một số nguyên tắc sinh hoá và những vấn đề kĩ thuật phương pháp của vi sinh vật công nghiệp

Có thể mạnhdạn nói rằng chúng ta đang đứng trớc ngỡng cửa của giai đoạn thứ t.những thành công đầy hứa hẹn của giai đoạn thứ t sẽ cho chúng tanhững sản phẩm vô giá nh những giống cây trồ

Lời mở đầu

Vi sinh vật công nghiệp là một môn khoa học nghiên cứu

những hoạt động sống của vi sinh vật để áp dụng nó vào quá trình sản xuất Đây là môn khoa học đợc hình thành muộn hơn trong lĩnh vực sinh học khác, nhng do ý nghĩa quan trọng của nó nên đã

và đang trở thành lĩnh vực trọng điểm trong thế kỷ này.

Giáo trình Vi sinh vật công nghiệp giới thiệu một cách khái quát kiến thức để ứng dụng vi sinh vật vào thực tế sản xuất và đời sống con ngời một cách hiệu quả và an toàn nhất

Do yêu cầu của khung đào tạo mới, chúng tôi tập hợp một số tài liệu xuất bản gần đây nhất về lĩnh vực vi sinh vật học công nghiệp để viết lên giáo trình này nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu học tập của sinh viên ngành thực phẩm và những bạn yêu thích, quan tâm đến lĩnh vực này, đồng thời chú ý đến những vấn đề gợi mở cần tiếp tục suy nghĩ

VS VHCN giải quyết hai vấn đề chính trái ngợc nhau:

- Làm sáng tỏ những tính chất sinh hoá của những cơ thể sống lànguyên nhân cơ bản và trực tiếp của sự chuyển hoá hoá học, nhữngchất có ở cơ chất này hay cơ chất kia Trong trờng hợp này VS VHCN

sử dụng những VSV để thu những sản phẩm quan trọng và có giátrị thực tế bằng con đờng lên men Phơng pháp sinh hóa để thunhiều sản phẩm là phơng pháp duy nhất có lợi về kinh tế

- Mặt khác sự lên men do VSV gây ra không phải luôn luôn diễn ratheo một hớng nh ta mong muốn Sự phá huỷ một quá trình lên menthờng xảy ra do sự hoạt động của những VSVlạ Trong trờng hợp này,

điều quan trọng là không những phải biết những VSV gây ra quátrình cần thiết mà còn phải biết cả những VS V có hại gây tổn thấtcho sản xuất Nhà Vi sinh học công nghiệp có kinh nghiệm phảikhám phá ra chúng, làm sáng tỏ những tính chất có hại do chúnggây ra và tìm ra những phơng pháp đấu tranh với chúng

Giáo trình VSCN này giới thiệu một cách khái quát những vấn đềsau:

1 Một số kiến thức đại cơng về VSVH ( Đời sống, cấu tạo và đặc

điểm sinh lý sinh thái của Vi khuẩn, Nấm men, Nấm mốc, Virus)

2 Một số nguyên tắc sinh hoá và những vấn đề kỹ thuật - phơngpháp của VSVHCN

3 Các quá trình lên men và ứng dụng trong thực tế (sản xuất rợucồn, rợu vang, sản xuất bia, sản xuất nớc giải khát, sản xuất thức ăngia súc, sản xuất axit xitric, axit axetic )

4 Các quá trình tổng hợp axit amin ( Glutamic, Lizin)

5 Một số vấn đề có liên quan đến công nghiệp thực phẩm ( sảnxuất axit lactic, sự muối chua rau quả và ủ chua thức ăn gia súc vàphơng pháp bảo quản sữa

VSVHCN là ngành mới phát triển, nhng do ý nghĩa to lớn của nó

về lý thuyết cũng nh thực tiễn nên đã phát triển nhanh và vững

mạnh Nó nghiên cứu một cách tổng quát cấu tạo, đặc điểm hìnhthái, trao đổi chất và năng lợng, khả năng chống chịu với điều kiệnngoại cảnh, khả năng sinh sản của các nhóm vi sinh vật chủ yếu Để

từ đó ứng dụng và khai thác chúng một cách triệt để vào sản xuấttheo quy mô công nghiệp

II Lợc sử phát triển ngành VSVCN.

VSV đợc đặc trng bởi một phổ rộng khả năng trao đổi chất Một

số những hoạt động này - sự tổng hợp, sự chuyển hoá, sự phân huỷcác chất - đợc con ngời sử dụng để sản xuất thực phẩm, đồ uống vàcác sản phẩm khác

Việc ứng dụng tiềm năng của VSV đã có từ buổi đầu của nềnvăn minh nhân loại nh sản xuất rợu vang, bia, dấm ở Việt Nam việcnấu rợu, làm dấm, làm tơng cũng có từ xa xa Tuy một số quá trình

đợc thực hiện ở qui mô rộng rãi, nhng sự thành công đó còn phụthuộc sự ngẫu nhiên hay kinh nghiệm của những ngời thợ giỏi truyềncho các thế hệ sau Vai trò của VSV trong sự chuyển hoá các chấthữu cơ mới đợc con ngời biét đến khoảng hơn 100 năm trớc đây.VSVCN bắt đầu từ những nghiên của L Pasteur Những nghiêncứu đầu tiên của ông đã dành cho sự lên men Bởi vậy L Pasteurkhông những là ngời sáng lập ra VSV- Y học, mà còn là ngời sáng lập

ra VSVHCN

Việc nghiên cứu các chủng nấm men trong sản xuất bia (E.C.Hansen 1886) có thể xem là bớc mở đầu cho công nghiệp lênmendựa trên cơ sở khoa học Việc nghiên cứu tiếp tteo về hoá sinhhọc và enzim học của sự lên men rợu đã đợc thúc đẩy nhờ phát hiệncủa E Buchner (1898) rằng dịch chiết nấm men có khả năng gây raquá trình lên men này

Cũng nh các lĩnh vực khoa học khác, công nghệ vi sinh mà tiền

đề của nó là công nghệ lên men cổ điển đã trải qua những chặng

đờng phát triển đầy khó khăn, phức tạp với nhiều phát minh và cảnhững nỗi lầm, những kỳ công và cả những ngộ nhận Để rồi từ mộtlĩnh vực sinh học ứng dụng các thuộc tính của vi sinh vật một cáchthụ động, đến nay công nghệ vi sinh đã trở thành một nền côngnghệ tiên tiến với những khía cạnh ứng dụng mới mẻ, đã thu hút sựquan tâm sâu sắc của các nhà khoa học

Lịch sử phát triển của công nghệ vi sinh chia thành các giai

đoạn sau:

* Giai đoạn thứ nhất

Đặc trng của giai đoạn này là con ngời đã biết ứng dụng cácthuộc tính của vi sinh vật Tuy nhiên chỉ ứng dụng các thuộc tínhcủa vi sinh vật một cách thụ động, bởi vậy giai đoạn này còn đợc gọi

là giai đoạn lên men cổ điển

Từ xa xa, khoảng 6000 năm trớc công nguyên, con ngời đã biết sảnxuất khá nhiều loại rợu, bia và một số thực phẩm lên men nhờ vi sinhvật Tuy vậy ở giai đoạn này, tất cả đều dựa vào kinh nghiệm, sảnxuất chỉ ở quy mô thủ công Con ngời thiếu sự hiểu biết về sự tồntại và vai trò của vi sinh vật trong các quá trình lên men Nh vậy giai

đoạn thứ nhất là giai đoạn của việc sử dụng các hoạt tính của giai đoạn này đợc đánh dấu bằng việc đặt cơ sở khoa học cho quátrình sản xuất đồ uống chứa rợu

VSV-* Giai đoạn thứ hai

Giai đoạn này khoảng từ những năm 30 đến những năm 60của thế kỉ XX Giai đoạn này đợc mở đầu bằng sự kiện AlexanderFleming tìm ra chất kháng sinh penicillin năm 1928 Giai đoạn nàyrơi vào thời kỳ của đại chiến Thế Giới lần thứ hai Thời kì chiếntranh đã đặt ra một yêu cầu hết sức cấp bách về một số dợc phẩmdùng để chữa bệnh chủ yếu là các loại kháng sinh Từ đó thúc đẩynhanh việc tìm kiếm các chất kháng sinh và đợc sản xuất các chếphẩmnày ở quy mô lớn hơn Đồng thời cũng do yêu cầu của chiếntranh và thời kỳ sau chiến tranh Vấn đề lơng thực và thức uốngcũng đợc đặt ra một cách hết sức cấp bách, góp thêm động lựcthúc đẩy các nhà nghiên cứu tìm kiếm, gây tạo khẩn trơng cácchủng vi sinh vật dùng cho sản xuất lớn Cũng từ đây công nghệ lênmen lớn ra đời và ngày một phát triển

* Giai đoạn thứ 3.( Từ những năm 60 trở lại đây)

Đến giai đoạn này công nghệ vi sinh đã cố gắng vơn lên đápứng những nhu cầu ngày một cao hơn về dinh dỡng, năng lợng củacon ngời, đã cố gắng tham gia giải quyết vấn đề ô nhiễm của môitrờng, tạo sự cân bằng sinh thái

Thực tế ở giai đoạn này công nghệ vi sinh đã phát triển thànhmột ngành độc lập, là công cụ đắc lực phục vụ cho sản xuất bằng

vi sinh vật các sản phẩm cần thiết cho nhu cầu đời sống con ngời

nh protein, enzym, amino axit, thuốc trừ sâu, phân bón Nhữnghiểu biết mới về thiên nhiên giúp con ngời sử dụng các chế phẩm,phụ phẩm của các ngành khác (Nông nghiệp, công nghiệp dầu khí,công nghiệp thực phẩm ) để thông qua công nghệ lên men tạo ranhững sản phẩm có giá trị nh protein, enzym, vitamin ở giai đoạnnày, các quá trình sinh tổng hợp xảy ra ở vi sinh vật đã đợc con ngờican thiệp và điều khiển một cách tích cực hơn Cũng ở giai đoạnnày chúng ta đã thấy hé mở tơng lai tơi sáng của giai đoạn thứ tcủa công nghệ vi sinh (Giai đoạn công nghệ vi sinh mới ) giai đoạnnày sẽ phát triển một cách đầy hứa hẹn ở thế kỉ XXI

Tuy hiện nay rất nhiều vấn đề đang còn trong phạm vi nghiêncứu, nhng công nghệ vi sinh lúc này đã đạt đợc những thành côngbớc đầu rất đáng khích lệ Trong đó vi sinh vật đợc sử dụng mộtcách định hớng nhằm tìm kiếm các biện pháp hữu hiệu nhất(Thông qua công nghệ gen - Kỹ thuật di truyền) để giải quyết mộtcách triệt để các vấn đề đặt ra của giai đoạn thứ ba Có thể mạnhdạn nói rằng chúng ta đang đứng trớc ngỡng cửa của giai đoạn thứ t.những thành công đầy hứa hẹn của giai đoạn thứ t sẽ cho chúng tanhững sản phẩm vô giá nh những giống cây trồng lai tạo không cầnphân bón (Vì chúng tự bón phân bằng quá trình cố định đạm) Hoặc tạo đợc những cá thể vi sinh vật sản xuất với hiệu suất caonhất nh kháng thể insulin, kháng sinh Hoặc thông qua kĩ thuật ditruyền với đối tợng là các vi sinh vật, chúng ta sẽ tìm ra những biệnpháp hữu hiệu để trị các bệnh nan y của thế kỉ nh ung th, AIDS

Tất cả còn đang ở phía trớc, nhng hiện nay đã có nhiều cơ sở

để chúng ta vững tin vào hiện thực của nó trong tơng lai

III Những thành tựu quan trọng trong quá trình phát triển của ngành VSVHCN.

