Đang tải... (xem toàn văn)
Nhóm vi khuẩn trong môi trường pH trung tính, oxi hóa sắt kỵ khí phụ thuộc vào nitrat Một số vi khuẩn được phân lập:.. Geobacter metallireducens Thuộc.[r]
(1)Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM Bài thuyết trình Vi sinh đại cương VI KHUẨN SẮT GV: Trương Phước Thiên Hoàng Nhóm 13-Lớp DH11SH (2) VI KHUẨN SẮT Thành viên nhóm Lê Thị Bích Dương Nguyễn Mỷ Duyên Lê Thị Thanh Hồng Huỳnh Nguyễn Chí Linh Huỳnh Vủ Linh Nguyễn Thị Bích Phương Trần Thị Thanh Phan Thị Thanh Tuyền 11126073 11126001 11126121 11126152 11126153 11126185 11126207 11126045 (3) VI KHUẨN SẮT NỘI DUNG Giới thiệu vi khuẩn sắt Đặc điểm Phân loại Theo loài, chi Theo sinh lý Vi khuẩn điển hình Thiobacillus ferrooxidans Tài liệu tham khảo (4) VI KHUẨN SẮT Giới thiệu Vi khuẩn Sắt là prokaryotes đầu tiên quan sát và ghi lại các nhà vi sinh vật tiên phong, chẳng hạn Ehrenberg và Winogradsky, vào kỷ 19 Và tiếp tục nghiên cứu ngày Sergei Winogradsky (1856-1953) Vi khuẩn sắt thường có oxit sắt bao quanh tế bào Sinh trưởng cách oxi hoá các hợp chất sắt thành oxit sắt (Fe2+ Fe3+) VD: 2Fe (OH) + O → H O + Fe O Gồm các chi Leptothrix, Sphaerotilus, Gallionella, số loài Thiobacillus ferrooxidans, Leptospirillium ferrooxidans (5) VI KHUẨN SẮT (6) VI KHUẨN SẮT Đặc điểm Vi khuẩn sắt là vi khuẩn Gram âm, với lớp màng bên ngoài chủ yếu bao gồm lipopolysaccharides Môi trường sống: loài vi khuẩn sắt có môi trường sống đặc trưng riêng, chủ yếu các vùng có pH thấp (khả trao đổi chất môi trường axit cao môi trường trung tính) Di chuyển: Chủ yếu sử dụng roi (7) VI KHUẨN SẮT Phân loại Vi khuẩn sắt phân loại vào nhóm Proteobacteria Proteobacteria là nhóm lớn vi khuẩn, năm 1987, Carl Woese thành lập nhóm này, gọi đó là “purple bacteria and their relatives“ (vi khuẩn màu tím và họ hàng chúng) Proteobacteria chia thành lớp, gọi các chữ cái Hy Lạp alpha-, beta-, gama-, delta-, elpsilon- , zeta- dựa trên trình tự rRNA (ví dụ: gamaproteobacteria có trình tự rRNA là 16s) Đa số vi khuẩn sắt thuộc lớp Betaproteobacteria (8) VI KHUẨN SẮT Phân loại Theo sinh lý có thể chia vi khuẩn sắt thành bốn nhóm chính: Nhóm sinh vật ưa chua, ôxi hóa sắt hiếu khí Nhóm sinh vật phát triển môi trường pH trung tính, ôxi hóa sắt hiếu khí Nhóm sinh vật phát triển môi trường pH trung tính, oxi hóa sắt kỵ khí (phụ thuộc vào nitrat) Quang ôxi hóa sắt kỵ khí (9) VI KHUẨN SẮT - Màu đỏ: Nhóm vi khuẩn ưa chua - Màu xanh lá cây: Nhóm trung tính, hiếu khí - Màu đen: Nhóm phụ thuộc nitrat (10) VI KHUẨN SẮT Nhóm ưa chua, oxi hóa sắt hiếu khí Vi khuẩn oxi hóa sắt ưa chua là loài nghiên cứu đầu tiên kể từ phát vi khuẩn Thiobacillus ferrooxidans vào cuối năm 1940 Sinh trưởng môi trường có độ pH thấp (1-3) Đa số thuộc lớp Gammaproteobacteria Chúng có tầm quan trọng công nghệ sinh học và ô nhiễm môi trường 10 (11) VI KHUẨN SẮT Nhóm ưa chua, oxi hóa sắt hiếu khí Vi khuẩn điển hình: Thiobacillus ferrooxidans 11 (12) VI KHUẨN SẮT Nhóm ưa chua, oxi hóa sắt hiếu khí Ứng dụng: Một số vi khuẩn thuộc nhóm này dùng để ôxi hóa và kết tủa sắt từ nước ngầm bị ô nhiễm nhà máy thí điểm xử lý nước (chủ yếu là Ferrovum myxofaciens) Một số vi khuẩn sử dụng Biomining 12 (13) VI KHUẨN SẮT Nhóm môi trường pH trung