Vi sinh vật là gì? Đặc điểm và vai trò vi sinh vật trong môi trường sống

Như chúng ta đã biết, vi sinh vật mặc dù có kích thước rất nhỏ không thể nhìn thấy bằng mắt thường nhưng lại có vai trò vô cùng quan trọng trong hệ sinh thái và đời sống con người. Để hiểu rõ hơn, hãy cùng chúng tôi khám phá về vi sinh vật qua bài viết dưới đây nhé.

Vi sinh vật là gì?

Vi sinh vật là nhóm sinh vật nhân sơ không nhân bào, có một tế bào (đơn bào) hoặc nhiều thế bào (đa bào) hoặc là sinh vật nhân thực với số lượng lớn nhất và là loài xuất hiện đầu tiên trên Trái Đất. Chúng có thể sinh sản qua nhân đôi hoặc tạo bào tử. Chúng có kích thước cực kỳ nhỏ thường chỉ từ vài micron đến vài chục micron, để quan sát phải dùng kính hiển vi.

Vi sinh vật có thể tồn tại trong hầu hết các môi trường sống như nước, đất, không khí với nhiều dạng: độc lập hoặc sống ký sinh ở trong cơ thể các sinh vật khác hoặc sống ký sinh song song với một sinh vật khác. Một số loài vi sinh phổ biến, thường gặp có thể kể đến như vi khuẩn, virus, nấm, tảo, nguyên sinh động vật…

Đặc điểm của vi sinh vật

Đa số các loài vi sinh vật tồn tại trên Trái Đất hiện nay đều có các đặc điểm chung như sau:

• Kích thước rất nhỏ, chỉ được đo bằng đơn vị micromet và không thể quan sát được bằng mắt thường.
• Cấu trúc của chúng đơn giản hơn so với các loài sinh vật khác, chúng không có các cơ quan hoặc bộ phận cơ thể phức tạp.
• Sinh trưởng nhanh và phát triển mạnh so với các sinh vật khác, nhất là trong điều kiện thuận lợi chúng sẽ sinh sản cho đến khi dùng hết các chất dinh dưỡng trong môi trường sống mới dừng lại.
• Có thể sử dụng các enzyme để hấp thu chất dinh dưỡng, chuyển hóa các chất hữu cơ cho quá trình sinh trưởng, phát triển hoặc sản xuất các chất kháng sinh để đánh bại các loại vi sinh khác.
• Chủng loại đa dạng, số lượng nhiều có thể thay đổi theo thời gian. Theo thống kê có khoảng  trên 100.000 loài vi sinh vật, bao gồm 69.000 loài nấm, 30.000 loài động vật nguyên sinh, 1.200 loài vi tảo, 2.500 loài vi khuẩn lam, 1.500 loài vi khuẩn, 1.200 loài virus và Rickettsia.
• Khả năng sao chép di truyền của chúng một cách nhanh chóng cho phép chúng tiến hóa và thích nghi với môi trường xung quanh.
• Phân bố rộng khắp mọi nơi, mọi môi trường sống trên Trái đất, thậm chí cả những nơi có điều kiện sống khắc nghiệt có nhiệt độ cao, áp suất thấp như Bắc cực, Nam cực, núi lửa…
• Có tác động trực tiếp đến cuộc sống con người như gây bệnh, chữa bệnh, sản xuất thực phẩm, thuốc và hỗ trợ trong xử lý môi trường.
• Tham gia vào chu trình vật chất trong tự nhiên nhờ khả năng phân huỷ và tái chế các chất hữu cơ và khoáng chất, cung cấp các chất dinh dưỡng cho các sinh vật khác.
• Dễ dàng phát sinh biến dị do đa số chúng là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống.

Vai trò của vi sinh vật

Theo nghiên cứu, vi sinh vật có vai trò quan trọng trong cuộc sống con người và bảo vệ môi trường sống. Dưới đây là một số vai trò không thể bỏ qua:

• Chuyển hóa và tái tạo các chất hữu cơ thành chất dinh dưỡng hoặc phân bón giúp tăng năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp. Ví dụ chuyển hóa nitơ thành các hợp chất của nitơ, ngăn cản sự phát triển của các vi sinh vật có hại, phân giải cellulose…
• Giúp phân hủy các chất thải hữu cơ và khoáng chất tạo ra các chất dinh dưỡng và khí CO2 cho các cây trồng.
• Sản xuất các loại thuốc như kháng sinh, insulin, enzyme tiêu hóa,…
• Đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu và hiểu về các bệnh lý và sự phát triển của cơ thể con người.
• Giúp ngăn ngừa và điều trị các bệnh lý cho động vật nuôi, từ đó giảm chi phí và tăng năng suất cho ngành chăn nuôi.
• Được dùng để chế biến thực phẩm lên men như tương, dưa, rượu nhờ vi khuẩn, nấm men, nấm mốc.
• Giúp làm giảm tình trạng nhiễm độc của đất, hạn chế ô nhiễm môi trường, nguồn nước, bảo vệ sức khỏe con người.