Công nghệ vi sinh đợc ứng dụng một cách rộng rãi và có hiệuquả trên nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống

1 Trong lĩnh vực y tế, bảo vệ sức khoẻ con ngời.

Tình hình sức khoẻ chung của nhân loại hiện đang ở trongtình trạng rất đáng lo ngại Hầu nh lúc nào cũng có khoảng 1/3nhân loại đang ở trong trạng thái đau ốm Vì vậy vấn đề tìmthuốc trị bệnh, nhất là những bệnh nan y hiện đang đợc đặt ra

hết sức cấp bách Công nghệ vi sinh đã đóng góp trong việc tìmkiếm nhiều loại dợc phẩm quan trọng.

* Vaccine thế hệ mới:

Trong quá trình tìm kiếm các biện pháp, thuốc phòng và trịmột số bệnh truyền nhiễm, một thành công đáng kể của côngnghệ vi sinh là tạo ra các vaccine thế hệ mới

Trong khoảng hai thập kỉ gần đây, con ngời đã tạo ra nhiềuvaccine thế hệ mới nh vaccine ribosome, vaccine kĩ thuật gen,vaccine chế tạo từ các thành phần của virut

Vaccine thế hệ mới có những u điểm sau:

- Rất an toàn vì không sử dụng trực tiếp vi sinh vật gây bệnh

- Giá thành hạ không cần nuôi virut trên phôi gà hay các tổ chứcmô của động vật vốn rất phức tạp và tốn kém, giảm bớt đợc chi phívận chuyển và chi phí kiểm tra trớc khi dùng

+ Vaccine ribosome: cấu tạo từ các ribosome của từng loại vikhuẩn gây bệnh (thơng hàn, tả, dịch hạch) Ưu điểm của loạivaccine này là ít độc, tính miễn dịch cao

+ Vaccine các mảnh của virus: là vaccine chế tạo từglycoprotein của vỏ virut gây bệnh nh virú cúm

+ Vaccine kĩ thuật gen: Là vaccine chế tạo từ những vi khuẩnhay nấm men tái tổ hợp, có mang gen mã hoá việc tổng hợp mộtprotein kháng nguyên của một virus hay vi khuẩn gây bệnh nào đó

* Insulin:

Việc sản xuất insulin ở quy mô công nghiệp ngày nay có lẽ làmột trong những thành công rực rỡ nhất, sớm nhất của công nghệgen

Insulin là một protein đợc tuyến tuỵ tiết ra nhằm điều hoà lợng

đờng trong máu Cơ thể thiếu hụt insulin trong máu sẽ rối loạn hầuhết các quá trình trao đổi chất ở cơ thể dẫn đến tích nhiều đ-ờng trong nớc tiểu Để điều trị bệnh này, ngời ta thờng tiêm insulinchô ngời bệnh Chế phẩm này đợc trích từ tuyến tuỵ của gia súc

Để có 100gam insulin ngời ta phải sử dụng tuỵ tạng của 4000 

5000 con bò Vì vậy cho nên giá thành của insulin rất cao Vả lạicũng có bệnh nhân không nhạy cảm với insulin tách chiết từ độngvật

Ngời ta đã cố gắng tổng hợp insulin bằng con đờng hoá họcnhng quá trình này rất phức tạp, phải trải qua trên một trăm bớc khácnhau.

Vào tháng 9 năm 1978, H Boger lần đầu tiên bằng kĩ thuật di

truyền thông qua vi khuẩn Escherichia Coli ( E Coli) đã thu nhận đợc

một lợng lớn insulin Cụ thể ngời ta đã chuyển gen chi phối tính trạng

tạo insulin của ngời sang cho E coli Với E Coli đã đợc tái tổ hợp gen

này, qua nuôi cấy ở nồi lên men có dung tích 1000 lít, sau một thờigian ngắn có thể thu đợc 200 gam insulin, tơng đơng với lợnginsulin chiết rút từ 8000  10000 con bò Thành công này đã chứngminh một điều hết sức mới mẻ và lý thú: gen của con ngời có thểlàm việc một cách có hiệu quả trong bộ gen của vi sinh vật

Bằng phơng pháp tơng tự nh đối với insulin, hiện nay ngời ta

có thể thu nhận một lợng lớn interferon thông qua các cơ thể vi sinhvật đẫ đợc tái tổ hợp gen để phục vụ cho việc điều trị các bệnhnhiễm trùng

Tháng 1 năm 1980, Gilbert đã đoạt giải thởng Nobel nhờ thành

công trong việc thu nhận interferon từ E Coli đã đợc tái tổ hợp gen.

Đến tháng 3 năm 1981, Bộ môn di truyền ở đại học Washington

thành công trong việc thu nhận interferon từ Sac cerevisiae có hiệu suất cao gấp 10.000 lần so với tế bào E Coli.

* Kích thích tố sinh trởng HGH (Human growth hormone)

HGH đợc tuyến yên tạo nên Thông thờng muốn có chế phẩmnày ngời ta phải trích li nó từ tuyến yên của tử thi Mỗi tử thi cho đợc

từ 4  6mg HGH Theo tính toán muốn chữa khỏi cho một ngời lùn sẽcần lợng HGH thu đợc từ 100 150 tử thi Điều này cho thấy một trởngại rất đáng kể khi chữa trị chứng lùn cho trẻ em

Đến năm 1983, một thành công của công nghệ vi sinh đã giúpcon ngời một lối thoát trong việc điều chế HGH Ngời ta thành công

trong việc thu nhận một lợng lớn HGH từ vi khuẩn E Coli đã đợc tái tổ

hợp gen (từ một lít dịch lên men của E.Coli thu đợc lợng HGH tơng

đ-ơng với lợng chất này thu đợc từ 60 tử thi)

* Chất kháng sinh

Kháng sinh là một trong những thuốc đợc công nghệ vi sinh

đầu t sản xuất từ rất lâu Cho đến nay, ngời ta đã tìm đợc hơn

2500 loại kháng sinh với cấu trúc phân tử rất đa dạng Trong số đóchủ yếu là các kháng sinh có nguồn gốc từ vi sinh vật

Trong giai đoạn phát triển mới của công nghệ vi sinh, ngời ta cốgắng nâng năng suất tạo kháng sinh lên gấp hàng trăm, ngàn lần sovới chủng vi sinh vật gốc thông qua việc gây tạo đột biến hay tạocác môi trờng tối u cho sự tạo kháng sinh của chủng vi sinh vật

Ngoài ra, ngời ta cũng đã sử dụng kĩ thuật di truyền nhằm mục

đích tạo ra các chủng vi sinh vật có khả năng sinh kháng sinh mới cóphổ tác dụng rộng, chống đợc các vi sinh vật đã lờn thuốc khángsinh Theo hớng này, ngời ta có thể áp dụng phơng pháp chuyển gen

tạo một loại kháng sinh đã biết (Kháng sinh actinorhodin ) ở một loại xạ khuẩn ( Streptomyces coelicolor ) sang cho một loại xạ khuẩn khác ( Actynomyces spp) Kết quả là loài Actymyces spp đã tạo ra đợc ba

loại kháng sinh mới với phổ tác dụng khác với loại kháng sinh ở

Streptomyces coelicolor.

2 Trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp.

* Cải tạo giống cây trồng

Thông qua kĩ thuật di truyền với sự hỗ trợ của vi sinh vật, conngời đã và đang tạo ra những cơ thể thực vật có những đặc tínhquý báu: chống chịu sâu rầy, chịu đợc thuốc diệt cỏ, chịu đợcphèn, chịu hạn Một trong những thành tựu của hớng đóng góp này

là việc tạo ra những cây trồng có sức đề kháng với thuốc diệt cỏ Cụthể là: khi sử dụng hecbixit phun diệt cỏ cho cây đậu tơng, ngời tanhận thấy rằng một số cỏ đã quen (lờn) với thuốc nên cỏ không chết

mà cây trồng lại bị chết vì thuốc diệt cỏ Trớc thực tế này, các nhàkhoa học đã quyết định mợn gen chịu trách nhiệm về tính bềnvững với hecbixit của cỏ dại để chuyển sang cho cây trồng (Cây

đậu tơng) và đã tạo đợc cây đậu tơng chống chịu lại với thuốc diệt

cỏ Hecbixit Hiện nay một số công ty thơng mại đã dự kiến bán ranhững túi hàng chứa cả thuốc trừ cỏ lẫn hạt giống đã đợc xử lý miễndịch với thuốc trừ cỏ dại

* Tạo chế phẩm thuốc trừ sâu có nguồn gốc vi sinh vật:

Hiện nay nếu không dùng thuốc hoá học thì sâu rầy sẽ pháhoại mùa màng

Để bảo vệ cây trồng chống các dịch bệnh, con ngời đã và

đang phải dùng thuốc hoá học trừ sâu, rầy, bọ gậy Đó là những chấthữu cơ phần lớn chứa Cl, P Điều này khiến cho môi trờng sống ngàycàng bị đầu độc, trạng thái ô nhiễm của không khí, nớc, đất ngàycàng trầm trọng hơn

Trớc những thực tế trên, con ngời đã không thể không quantâm đến hớng sử dụng các chế phẩm vi sinh vật để trừ các côntrùng có hại Những chế phẩm này hoàn toàn vô hại đối với ngời,

động vật, gia súc, gia cầm Hiện nay ngời ta đã xây dựng hàng loạtcác nhà máy sản xuất các chế phẩm vi sinh vật diệt côn trùng với sảnlợng ngày một tăng

3 Tham gia giải quyết vấn đề năng lợng, bảo vệ môi trờng.

* Giải quyết vấn đề năng lợng phục vụ con ngời

Nguồn năng lợng truyền thống ( Than đá, dầu khí) ngày mộtcạn dần và thậm chí có nơi lại không có nguồn tài nguyên này để

bổ sung nguồn nhiên liệu đang bị cạn kiệt, công nghệ vi sinh đãgóp phần đa thêm nguồn năng lợng mới

+ Cồn: Hiện nay ở một số nớc vì không có nguồn dầu khí, giáxăng dầu nhập tăng cao Ngời ta nghĩ đến giải pháp sử dụng cồnchạy xe với hỗn hợp xăng – cồn gọi là gasohol ( xăng pha 10 20%cồn) Một trong những bớc đi đầu và ứng dụng mạnh nguồn năng l-ợng mới này để chạy xe là Brazin Cồn ở đây thu đợc từ quá trìnhlên men từ các nguồn nguyên liệu rẻ tiền nh dịch thuỷ phân của gỗ

và xenlulo, đờng và rỉ đờng

+ Khí sinh học ( Biogas): thờng biogas chứa khoảng 60  80%

nông nghiệp, các loại rác giầu xenlulo cùng với phân, nớc tiểu của giasúc Nguyên lí của quá trình sản xuất này là sự phân giải yếm khícủa hệ vi sinh vật lên men methane Qua quá trình lên men ngời tathu khí biogas, cặn bã còn lại ở bể lên men đợc dùng làm phân bón.Kết quả cùng một lúc giải quyết hai vấn đề đặt ra trong cuộc sống:

+ Tăng nguồn năng lợng

+ Xử lí rác, phế thải, bảo vệ môi trờng không bị ô nhiễm.

