Hình ảnh vi khuẩn nitrat hóa dưới kính hiển vi năm 2024

Quá trình Nitrat hóa là quá trình oxy hoá Amonia (NH3) thành Nitrate (NO3–) với sản phẩm trung gian là Nitrite (NO2–). Quá trình Nitrat hóa là một bước quan trọng để khởi động chu trình chuyển hóa Nitơ.

Nitơ tồn tại ở 2 dạng chính là Nitơ vô cơ ( bao gồm amonia, nitrate, nitrite) và Nitơ hữu cơ (axit amin, protein, chitin, axit nucleic,…). Nhưng dạng Nitơ vô cơ chiếm phần lớn và dưới dạng Amonia (NH3). Nếu hợp chất Nitơ hữu cơ (urê và phân) thì quá trình thủy phân sẽ chuyển hóa thành Amonia theo phương trình chuyển hóa dưới đây:

CO(NH2)2 + H2O → 2NH3 + CO2

NH3 + H2O → NH4+ + OH–

Quá trình Nitrate hóa sẽ chuyển hóa Amonia về dạng Nitrite và Nitrate. Quá trình này rất quan trọng trong chu trình Nitơ.

Vi khuẩn Nitrosomonas

Chủng vi khuẩn Nitrosomonas này tỏ ra khá hữu hiệu trong việc chuyển hóa Amonia về dạng Nitrite.

Vi khuẩn Nitrosomonas là một chi của vi khuẩn Chemoautotrophic hình que Gram âm. Sinh vật này oxy hóa Amonia thành Nitrite như một quá trình trao đổi chất.

Nitrosomonas phải tiêu thụ một lượng lớn Amonia trước khi phân chia tế bào có thể xảy ra. Quá trình phân chia tế bào có thể mất đến vài ngày. Dưới đây là phản ứng Amonia chuyển hóa về Nitrit:

2NH4+ + 3O2 → 2NO2– + 4H+ + 2H2O

Vi khuẩn Nitrobacter

Nitrit là sản phẩm trung gian của quá trình Nitrat hóa. Để hoàn thành quá trình này cần vi khuẩn Nitrobacter để chuyển hóa từ Nitrite (NO2–) về Nitrate (NO3–).

Đặc điểm của vi khuẩn Nitrobacter là một chi bao gồm các vi khuẩn hình que, gram âm và hóa dưỡng. Chúng sinh sản bằng hình thức tự nhân đôi. Vi khuẩn Nitrobacter là các sinh vật hiếu khí bắt buộc.

Vi khuẩn Nitrobacter đóng một vai trò quan trọng trong chu trình Nitơ bằng cách oxy hóa nitrit thành Nitrat trong hệ thống xử lý nước thải. Vi khuẩn Nitrobacter sử dụng năng lượng từ quá trình oxy hóa các ion Nitrite (NO2–), thành ion Nitrat, (NO3–), để đáp ứng nhu cầu năng lượng của chúng.

2NO2– + H2O → NO3– + 2H+ + 2e−

2H+ + 2e− + 1,5O2 → H2O

2. Quá trình phản nitrate hóa

Quá trình phản Nitrat hoá còn gọi là quá trình khử Nitrat. Quá trình phản Nitrat hoá là quá trình chuyển hoá N-NO3– thành khí Nitơ tự do nhờ vi sinh vật. Vi khuẩn tham gia thực hiện quá trình này được gọi là vi khuẩn phản Nitrat hoá. Đặc biệt trong môi trường yếm khí quá trình này diễn ra mạnh mẽ.

Quá trình phản Nitrat hóa diễn ra thông qua một loạt các phản ứng gồm:

NO3– + 2H+ + 2e- → NO2– + H2O NO2– + 2H+ + e- → NO + H2O 2NO + 2H+ + 2e- → N2O + H2O N2O + 2H+ + 2e- → N2 + H2O

Phản ứng tổng thể có thể được biểu diễn như sau:

2NO3– + 10e- + 12H+ → N2 + 6H2O

Quá trình này chủ yếu được thực hiện bởi vi khuẩn dị dưỡng như Paracoccus denitrificans và một số loài Pseudomonas. Đồng thời, một số vi khuẩn khử Nitơ tự dưỡng như Thiobacillus denitrificans cũng tham gia vào quá trình này.

Trên một phiến kính được chiếu sáng bằng ánh sáng phân cực, các tinh thể vanillin nhỏ (tinh chất vani nhân tạo) vẽ nên một bức tranh ảo giác - Ảnh: NATIONAL GEOGRAPHIC

Tác giả của những bức ảnh hóa chất này là nhiếp ảnh gia Peter Woitschikowski, sống ở Đức.

Vào những năm 1980, ông Peter Woitschikowski đã mua một chiếc kính hiển vi sau khi thấy một tạp chí đăng những bức ảnh vi tinh thể. Ông muốn tiết lộ thế giới kỳ diệu này mà mắt thường không thể nhìn thấy được.

Ông đã tạo ra các hình ảnh trên đĩa thủy tinh trong phòng thí nghiệm bằng cách đun nóng các hóa chất, chẳng hạn như acetaminophen, hoặc trộn chúng với nước hoặc rượu.

Khi các hóa chất nguội hoặc khô, các tinh thể xuất hiện, ông dùng ánh sáng phân cực chiếu lên nó. Hình ảnh những tinh thể này hiện lên đầy ảo mộng.

Quá trình này tinh tế đến mức ngay cả những rung động nhỏ cũng có thể làm hỏng hình ảnh.

Salicylic acid và lactic acid, các hợp chất trong mỹ phẩm, trộn với nhau tạo ra hình ảnh tuyệt đẹp - Ảnh: NATIONAL GEOGRAPHIC

Được nấu chảy và sau đó được làm lạnh, lưu huỳnh tạo thành một hẻm núi gồm các vi tinh thể - Ảnh: NATIONAL GEOGRAPHIC

Ascorbic acid còn gọi là vitamin C - Ảnh: NATIONAL GEOGRAPHIC

Khi hòa tan trong nước và làm khô, ascorbic acid có thể tạo thành hình dạng mặt dây chuyền - Ảnh: NATIONAL GEOGRAPHIC

Ánh sáng phân cực tạo ra hiệu ứng ba chiều cho các vi tinh thể của acetaminophen lỏng - Ảnh: NATIONAL GEOGRAPHIC