Vi Khuẩn Quang Dưỡng Tía Không Lưu Huỳnh • Nông Nhàn 2022

Vi Khuẩn Quang Dưỡng Tía Không Lưu Huỳnh

Một số đặc thù của vi khuẩn quan dưỡng ( VKQD ) tía không lưu huỳnh

1. Phân bố và phân loại

Vi khuẩn quang dưỡng tía không lưu huỳnh ( Purple non-sulfur photobacteria ) thuộc ngành Proteobacteria. Chúng là vi khuẩn gram âm có năng lực quang hợp không sinh ôxi, triển khai quang hợp nhờ khuẩn lục tố trong điều kiện kèm theo kỵ khí. Chúng có năng lực sử dụng điện tử từ hợp chất lưu huỳnh, hydrro phân tử hoặc hợp chất cacbon đơn thuần. VKQD tía không lưu huỳnh là nhóm phân bổ rộng và phong phú nhật trong VKQD, nhờ tính phong phú về hình thái, cấu trúc tế bào và đặc tính sinh lý .
VKQD tía không lưu hình phân bổ rộng trong tự nhiên, ở nhiều thủy vực khác nhau từ môi trường tự nhiên nước ngọt đến thiên nhiên và môi trường có nồng độ muối cao, suối nước nóng, ao hồ, nước thải, khu vực gần hồ, khu vực trầm tích và trong đất ẩm đủ ánh sáng ở những nơi nhiều chất hữu cơ, chất thối rửa. Một số loài được tìm thấy ở môi trường tự nhiên có độ PH thấp như Rhodosprillum Pseudomonas acidophila ( PH thích hợp cho tăng trưởng là 5,5 ), có loài chịu được nồng độ muối cao 50-70 % như Rhodospeillum salinarum và R. salexigens được tìm thấy ở ruộng muối .

Phân loại:

Molisch ( 1970 ) đã dựa trên sắc tố để phân loại vi khuẩn tía thành bộ Rhodobacteria với hai họ là Thiorhodaceae và Athiordaceae. Pfennig và Truper ( 1971 ) đổi tên bộ thành Rhodospirillales và họ thành Chromatiaceae và Rhodospirillaceae. Năm 1984 Imhoff chia VKQD tía lưu huỳnh thành hai họ Chromatiacea, Ectothiorhodospiraceae và VKQD tía không lưu huỳnh thành họ Rhodospirillaceae. Theo Hansen ( 1974 ), họ Rhodospirillaceae có năng lực sử dụng sulfide, ôxi hóa sulfide thành sulphate, tetrathiornate hoặc tạo lưu huỳnh bên ngoài tế bào .
VKQD không lưu huỳnh là nhóm quan trọn nhất trong tổng thể những VKQD. Chúng có năng lực quang năng dị dưỡng, thu nhận nguồn năng lượng từ ánh sáng và nguồn carbon là cá hợp chất carbon đơn thuần. Tuy nhiên cũng có nhiều giống tăng trưởng theo phương pháp quang năng tự dưỡng với nguồn carbon chính là CO2. VKQD tía không lưu huỳnh có năng lực quang dưỡng trong điều kiện kèm theo kỵ khí hoặc hiếu khí trong tối và không tạo lưu huỳnh bên trong tế bào .

2. Các đặc điểm sinh lý quan trọng của vi khuẩn quang dưỡng tía không lưu huỳnh

2.1 Kiểu biến dưỡng

VKQD tía không lưu huỳnh phong phú về năng lực biến dưỡng, chúng hoàn toàn có thể triển khai quang tự dưỡng, quang dị dưỡng, hóa tự dưỡng và hóa dị dưỡng .
Họ Rhodospirillacea trong nhóm VKQD có khuynh hướng quang dị dưỡng mạnh nhất, sử dụng nguồn carbon trong những hợp chất hữu cơ đơn thuần cho quy trình đồng điệu .
Nhiều chủng sinh trưởng theo kiểu quan tự dưỡng, sử dụng hydrogen, sulfide hoặc thiosulphate làm chất cho điện tử để tạo lực khử NADPH cho quy trình cố định và thắt chặt CO2