* Bảo vệ môi trờng

Đây là vấn đề đợc toàn cầu quan tâm và là vấn đề sống còncủa loài ngời hiện nay Công nghệ vi sinh đã tích cực tham gia giảiquyết một số vấn đề thuộc lĩng vực này nhằm giúp con ngời đạt

đợc những thành tựu trong lĩnh vực bảo vệ môi trờng sống nh lợidụng thuộc tính quý báu của hệ vi sinh vật có khả năng đồng hoánguồn cơ chất phong phú từ các dạng hidrocacbon đến các dạngxenlulo, cao su và các dẫn xuất của cao su để thực hiện quá trình

xử lí các nguồn nớc thải và chất thải Khi tiến hành phân giải các loạinớc thải, chất thải ( qua hoạt động hiếu khí và yếm khí) vi sinh vật

đã chuyển hoá chúng thành các chất có cấu trúc đơn giản dễ phânhuỷ, và còn tạo đợc một nguồn sinh khối giầu prôtein, khoáng,vitamin Kết quả các quá trình xử lý này góp phần làm môi trờngsống trong sạch hơn, tạo sự cân bằng sinh thái cho hành tinh chúngta

Tóm lại, chỉ mới lợc qua vài khía cạnh của cuộc sống, chúng ta

đã thấy rõ vai trò to lớn và cực kỳ quan trọng của công nghệ vi sinh.Trong sự phát triển tới đây ta tin rằng công nghệ vi sinh sẽ tiếp tục

đóng góp cho nhân loại những điều lí thú hơn, hữu hiệu hơn,

đúng với sự tin tởng và mong đợi của con ngời

IV Vị trí và yêu cầu môn học

Môn VSCN nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ sở

để uứng dụng VSV trong một số qui trình công nghệ sản xuất phục

vụ khoa học và đời sống con ngời, nhằm giúp cho học viên nắm đợctoàn bộ qui trình kỹ thuật và giải thích đợc quá trình đó trên cơ sởkhoa học, tiến tới có thể chủ động hớng dẫn giúp đỡ một số cơ sởsản xuất trong những trờng hợp cần thiết, đồng thời cung cấp chohọc sinh viên những kiến thức thức sâu, rộng về khoa học ứngdụng, góp phần đẩy mạnh sản xuất, tăng thêm của cải vật chất, cảithiện đời sống cho nhân loại

*****************

Phần I

Đại cơng về vi sinh vật học công nghiệp

Chơng 1 Hình thái đại cơng và phân loại vi sinh vật

1.1 Vi khuẩn.

1.1.1 Hình thái và kích thớc các vi khuẩn thờng gặp

Theo hình thái bề ngoài vi khuẩn thờng chia thành ba loại: cầukhuẩn, trực khuẩn và xoắn khuẩn Giữa ba loại này thờng có dạng

hình thái trung gian, chẳng hạn dạng cầu trực khuẩn (Coccobacille) hoặc dạng phẩy khuẩn (Vibrio)

a Vi khuẩn hình cầu

Là những vi khuẩn có hình tròn và có hình dạng đơn giản nhất

có kích thớc từ 0,5  1m Tuỳ theo vị trí của mặt phẳng phâncắt mà chia cầu khuẩn thành các giống:

+ Giống Micrococcus những tế bào đứng riêng rẽ sau khi phân

cắt

Ví dụ: Micrococcusagilis, Micrococusrosews, Micrococusluterus.

+ Giống Dyplococcus (song cầu khuẩn) sau khi phân cắt thìchúng dính với nhau từng đôi một và phân cắt theo mặt phẳngxác định Cầu khuẩn này có thể gây một số bệnh lậu

Ví dụ: Neiseria, Gamohcal

Phân cắt theo 3 mặt phẳng trực giao với nhau tạo khối gồm 8

 16 tế bào hoặc nhiều tế bào

Thực tế thờng gặp Sarcina nhiễm khuẩn trong phòng thí nghiệm

tạo khuẩn lạc mầu vàng

b Trực khuẩn hình que.

Gồm những vi khuẩn có hình que kích thớc từ 0,5  1,0 x 1 4m

*Lo¹i phæ biÕn lµ Bacillus.

+ §Æc ®iÓm: thuéc tÕ bµo h×nh que, thuéc vi khuÈn Gram(+), cã kh¶ n¨ng sinh bµo tö KÝch thíc bµo tö kh«ng vît qu¸ kÝch thíc

tÕ bµo vi khuÈn Thuéc lo¹i vi khuÈn hiÕu khÝ hoÆc kÞ khÝ kh«ngb¾t buéc

- Thuéc lo¹i kÞ khÝ b¾t buéc

Vị trí của màng ngăn và hình thức sinh sản phân cắt ở cácloại vi khuẩn khác nhau thì khác nhau.

Ví dụ: ở trực khuẩn vị trí của màng ngăn vuông góc với chiềudài của thành ở cầu khuẩn thì vị trí của màng ngăn lần lợt theomột mặt phẳng hoặc ba mặt phẳng vuông góc nhau tuỳ theo các

vị trí đó mà hình thành liên tục hoặc thành một hình bán cầukhuẩn hoặc nếu màng ngăn lộn xộn mà không theo một quy tắcnào thì đợc tập hợp các tế bào lộn xộn gọi là tụ cầu khuẩn

b Tốc độ sinh sản.

Tốc độ sinh sản phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh Trong

điều kiện thích hợp về dinh dỡng, pH của môi trờng, nhiệt độ, hàmlợng oxi thì 20  30 phút thì vi khuẩn sinh sản một lần nh vậy sau5h từ một tế bào vi khuẩn cho khoảng 1024 tế bào và sau 20 giờ

đêm sự sống của tế bào sẽ chứa đầy trên bề mặt trái đất và đại

d-ơng Tuy nhiên vòng đời của một vi khuẩn rất ngắn do vậy vẫn luôn

đảm bảo sự cân bằng sinh thái

c ý nghĩa của việc sinh sản nhanh

Đảm bảo sự cân bằng sinh thái, đảm bảo sự tồn tại và pháttriển của giống nòi vì vòng đời của nó rất ngắn ngủi Cấu tạo của

nó đơn giản cha hoàn thiện không có khả năng tự bảo vệ, đời sốngcủa chúng phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện ngoại cảnh

d Sự sinh sản của vi khuẩn trên môi trờng nuôi cấy

Tuỳ thuộc từng loại vi khuẩn mà ta có thể chọn cho chúngnhững điều kiện nuôi cấy thích hợp nh môi trờng lỏng hoặc môi tr-ờng rắn

Ví dụ: những loài vi khuẩn hiếu khí thì ta chọn cho chúng môi ờng nuôi cấy là môi trờng rắn hoặc nuôi cấy trong môi trờng lỏng cóchế độ sục khí Trong những môi trờng nuôi cấy thì vi khuẩn pháttriển rất mạnh mẽ vì ngời ta đã tạo cho chúng những điều kiệnthích hợp cho sự sinh sản và phát triển của chúng

tr-+ Khi cấy vi khuẩn trên môi trờng đặc thì sau một thời giannuôi cấy thì những vi khuẩn đó sẽ mọc thành những khuẩn lạc gồmtập hợp các tế bào vi khuẩn đợc phát triển từ một tế bào ban đầu

Khuẩn lạc chia thành hai nhóm chính: nhẵn bóng và xù xì

e Các giai đoạn của quá trình sinh sản

+ Giai đoạn tiềm phát: giai đoạn mới cấy vi khuẩn vào môi ờng.

tr Số lợng vi khuẩn cha thay đổi vì cha có sự sinh sản

- Là giai đoạn tế bào Vi khuẩn làm quen với môi trờng sống mới,chuẩn bị bớc vào giai đoạn sinh trởngvì thế kích thớc, hình dạng tếbào có sự thay đổi, thời kì này kéo dài từ 3  4 giờ

* ý nghĩa: giúp cho vi sinh vật thích ứng với môi trờng sống

+ Giai đoạn luỹ tiến:

- ở giai đoạn này số lợng vi khuẩn tăng rất nhanh theo cấp số nhân

và làm đục môi trờng

+ Giai đoạn cân bằng: Giai đoạn này số lợng tế bào tơng đối

ổn định, tốc độ sinh sản giảm ở giai đoạn này số lợng tế bào chếttơng đơng với số tế bào sinh ra, thời gian khoảng vài giờ, vài ngàytuỳ theo điều kiện ngoại cảnh và tuỳ từng loại vi khuẩn

+ Giai đoạn suy thoái: Giai đoạn này số lợng tế bào giảm nhanh

và sự sinh sản bị đình chỉ hoàn toàn do thức ăn trong môi trờng

ít, do sự tích luỹ các sản phẩm trao đổi chất gây ức chế quá trìnhsinh sản

1.1.3 Phân loại vi khuẩn và cách gọi tên

1.1.3.1 Cách gọi tên:Tên của vi khuẩn là tên kép đợc hợp thành

+ Họ Coccaceae (Cầu khuẩn ).

Thuộc loại tế bào hình cầu phân cách theo một hớng hoặc 2,

3 hớng trực giao tuỳ theo đó mà có sự bố trí khác nhau

- Nó không có khả năng di động

- Nó ít có trờng hợp tạo thành bào tử

- Khoảng 300 loài chia làm 3 giống:

 Streptococcus ( Liên cầu khuẩn ).

 Sarana (Bát cầu khuẩn ) không phân chia theo một hớng cố định

do đó phân chia thành một khối có 8 tế bào

 Micrococcus ( Tiểu cầu khuẩn ) nó phân chia không theo một

h-ớng cố định nó tạo thành những tế bào riêng rẽ hoặc tạo thànhhình chùm nho

+ Họ Bacteriaceae (Trực khuẩn không bình thờng ).

- Tế bào hình que

- Không có bào tử

- Có tiên mao

- Có khoảng 300 loài chia làm 3 giống chính:

+ Giống Bacterium ( Hoại sinh).

+ Giống Azoterbacter: Gồm những vi khuẩn cố định

azot

+ Giống Microbacter: chúng phổ biến trong đất có khả

năng oxi hoá nitơrit thành nitơrat

+ Họ Bacilalceae (trực khuẩn bào tử ): Trực khuẩn có tế bào hình

que có khả năng tạo thành bào tử thuộc loại Gram (+)

- Dựa vào hình dáng lúc tạo bào tử chia làm hai giống:

 Giống Bacillus: chiều ngang của bào tử không vợt quá chiều ngang

của tế bào nên lúc sinh bào tử không làm thay đổi hình dạng tếbào

 Giống Clostridium: bào tử có kích thớc lớn hơn đờng kính của tế

bào vì thế làm cho tế bào phình ra ở giữa hoặc ở hai đầu

+ Họ Desmobacteriaceae.

Trong loại này vi khuẩn thờng là những đa bào tạo thànhnhững chuỗi hình sợi và đợc bọc bằng lớp vỏ nhầy Là vi sinh vật tựdỡng tham gia vào quá trình chuyển hoá Fe và S

+ Họ Spirillaceae.

Đặc điểm: những vi khuẩn này có một hoặc một số vòngxoắn, không tạo bào tử, có khả năng di động gồm hai giống:

 Giống Vibro: chỉ có một vòng xoắn hoặc có hình dấu phẩy

hoặc có hình hạt đậu Có khả năng di động nhờ tiên mao mọc ở

+ Họ Pseudomonasdaceae.

