Bài giảng Bộ môn vi sinh vật môi trường: Chu trình cácbon

CHU TRÌNH CACBON NHÓM I – LỚP DH06QM THỰC HIỆN : NGUYỄN TUẤN ANH PHAN TUẤN ANH NGUYỄN THỊ BÉ BI TRẦN THỊ MỘNG DUYÊN NGUYỄN VĂN BÁU VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG CHU TRÌNH TUẦN HOÀN CACBON I. KHÁI QUÁT VAI TRÒ CỦA VSV TRONG VÒNG TUẦN HOÀN CACBON II. SỰ PHÂN GIẢI XENLULOZA III. SỰ PHÂN GIẢI TINH BỘT IV. SỰ PHÂN GIẢI ĐƯỜNG ĐƠN V. Co NHÓM I DH06QM I.KHÁI QUÁT VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG VÒNG TUẦN HOÀN CACBON Cacbon trong tự nhiên nằm ở rất nhiều dạng hợp chất khác nhau,từ các hợp chất vô cơ đến các hợp chất hữu cơ . Các dạng này không bất biến mà luôn luôn chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác,khép kín thành một chu trình chuyển hoá hoặc vòng tuần hoàn cacbon trong tự nhiên , vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong một số khâu chuyển hoá của vòng tuần hoàn này . LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM Chu trình cacbon LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM II.SỰ PHÂN GIẢI XENLULOZA 1. Xenluloza trong tự nhiên Xenluloza là thành phần chủ yếu của màng tế bào thực vật.Hàng ngày , hàng giờ , một lượng lớn xenluloza được tích luỹ trong đất Mặt cắt ngang của một cây gỗ thuỷ tùng Bãi rác LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM Xenluloza có cấu tạo dạng sợi , có cấu trúc phân tử là 1 polime mạch thẳng , mỗi đơn vị là một disaccarit gọi là xenlobioza . Xenlobioza có cấu trúc từ 2 phân tử D – glucoza Cấu trúc bậc 2 và bậc 3 rất phức tạp thành cấu trúc dạng lớp gắn với nhau bằng lực liên kết hydro Lực liên kết hydro trùng hợp nhiều lần nên rất bền vững , bởi vậy xenluloza là hợp chất khó phân giải Cấu tạo phân tử Cellulose:màu nâu- cacbon màu đỏ- oxy ,màu trắng - hydro . LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM 2. Cơ chế của quá trình phân giải xenluloza nhờ vi sinh vật Xenlulza là một cơ chất không hoà tan, khó phân giải . Bởi vậy vi sinh vật phân huỷ xenluloza phải có một hệ enzym gọi là hệ enzym xenlulaza gồm 4 loại enzym khac nhau enzym + : xenlobiohydrolaza + : Endoglucanaza và Exogluconaza + - glucosidaza Xenluloza xenluloza xenlobioza glucoza Tự nhiên vô định hình - glucosidaza LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM 3. Vi sinh vật phân huỷ xenluloza Trong tự nhiên có nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phân huỷ xenluloza nhờ có hệ enzym xenlulaza ngoại bào . Trong đó vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh vì nó tiết ra môi trường một lượng lớn enzym đầy đủ các thành phần . Các nấm mốc có hoạt tính phân giải xenluloza đáng chú ý là Tricoderma Họ nấm Tricoderma LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM Trong nhóm vi nấm ngoài Tricoderma còn có nhiều giống khác có khả năng phân giải xenluloza như Aspergillus , Fusarium , Mucor .v.v.. Aspergillus fumigatus Muccor Fusarium LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM Nhiều loại vi khuẩn cũng có khả năng phân huỷ xenluloza , tuy nhiên cường độ không mạnh bằng vi nấm . Nguyên nhân là do số lượng enzym tiết ra môi trường thường nhỏ hơn , thành phần các loại enzym không đầy đủ Nhóm vi khuẩn hiếu khí bao gồm Pseudomonas, xenllulomonas , Achromobacter . Pseudomonas aeruginosa Achromobacter LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM Nhóm vi khuẩn kỵ khí bao gồm Clostridium và đặc biệt là nhóm vi khuẩn sống trong dạ cỏ của động vật nhai lai Chính nhờ nhóm vi khuẩn này mà trâu bò có thể sử dụng được xenluloza có trong cỏ , rơm rạ làm thức ăn . Đó