ĐỀ CƯƠNG VI SINH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG 2

Câu 4

:Vinh sinh vật chỉ thị : là VSV đại diện cho những
VSV gây bệnh là nguồn ô nhiễm VSV cho các môi
trường như đất , nước, không khí, thực phẩm . trong
đk thông thường, để xác định chỉ tiêu ô nhiễm vi sinh
ng ta khảo sát các nhóm :
1- Ecoli
- Là trực khuẩn đại tràng, sống trong đường ruột

2-

3456-

của người , ko gây bệnh nhưng ở 1 sô đk nhất
định có khả năng gây nhiều loại bệnh khác nhau
- Chiếm 80% tổng số VSV trong ruột người và luôn giữ thế cân bằng sinh thái
trong ruột
- Bởi vậy lượng ecoli vươtj quá mức cho phép thì MT đó đã bị ô nhiễm
- Nước được gọi sạch khi chỉ số ecoli từ 0-5 (số ecoli/1lit nước) (theo tiêu
chuẩn quốc tế)
- Total coliform (tổng số Vk dạng coli) : nói lên số lượng VK dạng coli có
chung 1 số tính chất về nuôi cấy ,..
- Fecal coliform : số lượng VK dạng coli có trong phân người và 1 số động vật
Streptococcus
- là loại liên cầu khuẩn bao gồm nhiều loại khác nhau có khả năng gây nhiều
loại bệnh ở người như : viêm đường hô hấp, viêm tai giữa, viêm khớp.
- thường có nhiều trong phân , bởi vậy sự có mặt của nhóm này ở 1 lượng quá
mức qui định ngoài nói lên sự ô nhiễm của vi sinh còn nói lên khả năng bị ô
nhiễm của môi trường .
Clostridium : là 1 nhóm vi khuẩn kị khí có trong phân người và động vật

Nấm
Tảo
Nguyên sinh động vật

Câu 5 : nguyên nhân của vấn đề ô nhiễm vi sinh : môi trường có tồn tại nhiều vi
sinh vật gây bệnh gọi là ô nhiễm vi sinh vật
-

-

1

Vấn đề chất thải của bệnh viện :
+là nơi tập trung cá loại vi sinh vật do người bệnh mang vào
+không chỉ tập trung trên cơ thể bệnh nhân mà còn nhân lên trong các phòng
xét nghiệm vi trùng
+VSV tập trung ở nguồn rác thải bệnh viện
Vấn đề chất thải sinh hoạt và vẹ sinh đô thị
+rác tràn ngập khắp mọi nơi : rác thải trong hoạt của con người, chất thải của
gia đình , trường học.. luôn chứa rất nhiều các loại VSV khác nhau

1


Câu 6: khả năng chuyển hóa của các hợp chất cacbon trong tự nhiên
1- Vai trò của SV trong vòng tuần hoàn C
- C trong tnhien tồn tại ở nhiều loại hợp chất từ vô cơ -> hữu cơ
- Luôn chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác
- Khép kín 1 chu trình chuyển hóa trong vòng tuần hoàn C trong tự nhiên
- Vsv đống vai trò quang trọng trong 1 vòng chuyển hóa

- Sơ đồ 2.2 trang 49

C hữu cơ trong động thực vât trả lại môi trường khi chúng chết đi
C hữu cơ trong MT này được phân hủy thành CO2 nhờ Vsv
CO2 đc vxv tái sử dụng tạo thành các hợp chất C phức tạp
Con người và động thực vật hấp thụ nguồn dinh dưỡng này
2- Phân giải zenlulozo
a- Phân giải xenlulozo tự nhiên
- Là thành phần chỉ yếu của màng TB TV
- 90% trọng lượng khô cây bông, 40-50% cây gỗ nói chung
- Tích lũy trong đất do : sản phẩm thực vật : thân, rễ lá … - rác do con người
- Dạng sợ, mạch thẳng
- Cấu trúc baacj2,3 phức tạp , liên kết trùng lặp nhiều lần =>khó bị phân giải
b- Cơ chế
- Hệ enzim phân hủy xenlulozo của VSV :
-