Điều kiện hoạt động

Đa số loài có năng lực hóa dị dưỡng trong điều kiện kèm theo vi hiếu khí đến kỵ khí trong tối ( sử dụng nguồn carbon và điện tử từ những hợp chất vô cơ trong hô hấp để thu lấy nguồn năng lượng ). Một loài có năng lực hóa tự dưỡng chúng sử dụng những chất vô cơ làm chất cho điện tử và có năng lực cố định và thắt chặt CO2. Các loài sinh trưởng theo kiểu hóa năng dị dưỡng có năng lực hô hấp như Rhodospirillum capsulatus, Rhodobacter sphaeroides, Rubirvivax gelatinosa, Rhodospirillum rubrum. Chúng có năng lực biến hóa nhanh từ kiểu biến dưỡng quang năng sang hô hấp khi điều kiện kèm theo thiên nhiên và môi trường biến hóa .
Trường hợp ngoại lệ trong điều kiện kèm theo thiếu ánh sáng, kỵ khí, VKQD tía không lưu huỳnh có thề lấy nguồn năng lượng từ quy trình lên men hoặc hô hấp kỵ khí. Uffen và Wolfe ( 1970 ) đã chứng tỏ Rhodospirillum rubrum sinh trưởng tốt trong điều kiện kèm theo thiếu ánh sáng, trọn vẹn không có ôxi, nhưng khi có một số ít chất hữu cơ nhất định thì chúng hoàn toàn có thể tạo nguồn năng lượng bằng con đường lên men yếu .

2.2 Chất cho điện tử và nguồn carbon

Đa số VKQD tía không lưu huỳnh có năng lực sử dụng nhiều loại carbon hữu cơ khách nhau làm chất cho điện tử và nguồn carbon. Acetate và pyruvate được VKQD tía không lưu huỳnh đồng nhất trải qua quy trình tricarboxylic acid. Succinate và acetate là nguồn cơ chất phổ cập ở nhiều loài VKQD. Glucouse và fructose được chuyển hóa trong điều kiện kèm theo quang năng hoặc hóa năng ( hiếu khí, trong tối ). Các loài Rhodobacter capsulatus và Rhodobacter sphaeroides sử dụng 2 loại đường này. Rhodobacter sphaeroides chuyển hóa glucose trong cả 2 điều kiện kèm theo. Citrate được 1 số ít loài Rhodopseudomonas acidophila, Rubrivivax gelatinosa, Rhodobacter sphaeroides sử dụng. Succinate hoặc malate được Rhodobacter sphaeroides, Rsp. Viridis sử dụng trong điều kiện kèm theo kỵ khí. CO2 là nguồn carbon quan trọng so với VKQD tía không lưu huỳnh. Sự cố định CO2 được thực thi qua con đường Ribulose biphosphate carboxylase .
Đa số vi khuẩn quang dưỡng tía không lưu huỳnh không cần nguồn lưu huỳnh khử. Chúng hoàn toàn có thể sử dụng sulphate là nguồn lưu huỳnh để đồng nhất. Thông thường chúng bị ức chế ở nồng độ sulfide 0,5 mM ( trừ một sồ có năng lực kháng sulfide chịu được nồng độ 2-3 mM như Rhodomicrobium vannielii và ôxi hóa sulfide đến lưu huỳnh nguyên tố. Một số loài tạo hạt lưu huỳnh ngoài tế bào ôxi hóa sulfide thành sunphate ( như Rba. vekampii, Rba. Adriatycus, Rba. Euryhalinus, Rps. Rubum, Rps. Mediosalium ) .

2.3 Nguồn nitơ

Ammonia, nitơ phân tử và nhiều hợp chất nitơ hữu cơ được VKQD tía không lưu huỳnh sử dụng làm nguồn đạm. Khả năng cố định và thắt chặt nitơ là đặc tính phổ cập ở VKQD tía. Nitrate chỉ được sử dụng ở một vài loài. Quá trình đồng điệu nitrate được cảm ứng bởi nitrate, nhưng bị ức chế bởi ammonia và glutamte. Trong điều kiện kèm theo kỵ khí và thiếu ánh sáng vài loài sử dụng nitrate, nitric, nitrous oxyde, dimethyl sulfoxide ( DMSO ) hoặc trimethylamine-N-oxide ( TMAO ) làm chất nhận điện tử sau cuối trong hô hấp kỵ khí. Rhodobacter sphaeroides có năng lực sử dụng nitrate làm chất nhận điện tử. Rhodobacter capsulatws sử dụng đường làm chất cho điện tử và DMSO hoặc TMAO làm chất nhận điện tử sau cuối. Sự khử nitrate có năng lực xảy ra trong tối hoặc ngoài sáng nhưng bị ức chế bởi ôxi .