là những cầu khuẩn thuộc chi Ruminococcus có khả năng phân huỷ xenluloza thành dường và các axít hữu cơ . Ruminococcus Clostridium butunilum LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM Ngoài vi nấm và vi khuẩn , xạ khuẩn và niêm vi khuẩn cũng có khả năng phân huỷ xenluloza . Người ta thường dùng xạ khuẩn đặc biệt là chi Streptomyces trong việc phân huỷ rác thải sinh hoạt Họ Streptomyces LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM III.SỰ PHÂN GIẢI TINH BỘT 1. Tinh bột trong tự nhiên Tinh bột là chất dự trữ chủ yếu của thực vật Nhóm vi sinh vật phân huỷ tinh bột sống ở trong đất sẽ tiến hành phân huỷ chất hữu cơ này thành các hợp chất đơn giản , chủ yếu là đường và các axít hữu cơ . LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM Tinh bột gồm 2 thành phần amilo và amipectin . Amilo là những chuỗi không phân nhánh bao gồm hàng trăm đơn vị glucoza liên kết với nhau bằng dãy nối 1,4 glucozit . Amilopectin là các chuỗi phân nhánh ; các đơn vị glucoza liên kết với nhau bằng dây nối 1,4 và 1,6 glucozit ( liên kết 1,6 glucozit tại những chỗ phân nhánh ) AMYLOSE AMYLOSEPECTINE LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM 2.Cơ chế của quá trình phân giải tinh bột nhờ vi sinh vật . Vi sinh vật phân giải tinh bột có khả năng tiết ra môi trường hệ enzym amilaza bao gồm 4 enzym glucoamilaza glucoamilaza  - amiaza  - amilaza  - amiaza  - amilaza  - amilaza  - amiaza amilo 1,6glucosidaza  - amilaza LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM 3. Vi sinh vật phân giải tinh bột Trong đất có nhiều loại vi sinh vật phân giải tinh bột . Một số vi sinh vật có khả năng tiết ra môi trường đầy đủ các loại enzym amilaza . Như một số vi nấm : các chi Aspergillus , Fusarius , Rhizopus Trong nhóm vi khuẩn : chi Bacillus, Cytophaga , Pseudomonas Xạ khuẩn cũng có một số chi có khả năng phân giải tinh bột . Bacillus Pseudomonas Rhizopus fusarius Đa số các vi sinh vật không có khả năng tiết đầy đủ hệ enzym amilaza phân huỷ tinh bột . Chúng chỉ có thể tiết ra môi trường một hoặc một vài men trong hệ đó Aspergillus niger Aspergillus candidus Aspergillus oryzae clostridium pastuerianum IV.SỰ PHÂN GIẢI ĐƯỜNG ĐƠN kết quả của quá trình phân giải xenluloza và tinh bột đều tạo thành đường đơn ( đường 6 cacbon ). Đường đơn tích luỹ lại trong đất được tiếp tục phân giải các nhóm vi sinh vât phân giải đường . Có hai nhóm vi sinh vật phân giải đường : nhóm háo khí và nhóm lên men. Cấu tạo phân tử đường đơn LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM 1. Sự phân giải đường nhờ các quá trình lên men Sản phẩm của sự phân giải đường nhờ các quá trình lên men là những chất hữu cơ chưa được oxy hoá triệt để . Dựa vào các sản phẩm sinh ra người ta dặt tên cho các quá trình đó : Quá trình lên men etylic , Quá trình lên men Lactic LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM 2. Sự phân giải đường nhờ các quá trình oxy hoá : Ngoài các quá trình lên men, trong thiên nhiên còn có các nhóm vi sinh vật có khả năng phân giải đường bằng con đường oxy hóa . Đó là các nhóm vi sinh vật háo khí có khả năng phân huỷ triệt để đường glucoza thành và qua chu trình Krebs. Sản phẩm của các quá trình háo khí không phải là các chất hữu cơ như ở các quá trình lên men mà là và . LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM 3. Sự cố định : Là quá trình quang hợp của cây xanh và vi sinh vật tự dưỡng quang năng . Quá trình chuyển hoá thành chất hữu cơ – sản phẩm của quá trình quang hợp . 6 + 6 + 6 LỚP DH06QM – NHÓM I –BỘ MÔN VI SINH VẬT MÔI TRƯỜNG – ĐHNL TP.HCM THE END