Họ này bao gồm những trực khuẩn hình que không có bào tửthờng có tiên mao mọc ở đầu Nó tham gia vào việc chuyển hoá cácchất trong tự nhiên

 Giống Rleizobium: giống này gồm các vi khuẩn sống ở trong nốt

* Lớp xoắn khuẩn (Spirochaclae).

Tế bào dài mảnh chiều dài lớn hơn chiều rộng từ 5  200 lần

tế bào có nhiều vòng xoắn tạo thành xoắn ốc gọi là lớp xoắnkhuẩn

* Lớp niêm khuẩn ( Myxobacteriae ).

Có màng nhầy bọc ở ngoài Có ý nghĩa góp phần phân giảicác hợp chất hữu cơ, đặc biệt là xenlulo

* Lớp xạ khuẩn ( Aetinomycetes ).

+ Họ Actinomycetaceae: sinh sản bằng bào tử tạo thành từng chuỗi ở

đầu khuẩn ti kí sinh

+ Họ Micromonosporaceae: Nó có khuẩn ti phức tạp trên mỗi sợi

khuẩn ti kí sinh có một bào tử

1.1.4 Cấu tạo bào tử và sự hình thành bào tử.

1.1.4.1 Cấu tạo bào tử.

Bào tử là một thể hình tròn hay hình bầu dục đợc hìnhthành trong tế bào vi khuẩn ở những giai đoạn phát triển nhất địnhcủa một sốloại vi khuẩn nhất định Mỗi một tế bào vi khuẩn chỉ cómột bào tử

* ý nghĩa: Bào tử của vi khuẩn có tính ổn định khá cao đối vớinhiệt độ thấp, sự khô cạn và tác động của các loại hoá chất, các loạibức xạ

Ví dụ: trong dung dịch phenol 5% thì tế bào dinh dỡng của vi khuẩn

bị chết rất nhanh trong khi đó bào tử có thể sống đợc 15 ngày

Năm 1911 ngời ta đã tìm đợc bào tử của vi khuẩn trên hoáthạch của con voi mamut đã chết cách đấy hàng ngàn năm

Bào tử của vi khuẩn có sức sống rất cao trong điều kiện bất lợi.Bào tử có nhiều lớp màng lớp màng ngoài cùng là màng bào tử d-

ới lớp màng bào tử là lớp vỏ bào tử ( Sporecoat ) vỏ bào tử gồm nhiềulớp và chúng có tác dụng ngăn chặn sự thẩm thấu của nớc và các chấthoà tan trong nớc Dới vỏ bào tử là lớp màng trong bào tử Trong cùng

là khối tế bào chất có cấu tạo đồng nhất Các lớp màng bào tử khônggiống với màng tế bào vi khuẩn

1.1.4.2 Quá trình hình thành bào tử.

Khi hình thành bào tử thì vi khuẩn cần sử dụng phần lớnnguyên sinh chất trong tế bào Lúc đầu chất nhân tập trung lại ởmột vị trí trong tế bào vùng ấy gọi là vùng sinh bào tử hay còn gọi làbào nguyên đối

Sau đó tế bào chất tiếp tục đợc cô đặc lại tạo thành tiền bào

tử ( prospore ) tiền bào tử này đợc bao bọc dần bởi các lớp màng vàbắt đầu khác với các tế bào dinh dỡng ở những điểm sau:

+ Khác ở tính chất chiết quang và dần dần sẽ thay đổi vàthành bào tử trong một thời gian nhất định

+ Quá trình hình thành bào tử không giống nhau đối với từngloại vi khuẩn

+ Sau khi hình thành bào tử thì bào tử cũ bị thoái hoá cònbào tử mới đợc sinh ra Bào tử cũ bị thoái hoá dần và bị tan ra cònmàng bào tử mới chín đợc giải phóng

+ Ngoài sự hình thành màng nguyên sinh chất cũng thay đổihàm lợng nớc không đổi so với tế bào dinh dỡng Nớc ở bào tử phần lớn

ở dạng liên kết không tham gia vào quá ttrình thuỷ phân nhờ đótính kháng nhiệt của bào tử tăng và hoạt tính của enzim giảm khithấm nớc và chất hoà tan Trong thành phần có nhiều lipit hoặcnhững nội mạc Đóng vai trò quan trọng trong sự nẩy mầm của bàotử

* ý nghĩa: ý nghĩa của việc sinh bào tử là bảo vệ giống loài đảmbảo sự cân bằng sinh thái

* Tính chất của bào tử:

- Bào tử của vi khuẩn có tính ổn định cao đối với sự khô cạn

và với tác động của các loại hoá chất bức xạ

- Sự mất khả năng sinh bào tử có thể là tạm thời hoặc có thể làvĩnh viễn

- Bào tử có sức chịu đựng cao với các điều kiện bất lợi củangoại cảnh Khả năng này khác nhau đối với các loại bào tử khác

loài Ba Subtilus chịu đợc 180 phút Bào tử của một số loài a nhiệt

có thể sống đợc ngay khi đun sôi liên tục 5 ngày

Ví dụ: Bào tử của Clostridium gây ngộ độc thức ăn ở nhiệt độ

Vi khuẩn làm hỏng đồ hộp là loại vi khuẩn a nhiệt sinh bào tử

Bacillus steaothermophilus muốn tiêu diệt loại vi khuẩn này ngời ta

nhiệt độ 1210C với sức nóng ớt

- Bào tử của vi khuẩn có thể sống rất lâu trong các điều kiệnkhắc nhiệt

Ví dụ:

Năm 1911 nhà vi sinh vật Omelianhi của Xô Viết tìm thấy bào

tử vi khuẩn trên xác voi ma mút vùi sâu trong băng tuyết cách đấyhàng nghìn năm

Năm 1972 khi nghiên cứu lớp quặng kali các nhà địa chất học

đã tìm thấy bào tử của vi khuẩn

Nhà bác học Tsudinop đã tìm thấy bào tử của nhiều vi sinhvật tiềm tàng trong các lớp quặng đó từ nguyên đại cổ sinh 250triệu năm khi đa vào môi trờng nuôi cấy ở nhiệt độ thích hợp thìnhững bào tử đó lại sống lại và phát triển nhanh chóng

*Về ý nghĩa và tính chất của bào tử có nhiều ý kiến trong có 3 giảthiết có sức thuyết phục hơn cả là:

+ Giả thiết 1: Bào tử có thể sống ở trạng thái tiềm sinh vì ở

đó chứa ít nớc Gần đây nhiều thành tựu mới cho thấy lợng nớc trongbào tử không chên h lệch nhiều so với tế bào dinh dỡng, nớc ở trạngthái tự do mà nớc liên kết không có khả năng làm biến tính prôteinkhi tăng nhiệt độ

Ngoài sự khác nhau về tính chất của nớc trong bào tử và trong

tế bào dinh dỡng, khác nhau về tính ổn định của bào tử đối với

dipicoricnic hay là axit pilidi 2,6 dicacboxilic Do axit này chiếm 5 12% trong lợng khô của bào tử vi khuẩn ngời ta chứng minh đợc

protêin của bào tử vi khuẩn liên kết với axit dipicolinic tạodipicolinatcanxi.

Bào tử có thể kéo dài thời gian sống vì trong bào tử các chấthoạt động sinh học với enzim đều ở trạng thái không hoạt động vàchúng chỉ hoạt động khi bào tử nẩy mầm

Bào tử chứa nhiều xixtin hơn tế bào dinh dỡng nhờ vậy mà bào

so với số bào tử sinh ra ở môi trờng ít thức ăn

Trên môi trờng chứa chất kháng sinh và một số chất sát trùngkhác thì chúng không sinh bào tử

Một số trực khuẩn khi nuôi cấy trên môi trờng nhân tạo thìsinh bào tử nhng khi cấy vào đất thì không sinh bào tử Một sốkhông ít bào tử và tế bào dinh dỡng cũng chết dới ảnh hởng của cácchất kháng sinh, ở những chất độc cũng nh ở nhiệt độ cao

Năm 1958 nhà bác học Braxinhicop khẳng định bào tử là mộthình thức đổi mới và nâng cao sức sống của tế bào vi khuẩn cóthể coi bào tử là một tế bào tiếp hợp vừa sinh ra do sự tiếp hợp giữacác phần nguyên sinh chất khác nhau của tế bào Khi gặp điều kiệnthuận lợi bào tử sẽ nẩy mầm và phát triển thành một tế bào dinh dỡngmới bằng cách lúc đó bào tử sẽ hút ẩm làm tế bào trơng lên, màngnứt ra hoặc bị phân huỷ dới tác dụng của các enzim chứa trong bào

tử lúc nẩy mầm

Bào tử thờng nẩy mầm ở đầu có thể ở một đầu hoặc cả hai

đầu có khi nẩy mầm thẳng góc theo chiều ngang, đôi khi nảymầm xiên theo chiều ngang

1.1.5 Tiên mao, tiêm mao và khả năng di động của vi khuẩn.

1.1.5.1 Tiên mao ( flagella ).

Tiên mao là cơ quan chuyển động của vi khuẩn

Cấu tạo: Là một sợi nguyên sinh chất rất mảnh có chiều rộng từ 0,01  0,05m chiều dài thay đổi tuỳ loại vi khuẩn 6  9m có loài

vi khuẩn tiên mao dài 80  90m

Năm 1938 ta quan sát đợc cấu tạo của tiên mao Sợi tiên maoxuất phát từ lớp ngoại nguyên sinh chất và nhận đợc từ nguyên sinhchất những xung động của sự chuyển động ở gốc của tiên mao cómột hạt nhỏ gọi là hạt gốc.

chất Tiên mao cố định vào tế bào vi hkuẩn nhờ một cái móc cos ờng kính lớn hơn đờng kính ở sợi tiên mao một chút và có cấu tạobởi một loại prôtein khác với loại flagengin

đ-Cấu tạo của móc gồm một số vòng nhẫn Với vi khuẩn gram (-)

có 4 vòng nhẫn, với vi khuẩn gram (+) có hai vòng nhẫn

Về mặt hoá học tiên mao có bản chất là protein cụ thể là nó có98% là prôtein và có rất ít hidratcacbon

Chức năng của tiên mao là giúp cho vi khuẩn có thể di chuyển

đợc Có loài vi khuẩn có rất nhiều tiên mao, có loài mỗi đầu có mộttiên mao, có loài không có tiên mao hoặc có loài mỗi đầu có một tiênmao có loài có một chùm tiên mao, có loài tiên mao mọc ở xungquanh cơ thể nh loài salmonlla

Sự sắp xếp và sự có mặt của tiên mao trên tế bào là một tiêuchuẩn để định tên vi khuẩn tuy nhên điều kiện môi trờng và thờigian nuôi cấy có thể ảnh hởng đến khả năng di động của các vikhuẩn có tiên mao

Một số loài vi khuẩn có tiên mao lúc còn non đến già thì lạimất tiên mao

Sự sắp xếp vị trí các tiên mao còn ảnh hởng đến tốc độ dichuyển và khả năng di động của vi khuẩn

Ví dụ: một số vi khuẩn có tiên mao mọc ở đầu thì có khảnăng di động nhanh nhất và di động theo một hớng rõ rệt Cònnhững vi khuẩn có tiên mao mọc xung quanh thì chuyển động lungtung

1.1.5.2 Tiêm mao ( pili, fimbriae ).

Sợi ngắn mảnh 0,01m, sợi dài 0,3  1m đợc phân bố khoảng

100  400 trên một tế bào vi khuẩn

* ý nghĩa: Tiêm mao giúp vi khuẩn bám vào bề mặt cơ chất nó còn

có ý nghĩa làm tăngbề mặt tiếp xúc giúp cho vi khuẩn hấp thụ đợcnhiều chất dinh dỡng

