Sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường


1
Chương 1
SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG MÔI TRƯỜNG
WX

1.1. Môi trường đất và sự phân bố của vi sinh vật trong đất
1.1.1. Môi trường đất.
Đất là một môi trường thích hợp nhất đối với vi sinh vật, vì thế nó là nơi cư trú
rộng rãi nhất của vi sinh vật, cả về thành phần cũng như số lượng so với các môi trường
khác. Sở dó như vật là do trong đất có một lượng lớn các chất hữu cơ. Đó là nguồn thức ăn
cho các nhóm vi sinh vật dò dưỡng (vi sinh vật phân huỷ các chất carbon hữu cơ, nhóm vi
sinh vật phân hủy các chất nitrogen hữu cơ…). Các chất vô cơ có trong đất cũng là nguồn
dinh dưỡng cho các nhóm vi sinh vật tự dưỡng (các nhóm phân hủy các chất vô cơ,
chuyển hoá các chất S, P, Fe…)
Các chất dinh dưỡng không những tập trung nhiều ở tầng đất mặt mà còn phân tán
xuống các tầng đất sâu. Bởi vậy, ở các tầng đất khác nhau, sự phân bố vi sinh vật khác
nhau phụ thuộc và hàm lượng các chất dinh dưỡng.
Mức độ thoáng khí của đất cũng là một điều kiện ảnh hưởng đến sự phân bố của vi
sinh vật. Các nhóm hiếu khí phát triển nhiều ở những nơi có nồng độ oxy cao. Những nơi
yếm khí, hàm lượng oxy thấp thường phân bố nhiều loại vi sinh vật kỵ khí.
Độ ẩm và nhiệt độ trong đất cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật đất.
Đất vùng nhiệt đới thường có độ ẩm 70-80% và nhiệt độ 20
0
C – 30
0
C. Đó là nhiệt độ và
độ ẩm thích hợp với đa số vi sinh vật. Bởi vậy, trong mỗi gam đất thường có hàng chục
triệu đến hàng tỉ tế bào vi sinh vật bao gồm nhiều nhóm khác nhau về vò trí phân loại
cũng như hoạt tính sinh lý, sinh hoá và sinh thái.
1.1.2. Sự phân bố của vi sinh vật trong đất và mối quan hệ giữa các nhóm vi sinh vật.
1.1.2.1. Sự phân bố của vi sinh vật trong đất.
Vi sinh vật là những cơ thể nhỏ bé dể dàng phát tán nhờ gió và các sinh vật khác.
Bởi vậy chúng có thể di chuyển dễ dàng đến mọi nơi trong tự nhiên. Nhất là những vi
sinh vật có bào tử, bào tử của chúng có khả năng sống tiềm sinh trong các điều kiện khó
khăn. Khi gặp điều kiện thuận lợi, chúng lại phát triển và sinh sôi. Tuy nhiên, đất là nơi
vi sinh vật tồn tại nhiều nhất so với các môi trường khác. Sự phân bố của vi sinh vật đất
còn gọi là khu hệ vi sinh đất.
Chúng bao gồm các nhóm có đặc tính sinh lý, sinh hoá và sinh thái rất khác nhau.
Các nhóm vi sinh vật chính cư trú trong đất bao gồm: Vi khuẩn, Vi nấm, Xạ khuẩn, Virus,
Tảo, Nguyên sinh động vật. Trong đó vi khuẩn là nhóm chiếm nhiều nhất về số lượng.
Chúng bao gồm vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn kỵ khí, vi khuẩn tự dưỡng, vi khuẩn dò
dưỡng…Nếu chia theo các nguồn dinh dưỡng thì nó lại có nhóm tự dưỡng carbon, tự dưỡng
amin, dò dưỡng amin, vi khuẩn cố đònh nitrogen…

2
Theo nhiều tài liệu thì trung bình trong đất vi khuẩn chiếm khoảng 90% tổng số.