tính, oxi hóa sắt hiếu khí Nhóm này bao gồm các vi khuẩn đầu tiên mô tả (Gallionella), chúng phân lập và đặc trưng tương đối gần đây Môi trường sống: Nước biển: thường pH 8,3 đến 8,4 Nước ngọt: phân lập từ các thảm sắt khu vực tàu ngầm lượng địa nhiệt Đa số thuộc lớp betaproteobacteria 13 (14) VI KHUẨN SẮT Nhóm môi trường pH trung tính, oxi hóa sắt hiếu khí Vi khuẩn đặc trưng: Gallionella ferruginea (lần đầu tiên mô tả Ehrenberg năm 1838) 14 (15) VI KHUẨN SẮT Nhóm môi trường pH trung tính, oxi hóa sắt hiếu khí Ứng dụng: Tính khả dụng nhóm vi khuẩn này không cao vì môi trường sống chúng là giao diện các vùng hiếu khí và thiếu ôxy trầm tích và nước ngầm và thường mô tả là 'dốc' sinh vật Vai trò: Một vài chủng vi khuẩn phân lập từ núi lửa biển có thể xúc tác quá trình oxy hóa sắt kim loại màu theo điều kiện vi hiếu khí, và đó đóng góp vào hình thành các thảm sắt các đại dương sâu 15 (16) VI KHUẨN SẮT Nhóm vi khuẩn môi trường pH trung tính, oxi hóa sắt kỵ khí (phụ thuộc vào nitrat) Nhóm vi khuẩn này tìm thấy biển, nước lợ và nước và trầm tích kỵ khí Ngược lại các nhóm vi khuẩn sắt mô tả trước, nhóm này không tìm thấy chủ yếu lớp Proteobacteria, và ít vi khuẩn thuộc các lớp Alpha-, Beta-, Gamma- và Deltaproteobacteria Kiểu dinh dưỡng: Tự dưỡng (sử dụng vật liệu hữu nguồn carbon), Dị dưỡng 16 (17) VI KHUẨN SẮT Nhóm vi khuẩn môi trường pH trung tính, oxi hóa sắt kỵ khí (phụ thuộc vào nitrat) Một số vi khuẩn phân lập: Thiobacillus denitrificans Là betaproteobacterium tự dưỡng nghiêm ngặt Oxy hóa FeS diện nitrat 17 (18) VI KHUẨN SẮT Nhóm vi khuẩn môi trường pH trung tính, oxi hóa sắt kỵ khí (phụ thuộc vào nitrat) Một số vi khuẩn phân lập: Geobacter metallireducens Thuộc lớp Deltaproteobacterium Phổ biến rộng rãi trầm tích kỵ khí 18 (19) VI KHUẨN SẮT Quang ôxi hóa sắt kỵ khí Vi khuẩn quang dưỡng màu tím là nhóm vi sinh vật có thể oxy hóa sắt kim loại màu môi trường yếm khí Được phân lập từ nhiều môi trường nước và biển Hầu hết các vi khuẩn quang oxy hóa sắt thuộc lớp Alphaproteobacteria, ngoại lệ Thiodictyon là gammaproteobacterium 19 (20) VI KHUẨN SẮT Quang ôxi hóa sắt kỵ khí Vi khuẩn điển hình: Rhodovulum iodosum Các tế bào rỉ sét hình thành vi khuẩn oxy hóa sắt (Rhodovulum iodosum) liên quan với hình thành sắt (III) khoáng sản (Ảnh: Merle Eickhoff và Nicholas Hagemann) 20 (21) VI KHUẨN SẮT Quang ôxi hóa sắt kỵ khí Vi khuẩn điển hình: Rhodobacter capsulatus (Bacteria; Proteobacteria; Alphaproteobacteria; Rhodobacterales; Rhodobacteraceae; Rhodobacter) 21 (22) VI KHUẨN SẮT Quang ôxi hóa sắt kỵ khí Sự sinh trưởng Nhóm vi khuẩn này sử dụng Fe2+ để khử CO2 4Fe2+ +CO2 +11H2O +hν → CH2O +4Fe(OH)3 +8H+ Vi khuẩn quang oxi hóa sắt có pha quang hợp I, và đó không phát triển oxy, đó vi khuẩn này có thể thúc đẩy quá trình oxy hóa sắt vắng mặt oxi và thay electron bị oxy hóa (chẳng hạn nitrat) Vai trò Do có thể oxi hóa sắt điều kiện kỵ khí nên vi khuẩn quang oxi hóa sắt coi là nhóm vi khuẩn góp phần vào hình thành các lớp chất tích tụ sâu lòng đất trước kỷ Cambri các hành tinh chủ yếu là thiếu oxi 22 (23) VI KHUẨN SẮT Vi khuẩn sắt điển hình 23 (24) VI KHUẨN SẮT Thiobacillus ferrooxidans 24 (25) VI KHUẨN SẮT Thiobacillus ferrooxidans Phân loại Acidithiobacillus