Báo cáo Vi sinh môi trường

MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ...................................................................................................................1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU.................................................................................................2
1.Đặc điểm chung của vi sinh vật........................................................................................................2
2.Biến đổi khí hậu................................................................................................................................2

2.1. Biến đổi khí hậu là gì?........................................................................................2
2.2. Các biểu hiện của biến đổi khí hậu.....................................................................2
2.3. Nguyên nhân của biến đổi khí hậu.....................................................................3
2.4. Thực trạng và hậu quả của biến đổi khí hậu.......................................................3
3.Vi sinh vật với biến đổi khí hậu.........................................................................................................4

3.1. Vi sinh vật trong các chu trình sinh địa hóa.......................................................4
3.1.1. Vi sinh vật và chu trình Carbon....................................................................4
3.1.2. Vi sinh vật và chu trình Nitơ........................................................................7
3.2. Vi sinh vật tác động đến thời tiết và khí hậu.....................................................9
3.4. Vi sinh vật trong sản xuất biogas nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường.............13
3.5. Mối quan hệ giữa vi sinh vật và thực vật ảnh hưởng đến khí hậu...................15
3.5.1. Vi sinh vật tác động tích cực đến thực vật.................................................15
KẾT LUẬN.....................................................................................................................18
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................19


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Thực trạng của biến đổi khí hậu………………………………………...…...3
Hình 3.1. Chu trình Carbon…………………………………………………………….5
Hình 3.2. Chu trình Nitơ………………………………………………………………..8
Hình 3.3. Vi khuẩn tập trung trong các đám mây…………………………………….10
Hình 3.4. Vi khuẩn Pseudomonas syringae…………………………………………..11
Hình 3.5. Hiện tượng tảo nở hoa…...…………………………………………………12
Hình 3.5. Mô hình biogas……...……………………………………………………...13

ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, nhân loại đang phải đối mặt với nhiều nguy hiểm hơn từ hệ quả của việc
biến đổi khí hậu toàn cầu. Sự biến đổi khí hậu toàn cầu đã và đang diễn ra với một tốc độ
nhanh chóng, mang đến những ảnh hưởng nghiêm trong trên toàn cầu. Biểu hiện rõ nhất
là sự nóng lên của Trái Đất, băng tan, nước biển dâng cao, các hiện tượng thời tiết bất
thường, bão lũ, sóng thần, động đất, hạn hán và giá rét kéo dài… dẫn đến tình trạng thiếu
lương thực, thực phẩm và xuất hiện hàng loạt dịch bệnh trên người, gia súc, gia cầm…
Có rất nhiều nguyên nhân gây ra sự biến đổi khí hậu toàn cầu, trong đó có thể kể đến
vai trò của các loài vi sinh vật. Trong tự nhiên, vi sinh vật phân bố ở hầu hết các môi
trường và tồn tại với một số lượng lớn nên có ảnh hưởng đến khí hậu với quy mô toàn
cầu. Hoạt động của vi sinh vật đất đóng góp đáng kể vào việc sản xuất và tiêu thụ các khí
nhà kính, bao gồm CO2, CH4, N2O và NO. Các hoạt động hằng ngày của con người như
xử lý chất thải và nông nghiệp cũng kích thích các loài vi sinh vật sản sinh khí nhà kính.
Khi nồng độ của các khí này tăng lên, các vi sinh vật đất sẽ phản ứng lại theo những cách
khác nhau, làm tăng nhanh hoặc chậm lại sự nóng lên của Trái Đất.
Sự hiểu biết về vai trò của vi sinh vật trong việc duy trì sự sống trên Trái Đất cũng
như mối tương quan của chúng với khí hậu có thể giúp cho việc đưa ra những biện pháp
để bảo vệ môi trường, phòng chống biến đổi khí hậu toàn cầu. Xuất phát từ những lý do
trên, chúng tôi thực hiện bài tiểu luận: “Vi sinh vật với biến đổi khí hậu”.

1


TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. Đặc điểm chung của vi sinh vật
Vi sinh vật là tên gọi chung để chỉ tất cả sinh vật có hình thể nhỏ bé, không thể quan
sát được bằng mắt thường, muốn quan sát chúng người ta phải dùng kính hiển vi.

Vi sinh vật không phải là một nhóm riêng biệt trong sinh giới. Chúng là tập hợp
những sinh vật thuộc nhiều giới khác nhau. Giữa các nhóm có thể không có quan hệ mật
thiết với nhau và có chung những đặc điểm sau đây:
-

Kích thước nhỏ bé.

-

Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh.

-

Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh.

-

Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị.

-

Phân bố rộng, chủng loại nhiều.

2. Biến đổi khí hậu
2.1. Biến đổi khí hậu là gì?
Biến đổi khí hậu là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quyển, sinh
quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo.
2.2. Các biểu hiện của biến đổi khí hậu
-

Sự nóng lên của khí quyển và Trái Đất.

-

Sự thay đổi thành phần và chất lượng khí quyển, gây hại cho môi trường sống của con

người và các sinh vật trên Trái Đất.
-

Sự dâng cao mực nước biển do băng tan, dẫn tới sự ngập úng ở các vùng đất thấp, các

đảo nhỏ trên biển.
-

Sự di chuyển của các đới khí hậu trên các vùng khác nhau của Trái Đất dẫn tới nguy

cơ đe dọa sự sống của các loài sinh vật, các hệ sinh thái và hoạt động của con người.
-

Sự thay đổi cường độ hoạt động của quá trình hoàn lưu khí quyển, chu trình tuần hoàn

nước trong tự nhiên và các chu trình sinh địa hóa khác.
-

Sự thay đổi năng suất sinh học của các hệ sinh thái, chất lượng và thành phần của thủy

quyển, sinh quyển, thạch quyển.