Ngoài khả năng di động của tiêm mao nó còn có thể dao động

1 cách hỗn loạn trong môi trờng lỏng nhờ sự va chạm của các phân tửchất lỏng

Cơ thể của nấm là một tản, tức là một cơ thể có bộ máy sinhdỡng cha phân hoá thành các cơ quan khác nhau Một tản bao gồmnhánh sợi nhỏ gọi là hệ sợi, những sợi và hệ sợi thờng không màu, có 2loại sợi là sợi sinh sản và sợi dinh dỡng Sợi sinh sản thờng mọc vơn rangoài không khí và tạo thành bào tử, sợi dinh dỡng mọc trong chấtnền và hấp thu chất dinh dỡng Tản của nấm có thể đơn bào hìnhcầu hoặc hình trứng, nhng thông thờng có dạng sợi và đợc gọi là sợinấm Sợi nấm có thể có vách ngăn hoặc không có vách ngăn Các sợinấm rất nhỏ, thờng có đờng kính trung bình khoảng 5m, pháttriển theo chiều dài ở ngọn và có thể tạo thành các nhánh ngang Cảsợi nấm và các nhánh nấm nếu có phát triển từ một bào tử nấm theo

ba chiều trên một khối sợi, gọi là hệ sợi nấm ở một số nấm, các sợinấm có nhánh quấn chặt, thậm chí dính liền với nhau theo chiềudọc tạo thành các dạng hình thái đặc biệt nh thể đệm, hạch nấm,chụp nấm, rễ giả.v.v Trong phần lớn mốc, sự tăng trởng theo cácsinh trởng đỉnh nhánh đợc mọc và phát triển ra từ phần sợi cách xa

đỉnh Trong ít loài, tất cả tế bào có thể tiếp tục phát triển, sinh ởng và phân chia Sợi nấm không có vách ngăn tạo ra tế bào lớn chứanhiều nhân Sợi có vách ngăn có thể chứa 1, 2 hoặc nhiều nhântrong mỗi tế bào Nhân thờng nhỏ và chỉ có thể quan sát đợc bằngphơng pháp nhuộm màu đặc biệt ở những cơ thể còn non tế bàochất có thể chiếm gần đầy tế bào, khi già thờng bị thu hẹp lạithành một lớp mỏng nằm sát màng tế bào Phần trung tâm tế bào

tr-có thể xuất hiện không bào lớn chứa đầy chất lỏng không màu trong

đó có một vài thức ăn dự trữ nh chất béo, glucogen, glubolin vànhững hạt nhỏ có màu cũng có thể xuất hiện trong tế bào chất xungquanh không bào

Các vách ngang ở sợi nấm ngăn vách đều có lỗ thông Lỗ thôngnày có cấu tạo đơn giản hay phức tạp tuỳ từng nấm, nhng khôngnhững để chất nguyên sinh đi qua mà nhân tế bào cũng có thể dichuyển qua để tới những phần sợi nấm đang có những hoạt độngsinh lý, hoá sinh mạnh Nh vậy, kể cả ở sợi nấm không ngăn vách cũng

nh ở sợi nấm ngăn vách, sợi nấm có thể đợc coi nh một ống dài chứachất nguyên sinh nhiều nhân tế bào và các thành phần cấu tạo kháccủa tế bào Mỗi tế bào trong một sợi nấm (có vách ngăn hoặc không

có vách ngăn) không có cấu tạo riêng và cũng không có các hoạt độngtrao đổi chất độc lập trong pham vi tế bào Mặc dù mỗi đoạn trênmột sợi nấm có sự phân hoá khác nhau nhng sự phân hoá này khôngliên quan đến dạng cấu tạo tế bào đặc trng của sợi nấm mốc

Nấm mốc không có chất diệp lục nên chúng không có khả năng

tự tổng hợp chất hữu cơ từ những hợp chất đơn giản sẵn có trongthiên nhiên Vì vậy phơng thức sống cơ bản của nấm mốc là sốnghoại sinh, ký sinh và một số nhỏ sống cộng sinh với Tảo trong địa y

1.2.1.2 Đặc điểm sinh sản của nấm mốc.

Hầu hết mốc thờng có thể đợc nhân lên từ một phần của cơthể ở môi trờng mới, nhng thờng quá trình phát triển cùng với sự nẩychồi của bào tử Bào tử có hình dạng và kích thớc khác nhau, có thể

là một tế bào hoặc nhiều tế bào Một bào tử gồm ngoài cùng làmàng, vỏ bào tử,màng trong, bào tử nội sinh Vỏ bào tử có thể nhẵnnhụi hoặc sần xù bởi nhiều tia nhỏ, vỏ trong bào tử nội sinh bao bọcnguyên sinh chất trong có những giọt giàu hoặc chất béo và mọthay nhiều nhân Khi gặp điều kiện thuận lợi bào tử mốc ra một cáimấu lồi sau đó kéo dài ra hoặc nẩy ra một cái chồi hình ồng(h.1.1.) Mỗi ống phôi cps hình thon dài và phân nhánh, tạo ra các sợihoặc làm thành hệ sợi Sau đó sợi sinh ra bào tử, bào tử phát triểnthành sợi sinh sản, hoặc một số sợi cho ra loại quả thể đặc biệt đểtạo ra bào tử

Có hai loại bào tử : bào tử vô tính và bào tử hữu tính Bào tửvô tính là loại sinh sản không có sự kết hợp của hai giao tử hoặc hai

tế bào đực cái Thực tế đa số mốc thờng tạo ra bào tử vô tính Cácbào tử vô tính khác nhau bởi các đặc điểm hình thái và bởi các

đặc điểm phát sinh Một số mốc cũng sinh sản hữu tính Hìnhthức sinh sản hữu tính cũng rất đa dạng (đẳng giao, dị giao vànoãn giao)

- Sự nảy chồi của sợi để tạo ra bào tử (Blastospore).

- Sự phân đoạn của các sợi đỉnh, sau đó có sự vo tròn lại vàtách ra thành đoạn để tạo ra bào tử phấn (arthrospores) Những

đoạn có thể tạo ra những sợi mới

- Sự vo tròn và sự dày lên của thành tế bào của tản dinh dỡng tạo

ra hậu bào tử (Chlamydospores) Những tế bào có thể ở giữa hoặc

đầu cùng Có thể xuất hiện riêng rẽ hoặc chuỗi của sợi dinh dỡnghoặc trong những nhánh đặc biệt Chúng có tính kháng và có thểcoi nh bào tử nghỉ

+ Sự tạo ra bào tử vô tính: Đây là giai đoạn không bảo toàn của

nấm mốc

- Nấm bất toàn là những mốc chỉ tạo ra những bào tử vô tính Sự

sinh sản đợc xảy ra bởi sự phát triển của bào tử bằng những cáchkhác nhau Mốc đợc phân loại theo hình dạng bào tử và cách tạo ranó

- Phycomycetes phát triển bằng cách vô tính tạo ra những nang ở

đỉnh của cuống nang, trong nang lại chứa những bào tử nang

- Ascomycetes phát triển tạo ra những thành bào tử mỏng trên

đỉnh sợi hoặc cuống đính bào tử gọi là bào tử đính hoặc là

đính Chúng có thể nhú ra từ đỉnh của cuống đỉnh hoặc nảychồi từ cuống đỉnh

+ Sự tạo ra bào tử hữu tính: Bào tử hữu tính là kết quả của sự

kết hợp và đợc tạo ra trong hoặc trên những tế bào đặc biệt

- Sự tạo thành bào tử hữu tính ở Phycomycetes : Sự hợp nhất của

những giao tử trong tế bào lớn tạo ra những bào tử động oosporeshoặc zygospore là sự kết hợp của hai giao tử giống nhau

- Bào tử hữu tính ở Ascomycetes: Nang là tế bào mẹ của bào tử

đợc sinh ra do sự kết hợp nhau tạo ra bào tử nang Các bào tử nang cóthể đợc tạo ra bởi sự kết hợp trực tiếp hoặc bởi sự kết hợp của 2 tếbào sợi hoặc bởi sự kết hợp của cơ quan hữu tính nhất định hoặc

từ sợi sinh nang nảy chồi ra sinh ra hợp tử hai nhân Trong tất cả cácnang non đều có hai nhân Nhân này đợc hợp nhất lại tạo ra nhân l-ỡng bội trải qua sự giảm phân để tạo ra 4 nhân đơn bội Các nhân

đơn bội lại phân chia cho ra 8 bào tử

1.2.1.3 Phân loại mốc:

Lớp I Phycomycetes: sợi dinh dỡng không có vách ngăn hoặc sự

hình thành các vách ngăn đợc tạo thành trong mối liên quan với sựphát triển của cấu trúc sinh sản Bao fử túi phát triển chứa túi bào tử(bào tử nang) chuyển động hoặc không chuyển động hoặc bào tử

đính Bào tử noãn gọi là hợp tử hoặc bào tử tiếp hợp đợc hình thànhsau sự thụ tinh, đôi khi không có sự hợp nhất của hai giao tử hoặc túigiao tử Một số loài là ký sinh, một số khác là hoại sinh

Bộ Mucorales: sự phân chia phụ thuộc vào bào tử túi Túi bào

tử hình cầu hoặc hình trứng thờng chứa nhiều bào tử Một hoặcmột ít hợp tử đợc tạo thành từ hai giao tử Hợp tử có thể trần hoặc đ-

ợc bọc bởi một màng ngoài phát triển từ màng của tế bào sinh ra nó

từ chỗ treo nó Túi bào tử chứa nhiều bào tử Bọng bào tử hình trụ

Họ Mucoraceae: túi bào tử phát triển trên nhánh bên sinh ra

cuống túi bào tử Cuống túi bào tử đơn giản hoặc phân nhánh

Giống 1 Mucor: có 3 kiểu đính của nhánh: mucor đơn bào thì cuống bào tử không phân nhánh Loài Racemucor có một thân chính phân nhánh từ các nhánh bên, còn loài Cimomucor phân

nhánh ở cuống túi bào tử, có thân bò Túi bào tử đơn ở tận cùng

phía trên của cuống bọc Còn loài Monomucor cuống túi bào tử rất ít

khi hoặc không bao giờ phân nhánh

Giống Mucor mucedo: bọng hình quả lê, hình trụ Túi bào tử

màu xám, bào tử có đốt hoặc hậu bào tử không có

M.racemosus: bọng hình trứng hoặc hình quả lê Sợi nằm sâu

trong canh trờng sinh sản bằng cách phân chia giống tế bào nấmmen hoặc bằng bào tử phân đốt nảy chồi bằng cách nảy mầm Hậubào tử màu đen đợc tạo ra từ những sợi khí sinh Tế bào giống nấmmen có khả năng lên men đờng thành rợu

M.Rouxii: bọng hình trụ, bào tử to hình ovan, hậu bào tử màu

đen xuất hiện ở những sợi trong không khí và tế bào nảy chồi Sinh

ra nhiều enzym chuyển hoá trực tiếp tinh bột thành đờng và lênmen rợu Thờng đợc dùng trong sản xuất cồn

M.circinenloides: Túi bào tử có hai dãy Bào tử hình cầu, hình

elip Sợi cơ chất phân chia giống tế bào nấm men

- Có khoảng vài trăm giống và hàng nghìn loài (ít nhất 80.000)

đ-ợc miêu tả Trong đó một số giống xuất hiện và có thể dễ dàng nhận

ra Giống thờng xuất hiện là Mucor, Rhyzopus, Cephalothecium

(Trichothecium), Geotrichum, Candia, Aspergillus, Penicillium, Cladosporium và Alternaria.

