Vi khuẩn lam (cyanobacteria) là gì? Đặc điểm, cấu tạo, ứng dụng

Vi khuẩn lam là những sinh vật nhỏ sống trong nước, sử dụng ánh sáng Mặt Trời để tự sản xuất thức ăn. Trong môi trường ấm áp, giàu dinh dưỡng, nước chuyển động chậm, vi khuẩn lam sẽ phát triển nhanh chóng, nở rộ trong ao, hồ, tác động xấu đến môi trường và sức khỏe của con người. Để ngăn chặn sự gia tăng của tảo lam trong nước, bạn cần thường xuyên thay nước, sử dụng hệ thống lọc nước cho ao, hồ và nguồn nước sinh hoạt.

Vi khuẩn lam là gì?

Vi khuẩn lam (tên khoa học: cyanobacteria) là các sinh vật cực nhỏ được tìm thấy ở tự nhiên. Chúng sống trong nước và sử dụng ánh sáng Mặt Trời để tự sản xuất thức ăn. Trong môi trường ấm áp và giàu dinh dưỡng, chúng phát triển nhanh chóng, nở hoa trong hồ và ở những vùng nước khác.

Đặc điểm của vi khuẩn lam

Vi khuẩn cyanobacteria là nhóm sinh vật có khả năng cố định đạm và quang hợp. Trong nhóm này, những sinh vật quang hợp có màu là erythro-phycocyanin, cyanophycin và allophycocyanin. Cơ thể của chúng biến đổi từ đơn bào đến tế bào hoặc dị bào dạng sợi. Chúng cố định nitơ trong không khí, ở những điều kiện ưa khí hoặc kỵ khí bằng các dị bào.

Nếu ở trong thời tiết ấm áp, có ánh sáng Mặt Trời, dư chất dinh dưỡng, nước chuyển động chậm, tảo lam sẽ bắt đầu nhân lên rất nhanh. Chúng có thể xuất hiện bất kỳ lúc nào, đặc biệt là vào cuối mùa hè hoặc đầu mùa thu.

Cấu tạo vi khuẩn lam

Tế bào dinh dưỡng

Tế bào dinh dưỡng của vi khuẩn lam (tảo lam) có hình dạng đa dạng, bao gồm hình cầu, hình elip rộng hoặc kéo dài. Kích thước của chúng có thể rất nhỏ, chỉ khoảng 1 micromet, tương tự như loài Synechococcus. Tuy nhiên, cũng có những tế bào lớn hơn, với chiều ngang hơn 30 micromet, giống với loài Oscillatoria.

Vách tế bào của tảo lam khá dày, được cấu tạo từ 4 lớp. Bên ngoài vách tế bào thường có lớp chất nhầy, tạo thành bao chuyển hóa bao quanh một tế bào, nhóm tế bào hoặc toàn bộ sợi. Thành phần chính của vách tế bào là murein, một loại glucosamine protein được tổng hợp từ D-alanin, acid diaminopimelic và D-glutamic. Ngoài ra, còn có sự tham gia của cellulose trong việc hình thành cấu trúc này.

Chất nguyên sinh (tế bào chất)

Chất nguyên sinh của tảo lam được chia làm hai vùng riêng biệt. Vùng ngoài, gọi là chromatoplasme hay vùng sắc bào chất, có màu và chứa các thành phần như ribosome, phiến thylakoids và các thể hạt. Vùng trong, gọi là centroplasme hay vùng trung bào chất, không màu và là nơi chứa ADN của tế bào.

Trong chất nguyên sinh còn có nhiều cấu trúc khác, bao gồm các hạt cyanophycin (thường xếp thành hàng dài gần vách ngang), hạt glycogen (chất dự trữ chính, được hình thành qua quang hợp), và các túi khí (không bào khí). Những túi khí này dưới kính hiển vi có màu đen ở độ phóng đại nhỏ, và màu tím đỏ ở độ phóng đại lớn.

Không bào khí có hình ống trụ, đường kính khoảng 70nm. Màng của chúng không giống màng tế bào thông thường vì chứa đến 95% protein (theo Jones & Jost, 1970) và không chứa sắc tố (theo Smith et al., 1969). Những túi khí này được hình thành từ các hạt nhỏ, dần lớn lên và cho phép khí khuếch tán qua màng, có vai trò giúp tế bào nổi và điều chỉnh lượng ánh sáng tiếp nhận.