Xạ khuẩn chiếm khoảng 8%, vi nấm 1%, còn lại 1% là tảo, nguyên sinh động vật. Tỉ lệ
này thay đổi tuỳ theo các loại đất khác nhau cũng như khu vực đòa lý, tầng đất, thời vụ,
chế độ canh tác…Ở những đất có đầy đủ chất dinh dưỡng, độ thoáng khí tốt, nhiệt độ, độ
ẩm và pH thích hợp thì vi sinh vật phát triển nhiều về số lượng và thành phần. Sự phát
triển của vi sinh vật lại chính là nhân tố làm cho đất thêm phì nhiêu, màu mỡ.
Sự phân bố của vi sinh vật trong đất có thể chia ra như sau:
* Phân bố theo chiều sâu.
Quần thể vi sinh vật thường tập trung nhiều nhất ở tầng canh tác. Đó là nơi tập
trung rễ cây, chất dinh dưỡng, có cường độ chiếu sáng, nhiệt độ, độ ẩm thích hợp nhất. Số
lượng vi sinh vật giảm dần theo tầng đất, càng xuống sâu càng ít vi sinh vật.
Riêng đối với các đất bạc màu, do hiện tượng rửa trôi, tầng 0 – 20 cm ít chất hữu
cơ hơn tầng 20 – 40 cm. Bởi vậy, ở tầng này số lượng vi sinh vật nhiều hơn ở tầng trên.
Sau đó giảm dần ở các tầng dưới.
Thành phần vi sinh vật cũng thay đổi theo tầng đất: vi khuẩn hiếu khí, vi nấm, xạ
khuẩn thường tập trung ở tầng mặt vì tầng này có nhiều oxy. Càng xuống sâu, các nhóm
vi sinh vật hiếu khí càng giảm mạnh. Ngược lại, các nhóm vi khuẩn kỵ khí như vi khuẩn
phản nitrate hoá phát triển mạnh ở độ sâu 20 – 40 cm. Ở vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm
thường có quá trình rửa trôi, xói mòn nên tầng 0 – 20 cm dể biến động, tầng 20 – 40 cm
ổn đònh hơn.
* Phân bố theo các loại đất.
Các loại đất khác nhau có điều kiện dinh dưỡng, độ ẩm, độ thoáng khí, pH khác
nhau. Bởi vậy sự phân bố của vi sinh vật cũng khác nhau. Ở đất lúa nước, tình trạng ngập
nước lâu ngày làm ảnh hưởng đến độ thông khí, chế độ nhiệt, chất dinh dưỡng…Chỉ có
một lớp mỏng ở trên khoảng 0 – 3 cm là có quá trình oxy hoá, ở tầng dưới quá trình khử
oxy chiếm ưu thế. Bởi vậy, trong đất lúa nước các loại vi sinh vật kỵ khí phát triển mạnh.
Ví dụ như vi khuẩn amôn hoá, vi khuẩn phản nitrate hoá. Ngược lại, các loại vi sinh vật
hiếu khí như vi khuẩn nitrate hoá, vi khuẩn cố đònh nitrogen, vi nấm và xạ khuẩn đều rất
ít. Tỷ lệ giữa vi khuẩn hiếu khí và yếm khí luôn nhỏ hơn 1.
Ở đất trồng hoa màu, không khí lưu thông tốt, quá trình oxy hoá chiếm ưu thế, bởi
vậy các loài vi sinh vật hiếu khí phát triển mạnh, vi sinh vật yếm phát triển yếu. Tỷ lệ
giữa vi khuẩn hiếu khí và yếm khí thường lớn hơn 1, có trường hợp đạt tới 4 – 5. Ở đất
giàu dinh dưỡng như đất phù sa sông Hồng, số lượng vi sinh vật tổng số rất cao. Ngược lại,
vùng đất bạc màu Hà Bắc có số lượng vi sinh vật ít nhất.
* Phân bố theo cây trồng.
Đối với tất cả các loại cây trồng, vùng rễ cây là vùng vi sinh vật phát triển mạnh
hơn so với vùng không có rễ. Sở dó như thế vì rễ cây cung cấp một lượng lớn chất hữu cơ
khi nó chết đi. Khi còn sống, bản thân rễ cây cũng thường xuyên tiết ra các chất hữu cơ
làm nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật. Rễ cây còn làm cho đất thoáng khí, giữ được độ

3
ẩm. Tất cả những nhân tố đó làm cho số lượng vi sinh vật ở vùng rễ phát triển mạnh hơn
vùng ngoài rễ.
