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.

Vi khuẩn lam là gì?
Vi khuẩn lam là gì?

Đặc điểm của vi khuẩn lam

Vi khuẩn lam 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.

Trong thời tiết ấm áp, nước chuyển động chậm, tảo lam phát triển rất nhanh
Trong thời tiết ấm áp, nước chuyển động chậm, tảo lam phát triển rất nhanh

Cấu tạo vi khuẩn lam

Tế bào dinh dưỡng

Hình dạng

Tế bào dinh dưỡng của tảo lam có hình cầu, elip rộng hoặc kéo dài, đường kính chỉ khoảng 1 micromet, giống synechococcus. Tuy nhiên, chúng cũng có những tế bào dinh dưỡng theo chiều ngang hơn 30 micromet, giống oscillatoria.

Vách tế bào

Vách tế bào của vi khuẩn lam khá dày, gồm 4 lớp. Bên ngoài thường được hóa nhầy, tạo thành bao chuyển hóa xung quanh tế bào, nhóm tế bào hoặc toàn bộ sợi. Vách tế bào của vi khuẩn lam chủ yếu được hình thành bởi chất murein – một glucosamine protein do alanin d, axit diaminopimelic và axit d-glutamic tổng hợp. Bên cạnh đó, vách tế bào của chúng còn được tạo thành bởi cellulose.

Chất nguyên sinh

Chất nguyên sinh của tảo lam được phân biệt thành 2 vùng:

  • Vùng ngoài có màu (chromatoplasme – vùng sắc bào chất): Tập trung thể ribo, những phiến thylakoids và thể hạt khác.
  • Vùng trong (centroplasme – vùng trung bào chất) chứa ADN.

Trong chất tế bào gồm:

  • Những hạt nhỏ, thường xếp thành hàng dài, theo vách ngang là các hạt cyanophycin.
  • Các hạt glicogen (tinh bột) là chất dự trữ chính của tảo lam, được tạo ra do quang hợp.
  • Những túi khí (không bào khí): 
    • Dưới kính hiển vi, độ phóng đại nhỏ (x10), những túi khí có màu đen, ở độ phóng đại lớn thì có màu tím đỏ.
    • Dưới kính hiển vi, không bào khí là những ống trụ, đường kính 70nm. Khác với màng tế bào, màng của không bào khí chứa 95% protein theo Jones và Jost, 1970. Theo Smith và CSV, 1969, protein của không bào khí giống với protein của siêu khuẩn, màng không có một sắc tố nào. Không bào này được hình thành từ các hạt rất nhỏ, lớn lên rồi thành khí khuếch tán qua màng. Không bào khí giúp chứa khí, làm phao và che ánh sáng.

Sắc tố

Chỉ có diệp lục tố a (màu lục), nhóm carotenoids (gồm xanthophyll và hydrocacbon là những dẫn xuất chứa O2), có màu cam, vàng hoặc đỏ.

Những sắc tố phụ trội được gọi là phycobiliprotein (không nằm trên thylakoids như diệp lục tố mà ở trong những khoang giữa của các lớp màng), gồm c-phycoerythrin và c-phycocyanin xuất hiện với nồng độ cao. 

Hai sắc tố trên đi theo thành phần, thay đổi tùy vào loài và môi trường. Do đó, tảo lam có nhiều màu khác nhau để thích ứng với môi trường.

Dị bào

Dị bào là tế bào đặc biệt có ở tảo lam sợi, giúp cố định đạm, nitơ trong không khí dựa vào enzyme nitrogenase. Nitrogenase sẽ bị bất hoạt bởi khí oxy nên tảo lam chỉ cố định nitơ trong môi trường kỵ khí.

Dị bào là tế bào có vách dày, trong suốt, đôi, không có khí oxy và hệ thống quang II (PS II). Vì vậy, dị bào không sản xuất khí oxy trong quá trình quang hợp. Dị bào phát triển từ tế bào dinh dưỡng nên hình dạng giống với tế bào sinh ra chúng nhưng to hơn. Dị bào thường có 1 hoặc 2 lỗ (ở đầu tiếp xúc với tế bào chứa chất dinh dưỡng). Khoảng cách của dị bào trên sợi chịu tác động của những yếu tố môi trường. Dưới kính hiển vi quang học, dị bào trông khá đồng nhất (homogeneous), nhưng dưới kính hiển vi điện tử, dị bào có hệ thống màng màu xanh vàng, do caroten và diệp lục tố a nhưng thiếu phycocyanin.

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%

Phân loại vi khuẩn lam

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

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.

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.

Tác hại của vi khuẩn tảo lam
Tác hại của vi khuẩn tảo lam

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.

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, Công ty Môi trường Song Phụng sẽ là sự lựa chọn hoàn hảo. Liên hệ ngay hotline để được tư vấn và hỗ trợ nhanh chóng!

>>> Xem thêm: TDS trong nước là gì?