C1: xenlobiohydrolaza
C2 : + endo-glucoza
+ exo-gluconaza
β-glucosidaza

C1

Cắt đứt các liên kết hidro
Cắt đứt liên kết β-1,4 ->những chuỗi dài
Phân giải các chuổi dài -> disaccarit gọi là xenlob
Phân hủy xenlobioza thành glucoza

C2

β-glucosidaza

Xenluloza tự nhiên ---->xenluloza vô định hình --->xeluloza-------------------->glucoza
c- VSV phân hủy xeluloza
- Nhiều nhóm vsv phân hủy đc xenluloza
- Vi nấm phân hủy mạnh nhất
- Hầu hết các loài thuộc chi Tricoderma đều có khả năng phân hủy xenluloza :
-

2

nấm mốc ..
Các giống có khả năng phân hủy khác : aspergillus; fusarium , mucor ..
Nhiều loại VK k tiết đủ 4 loại ezim để phân hủy nên VK phân hủy rất yếu
+ Nhóm VK háo khí : pseudomonas , xenllulomonas , achromobacter ..
+ nhóm Vk kị khí : clostridium , cầu khuẩn thuộc chi Ruminococcus
Xạ khuẩn cũng có khả năng phân hủy xeluloza : chi Streptomyces
2


2 – Sự phân giải tinh bột
a-

Tinh bột trong tự nhiên
là chất dự trữ chủ yếu của thực vật
trong TB tồn tại ở dạng tinh bột
khi TV chết đi thì vsv sẽ phân giải thành hợp chất đơn giản
gồm: amilo chiếm 10-30% - amylopectin chiếm 30-70%
b-Cơ chế của quá trình phân giải tinh bột

α-amilaza

Tác động vào liên kết 1,4glucozit , cắt phân
tử TB thành nhiều đoạn ngắn (mantotrioza
b- VSV
β-amilaza
Cắt đứt lk 1,4glucozit ơt cuối phân tử TB->
phân giải
sp là disaccarit mantoza
tinh bột
Amilo 1,6glucosidaza Cắt đứt lk 1,6glucozit tại chỗ phân nhánh của
- Vi nấm :
amilopectin
glucoamilaza
Cắt cả 2 đoạn liên kết 1,4 và 1,6glucozit
chi
Phân giải TB -> glucoza và oligosaccarit
Aspergillus, Fusarium, Rhizopus…
- Vi khuẩn : chi Bacillus , Cytophaga, Pseudomonas .
- Xạ khuẩn 1 số loài có khả năng phân hủy tinh bột
3- Sự phân giải đường đơn
a- Quá trình lên men etylic (đòi hỏi có ự tham gia của photphat vô cơ)
Enzim của VSV
pyruvate decaboxylaza
Glucoza ---- fyruvat + cacboxyl ----axetaldehyt-----rượu etylic +
CO2
(embden-mayerhof)
tiamin pirophotphat
khử

-

Phương trình: 2 CH6H12O6 + 2 H3PO4  2 CO2 + C2H5OH + 2 H2O +
fructoza 1,6 diphotphat

-

Nhiều loài có khả năng lên men rượu : mạnh nhất là nấm men :
Saccharomyces cerevisae dùng để sản xuất rượu bia

b- Quá trình lên men lactic ( lên men đồng hình và lên men dị hình)
• Lên men đồng hình

(embden-mayerhof)
Glucoza-------------- ax pyruvic ----------- ax lactic
-

Nhóm vi khuẩn : Lactobacterium và Streptococcusc
Lên men dị hình
Con đường pentozophotphat
C6H12O6

CH3CHOHCOOH +CH3CHOOH +
CH3CH2OH + CH2OHCHOHCH2OH + CO2 + Q
•

3

3

- ứng dụng muối dưa, hoa quả, làm sữa chua…
c- sự phân giải đường nhờ quá trình oxy hóa ( chu trình crebs nhờ vsv háo khí)
d- sự cố định CO2 (là quá trình quang hợp của cây xanh)