Tuy nhiên, mỗi loại cây trồng trong quá trình sống của nó thường tiết qua bộ rễ
những chất khác nhau. Bộ rễ khi chết đi cũng có thành phần các chất khác nhau. Thành
phần và số lượng các chất hữu cơ tiết ra từ bộ rễ quyết đònh thành phần và số lượng vi
sinh vật sống trong vùng rễ đó. Ví dụ như vùng rễ cây họ đậu thường phân bố nhóm vi
khuẩn cố đònh nitrogen cộng sinh còn ở vùng rễ lúa là nơi cư trú của các nhóm cố đònh
nitrogen tự do hoặc hội sinh v.v… Số lượng và thành phần vi sinh vật cũng thay đổi theo
các giai đoạn phát triển của cây trồng. Đất vùng phù sa sông Hồng, số lượng vi sinh vật
đạt cực đại ở giai đoạn lúa chồi nhanh, đẻ nhánh, giai đoạn này là cây lúa sinh trưởng
mạnh. Bởi vậy thành phần và số lượng chất hữu cơ tiết qua bộ rễ càng lớn – đó là nguồn
dinh dưỡng cho vi sinh vật vùng rễ. Số lượng vi sinh vật đạt cực tiểu ở thời kỳ lúa chín.
Thành phần vi sinh vật cũng biến động theo các giai đoạn phát triển của cây phù hợp với
hàm lượng các chất tiết qua bộ rễ.
1.1.2.2. Mối quan hệ giữa các nhóm vi sinh vật trong đất.
Sự phân bố của vi sinh vật trong đất vô cùng phong phú cả về số lượng cũng như
thành phần. Trong quá trình sống chung như thế, chúng có một mối quan hệ tương hỗ vô
cùng chặt chẽ. Dựa vào tính chất của các loại quan hệ giữa các nhóm vi sinh vật, người ta
chia ra làm 4 loại quan hệ: ký sinh, cộng sinh, hỗ sinh và kháng sinh.
* Quan hệ ký sinh:
Quan hệ ký sinh là hiện tượng vi sinh vật này sống ký sinh trên vi sinh vật khác,
hoàn toàn ăn bám và gây hại cho vật chủ. Ví dụ như các loại virus sống ký sinh trong tế
bào vi khuẩn hoặc một vài loài vi khuẩn sống ký sinh trên vi nấm. Các loại vi khuẩn cố
đònh nitrogen cộng sinh thường hay bò một loại thực khuẩn Rhizobium ký sinh, trên môi
trường dòch thể có hiện tượng môi trường đang đục trở nên trong. Nguyên nhân là do thực
khuẩn thể xâm nhập và làm tan tất cả các tế bào vi khuẩn – gọi là hiện tượng sinh tan.
Khi nuôi cấy vi khuẩn trên môi trường đặc cũng có hiện tượng như vậy. Các thực khuẩn
này tồn tại ở trong đất trồng cây họ đậu làm ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hình thành
nốt sần ở cây đậu.
* Quan hệ cộng sinh
Là quan hệ hai bên cùng có lợi, bên này không thể thiếu bên kia trong quá trình
sinh sống. Ở vi sinh vật người ta ít quan sát thấy quan hệ cộng sinh. Có một số giả thiết
cho rằng: ty thể – cơ quan hô hấp của tế bào vi nấm chính là một vi khuẩn cộng sinh với
vi nấm. Giả thiết đó dựa trên cấu tạo của ty thể có cả bộ máy DNA riêng biệt, có thể tự
sao chép như một cơ thể độc lập. Giả thiết này chưa được công nhận hoàn toàn. Lại có
giả thiết cho rằng: các plasmid có trong vi nấm và vi khuẩn chính là sự cộng sinh giữa
virus và vi nấm hay vi khuẩn đó. Ví dụ như các plasmid mang gen kháng thuốc đã mang
lại mối lợi cho vi khuẩn chủ là kháng được thuốc kháng sinh vì thế mà hai bên cùng có
lợi và gọi là quan hệ cộng sinh.