2

2.3. Nguyên nhân của biến đổi khí hậu
Nguyên nhân chính làm biến đổi khí hậu Trái Đất là do sự gia tăng các hoạt động tạo
ra các chất thải khí nhà kính, các hoạt động khai thác quá mức các bể hấp thụ khí nhà
kính như sinh khối, rừng, các hệ sinh thái ven biển, ven bờ và đất liền khác.
2.4. Thực trạng và hậu quả của biến đổi khí hậu
Sự biến đổi khí hậu toàn cầu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng. Biểu hiện rõ nhất
là sự nóng lên của Trái Đất, là băng tan, nước biển dâng cao; là các hiện tượng thời tiết
bất thường, bão lũ, sóng thần, động đất, hạn hán và giá rét kéo dài… dẫn đến thiếu lương
thực, thực phẩm và xuất hiện hàng loạt dịch bệnh trên người, gia súc, gia cầm…

Hình 2.1. Thực trạng của biến đổi khí hậu

Có thể thấy tác hại theo hướng nóng lên toàn cầu thể hiện ở các hiện tượng như: gia
tăng mực nước biển, băng hà lùi về hai cực, những đợt nóng, bão tố và lũ lụt, khô hạn, tai
biến, suy thoái kinh tế, xung đột và chiến tranh, mất đi sự đa dạng sinh học và phá huỷ hệ
sinh thái. Những minh chứng cho các vấn đề này được biểu hiện qua hàng loạt tác động
cực đoan của khí hậu trong thời gian gần đây như đã có khoảng 250 triệu người bị ảnh
hưởng bởi những trận lũ lụt ở Nam Á, châu Phi và Mexico. Các nước Nam Âu đang đối
mặt nguy cơ bị hạn hán nghiêm trọng dễ dẫn tới những trận cháy rừng, sa mạc hóa, còn
3


các nước Tây Âu thì đang bị đe dọa xảy ra những trận lũ lụt lớn, do mực nước biển dâng
cao cũng như những đợt băng giá mùa đông khốc liệt. Những trận bão lớn vừa xảy ra tại
Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ...có nguyên nhân từ hiện tượng Trái Đất ấm lên trong
nhiều thập kỷ qua. Những dữ liệu thu được qua vệ tinh từng năm cho thấy số lượng các
trận bão không thay đổi, nhưng số trận bão, lốc cường độ mạnh, sức tàn phá lớn đã tăng
lên, đặc biệt ở Bắc Mỹ, tây nam Thái Bình Dương, Ấn Độ Dương, bắc Đại Tây Dương.
Một nghiên cứu với xác suất lên tới 90% cho thấy sẽ có ít nhất 3 tỷ người rơi vào cảnh

thiếu lương thực vào năm 2100 do tình trạng ấm lên của Trái Đất.
3. Vi sinh vật với biến đổi khí hậu
3.1. Vi sinh vật trong các chu trình sinh địa hóa
Vi sinh vật đất đóng vai trò quan trọng trong chuỗi dinh dưỡng và chu trình sinh địa
hóa trên Trái Đất. Trong môi trường đất, vi sinh vật tác động đến sự phân rã của thực vật,
sự sản sinh và tiêu hao các khí, sự biến đổi của kim loại và sự sinh trưởng của thực vật.
Sự phân bố rộng rãi với số lượng nhiều làm cho vi sinh vật có sức ảnh hưởng to lớn đối
với khí hậu toàn cầu. Vi sinh vật đất đóng góp một cách đáng kể đến sự sản xuất và tiêu
thụ các khí gây ra hiệu ứng nhà kính, bao gồm: khí CO 2, CH4, N2O và NO. Những hoạt
động của con người trong nông nghiệp, công nghiệp,… cũng kích thích vi sinh vật sản
xuất ra các khí gây hiệu ứng nhà kính. Khi nồng độ của các khí này tăng lên, các vi sinh
vật đất sẽ phản ứng lại theo những cách khác nhau, làm tăng nhanh hoặc chậm lại sự nóng
lên của Trái Đất.
Vi sinh vật ảnh hưởng đến sự biến đổi khí hậu toàn cầu thông qua các vòng tuần hoàn
trong tự nhiên, mà quan trọng nhất là chu trình Nitơ và chu trình Carbon.
3.1.1. Vi sinh vật và chu trình Carbon
Carbon là thành phần cơ bản của tất cả các phân tử hữu cơ và tồn tại trong tất cả các
hợp chất hữu cơ.
Vòng tuần hoàn carbon là sự chu chuyển của nguyên tố carbon giữa cơ thể và môi
trường nhờ hoạt động của các sinh vật trong hệ sinh thái. Vòng tuần hoàn carbon đóng vai
trò quyết định trong hệ thống khí hậu, sự biến đổi khí hậu và các nguồn năng lượng trên
Trái Đất. Các hợp chất carbon hữu cơ chứa trong động vật, thực vật, vi sinh vật, khi các
sinh vật này chết đi sẽ để lại một lượng chất hữu cơ khổng lồ trong đất. Nhờ hoạt động
4


của các nhóm vi sinh vật dị dưỡng carbon sống trong đất, các chất hữu cơ này sẽ dần dần
bị phân hủy nhanh chóng.
CO2 trong khí quyển hay trong nước được sinh vật tự dưỡng hấp thu, biến đổi thành
các hợp chất hữu cơ phức tạp thông qua quá trình quang hợp và các phản ứng sinh hóa.