Rhyzopus: Thân phát triển bằng cách bò lan Các loài này

th-ờng phân biệt với Mucor bởi sự có mặt của rễ giả, hình dạng của

bào tử có cột hình bán cầu không tròn hoặc hình trụ, sinh sản và

sinh trởng nhanh hơn Mucor Có nhiều loài: Rh japonicocus,

Rh.oryzae, Rh.peka II, Rh tokinensis Chúng có một số đặc điểm

chấm nhỏ Bào tử dễ bay hơi trong không khí, gặp điều kiệnthuận lợi sẽ nẩy mần.

- Có khả năng sinh tổng hợp hệ amylaza và đợc dùng nhiều trongsản xuất rợu

+ Rhizopus ehrengery

Tản tăng trởng rất nhanh, rất xum xuê, có khả năng tự pháttriển nhờ phát tán bảo tử, có nhiều trong phân gia súc và trong đất.Cuống bọc bào tử bắt màu mạnh, tận cùng có dạng phễu riêng hay từ2-6 bó dới gốc có rễ giả màu đen trụ giữa màu nâu hình cầu hoặcbán cầu Bào tử hình ellip, trơn hoặc có vân

Giống có 15 loài, trong đó 3 loài thờng gặp và quan trọng là :

tr-+ Rhyzopus oligosporus Saito

Thảm xám màu nâu nhạt cuống bọc bào tử riêng hay thành bó4-6 với rễ giả ngắn ở gốc là 1mm Bọc bào tử hình cầu màu đen có

đờng kính 100-180m Trụ giữa hình cầu hoặc hình cầu méobào tử trơn màu nâu nhạt hình dạng không đều 7-12 (24)mm Hậubào tử nhiều có trong tất cả các phần của tản Hình cầu đến trục

+ Rhizopus oryzae

Tản màu nâu nhạt từ 1-3cm Cuống bọc bào tử riêng hay thành2-3 bó Rễ giả màu nâu vàng ít phân nhánh Bọc bào tử hình cầuvới thành có gai nhỏ (50-100) x(150-200) m Trục giữa hình cầuhay trứng, bào tử không đều thờng có góc màu xám hay màu nâu.Hậu bào tử hình cầu

Phân bố: Rất phổ biến: ở đất,ở hạt, nguyên liệu thực vật

đang phân giải

+ Mucor:

Mucor: Đây là giống lớn nhất của Bộ Mucorales, thớng tìm thấy

trong đất, trong phân bón và trên các mặt hoa quả, rau, bánh mỳ

và thức ăn giàu tinh bột Hệ sơi dinh dỡng lan sâu vào môi trờngthức ăn và kéo dài lên trên không khí gọi là sơi khí sinh Hệ sợi th-ờng có màu trắng Vách ngăn thờng đợc tạo ra từ phần gần đỉnhcủa mỗi một sợi nấm, đầu tận cùng tế bào của sợi phồng ra một mấutròn, hình trụ hoặc hình quả lê gọi là cột Túi bào tử màu đenthành của túi bào tử khi chín dễ dàng bị vỡ ra, giải phóng ra nhiềubào tử Mỗi một bào tử có khả năng lập lại chu kỳ phát triển của sợinấm

Hình 1.2.

Dới một số điều kiện thuận lợi cho phép thì hai tế bào của haisợi khác nhau có thể tiếp hợp với nhau cho ra một bào tử tiếp hợp Bào

tử tiếp hợp tiếp tục phát triển thành túi bào tử tại đỉnh Mucor và

Rhizopus rất giống nhau Song có thể phân biệt bởi một số đặc

điểm sau: Mucor không có rễ giả, cuống bọc bào tử nang có thể

sinh ra ở bất kỳ chỗ nào và nang trụ không có hình bán cầu, khôngsát với vách bào tử nang

- Khuẩn ty có hai loại (+) và (-) màu trắng, phân nhánh, giốngnhau về hình thái, khác nhau về sinh lý Từ một loại khuẩn ty cóthể sinh sản vô tính Từ hai loại khuẩn ty có thể sinh sản hữu tínhbằng tiếp hợp cho ra bào tử nang đa hạch, về sau là các bào tử nộisinh

- Trong sản xuất ngời ta hay dùng các loài: Mucor rouxii, Mucor

mucedo, Mucor javanicus, Mucor hydrophilus Nhng ở nớc ta thờng

dùng Mucor roxii Mucor rouxii phát triển mạnh trên môi trờng thạch

Czapek- Dox, khuẩn ty phân nhánh nhiều, không có vách ngăn, đahạch, khuẩn lạc cao, không nếp nhăn, bám vào vào nắp hộp Peptri.Cuống bào tử nang thờng tròn, đờng kính 60-80m Nang trụ 20-25m Bào tử tròn, đờng kính 6-7m.Khuẩn ty lúc non màu trắng,già có màu xám nhạt Bào tử nang từ màu trắng chuyển dần sangmàu vàng nhạt, đỏ xám, đen, làm cho khuẩn lạc xám đen dần Mặtdới khuẩn lạc không có nếp nhăn, không màu

- Ngoài khả năng sinh tổng hợp enzym amylaza còn có khả năngsinh tổng hợp lên men rợu trong đièu kiện yếm khí, enzym của

Mucor rouxii có thể lên men đờng thành rợu Hiện tợng này thờng hay

gặp trong quá trình sản xuất nấm mốc theo phơng pháp bề mặt

- Tản cấu tạo hình ống, mọc thành cụm hoặc thảm nhung hoặcdạng bông Cuống bọc bào tử dạng đứng, hoặc tận cùng bởi một bọcbào tử; hoặc phân nhánh gốc kép, trục đơn độc hoặc hỗn hợp Túibào tử hình cầu, màu trắng hoặc ít bắt màu Bào tử có hình dạngthay đổi - trơn hoặc có hạt nhỏ, hậu bào tử đôi khi có

- Là một trong giống quan trọng của Mucorales bởi số lợng loài lớn

(gần 50 loài) Trong đó có một vài loài thờng gặp là

+ M mucedo:

- Cuống bọc bào tử có thể mọc dài trên cơ chất tự nhiên, khôngphân nhánh hoặc có phân nhánh với chân phân nhánh kết thúc bởimột bọc bào tử

- Tản trắng trở nên xám, dạng bông Cuống bọc bào tử có kích thớcthay đổi, phân nhánh gốc ghép hay trục chính Bọc bào tử hìnhcầu, có cuống bọc bào tử Chúng có thể gây lên men cồn trong môitrờng thiếu khí.

+ Aspergillus:

Aspergillus có thể tìm thấy dễ dàng ở khắp mọi nơi trong

không khí, trên cơ chất Loài mốc đợct tìm thấy trên bề mặt hoa

quả thối, gạo, bánh mỳ và các thực phẩm khác Aspergillus thờng tìm

thấy trên môi trơng nuôi cấy thanh trùng cha đảm bảo Màu sắc cóthể rất thay đổi Nó có thể xuất hiện màu xanh, màu vàng, màu dacam, màu đen hoặc màu nâu Loài mốc có dạng bột Hệ sợi phânnhánh và có vách ngăn Hệ sợi phình ra tại một diểm để tạo racuống bào tử đính Cuống bào tử đính không phân nhánh, đa sốcuống ngắn gọi là cuống đính bào tử (cuống nhỏ) phát triển từ

đỉnh hoặc ở phần cuối của túi bào tử Có hai loại khuẩn ty ký sinhphát triển trên mặt môi trờng và khuẩn ty dinh dỡng ăn sâu vào môitrờng Khuẩn ty phân nhiều nhánh, có nhiều vách ngăn tế bào, mỗi

tế bào có một hạch nhân Nang và nang bào tử là quả thể màu vàng

kim Khi Aspergillus hình thành bào tử dễ phân biệt với các nấm

mốc khác

- Giống Aspergillus : Cuống đính bào tử dài và khác biệt với sợi

nấm dinh dỡng và đính bào tử thành chuỗi

- Aspergillus niger có màu đen, cuống đính bào tử thờng nhẵn.

Từ năm 1877, ở Nhật bản ngời ta đã phát hiệnvà sử dụng Aspergillus vào việc sản xuất rợu, phân giải protit Nhng gần đây, thành tựu

khoa học lại chứng minh rằng một số nấm mốc bên cạnh khả năngsinh tổng hợp enzym có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất lại sinh

độc tố gây không ít nguy hiểm cho ngời sử dụng, trong đó có mốc

Aspergillus niger.

1.2.2 Nấm men (Yeast):

Nấm men là lớp nấm nang có hình cầu, hình trứng, hìnhque, cấu tạo đơn bào và nhân chuẩn (Eucarion Nấm men thờng đ-

ợc sử dụng trong sản xuất rợu là các chủng thuộc giống

Saccharomyces, họ phụ Saccharomycetoideae, thuộc họ Endomycetaceae, lớp Ascomycetes, ngành Ascomycotina

Eumycophyta, giới phụ Amastigomycota, giới nấm Fungi Chúng thờng

phân bố rộng trong tự nhiên ,đợc tìm thấy trong đất, bụi, trên bềmặt quả, và lá của nhiều loại thực vật Đặc biệt chúng có trong đấtcủa vờn tròng cây ăn quả và vờn trồng nho Nấm men có mặt trên

bề mặt hoặc lớp dói cặn dày của nứoc hoa quả ép Dịch malt, vàdịch đờng khác

- Đa số nấm men có khả năng lên men đờng, thích nghi với môitrờng có nồng độ đờng cao, và tính axit cao

- Đa số nấm men sinh sản theo kiểu nẩy chồi, đôi khi bằngphân cắt

1.2.2.1 Đặc điểm hình thái và cấu trúc tế bào nấm men.