4
* Quan hệ hỗ sinh
Là quan hệ hai bên cùng có lợi nhưng không nhất thiết phải có nhau mới sống
được như quan hệ cộng sinh. Quan hệ này thường thấy trong sự sống của vi sinh vật vùng
rễ. Ví dụ như mối quan hệ giữa nấm mốc phân huỷ tinh bột thành đường và những nhóm
vi khuẩn phân giải loại đường đó. Mối quan hệ giữa nhóm vi khuẩn phân giải phosphore
và nhóm vi khuẩn phân giải protein cũng là quan hệ hỗ sinh, trong đó nhóm thứ nhất
cung cấp P cho nhóm thứ hai và nhóm thứ hai cung cấp N cho nhóm thứ nhất.
* Quan hệ kháng sinh
Quan hệ kháng sinh là mối quan hệ đối kháng lẫn nhau giữa hai nhóm vi sinh vật.
Loại này thường tiêu diệt loại kia hoặc hạn chế quá trình sống của nó. Ví dụ điển hình là
xạ khuẩn kháng sinh và nhóm vi khuẩn mẫn cảm với chất kháng sinh do xạ khuẩn sinh ra.
Khi nuôi cấy 2 nhóm này trên môi trường thạch đóa, ta có thể thấy rõ hiện tượng kháng
sinh: xung quanh nơi xạ khuẩn mọc có một vòng vô khuẩn, tại đó vi khuẩn không mọc
được. Người ta căn cứ vào đường kính của vòng vô khuẩn đó mà đánh giá khả năng
kháng sinh của xạ khuẩn. Tất cả các mối quan hệ trên đây của khu hệ vi sinh vật đất tạo
nên những hệ sinh thái vô cùng phong phú trong từng loại đất. Chúng làm nên độ màu
mỡ của đất, thay đổi tính chất lý hoá của đất và từ đó ảnh hưởng đến cây trồng.
1.1.3. Mối quan hệ giữa đất, vi sinh vật và thực vật
1.1.3.1. Quan hệ giữa đất và vi sinh vật đất.
Đất có kết cấu từ những hạt nhỏ liên kết với nhau thành cấu trúc đất. Có quan
điểm cho rằng vi sinh vật đóng vai trò gián tiếp trong sự liên kết các hạt đất với nhau.
Hoạt động của vi sinh vật, nhất là nhóm hiếu khí đã hình thành nên một thành phần của
mùn là acid humic. Các muối của acid humic tác dụng với ion Ca
2+
tạo thành một chất
dẻo gắn kết những hạt đất với nhau. Sau này người ta đã tìm ra vai trò trực tiếp của vi
sinh vật trong việc tạo thành kết cấu đất. Trong quá trình phân giải chất hữu cơ, nấm mốc
và xạ khuẩn phát triển một hệ khuẩn ty khá lớn trong đất. Khi nấm mốc và xạ khuẩn chết
đi, vi khuẩn phân giải chúng tại thành các chất dẻo có khả năng kết dính các hạt đất với
nhau. Bản thân vi khuẩn khi chết đi và tự phân huỷ cũng tạo thành các chất kết dính.
Ngoài ra lớp dòch nhầy bao quanh các vi khuẩn có vỏ nhầy cũng có khả năng kết dính các
hạt đất với nhau.
Các chất kết dính tạo thành kết cấu đất còn được gọi là mùn hoạt tính. Như vậy
mùn không những là nơi tích luỹ chất hữu cơ làm nên độ phì nhiêu của đất mà còn là
nhân tố tạo nên kết cấu đất.
* Tác động của phân bón đến vi sinh vật đất
Khi ta bón phân vào đất, phân tác dụng nhanh hay chậm đến cây trồng là nhờ hoạt
động của vi sinh vật. Vi sinh vật phân giải phân hữu cơ thành dạng vô cơ cho cây trồng
hấp thụ, biến dạng vô cơ khó tan thành dể tan. Ngược lại các loại phân bón cũng ảnh
hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong đất.


