào để duy trì cuộc sống.
Xử lý nớc thải chia ra 3 cấp, cấp I thông qua vật lọc loại bỏ vật thô,
cấp II loại bỏ chất hữu cơ hoà tan, bao gồm các phơng pháp sinh học, hóa
học, vật lý học. Xử lý cấp III chủ yếu là khử N,P và chất vô cơ. Có thể sử
36
dụng các VK háo khí và yếm khí. Trong hệ thống xử lý háo khí có phơng
pháp bùn hoạt tính và màng sinh học là đợc sử dụng rộng rãi nhất.
Hệ thống xử lý ýêm khí dùng để xử lý chất hữu cơ trong nớc ở nồng
độ cao, trớc hết dới tác dụng VK lên men các chất hữu cơ biến thành axit
lipoic, cồn, CO
2
, H
2
, và NH
2
, rồi VK khác lại chuyển axit lipoic thành axit
acetic, H
2
và CO
2
, cuối cùng axit acetic có gốc methal bị khử thành methal,
CO
2
cũng khử thành methal.
Phơng pháp xử lý công trình sinh thái. Công trình sinh thái xử lý nớc
bẩn là dựa vào nguyên lý sinh thái học và xử lý công trình thiết kế một ph-
ơng pháp xử lý nớc ô nhiễm. Phơng pháp này chi phí ít, nớc có thể tái sử
dụng, rất thích hợp cho các nớc nghèo kém phát triển.

Kỹ thuật khử N,P.
N.P trong nớc có thể làm giàu dinh dỡng nớc, loại bỏ N,P trong nớc là
mục tiêu của xử lý nớc ô nhiễm. Mục đích là làm sao dùng VK nitrat hóa
biến các chất N hữu cơ lắng đọng trong nớc biến thành N
2
O và N
2
để bay hơi
vào không khí.
Khử P thờng dùng các VK que bất động, VK đơn bào khí sinh, VK
đơn bào giả trong điều kiện háo khí oxy hóa P loại bỏ bùn bẩn và khử P đi.
Xử lý đống rác thải là làm cho rác mùn hóa chuyển thành quá trình
sinh học, sản phẩm cuối cùng là phân hữu cơ, vừa có hiệu quả tài nguyên hóa
rác thải vừa bảo vệ môi trờng.
Phản ứng hóa học sinh vật cơ bản của đống rác háo khí giống nh xử lý
nớc bẩn, nhng chỉ xử lý khi đồng rác đã gần hoai để oxy hóa triệt để chất hữu
cơ.
Xử lý đống rác yếm khí là sự lên men cũng giống nh lên men nớc thải,
sản phẩm cuối cùng là methan và CO
2
. Kỹ thuật này đợc ứng dụng rộng rãi ở
đô thị và nông thôn.
Công trình sinh thái là trồng cây lên rác thải đã tập trung, bổ sung các
công trình kiến trúc cảnh quan, tiểu phẩm lâm viên xây dung phong cảnh
công viên.
Kỹ thuật đờng hoá xenlulose phế thải là dùng men phân giải chuyển
thành đờng glucose sau đó chuyển phản ứng thành nguyên liệu hoá công,
hoặc dùng VSV sản xuất protein đơn bào.
Thức ăn hoá xenlulose. Kỹ thuật này không cần đờng hóa mà dùng
VSV trực tiếp sản xuất protein đơn bào, nuôi gia súc gia cầm.

Xử lý vật ô nhiễm dạng khí. Nguyên lý cũng giống nh xử lý nớc thải là
phân giải và chuyển hóa, nhng xử lý khí rất khó, nên phải chuyển khí thành
dạng nớc hoặc dạng rắn. VSV phân giải chúng cũng là tập hợp nhiều quần
thể. Muốn nâng cao hiệu suất làm sạch không khí cần tăng cờng chuyển chất
khí thành chất lỏng và sáng tạo điều kiện có lợi cho chuyển hóa và phân giải.
4.4. Cải tạo sinh học môi trờng ô nhiễm
Cải tạo sinh học là lợi dụng VSV xúc tiến phân giải vật ô nhiễm hữu
cơ thành chất khác rồi từ đó loại bỏ vật ô nhiễm. Cơ sở của cải tạo sinh học
37
là sự phân giải chất hữu cơ bằng VSV trong môi trờng sinh thái. Do quá trình
cải tạo sinh học chậm. chạp, khó ứng dụng trong thực tế, kỹ thuật cải tạo
phải kết hợp công trình và nhân công trên một diện tích lớn. Hiện nay thờng
ding cho các đối tờng đất, nớc, ( nớc ngầm) bờ biển
Bản chất của cải tạo sinh học vật ô nhiễm là phân giải sinh hoc có tăng
tốc độ phân giải chuyển hóa hay không. Xúc tíến VSV sinh trởng là rất quan
trọng, bao gồm: (1) Nuôi cấy VSV để tăng số lợng và khả năng phân giải (2)
Tăng muối dinh dỡngVSV để tăng tốc độ phân giải (3) Cung cấp thể nhận
điện tử để khai thông con đờng phân giải chất hữu cơ, nói chung là cung cấp
oxy trong môi trờng háo khí, cung cấp muối nitrat trong môi trờng ýêm khí
(4) Cung cấp vật trao đổi để làm tăng khả năng phân giải chất ô nhĩêm hữu
cơ khó phân giải (5) Nâng cao khả năng lợi dụng của VSV nh pha loãng vật
ô nhiễm,tăng hoạt tính bề mặt dùng chất hoà tan để tăng độ hoà tan (6) Thêm
chất xúc tác phân giải nh sử dụng nớc oxy già H
2
O
2
để làm tăng tốc độ phân
giải.
4.5. Giám sát ô nhiễm môi trờng bằng VSV
VSV trong môi trờng sinh thái là vật thừa hởng trực tiếp ô nhiễm môi

trờng mọi biến dổi môi trờng đều phát sinh ảnh hởng đến kết cấu quần xã và
chức năng sinh thái của VSV, cho nên có thể sử dụng VSV làm vật chỉ thị
gíam sát ô nhiễm môi trờng. Về ứng dụng làm chất chỉ thị không bằng động
vật và thực vật, nhng do một số đặc tính riêng VSV có thể giám sát môi tr-
ờng. Nh gíam sát phân ô nhĩêm, giám sát vật gây đột biến, giám sát VK phát
quang, thí nghiệm trao đổi chất tơng đối của vi khuẩn nitrat hóa.
Câu hỏi
1.Phân bố VSV rộng hơn động thực vật về ý nghĩa sinh thái có những mặt nào?
2.Trong mối quan hệ VSV với động thực vật có lợi và có hại cùng tồn tại làm thế nào để
tăng lợi giảm hại?
3.Kỹ thuật sinh học phân tử VSV có thể phát triển và ứng dụng mặt nào để bảo vệ môi tr-
ờng?
4.Thử nêu lên một phơng án dùng VSV xử lý nớc thải hoặc vật phế thải bíến chúng
thành tài nguyên có thể lợi dụng đợc.
38