Nấm men là vi sinh vật điển hình cho nhóm nhân thật, kíchthớc tế bào nấm men thờng lớn gấp 10 lần so với vi khuẩn Ví dụ:

Saccharomyces cerevisiae có kích thớng thay đổi trong khoảng 2,5

 10 m x 4,5  21 m Tuỳ loại nấm men mà tế bào có hình dạngkhác nhau nh hình cầu, hình trứng, hình ovan, hình quả chanh,hình elip, hình mũ phớt, hình sao thổ, hình cái liềm, hình thuôn,hình thoi, hình ong, hình cung nhọn, hình kéo dài, hình bán cầu,hình thận, hình quả lê, hình elip dài v.v

Có loài nấm men có sợi nhng cha thành sợi rõ rệt mà chỉ donhiều tế bào nối với nhau thành chuỗi dài Sự tạo sợi của nấm men bị

ảnh hởng bởi điều kiện môi trờng: Nhiệt độ , chất dinh dỡng, chất

độc, tuổi giống và tia bức xạ

Thành tế bào nấm men dày khoảng 25 nấm men (chiếm 25%khối lợng khô của tế bào) Đa số nấm men có thành tế bào cấu tạo bởiglucan và mannan Một số tế bào chứa kitin và mannan Trong thành

tế bào còn chứa khoảng 10% protein (tính theo khối lợng khô), trong

số protein này có một phần là các enzym Trên thành tế bào có mộtlợng nhỏ lipit

Dới thành tế bào là lớp màng tế bào chất gồm 3 tầng kết cấukhác nhau Cấu tạo chủ yếu là protein (chiếm 50% khối lợng khô),phần còn lại là lipit (40%) và một ít polysaccarit

- Protein

- Lipit glixero-mono, di, trieste

- Sterol

- Hidrat cacbon

Nhân của tế bào nấm men đợc bao bọc bởi một màng nhân

nh ở các sinh vật có nhân thật khác Màng nhân của nấm men cócấu trúc 2 lớp và có rất nhiều lỗ thủng

Nhân của tế bào nấm men rợu Saccharomyces cerevisiae có

chứa 17 đôi nhiễm sắc thể ADN trong tế bào nấm men đơn bội cókhối lợng phân tử là 1 x 1010 Da (Dalton, 1 Da = 1,67 x 10-24g)

Ty thể của nấm men cũng giống với các sợi nấm và các sinh vật

có nhân khác ADN của ty thể nấm men là một phân tử dạng vòngchiếm 15  23% tổng lợng ADN của toàn tế bào nấm men

Có một loại plasmit ở tế bào nấm men Saccharomyces

cerevisiae đợc gọi là “2m plasmit” cóa vai trò quan trọng trong kỹ

thuật di truyền Loại này là một ADN vòng chứa 6300 đôi bazơ

Các tế bào nấm men khi già sẽ xuất hiện không bào Trongkhông bào có chứa các enzym thuỷ phân, poly photphat, lipoit, ionkim loại, các sản phẩm trao đổi chất trung gian Ngoài tác dụng mộtkho dự trữ không bào còn có chức năng điều hoà áp suất thẩm thấu

1.2.2.2 Đặc điểm sinh sản: Nấm men có nhiều hình thức sinh

Nảy chồi là phơng pháp sinh sản phổ biến nhất ở nấm men ậ

điều kiện thuận lợi hầu nh tế bào nấm men nào cũng nảy chồi Khichồi xuất hiện các enzym thuỷ phân sẽ phân giải phần polysaccaritcủa thành tế bào làm cho chồi chui ra khỏi tế bào mẹ Vật chất mới

Thành phần

của màng tế

bào chất nấm

men

đợc tổng hợp sẽ đợc huy động đến chồi và làm chồi phình to dầnlên, khi đó xuất hiện một vách ngăn giữa chồi và tế bào mẹ Thànhphần của vách ngăn giống thành tế bào Khi tế bào chồi tách khỏi tếbào mẹ ở chỗ tách ra còn giữ lại một vết sẹo của chồi và trên tế bàocon cũng mang một vết sẹo.

1.2.3 Giả nấm men Endomycopsis.

1.2.3.1 Đặc điểm hình thái và sinh lý của giống Endomycopsis :

Giống Endomycopsis có cơ thể trởng thành là hệ sợi cùng với

bào tử đính nhiều chồi, bào tử phấn Sự nhân đôi bằng cách phâncắt ngang và sự nẩy chồi nhiều phía Nang bào tử có hình bán cầu,

ô van, lỡi liềm, nhẵn, sần sùi, hoặc có hình phóng xạ ở xung quanh,

và sinh ra bằng tiếp hợp đẳng giao hoặc sinh sản vô tính Để phânloại nấm men ngời ta dựa vào những đặc điểm hình thái, sinh sản,

và sinh lý

Họ Saccharomycetaceae là một họ thuộc các nấm men có bào

tử nang Các giống trong họ này có bào tử, sinh sản bằng nảy chồi

1  4 bào tử Nang bào tử đợc hình thành bằng hình thức đẳnggiao hoặc dị giao hoặc bằng hình thức sinh sản vô tính Sinh sảndinh dỡng bởi nẩy chồi hoặc phân đôi Hệ sợi phong phú Có nhiềuhình thức tạo nang và bào tử có nhiều hình dạng: Bào tử có thểhình sao thổ, dạng mũ hoặc hình liềm, hình tròn hoặc hìnhovan Theo Kreger-van Rij (1970) có khoảng 11 loài Tuy nhiên cómột số tác giả khác (Wickerham,1970) không đồng ý với sự phân loại

trên và đã chuyển các loài tới các giống Hansenula, Pichia,

Guiliermondella, và Schwanniomyces Nhng đến năm 1971 Van der

Walt và Scott đã thay đổi tên của giống tới Saccharomycopsis Đến

năm 1972 chính tác giả và Von Arx đã chuyển nhiều loài

Endomycopsis đến các giống mới Giống Endomycopsis là giống duy

nhất trong họ Saccharomycetaceae có thể sợi nấm thật và nấm giả

1.2.3.2 Vai trò của giả nấm men: Endomycopsis có khả năng

sinh tổng hợp amilaza Đó là hỗn hợp của nhiều amylaza tham gia quátrình thuỷ phân tinh bột (- amylaza) và khả năng sinh tổng hợpglucoamylaza cao nên có khả năng dextrin hoá cao Nhiều côngtrình nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngoài nớc dẫ phân

lập và tuyển chọn đợc những chủng có ý nghĩa trong thực tế sản

xuất nh: Nguyễn Lân Dũng chọn đợc chủng E.fibuliger 119 có khả

năng phân giải tinh bột cao Tác giả đã so sánh chủng này với 9

chủng Endomycopsis nhận từ nớc ngoài và thấy rằng chủng

E.fibuliger 119 có khẳ năng sinh tổng hợp glucoamilaza cao, Hattiori

Y, Nguyễn Thị Sơn, đã chứng minh đợc Endomycopsis sp có hoạt

tính amylaza cao

Lee.C Anthony và Yusaka Fujio, 1997 đã phân lập

Endomycopsis fibuliger từ bánh men thuốc bắc và xác định đợc hoạt

lực glucoamylaza của chúng

Đặng Thị Thu đã nghiên cứu Endomycopsis fibuliger dùng trong

sản xuất thức ăn chăn nuôi

Từ các kết quả đó, chúng ta có thể khẳng định

Endomycopsis có khả năng sinh tổng hợp glucoamylaza Chúng u

việt hơn nấm mốc là không chứa nhiều enzim transglucozilaza Đó

là u điểm nổi bật cho phép sử dụng chế phẩm glucoamilaza của

Endomycopsis sẽ không có mùi lạ từ nấm mốc tạo hơng vị thơm ngon.

1.3 Virus.

1.3.1 Hình thái và cấu tạo.

1.3.1.1 Đặc tính chung của virus.

Không có cấu tạo tế bào, không có khả năng sinh sản trong môitrờng dinh dỡng tổng hợp nó sống bằng hình thức kí sinh nội bào

1.3.1.2 Hình thái và kích thớc của virus.

Có nhiều hình dạng khác nhau Hình cầu 100  150nm

Hình que: ở bệnh gây đốm thuốc lá

Loại virut có nhiều cạnh là vi rút gây bệnh đậu mùa có kích thớckhoảng

30  350nm

1.3.1.3 Cấu trúc.

Có cấu trúc đơn giản bất kỳ một loại virus nào cũng đều có vỏ

là protein trong nhân là axit nucleic Vỏ của virus có cấu trúc rất

đặc biệt các phân tử với phân tử lợng là 18000  30000 tập hợp lạivới nhau thành đơn vị hình thái liên kết với nhau thành vỏ gọi làcapside Các capside đợc sắp xếp theo 2 kiểu xoắn khối và hỗn hợpcacxome số lợng cacxome ở mỗi loại virus khác nhau ở mỗi loài virus

có khoảng 12  2250 capxome

Capside: có chức năng bảo vệ các axit nucleic bên trong khỏi bịcác ảnh hởng của ngoại cảnh Một số loài virus lớn bên ngoài capsidecòn có một màng ngoài đợc cấu tạo từ gluxit, lipit đôi khi có cả mộtvài enzim.

1.3.2 Đặc tính sinh lí của virus.

Virus là một tổ chức sống dới mức tế bào Nó cha có quá trìnhtrao đổi chất độc lập mà phải sống trong điều kiện sống kí sinhbắt buộc Sự kí sinh này là sinh hoá Một loại virus chỉ sống kí sinhtrên một vật chủ

Virus phải nuôi trong tế bào mô hoặc trên vật chủ nhất định.Khả năng tái sinh của virus: Khi ở bên ngoài tế bào vật chủ thìvirus không thể sinh sản đợc nó chỉ nhân lên về số lợng Khi kísinh ở bên trong tế bào theo một kiểu sinh ssản đặc biệt gọi làhiện tợng tái sinh Đầu tiên virus đợc hấp thụ trên tế bào rồi đi vàobao tợng, dới tác dụng của các enzim thuỷ phân các capside đợcphân giải, giải phóng ra các phân tử axit nucleic các phân tử axitnucleic đóng vai trò nh cái khuôn sử dụng hệ thống tổ chức của tếbào để tổng hợp nên các phân tử axit nucleic con và các phân tửprotein đặc hiệu của virus từ axit nucleic con và prôtein đặc hiệu

sẽ đợc thoát ra ngoài rồ xâm nhập vào tế bào mới rồi thực hiện quátrình tái sinh Một chu kì tái sinh có thể kéo dài từ 6  8 giờ Đối vớivirus có nhân AND và tăng lên gấp 2 lần đối với virus có nhân AND.Kết quả là từ 1 virus ban đầu sau 1 chu kì tái sinh cho ra 1 nghìn,

10 nghìn hay vài vạn virus mới

1.4 Thể thực khuẩn (Bacteriophage)

1.4.1 Hình thái.

Đầu thờng có hình tròn hay hình bầu dục, còn đuôi dài ra

kích thớc của phần đuôi thay đổi từ 35  100nm

Cấu trúc: đuôi là một ống rỗng có cấu trúc protein phức tạp trong

đuôi có một ống để dẫn axit nucleic mỗi khi bơm vào tế bào trụ

đ-ợc bao bọc bởi một lớp vỏ gọi là bao phôi

Đuôi có cấu tạo đặc biệt từ các đơn vị hình thái sắp xếptheo kiểu xoắn hoặc có khả năng co lại để tống axit nucleic vào tếbào Cuối đuôi thờng có một tấm để mang 5  6 sợi mảnh, nhờnhững sợi mảnh này mà các thực vật thể đợc hấp phụ trên những vikhuẩn tơng ứng

Đuôi có tác dụng nh một bắp cơ cực nhỏ khi co lại sẽ đẩy phầnaxit nucleic ở đầu vào vi khuẩn toàn bộ vỏ và đuôi sẽ ở lại bên ngoài

tế bào vi khuẩn

Sống kí sinh bắt buộc ở vi khuẩn hấp thụ trên bề mặt của vikhuẩn sau đó, màng vi khuẩn bị phá vỡ và tan ra Nếu nuôi vi khuẩntrên môi trờng lỏng thì môi trờng sẽ trử nên trong Nó làm cho vikhuẩn không hoạt động đợc nữa

Mỗi một loài thực khuẩn thể chỉ có tác dụng lên một loài hoặcmột nhóm nhất định nếu làm thay đổi hoàn cảnh thì thực khuẩnthể cũng thay đổi tính chất và tác dụng lên một vài thực khuẩn thểkhác

Thực khuẩn thể có sức đề kháng tơng đối cao đối với sự khô

Chơng 2 Dinh dỡng và phát triển của vi sinh vật

Trao đổi chất của vi sinh vật chính là một trong ba đặc tínhchủ yếu của sự sống Trao đổi chất, sinh sản di truyền và biến

đổi Trao đổi chất gồm hai quá trình cơ bản là dinh dỡng và hôhấp:

