Giáo trình vi sinh vật học phần 1

Trong hệ thống phân loại, vi sinh vật bao gồm nhiều nhóm khác nhau: 1 nhóm chưa có cấu tạo tế bào virus, 2 nhóm vi sinh vật nhân sơ gồm vi khuẩn, xạ khuẩn, vi khuẩn lam và vi khuẩn nguyê

NGUYỀN HỮU QUÂN

I J ll

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỞNG ĐẠĨ HỌC s ư PHẠM

MÃ SÓ- P ĩ ~

Đ H T N • 2 0 2 0

MỤC LỤC

LỜI N<Ớ Đ À U 9

C hư ơng 1 M Ở ĐÀU li 1 Đ»Ớ TƯỢNG CỦA VI SINH VẬT H Ọ C 11

1.1 Khái niệm vi sinh vật và vi sinh vật học 11

1.2 Các chuyên ngành của vi sinh vật h ọ c 12

2 LỊCH SỬ NGHEÊN c ứ u CỦA VI SINH V Ậ T 12

3 P H /Ơ N G PHÁP NGHEÊN c ứ u VI SINH V Ậ T 16

3.1 Đơn vị đo vi sinh v ật 16

3.2 Phương pháp sử dụng kính hiền v i 16

3.3 Một số phương pháp khác 18

4 VAI TRÒ CỦA VI SINH V Ậ T 19

5 GIOI THIỆU CÁC HỆ THỐNG SINH G IỚ I 20

CÂU HOI VÀ BÀI TẬP 22

Chưonig2 CÁC NHÓM VI SINH VẬT 25 1 HÌNH THÁI, CẨU TẠO CỦA CÁC NHÓM VI SINH V Ậ T 26

ỉ l Vi sinh vật c ổ 26

t 2 Vi khuẩn 27

I.3 Xạ k h u ấn 36

11/ Vi khuẩn nguyên thủy 39

II.í Vi khuấn lam 41

1.6 Nấm m en 43

1 7 Nấm sợ i 45

1.8 Vi tảo 48

2 SINH SÀN CỦA CÁC NHÓM VI SINH V Ậ T 51

2.1 Nhóm vi khuẩn và xạ khuẩn 51

2.2 Nấm m en 52

2.3 Nấm sợ i 53

3 DI TRUYỀN - BIẾN DỊ Ờ VI SINH V Ậ T 54

3.1 Vật chất di truyền của các nhóm vi sinh v ậ t 54

3.2 Biến dị ờ vi khuẩn và vi sinh vật nhân chuẩn 55

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 59

Chương 3 VIRUS HỌC 64 1 KHÁI N Ệ M VỀ VIRUS 64

1.1 Định nghĩa 64

1.2 Lịch sử nghiên cứu virus 65

1.3 Hình dạng và kích thước 6 6 1.4 Cấu trúc hình thái của v irus 6 6 1.5 Cấu tạo của virus 70

1.6 Phân loại virus 72

2 CÁC KIỂU CHU TRÌNH SỐNG CỦA V IR U S 73

2.1 Chu trinh sống của virus đ ộ c 73

2.2 Mối quan hệ giữa phage và tế bào c h ủ 77

3 VIRL S VÀ BỆNH TẬ T 79

3.1 Sư lan truyền v iru s 79

3 2 Virus và sự tạo interferon 82

3.3 Bệnh virus thường gặp 83

3.4 Các biện pháp phòng chống bệnh do virus gây r a 90

CÂU HỎI VA BÀI TẠP 91

Chương 4 SESH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIẺN Ở VI SINH VẬT 95 1 DINH DƯỜNG Ờ VI SINH V Ậ T 95

1.1 Nguồn dinh dưỡng cacbon 95

1.2 Nguồn dinh dưỡng nitơ 98

1.3 Nguồn dinh duỡng khoáng 99

1.4 Các nhân tố sinh trường 100

2 CÁC NHÀN TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI SINH TRUỞNG CỦA VI SINH VẬT 100 2 1 Ảnh hường của tác nhân vật l ý 1 0 1 2.2 Ảnh hưởng của nhân tố hóa h ọ c 106

3 SINH THƯỞNG CỦA VI SINH VẬT 109

3.1 Khù niệm về sinh trường ờ vi sinh v ậ t 109

3.2 Các thông số của sinh truởng cấp số m ũ 110

3.3 Siai trưởng của vi sinh vật trong nuôi cấy tín h 111

3.3 Siai trường của vi sinh vật trong nuôi cấy liên tụ c 116

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 118

Chưong 5 CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN Ở VI SINH VẬT 126 1 CÁC K ĨU HÒ HÁP ở VI SINH V Ậ T 126

2 CÁC CON ĐƯỜNG PHÂN GIẢI GLUXIT Ở VI SINH VẬT 128

2.1 Con đường phân giãi trước pyruvat 128

2.2 Sự chuyển hóa sau piruvat 130

3 S ự TỔNG HỢP CACBOHYDRAT 131

4 S ự TRAO ĐỔI PROTEEN 133

4.1 Sự phân giải protein (lên men th ố i) 13*3 4.2 Sự tổng hợp protein 13>5 5 LÊN MEN RƯ Ợ U 13 5 5.1 Định nghĩa và tác nhân lên men rượu 13 5 5.2 Cơ chế lên men rượu 13 7 5.3 ứ n g dụng lên men ethanol 13 8 6 LÊN MEN LACTIC 141

