CHU TRÌNH CHUYỂN HÓA NITƠ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NHÓM 12:


 NỘI DUNG CHÍNH
1. QUÁ TRÌNH ĐỒNG HÓA
2. QUÁ TRÌNH CỐ ĐỊNH ĐẠM
3. QUÁ TRÌNH AMON HÓA
4. QUÁ TRÌNH NITRAT HÓA
5. QUÁ TRÌNH PHẢN NITRAT HÓA


Protein vi sinh vật


N2

Protein động vật
Tiêu hóa
hấp thụ



Protein thực vật
Tổng
hợp




NH3




NO3Nitrat trong đất

 Quá trình đồng hóa đạm vô cơ  Quá trình cố định nito phân tử
 Quá trình nitrat hóa
 Quá trình amon hóa
 Quá trình phản nitrat hóa



Quá trình này được thực hiện do thực vật và một số
VSV. Đạm vô cơ trong thiên nhiên tồn tại dưới dạng muối
nitrat, muối amon trong đất nước, đây là dạng đạm duy
nhất mà thực vật sử dụng được mà động vật không sử
dụng được. Với VSV, chỉ trừ loại chuyên kí sinh còn hầu
hết tiêu thụ đạm vô cơ bằng cách hấp thụ chúng rồi
chuyển chúng thành acid amin, protid, acid nucleic để
xây dựng và đổi mới tế bào.


Là quá trình N2 sẽ chuyển thành nitơ ở dạng hợp chất hay là
chuyển nitơ vô cơ thành nitơ hữu cơ
N2 chiếm thành phần lớn trong không khí với 78% là nguồn
cung cấp Nitơ dồi dào cho vsv nhưng sử dụng không được nên
nhờ tới vsv chuyển hóa N2 thành NH3 và NH4 để dễ dàng hấp thu

Những vsv này được gọi là vsv cố định đạm. Chúng có khả
năng cố định đạm thông trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình
thường thông qua enzyme nitrogenaza. Chúng được thành hai
loại:


 Vi sinh vật cố định N2 (đạm) sống tự do
Azotobacter là vi khuẩn sống tự do, hô hấp hiếu khí, không có
bào tử, tế bào hình trứng. Azotobacter dùng nito của không khí
để biến thành hợp chất nito của cơ thể sống. Khi sống trong môi
trường có đầy đủ thức ăn thì tác dụng cố định nito sẽ rất thấp
hoặc không có.
Azotobacter thích hợp với điều kiện hiếu khí vừa phải và pH trung
tính hoặc hơi kiềm. Được ứng dụng làm phân vi khuẩn gọi là
phân Azotobacterin bằng cách nuôi Azotobacter trong môi trường
lỏng hoặc đặc sau đó đem trộn với than bùn và các chất nuôi
dưỡng khác để chế thành bột Azotobacterin.


Vi khuẩn Azotobacter

Vi khuẩn Azotobacter thích ứng ở pH 7,2 – 8,2, ở nhiệt độ 28 –
300oC, độ ẩm 40 – 60%. Azotobacker đồng hóa tốt các loại
đường đơn và đường kép, cứ tiêu tốn 1 gam đường gluco nó có
khả năng đồng hóa được 8 – 18 mg N. Ngoài ra Azotobacker còn
có khả năng tiết ra một số vitamin thuộc nhóm B như B1, B6…,
một số acid hữu cơ như: acid nicotinic, acid pentotenic, biotin,
auxin. Các loại chất kháng sinh thuộc nhóm Anixomyxin.

Azotobacter chroococcum: sinh sắc tố nâu đen, không tan
trong nước, đồng hóa tinh bột, mantiol, ramnoza có chu
mao, GX (trong AND) là 65-66%.
Azotobacter beijerinckii: sinh sắc tố nâu vàng, không tan
trong nước, không đồng hóa tinh bột, mantiol, ramnoza có
chu mao, không di động, GX: 66%.
Azomonas agilis: sinh sắc tố huỳnh quang màu trắng, tan
trong nước, không đồng hóa tinh bột, mantiol và ramnoza có
chu mao, GX: 53-54%, thường sống trong nước ngọt.
Azomonas macrocytogenes: sinh sắc tố huỳnh quang màu
trắng, tan trong nước, không đồng hóa tinh bột và ramnoza,
đơn mao, GX: 58-59%.