- Dinh dỡng bao gồm thu nhận, tiêu hoá thức ăn tức là quá trình

đồng hoá

- Hô hấp bao gồm sự oxy hoá các hợp chất phức tạp thành cácchất đơn giản có kèm theo sự giải phóng năng lợng - dị hoá

2.1 Thành phần hoá học của vi sinh vật.

2.1.1 Thành phần hoá học của vi sinh vật: Nói chung các chất

trong thành phần tế bào tơng tự nh ở sinh vật bậc cao Nó thay đổituỳ loài tuỳ thuộc vào môi trờng dinh dỡng

Trong tế bào vi sinh vật gồm các hợp chất sau: phần nớc vàphần khô

1 Nớc chiếm 85 - 90% trọng lợng nguyên sinh chất

2 Prôtêin là thành phần chủ yếu của phần khô trong tế bào visinh vật, thờng chiếm khoảng 80% trọng lợng khô Một số vi sinh vậtchỉ có 13 - 14% prôtêin Lợng prôtêin nhiều ít tuỳ thuộc nhiều vao

điều kiện đặc biệt là thức ăn Cấu tạo prôtêin của vi sinh vật cũngtơng tự nh prôtêin ở sinh vật bậc cao

3 Gluxit: Chiếm khoảng 10 30% chất khô trong đó thì 2 3% là ribose (trong thành phần axit nuclêic) còn phần lớn là nhữngpolisaccarit Gluxit có vai trò lớn trong tế bào vi sinh, nó tham giasinh tổng hợp prôtêin và lipit và lipit để xây dựng tế bào, giáp mạc

-để làm vật liệu năng lợng trong quá trình hô hấp

4 Lipit và các chất tơng tự (lipit)

- Lợng lipit và lipoit nhiều hay ít là phụ thuộc vào thành phần môitrờng thức ăn

- Đa số vi sinh vật có từ 1 - 3% lipoit nhng một số dạng vi khuẩntrong môi trờng có nhiều gluxit, ít hợp chất có N thì lợng lipit có thểlên tới 50%

- Chất béo trong tế bào có thể ở dạng tự do hoạc dạng kết hợp.Chất béo tự do đợc sử dụng làm vật liệu năng lợng và chất dự trữ

5 Một số chất hữu cơ hoạt động sinh học

- Thờng chúng chỉ chiếm một tỷ lệ trọng lợng rất ít nhngchúng rất quan trọng Đặc biệt là các chất men, sinh tố, sắc tố, một

+ Các sắc tố đóng vai trò quan trọng trong sự đồng hoá khí

CO2 (diệp lục, tảo, vàng)

6 Các nguyên tố tro và vi lợng

- Trong tế bào vi sinh vật ngoài các nguyên tố hữu cơ C, H, O,

N còn có tác dụng nguyên tố tro: P, S, K, Ca, Mg, Fe, Na Cl và cácnguyên tố vi lợng: B, Mo, Zn, các nguyên tố tro và nguyên tố vi lợng tuy

ít nhng vô cùng quan trọng

- Thành phần các chất này thay đổi tuỳ theo đặc tính sinh lýcủa từng loại vi sinh vật Ví dụ vi khuẩn lu huỳnh chứa S, vi khuẩnsắt chứa Fe, vi khuẩn ở biển chứa Na và Cl

2.1.2 Các kiểu dinh dỡng của vi sinh vật

2.1.2.1 Khái niệm trao đổi chất: Là một trong 3 đặc

tính cơ bản của sự sống, bao gồm quá trình đồng hoá và dị hoá

- Quá trình đồng hoá là quá trình dinh dỡng gồm thu nhập,tiêu hoá thức ăn và tiêu hao năng lợng (sự tiêu thụ thức ăn)

- Quá trình di hoá là quá trình hô hấp bao gồm sự oxy hoá cáchợp chất phức tạp thành các chất đơn giản cần thiết cho tế bào vàkèm theo sự giải phóng năng lợng (sự chuyển hoá thức ăn)

- Hai quá trình này luôn liên hê mật thiết với nhau, luôn xảy ratrong cơ thể

2.1.2.2 Quá trình dinh dỡng - sự hấp thụ thức ăn của vi sinh vật.

Dinh dỡng là quá trình thu nhận, tiêu hoá thức ăn Thu đợcnhững chất cần thiết để thờng xuyên xây dựng và đổi mới tế bào

và các chất dùng trong quá trình hô hấp

a Sự lấy thức ăn vào tế bào vi sinh vật.

Tế bào vi sinh vật không có những cơ quan riêng biệt chuyênlấy thức ăn mà toàn bộ sự trao đổi chất của chúng thực hiện bằngkhuyếch tán và hấp thụ qua toàn bề mặt tế bào

Cờng độ của sự khuyếch tán và hấp thụ do các yếu tố sauquyết định:

- Tính thẩm thấu hoá học ở vi sinh vật nói chung cao hơn so vớicác sinh vạt khác Giúp cho việc lu thông qua tế bào và ngoại giới

- Cấu tạo hoá học các chất dinh dỡng có liên quan mật thiết đếnkhả năng xâm nhập của chất dinh dỡng vào tế bào vì chất dinh dỡngqua tế bào vi sinh vật bằng khuyếch tán cho nên vi sinh vật chỉ cókhả năng lấy thức ăn là những chất hoà tan trong nớc Những chấtkhông hoà tan chỉ đợc hấp thụ nhng dới tác dụng của những mencủa vi sinh vật tiết ra ngoài môi trờng làm biến đổi nó thành dạnghoà tan Ví dụ: Tinh bột chỉ đợc hấp thụ khi chuyển thành mantozadới tác dụng của enzim amilaza chất béo dới tác dụng của enzimlipaza

- Với các chất tan trong nớc cờng độ khuyếch tán cũng khônggiống nhau:

+ Hidrocacbua và các muối tơng đối dễ đi qua màng vìkích thớc phần tử bé

+ Những phần tử có nhóm amin, OH, COOH, thì sự thẩmthấu khó khăn hơn, số lợng các nhóm đó càng nhiều thì khả năngthấm qua càng kém.

Nồng độ các chất dinh dỡng trong và ngoài tế bào ảnh hởng

đếp áp suất thẩm thấu trong và ngoài tế bào

b Cơ cấu quá trình các chất dinh dỡng đi qua màng bào

tr-ơng.

Quá trình lấy thức ăn của vi sinh vật là quá trình hấp thụ chọnlọc rất phức tạp Có nhiều lý luận giải thích cơ cấu đó nhng chỉ làgiả thiết, có ba giả thiết

* Cấu tạo màng bào trong chủ yếu là bởi hợp chất phức tạplipoit do proti nghĩa là: những hạt lipoit kết hợp với hạt proit Proit sẽcho nớc và các chất hoà tan trong nớc lipoit đi qua Nh vậy cơ sở của

lý luận này là cho rằng mỗi hợp chất muốn đi vào tế bào thì trớc hếtphải hoà tan trong bào trơng

*Trên màng bào trơng có những lỗ nhỏ, những lỗ này đểcho một số chất đi qua và giữ lại một số

*Bào trơng là một thể keo có diện tích lớp ngoài Điện tíchnày thay đổi tuỳ theo pH của môi trờng Trong sự hô hấp, tế bào th-

này trở thành những cấu tử tạm thời bám ở màng bào trơng và sẽ

đ-ợc tác động với những ion và anion thức ăn trong môi trờng

- Các chất dinh dỡng khi đã vào tế bào và đợc chuyển hoá tiếp

Do nhiều quá trình phản ứng liên tiếp chúng sẽ đợc tạo thành nhữnghợp chất hữu cơ phức tạp tham gia vào hệ thống bào trơng Nhữnghợp chất này sẽ mang tính chất keo dó đó mất khả năng trở lại môitrờng bên ngoài (trừ khi chúng bị phân giải dị hoá)

2.1.2.3 Sự hấp thụ thức ăn cacbon của vi sinh vật.

Khả năng sử dụng của nguồn thức ăn cacbon của vi sinh vật rấtkhác nhau:

- Các loại sử dụng C ở dạng hợp chất vô cơ đơn giản nhất là

theo khả năng sử dụng hợp chất cacbon làm thức ăn, ngời ta chia visinh vật thành hai nhóm sinh lý căn bản

+ Vi sinh vật tự dỡng

+ Vi sinh vật dị dỡng: sử dụng C ở dạng hợp chất hữu cơ Dinhdỡng nh thực vật Giữa chúng có những loại trung gian

a) Vi sinh vật tự dỡng: còn gọi là vi sinh vật dinh dỡng vô cơ,

chúng tó thể hấp thụ nớc và muối vô cơ để tổng hợp nên những hợpchất hữu cơ phức tạp cho cơ thể Quá trình này là thu nhiệt vậycần năng lợng mới thực hiện vi sinh vật có thể sử dụng ánh sáng mặttrời (quan hợp hoặc sử dụng năng lợng của phản ứng oxy hoá một sốhợp chất vô cơ (tổng hợp hoá học))

+ Quang hợp: Quá trình này giống nh ở cây xanh, chỉ những

vi sinh vẩt có chứa trong tế bào những sắc tố lục (khuẩn lục tố)hoặc tía (khuẩn tử tố) tơng tự nh clorophin thì mới có khả năngquang hợp

Có thể biểu diễn vắn tắt quá trình quang hợp nh sau:

+ Tổng hợp hoá học: Một số lớn vi sinh vật tự dỡng bằng quátrình quang hợp Nhng một số vi sinh vật tự dỡng không có sắc tốnên phải sử dụng năng lợng của các phản ứng hoá học Đó là vi sinhvật tổng hợp hoá học ví dụ nh vi khuẩn nitrit, nitrat hoá, vi khuẩn luhuỳnh.v.v

Quá trình này phổ biến trong giới vi sinh vật hơn là quá trìnhquang hợp.

Các vi sinh vật tiến hành tổng hợp hoá học thờng thực hiện 2 quátrình kèm theo

- Oxy hoá các hợp chất vô cơ đơn giản nh NH3, S, Fe+, H2 để lấynăng lợng và hidrô

- Vi sinh vật hoại sinh: Đa số vi sinh vật dị dỡng thuộc nhóm nàysống trên những vật thể hữu cơ đã chết (tức là động vật và thựcvật) Động vạt và thực vật trong nhóm này có nhiều vi khuẩn và nấmgóp phần quan trọng trong chu trình chuyển hoá vật chất của tựnhiên và ứng dụng nhiều trong sản xuất

- Vi sinh vật ký sinh: chỉ sống đợc trên những cơ thể còn sốngchúng là những tác nhân gây bệnh cho ngời và các sinh vật khác

Các sinh vật dị dỡng đều cần hợp chất hữu cơ làm thức ăn Tuynhiên các hợp chất hữu cơ rất khác nhau về cấu tạo và tính chất hoáhọc do đó dị dỡng cũng khác nhau, với đa số vi sinh vật nguồn hợpchất hữu cơ tốt nhất là những hợp chát có nhiều nhóm rợu bậc một

hoá Khotuxep đã rút ra kết luận giá trị dinh dỡng của các hợp chấthữu cơ quyết định bởi sự chuyển hoá chúng thành gluxit khó hay

dễ Nh vậy ta thấy nguồn C tốt nhất là gluxit sau đó là các rợu đachức, các oxy axit

Hoạt động quan học (do cấu tạo phần tử quyết định cũng cómột ý nghĩa quan trọng ví dụ điển hình là nghiên cứu của pasteur,