Bai Giang Chuong 4 Visinhvatmoitruong Nuoc 2012
-
Upload
gaunananguyen -
Category
Documents
-
view
52 -
download
3
Transcript of Bai Giang Chuong 4 Visinhvatmoitruong Nuoc 2012
VI SINH VẬT TRONG NƯỚC
PGs.Ts. NGUYỄN HỮU HIỆPViện NC&PT Công nghệ Sinh họcĐại họ Cần Thơ
Giáo trình Vi sinh vật môi trường
2012
CHƯƠNG 4
Nơi chứa Thể tích
(103 km3)
%
so với tổng số
Thời gian
đổi mới
Đại dương 1.370.000 97,61 3.100 năm
Băng ở các cực và đỉnh núi cao 29.000 2,08 16.000 năm
Nước ngầm trao đổi tích cực 4.000 0,29 300 năm
Nước trong các hồ nước ngọt 125 0,009 1 - 100 năm
Nước trong các hồ nước mặn 104 0,008 10 – 1.000 năm
Độ ẩm trong đất 67 0,005 280 ngày
Nước trong các dòng sông 1,2 0,00009 20 – 120 ngày
Hơi nước trong khí quyển 14 0,0009 9 ngày
Bảng 1: Sự phân bố nước trên hành tinh chúng ta
1. GIỚI THIỆU
Hình 1. Chu trình nước trong tự nhiên và sự phong hoá mẫu thạch thành đất trồng trọt
2. PHÂN LOẠI NGUỒN NƯỚC
Hình 2. Thủy vực của vùng Nước Tỉnh [nước đứng](ao, hồ, đầm…)
Quang hợp không tạo oxy
Quang hợp tạo oxy
Sản phẩm trung gian và tái sử dụng
Lên men kỵ khí, khử sulphat, tạo khí methan
Tảo lục, tảo lam
Tầng đột biến nhiệt
Vi khuẩn quang dưỡng sulphur
Lớp bùn đáy
Tầng hiếu khí
Tầng kỵ khí
Nước tĩnh (nước đứng) và nước động
Các nhóm vi sinh vật thường hiện diện trong NƯỚC ĐỨNG
Ở Tầng mặt thủy vực
* Tảo: tảo giáp, tảo vàng ánh, tảo silic (Navicula, Pinnularia), tảo đỏ (Gracilaria),
tảo lục (Cosmarium, Closterium, Spirogyra), tảo vòng… với các loài tiêu biểu như
tảo lam (Anabaena)
* Vi khuẩn: gồm các vi sinh vật quang dưỡng, vi sinh hiếu khí và kỵ khí không
bắt buộc như: Halobacterium, Pelodictyon, Rhodopseudomonas; vi khuẩn lam
(Nostoc, Anabaena, Gloeotrichia, Tolypothrix, Scytonema…)…
* Nguyên sinh động vật: Trùng bánh xe: Trichocerca, Lecane, Brachionus… ăn
tảo, vi khuẩn, chất hữu cơ.
Đôi khi chúng ta gặp trường hợp Nước nở hoa (hoa rong) (Hình 3), hiện tượng
này do các loài Merismopedia elegans var. remota, Microcytis robusta, M.
elongata, Anabaena spiroides var. minima, Spirulina sp. gây ra.
Hình 3. Hiện tượng nước nở hoa
Nhóm vi khuẩn Hóa dị dưỡng (hữu cơ): Archaeoglobus,
Staphylothermus Prococcus, Sulfolobus, Thermoproteus,
Thermococus, Desulfurococcus, Thermofilum, Pyrocccus.
Nhóm vi khuẩn Hóa tự dưỡng (vô cơ): Acidianus, Pyrodictium,
Thermoproteus, Pyrobaculum, Stygiolobus, Aquifex, Pyrolobus,
Acidianus, Sulfolobus, Pyrobaculum, Aquifex, Ferroglobus,
Archaeoglobus, Methanopyrus, Methanococcus
Ở tầng giữa thủy vực
Bao gồm những vi sinh vật kỵ khí bắt buộc (chủ yếu là vi khuẩn), có khả
năng phân hủy các chất hữu cơ, xác bả sinh vật trên nền đáy, như:
Mycobacterium tuberculosis
Bacillus subtilis, B. anthracis, B. mesentericus, B. mycoides
Salmonella paratyphi
Proteus vulgaris
Shigella dysenteriae
Clostridium perfringens, C. tetani, C. sporogenes, C. botulinum, C.
histolyticum
Ở tầng đáy thủy vực
3. VI SINH VẬT TRONG NƯỚC NGỌT (Fresh Water)
3.1. Thủy vực nước ngọt
3.1.1 Hồ
a. Hồ sâu hình thành 2 vùng thủy vực:
- Littoral zone (gần bờ) với nhiều thủy sinh thực vật sinh sống với một phần ở dưới nước một phần ở trên không, phong phú chủng loài sinh vật bao gồm động – thực vật và cả vi sinh vật.