Tác hại của vi sinh vật

Bên cạnh những mặt có lợi, nếu không hiểu, biết cách sử dụng và kiểm soát vi sinh vật cũng gây ra khá nhiều tác hại cho con người và môi trường sống, cụ thể:

• Một số vi sinh vật có thể gây ra các bệnh nhiễm trùng và bệnh lây nhiễm cho con người, ví dụ như vi khuẩn gây bệnh tả, bệnh thương hàn, vi rút gây bệnh cúm…
• Gây hư hại các sản phẩm thực phẩm, dầu mỡ và các sản phẩm công nghiệp khác.
• Gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường, ví dụ như các chất độc từ vi khuẩn và tảo xanh gây ra tình trạng nước đục và ảnh hưởng đến động thực vật và động vật sống trong môi trường nước.
• Gây ra tình trạng kháng kháng sinh của vi sinh vật, khiến chúng trở nên khó điều trị nếu sử dụng không đúng cách.
• Gây ra bệnh về đường ruột, tiêu hóa, bệnh ngoài da và tổn thương cho động vật nuôi.

==> Xem thêm: Top 5 công nghệ xử lý nước thải hiệu quả

Phân loại vi sinh vật

Dựa trên lợi ích

• Vi sinh vật có lợi

Có thể kể đến một số vi sinh có trong một số loại thực phẩm như vi khuẩn lactic và vi khuẩn acetobacter giúp tạo ra các sản phẩm như sữa chua, nước giấm, rượu vang và bia. Vi khuẩn đường ruột giúp hỗ trợ quá trình tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng. Vi khuẩn trong y học sản xuất đồng vị kháng sinh hoặc điều trị các bệnh truyền nhiễm như viêm phổi, nhiễm trùng đường tiết niệu… Vi khuẩn có khả năng phân hủy các chất hữu cơ và tái chế các chất dinh dưỡng trong môi trường như nitơ và photpho giúp cải thiện chất lượng đất và nước…

• Vi sinh vật có hại

Bao gồm các loại vi sinh làm giảm hệ miễn dịch, gây bệnh cho con người, vật nuôi, cây trồng… Ví dụ vi khuẩn gây bệnh nghiêm trọng như Salmonella, E. coli và Listeria gây ra các bệnh truyền nhiễm tiêu chảy, viêm não, sốt rét. Vi khuẩn sản xuất độc tố trong thực phẩm như Clostridium botulinum và Staphylococcus aureus. Vi khuẩn gây ô nhiễm môi trường, vi khuẩn trong y học gây ra sự kìm hãm trong việc điều trị bệnh và khiến cho các bệnh lây nhiễm trở nên nguy hiểm hơn…

Dựa trên môi trường sống

• Vi sinh vật sống trong môi trường nước

Vi sinh vật có mặt ở khắp mọi nơi trong nguồn nước, đây cũng là điều kiện tối ưu để chúng sinh trưởng, phát triển mạnh. Tuy nhiên so với môi trường nước ngọt, môi trường nước mặn sẽ có ít vi sinh vật sống hơn vì nồng độ muối cao. Ở môi trường nước ngọt có đầy đủ điều kiện để nó phát triển. Ví dụ ở ao, hồ, sông có hàm lượng chất dinh dưỡng cao nên vi sinh vật sẽ phong phú. Tuy nhiên với điều kiện nước ngầm, nước suối nghèo dinh dưỡng cũng sẽ nghèo vi sinh vật.

Vi sinh vật sống trong môi trường nước có vai trò quan trọng trong các hệ sinh thái nước ngọt và biển. Cụ thể là tham gia vào chu trình vật chất và năng lượng trong hệ sinh thái giúp phân hủy và tái tạo chất dinh dưỡng. Hoặc được sử dụng để xử lý nước thải và phục hồi môi trường.

• Vi sinh vật sống trong môi trường đất

Theo thống kê, đất là nơi chứa nhiều loại vi sinh vật nhất vì đất đáp ứng đầy đủ các điều kiện như độ ẩm, không khí, các chất dinh dưỡng vô cơ, hữu cơ để vi sinh vật phát triển. Một số vi sinh vật sống trong môi trường đất có thể kể đến như vi khuẩn, nấm, ký sinh trùng và động vật nhỏ như giun đất, con nhộng và côn trùng….

Vi sinh vật sống trong môi trường đất có vai trò khá quan trọng, thường tham gia vào quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong đất và tái tạo các chất dinh dưỡng như nitơ, photpho và kali. Ngoài ra còn cung cấp các nguồn dinh dưỡng cho các cây trồng, các loài thực vật khác và ham gia vào các quá trình phân hủy và tái tạo các chất hữu cơ, xử lý chất thải, điều chỉnh độ ẩm và cấu trúc đất, và giảm thiểu sự suy thoái đất.

• Vi sinh vật sống trong môi trường không khí

Môi trường không khí có ít vi sinh vật hơn đất, nước và các vi sinh vật sống được trong môi trường này cần phải chịu được khô, ánh sáng mặt trời. Có thể kể đến như các loại vi khuẩn, nấm và virus. Các loại vi sinh vật này thường tồn tại dưới dạng vi khuẩn, nấm gây bệnh và chúng có thể được truyền qua không khí hoặc qua tiếp xúc vật chất. Ví dụ nấm có thể gây ra các bệnh như nhiễm nấm, viêm phổi nấm và viêm phế quản nấm. Virus sống trong không khí và có thể gây ra các bệnh như cúm, bệnh SARS, cúm heo và COVID-19….