Một phần các chất cấu trúc nên cơ thể thực vật và vi sinh vật quang hợp. Thực vật và vi
sinh vật quang hợp được động vật hay các sinh vật dị dưỡng sử dụng, sau đó, các chất bài
tiết cũng như xác chết của sinh vật bị vi khuẩn phân hủy, trả lại CO 2 cho môi trường. Các
vi sinh vật tự dưỡng trong các thủy vực thường sử dụng CO 2 là dạng carbon vô cơ phổ
biến nhất để làm nguồn carbon tạo ra chất hữu cơ. Trong khi đó, các vi sinh vật dị dưỡng
lại sử dụng carbon hữu cơ có sẵn và quá trình oxy hóa các hợp chất carbon hữu cơ của
chúng sẽ tái tạo carbon vô cơ. Vòng tuần hoàn carbon được tạo thành theo phương trình
hóa học như sau:
CO2 + H2O  CH2O (vật chất cấu tạo tế bào) + O2 (dinh dưỡng tự dưỡng)
CH2O (vật chất cấu tạo tế bào) + O 2  CO2 + H2O (dinh dưỡng dị dưỡng và hô hấp
hiếu khí)
Các vi sinh vật tự dưỡng là các sinh vật sản xuất sơ cấp trong chuỗi dinh dưỡng của vì
chúng có khả năng chuyển hóa các hợp chất vô cơ thành các hợp chất hữu cơ cho các sinh
vật dị dưỡng sử dụng. Các vi sinh vật thuộc nhóm vi khuẩn lam, vi khuẩn khoáng dưỡng
hóa năng vô cơ và nhóm vi khuẩn sinh methane là những vi sinh vật tham gia tích cực vào
việc cố định một lượng CO2 khổng lồ trong chu trình carbon trên Trái Đất.

Hình 3.1. Chu trình Carbon
5


Vi khuẩn sinh methane tham gia tích cực trong chu trình carbon. Trong tự nhiên,
chúng sinh sống ở những nơi kị khí nhưng giàu CO 2 và H2. CO2 được nhóm vi khuẩn này
sử dụng bằng hai cách khác biệt nhau. Khoảng 5% CO 2 mà chúng hấp thu được sử dụng
cho việc tạo ra các thành phần tế bào trong quá trình sống và phát triển. 95% CO 2 còn lại
được sử dụng để sinh năng lượng cho hoạt động của tế bào và giải phóng khí methane.
Khí methane tích tụ ở rất nhiều nơi như trong đá dưới dạng khí tự nhiên, trong dạ cỏ
của động vật nhai lại và được giải phóng ra thông qua quá trình ợ hơi, trong ruột mối,
trong bùn, các sinh vật tiêu thụ chất thải, các vùng đầm lầy,…
Sự phân hủy sinh học là trọng tâm của vòng tuần hoàn carbon, ở đó vi sinh vật có vai

trò hết sức quan trọng. Đây là quá trình phân hủy vật chất hữu cơ (CH 2O) thành CO2 và
H2O. Trong môi trường đất, mối và các vi sinh vật có vai trò quan trọng trong quá trình
này, mặc dù các vi sinh vật khác cũng chiếm vị trí quan trọng. Quá trình phân hủy thường
diễn ra trước hết với các polymer sinh học như cellulose, lignin, protein, polysaccharide
nhờ các enzyme ngoại bào, tiếp theo đó là quá trình oxy hóa các phân tử polymer để tạo
ra các sản phẩm cuối cùng là CO2, H2O, H2 và có khi là NH3 hoặc H2S. Các sản phẩm này
sẽ được các vi sinh vật khoáng dưỡng và tự dưỡng sử dụng.
Các vi sinh vật quan trọng tham gia quá trình phân hủy sinh học trong tự nhiên bao
gồm xạ khuẩn, Clostridia, Bacilli, Arthrobacters và Pseudomonas.
Quá trình phân hủy sinh học diễn ra theo các phương trình hóa học sau:
Các polymer  các monomer (quá trình thối rữa)
Các monomer  các acid béo + CO2 + H2 (quá trình lên men)
Các monomer + O2  CO2 + H2O (quá trình hô hấp hiếu khí)
Các vi khuẩn sinh methane có khả năng loại bỏ khí CO 2 trong khí quyển qua việc biến
đổi CO2 thành nguyên liệu tế bào và CH 4. Các sinh vật nhân sơ này không bị ảnh hưởng
bởi chu kỳ carbon nhưng sự trao đổi chất của chúng cũng ảnh hưởng đến nồng độ các
chất khí nhà kính chủ yếu trong khí quyển Trái Đất.
Hoạt động của vi sinh vật trong chu trình carbon đã sinh ra một lượng khí CO 2 và CH4
góp phần làm thay đổi khí hậu toàn cầu. CO2 là chất khí gây ra hiệu ứng nhà kính với tỷ lệ
lớn nhất (56% trong 1% khí quyển). Khi nồng độ CO 2 trong khí quyển tăng lên gấp đôi
thì nhiệt độ Trái Đất sẽ tăng lên khoảng 30 oC. CH4 là chất khí gây ra hiệu ứng nhà kính
6


đứng thứ hai sau CO2 (18% trong 1% khí quyển). CH4 có thể được sinh ra từ các quá trình
sinh học, như sự men hoá đường ruột do vi sinh vật của các loài động vật nhai lại, sự phân
giải kỵ khí ở đất ngập nước, ruộng lúa,… CH 4 thúc đẩy sự oxy hoá hơi nước ở tầng bình
lưu. Sự gia tăng hơi nước gây hiệu ứng nhà kính mạnh hơn nhiều so với hiệu ứng trực tiếp
từ CH4. Hiện nay hàng năm khí quyển thu nhận khoảng từ 400 đến 765 x 1012 g CH4.
Tóm lại, các nhóm vi sinh vật tham gia trong quá trình chuyển hoá các hợp chất

carbon đã góp phần khép kín vòng tuần hoàn vật chất, từ đó giữ được sự cân bằng sinh
thái trong thiên nhiên. Sự phân bố rộng rãi của các nhóm vi sinh vật chuyển hoá các hợp
chất carbon còn góp phần làm sạch môi trường khi môi trường bị ô nhiễm các hợp chất
hữu cơ chứa carbon. Người ta sử dụng những nhóm vi sinh vật này trong việc xử lý chất
thải có chứa các hợp chất carbon hữu cơ như cellulose, tinh bột... Mặt khác, các nhóm vi
sinh vật tham gia trong quá trình chuyển hoá các hợp chất carbon cũng có những tác động
tiêu cực và tích cực đến khí hậu. Tích cực ở chỗ các vi sinh vật sử dụng các hợp chất
carbon để phân hủy góp phần làm giảm sự ô nhiễm và trong quá trình cố định CO 2 chúng
đã một phần làm giảm được khí CO 2 trong tự nhiên giúp cho khí hậu ít chịu ảnh hưởng
của khí nhà kính. Tiêu cực ở chỗ là vẫn có một lượng CO 2 và CH4 được thải vào không
khí và làm cho khí hậu Trái Đất dần nóng lên.
3.1.2. Vi sinh vật và chu trình Nitơ
Nitơ là một trong những nguyên tố chính của sự sống, là thành phần của protein và
acid nucleic trong tất cả tế bào của mọi sinh vật.
Vòng tuần hoàn nitơ là sự chu chuyển của nguyên tố nitơ giữa cơ thể sinh vật và môi
trường nhờ hoạt động sống của các sinh vật trong hệ sinh thái. Nếu không có vi sinh vật,
vòng tuần hoàn Nitơ không thể diễn ra.