2.4. Quan hệ với ôxi

Đa số vi khuẩn quang dưỡng tía không lưu huỳnh có thể phát triển trong điều kiện từ ky khí đến hiếu khí và chịu được độc tính của các dẫn xuất ôxi hóa của ôxi. Một số chủng rất nhạy cảm với ôxi. Như Rhodopseudomonas capsultus, Rhodobacter sphaeroides và Rhodospirllum rubrum. Khả năng chịu được ôxi thì khác nhau ở các loài. Khi có ôxi, huyền phù tế bào thường có màu nhạt hay không màu do ôxi ảnh hưởng đến sự hình thành sắc tố quang hợp của VKQD. Khi nồng độ ôxi cao (Po;: 10 torr), sự hình thành sắc tố quang hợp và các phức hợp truyền điện tử trong màng quang hợp bị ức chế dẫn đến VKQD không thu được năng lượng từ ánh sáng mà chúng thực hiện hô hấp trong điều kiện vi hiếu khí trong tối.

3. Một số ứng dụng

Vi khuẩn quang dưỡng tía không lưu huỳnh tía là nguồn phân phối những thành phần của chuỗi truyền điện tử trong quang hợp và tạo ATP, nguồn vitamin và những phân tử hữu cơ khác. VKQD tía không lưu huỳnh được ứng dụng nhiều trong giải quyết và xử lý nước thải, cải tổ môi trường tự nhiên, sản xuất hydro phân tử, thu sinh khối … .

3.1.Sinh khối và các chất có hoạt tính sinh học từ VKQD tía

Sinh khối vi khuẩn quang dưỡng tía không lưu huỳnh giàu protein, axit nucleic, vitamin và carotenoid nên được xem là nguồn cung ứng protein đơn bào có giá trị. Có thể tận dụng những vật tư rẻ tiền làm nguồn nuôi cấy VKQD để thu sinh khối. Từ sinh khối Rps. capsulus hoàn toàn có thể thu được 61 % protein và 6 % axít nucleic tính trên khối lượng sinh khối. Khi Rubrivivax gelatinosa và Rhodobacter sphaeroides được nuôi cấy đồng thời trên bả khoai mì thì thu được lượng vitamin B12 là 44 µg / g và carotenoid là 230 µg / g chất khô .
Sinh khối vi khuẩn quang dưỡng tía không lưu huỳnh là nguồn thức ăn tốt cho gia súc, phiêu sinh vật và tôm cá. Bổ sung tế bào VKQD vào thức ăn giúp tăng sức sống của cá, cải tổ số lượng và chất lượng trứng gà. Protein đơn bào của VKQD làm tăng năng lực sinh trưởng và tính chịu đựng của cá bột. Ngoài ra sinh khối VKQD còn được bổ trợ vào phân bón

• Thu hydro phân tử từ VKQD tía

Đa số vi khuẩn quang dưỡng tía không lưu huỳnh có năng lực sản xuất hydro trong quang hợp nhờ nitrogenase trong điểu kiện thiếu nitơ phân tử. Hydro phân tử ( H2 ) được xem là một trong những nguồn nguồn năng lượng sinh học và có năng lực tái sinh đầy hứa hẹn trong tương lai. Có nhiều nhóm cơ chất như lactate, acctate, malate, butyrate … đã được thử nghiệm để sản xuất H2 bằng VKQD có sự hiện của nitơ hoặc glutamate. Chúng Rub. gelatinosa có năng lực thủy phân tinh bột sống tạo chất trung gian là chất cho điện tử dùng để sản xuất hydro .

• Thu các sản phẩm sinh học khác

Ubiquinon 10 ( coenzyme Q10 ) là thành phần quan trọng trong chuỗi truyền điện tử trong hệ quang của VKQD. Coenzyme Q10 là tác nhân có công dụng chống ôxi hóa, tương hỗ hô hấp, hiệu suất cao trong điều trị tim mạch, rối loạn miễn dịch và ung thư. Các chủng được sử dụng làm nguồn ly trích ubiquinon 10 là Rhodopseudomonas sphaeroides, Rh. sulfidophilus, Rh. rubrum. Hợp chất 5 – aminolevulinate ( ALA ) là một loại sản phẩm biến dưỡng ngoại bào của VKQD từ levulinic acid. ALA là thành phần của một loại thuốc diệt cỏ, trừ sâu sinh học thế hệ mới, hiện đang được sản xuất bằng con đường hóa tổng hợp nên giá tiền khá cao. Poly hydroxybutyric acid ( PHB ) là vật tư dự trữ trong tế bào VKQD. Đây là thành phần sản xuất chất dẻo sinh học hoàn toàn có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật. PHB có tiểm năng ứng dụng trong sản xuất dược phẩm, mỹ phẩm, đề nhựa .
Ngoài ra VKQD tía không lưu huỳnh còn có năng lực sản xuất nhiều vitamin B12 .

