Vi khuẩn lam là gì?

Chúng ta hay bắt gặp các vạt màu xanh tại sông suối ao hồ, khi đó chúng ta có hay tự hỏi đó là hiện tượng gì? chúng là loài thực vật hay động vật, thực ra chúng chính là 1 loại vi khuẩn. Vậy hôm nay chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu về loài vi khuẩn này nhé.

I .Vi khuẩn lam là gì?

Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) hay còn gọi là Tảo lục Lam, theo tiếng Hylạp thì cyanos = blue là một ngành vi khuẩn mà có khả năng hấp thu năng lượng qua quá trình quang hợp để tạo thức ăn cho chính mình, đồng thời cung cấp oxy cho trái đất.

Vi khuẩn lam là những sinh vật cực nhỏ được tìm thấy tự nhiên trong tất cả các loại nước. Này sinh vật đơn bào sống ở nước ngọt, nước lợ (kết hợp muối và nước ngọt) và nước biển. Những sinh vật này sử dụng ánh sáng mặt trời để tự chế biến thức ăn.

Vi khuẩn lam giúp cho trái đất đa dạng sinh học, các lục lạp được tìm thấy trong thực vật tảo nhân chuẩn đã tiến hóa từ các tổ tiên là vi khuẩn lam thông qua cơ chế nội cộng sinh.

Tảo lục lam rất nhỏ và khó nhìn thấy. Nhưng đặc tính sinh sôi nhanh và sống theo từng đám như những bông hoa trên mặt nước, nên chúng ta dễ nhận ra. Trong môi trường ấm áp và giàu chất dinh dưỡng(phốt pho và nitơ), chúng phát triển nhanh chóng và nở hoa trong hồ.

Trong số các cơ thể tự dưỡng được thì tảo lục lam được xem là nhóm nguyên thủy nhất. Di tích hóa thạch của chúng phát hiện được cách nay khoảng 3,8 tỷ năm. Chúng được xếp liền sau các vi khuẩn, riêng với các nhóm khác vì ngoài những đặc điểm như chưa có nhân thật, chưa có lạp, chỉ chứa diệp lục tố a, sắc tố phụ trội bản tính protein thường làm cho chúng có màu lam (màu xanh) ra thì chúng cũng chưa có sự sinh dục hữu phái, và tản có cấu tạo đơn giản, đơn tế bào hay hình sợi. Tảo lam không có tiên mao di chuyển chủ yếu bằng cách trượt trên bề mặt. Hầu hết được tìm thấy trong nước ngọt, và đất ẩm ướt, một số ít loài được tìm thấy trong nước mặn.

II. Khuẩn lam được hình thành như thế nào?

Tảo lục lam là hiện tượng nước có màu xanh lam nở hoa có thể ảnh hưởng hiện tượng này có thể  ảnh hưởng xấu đến con người, động vật, thực vật và môi trường. Thường nở hoa trong những tháng thời tiết ấm áp từ tháng 6 đến tháng 9. Nở có thể xuất hiện dưới dạng một lớp váng dày hoặc lớp sơn màu xanh lá cây trên bề mặt nước, và có thể có nhiều màu khác nhau như xanh lam, xanh lục hoặc nâu. Cũng có thể có mùi hôi khi nở hoa, đặc biệt là trong những tháng mùa hè ấm áp.

Vi khuẩn lam hình thành từ phân bon

Tảo lam hay tảo lục lam thường được tìm thấy trong nước, thời tiết ấm áp, ánh sáng mặt trời, chất dinh dưỡng dư thừa và nước đọng - chuyển động chậm giúp chúng phát triển nhanh hơn, tảo lục lam bắt đầu nhân lên rất nhanh. Những bông hoa có thể hình thành ở những vùng nước ấm, chuyển động chậm, giàu chất dinh dưỡng từ các nguồn như phân bón, khu vực chăn nuôi. Chúng cần chất dinh dưỡng để tồn tại. chúng có thể hình thành bất cứ lúc nào, nhưng thường là vào cuối mùa hè hoặc đầu mùa thu.