Câu 7 : Khả năng chuyển hóa các hợp chất Nito trong tự nhiên của VSV
1, Vòng tuần hoàn Nito trong tự nhiên
-

Trong cơ thể sinh vật Nito tồn tại dưới dạng chất đạm hữu cơ như protein,
axit amin.
Khi sinh vật chết đi, lượng hữu cơ này tồn tại trong đất.
Dưới tác dụng của VSV hoại sinh, protein được phân giải thành axit amin.
Axit amin được nhóm VSV amon hóa phân giải thành NH3 hoặc NH4+
NH4+ VK nitrat hóa NO3- phản nitrat hóa nito phân tử
Nito cố định lại trong tế bào vi khuẩn và tế bào TV sau đó chuyển hóa
thành dạng Nito phân tử
CHC trong
đất
VSV

N2

TV

ĐV

NH3; NH4+

NO3-

Phương trình :
4

CO(N + 2 O

(NC

(NC

2N + C+O

4


2, Amon hóa
*Amon hóa Ure
- Ure chiếm 2.2% nước tiểu người và động vật
- Trong ure chứa 46.6% Nito
- Cơ chế: Dưới tác dụng của enzym ureaza của VSV, ure sẽ bị thủy phân
muối cacbonat amoni NH3
Axit uric, xiananit canxi khi vào đất ure NH3
•

Một số loại vsv có khả năng amon hóa ure : planosarcina ureae,
Micrococcus ureae, bacillus amylovorum, Proteus vulgaris,….

•

Đa số vsv phân giải ure thuộc nhóm háo khí hoặc kị khí

•

pH thích hợp : trung tính hoặc hơi kiềm

*Amon hóa protein
-

Protein là thành phần quan trọng trong tế bào sinh vật ,chưa tới 15 – 17 %
nito.
Sự amôn hóa protein là quá trình chuyển hóa protein thành các chất đơn
giản N hoặc N dưới tác dụng của vi sinh vật
Nguồn cung cấp protein : xác các loại động vật , thực vật ,vi sinh vật .
Cơ chế: Protein được biến đổi nhờ hệ enzym proteaza của vsv gồm :
proteinaza và peptidaza

Cụ thể :

Enzym proteinaza

Protein
Enzym peptidaza

chuỗi polipeptit và oligopeptit
Axit amin
một phần bị vsv hấp thụ
Khử amin

5

NH3
N + piprevar

-

Enzym
1 số loại VSV sinh ra chất độc
đốideaminaza
với con người và động vật
Ảnh hưởng của tỉ lệ C:N trong đất đối với VSV phân hủy protein:
o Tỉ lệ này quá cao, đất ít đạm vsv sẽ ăn hết đạm của cây trồng
o Tỉ lệ này quá thấp, đạm thừa, quá trình phân hủy sẽ chậm lại
o Tỉ lệ thích hợp là C:N = 20

-

Một số nhóm vsv có khả năng amon hóa protein:
5


-

o

Vi khuẩn : Bacillusmycoides, B. mesentericus, B. subtilis …

o

Xạ khuẩn : Streptomyces rimosus, S. griseus,….

o

Vi nấm : Aspergillus oryzae, A. flavus, A.niger, Penicilliun
camemberti,…..

Ngoài protein và ure, nhiều loài vsv có khả năng amon hóa kitin, kitin là
thành phần vỏ nhiều loài côn trùng và giáp xác ,hệ enzym có gồm emzym
kitinaza và kitobiaza

3, Quá trình nitrat hóa
Quá trình nitrat hóa Gồm 2 giai đoạn :
- Giai đoạn nitrit hóa : oxi hóa N thành N
- Giai đoạn nitrat hóa : oxi hóa N thành N
*Giai đoạn nitrit hóa:
•

Ammon bị oxy hóa thành nitrit bởi chủng vi khuẩn Nitrosomonas
N+

-

N + O + 2 + năng lượng

Năng lượng này dùng để đồng hóa C thành cacbon hữu cơ.
Enzym xúc tác cho quá trình này là các enzym của quá trình hô hấp háo
khí
Các vi sinh vật thực hiện quá trình này chủ yếu thuộc loại vsv tự dưỡng.