- Central zone (xa bờ), vùng này chia thành 3 vùng nhỏ tùy theo ánh sáng chiếu đến lớp nước nào.
+ Vùng quang năng (Photic zone), ở vùng này ánh sáng đi đến nên phong phú các nhóm phiêu sinh thực vật (phytophankton) và vi khuẩn quang dưỡng.
+ Vùng thiểu quang (Aphotic zone), ở vùng này ánh sáng không đến được hoặc đến rất ít, vùng này có rất nhiều nhóm vi khuẩn dị dưỡng và hóa tự dưỡng.
+ Vùng đáy hồ (Bentic zone), chứa nhiều vi khuẩn kỵ khí và nguyên sinh động vật (protozoa).
b. Hồ cạn: chỉ có vùng quang năng (photic zone) với trên mặt nước
hay gần mặt nước có rất nhiều vi sinh vật sinh sống bao gồm tảo, vi
khuẩn, nấm, nguyên sinh động vật, virus…. Phần đáy hồ chỉ có
nhóm tảo đáy tự dưỡng chiếm đa số (autotrophic bentic community
algae).
Hệ vi sinh vật ở hồ và ao khá giống nhau. Vi sinh vật ở đây rất đa
dạng và phong phú với các ngành tảo (tảo vàng ánh, tảo lục, tảo
mắt, tảo giáp) ở tầng mặt, các nguyên sinh động vật, lớp giáp xác
và nấm mốc chiếm đa số ở tầng giữa, vi khuẩn chủ yếu ở lớp bùn
đáy
Hệ vi sinh vật sông suối không phong phú như ở ao, hồ, chủ yếu ở vùng khơi với các vi tảo sinh dưỡng tự dưỡng và ở vùng sâu với các vi khuẩn và nấm sinh dưỡng nhờ nguồn thức ăn xâm nhập từ vùng ven bờ và vùng khơi.
Mức độ đa dạng loài cũng như mật số vi sinh vật tăng dần ở vùng gần hạ lưu hơn. Ở vùng sông, suối bị ô nhiễm hữu cơ mật số vi sinh vật đặt biệt cao với thành phần loài đặt trưng cho loại ô nhiễm.
Thành phần hệ sinh vật sông suối phụ thuộc trực tiếp hệ vi sinh vật trong đất nơi chúng chảy qua, chủ yếu là do sự cuốn trôi vi sinh vật từ đất..
c. Sông suối, rạch
1. Thanh tảo hay Vi khuẩn Lam (Blue-Green Algae= Cyanobacteria=Cyanophyta) là nhóm sơ hạch.2. Nhóm tảo chân hạch gồm: a.Tảo lục (Green algae) thuộc lớp Chlorophyta rất phong phú với các đại diện là Chara, Cladophora có 302 loài. b.Tảo Mắt (Euglenophyta) bộ Euglenoids rất phong phú trong nhóm có 10 loài. c.Tảo Vàng lục (Yellow-green algae) với các lớp Eustigmatophyta, Raphidiophyta, Tribophyta với 90 loài. d.Tảo song chiên (Dinoflagellates thuộc lớp Dinophyta) có 37 loài. e. Nhóm Cryptomonads thuộc lớp Cryptophyta có 12 loài. f. Nhóm Chrysophytes thuộc lớp Chrysophyta có 72 loài. g. Tảo Khuê (lớp Bacillariophyta) phong phú với 118 loài. h. Tảo Đỏ (Red algae) có lớp Rhodophyta với đại diện Bangia stropuzpurea có 25 loài. i.Tảo nâu (Brown algae) lớp Phacophyta với đại diện Pleurocladia, Heribandiella có 4 loài.