Tính chất đặc chưng nhất của vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam là nhóm sinh vật có khả năng quang hợp và cố định đạm, chúng sinh sống trong nhiều môi trường sống khác nhau, kể cả đất đá hay nước. Trong nhóm này, các sinh vật quang hợp có màu là cyanophycin, allo-phycocyanin và erythro-phycocyanin. Cơ thể của chúng biến động từ đơn bào tới tế bào dạng sợi hay dị bào dạng sợi. Chúng cố định nitơ trong không khí ở các điều kiện ưa khí hay kị khí bằng các dị bào.

III. Cấu tạo của Khuẩn Lam

Vi khuẩn lam thường có dạng đơn bào, tập đoàn, dạng sợi chuỗi.

Một vài tế bào trong chuỗi có hình dạng khác được gọi là dị bào nang (heterocysts) có khả năng cố định nitơ và một dạng khác được gọi là tế bào nghỉ (ankinetes).

Cấu tạo của vi khuẩn lam

1. Tế bào dinh dưỡng

1.1. Hình dạng

Tế bào dinh dưỡng của Tảo lam có thể có hình cầu, hình êlíp rộng, hình êlíp kéo dài, hình quả lê, hình trứng, hình kéo dài về một phía, hình thoi, hình ống. Có tế bào đường kính chỉ khoảng 1 micromet (như giống Synechococcus) nhưng cũng có tế bào chiều ngang của sợi vượt quá 30 micromet (như giống Oscillatoria).

1.2.Vách tế bào

Vách tế bào Tảo lam khá dầy, gồm 4 lớp, bên ngoài thường hóa nhầy, có khi tạo thành bao chuyên hóa, bao xung quanh tế bào hoặc nhóm tế bào hay toàn bộ sợi.
Vách tế bào của Tảo lam chủ yếu do hợp chất murein - là một glucosaminoprotein (Salton, 1964) do axít d-glutamic, alanin d và l và axít diaminopimelic. Ngoài ra có thể còn có cellulose. Bắt màu gram-âm.

1.3. Chất nguyên sinh

Chất nguyên sinh ở Tảo lam được phân biệt thành 2 vùng:

- Vùng ngoài có màu (vùng sắc bào chất, chromatoplasme), tập trung các phiến thylakoids, thể ri bô và các thể hạt khác.

- Vùng trong (vùng trung bào chất, centroplasme) chứa ADN. Ở giữa ranh giới giữa 2 vùng không rõ ràng chỉ nhận ra khi dùng phẩm Feulgen nhuộm trung bào chất chứa ADN.

Trong chất tế bào còn có:

Các hạt nhỏ thường sắp thành hàng dài theo vách ngang, đó là những hạt cyanophycin.

Những hạt glicogen (tinh bột) là chất dự trữ chính của Tảo lam do quang hợp tạo ra, nó rất nhỏ, nhuộm màu đỏ nâu với iod.

Các túi khí (không bào khí): Dưới kính hiển vi (KHV) ở độ phóng đại nhỏ (x10) túi có màu đen, ở độ phóng đại lớn hơn có màu tím đỏ. Có khi chiếm cả tế bào ở một vị trí nào đó như trên vách ngăn ngang. Ðôi khi chỉ xuất hiện ở điều kiện sinh lý nào đó: chuyển vào môi trường có ánh sáng cao...

Ahlborn, Klebahn và Strdmann (1895) dùng chai cho Tảo lam (Microcystis) vào tới đáy nút bần rồi dùng búa đóng mạnh trên nút để tạo áp lực phá vỡ không bào nầy mà không tái tạo lại được, nên Tảo lam chìm xuống đáy. Cho nên các túi nầy chỉ chứa khí chứ không phải chất rắn hay lỏng và Klebahn phân tích thì phần lớn là N2 (Klebahn, 1992).