Một số nhóm vi khuẩn nitrit hóa : Nitrosomonas, nitrzocystis, nitrozolobus,
nitrosospira

*Giai đoạn nitrat hóa:
- Là quá trình oxy hóa N thành N thực hiện bởi nhóm vi khuẩn nitrat.
-

Là những vi sinh vật tự dưỡng có khả năng oxy hóa Ntạo ra năng lượng
sử dụng để đồng hóa C tạo thành đường.
N+

6

N + năng lượng

-

Nhóm vi khuẩn nitrat gồm 3 chi : Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococus.

-

Ngoài ra còn có 1 số loại vsv cũng tiến hành quá trình nitrat : vi khuẩn, xạ
khuẩn thuộc các chi Pseudomonas, Corynebacterium, Streptomyces…
6


4, Quá trình phản nitrat hóa và amon hóa nitrat

Quá trình phản nitrat gây bất lợi cho cây trồng.
Các enzym sử dụng trong quá trình khử nitrat : enzym nitrat reductaza và nitrit
reductaza
Trong quá trình amon nitrat cung cấp N cho tế bào vi khuẩn để tổng hợp axit
amin.

Một số nhóm vsv thực hiện quá trình phản nitrat :
•

- Nhóm vsv tự dưỡng hóa năng : thibacillus denitrificans,
Hydrogenomonas , …

•

- Nhóm vsv dị dưỡng hóa năng : pseudomonas denitrificans, micrococus
denitrificans, bacillus licheniformis,….

5, Quá trình cố định nito trong phân tử
Con người, động vật, thực vật đều cần đạm nhưng không thể sữ dụng trực tiếp
nito phân tử, chỉ có nhóm vsv cố định nito mới có thể sử dụng nguồn đạm dồi
dào này và cung cấp đạm cho cây trồng.


Cơ chế : khử thành N dưới tác dụng của enzym nitrogenaza do vi sinh vật
sinh ra.

+ 6e + 12ATP + 12O

enzym nitrogenaza
enzym nitrogenaza
2 N + 12ADP + 12P + 4

enzym nitrogenaza gồm 2 thành phần khác nhau: một phần gồm protein và Fe,
một phần gồm protein, Fe, Mo.
7

7


*Cơ chế của vi khuẩn sống tự do trong đất:
- Electron của các chất khử đi qua phần thứ nhất và phần thứ hai sẽ được
hoạt hóa có thế phản ứng với
- Cũng đi qua hai phần vào đực hoạt hóa, hydro được hoạt hóa nhờ các
enzym của hệ thống hydrogenaza,năng lượng cho quá trình là ATP.
- enzym nitrogenaza còn có khả năng xúc tác cho việc khử một số chất
khác như: khử axetylen thành etylen.
Sơ đồ khử N2 thành NH3 của enzym nitrogenaza
Feredoxin
dạng oxy hoá

ADP

electron

NH3

ATP
Feredoxin
dạng khử

ATP
N

*Cơ chế của VK sống cộng sinh với cây họ đậu:
•

- Thực vật đóng vai trò hình thành leghemoglobin chất tham gia vận
chuyển điện tử từ quá trình quang hợp vào nitrogenaza của vi khuẩn.

•

Enzym nitrogenaza giống với vi khuẩn cố định nito tự do trong đất.