7


Hình 3.2. Chu trình Nitơ

Vòng tuần hoàn Nitơ là vòng tuần hoàn phức tạp nhất trong các vòng tuần hoàn sinh
học. Trong cơ thể sinh vật, nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất đạm hữu cơ như
protein, acid amin. Khi cơ thể sinh vật chết đi, lượng nitơ hữu cơ này tồn tại ở trong đất.
Dưới tác dụng của các nhóm vi sinh vật hoại sinh, protein được phân hủy thành các acid
amin. Các acid amin lại được một nhóm vi sinh vật phân hủy thành NH 3 hoặc NH4+ gọi là
nhóm vi khuẩn amoni hóa. Quá tình này còn gọi là sự khoáng hóa chất hữu cơ vì qua đó
nitơ hữu cơ được chuyển thành dạng nitơ khoáng. Dạng NH 4+ sẽ được chuyển hóa thành

dạng NO3- nhờ nhóm vi khuẩn nitrate hóa. Các hợp chất nitrate lại được chuyển hóa thành
dạng nitơ phân tử, quá trình này gọi là sự phản nitrate hóa được thực hiện bởi nhóm vi
khuẩn phản nitrate. Khí Nitơ sẽ được cố định lại trong tế bào vi khuẩn và tế bào thực vật
sau đó chuyển hóa thành dạng Nitơ hữu cơ nhờ nhóm vi khuẩn cố định nitơ. Như vậy,
vòng tuần hoàn nitơ được khép kín. Trong hầu hết các khâu chuyển hóa của vòng tuần
hoàn đều có sự tham gia của các nhóm vi sinh vật khác nhau. Nếu sự hoạt động của một
nhóm nào đó ngừng lại, toàn bộ sự chuyển hóa của vòng tuần hoàn cũng sẽ bị ảnh hưởng
nghiêm trọng.
+ Quá trình cố định Nitơ phân tử: thường xảy ra nhờ sự tham gia của các nhóm vi
khuẩn sống tự do như Clostridia, Azotobacters, vi khuẩn lam và các vi khuẩn sống cộng
sinh trong rễ cây như Rhizobium và Frankia. Các vi sinh vật này có khả năng liên kết N2
tự do trong không khí tạo NH3 theo phương trình hóa học: N2  2NH3+ (cố định Nitơ)

8


+ Quá trình phản nitrat hóa: quá trình này liên quan đến việc sử dụng các dạng oxy
hóa của nitơ là NO3 và NO2 để nhận các điện tử dùng cho quá trình hô hấp. Vi khuẩn
thường gặp trong đất như Bacillus và Pseudomonas sử dụng nitrat (NO3) để khử thành
NO2 (nitrit) và sau đó thành dạng khí Nitơ như N2, N2O hoặc NH3 trả lại môi trường.
Khí N2O sinh ra do hoạt động của một số vi sinh vật là loại khí gây hiệu ứng nhà
kính nhưng chỉ chiếm tỷ lệ thấp (6% trong 1% khí quyển). Tuy nhiên, khả năng giữ
nhiệt các các phân tử khí này khá cao, các phân tử khí này có khả năng giữ nhiệt gấp
gần 300 lần so với phân tử khí CO 2. Khí N2O xâm nhập vào không khí sẽ không thay
đổi dạng trong thời gian dài, chỉ khi đạt tới những tầng trên của khí quyển nó mới tác
động một cách chậm chạp với nguyên tử oxy.
Các vi khuẩn thực hiện sự khủ nitrat là những vi khuẩn hiếu khí không bắt buộc.
Trong điều kiện có oxy, chúng sẽ hô hấp hiếu khí nhưng nếu thiếu oxy chúng sẽ sử
dụng NO3 để thay thế theo phản ứng: NO3  NO2  N2.
+ Quá trình nitrat hóa: là quá trình oxy hóa amoniac thành nitrit khi có O 2. Nitrit

sau đó lại được oxy hóa thành nitrat. Các vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng như Nitrosomas
oxy hóa NH3 thành NO2. Trong khi đó, vi khuẩn Nitrobacter lại oxy hóa NO2 thành
NO3. Quá trình xảy ra theo phương trình sau:
NH3  NO2 (Nitrosomonas)
NO2  NO3 (Nitrobacter)
+ Quá trình amoni hóa: quá trình này có tầm quan trọng lớn trong vòng tuần hoàn
Nitơ vì nhờ có quá trình này mà các hợp chất hữu cơ có Nitơ được phân hủy và vòng
tuần hoàn amoniac luôn được phục hồi. Nhiều vi khuẩn gây thối và nấm có khả năng
này. Thực vật, động vật và các sinh vật khác trong đó có vi sinh vật sử dụng các hợp
chất có Nitơ làm chất dinh dưỡng góp phần khép kín chu trình Nitơ.
3.2. Vi sinh vật tác động đến thời tiết và khí hậu
Trong quá trình tìm hiểu nguyên nhân vì sao khí hậu toàn cầu lại diễn biến phức tạp
đến như vậy trong những năm gần đây, giới khoa học đã bất ngờ phát hiện ra rằng: Vi
khuẩn là một trong những yếu tố chính chi phối thời tiết.
Trong những đám mây tồn tại một thế giới vi khuẩn đông đúc, chúng sống ở đó và
sinh sôi một cách mạnh mẽ. Những phát hiện về thế giới vi khuẩn trên những đám mây đã
9