Các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật

Dựa vào nhu cầu về nguồn năng lượng và nguồn cacbon, có 4 kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật, cụ thể dưới đây:

• Quang tự dưỡng (Photosynthesis)

Đây là kiểu dinh dưỡng phổ biến nhất với nhóm vi sinh vật đại diện là vi khuẩn, tảo. Chúng sẽ sử dụng nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời và nguồn cacbon chủ yếu từ CO2 qua quá trình quang hợp để tự sản xuất thức ăn cung cấp cho sự sinh trưởng, phát triển.

• Hóa tự dưỡng (Chemotroph)

Kiểu dinh dưỡng này phù hợp với nhóm vi sinh vật itrat hóa, vi khuẩn ôxi hóa hiđrô, ôxi hóa lưu huỳnh…Các loại vi sinh vật này có thể tự sản xuất thức ăn từ nguồn năng lượng là các chất vô cơ và CO2 mà không cần năng lượng từ ánh sáng.

• Quang dị dưỡng (Photoheterotroph)

Nhóm vi sinh vật đại diện là vi khuẩn không chứa lưu huỳnh màu lục và màu tía… Chúng có thể dùng nguồn năng lượng là ánh sáng mặt trời để tự sản xuất thức ăn nhưng phải có thêm điều kiện đi kèm là các chất hữu cơ có sẵn trong môi trường.

• Hóa dị dưỡng (Chemoheterotroph)

Kiểu dinh dưỡng này áp dụng với các loài vi sinh như: nấm, động vật nguyên sinh, phần lớn vi khuẩn không quang hợp…Đặc điểm của kiểu dinh dưỡng này là không thể tự sản xuất thức ăn và cần phải dùng nguồn năng lượng là các chất hữu cơ hoặc các chất vô cơ như NH3 để sản xuất năng lượng và tạo thức ăn cho mình.

Vì sao vi sinh vật phát triển rất nhanh?

Có rất nhiều người thắc mắc lý do vì sao vi sinh vật phát triển rất nhanh? Sau một ngày có thể thấy được số lượng cực kỳ khủng tại một địa điểm nhất định. Câu trả lời đơn giản vì chúng có chu kỳ sinh sản ngắn và khả năng chia tỏa nhanh chóng trong môi trường lý tưởng. Một số loại vi khuẩn có thể sinh trưởng, phát triển trong khoảng 20-30 phút.

Bên cạnh đó, vi sinh vật còn là loài có khả năng thích nghi nhanh chóng với các điều kiện môi trường khác nhau.. Và chúng cũng có khả năng tự sản xuất các chất dinh dưỡng cần thiết để sinh trưởng và phát triển trong môi trường của chúng. Vi dụ sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời hoặc các nguồn dinh dưỡng khác như CO2, nitơ, photpho để tự sản xuất thức ăn.

Đó chính là những lý do giúp chúng tiết kiệm được năng lượng và nguồn dinh dưỡng tạo ra một lượng lớn cá thể trong thời gian ngắn  và tăng tốc độ phát triển.

Ứng dụng vi sinh vật

Vi sinh vật được em là chìa khóa cho các nghiên cứu khoa học về công nghệ sinh học, công nghệ vi sinh và có vai trò quan trọng trong cuộc sống con người. Dưới đây là một vài ứng dụng điển hình:

• Được sử dụng để sản xuất các loại thuốc kháng sinh, vaccine và các sản phẩm y tế khác  để ngăn ngừa và chữa bệnh cho con người,
• Sản xuất phân bón hữu cơ, cải tạo đất, kiểm soát sâu bệnh trong nông nghiệp, cung cấp dinh dưỡng cho cây, chuyển hóa dinh dưỡng trong phân bón, phân giải các chất hữu cơ trong đất…
• Sản xuất các sản phẩm thực phẩm như bia, rượu, sữa chua, kefir, tempeh và nhiều sản phẩm thực phẩm khác.
• Sản xuất một số sản phẩm hóa chất như acid lactic, axit citric và một số enzyme.
• Xử lý các chất độc hại trong môi trường giúp giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng môi trường.
• Trong nghiên cứu và phát triển các sản phẩm sinh học như protein, polyme, axit nucleic…
• Được sử dụng để giảm thiểu khí thải và ô nhiễm trong các hoạt động khai thác dầu khí.
• Trong xử lý nước thải các loại công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng nhờ khả năng tạo ra các chất khử mùi hôi, phân hủy nhanh chất thải…

Kết luận

Hy vọng thông qua bài viết trên đây sẽ giúp các hiểu thêm về vai trò và ứng dụng của vi sinh vật. Nhìn chung, vi sinh vật có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe, cải thiện chất lượng môi trường, sản xuất các sản phẩm tiêu dùng và công nghiệp, cũng như phát triển các công nghệ mới.