Hệ vi sinh vật trong vùng NƯỚC NGỌT bao gồm các nhóm vi sinh vật sau
Nhóm 1: Spirochaeta plicatilis, dạng hơi xoắn, kỵ khí hay vi hiếu khí, Gram âm thường gặp ở nước lợ, mặn giàu H2S.Nhóm 2: Spirillum volutans, dạng xoắn, que dài, kỵ khí hay vi hiếu khí, Gram âm thường gặp ở nước lợ, mặn, phân hủy chất hữu cơ.Nhóm 3: Azotobacter chrococcum, dạng cầu, Gram âm, hiếu khí, cố định đạm khí trời. Methyllomonas methanica,que dài, oxid methan. Pseudomonas aeruginosa, que ngắn, Gram âm, phân hủy chất hữu cơ.Nhóm 4: Escherichia coli, vi khuẩn gậy bệnh đường ruột rất phổ biến.Nhóm 5: Thiopedia rosea, vi khuẩn kỵ khí, ở đáy lớp phù sa. Rhodospirillum rubrum thường gặp trong các hồ nước đọng.Nhóm 6: Caulobacter vibrioidesNhóm 7: Sphaerotilus natans, gặp ở trên vỏ cây, đá, nước nhiều chất hữu cơ.Nhóm 8: Cytophaga hutchinsonii, thường có mặt ở nhiều vùng nước khác nhau (ngọt, lợ. mặn, phèn), phân hủy cellulose, lignin, protein, chất hữu cơ. Lysobacter enzymogenes rất đặc trưng trong nước ngọt, thường tấn công các vi sinh vật kể cả thanh tảo.Nhóm 9: Bacillus pitutans, que ngắn, Gram dương, có nội bào tử, thường có mặt vùng nước nhiều chất hữu cơ.
nhóm vi khuẩn chủ yếu là nhóm vi khuẩn dị dưỡng phân ra các nhóm đại diện chính yếu sau:
Là nhóm vi sinh vật sơ hạch, dạng phát triển như khuẩn ty nấm, Gram dương, bao gồm các giống thường gặp trong nước là: Rhodococcus coprophilus, Actinoplanes, Streptomyces, Thermoactinomycetes, Micromonospora.
Xạ khuẩn (Actinomycetes)
Nấm (Fungi): gồm nấm đơn bào và nấm sợi, có đủ các đại diện trong các lớp Nấm đặc biệt là Nấm Trứng (Oomycestes) phát triển nhiều với các giống sau: *Saprolegnia, Alphanomyces thường ký sinh trên cá. *Olpidiopsis thường ký sinh trên Tảo và các sinh vật khác. *Apodachlya thường có trong nước ô nhiễm. * Pythium thường ký sinh trên Tảo, Nấm và ấu trùng Muổi, ký sinh trên rễ các loài thực vật khác.
Rất phong phú với các nhóm sau:
Ciliates với giống được biết đến nhiều như Paramecium; đối với nhóm này chia ra làm 2 nhóm nhỏ: nhóm Ciliates phiêu sinh thực vật (Planktonic ciliates) và nhóm ciliates trong bùn đáy ao, hồ, sông rạch.. (Benthic ciliates).
*Nguyên sinh động vật có chiên mao (Flagellate protozoa) với loài Peranema trichophorum.
* Nguyên sinh động vật trườn (Amoeboid protozoa) với các loài, giống Amoeba, Actinosphaerum eichornic.
Nguyên sinh động vật (Protozoa)
3.1.1. Vi sinh vật sông, suối và rạch 3.1.1.1. Vi sinh vật suối nước nóng
Vi sinh vật trong suối nước nóng
Do có điều kiện sinh thái khác biệt rõ rệt so với các thủy vực khác, nên suối nước nóng cũng có hệ vi sinh vật hết sức đặc trưng.+ Vi khuẩn: Legionella, Leptothrix orchraceae, Thermus aquaticus (Hình 4), Bacillus strearothermophilus là các vi khuẩn chịu được nhiệt độ cao, hóa tự dưỡng.
Hình 4. Vi khuẩn Thermus aquaticus
a.Tảo: ở các sông suối thường gặp nhất là tảo lục và tảo silic. * Tảo lục chiếm thành phần lớn nhất trong các sinh vật nổi của thủy vực nước ngọt, nhất là ở các sông có dòng chảy yếu, suối cạn, nước có nồng độ nitrate, sulphate cao
3.1.1.2. Vi sinh vật sông
Hình 5. Chlorella
Tảo silic hay Khuê Tảo (Bacillariophyceae thuộc Chrysophyta)Khuê Tảo (tảo silic) có mật số và mức độ đa dạng loài đúng thứ 2 sau tảo lục ở thủy vực nước ngọt. Chúng còn là sinh vật chỉ thị về sự ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật trong nước. Đặc điểm chung của tảo silic là sống đơn bào độc lập hoặc kết thành chuổi tạo nhiều dạng rất đặc sắc (Hình 6 và Hình 7).