Vi khuẩn Beijerinskii
Vi khuẩn Beijerinskii có khả năng đồng hóa tốt các loại đường đơn, đường
kép, cứ tiêu tốn 1 gam đường gluco nó có khả năng cố định được 5 – 10 mgN.
Khác với vi khuẩn Azotobacter, vi khuẩn Beijerinskii có tính chống chịu cao với
acid, nó có thể phát triển ở môi trường pH= 3, nhưng vẫn phát triển ở pH
trung tính hoặc kiềm yếu, vi khuẩn Beijerinskii thích hợp ở độ ẩm 70 – 80% ở
nhiệt độ 25 – 28 độ C. Vi khuẩn Beijerinskii phân bố rộng trong tự nhiên, nhất
là ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới
Beijerinckia indica: khuẩn lọc màu hung hung hay màu hồng, không đồng
hóa eritritol.
Beijerinckia mobilis: khuẩn lạc màu nâu hổ phách, không đồng hóa
lactoza, di động mạnh.
Beijerinckia derxii: khuẩn lạc màu da bò, không di động, không đồng hóa
eritritol, propanol và benzoat, không đồng hóa hoặc đồng hóa yếu axetat,
butirat, fumarat, lactat.

Vi khuẩn Clostridium.
Vi khuẩn Clostridium đồng hóa tốt tất cả các nguồn thức ăn nitơ vô cơ và
hữu cơ, cứ 1 gam đường gluco thì đồng hóa được 5 – 12 mgN
Năm 1939 nhà bác học người Nga Vinogratxkii đã phân lập tuyển chọn
được
một loài vi khuẩn yếm khí, có khả năng cố định nitơ phân tử cao, ông đặt
tên cho
loài vi khuẩn này là vi khuẩn Clostridium. Đây là loài trực khuẩn gram
dương, sinh
nha bào, khí sinh nha bào nó kéo méo tế bào. Kích thước tế bào dao động
0,7 – 1,3x 2,5 – 7,5 micrometre, khuẩn lạc thuộc nhóm S, màu trắng đục,
lồi nhày. Vi khuẩn Clostridium ít mẫn cảm với môi trường, nhất là môi
trường thừa P, K, Ca và có tính ổn định với pH, nó có thể phát triển ở pH
4,5 – 9, độ ẩm thích hợp 60 – 80%, nhiệt độ 25-30 độ C. -Vi khuẩn
Clostridium có rất nhiều loài khác nhau: Clostridiumbutyrium; Clostridium
beijerinskii; Clostridium pectinovorum…


 Vi sinh vật cố định nitơ cộng sinh:
Vi khuẩn nốt sần họ đậu là Rhizobium có vai trò cố định nito
khi cộng sinh trong nốt sần
Khi cố định trong nốt sần cây họ đậu, các vi khuẩn Rhizobium
hấp thụ nito không khí cung cấp nguồn nito vô cơ cho cây và cây
đậu cung cấp cho chúng nguồn glucid do cây hấp thụ được trong
đất. Ngoài ra, chúng có thể đồng hóa muối amon, nitrat và nhiều
loại acid amin. Không sử dụng được tinh bột và Xenluloza. Khuẩn
lạc không màu hoặc màu trắng.
Vi khuẩn lam cố định nito cộng sinh: Anabaena asollae
cộng sinh trong bèo hoa dâu. Bèo hoa dâu (Azolla) được dùng

làm phân xanh, làm thức ăn chăn nuôi. Toàn bộ lượng nito trong
protein của bèo là được cố định từ không khí nhờ các vi khuẩn
lam sống cộng sinh này.