làm đảo lộn gần như toàn bộ lý thuyết của ngành khoa học khí tượng thủy văn: không
phải các cơn bão lốc khí quyển, cũng không phải do những đám mây lớn ở trên hay dưới
tầng khí quyển di chuyển tạo nên thời tiết, đó chỉ là hậu quả. Nguồn gốc làm thay đổi thời
tiết chính là vi khuẩn. Những phần tử sinh học nhỏ bé này có tác động rất lớn đến chu kỳ
mưa tuyết, ảnh hưởng đến thời tiết nóng lạnh và thậm chí đến cả sự ấm lên của Trái Đất.
Một trong các ý nghĩa của sự phát hiện này là chỉ ra rằng các vi khuẩn có thể giữ một vai
trò trong quá trình hình thành băng tuyết trong các đám mây, và do đó có tác động đến
thời tiết và khí hậu. Bên cạnh đó, việc di chuyển của vi khuẩn nhờ gió xuyên qua các
khoảng cách lớn, có thể sẽ được tính đến trong các nghiên cứu về sự lan truyền của các
căn bệnh lây nhiễm giữa các sinh vật.

Hình 3.3. Vi khuẩn tập trung trong các đám mây

Vi khuẩn có khả năng làm ảnh hưởng đến tính chất lý hóa của môi trường xung quanh.
Khí hậu Trái Đất cũng không nằm ngoài tầm ảnh hưởng đó một khi không khí và các đám
mây đã có sự hiện diện của vô vàn vi khuẩn. Đã có những bằng chứng cho thấy sự trao
đổi chất của vi khuẩn có thể có ảnh hưởng lớn đến các mô hình thời tiết và khí hậu ngày
nay. Một khả năng thú vị là các vi khuẩn đã tiến hóa theo cách kích hoạt sự tạo thành của
các đám mây và mưa, nhằm hỗ trợ cho sự phân tán và sinh sản của chúng.
Các nghiên cứu được tiến hành ở nhiều phòng thí nghiệm đều cho thấy vi khuẩn có thể
tác động trực tiếp tới quá trình hình thành đám mây trong các giai đoạn chúng sinh sôi
nảy nở. Về mặt hóa học, những hóa chất mà vi khuẩn tiết ra để vận chuyển dưỡng chất
qua các màng tế bào hoàn toàn có khả năng phá vỡ lực căng bề mặt của nước. Chính
10


những hóa chất này đã tham gia vào quá trình hình
thành giọt mưa. Chẳng hạn vi khuẩn Pseudomonas
syringae có một loại protein có khả năng liên kết các
phân tử nước, biến chúng thành các cấu trúc hình lưới.
Nhờ đó băng có thể hình thành ở nhiệt độ trên 0 oC. Khi
các tinh thể băng (có vi khuẩn bên trong) rơi khỏi mây,
chúng tạo ra tuyết hoặc mưa (nếu băng tan chảy).
Về mặt vật lý, vô vàn vi khuẩn cùng với các tế bào

Hình 3.4. Vi khuẩn
Pseudomonas syringae

sinh học nhỏ bé khác có thể tác động đến khí hậu thông qua việc phản xạ hoặc hấp thụ
ánh sáng mặt trời, hấp thụ hơi ẩm trong không khí để hình thành hạt nhân của mây. Bằng
cách phân tán bức xạ mặt trời và che khuất bề mặt trái đất, khi khô, chúng có tác dụng

làm mát đối với khí hậu còn khi ướt chúng có thể làm ấm bề mặt trái đất, đặc biệt vào ban
đêm, do chúng góp một phần vào việc hình thành sương mù và mây ở tầm thấp.
Bên cạnh đó, nhiều nhà khoa học còn cho rằng các loại vi khuẩn có lẽ đã tiến hóa để
tồn tại và sống lâu trong khí quyển, chúng đã có khả năng khởi động quá trình ngưng kết
của các đám mây và mưa để nhằm hỗ trợ cho sự phát tán và sinh sản. Về lâu dài, các loại
vi khuẩn có thể dần dần làm biến đổi khí hậu theo những cách có lợi cho bản thân chúng.
Ngoài ra, người ta cũng tin tưởng rằng, một số vi khuẩn đã hình thành cơ chế bảo vệ tự
nhiên nhằm chống lại các tia cực tím và hiệu ứng nhà kính.
Rõ ràng, cho đến lúc này, con người mới bắt đầu đánh giá lại một cách xác thực vai
trò của vi khuẩn đối với bầu khí quyển. Những phần tử sinh học nhỏ bé đó bằng cách này
hay cách khác đã và đang chi phối tích cực đến chuyện nóng lạnh, mưa nắng của thiên
nhiên. Các nhà khoa học thế giới đang nỗ lực khám phá và tìm hiểu toàn bộ sự tác động
và chi phối này, từ đó hy vọng có thể tìm ra một cách thức hữu hiệu để kiểm soát khí hậu
toàn cầu.
3.3. Vi sinh vật và hiện tượng phú dưỡng
Phú dưỡng là hiện tượng nguồn nước trở nên giàu chất dinh dưỡng, đặc biệt là các hợp
chất Nitơ, Phospho một cách tự nhiên hoặc do tác động nhân tạo tạo điều kiện phát triển
cho các loài rong tảo. Nhưng sự phát triển quá mức của rong tảo có thể ức chế các thực

11


vật bậc cao và động vật thủy sinh khiến chúng ngừng phát triển hoặc bị diệt vong do thiếu
ánh sáng, oxy, chất dinh dưỡng và bị nhiễm độc.
Trong các hệ sinh thái ao hồ, luôn tồn tại sẵn các loài tảo và một hàm lượng nhất định
các chất N, P để đảm bảo cho quá trình sinh dưỡng, phát triển bình thường của hệ sinh
thái. Khi nồng độ N, P tăng lên, nó sẽ kích thích sự phát triển của tảo – gọi là hiện tượng
tảo nở hoa. Lúc này, tảo phát triển vượt bậc về số lượng trong hệ sinh thái nước, từ mật
độ 1 – 100 tế bào/ml nước lên thành 104 – 105 tế bào/ml nước.
Sự thay đổi mật độ tế bào kéo theo sự thay đổi màu nước. Đây chính là dấu hiệu của

hiện tượng phú dưỡng. Trong các ao hồ thường có các nhóm tảo lục, tảo lam hay tảo giáp,
do vậy nước chuyển sang màu xanh.