3.2. Xử lý nước thải bằng vi khuẩn quang dưỡng tía không lưu huỳnh

VKQD tía không lưu huỳnh có đặc tính sử dụng những hợp chất sulfide, thiosulphate làm chất cho điện tử. Chúng có năng lực sử dụng nhiều nguồn carbon hữu cơ khác nhau và những nguồn nitơ hữu cơ phức tạp. Một số hoàn toàn có thể tăng trưởng trong điều kiện kèm theo kỵ khí, vi hiếu khí và hiếu khí trọn vẹn. Dựa trên những đặc thù này, 1 số ít nước trên quốc tế như Đức, Brazil, Nhật đã nghiên cứu ứng dụng VKQD vào giải quyết và xử lý nước thải công nghiệp, nông nghiệp và bệnh viện. Các mạng lưới hệ thống giải quyết và xử lý nước thải có hiệu suất cao được phong cách thiết kế trên cơ sở sử dụng phối hợp VKQD và tảo. Đa số những chủng được sử dụng là VKQD tía không lưu huỳnh. Chỉ một vài loài là VKQD tía lưu huỳnh. Ngoài ra VKQD cũng được thử nghiệm và đưa vào ứng dụng có hiệu suất cao trong việc sản xuất sinh khối phối hợp với giải quyết và xử lý chất thải, nước công nghiệp và bệnh viện .

• Ứng dung trong phân giải các hợp chất carbon hữu cơ

Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học như carbohydrate, protein, chất béo … trong nước thải hoạt động và sinh hoạt, nước thải công nghiệp … thường gây mối đe dọa lớn so với môi trường tự nhiên thủy sẵn vì làm cạn ôxi tan trong nước, gây chết tôm, cá …. VKQD ta không lưu huỳnh được ứng dụng trong giải quyết và xử lý nước thải có chứa những hợp chất carbon hữu cơ như nước thải hoạt động và sinh hoạt, nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm .

• Ứng dụng trone chuyển hóa các hợp chất nitơ và ammonia

Sản phẩm phân hủy trung gian của protein hoàn toàn có thể là những chất dẫn xuất chứa lưu huỳnh, phospho có tính độc và gây mùi không dễ chịu. VKQD tía không lưu huỳnh sử dụng nguồn dinh dưỡng từ protein để thiết kế xây dựng tế bào. Ammonia, một số ít hợp chất hữu cơ có chứa nitơ là nguồn đạm của VKQD tía không lưu huỳnh. Một số loài sử dụng được nitrate, 1 số ít loài có năng lực sử dụng N2. Dựa vào những đặc thù trên, VKQD tía không lưu huỳnh được sử dụng giải quyết và xử lý nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm chứa nhiều đạm .

• Ứng dụng trong chuyển hóa các hợp chất sulfide

VKQD hoàn toàn có thể sử dụng H2S có trong nước thải trong điều kiện kèm theo ky khí. Hydrogen sulfide được tạo ra trong nước thải hữu cơ ở điều kiện kèm theo ky khí và là loại sản phẩm phụ của quy trình khử đị hóa sulphate hoặc hô hấp ky khí sulphate .

Ở một số nước phát triển như Nhật Bản, Mỹ, VKQD có khả năng chuyển hóa sulfide được sử dụng để xử lý nước thải do ít tốn kém và đơn giản. Việc xử lý nước thải trong hệ thống ky khí làm giảm lượng sulfide thoát ra môi trường xung quanh do đó góp phần làm giảm mùi do sulfide gây ra.

3.3. Các ứng dụng khác

Trong sản xuất nông nghiệp, việc sử dụng số lượng lớn những chất dị sinh làm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm … làm tích tụ những hợp chất này trong thiên nhiên và môi trường gây tác động ảnh hưởng lớn đến hệ vi sinh vật đất, gây hại cho người và sinh vật khác. Một số loài VKQD có năng lực biến dưỡng tốt những hợp chất này. Và được nghiên cứu và điều tra để giải quyết và xử lý những hợp chất dị vòng khó phân hủy. Rps. palustris tăng trưởng được trong môi trường tự nhiên có nồng độ carbendazim 900 mg / l. Rps. palusiris, Rps. acldophila Rhodobacter sphaeroides và Rhodobacier genlatinosa có năng lực sử dụng thuốc diệt cỏ .
Nguồn : Điền Huỳnh Ngọc Tuyết
Xem thêm bệnh hại trên hoa Hồng tại ĐÂY

Source: https://suachuatulanh.edu.vn
Category : Sức Khỏe