Vi khuẩn Rhizobium

Là loại trực khuẩn gram âm không sinh nha bào, hảo khí. Kích
thước tế bào dao động 0,5 – 1,2 x 2,0 – 3,5 micrometre, khuẩn
lạc thuộc nhóm S, nhày lồi, màu trắng trong hoặc trắng đục, kích
thước khuẩn lạc dao động 2,3 – 4,5 mm sau một tuần nuôi trên
môi trường thạch bằng. Vi khuẩn Rhizobium có tiêm mao, có khả
năng di động được, chúng thích hợp ở pH từ 6,5 – 7,5, nhiệt độ
25 – 28 độ C, độ ẩm 50 – 70%. Khi già có một số loài tạo được
nang xác, khuẩn lạc sẽ chuyển sang màu nâu nhạt. Vi khuẩn

Rhizobium gồm nhiều loài khác nhau: Rh.Leguminosarum;
Rh.Phaseoli; Rh. Trifolii; Rh. Lupini; Rh. Japonicum;
Rh.Meliloti; Rh. Cicer; Rh.Simplese; Rh. Vigna; Rh. Robinii…


Hiện nay người ta tạm chia VKNS thành 4 nhóm lớn:
+ Sinorhizobiumfredy là những loài mà trong hoạt động sống của chúng
sản sinh ra axit, hay là chúng làm axit hóa môi trường.
+ Bradyrhizobium là những loài mà trong hoạt động sống của chúng sản
sinh ra chất kiềm, hay là chúng làm kiềm hóa môi trường.
+ Agrobacterium và Phyllobacterium, hai giống này là VKNS nhưng
không cộng sinh ở cây họ đậu, mà cộng sinh ở rễ-thân-kẽ lá cây rừng và
những cây
thủy hải sản. Hai giống này không có ý nghĩa nhiều trong nông nghiệp.

3. Các VSV cố định Nitơ khác:

Vi khuẩn Agrobacterium

Ngoài những giống vsv cố định nitơ phân tử nói trên, còn vô số những giống
khác đều có khả năng cố định nitơ phân tử, chúng có nhiều ý nghĩa trong sản
xuất nông lâm, ngư nghiệp.


Nhóm vi khuẩn cố định nitơ phân tử hảo khí: Azotomonas insolita; Azotomonas
fluorescens; Pseudomonas azotogenis; Azospirillum…

azospirillum
Nhóm vi khuẩn cố định nitơ phân tử hảo khí không bắt buộc: Klebsiella
pneumoniae; Aerobacter aerogenes…

Klebsiella pneumoniae

Aerobacter aerogenes

Cytophaga


Nhóm vi khuẩn cố định nitơ phân tử kị khí quang hợp: Rhodospirillum
rubrum; Chromatium sp.; Chlorobium sp.; Rhodomicribium sp.,…

Chlorobium

Chromatium

Nhóm vi khuẩn cố định nitơ phân tử kỵ khí không quang hợp:
Desulfovibrio desulfuricans; Methanobacterium sp…

Bacillus

Desulfovibrio desulfuricans

Methanobacterium


Xạ khuẩn : Một số loài thuộc giống: Actinomyces; Frankia; Nocardia;
Actinopolyspora; …

Nocardia

Actinomyces
Actinopolyspora

Nấm: rhodotorula

Tảo – Vi khuẩn lam: Plectonema;; Anabaena azollae; Anabaena ambigua;
Anabaenacylindrica; Calothrix elenkii...


Tảo lam (Cyanophyta)

Plectonema

Tảo lục (Chlorophyta)

Plectonema
Anabaena
azollae

Anabaena
ambigua

Actinopolyspora


Quá trình amon hóa là quá trình phân hủy, gây thối rữa các
hợp chất hữu cơ có chứa nitơ do vi sinh vật gây ra.
Quá trình amon hóa bao gồm 2 phần:
Amôn hóa urê.
Amôn hóa protid.
Tiêu biểu như các loài sinh vật sau: A.proteolytica, Arthrobacter spp,
Baccillus cereus, Staphilococcus aureus,Thermonospora fusca, termoactinomyces
vulgarries ..

