Bài 10: Vi Sinh Vật Trong Phân Giải Các Hợp Chất Làm Ô Nhiễm Môi Trường | Chuyên đề học tập Sinh học 10 | Chuyên Đề 3: Công Nghệ Vi Sinh Vật Trong Xử Lí Ô Nhiễm Môi Trường - Lớp 10 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

(Trang 61)

YÊU CẦU CẦN ĐẠT

• Mô tả được ứng dụng quá trình phân giải hiếu khí của vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường.
• Mô tả được ứng dụng quá trình phân giải kị khí và lên men trong xử lí ô nhiễm môi trường.

I - VI SINH VẬT PHÂN GIẢI HIẾU KHÍ TRONG XỬ LÍ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Quá trình sản xuất và sinh hoạt của con người thải vào môi trường một số loại hydrocarbon. Nhiều loại hydrocarbon tồn tại hàng chục năm trong môi trường đất và nước gây chết nhiều loại sinh vật, đặc biệt là các sinh vật biển. Rất may, có một số loại vi sinh vật có khả năng phân huỷ các chất thải hydrocarbon gây ô nhiễm môi trường này. Tốc độ phân giải các hydrocarbon ở nhiều loại vi sinh vật phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như độ pH, độ mặn của môi trường, lượng oxygen có sẵn,....

Khả năng trao đổi chất đặc biệt của vi sinh vật được sử dụng để phân giải nhiều loại chất thải hữu cơ gây ô nhiễm môi trường và đất. Ví dụ: Tận dụng quá trình hô hấp hiếu khí, chúng ta có thể xử lí nguồn nước ô nhiễm bằng nhiều loại vi sinh vật trong môi trường không khí liên tục hoặc xử lí sinh học đối với phế thải công nghiệp chế biến sữa, sản xuất giấy, dệt, nhuộm vải.... Ngoài khả năng xử lí các chất thải hữu cơ, một số vi sinh vật còn có khả năng chuyển hoá các chất vô cơ gây ô nhiễm môi trường. Ví dụ: Một số loài vi khuẩn có thể chuyển hoá phosphorus hoàn toàn và tích luỹ lại trong tế bào chất ở các thể hạt, nhờ vậy con người có thể thu vi khuẩn và loại bỏ chúng khỏi môi trường.

Trong các ao, đầm tưới tiêu, cá người ta thường làm giàu oxygen trong nước bằng cách bơm nước lên không khí. Điều này vừa giúp cho tôm, cá hô hấp thuận lợi, vừa cung cấp oxygen cho các vi sinh vật hiếu khí thực hiện quá trình phân giải thức ăn chăn nuôi thừa cũng như các chất thải của tôm, cá, từ đó làm giảm ô nhiễm môi trường nước.

II - VI SINH VẬT PHÂN GIẢI KỊ KHÍ TRONG XỬ LÍ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Lợi dụng quá trình phân giải kị khí, con người có thể sử dụng các vi sinh vật để xử lí nước thải trong môi trường kị khí. Một số loại vi khuẩn kị khí có thể được sử dụng để phân giải lipid, protein và polysaccharide thành các đơn phân là những acid béo, amino acid, đường đơn, sau đó được chuyển hoá thành acetate, khí hydrogen và carbon dioxide. Trong môi trường kị khí, các vi sinh vật Archaea có thể chuyển hoá những phân tử này thành khí methane, CO₂ và nước.

Hàng chục nghìn tỉ tấn methane tích tụ dưới đáy biển, nếu không giữ được chúng ổn định ở đó thì chúng sẽ như một quả bom gây ô nhiễm môi trường toàn cầu. Khí methane là “khí nhà kính”, nếu lượng khí này thoát vào bầu khí quyển sẽ gây nên sự ấm lên toàn cầu làm tăng nhiệt độ Trái Đất một cách nhanh chóng. Rất may, một số loài Archaea sống ở đáy biển sâu đã góp phần ngăn chặn nguy cơ phát thải đó bằng cách chuyển hoá khí methane hiện khi này khó lọt vào bầu khí quyển.