Sắc tố

Tảo lam chỉ chứa diệp lục tố a (màu lục), không có diệp lục b như ở thực vật bậc cao. Ngoài ra, nhóm sắc tố carotenoids cũng hiện diện, bao gồm xanthophyll và các hydrocacbon có chứa oxy, thường có màu cam, vàng hoặc đỏ.

Bên cạnh đó, vi khuẩn lam còn có các sắc tố phụ trội gọi là phycobiliprotein. Khác với diệp lục tố nằm trên thylakoids, phycobiliprotein nằm trong các khoang giữa của lớp màng. Hai loại phổ biến là c-phycoerythrin và c-phycocyanin, thường xuất hiện với nồng độ cao. Tùy vào loài và môi trường sống, tảo lam có thể thay đổi thành phần sắc tố, giúp chúng thích nghi với điều kiện ánh sáng khác nhau và mang nhiều màu sắc đa dạng.

Dị bào

Dị bào là loại tế bào đặc biệt xuất hiện ở những tảo lam dạng sợi. Chức năng chính của dị bào là cố định đạm (nitơ phân tử N₂) trong không khí, nhờ enzyme nitrogenase. Enzyme này bị bất hoạt bởi khí oxy, vì vậy dị bào chỉ hoạt động trong môi trường kỵ khí.

Dị bào có vách dày, trong suốt và đôi, không chứa oxy và không có hệ thống quang hợp II (PS II), do đó chúng không tạo ra oxy trong quá trình quang hợp. Chúng được hình thành từ các tế bào dinh dưỡng, nhưng có kích thước lớn hơn. Dị bào thường có từ 1–2 lỗ ở các đầu tiếp xúc với tế bào dinh dưỡng để trao đổi chất. Khoảng cách giữa các dị bào trên sợi tảo phụ thuộc vào điều kiện môi trường.

Dưới kính hiển vi quang học, dị bào trông khá đồng nhất. Tuy nhiên, dưới kính hiển vi điện tử, chúng cho thấy hệ thống màng có màu xanh vàng, do chứa caroten và diệp lục tố a, nhưng không có phycocyanin – một đặc điểm phân biệt quan trọng so với các tế bào khác.

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

>>> Tìm đọc: Vi khuẩn Pseudomonas là gì? Ứng dụng trong xử lý nước thải

Phân loại vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam có thể được phân loại dựa trên môi trường sống và mối quan hệ cộng sinh với thực vật, cụ thể như sau:

• Khuẩn bèo dâu: Là những loài vi khuẩn lam cộng sinh trong lá của cây bèo hoa dâu (Azolla). Chúng giúp cây cố định đạm, góp phần cải thiện độ phì nhiêu của đất và thường được sử dụng trong nông nghiệp.
• Khuẩn bèo tây: Gồm các loài vi khuẩn lam có thể ký sinh hoặc cộng sinh trong lá của cây lục bình (bèo tây). Chúng sống cùng với cây thủy sinh này và có thể góp phần vào quá trình chuyển hóa chất trong môi trường nước.
• Khuẩn cẩm tú cầu: Là các loài vi khuẩn lam cộng sinh trong lá của cây hoa cẩm tú cầu. Vai trò sinh thái của nhóm này đang tiếp tục được nghiên cứu, nhưng chúng có thể góp phần vào sự hấp thu dinh dưỡng hoặc thích nghi với môi trường sống của cây.

Ứng dụng của vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam tự dưỡng là chất cố định quan trọng của nitơ trong chuỗi thức ăn. Chúng tham gia vào quá trình tạo oxy cho khí quyển và làm thức ăn cho cá. Vi khuẩn lam sản xuất oxy bằng cách phân tách nước trong quá trình quang hợp – cơ chế có ở tảo và thực vật ngày nay.

Vào tháng 11 năm 2018, những nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Stevens, New Jersey, Mỹ đã thử nghiệm thành công việc tạo ra điện cực nhờ sử dụng nấm kết hợp với tảo lục lam. Để thu nguồn điện phát ra, họ đã bao phủ tảo lam bằng một loại vật liệu đặc biệt được gọi là graphene. Mặc dù lượng điện áp được tạo ra khá nhỏ nhưng với hệ thống gồm nhiều cây nấm tương tự, các nhà khoa học có thể tạo ra đủ năng lượng để thắp sáng bóng đèn có công suất thấp.