Hình 3.5. Hiện tượng tảo nở hoa

Trong điều kiện quang hợp, ban ngày nồng độ oxy tăng đáng kể nhưng giảm khi trời
tối do sự hô hấp của tất cả sinh vật trong hồ. Tảo phát triển mạnh mẽ cũng dẫn tới hiện
tượng trong ao hồ có rất nhiều xác tảo. Những xác tảo này bị vi khuẩn phân hủy, trong đó
oxy hòa tan được sử dụng để oxy hóa những chất trong xác tảo.
(CH2O)106(NH3)16H3PO4 + 138O2  106CO2 + 122H2O + 16HNO3 + H3PO4
Như vậy, để phân hủy 1 phân tử tảo thì vi khuẩn đã lấy đi tới 138 phân tử oxy. Quá
trình này tiếp tục làm giảm nồng độ oxy hòa tan. Khi nồng độ oxy giảm đến mức tối
thiểu, những loài động vật thủy sinh sẽ bị chết ngạt. Ngoài ra, môi trường kỵ khí dưới đáy
ao hồ cũng là điều kiện thúc đẩy sự phát triển của Clostridium botulinum khiến chúng sản

12


sinh nhiều độc chất. Sự tích tụ chất độc góp phần tiêu diệt sinh vật trong ao hồ. Các vi
sinh vật trong ao hồ sẽ phân hủy xác sinh vật thành CO 2 phân tán vào môi trường gây
biến đổi khí hậu toàn cầu.
3.4. Vi sinh vật trong sản xuất biogas nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường
Hiện nay, tình trạng ô nhiễm môi trường (đất, nước, không khí) tại các vùng nông thôn
do việc chăn nuôi ngày càng phát triển theo xu hướng hàng hóa, nhiều hộ gia đình chăn
nuôi với quy mô lớn đang là vấn đề rất khó khăn trong quá trình xử lý chất thải. Bên cạnh
đó, hoạt động giết mổ gia súc, gia cầm cũng thải ra một lượng lớn các chất gây ô nhiễm
môi trường, tác động nghiêm trọng đến khí hậu toàn cầu. Hầu hết phân và các chất thải
chưa xử lý đều được thải trực tiếp ra ao nuôi cá, đồng ruộng, cống thoát của gia đình và
những khu vực xung quanh gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng trực tiếp tới hộ gia đình
chăn nuôi và cộng đồng xung quanh. Vì vậy, để khắc phục tình trạng này thì một trong

những giải pháp hữu hiệu để xử lý chất thải trong chăn nuôi cũng như các chất thải khác
đó là xây dựng hầm khí biogas.
Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH 4) và một số khí khác phát sinh từ
sự phân hủy các vật chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí. Thành phần biogas gồm chủ yếu
là methane (50-70%) và các khí CO2, N2, O2, CO, H2S, hơi nước,… Nguồn nguyên liệu để
nạp vào hầm Biogas khá đa dạng là các chất thải gồm phân và nước tiểu của động vật như
chất thải gia súc, gia cầm,...

Hình 3.6. Mô hình biogas

13


- Nguyên lý sản xuất biogas: Các chất thải được phân hủy nhờ các vi sinh vật trong
điều kiện hoàn toàn không có oxy. Quá trình này được phân chia làm 3 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: Biến đổi các chất hữu cơ cao phân tử thành những chất hữu cơ đơn
giản. Trong giai đoạn này nhóm vi sinh vật kỵ khí, kỵ khí tùy nghi phân hủy các hợp
chất hữu cơ cao phân tử thành các chất như rượu, acid hữu cơ phân tử thấp.
+ Giai đoạn 2: Acid hóa. Trong giai đoạn này những chất hữu cơ như đường, acid
amin, rượu, acid béo được chuyển hóa thành acid hữu cơ như acetic, propionic, formic,
lactic, butyric,…
+ Giai đoạn 3: Methane hóa. Đây giai đoạn phát triển mạnh các loài vi khuẩn methane
để chuyển hầu như toàn bộ các hydrat carbon thành CH 4 và CO2. Đầu tiên là sự tạo
thành các acid hữu cơ nên pH giảm xuống rõ rệt, các acid hữu cơ và hợp chất chứa
Nitơ tiếp tục phân hủy tạo thành các hợp chất khác nhau và các chất khí như CO 2, N2,
H2 và cả CH4. Các vi khuẩn methane phát triển rất mạnh và chuyển hóa rất nhanh để
tạo thành CO2 và CH4.
- Các nhóm vi khuẩn trong sản xuất biogas: Nhóm vi khuẩn không sinh methane và
nhóm vi khuẩn sinh khí methane.
+ Nhóm vi khuẩn không sinh methane: nhóm này bao gồm cả vi khuẩn kỵ khí và vi

khuẩn kỵ khí không bắt buộc. Vi khuẩn phân hủy cellulose biến dưỡng trong điều kiện
kỵ khí cho ra CO2, H2 và một số chất như formate, acetate, methylic, methylamine,…
+ Nhóm vi khuẩn sinh khí methane: Vi khuẩn sinh methane gồm hai nhóm chính:
• Vi khuẩn sinh methane từ hydro và carbonic. Hầu hết các loài vi khuẩn methane có
khả năng sử dụng hydro và carbonic để tạo khí methane. Khi có mặt hydro và
carbonic, vi khuẩn sinh methane phát triển rất nhanh và chuyển hóa gần như toàn bộ
carbonic thành methane: H2 + CO2  H2O + CH4
• Vi khuẩn sinh methane từ acid acetic. Nhóm này chuyển hóa trực tiếp gốc methyl
của acid acetic thành methane: CH3COOH  CH4 + CO2
-