Cơ cấu của không bào khí dưới kính hiển vi điện tử là những ống hình trụ (đường kính 70 nm, dài gấp nhiều lần rộng). Khác với màng tế bào, màng của không bào khí chứa 95% protein (Jones & Jost, 1970) và theo Smith & CSV (1969) thì protein này giống với protein của siêu khuẩn, màng không có một sắc tố nào cả. Không bào nầy được thành lập từ những hạt rất nhỏ, lớn lên rồi khí khuếch tán qua màng. Không bào khí có 3 vai trò: chứa khí, làm phao và che ánh sáng (light shielding).

1.4. Sắc tố

Trong bào chất ta gặp các sắc tố sau đây:

- Chỉ có diệp lục tố a (có màu lục), nhóm carotenoids (có 2 loại là caroten là các hydrocarbon và xanthophyll là các dẫn xuất có chứa O2) có màu vàng, cam hoặc đỏ.

- Các sắc tố phụ trội gọi là phycobiliprotein (không nằm trên thylakoids như diệp lục tố mà trong các khoang giữa các lớp màng) gồm c-phycocianin và c-phycoerythrin hiện diện với nồng độ cao.

Hai sắc tố ấy đi đôi theo thành phần thay đổi tùy loài và tùy môi trường nên màu của Tảo lam rất thay đổi: Tảo lam có thể biến màu để thích ứng vào môi trường.

2. Dị bào

Dị bào là tế bào đặc biệt có ở tảo lam sợi chúng có khả năng cố định đạm chúng cố định nitơ trong không khí bởi enzyme nitrogenase. Nitrogenase bị bất hoạt bởi oxy nên tảo lam chỉ cố định nitơ trong môi trường kị khí

Dị bào là tế bào có vách dày, đôi, trong suốt, không có oxygen và không có hệ thống quang II (PS II) do đó nó không sản xuất ra oxy trong quá trình quang hợp. Dị bào xuất phát từ tế bào dinh dưỡng nên hình dạng cũng giống tế bào sinh ra chúng, nhưng thường to hơn. Dị bào có 1 hoặc 2 lỗ (ở đầu tiếp xúc với tế bào dinh dưỡng) tùy theo vị trí ở đầu hay ở giữa sợi qua đó lưu thông tế bào chất với các tế bào nằm cạnh nó. Khoảng cách của dị bào trên sợi chịu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường. Dưới KHV quang học, chất tế bào trông đồng nhất (homogeneous) nhưng dưới KHV điện tử nó có một hệ thống màng, thường có màu xanh vàng do có diệp lục tố a và caroten nhưng thiếu phycocyanin.

Cấu tạo tế bào	Khuẩn lam (tỉ lệ)	Vi khuẩn (tỉ lệ)
Nhân	32%	29%
Không bào	45%	49%
Vách tế bào	99%	89%
Chất tế bào	71%	62%
Màng sinh chất	12%	7%
Bào quan chứa chất diệp lục	98%	1%

3 Phân loại

• Khuẩn bèo dâu - các loài vi khuẩn lam cộng sinh trong lá bèo hoa dâu.
• Khuẩn cẩm tú cầu - các loài vi khuẩn lam cộng sinh trong lá cẩm tú cầu.
• Khuẩn bèo tây - các loài vi khuẩn lam ký sinh và cộng sinh trong lá lục bình.

IV. Vi khuẩn lam trông như thế nào?

Vi khuẩn lam là một nhóm vi khuẩn dựa vào quá trình quang hợp để cung cấp năng lượng. Chúng thường bị nhầm lẫn với tảo mặc dù chúng không liên quan đến tảo. Chúng là sinh vật phổ biến luôn có mặt trong ao hồ(ngoài ra một số loại tảo lam còn xuất hiện cả trong hoang mạc).

Tảo lam có thể phát triển cả trong môi trường nước ngọt lẫn môi trường biển.

Nhiều loại tảo lam có khả năng cố định nitơ trong khí quyển, vì vậy chúng có lợi thế hơn các hệ vi sinh thủy sinh khác khi nitơ là chất dinh dưỡng hạn chế.