Một số loại vi tảo chứa những chất có giá trị sinh học cao như: protein, axit amin, axit béo không bão hòa, vitamin, chất chống oxy hóa, khoáng chất. Chúng giúp làm giảm những cytokine gây viêm bằng cách ức chế con đường NF – κB trong tế bào lách và đại thực bào. Đồng thời, polysaccharides sulfate trong tảo lam còn giúp thúc đẩy hệ miễn dịch, chống đông máu, ung thư, huyết khối, đột biến, chống viêm và kháng khuẩn.

>>> Đọc thêm: Chế phẩm vi sinh xử lý nước thải là gì? Thành phần và ứng dụng

Tác hại của vi khuẩn lam

Ngoài một số loại vi khuẩn lam có lợi, chúng cũng có khả năng gây nguy hiểm.

Tảo nở hoa có hại (cyanobacterial), được gọi là HAB hoặc CyanoHAB có thể sử dụng hết oxy trong nước, ngăn ánh sáng Mặt Trời mà động, thực vật nước ngọt cần để tồn tại. Các độc tố này tích tụ trong thủy, hải sản và tác động đến sức khỏe của con người. Một số triệu chứng mà con người có thể mắc phải khi bị nhiễm độc tố cyanotoxin: sốt, tiêu chảy, buồn nôn, ói mửa, kích ứng da, phát ban, co thắt dạ dày, đau họng, đau đầu, đau cơ và khớp.

Cách hạn chế sự gia tăng của vi khuẩn lam trong nước

Ở số lượng vừa phải, vi khuẩn lam thúc đẩy sự phát triển của cá hoặc những vi sinh vật khác trong nước. Nếu vượt mức, vi khuẩn lam có thể ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe của con người. Dưới đây là một số biện pháp hạn chế sự gia tăng của vi khuẩn lam.

• Thường xuyên thay nước cho ao, hồ.
• Khi tảo lục lam xuất hiện quá mức, bạn cần sử dụng những biện pháp theo chỉ dẫn của Bộ Nông nghiệp (có thể dùng H2O2).
• Đối với nguồn nước sinh hoạt, bạn nên sử dụng hệ thống lọc nước.
• Hạn chế thải phân bón, nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi chứa nhiều nitơ và phospho ra nguồn nước.
• Áp dụng nông nghiệp hữu cơ hoặc canh tác theo hướng giảm thiểu phân hóa học.
• Xây dựng và vận hành hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn trước khi xả ra môi trường.
• Lọc sinh học hoặc sử dụng thực vật thủy sinh (như bèo, lục bình) để hấp thụ chất dinh dưỡng dư thừa trong ao, hồ.
• Tạo dòng chảy hoặc khuấy trộn nước bằng máy sục khí, quạt nước để tránh hiện tượng nước tù – điều kiện thuận lợi cho tảo lam phát triển.
• Làm sạch đáy hồ, loại bỏ chất hữu cơ lắng đọng bằng các hóa chất men vi sinh, hóa chất keo tụ,..
• Quan trắc chất lượng nước thường xuyên để phát hiện sớm tình trạng phú dưỡng.
• Kịp thời áp dụng biện pháp xử lý khi phát hiện mật độ tảo lam tăng cao.

Tham khảo thêm một số sản phẩm chuyên dụng để diệt khuẩn:

Trên đây là những thông tin cơ bản về đặc điểm, cấu tạo, ứng dụng, tác hại và cách hạn chế sự phát triển của vi khuẩn lam. Nếu bạn muốn mua thiết bị lọc nước trong sinh hoạt, nuôi trồng, Thiết bị ngành nước Song Phụng sẽ là sự lựa chọn hoàn hảo. Liên hệ ngay hotline để được tư vấn và hỗ trợ nhanh chóng!

>> Dịch vụ dành tại Thiết bị ngành nước Song Phụng:

• Dịch vụ lắp đặt và thi công hệ thống châm hóa chất uy tín và chuyên nghiệp
• Dịch vụ sửa chữa van tự động (autovalve) lọc và làm mềm