•

Sơ đồ biểu diễn mối quan hệ:

e
Quá trình
leghemoglobin
quang hợp của
cây*1 số nhóm VSV cố định Nito

N2
e

Nitrogenaza
của VK

ATP

Quá trình sinh
NL của VK

NH3

VK cố định Nito cộng sinh với cây họ đậu
Đặc điểm chung:
8

8


-

-

Vi khuẩn cố định nitơ sống trong cộng sinh trong nốt sần cây họ đậu, đôi
khi ở cả thân cây phần gần với đất.Sản phẩm của quá trình cố định nitơ
được sử dụng một phần cho vi khuẩn, một phần cho cây
Vi khuẩn nốt sần thuộc loại háo khí, ưa pH trung tính or hơi kiềm. Phát
triển tốt nhất ở nhiệt độ 28-30, độ ẩm 60-80%

Sự hình thành nốt sần và quan hệ cộng sinh:
-

Quan hệ cộng sinh vi khuẩn với cây họ đậu tạo thành một thể sinh lí hoàn
chỉnh
Khả năng hình thành nốt sần phụ thuộc vào vi khuẩn trong đất và điều
kiện ngoại cảnh
Quan hệ cộng sinh của vi khuẩn cố định nitơ với cây họ đậu mang tính
đặc hiệu. Một loài vi khuẩn chỉ có thể cộng sinh với một hoặc một vài loài
cây họ đậu

Ứng dụng của VK nốt sần:
-

Được sử dụng trong sản xuất chế phẩm nitragin bón cho cây đậu

*VK cố định Nito sống tự do trong đất:
Azotobacter:

9

+

Được Beijerinck phát hiện năm 1901, là một loại vi khuẩn hiếu khí,
không sinh bào tử, có khả năng cố định nitơ phân tử, có khả năng
đồng hóa nhiều loại đường khác nhau.

+

Azotobacter chroococum có khả năng di chuyển lúc còn non, khi
già hình thành nang xác có màu nâu or đen.

+

Azotobacter beijerinckii có khả năng di động hình thành nang xác
có màu vàng or nâu sáng.

+

Azotobacter vinelandi có khả năng di dộng và hình thành nang xác
màu lục huỳnh quang.

+

Azotobacter được nghiên cứu để chế tạo phân vi sinh bón cho lúa

9


-

Clostridium
+

Clostridium được phát hiện năm 1893, là một loại vi khuẩn kị khí
sống tự do trong đất. Có khả năng đồng hóa nhiều nguồn cacbon
khác nhau như các loại đường rượu tinh bột

+

Clostridium phát triển ở pH=4,7-8,5. Bào tử chịu được nhiệt độ cao

*Nhóm vi tảo cố định Nito
- Một số loài tảo đơn có khả năng cố định nitơ như tảo lam tự do và tảo lam
cộng sinh với bèo hoa dâu
Câu 8 : Khả năng chuyển hóa các hợp chất của P
1, Vòng tuần hoàn P trong tự nhiên
-

Trong tự nhiên P nằm ở nhiều dạng hợp chất
P hữu cơ có trong cơ thể sinh vật, được tích lũy trong đất khi sinh vật chết
đi
VSV phân hủy P hữu cơ tích lũy trong đất thành P vô cơ khó tan, 1 số ít

dễ tan.
VSV phân hủy tiếp thành muối axit photphoric dễ tan, cây trồng mới hấp
thụ được và chuyển thành P hữu cơ.
Động vật và con người sử dụng TV làm thức ăn, biến P hữu cơ TV thành
P hữu cơ ĐV
Lặp lại thành vòng tuần hoàn.
P vô cơ dễ tan

P vô cơ
khó tan

P hữu cơ
trong đất
P hữu cơ
TV

Phân P
(chất bài tiết)
P hữu
cơ ĐV
10

10


2, Sự phân giải lân hữu cơ do VSV
-

Hợp chất lân hữu cơ trong đất có nguồn gốc từ xác động thực vật, phân
xanh, phân chuồng,…

Hợp chất lân hữu cơ quan trọng nhất được phân giải ra là nucleoprotit
Nucleoprotit có trong thành phần nhân tế bào
Nhờ VSV, nhóm này tách ra khỏi TB và đc phân giải thành protein và
nuclein.
Protein đi vào vòng chuyển hóa các hợp chất Nito
Nuclein đi vào vòng chuyển hóa các hợp chất P
Nucleoprotit
Nuclei

