Bài giảng Sinh học - Vi sinh vật quang hợp và cố định nitơ

CHƯƠNG 7 :VI SINH VẬT QUANG HỢP VÀ CỐ ĐỊNH NI TƠDate1ĐHSSINH08A_NHÓM 47.1.3 Sự tiến hoá của các hình thức quang hợp và tổng hợp glucid Sự tiến hoá của các hình thức quang hợp 1.1.Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple sulfur bacteria): Thuộc nhóm này là các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự dưỡng vô cơ (photolithoautotroph), tế bào có chứa chlorophyll a hoặc b , hệ thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến (lamellar) gắn với màng sinh chất. Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang hợp thường sử dụng H2, H2S hay S .  Có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực, có loài chu mao, tỷ lệ G+C là 45-70%. a- Họ Chromatiaceae:                   1.1.1- Chi Thiospirium         1.1.2. Chi Chromatium         1.1.3. Chi Thiocapsa         1.1.4. Chi Thiocystis         1.1.5. Chi Thiospirillum         1.1.6. Chi Thiorhodovibrio         1.1.7. Chi Amoebobacter         1.1.8. Chi Lamprobacter        Date2ĐHSSINH08A_NHÓM 4 1.1.9. Chi Lamprocystis         1.1.10.Chi Thiodyction         1.1.11.Chi Thiopedia         1.1.12. Chi Rhabdochromatium         1.1.13. Chi Thiorhodococcus b- Họ Ectothiorhodospiraceae:         1.1.14- Chi Ectothiorhodospirace         1.1.15- Chi Halorhodospira Một số hình ảnhDate3ĐHSSINH08A_NHÓM 4Chromatium Thiocapsa Date4ĐHSSINH08A_NHÓM 4Thiocystis Thiospirillum Date5ĐHSSINH08A_NHÓM 4Lamprocystis Thiopedia Date6ĐHSSINH08A_NHÓM 41.2-Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure purple bacteria)         Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía là nhóm vi khuẩn quang dị dưỡng hữu cơ (photoorganoheterotrophs) thường kỵ khí bắt buộc, một số loài là quang tự dưỡng vô cơ không bắt buộc (trong tối là hoá dị dưỡng hữu cơ-  chemoorganoheterotrophs). Tế bào chứa chlorophyl a hoặc b, hệ thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến (lamellar) gắn với màng sinh chất. Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang hợp thường sử dụng chất hữu cơ, đôi khi sử dụng hợp chất lưu huỳnh dạng khử hoặc H2. Có khả năng di động với tiên mao mọc ở cực, hoặc không di động, một số loài có túi khí (gas vesicles), tỷ lệ G+C là 61-72%.           1.2.1- Chi Blastochloris         1.2.2- Chi Phaeospirillum         1.2.3- Chi Rhodobacter         1.2.4- Chi Rhodobium         1.2.5- Chi Rhodocista         1.2.6- Chi RhodocyclusDate7ĐHSSINH08A_NHÓM 4 1.2.9- Chi Rhodoplanes         1.2.10-Chi Rhodopila         1.2.11- Chi Rhodopseudomonas         1.2.12- Chi Rhodospira          1.2.13- Chi Rhodospirillum         1.2.14- Chi Rhodothalassium         1.2.15- Chi Rhodovibrio         1.2.16-Chi Rhodovulum         1.2.17- Chi Rosespira         1.2.18- Chi RubivivaMột số hình ảnhDate8ĐHSSINH08A_NHÓM 4Rhodospirillum Rhodospirillum dưới KHV điệntử Date9ĐHSSINH08A_NHÓM 4Rhodopseudomonas Rhodopseudomonas dưới KHV điện tử Date10ĐHSSINH08A_NHÓM 4Rhodobacter Rhodopila Date11ĐHSSINH08A_NHÓM 4Rhodocyclus purpureusRhomicrobiumDate12ĐHSSINH08A_NHÓM 41.3.Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure bacteria) Thuộc nhóm này là các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang tự dưỡng vô cơ (photolithoautotroph), tế bào có chứa chlorophyll a cùng với b , c hoặc e, chứa caroten nhóm 5, hệ thống quang hợp  liên quan đến các lục thể (chlorosom) và độc lập đối với màng sinh chất. Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang hợp thường sử dụng H2, H2S hay S .  Hạt lưu huỳnh tích luỹ bên ngoài tế bào Không có khả năng di động  , một số loài có túi khí;  tỷ lệ G+C là 48-58%. 