Item: Chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật, vi sinh xử lý nước thải
Rating: 6
Author: John Pham

1. Các chất dinh dưỡng cần thiết

Có hai nhóm vật chất cần thiết cho sự sống của vi sinh vật, nhóm thứ nhất là nước, là yếu tố quyết định sự dinh dưỡng của vi sinh vật; nhóm thứ hai gồm các vật chất cấu tạo bởi các nguyên tố C, H, O, N, P, S, K, Na, Ca... Các nguyên tớ này cũng có thể chia ra các nguyên tố tối cần cho vi sinh vật và các nguyên tố thứ yếu.

Chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật, vi sinh xử lý nước thải

a) Nguyên tố tối cần

C, H, O, N, P, S và K. Các nguyên tố này hiện diện trong tất cả các hợp chất (như chất protein, chất béo, đường bột...) và ở dưới dạng cấu trúc giống nhau trong tất cả các loài vi sinh vật, ngay cả trong virus. Một số nguyên tố khác cũng là nguyên tố tối cần như Ca, Na, Fe, Mg, tuy nhiên là các nguyên tố tối cần cho từng nhóm vi sinh vật. Thí dụ: Fe rất cần thiết cho vi khuẩn hiếu khí, các vi sinh vật có quang hợp rất cần Mg.

b) Các chất vi lượng

Gồm các nguyên tố mà vi sinh vật rất cần thiết cho sự tăng trưởng, nhưng với số lượng rất ít. Thí dụ như: Fe, Mn, Ca. Ngoài ra các vitamin là những chất phức tạp, cũng dự phần như những chất vi lượng vì chỉ cần một lượng nhỏ cũng kích thích được sự tăng trưởng. Bên cạnh các vitamin, một số amino acid cũng là chất vi lượng cần thiết cho vi sinh vật.

Ví dụ: khi nuôi vi khuẩn Salmonella typhi gây bệnh thương hàn, nếu thiếu một tí tryptophan thì vi khuẩn không phát triển tốt được.

2. Các cách dinh dưỡng

Các vi sinh vật thuộc nhóm nguyên sinh động vật có thể tiêu thụ được các vật rắn khác, thí dụ như ăn vi khuẩn hoặc nguyên sinh động vật nhỏ hơn. Lối dinh dưỡng này được gọi là dinh dưỡng theo lối động vật (holozoic nutrition) hay thực bào.

Các vi sinh vật khác, như vi khuẩn chẳng hạn không thể ăn các vật rắn được, mà chỉ tiêu thụ được các phân tử tương đối nhỏ hòa trong nước, các chất này có thể chui qua màng tế bào bởi sự khuếch tán hoặc bởi các cơ nguyên khác. Đây là cách dinh dưỡng theo lối thực vật (holophytic). Cách dinh dưỡng của virus về cơ bản có khác hơn các vi sinh vật khác.

3. Sự tiêu hóa

Phần lớn vi sinh vật tiêu hóa thức ăn bằng cách dùng enzyme thủy phân thức ăn. Nhờ các enzyme tương ứng, thức ăn như chất đường bột, chất béo và protein được phân ra thành các phân tử nhỏ hơn có thể tan được trong nước. Đường bột được cắt ra thành các dạng đường đơn (monosaccharide); chất béo được thủy phân thành các alcohol, glycerol hoặc các acid béo, còn protein được thủy phân thành các amino acid. Các phân tử này thường có kích thước nhỏ tan được trong nước nên có thể chui qua màng tế bào để vào trong tế bào chất của vi sinh vật. Sau đó, bên trong tế bào còn có hệ thống enzyme khác, biến các chất đơn giản này để biến chúng thành năng lượng hay các vật chất của tế bào.

Các nấm, vi khuẩn và một số rong tiêu hóa thức ăn do các enzyme tiết ra bên ngoài môi trường sống của chúng, enzyme tiếp xúc với thức ăn và phân giải chúng để có thể hấp thu được.

Ngoài ra vách tế bào của vi sinh vật này có vô số các lỗ khuyết rất nhỏ, có công dụng như những cái miệng li ti, qua đó chất lỏng và các phân tử thức ăn đơn giản và nhỏ đi xuyên qua vách tế bào để vào trong tế bào chất. Sau khi vào trong tế bào, các phân tử thức ăn được tế bào vi sinh vật sử dụng giống như ở tế bào động vật, thực vật và các nguyên sinh.

Vi khuẩn tiết ra bên ngoài các loại enzyme để thủy phân các chất dinh dưỡng

Phân tử dinh dưỡng được thủy phân thành các phân tử ngắn hơn.