Vạt xanh phiêu sinh của tảo lục lam

Trong những tình huống có hàm lượng phốt pho cao, nitơ thường bị hạn chế và quần thể vi khuẩn lam có thể bùng phát, gây ra sự nở hoa. Sự mất cân bằng phốt pho / nitơ là nguyên nhân phổ biến nhất của sự nở hoa vi khuẩn lam, nhưng có những trường hợp khác có thể gây ra sự nở hoa mà người ta chưa hiểu rõ.

Bạn có thể có hoặc không thể nhìn thấy chúng nở hoa. Đôi khi chúng ở dưới mặt nước, chúng đôi khi nổi lên mặt nước. Một số vi khuẩn lục lam nở hoa có thể trông giống như bọt, váng hoặc thảm, đặc biệt khi gió thổi chúng về phía bờ biển. Những bông hoa có thể có màu xanh lam, xanh lục tươi, nâu hoặc đỏ. Đôi khi nở hoa trông giống như

V. Tại sao một số vi khuẩn lam (cyanbacteria) lại có hại?

Tảo nở hoa có hại Cyanobacterialkhi chúng phát triển chúng có thể sử dụng hết oxy trong nước và ngăn chặn ánh sáng mặt trời mà thực vật và động vật nước ngọt cần để tồn tại. Điều này cực kỳ nguy hiểm cho hệ sinh thái dưới nước, chúng có thể biến nơi đây thành chỗ chứa của nhiều xác chết.

Vi khuẩn lam làm cá thiếu oxy và chết

Loại tảo xanh lam Microcystis aeruginosa có thể tạo ra một họ độc tố được gọi là microcystins. Chúng có thể gây tổn thương gan dẫn đến tử vong ở chó và gia súc. Không có trường hợp tử vong nào đã được báo cáo ở người do ăn phải microcystins. Cá và chim cũng có nguy cơ nhiễm độc microcystin. Bất kể loài nào, cơ chế hoạt động đều giống nhau - ức chế protein phosphatase gây tổn thương gan chủ yếu, nhưng cũng ảnh hưởng đến các cơ quan khác. Microcystins cũng hoạt động như một chất thúc đẩy khối u.

Khuẩn lam nở hoa gây hại cho người, động vật hoặc môi trường được gọi là vi khuẩn lam có hại tảo nở hoa. Sự nở hoa của Khuẩn lam có hại có thể ảnh hưởng đến con người, động vật hoặc môi trường do: y chặn ánh sáng mặt trời mà các sinh vật khác cần để sống. Khuẩn lam nở hoa có thể ăn cắp oxy và chất dinh dưỡng các sinh vật khác cần để sống. y tạo ra chất độc, được gọi là cyanotoxins. Cyanotoxins là một trong những chất độc tự nhiên mạnh nhất được biết đến.

Người và động vật có thể tiếp xúc với vi khuẩn lam và độc tố vi khuẩn lam có trong môi trường bằng cách: y uống nước lấy từ hồ hoặc bể chứa có vi khuẩn lam nở hoa. y Bơi lội hoặc thực hiện các hoạt động giải trí khác trong hoặc trên các vùng nước có vi khuẩn lam nở hoa.

Vi khuẩn lam có hại cho cơ thể

Một số loại Vi khuẩn lam có hại cho cơ thể

Những độc tố này có thể tích tụ trong môt số loại thủy sản, sau đó tác động đến sức khỏe cho người tiêu dùng. Độc tố cyanotoxin có trong vi khuẩn lam gây ảnh hưởng.

• làm da chún ta phát ban nổi mẩn đổ
• Co thắt dạ dày
• Buồn nôn
• Bệnh tiêu chảy cấp
• Nóng sốt
• Đau đầu, đau họng
• Đau cơ và các khớp xương
• Ngứa ngáy tay chân

VI. Cách Bảo vệ bản thân và vật nuôi khỏi vi khuẩn lam

Không để ao tù nước đọng, cần lưu thông với hệ thống nước khác bên ngoài. Thường xuyên thay nước đối với hệ thống ao hồ.