1.3.1- Chi Chlorobium 1.3.2- Chi Prosthecochloris 1.3.3- Chi Pelodictyon 1.3.4- Chi Ancalichliris 1.3.5- Chi ChloroherpetonMột số hình ảnhDate13ĐHSSINH08A_NHÓM 4Chlorobium Pelodictyon Date14ĐHSSINH08A_NHÓM 4Prosthecochloris Date15ĐHSSINH08A_NHÓM 41.4.Vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục (Green nonsulfur bacteria) Thuộc nhóm này là các vi khuẩn đa bào, dạng sợi,thường kỵ khí không bắt buộc ,thường là quang dị dưỡng (photoheterotroph), có loài quang tự dưỡng hoặc hoá dị dưỡng. Tế bào có chứa chlorophyll a và c, trong điều kiện kỵ khí thấy có chlorosom. Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang dị dưỡng là glucose, axit amin, axit hữu cơ; trong quang tự dưỡng là H2, H2S. Di động bằng phương thức  trườn (gliding) ,   tỷ lệ G+C là  53-55%. Chi điển hình là Chloroflexus., Chloronema Một số hình ảnhDate16ĐHSSINH08A_NHÓM 4Chloronema Chloroflexus Date17ĐHSSINH08A_NHÓM 41.5- Vi khuẩn lam (Ngành Cyanobacteria) Theo NCBT (2005) thì Vi khuẩn lam bao gồm những bộ sau đây: • -Chlorococcales  • -Gloeobacteria  • -Nostocales  • -Oscillatoriales  • -Pleurocapsales  • -Prochlorales  Trước đây thường nhầm lẫn là Tảo lam (Cyanophyta). Thực ra đây là những cơ thể nhân nguyên thuỷ, không liên quan gì đến tảo , ngoài khả nãng quang hợp hiếu khí (quang tự dưỡng vô cơ) và dùng H2O làm chất cho điện tử trong quá trình quang hợp. Vi khuẩn lam chứa chlorophyll a và phycocyanin- phycobiliprotein. Một số loài có sắc tố đỏ phycoerythrin. Chúng phối hợp với sắc tố lục tạo nên màu nâu. Màng liên kết với phycobilisom. Đơn bào hoặc đa bào dạng sơi. Không di động hoặc di động bằng cách trườn (gliding), một số loài có túi khí (gas vesicles).Nhiều loại có dị tế bào (heterocysts) và có khả nãng cố định nitơ. Vi khuẩn lam có mặt ở khắp mọi nơi, trong đất, trên đá, trong suối nước nóng, trong nước ngọt và nước mặn. Date18ĐHSSINH08A_NHÓM 4Chúng có nãng lực chống chịu cao hơn so với thực vật đối với các điều kiện bất lợi như nhiệt độ cao, pH thấp. Một số loài có khả nãng sống cộng sinh với các cơ thể khác như Rêu, Dương xỉ, Tuế...Nhiều loài cộng sinh với nấm để tạo ra Địa y (Lichen). Vi khuẩn lam có thể là sinh vật xuất hiện sớm nhất trên Trái đấtVi khuẩn lam được chia thành 5 nhóm (subsection) như sau:a- Nhóm I (có tác giả gọi là bộ Chroococcales):Hình que hoặc hình cầu đơn bào, không có dạng sợi hay dạng kết khối (aggregate); phân đôi hoặc nẩy chồi; không có dị tế bào (heterocytes). Hầu hết không di động. Tỷ lệ G+C là 31-71% . Các chi tiêu biểu là: -Chamaesiphon -Chroococcus -Gloeothece -Gleocapsa -Prochloronb-Nhóm II (có tác giả gọi là bộ Pleurocapsales):Hình que hoặc hình cầu đơn bào. có thể tạo dạng kết khối (aggregate); phân cắt nhiều lần tạo ra các baeocytes; không có dị tế bào.Chỉ có các baeocytes là có di động. Tỷ lệ G+C là 40-46% . Các chi tiêu biểu là: • -Pleurocapsa  • -Dermocapsa  • -Chroococcidiopsis Date19ĐHSSINH08A_NHÓM 4c-Nhóm III (có tác giả gọi là bộ Oscillatorriales): Dạng sợi (filamentous) ; dạng lông (trichome) không phân nhánh chỉ có ở các tế bào dinh dưỡng; phân đôi trên mặt phẳng, có kiểu đứt đoạn (fragmentation); không có dị tế bào; thường di động. Tỷ lệ G+C là 34-67%. Các chi tiêu biểu là: • -Lyngbya  • -Osscillatoria  • -Prochlorothrix  • -Spirulina  • -Pseudanabaena d-Nhóm IV (có tác giả gọi là bộ Nostocales)  Dạng sợi ; dạng lông (trichome) không phân nhánh có thể chứa các tế bào biệt hoá (specialized cell) ; phân đôi trên mặt phẳng, có kiểu đứt đoạn tạo thành đoạn sinh sản (hormogonia) ; có tế bào dị hình ; thường di động có thể sản sinh bào tử màng dày (akinetes). Tỷ lệ G+C là 38-47%. Các chi tiêu biểu là : • -Anabaena  • -Cylindrospermum  • -Aphanizomenon  • -Nostoc  • -Scytonema  • -Calothrix Date20ĐHSSINH08A_NHÓM 4e-Nhóm V (có tác giả gọi là bộ Stigonematales) :Lông (trichome) dạng sợi, phân nhánh hoặc do các tế bào nhiều hơn một chuỗi tạo thành ; phân đôi theo nhiều mặt phẳng, hình thành đoạn sinh sản (hormogonia) ; có tế bào dị hình ; có thể sản sinh bào tử màng dày ( alkinetes), có hình thái phức tạp và biệt hóa (differentiation). Tỷ lệ G+C là 42-44%. Các chi tiêu biểu là :-Fischerella -Stigonema -Geitlerinema Date21ĐHSSINH08A_NHÓM 47.1.4 Chu trình cacbon trong tự nhiênCác quá trình chính trong chu trình tuần hoàn C gồm quá trình quang hợp, quá trình phân hủy các sản phẩm bài tiết. Ngoài ra còn có quá trình hô hấp, quá trình khuyếch tán khí CO2 trong khí quyển.Vòng tuần hoàn Cacbon trong tự nhiênKhí quyển là nguồn cung cấp C chính trong chu trình tuần hoàn C (chủ yếu ở dưới dạng CO2). CO2 đi vào hệ sinh thái nhờ quá trình quang hợp và trở lại khí quyển nhờ quá trình hô hấp và quá trình đốt cháy.Thực vật lấy khí cacbonic (CO2) từ không khí dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời tạo ra chất hữu cơ.Môi trường đất, nước và không khí được liên kết thông qua chu trình Cacbon (C) nhờ quá trình quang hợp, góp phần làm giảm hàm lượng CO2 trong khí quyển. Date22ĐHSSINH08A_NHÓM 4Date23ĐHSSINH08A_NHÓM 4Quá trình phong hóa đá và phân hủy chất hữu cơ tạo ra C trong đất và chảy vào các sông suối khi mưa xuống tạo nên chu trình C trong nước, sau một loạt các phản ứng khá phức tạp giữa CO2 và đá vôi CaCO3 và nước. CO2 được sử dụng cho các quá trình hô hấp của thực vật thủy sinh và quá trình quang hợp của nước. CO2 cùng với nước tham gia tổng hợp chất hữu cơ, là chất đệm giữ pH môi trường nước trung tính. Các nghiên cứu cho thấy, các hệ sinh thái thủy vực kể cả sông suối, hồ ao, biển cả và đại dương có vai trò rất lớn trong chu trình C toàn cầu.C có thể tồn tại thời gian dài ở các dạng vô cơ như CO2 (hòa tan và dạng khí); H2CO3 (hòa tan), CaCO3 cacbonat calciumhoặc dạng hữu cơ như glucose, acid acetic, than, dầu, khí.Date24ĐHSSINH08A_NHÓM 4Tất cả các thành phần khí quyển, địa quyển, thủy quyểnđều được “Tự nhiên” điều chỉnh ở trạng thái hài hòa, phù hợp với tập tính của các cơ thể sống. Và vai trò của CO2 trong sự sống cũng vậy, nó tuần hoàn một cách hài hòa trong chu trình cacbon, đảm bảo sự sống cho sinh vật trên trái đất. Hàm lượng CO2 được duy trì vừa đủ để tạo nên hiệu ứng nhà kính giữ ấm cho trái đất; CaCO3 được tích lũy trong vỏ nhuyễn thể, tảo phù du sản xuất dimetyl sunfit cung cấp cho quá trình tạo mưa trong khí quyển, tuyến tiết muối giúp cho cây mắm sống trong môi trường nước biển mặnTất cả đều hài hòa. Chỉ khi con người phá hủy nó đã gây ra sự suy giảm và đặc biệt là sự đảo lộn, đôi khi gây ra hậu quả không thể lường trước được do chính sự thiều hiểu biết của con người.Hài hòa và ổn địnhDate25ĐHSSINH08A_NHÓM 4Các hoạt động kinh tế của con người đang làm đảo lộn chu trình C, gây ra sự quá tải hàm lượng CO2 trong tự nhiên dẫn đến hiện tượng hiệu ứng nhà kính làm cho trái đất nóng lên. Đó là việc sử dụng quá nhiều nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ, khí đốt trong giao thông vận tải, phát triển công nghiệp, sinh hoạt đời sống làm tăng CO2 trong khí quyển. Việc chặt phá rừng cũng làm tăng hàm lượng CO2 do không còn thực vật hấp thụ CO2 trong khí quyển nữa.Việc tăng khí CO2 và một số chất ô nhiễm khác như Nox, SOx, gây mưa acid (pH<4,0), làm cá chết, thay đổi độ pH của đất, ảnh hưởng đến cây trồng và nông nghiệp.Sự nóng lên toàn cầu gây ra biến đổi khí hậu, ảnh hưởng đến nông nghiệp, và rất nhiều mặt trong cuộc sống của con người. Khi chu trình bị phá vỡDate26ĐHSSINH08A_NHÓM 4Date27ĐHSSINH08A_NHÓM 4