Protein

Axit Nucleic

Adenin
Guanin
Xytozin
Timin
C6H12O6
VSV tiết ra enzym photphataza để xúc tác cho quá trình phân giải

H3PO4

VK phân giải lân hữu cơ chủ yếu thuộc 2 chi Bacillus và Pseudomonas
Các loài có khả năng phân giải mạnh là B.megatherium, B. mycoides,
Pseudomonas sp.
3, Sự phân giải lân vô cơ của VSV
-

Lân vô cơ được hình thành trong quá trình phân giải lân hữu cơ, phần lớn
là muối photphat khó tan.

Cơ chế: còn nhiều tranh cãi
Các nhóm VSV phân giải P vô cơ mạnh là: Bacillus megatheriom, B.
butyricus, B.mycoides, Pseudomonas radiobacter,…
Aspergillus niger phân giải lân vô cơ mạnh nhất
1 số xạ khuẩn cũng có thể phân giải lân vô cơ.

Câu 9 : Sự chuyển hóa của các hợp chất S
11

11


1, Vòng tuần hoàn S trong tự nhiên
-

Trong đất S ở dạng muối vô cơ như CaSO4, Na2SO4,.. 1 số ở dạng hữu cơ.
TV hút hợp chất S vô cơ trong đất rồi chuyển thành dạng hữu cơ trong tế
bào.
ĐV và người sử dụng TV làm thức ăn và chuyển hóa S vào cơ thể
Sau khi động thực vật chết đi sẽ để lại S hữu cơ trong đất.
VSV sẽ phân giải S hữu cơ thành H2S.
SO42-

S hữu cơ TV
S
S hữu cơ ĐV

H2S
2, Sự oxy hóa các hợp chất S
*Do VK tự dưỡng hóa năng:

-

1 số loài VSV tự dưỡng hóa năng có khả năng oxy hóa các hợp chất S vô
cơ như thiosulfat, H2S và S thành dạng SO42-.
H2SO4 sinh ra làm pH đất hạ xuống
Năng lượng sinh ra trong quá trình oxy hóa trên được VSV sử dụng để
đồng hóa CO2 tạo thành đường
Các VK có khả năng oxy hóa S vô cơ: Thiobacillus thioparus,
Thiobacillus thioxidans, Thiobacillus denitrificans, Begiatra minima

*Sự oxy hóa các hợp chất S do VK tự dưỡng quang năng
-

1 số VK tự dưỡng quang năng có khả năng oxy hóa H2S tạo thành SO42H2S đóng vai trò chất cho điện tử trong quá trình quang hợp của VK
VK thuộc họ Thiodaceae oxy hóa H2S theo phương trình:
CO2+ H2S + H2O
C6H12O6 + S
Các VK thuộc họ Chlorobacteriaceae oxy hóa H2S theo pt:
CO2+ H2S + H2O

12

Ánh sáng

C6H12O6 + S
12


Ở nhóm VK trên, S được hình thành không tích lũy trong cơ thể mà ở
ngoài môi trường.

3, Sự khử các hợp chất S vô cơ của VSV
-

Còn gọi là QT phản sulfat hóa
Tiến hành trong diều kiện kỵ khí, ở tầng nước sâu

C6H12O6+ 3H2SO4

6CO2+ 6H2O + 3H2S + Q

Chất hữu cơ đóng vai trò cung cấp hydro trong quá trình khử SO42- có thể là
đường hoặc các axit hữu cơ hoặc các hợp chất hữu cơ khác. H2SO4 sẽ bị khử
dần tới H2S:
+2H
+2H
+2H
+2H
H2SO4

H2SO3

H2SO2

H2SO

H2S

QT phản sulfat hóa dẫn đến việc tích lũy H2S trong môi trường gây ô nhiễm, ảnh
hưởng tới đời sống TV, ĐV.

13

13