Arthrobacter

Baccillus cereus


1. Amon hóa urê

Trong thế giới sinh vật, chỉ có vi sinh vật mới có khả năng
làm phân giải urê mà trong đó chủ yếu là vi khuẩn
Urobactericum, hầu hết chúng thuộc 2 họ: cầu

khuẩn(Coccacea) và trực khuẩn( Bacillaceae).
Cơ chế:

CO-NH2 + 2H20

Ureaza

CO-OH + 2NH3
OH

NH2

(NH4)2CO3

2NH3 + CO2 + H20

(NH4)2CO3


Tóm tắt quá trình Amôn hóa protid

Protein
H2 ,
CO2
H20, CO2

Pepton

Polipeptid

Acid béo

Metan

Acid amin

NH3

Phenol,indol, scatol,
amin, mecaptal, H2S,
CO2


Giai đoạn 1
Chỉ những vi sinh vật có enzym eczoproteaza mới có thể tác dụng trực tiếp
lên protid tự nhiên.
Protein

H20

H20

Protid đơn giản

Nucleioproteid

Pepton

Protein
đơn giản

Acid
nucleic

H20

H20

Polipeptid

Peptid

H20

Acid amin
Acid phosphoric
Đường pentoza
Các bazơ nitơ hữu cơ

Giai đoạn 2

Acid amin


Thủy phân:
R-CH-COOH

+H20

R-CH-COOH
OH

NH2

+ NH3 R-CH-COOH

+H20

+ NH3 + CO2

NH2

oxyacid

R-CH2-OH

Oxy hóa- điều kiện hiếu khí:
+1/2O2
R-CH-COOH

R-C-COOH + NH3
O

NH2

+1/2O2
R-CH-COOH
R-COOH
+ NH3 + CO2

NH2

xetoacid

Hidro – điều kiện kị khí:
R-CH-COOH

2H

NH2

R-CH2-COOH
+ NH3

R-CH-COOH
NH2

Khử amin do mất NH3 trực tiếp:
R-CH-CH-COOH
H NH2

R-CH=CH-COOH + NH3

2H

R-CH3 + NH3 + CO2


Phản ứng chuyển amin:
NH2-(CH2)4-CH(NH2)-COOH
Lizin

HS-CH2-CH(NH2)COOH
Xistein

NH2-(CH2)5-NH2

+ CO2

Cadaverin: chất độc
xác chết
H2S + CH3CH(NH2)COOH
ALANIN

Các hợp chất hữu cơ được tạo thành do sự phân giải sơ bộ
các acid amin.
-Điệu kiện yếm khí: các sản phẩm không được, oxi hóa
hoàn toàn, môi trường tích tụ nhiều acid hữu cơ, rượu,
amin trong đó có nhiều chất gây mùi khó chịu và rất độc.
-Điều kiện hiếu khí: các hợp chất hữu cơ đươc tạo thành sẽ
oxi hóa và vô cơ hóa hoàn toàn thành các cấu tử cơ bản
của protid như NH3, CO2, H2O, H2S, H3PO4.


Giai đoạn 3
Các hợp chất hữu cơ được tạo thành do sự phân giải sơ bộ
các acid amin.
-Điệu kiện yếm khí: các sản phẩm không được, oxi hóa
hoàn toàn, môi trường tích tụ nhiều acid hữu cơ, rượu,
amin trong đó có nhiều chất gây mùi khó chịu và rất độc.
-Điều kiện hiếu khí: các hợp chất hữu cơ đươc tạo thành sẽ
oxi hóa và vô cơ hóa hoàn toàn thành các cấu tử cơ bản

của protid như NH3, CO2, H2O, H2S, H3PO4.