Language
Country/Area
No result found
Những anh hùng dưới nước bí ẩn: Làm thế nào mà vi khuẩn khử nitrat lại trở thành kẻ thù của khí mê-tan?
Trong tự nhiên, có một loại vi sinh vật chưa được biết đến đang âm thầm đóng góp một lượng năng lượng khổng lồ cho môi trường của chúng ta. Những sinh vật nhỏ bé này được gọi là vi khuẩn khử nitrat, chúng không chỉ tham gia vào chu trình nitơ mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc hạn chế phát thải khí nhà kính mê-tan. Cộng đồng vi khuẩn có tính đa dạng sinh học cao này có thể tồn tại và sinh sản trong nhiều môi trường sinh thái khác nhau. Nó thường bị bỏ qua nhưng lại rất quan trọng trong hệ sinh thái.
Vi khuẩn khử nitrat bao gồm nhiều ngành khác nhau, với hơn năm mươi loài đã biết và ước tính chiếm từ 10% đến 15% tổng số vi khuẩn trong nước, đất và trầm tích.
Những vi khuẩn này sử dụng các hợp chất oxit nitơ như nitrat và nitrit làm chất nhận điện tử cuối cùng để hoàn tất quá trình khử nitrat trong môi trường thiếu oxy. Con đường chuyển hóa của vi khuẩn khử nitrat chủ yếu dựa vào tác động hiệp đồng của nhiều loại enzyme, bao gồm nitrate reductase, nitrite reductase, nitơ oxit reductase và nitơ oxit reductase, để chuyển đổi nitơ oxit thành khí nitơ hoặc nitơ oxit. Quá trình này rất cần thiết để duy trì sự cân bằng sinh thái vì nó giải phóng lượng nitơ dư thừa trở lại khí quyển dưới dạng khí, do đó làm giảm nồng độ nitơ trong đất và các nguồn nước.
Sự đa dạng của vi khuẩn khử nitrat
Sinh học của vi khuẩn khử nitrat rất đa dạng, với nhiều loài vi khuẩn khác nhau thực hiện quá trình khử nitrat. Khả năng thích nghi cho phép chúng sống sót trong những môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như môi trường có nhiều muối và nhiệt độ cao. Điều này cho phép vi khuẩn khử nitrat tồn tại thành công trong nhiều hệ sinh thái khác nhau và linh hoạt chuyển đổi con đường trao đổi chất giữa môi trường hiếu khí và thiếu oxy.
"Khả năng thích nghi của vi khuẩn khử nitrat khiến chúng trở thành tác nhân chủ chốt trong hệ sinh thái môi trường."
Cơ chế khử nitrat
Vi khuẩn khử nitrat tạo ra ATP thông qua quá trình khử nitrat và chuyển đổi oxit nitơ thành khí nitơ. Phản ứng một nửa của quá trình nhiệt động lực học này có thể được biểu thị như sau: 2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O, phản ứng này biểu thị cách hai phân tử nitrat được chuyển đổi thành một phân tử nitơ và sáu phân tử hydro. Nước phân tử. Trong quá trình này, mỗi giai đoạn đều cần các enzyme cụ thể để hỗ trợ các phản ứng hóa học và quá trình chuyển đổi từ nitrat thành khí nitơ có thể được chia thành nhiều bước.
Mối quan hệ giữa quá trình oxy hóa metan và quá trình khử nitrat
Sự kết hợp giữa quá trình oxy hóa metan kỵ khí và quá trình khử nitrat
Quá trình oxy hóa metan kết hợp với quá trình khử nitrat trong môi trường kỵ khí lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2008 và được hỗ trợ bởi các vi khuẩn chuyên biệt có khả năng oxy hóa metan độc lập trong môi trường thiếu oxy. Cơ chế này sử dụng các electron dư thừa được giải phóng trong quá trình oxy hóa mêtan để khử nitrat, do đó làm giảm hiệu quả lượng nitơ cố định và mêtan trong nguồn nước.
Vi khuẩn khử nitrat khi chìm mêtan"Sự đóng góp của quá trình khử nitrat kỵ khí vào chu trình nitơ và mêtan toàn cầu hiện tại có thể rất đáng kể. Việc loại bỏ hiệu quả khí mêtan nhà kính có tầm quan trọng sống còn đối với môi trường."
Trong môi trường nước sâu, vi khuẩn khử nitrat đã chứng minh tầm quan trọng của chúng trong quá trình oxy hóa mêtan. Mê-tan là một trong những loại khí nhà kính chính, có khả năng gây nóng lên toàn cầu gấp 25 lần so với carbon dioxide. Các nghiên cứu tại Hồ Constance ở Châu Âu đã chỉ ra rằng quá trình oxy hóa và khử nitơ kỵ khí kết hợp là cơ chế kết tủa mêtan chủ yếu.
Tác động của vi khuẩn khử nitrat lên môi trường
Ảnh hưởng của quá trình khử nitrat đến năng suất cây trồng
Mặc dù quá trình khử nitrat giúp giảm ô nhiễm nitơ trong các nguồn nước nhưng nó có thể làm giảm độ phì nhiêu của đất. Nguyên nhân là do quá trình khử nitơ có thể làm trầm trọng thêm tình trạng đất hạn chế sự phát triển của cây do thiếu nitơ, một yếu tố có thể cần được phục hồi trong tương lai bằng cách bổ sung thêm chất dinh dưỡng.
Ứng dụng của vi khuẩn khử nitrat trong xử lý nước thải
Vi khuẩn khử nitrat có vai trò vô cùng quan trọng trong xử lý nước thải. Những loại vi khuẩn này có thể chuyển hóa các hợp chất nitơ có hại và làm sạch nước khi xử lý nước thải có chứa nhiều nitơ. Bằng cách hoạt động kết hợp với các vi sinh vật tuần hoàn nitơ khác, vi khuẩn khử nitrat có thể loại bỏ nitơ hiệu quả cao.
Khi đất nước tôi ngày càng chú trọng hơn đến bảo vệ môi trường, vai trò của vi khuẩn khử nitrat trong quản lý môi trường sinh thái và ứng phó với biến đổi khí hậu sẽ trở nên quan trọng hơn. Có đáng để suy nghĩ về cách chúng ta có thể tận dụng những anh hùng dưới nước này để giải quyết những thách thức của biến đổi khí hậu toàn cầu trong quá trình phát triển công nghệ trong tương lai không?