ferrooxidans Kingdom Eubacteria Phylum Proteobacteria Class Gammaproteobacteria Order (bộ) Acidithiobacillales Family (họ) Acidithiobacillaceae Genus (giống) Acidithiobacillus 25 (26) VI KHUẨN SẮT Thiobacillus ferrooxidans • Là loài vi khuẩn sắt điển hình và phổ biến nhất, phân lập lần đầu tiên vào năm 1947 từ nước thải hầm mỏ • Phát triển mạnh trên quặng pyrite chứa nhiều FeS • Thuộc họ vi khuẩn cổ, có thể sống nhiệt độ cao đến 85-100oC • Thuộc nhóm vi khuẩn sắt ưa chua, hiếu khí 26 (27) VI KHUẨN SẮT Thiobacillus ferrooxidans Thiobacillus ferrooxidans là thành viên điển hình proteobacteria Thường tìm thấy trầm tích pyrit, các mỏ khoáng sản 27 (28) VI KHUẨN SẮT Mỏ sắt _ Gia Lai 28 (29) VI KHUẨN SẮT Thiobacillus ferrooxidans Hình thái cấu tạo: ─ Là vi khuẩn không màu, hình que ─ Gram (-) ─ Di động tiêm mao ─ Không hình thành bào tử ─ Đứng mình hay đôi bắt cặp ─ Sinh sản cách phân hạch tế bào 29 (30) VI KHUẨN SẮT Thiobacillus ferrooxidans Đặc điểm sinh lý sinh hóa ─ Thiobacillus ferrooxidans có tính ưa chua (độ pH từ 1,5 đến 2,5) ─ Thiobacillus là vi khuẩn nghiêm hiếu khí (chỉ sống môi trường giàu oxy) ─ Thiobacillus có tính "ưa nhiệt“ nhiệt độ thích hợp 45-500C Nhiệt độ tăng, giảm làm tốc độ tăng trưởng bị ảnh hưởng xấu 30 (31) VI KHUẨN SẮT Thiobacillus ferrooxidans Sinh trưởng và phát triển Kiểu dinh dưỡng: – Tự dưỡng hóa dưỡng vô cơ, lấy chất dinh dưỡng cách oxy hóa sắt và lưu huỳnh với O2 – Ngoài ra, các vitamin, nitơ, khoáng chất cần thiết cho sinh trưởng và phát triển chúng Sinh sản: phân hạch tế bào Thiobacillus ferrooxidans là sinh vật hiếu khí nó có thể sinh sản điều kiện kỵ khí 31 (32) VI KHUẨN SẮT Thiobacillus ferrooxidans Quá trình phân giải Quá trình oxy hóa sắt kim loại màu và sắt: 2Fe2+ + 2H+ + ½O2 -> 2Fe3+ + H20 2Fe3+ + 6H20 -> 2Fe(OH)3 + 6H + 2Fe2+ + 5H20 + ½O -> 2Fe(OH)3 + 4H+ Quá trình oxy hóa pyrit: FeS2 + H20 + 3½O2 +Fe2+ + 2SO4 + 2H+ => Sự oxi hóa hiếu khí từ Fe2+ -> Fe3+ để tạo lượng cho chúng lượng tạo ít 32 (33) VI KHUẨN SẮT Thiobacillus ferrooxidans Một đàn thiobacillus ferooxidans, màu đỏ là kết sắt 33 (34) VI KHUẨN SẮT Thiobacillus ferrooxidans Ứng dụng Tích cực: − Ứng dụng rộng rãi công nghiệp khai thác mỏ, chiết suất kim loại:Sắt,đồng,… − Làm tăng tốc độ quá trình oxy hóa pyrit chất thải mỏ và các mỏ than − Mang lại lợi ích việc khôi phục các vật liệu đồng và uranium 34 (35) VI KHUẨN SẮT Thiobacillus ferrooxidans Mỏ Bingham Canyon, nằm bang Utah, Hoa Kỳ, nơi thực tuyển quặng nhờ vi sinh vật 35 (36) VI KHUẨN SẮT Thiobacillus ferrooxidans Ứng dụng Tiêu cực: Trong quá trình oxy hóa, ion H + tạo Vì vậy, tăng trưởng vi khuẩn làm giảm độ pH môi trường, thường 36 (37) VI KHUẨN SẮT Kết luận Vi khuẩn sắt là loài vi khuẩn điển hình và khá phổ biến trong tự nhiên đã và các nhà khoa học nghiên cứu Trong tương lai vi khuẩn sắt ứng dụng rộng rãi nữa, đóng góp tích cực vào phát triển công nghiệp (chủ yếu là công nghiệp khai thác khoáng sản) 37 (38) VI KHUẨN SẮT Tài liệu tham khảo Nguyễn tiến Thắng, Giáo trình Công nghê sinh học đại cương http://intl-mic.sgmjournals.org http://vi.wikipedia.org http://en.wikipedia.org http://baigiang.violet.vn 38 (39) VI KHUẨN SẮT Cảm ơn cô và các bạn đã chú ý lắng nghe 39 (40)