Khi có sự xuất hiện quá mức của tảo lục lam, cần nhanh chóng sử dụng các biện pháp diệt theo chỉ dẫn của bộ nông nghiệp: có thể dùng H2O2.

Đối với nguồn nước sinh hoạt, chúng ta nên dùng hệ thống lọc nước .

Chúng ta không bơi lội tại những nơi có vi khuẩn lam, những nơi nước đổi màu xanh, có váng hoặc tảo trên mặt. Tuyệt đối không cho trẻ em hoặc vật nuôi chơi hoặc uống nước có váng. Nếu bạn bơi trong nước có thể chứa vi khuẩn lam có hại, hãy tắm rửa lại bằng nước sạch bằng nước ngọt ngay khi có thể sau đó.

VII Ứng dụng của vi khuẩn lam

Tuy có những loại vi khuẩn lam có hại nhưng cũng có những loại vi khuẩn mang lại những lợi ích khá thú vị.

Vào tháng 11-2018, các nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Stevens, New Jersey nước Mỹ đã thử nghiệm thành công việc tạo ra  điện cực nhờ việc sử dụng nấm kết hợp với tảo lục lam và bao phủ bằng một loại vật liệu đặc biệt gọi là graphene để thu nguồn điện phát ra.

Tuy rằng lượng điện áp được tạo ra là khá nhỏ nhưng các nhà khoa học cho biết, với một hệ thống gồm nhiều cây nấm tương tự, hoàn toàn có thể tạo ra đủ năng lượng để thắp sáng một bóng đèn có công suất thấp.

Tiềm năng của tảo lục lam trong các lĩnh vực khoa học và phát triển khác nhau

Vi khuẩn lam đã được xác định là một nguồn giàu các hợp chất hoạt tính sinh học với các hoạt động kháng khuẩn, kháng nấm và chống ung thư. Một số chủng vi khuẩn lục lam đã được phát hiện tích tụ polyhydroxyalkanoat, chúng thể được ứng dụng làm chất thay thế cho nhựa có nguồn gốc hóa dầu không phân hủy được. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng các khu vực ô nhiễm dầu có nhiều vi khuẩn này có khả năng phân hủy các thành phần dầu. Vi khuẩn lam trong các quần thể này đã tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình phân hủy dầu bằng cách cung cấp cho các vi khuẩn phân hủy dầu có liên quan oxy, chất hữu cơ và nitơ cố định cần thiết. Hydrogen của chúng đã được coi là một nguồn năng lượng thay thế rất hứa hẹn và hiện đã được sản xuất trên thị trường.

Có một số loài vi khuẩn lam đóng góp đáng kể vào sinh thái học và chu trình khí oxy toàn cầu. Loài vi khuẩn lam biển nhỏ bé thuộc chi Prochlorococcus được phát hiện năm 1986 chúng chiềm đến 50% khả năng quang hợp của đại dương mênh mông. Nhiều loài vi khuẩn lam thậm chí còn thể hiện khả năng tạo nhịp điệu sinh học ngày đêm, một khả năng mà từng có thời người ta cho rằng chỉ có ở các sinh vật nhân chuẩn.

Ngoại những ứng dụng nêu trên ngoài ra vi khuẩn lam còn được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản, xử lý nước thải từ các nhà máy, thực phẩm, phân bón, vitamin, độc tố, enzyme và dược phẩm. Các nghiên cức trong tương lại chúng ta sẽ tập trung vào việc phân lập các chủng vi khuẩn mới tạo ra các sản phẩm có giá trị cao và biến đổi di truyền các chủng hiện có để đảm bảo sản xuất tối đa các sản phẩm mong muốn.

*Tham khảo và tổng hợp thông tin từ wdcm.org và wikipedia