thường xảy r a theo sơ đồ sau:
Nucleo protein
Axit nucllic Các axit Ímín
£ I
T~ 1" I
V V ị} T 7 X .
Đưởng Adanín âuamin Timin Cytosine H3P 04 NH3 COj H20 HjS Mộlsố CsH,0Os CjHsN5 ,CsHsNsO CsHeN A CạHịNịO chất khác
C h u y ể n h ó a v ậ t c h ấ t do v ỉ s in h v ậ t tro n g nướ c 117
hay chuyển hóa leucytin th àn h H3PO4 theo cơ chế sau:
Leucytin --- * Glycerophotphate --- ► HgPO^
2- S ự c h u y ể n h ó a c á c h ợ p c h ấ t vô c ơ c h ứ a p h o t p h o
N ghiên cứu sự chuyển hóa các hợp chất vô cơ chứa photpho b ắt đầu từ năm 1900 do J.Stokolasa. Ông dà sử dụng giống Bacillus buytrieus để nghiên cứu, ngoài ra ổng còn p h á t hiện Pseudomonas fluorescens vi khuẩn ĩú tra t hóa, nấm sợi, xạ khuẩn cũng cố khả năng phán giải Ca'i(POi)2 và bột apatit.
Các nghiên cứu sau này cho thây các vi khuẩn lên men butyric, vi khuẩn lên men lactic, vi khuẩn lên men axetic cùng có khả nâng phân giái Ca;j(P 0 4)^.
Trong các loài nấm sợi thì nấm Aspergillus nìgcr có khả năng phân giải các hợp chất vô cơ mạnh nhất; Các nhà khoa học cho biết, sự phân giải các hợp chất vô cơ chứa photpho có liên quan rấ t nhiều đến khă năng tạo axit hữu cơ ciia các giống v s v , trong đó có sự hình th àn h axit carbonic. Axit nàỵ đóng vai trò rấ t quán trọng trọng chuyển hóa các hợp chất vô cơ chứa photpho.
Quá trìn h phân giải hợp chất vô ca chứa photpho trong môi trường nước xảy ra theo phương trìn h sau:
CaaíPCMa + 4H2C 03 + H20 = Ca(H ,P04)2H ,0 + 2Ca(HCO,), Trong môi trựờng nước, các vi khuẩn n itra t hóa và vi khuấn lưu huỳnh cũng đóng vai trò rế t lớn trong quá trìn h chuyển hóa photpho. Trong quá trìn h sống của những yi khuẩn này sẽ tích lũy troug môi trường HNO3 và H^SOi. Các axit này dóng vai trò hòa tan các hợp chất chứa photphp. Quá ttfn h hòa tan flày dựợc thể hiện trong những phương trìn h sau:
Ca^PO.,)* + 4HNỌ3 ( = CaíHaPO,) + 2Ca{N03)2 Ca3(P 0 4)1! + 2H2S 0 4 = Ca(H2P 0 4)2 + 2CaSO,
Trong th iê n nhiên, photpho được thực vật hấp thụ thường ở dạng pyrophotphạt và được chuyển hóa th ản h các chất hữu cơ chứa photpho, từ những ch ất này nó sẻ, được giải phóng à dạng photphat. Quá trìn h này
được thực hiện ở v s v . . ’*
Tóm t ắ t toàn bộ hóa trìn h chuyển hóa carbon, nitơ và lưu huỳnh như sau:
118 Chương 4
Q uá trinh phãn hủy, Thực vặt và hô hấp, lên men vi sinh vặt
4.8 QUÁ TRÌNH CHUYỂN h ó a s ắ t v à k im lo ạ i n ặ n g
S ắt ià một nguyên tố vi lượng rấ t cần th iế t cho cơ thế’ sống. Chúng có m ặt trong th àn h phẩn của một số enzym rấ t quan trọng như cytocrom.
Trong th iê n nhiên, sắ t thường tồn tạ i ở ba đạng: - Dạng khó tan
- Dạng vô cơ dễ dồng hóa
- Dạng hữu cơ có trong cơ thể (hoặc xác chết) của động vật,
vsv
và thực vặt.Trong th iê n nhiện, sắ t luôn luôn được chuyển hóa. Sự chuyển hóa của sốt trorig th iên nhiên không phải ch! là sự chuyển hóa hóa học dơn thuần mà dd sự chuyển hổa của v s v , đặc biệt là sự chuyển hóa do v s v .
Tròng mồi trường tiưởc có sự phân giải các hợp ch ất hữu cơ xuất hiện h iện tượng diện th ế oxy hổà - khử th ấ p và kiện tứợng s á t (III) sẽ chuyển th à n h s ắ t (II), hoặc ngược lại, nếu trong nước có m ặt oxy nhiểu điện th ế oxy hóa - khử sẽ cao và khi đó s ắ t (11) sẽ chuyển th à n h sắ t (III) theo phương trìn h sau:
Fe2+ . Fe3* + e
P h ản ứng này thường giâi phóng 11,5 kcal; v s v sê sử dụng năng lượng này vằò việc khử carbondioxyt. Đầy là iihững v s v tự dưỡng hóa năng, v s v th am gia vào quá trìn h chuyển hóa nàfy ĩà rihững v!sv tự dưỡng h6á năng không b ắ t buộỂ, chúng có th ể sử đựng cá chất hữu cơ trong quá trìn h sống của chúng. Thực tế, quá trìn h oxy hóa 8ắt như
C h u y ể n h ó a v ậ t c h ấ t do vi s in h v ậ t tr o n g nướ c 119
phương trìn h trên , năng ỉượng được tạo th àn h không lớn lắm, do đó chúng cần r ấ t nhiều nguyên liệu khác cho quá trìn h trao đổi chất cùa chúng.