5
* Tác động của chế độ nước đối với vi sinh vật:
Đại đa số các loại vi khuẩn có ích đều phát triển mạnh ở độ ẩm 60 – 80%. Độ ẩm
quá thấp hoặc quá cao đều ức chế vi sinh vật. Chỉ có nấm mốc và xạ khuẩn là có thể phát
triển được ở điều kiện khô.
* Tác động của chế độ canh tác khác tới vi sinh vật:
Ngoài các chế độ phân bón, nước, làm đất, chế độ canh tác khác cũng có tác dụng
rõ rệt tới hoạt động của vi sinh vật. Ví dụ như chế độ luân canh cây trồng. Mỗi loại cây
trồng đều có một khu hệ vi sinh vật đặc trưng sống trong vùng rễ của nó. Bởi vậy luân
canh cây trồng làm cho khu hệ vi sinh vật đất cân đối và phong phú hơn. Người ta thường
luân canh các loại cây trồng khác với cây họ đậu để tăng cường hàm lượng đạm cho đất.
Các lại thuốc hoá học trừ sâu, diệt cỏ gây tác động có hại tới vi sinh vật cũng như
hệ sinh thái đất nói chung. Việc dùng các loại thuốc hoá học làm ô nhiễm môi trường đất,
tiêu diệt phần lớn các loại vi sinh vật và động vật nguyên sinh trong đất.
Tất cả những biện pháp canh tác có ảnh hưởng trực tiếp và sâu sắc đến sự phát
triển của vi sinh vật trong đất, từ đó ảnh hưởng đến quá trình hoạt động sinh học, cụ thể
là sự chuyển hoá các chất hữu cơ thành vô cơ trong đất, ảnh hưởng đến quá trình hình
thành mùn và kết cấu đất.
1.1.3.2. Mối quan hệ giữa vi sinh vật và thực vật
Mỗi loại cây đều có một khu hệ vi sinh vật vùng rễ đặc trưng cho cây đó vì rễ thực
vật thường tiết ra một lượng lớn các chất hữu cơ và vô cơ, các chất sinh trưởng…, thành
phần và số lượng của các chất đó khác nhau tuỳ loại cây. Những chất tiết của rễ có ảnh
hưởng quan trọng đến vi sinh vật vùng rễ. Trên bề mặt của rễ và lớp đất nằm sát rễ chứa
nhiều chất dinh dưỡng nên tập trung vi sinh vật với số lượng lớn. Càng xa rễ số lượng vi
sinh vật giảm càng giảm đi.
Thành phần vi sinh vật vùng rễ không những phụ thuộc vào loại cây trồng mà còn
phụ thuộc vào thời kỳ phát triển của cây. Vi sinh vật phân giải cellulose có rất ít khi cây
còn non nhưng khi cây già thì rất nhiều. Điều đó chứng tỏ vi sinh vật không những sử
dụng các chất tiết của rễ mà còn phân huỷ rễ khi rễ cây già và chết đi.
Vi sinh vật sống trong vùng rễ có quan hệ mật thiết với cây, chúng sử dụng những
chất tiết của cây làm chất dinh dưỡng, đồng thời cung cấp chất dinh dưỡng cho cây qua
quá trình hoạt động phân giải của mình. Vi sinh vật còn tiết ra các vitamin và chất sinh
trưởng có lợi đối với cây trồng. Bên cạnh đó có rất nhiều vi sinh vật gây bệnh cho cây, có
những loại ức chế sự sinh trưởng của cây, có những loại tàn phá mùa màng nghiêm trọng.
1.2. Môi trường nước và sự phân bố của vi sinh vật trong nước.
1.2.1. Sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường nước.
Vi sinh vật có mặt ở khắp nơi trong các nguồn nước. Sự phân bố của chúng hoàn
toàn không đồng nhất và rất khác nhau tuỳ thuộc vào đặc trưng của từng loại môi trường.
Các yếu tố môi trường quan trọng quyết đònh sự phân bố của vi sinh vật là độ mặn, chất