Cơ chế của sự tạo thành khí methane:
+ Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ phân hủy thành các acid hữu cơ, CO 2, H2 và các sản
phẩm khoáng hóa khác dưới tác dụng của enzym cellulosase:
CxHyOz → các acid hữu cơ, CO2, H2
14


+ Giai đoạn 2: Các acid hữu cơ, CO2, H2 tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn
methane:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
CO + 3H2 → CH4 + H2O
4CO + 2H2 → CH4 + 3CO2
4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 3H2O
4CH3OH

→ 3CH4 + 2H2O + CO2

CH3COOH → CH4 + H2O
Biogas được hình thành trong môi trường kỵ khí dưới tác dụng của enzym cellulase và

nhóm vi khuẩn methane, trong đó vai trò của enzym cellulase là phân hủy các chất hữu cơ
thành các chất có phân tử thấp hơn, các chất này nhờ nhóm vi khuẩn methane tác dụng
với nhau tạo thành khí methane.
Do đó, xây dựng và sử dụng hầm Biogas sẽ hạn chế được các chất thải làm ô nhiễm
môi trường, giảm các khí gây hiệu ứng nhà kính như khí CH 4 và khí CO2. Đồng thời, còn
biến các loại khí trên thành nhiên liệu sạch (khí gas) dùng để đun nấu, giảm được chi phí
cho người dân, làm giảm đáng kể mùi hôi, hạn chế các tác nhân là môi giới lây lan mầm
bệnh và phóng thích các loại khí thải ít hơn khi sử dụng.
3.5. Mối quan hệ giữa vi sinh vật và thực vật ảnh hưởng đến khí hậu
3.5.1. Vi sinh vật tác động tích cực đến thực vật
Vi sinh vật ảnh hưởng gián tiếp đến khí hậu thông qua việc tác động lên thực vật. Hoạt
động của vi sinh vật trong đất tác động tích cực đến môi trường đất cũng như thực vật,
nhằm điều hòa khí hậu, làm sạch bầu không khí, ngăn chặn các thiên tai, phòng chống
biến đổi khí hậu.
-

Vi sinh vật giữ vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc đất:
Hệ sợi của nấm mốc và xạ khuẩn kết gắn các hạt đất lại với nhau. Polysaccharide

ngoại bào do vi khuẩn, nấm men, nấm mốc sinh ra tạo nên cấu trúc đất. Các vật liệu mùn
từ các hoạt động sống của vi sinh vật hình thành các phức hợp hữu cơ mùn/sét. Từ đó làm
giảm sự xói mòn, cho phép nước thấm nhanh hơn và duy trì sự thoáng khí trong đất.
Vi sinh vật bằng các chất tiết ra đặc thù của mình, cốm hóa các hạt đất đã bị rời rạc
thành thể bền vững (cấu trúc cốm), cải thiện các tính chất vật lý của đất, duy trì tính thông
15


khí, khả năng giữ nước, tính thoát nước của đất. Nước có thể đi vào những lỗ trống trong
đất, oxy tự nhiên, dưỡng chất được vận chuyển, rễ cây mọc ra. Khi mao rễ héo, vi sinh vật
sẽ phân hủy chúng. Rễ lại hấp thu, lại đâm sâu, nước và oxy được vận chuyển. Do tác

dụng hoàn nguyên tuần hoàn của vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí được diễn ra trong đất,
cung cấp cho cây trồng các dưỡng chất như acid amin. Tác dụng tuần hoàn thức ăn được
lặp đi lặp lại, thúc đẩy sinh trưởng của cây trồng. Ngoài ra, các vi sinh vật phức hợp khác
và vi khuẩn acid lactic cũng như các vi khuẩn khác tạo ra cấu trúc cốm. Xạ khuẩn sinh
trưởng trong những khe trống trong cấu trúc cốm đó, ăn xác vi sinh vật khác như vi khuẩn
quang hợp rồi sinh sôi mạnh mẽ. Khi xạ khuẩn tăng nhất thời, thức ăn trở nên thiếu,
chúng dùng Chitin có trong thành tế bào của nấm sợi làm thức ăn nên làm cho nấm sợi
giảm đi. Vi sinh vật kỵ khí phân giải muối kiềm trong đất, hoàn nguyên cho cây trồng
năng lượng sinh sản, giải trừ một cách tự nhiên các loại muối .
Khi vi sinh vật hiếu khí phân giải chất hữu cơ, sinh ra nhiệt, khí CO 2 và khí NH4 và
các dưỡng chất khác. Vi sinh vật kỵ khí lại hấp thu khí CO 2, biến đổi thành muối CO3,
phân giải lân và kali không tan trong đất, cung cấp cho cây trồng. Ngoài ra, vừa giúp cho
sinh trưởng của cây trồng, vừa ức chế các vi khuẩn gây hại, cũng sinh ra chất etylen bổ
sung hormon. Phân giải đạm thành acid amin, sản sinh đường và oxy, vi sinh vật hiếu khí
lại hấp thu những thứ này. Vi sinh vật kỵ khí phân giải các muối kiềm (vôi) trong đất,
hoàn nguyên cho cây trồng năng lượng sinh sản, xóa bỏ một cách tự nhiên các loại muối
(đạm, lân…). Theo cách này, tác dụng hoàn nguyên tuần hoàn của vi sinh vật được lặp đi
lặp lại thường xuyên, có lợi điểm triển khai một cách tự động, đóng góp to lớn trong việc
bảo vệ và phục hồi môi trường.
-