Trong th iê n nhiên có nhiều vi khuẩn chuyển Fei *’ tha' Ìih F e ,+. Nhừng vi khuẩn chủ yếu chuyển hóa quá trìn h này được nghiên cứu kỹ gồm những giống sau
L e p io th rix
Đây là vi khuẩn liên kết với nhau tạo th à n h chuồi dài nằm trong một bao chung. Trên các bao này có oxy sắt ngưng tụ tạo ra màu vàng hoặc màu tím cho bao, trong môi trường nước chúng thường nổi lén trê n bề m ột hoặc bám trê n bề m ặt đá, lá cây, th ân cây chết trong nước, các tế bào nằm trong baọ đó có thế' chui ra khỏi bao tạo tiêm mao và có khả năng dí động trong môi trường nước. Chúng thuộc loại yếm khí tùy tiện và tự dưởng vô cơ, đồ iỊ thời chúng cũng có tính chất như một vi khuẩn dị dưỡng hữu cơ. Trong quá trình oxy hóa sắt (II) th àn h s ắ t (III), chúng nhận năn g lượng đê ph át triển.
Cremothrix
Giồng như Leptothrix, chúng tạo thành chuồi t ế bào và xếp vào một biío chung, trê n bao cũng có những h ạ t oxy sắt. Nhiều trường hợp, trong môi trường nước bao tạo thành nhánh, chúng thường bám trên lá cây, thân cây, trê n đá trong nước nhưng khác với Lcptothrix là chúng không chui ra khỏi bao và bơi tự do trong môi trường nước.
G cdlion ella
Đây là vi khuẩn tự dưỡng hóa năng, chúng thuộc vi khuẩn tự dưỡng bắt buộc. Vi khuẩn này thường tạo ra chất dẻo xung quanh tế bao, chính chất dẻo này giúp vi khuẩn bám vào các vật thế. Trong chất dẻo được tạo ra từ \é bào vi khuẩn có nhiều giọt sắt ngưng tụ, quá trin h chuyển hóa sắ t (II) th à n h s ắ t (III) theo phương trìn h sau:
2FeCO, + - ( X + 3H20 ---* Fe(OH)« + 2C 02 + 29,8 kcal
_ 2 ■ ;
Trong th iên nhiên còn tổn tại một số VI khuẩn có thể chuyên sắt (III) th à n h s ắ t (II), trong đó có vi khuẩn E.coli, Clostridium sporogenes, ờ điều kiện yếm khí chúng khử Fe(OH).t. Ngoài ra, các nhà khoa học còn p hát hiện vi khuẩn BacilitiS poỉymyxa, Bacillus circulans, Aerobacter sp, Pseudomonas sp cũng có khả nftng chuyển hóa s ắ t (III) th à n h sắt (II).
120 C hư ơ ng 4
Vi khuẩn sát thường phản bô' rấ t rộng trong nước ngọt. Chúng thường có nhiều trong các khe suối, nhiều khi chúng tạo th à n h nhừng dám khuẩn lạc rấ t lớn, có th ể nhíu bằng m ắt thường. Ngoài ra còn thấy chúng có nhiều ở nước ao tù, đầm lầy, suối đọng.
Trong quá trìn h ph át triển, vi khuẩn s ắ t cần đến sắt (II), oxy và carbondioxyt.
Trong điều kiện môi trường kiềm, quá trìn h chuyển sổt (II) thành sắt (III) rấ t dễ dàng theo con đường hóa học.
Trong điểu kiện môi trường nước có pH axit quá trìn h oxy hóa sắt (II) sang s á t (III) là do vi khuẩn. Còn trong môi trường trung tính và kiểm, quá trìn h trê n do
vsv
lại ít xảy ra.Như vậy, trong thiên nhiên song song tổn tạ i hai quá trìn h oxy hóa sắt: quá trình hóa học và quá trìn h sinh học.
Nhờ khả năng hấp thụ kim loại r ấ t m ạnh của
vsv
nên nhiều công trin h xử lý nước dã úng dụng chúng dể loại kìm ỉoạị ra khỏi nước ô nhiễm. Ở dây xáy ra hai quá trìn h cần phải lưu ý:- Quá trìn h hấp thụ kim loại vào t ế bào
vsv,
kim loại sẽ tích lũy trong sinhkhối vsv.
- Quá trìn h kim loại cùng với sinh khối của chúng ra khỏi nước thải theo bùn lắng trong các hồ xử lý.
B à n g 4.6 Khă năng khứ kim loại nhà vi sinh vật trong nước thài
STT Kim loại HIẠu què khử bòl vi sinh v«t (%)
1 Nhỏm 70 4- 96 2 Cadmium 30 ± 92 3 Crom 6 3 * 99 4 Đổng 6 9 * 9 8 5 Sắt 8 7 * 9 « 6 Chì 42 4 100 7 Manganese 25 í- 31 8 Thủy ngân 6 8 + 1 0 0 9 Nlken 2 5 * 7 4 10 Kẽm 44 * 1 0 0