8
Chương 2
KHẢ NĂNG CHUYỂN HOÁ CÁC HP CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG TỰ
NHIÊN CỦA VI SINH VẬT
WX

2.1. Vòng tuần hoàn nitrogen trong tự nhiên
Trong các môi trường tự nhiên, nitrogen tồn tại ở các dạng khác nhau, từ nitrogen
phân tử ở dạng khí cho đến các hợp chất hữu cơ phức tạp có trong cơ thể động vật, thực
vật và con người. Trong cơ thể vi sinh vật, nitrogen tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp
chất hữu cơ như protein, acid amin. Khi cơ thể vi sinh vật chết đi, lượng nitrogen hữu cơ
này tồn tại ở trong đất. Dưới tác động các nhóm vi sinh vật hoại sinh, protein được phân
giải thành các acid amin. Các acid amin lại được một nhóm vi sinh vật phân giải thành
NH
3
hoặc NH
4
+
gọi là nhóm vi khuẩn amôn hoá. Quá trình này gọi là sự khoáng hoá chất
hữu cơ vì qua đó nitrogen hữu cơ được chuyển thành dạng nitrogen khoáng. Dạng NH
4
+

sẽ được chuyển hoá thành dạng NO
3
-
nhờ nhóm vi khuẩn nitrate hoá. Các hợp chất
nitrate lại được chuyển hoá thành nitrogen phân tử, quá trình này gọi là phản nitrate hoá
được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn phản nitrate. Khí N
2

O.
CO(NH
2
)
2
+ 2 H
2
O (NH
4
)
2
CO
3

(NH
4
)
2
CO
3
2NH
3
+ CO
2
+ H
2
O 9

Protein là thành phần quan trọng của tế bào sinh vật, khi động vật, thực vật chết đi,
nguồn protein có trong tế bào của chúng được tích luỹ trong đất. Protein chứa tới 15 –
17% nitrogen, nhưng cây trồng không thể hấp thu trực tiếp protein mà phải thông qua sự
phân huỷ của vi sinh vật.
Nhóm vi sinh vật phân huỷ protein có khả năng tiết ra enzyme protease bao gồm
proteinase và peptidase. Dưới tác dụng của proteinase phân tử protein sẽ được phân giải
thành các chuỗi polypeptide và oligopeptide (chứa từ 3 – 5 acid amin). Sau đó dưới tác
dụng của enzyme peptidase các polypeptide và oligopeptide sẽ được phân giải thành các
acid amin. Một phần acid amin sẽ được tế bào vi sinh vật hấp thu làm chất dinh dưỡng.
Phần khác sẽ thông qua quá trình khử amin tạo thành NH
3
và nhiều sản phẩm trung gian
khác. Sự khử amin có thể xảy ra theo một trong những phương thức sau:
R-CH(NH
2
)COOH R=CHCOOH + NH
3

R-CH(NH
2
)COOH + H
2
O R-CH
2
OH-COOH + CO
2
+ NH
3

R-CH(NH

20 là thích hợp nhất cho quá trình amôn hoá protein, có lợi nhất đối với cây trồng.
Nhiều vi sinh vật có khả năng amôn hoá protein. Trong nhóm vi khuẩn có Bacillus
mycoides, B. mesentericus, B. subtilis, Pseudomonas fluorescens, Clostridium
sporogenes…Xạ khuẩn có Streptomyces griseus…Vi nấm có Aspergillus oryzae, A. flavus,
A. niger, Penicilium camemberti…
Ngoài protein và urea, nhiều loài vi sinh vật có khả năng amôn hoá kitin. Kitin là
thành phần của vỏ nhiều loại côn trùng, giáp xác. Hàng năm kitin được tích luỹ lại trong
đất với một lượng không nhỏ, nhóm vi sinh vật phân huỷ kitin có khả năng tiết enzyme
kitinase và kitobiase phân huỷ phân tử kitin thành các gốc đơn phân tử, sau đó gốc amin
được amôn hoá tạo thành NH
3
.
2.3. Quá trình nitrate hoá.
Sau quá trình amôn hoá NH
3
được hình thành, một phần phản ứng với các anion
trong đất tạo thành các muối amôn. Một phần muối amôn cũng được cây trồng hấp thu,
phần còn lại được oxy hoá thành dạng nitrate gọi là quá trình nitrate hoá. Nhóm vi sinh
vật tiến hành quá trình này gọi chung là nhóm vi khuẩn nitrate hoá bao gồm 2 nhóm tiến
hành qua 2 giai đoạn.
2.3.1. Giai đoạn nitrite hoá
Quá trình oxy hoá NH
4
+
tạo thành NO
2
-
được tiến hành bởi vi khuẩn nitrite hoá.
Chúng thuộc nhóm vi sinh vật tự dưỡng hoá năng có khả năng oxy hoá NH
4