Các vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ biến chúng thành những chất khoáng

dinh dưỡng cho rễ cây hấp thụ.
Trong quá trình phân giải, vi sinh vật một mặt lấy thức ăn để tổng hợp nên chất hữu cơ
cho cơ thể mình, mặt khác tổng hợp nên một loại chất hữu cơ đặc biệt trong đất được gọi
là mùn, rồi mùn lại tiếp tục bị khoáng hóa tạo nên chất dinh dưỡng cho cây. Chất dinh
dưỡng được thực vật hấp thu để sinh trưởng và phát triển. Bởi vì thực vật nói chung chỉ
hấp thụ qua rễ đa phần là khoáng và một lượng rất nhỏ hợp chất hữu cơ (có trọng lượng
phân tử thấp) nếu chúng đã được khoáng hóa. Các vi sinh vật đất phân hủy các chất hữu

16


cơ, các nguyên sinh động vật, côn trùng, giun đất... chúng ăn các chất hữu cơ và qua quá
trình tiêu hóa, những chất hữu cơ không tiêu hóa được thải ra ngoài theo phân và rồi lại
được các vi sinh vật tiếp tục phân giải và cuối cùng hình thành các hợp chất dinh dưỡng
cung cấp lại cho thực vật. Như thế vi sinh vật là đối tượng trung gian cực kì quan trọng
trong việc hỗ trợ cây rừng trong quá trình sinh trưởng và phát triển.
Ngoài ra nhiều nhóm loài vi sinh vật hệ rễ cung cấp cho thực vật nhiều lợi ích, như
đảm bảo sự tuần hoàn vật chất, hòa tan chất dinh dưỡng khoáng, cung cấp vitamine,
amino acid, nhân tố sinh trưởng, một số vi sinh vật còn sinh ra chất kháng sinh để giúp
thực vật ngăn ngừa bệnh hại.
3.5.2. Vi sinh vật tác động tiêu cực đến thực vật
Vi sinh vật gây hại cho thực vật có ảnh hưởng gián tiếp tới khí hậu. Vì thực vật là lá
phổi xanh của trái đất để điều hòa khí hậu nên khi vi sinh vật làm cây bệnh, chết, không
sinh trưởng phát triển thì ảnh hưởng tới sự điều hòa khí hậu của cây xanh.
Mối quan hệ sinh thái giữa vi sinh vật và thực vật đáng chú ý là vi khuẩn hình thành
tinh thể tuyết gây tác hại sương giá đối với thực vật. Một số chủng của vi
khuẩn Pseudomonas siringae đã hình thành một lọai protein bề mặt, có khả năng kích
phát tinh thể băng tuyết. Khi nhiệt độ môi trường hạ thấp xuống tới - 4 ~ - 2 oC, sẽ hình
thành những tinh thể tuyết, gây băng giá và làm chết thực vật.
Đa số bệnh thực vật đều liên quan đến vi sinh vật, cũng có nghĩa là rất nhiều vi sinh
vật (virus, vi khuẩn, nấm) gây ra bệnh thực vật.
Bệnh thực vật phát sinh và phát triển là do vi sinh vật xâm nhập, rồi sau đó sinh sôi
nẩy nở, làm cho thực vật xuất hiện các triệu chứng bệnh. Có những vi sinh vật sau khi
xâm nhập cơ thể thực vật sẽ sinh ra lọai enzyme như protease, cellulase, hemicellulase…
làm phân giải các cao phân tử, khiến cấu trúc thực vật bị phá hủy. Có vi sinh vật còn sinh
ra các nhân tố điều hòa sinh trưởng, phá hoại hệ thống điều hòa sinh trưởng bình thường
của thực vật, hình thành khối u,… Cũng có những vi sinh vật sinh ra độc tố, tác động lên
thành tế bào và ty thể, dẫn đên cấu trúc tế bào và chức năng của ty thể bị phá hoại. Một số

vi sinh vật có thể làm thay đổi họat tính trao đổi chất của thực vật, khiến thực vật bị bệnh
sẽ thay đổi tốc độ hô hấp, thay đổi con đường trao đổi hydrat carbon. Một số vi sinh vật
gây nhiễu tác dụng quang hợp, gây tổn thương cho quá trình trao đổi chất của thực vật.
17


KẾT LUẬN
Vi sinh vật là những cơ thể nhỏ bé, tồn tại với một số lượng lớn, dễ dàng phát tán nhờ
gió, nước và các sinh vật khác. Vì vậy, sinh vật có thể di chuyển một cách dễ dàng đến
mọi nơi trong thiên nhiên. Trên Trái Đất này, nếu có một loại sinh vật nào phân bố rộng
rãi nhất, phong phú nhất thì đó chính là vi sinh vật. Chính số lượng lớn và sự phân bố
rộng rãi như vậy nên vi sinh vật có tác động đa dạng đến hậu trên Trái Đất.
Vi sinh vật có thể tác động tích cực hoặc tiêu cực đến khí hậu thông qua những hoạt
động của chúng. Vi sinh vật đóng một vai trò quan trọng, vừa là nơi sản xuất, vừa là nơi
tiêu thụ các khí nhà kính gây ra hiện tượng ấm lên của Trái Đất. Cùng với sự ấm lên toàn
cầu, vi khuẩn và nấm ngày càng nhân lên nhanh chóng, kích thích sự sản sinh nhiều khí
CO2 thải vào môi trường gây tác động tiêu cực đến khí hậu.
Những hiểu biết về vi sinh vật, sự phân bố, chủng loại, các hoạt tính sinh lý, vai trò
của vi sinh vật trong tự nhiên,… là vô cùng quan trọng và cần thiết. Những hiểu biết này
có thể giúp con người đề ra những phương hướng, biện pháp hiệu quả để giảm thiểu sự
phát thải khí nhà kính, dự đoán tác động của biến đổi khí hậu và bảo vệ môi trường sống
trong sạch.

18


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đoàn Chiến Thắng (2012), Bài giảng Vi sinh môi trường, Đại học Tây Nguyên.
2. Võ Thị Phương Khanh (2002), Bài giảng Vi sinh vật học, Đại học Tây Nguyên.
3. Đặng Thị Hoàng Oanh (2009), Giáo trình Vi sinh đại cương, Đại học Cần Thơ.

4. />5. />
6. />mateChange.pdf
7. />8. />9. />10. />
19