Hình 6. Giống Cyclotella Hình 7. Giống Chaetoceros
b. Vi khuẩn lam (Cyanobacteria)
Trong thủy vực nước ngọt đại diện thường gặp của ngành vi khuẩn
lam là Oscillatoria, thường hiện diện ở nơi dòng chảy yếu, nước ô
nhiễm hữu cơ. Chúng bám ở đáy sông, suối tương đối cạn, nơi có
ánh sáng chiếu đến, tạo lớp trơn trượt trên bề mặt các phiến đá ở
lòng suối hay tróc ra khỏi lớp đáy và nổi trên mặt nước thành từng
mảng vào mùa nắng.
Hình 15. Giống Nostoc Hình 16. Giống Oscillatoria
Thường gặp là các vi khuẩn gây bệnh cho người và gia súc có nguồn gốc từ nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất; và vi khuẩn tự nhiên ở lớp bùn đáy, phân hủy xác bã hữu cơ trong nước.
c. Vi khuẩn
Hình 18. Vi khuẩn Staphylococcus aureus
Hình 17. Vi khuẩn Clostridium botulinum
Sinh độc tố botulin chất độc sinh học mạnh nhất, tác động lên hệ thần kinh trung ương gây liệt hô hấp, liệt tim tử vong trong vòng 36 - 48 giờ.
enterotoxin (điều kiện >40C), gây ngộ độc thực phẩm: viêm họng, viêm da.
Hình 19. Vi khuẩn Clostridium ferpringens Hình 20. Vi khuẩn Bacillus subtilus
Gây hư hỏng thực phẩm (lên men chua)
nhiễm vào gây hư hỏng thực phẩm, các sản phẩm lên men.
4. VI SINH VẬT TRONG NƯỚC LỢ (Brackish water)4 – 5 ‰ NaCl
Karpevits (1982): lượng S cao hơn từ 0,5 đến 30 ‰ và gồm:
* Nước lợ nhạt có nồng độ S từ 0,5 đến 4 ‰
* Nước lợ vừa có nồng độ S từ 4 đến 18 ‰
•Nước lợ mặn có nồng độ S từ 18 đến 30 ‰
Vi sinh vật nhóm lợ vừa và lợ nhạt: tảo Lục, tảo Lam, một số ít loài tảo Silic
thuộc lớp Pennatae và một số vi khuẩn như Melita vietnamica, Batillaria zonalis...
Đặc biệt trong nước lợ, thành phần tảo silic (Khuê tảo) và tảo giáp rất phong phú.
Vi sinh vật nhóm lợ mặn: chiếm ưu thế là tảo silic và tảo giáp, như
Rhizosolenia, Ceratium...và một số giống vi khuẩn như Pseudodiaptomus,
Sinocalanus…
Hình 26. Tảo Closterium (tảo liềm)
Hình 25. Tảo Chlamydomonas
Hình 24. Tảo ChlorellaTriceratium
5. VI SINH VẬT TRONG NƯỚC PHÈN (Acid sulphate water)
Số lượng và thành phần vi sinh vật thấy trong nước mang đặc trưng Số lượng và thành phần vi sinh vật thấy trong nước mang đặc trưng vùng đất bị nhiễm mà nước chảy qua.vùng đất bị nhiễm mà nước chảy qua.
Có 2 loại đất phènCó 2 loại đất phèn* Đất phèn tiềm tàng* Đất phèn tiềm tàng (Potential acid sulphate soil)(Potential acid sulphate soil) Ở nơi đất chứa nhiều chất hữu cơ, nếu bị ngập nước, vi khuẩn khử Ở nơi đất chứa nhiều chất hữu cơ, nếu bị ngập nước, vi khuẩn khử sắt cho ra nhiều Fe2+. sắt cho ra nhiều Fe2+. Trong điều kiện yếm khí vi khuẩn khử sulfat như Trong điều kiện yếm khí vi khuẩn khử sulfat như DesulfovibrioDesulfovibrio chuyển hóa sulfat thành sulfur. Sulfur sẽ phối hợp với Fe2+ cho ra chuyển hóa sulfat thành sulfur. Sulfur sẽ phối hợp với Fe2+ cho ra pyrite (FeS2).pyrite (FeS2). Nếu điều kiện ngập nước liên tục lâu dài, pyrite tích tụ thành tầng Nếu điều kiện ngập nước liên tục lâu dài, pyrite tích tụ thành tầng phèn tiềm tàng trong đất.phèn tiềm tàng trong đất.