Các loại vi khuẩn kị khí cũng được sử dụng trong quy trình công nghệ sản xuất khí sinh học từ các phế thải do con người thải ra hoặc phân gia súc, gia cầm từ các trang trại chăn nuôi, cung cấp khí đốt cho nông dân.

III - VI SINH VẬT LÊN MEN TRONG XỬ LÍ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Giảm thiểu sử dụng nhiên liệu hoá thạch, tăng cường sử dụng nhiên liệu sinh học là một biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường sống. Nhiều loài sinh vật góp phần làm xuất nhiên liệu sinh học thông qua quá trình phân giải các chất. Con người đã lợi dụng khả năng lên men của vi sinh vật tạo ra ethanol dùng trong sản xuất xăng sinh học (H 10.1).

Hình 10.1. Sơ đồ sản xuất ethanol từ chất thải hữu cơ

Chất thải hữu cơ: rơm, rạ, lõi ngô, mùn cưa

Thuỷ phân

Đường đơn 5C, 6C

Vi sinh vật

Sản phẩm lên men

Chưng cất

Ethanol

Các ứng dụng khác nhau trong công nghiệp sản xuất sinh học

Pha chế 

Ethanol

(Trang 63)

IV - CHỌN LỌC VÀ TẠO GIỐNG VI SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI CÁC CHẤT GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Phục hồi sinh học là biện pháp xử lí ô nhiễm môi trường bằng cách sử dụng các sinh vật (chủ yếu là vi sinh vật đã được tuyển chọn) để phân huỷ hoặc vô hiệu hoá các chất gây ô nhiễm môi trường.

Con người đã và đang thải vào môi trường những chất được tổng hợp nhân tạo, xa lạ với sinh vật và sinh vật không thể hoặc rất khó phân giải, các chất này được gọi là Xenobiotic. Những chất này bao gồm: một số loại thuốc trừ sâu, các hydrocarbon thơm đa vòng (PAH), nhựa phenolic, một số hoạt chất trong chế phẩm thuốc chữa bệnh và chế phẩm vệ sinh, chất chỏm sắc đẹp,.... Độc của những chất này có thể gây hậu quả khó lường đối với sức khoẻ và làm ô nhiễm môi trường một cách trầm trọng. Một khi thải vào môi trường, chúng được tích tụ lại, xâm nhập vào chuỗi và lưới thức ăn, ảnh hưởng đến con người và hệ sinh thái tự nhiên.

Các nhà khoa học đã phân lập và xác định đặc tính của một số loài vi sinh vật bao gồm Alcanigenes, Cellulosimicrobium, Mycobacterium, Micrococcus, Methanospirillum, Aeromonas, Sphingobium, Flavobacterium, Rhodococcus, Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Streptomyces, Rhodotorula, Candida và Aureobasidium có tiềm năng phục hồi sinh học đặc biệt với một số loại chất lạ trong môi trường đất và nước bị ô nhiễm. Để nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật trên cần thực hiện qua các bước:

• Phân lập các chủng vi sinh vật sống trên môi trường có chất lạ và giải trình tự hệ gene của chúng.
• Xác định những gene nào trong hệ gene của chúng được biểu hiện và những loại protein nào được tổng hợp.
• Xác định các protein được tổng hợp là sản phẩm của những quá trình chuyển hoá hoá học trong cơ thể vi sinh vật.

Những dữ liệu khổng lồ từ các lĩnh vực sinh học phân tử này phải được học hỏi thêm trong chuyên hướng, các thuật toán phân tích, đối chiếu, so sánh, tổng hợp lại để tìm ra loại gene nào quy định sản phẩm trao đổi chất có tiềm năng phân giải hoặc khoáng hoá chất gây ô nhiễm môi trường. Nhờ vậy, các vi sinh vật có thể được chọn lọc hoặc cải tạo di truyền để có thể được sử dụng trong xử lí ô nhiễm môi trường bởi các chất lạ với sinh vật. Đây là công nghệ đầy hứa hẹn trong tương lai.

(Trang 64)