Chúng cũng là những vi sinh vật tự dưỡng hoá năng có khả năng oxy hoá NO
2
-
tạo thành
năng lượng. Năng lượng này được dùng để đồng hoá CO
2
tạo thành đường.

11
NO
2
-
+ ½ O
2
NO
3
-
+ Q
Nhóm vi khuẩn tiến hành oxy hoá NO
2
-
thành NO
3
-
bao gồm 3 chi khác nhau:
Nitrobacter, Nitrospira và Nitrococcus.
Ngoài nhóm vi khuẩn tự dưỡng hoá năng nói trên, trong đất còn có một số loài vi
sinh vật dò dưỡng cũng tiến hành quá trình nitrate hoá. Đó là các loài vi khuẩn và xạ
khuẩn thuộc các chi Pseudomonas, Corynebacterium, Streptomyces…
Quá trình nitrate hoá là một khâu quan trọng trong vòng tuần hoàn nitrogen, nhưng
Quá trình amôn hoá nitrate do một số vi khuẩn dò dưỡng tiến hành trong điều kiện
hiếu khí có chức năng cung cấp NH
4
+
cho tế bào vi khuẩn để tổng hợp acid amin.
Phản ứng khử NO
3
-
thành N
2
chỉ xảy ra trong điều kiện kỵ khí. NO
3
-
là chất nhận
điện tử cuối cùng trong chuỗi hô hấp kỵ khí, năng lượng tạo ra được dùng để tổng hợp
nên ATP.
Nhóm vi sinh vật thực hiện quá trình phản nitrate hoá phân bố rộng rãi trong đất.
Thuộc nhóm tự dưỡng hoá năng có Thiobacillus denitrificans, Hydrogenomonas agilis…
Thuộc nhóm dò dưỡng có Pseudomonas denitrificans, Micrococcus denitrificanas, Bacillus
licheniformis…sống trong điều kiện kỵ khí, trong những vùng đất ngập nước. NO
3NO
2

NH
4
Cl + HNO
3
N
2
+ HCl + H
2
O
R-NH
2
+ HNO
3
N
2
+ R-OH + H
2
O
2.5. Quá trình cố đònh nitrogen phân tử (xem phần vi sinh vật học đại cương)

2.6. Sự chuyển hoá các hợp chất phosphore của vi sinh vật.
2.6.1. Vòng tuần hoàn phosphore trong tự nhiên.
Trong tự nhiên, P nằm trong nhiều dạng hợp chất khác nhau. P hữu cơ có trong cơ
thể động thực vật, được tích luỹ trong đất khi động vật và thực vật chết đi. Những hợp
chất phosphore hữu cơ này được vi sinh vật phân giải tạo thành các hợp chất phosphore
vô cơ khó tan, một số ít được tạo thành dạng dễ tan. Các hợp chất phosphore vô cơ khó
tan có nguồn gốc từ những quặng thiên nhiên như apatit, phosphorite, phosphate sắt,
phosphate nhôm…Những hợp chất này rất khó hoà tan và cây trồng không thể hấp thu
trực tiếp được. Cây trồng chỉ có thể hấp thu được khi chúng được chuyển hoá thành dạng
dễ tan. Quá trình này được thực hiện một phần quan trọng là nhờ vi sinh vật phân huỷ