Các phân tử đơn giản như Glucôz, acid amin nhờ có kích thước phân tử nhỏ nên chui vào bên trong tế bào vi khuẩn qua các lỗ hổng ở vách tế bào

4. Phân loại vi sinh vật theo nguồn cung cấp carbon và năng lượng

Tùy theo cách sử dụng thực phẩm cũng như nguồn cung cấp C của thức ăn chúng ta có thể chia vi sinh vật ra các nhóm chính:

a) Vi sinh vật tự dưỡng (autotrophs):

Gồm các vi sinh vật có khả năng tiết ra các enzyme làm xúc tác cho các phản ứng tổng hợp C từ CO2 thành ra một chất hữu cơ phức tạp đáp ứng được nhu cầu của tế bào. Gồm một số vi sinh vật quan trọng trong nông nghiệp và công nghiêp. Lối dinh dưỡng này giống như cây xanh.

b) Vi sinh vật dị dưỡng (heterotrophs):

Nhóm này không có khả năng tổng hợp được chất hữu cơ từ nguyên tử C. Nhóm này chiếm đại đa số trong vi sinh vật. Cách dinh dưỡng này giống như ở động vật.

c) Vi sinh vật quang dưỡng (phototrophs):

Là các vi sinh vật cần được chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời (hoặc ánh sáng nhân tạo) mới sống được, chúng cần lấy năng lượng từ ánh nắng hoặc ánh sáng nhân tạo.

Nhóm vi sinh vật quang dưỡng còn có thể chia ra làm hai: vi sinh vật quang khoáng dưỡng (photolithotrophs) khi lấy H từ nước trong quá trình quang hợp để khử O của CO2; và vi sinh vật quang hữu cơ dưỡng (photoorganotrophs) lấy H từ H2S thay vì từ nước.

d) Vi sinh vật hóa dưỡng (chemotrophs):

Là các vi sinh vật không cần ánh sáng vẫn sống được. Chúng lấy năng lượng từ các phản ứng hóa học xảy ra bên trong tế bào. Các vi sinh vật trong nhóm hóa dưỡng, nếu phản ứng lấy năng lượng căn cứ trên các chất vô cơ (thí dụ: ôxy hóa chất vô cơ để sinh ra năng lượng) được gọi là hóa khoáng dưỡng hóa năng vô cơ (chemolithotrophs) (litho = đá, chất vô cơ).

Ví dụ như:

NaNO2 + ½O2 → NaNO3 + Năng lượng

H2S + 2O2 → H2SO4 + Năng lượng

CO + ½O2 → CO2 + Năng lượng

Các sinh vật khác, lại lấy năng lượng từ phản ứng ôxy hóa chất hữu cơ được gọi là hóa khoáng dưỡng năng hữu cơ (hóa hữu cơ dưỡng = chemoorganotrophs).

e) Vi sinh vật hoại sinh (saprophytes):

Gồm các nấm dị dưỡng và các vi khuẩn, chúng lấy carbon từ chất hữu cơ còn nguyên vẹn ở chung quanh nó hoặc từ nước cống rãnh hoặc từ một vi sinh vật đã chết.

f) Vi sinh vật ký sinh (parasites):

Các vi sinh vật vừa có thể lấy C từư chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật còn sống hoặc chỉ có thể lấy C từ sinh vật còn sống mà thôi. Trong bệnh học, các vi sinh vật ký sinh là nguyên nhân phần lớn bệnh của động vật và thực vật. Trong nhóm vi sinh vật ký sinh còn có thể chia ra làm hai tiểu nhóm, ký sinh bắt buộc và ký sinh tùy ý.

- Ký sinh bắt buộc là những vi sinh vật chỉ có thể sống ký sinh trên một mô còn sống của một sinh vật khác và nó không thể sống hoại sinh, tức sống trên mô đã chết hoặc trên vật chất không là sinh vật. Thí dụ: virus là ký sinh bắt buộc. Nấm gây bệnh rỉ trên cây trồng cũng là ký sinh bắt buộc vì chỉ sống trên lá, thân cây còn sống và không thể sống được trên môi trườmg nuôi cấy nhân tạo.

- Ký sinh tùy ý là những vi sinh vật vừa có thể ký sinh trên mô sống của một sinh vật khác, nhưng cũng có thể sống hoại sinh trên mô đã chết cũng như trên vật chất thích hợp. Thí dụ: vi khuẩn gây bệnh cho người, gia súc và cây trồng vừa sống được trong mô của ký chủ, vừa có thể nuôi cấy được (sống được) trên môi trường nuôi cấy nhân tạo (vật chất, không sống).