Đất phèn hoạt độngĐất phèn hoạt động (Actual acid sulphate soil)(Actual acid sulphate soil)
Khoáng pyrite (FeS2) có mặt trong một số loại đất khi tiếp Khoáng pyrite (FeS2) có mặt trong một số loại đất khi tiếp xúc với không khí có thể bị oxy hóa thành acid sulfuricxúc với không khí có thể bị oxy hóa thành acid sulfuric FeS2 + 7/2O2 + 8H2O FeS2 + 7/2O2 + 8H2O Fe2+ + 2H+ + 2SO42- Fe2+ + 2H+ + 2SO42- + 7H2O+ 7H2O Lúc này đất chứa nhiều sulfat và acid do đó được gọi là Lúc này đất chứa nhiều sulfat và acid do đó được gọi là đất đất acid có gốc sulfat acid (acid sulfat soil) hay là đất phèn.acid có gốc sulfat acid (acid sulfat soil) hay là đất phèn.
Khoáng chất
Vi khuẩn Fe, S
Vi khuẩn khử S
Vi khuẩn khử Fe
Bề mặt
Tầng kỵ khí
Tầng hiếu khí
Ánh sáng
Hình Sơ đồ trình bày quá trình hình thành đất phènHình Sơ đồ trình bày quá trình hình thành đất phèn
+ tầng nước mặt+ tầng nước mặt: có những thanh tảo (vi khuẩn lam) có : có những thanh tảo (vi khuẩn lam) có
khả năng sống trong điều kiện nước có pH thấp và một số khả năng sống trong điều kiện nước có pH thấp và một số
ít các loài tảo khác, nấm thủy sinh, nguyên sinh động vật.ít các loài tảo khác, nấm thủy sinh, nguyên sinh động vật.
+ tầng nước giữa+ tầng nước giữa: sự hiện diện chiếm ưu thế của hai nhóm : sự hiện diện chiếm ưu thế của hai nhóm
vi khuẩn quang tự dưỡng và hóa tự dưỡng. vi khuẩn quang tự dưỡng và hóa tự dưỡng.
Xác vi khuẩn
Tầngđáy
Quang hợptạo oxi
VK lưu huỳnhmàu tía
Tầngmặt
Ranh giớioxy hóa khử
Vk hóa tựdưỡng
VK lam
Hình .Hình . Mô hình mô tả sự hiện diện của những vi sinh vật trong Mô hình mô tả sự hiện diện của những vi sinh vật trong nước phènnước phèn
6. VI SINH VẬT XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC
Ô nhiễm chất đạm
Trong các ao hồ nuôi trồng thủy sản, do mật độ nuôi các loại thủy
sản rất cao, thức ăn dư thừa càng lớn dẫn đến sự tích tụ một lượng
lớn chất thải làm ảnh hưởng đến sức khoẽ vật nuôi cũng như gây ô
nhiễm môi trường sống.
Nhiều loài vi sinh vật có khả năng xử lý các ô nhiễm chất đạm như
Bacillus subtilis, Nitrosomonas sp., Nitrobacter sp. Pseudomonas
sp.
Hình . Bacillus subtilis Hình . Nitrosomonas sp.
Các cơ sở sản xuất chế biến như xí nghiệp chế biến thủy hải sản
xuất khẩu thường thải ra môi trường một lượng lớn chất thải là chất
đạm cũng như chất lân. Nguồn phospho trong nước thải chế biến
thủy sản chủ yếu từ Sodium-tripoly phosphat, acid nucleic và
phospholipid.
Ô nhiễm chất lân
Sodium tripoly phosphat: Là một loại muối phosphat được dùng trong quy trình chế biến thủy sản với vai trò là chất phụ gia thực phẩm dùng để ngâm tôm tác dụng của nó là giữ trọng lượng tôm, tạo vị ngọt, giòn làm tăng giá trị cảm quan của thịt tôm; liều lượng sử dụng tuỳ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của qui trình sản xuất có thể sử dụng từ 1% - 3% trong dung dịch nước ngâm tôm.
Người ta đã tìm thấy được nhiều loài vi sinh vật có thể phân giải lân như: Pseudomonas sp., Bacillus cereus, Flavobacterium….
Các hợp chất có vòng nhân thơm là những hợp chất rất khó
bị phân hủy. Loài vi khuẩn Rhodopseudomonas palustris
là loại vi khuẩn quang dưỡng tía không lưu huỳnh, phân bố
rộng trong môi trường tự nhiên và có thể được phân lập từ
rất nhiều nguồn khác nhau: nước thải trong chăn nuôi, các
khu công nghiệp, nước ao hồ, hoặc ở những vùng nước mặn
Các hợp chất có vòng nhân thơm
Hình . Vi khuẩn Rhodopseudomonas palustris chụp dưới kính hiển vi điện tử quét ở độ phóng đại 11.000 lần