6.1 Định nghĩa và tác nhân lên men lactic 141

6.2 Cơ chế lên men lactic 142

6.3 ứ n g dụng lên men lactic 143

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 147

Chương 6 ĐẠI CƯƠNG VÈ TRUYỀN NHIÊM VÀ MIẺN DỊCH 153 1 HỆ VI SINH VẬT PHÀN BỐ TRÊN c ơ THẺ NGƯỜI VÀ ĐỘNG VẬT 154 1.1 Hệ vi sinh vật trên da và niêm m ạc 154

1.2 Hệ vi sinh vật trong đường tiêu hóa 155

1.3 Hệ vi sinh vật trong các đuờng cơ quan sinh dục 155

2 C ơ SỞ HÓA SINH CỦA QUÁ TRÌNH NHIỄM B Ệ N H 156

2.1 Quá trinh nhiễm bệnh, bệnh truyền nhiễm 156

2.2 Độc lực cùa vi sinh vật 157

3 Cơ CHÉ ĐỀ KHÁNG CỦA c ơ THẺ CHỦ, CÁC LOẠI M Ê N DỊCH 159 3.1 Cơ chế đề kháng của cơ thể chủ 159

5.2 Các loại miễn d ịc h 161

4 KHÁNG NGUYÊN, KHANG THỂ 164

ị 1 Kháng nguyên 164

4.2 Kháng th ể 166

5 VACXIN 170

5.1 Khái niệm về vacxin 170

5.2 Tiêu chuẩn của vacxin và quá trinh đáp ứng miễn d ịc h 172

5.3 Các loại vacxin và đặc đ iể m 172

5.4 Nguyên tắc sử dụng vacxin 176

5.5 Vacxin sử dụng cho chuơng trình tiêm chủng mờ rộng quốc gia 180

6 IHÁNG S IN H 182

5.1 Định nghĩa 182

5.2 Phân loại kháng sinh 183

6.3 Cơ chế tác động của kháng sinh 184

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 186

Cbnraig 7 V] KHUẢN QUANG HỢP VÀ CÓ ĐỊNH NITƠ PHÂN TỬ 189 II / I KHUÂN QUANG H ộ p 189

1.1 Đặc điểm của vi khuẩn quang hợp 189

1.2 Sự tiến hóa của quá trình tổng hợp gluxit 191

2 v i k i í L Ả ,\ CỐ ĐỊNH NITƠ PHẨN T Ử 192

2.1 Đặc điểm của vi khuẩn cố định nitơ phân t ử 1932.2 Cơ chế của quá trình cố định nitơ phân t ử 1952.3 ứ n g dụng của quá trình cố định nitơ phân t ử 197

Chương 8 CÔNG NGHỆ VI SINH TRONG x ử LÝ Ô NHIÊM

M Ô I T R Ư Ờ N G 20)1

1.1 Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trư ờ n g 2Ơ21.2 Một số biện pháp vi sinh góp phần bảo vệ ô nhiễm môi trường 20G

2 SỪ DỤNG VI SINH VẬT D Ệ T CÔN TRỪNG, NẢM BỆNH HẠICÂY TRÔNG 20 32.1 Vai trò của biện pháp đấu tranh sinh học bằng vi sinh vật phòigchống sâu bệnh hại cây trồng 20'32.2 Nuôi cấy và tạo chế phẩm vi sinh vật diệt côn trùng, nấm bệìh)hại cây trồng 2 0 ( 6

3 SỪ DỤNG VI SINH VẬT TRONG XỪ LÝ ô N H È M MÔI TRƯỜNG 2153.1 Phương pháp sinh học trong xử lý rác th ả i 2153.2 Vi sinh vật làm sạch nguồn nước 21 ; 8

3.3 Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh h ọ c 219

CÂU HỎI VÀ BÀI TẠP 222

LỜI NÓI ĐÀU

Vi sinh vật học là môn khoa học đề cập tới các nhóm vi sinh vật gồm vi khuẩn vi nấm, vi tào, động vật nguyên sinh và virus Vi sinh vật học là môn học qian trọng phục vụ trong đào tao, nghiên cứu khoa học Vì vậy, môn Vi sinh \ật học đang được giảng dạy trong các trường đại học, cao đẳng và các trườni phổ thông; được sử dụng trong nghiên cứu và là học phần không thể thiếu rong các bệnh viện và các viện nghiên cứu

Vi sinh vật học được biên soạn từ các tài liệu và công trình nghiên cứu cua CÍC t á c g i ả trong v à n g o à i n ư ớ c , n h ằ m cung c ấ p n h ữ n g kiến thức c ơ b ả n v ề

cáu t<p, nguyên lí và ứng dụng của các nhóm vi sinh vật, làm tài liệu phục vụ nghiêi cứu, giảng dạy và học tập ờ trường đại học sư phạm, trường phổ thông.Cuốn sách Vi sinh vật học được cấu trúc gồm 8 chương, từ chương 1 đến chuơrg 3 trình bày những kiến thức cơ bản về khái niệm, hình dạng, cấu tạo tế bio - íơ thể, đặc điểm di truyền, biến dị và phương thức sinh sản của các nhóm

vi sinl vật Chương 4 và chương 5 trình bày các kiến thức về dinh dưỡng, sinh

tìườnỊ, phát triển v à các quá trình trao đổi chất ờ vi sinh vật Chuơng 6 trình

bìy CÍC nội dung liên quan tới bệnh truyền nhiễm và miễn dịch do vi sinh vật gìy nìn Chương 7 trình bày về các nhóm vi sinh vật tham gia vào quá trinh quan í hợp và cố định nitơ phân từ Chương 8 giói thiệu khái quát về ứng dụng cảa vi sinh vật trong xử lý ô nhiễm môi trường Các chương được sắp xếp theo

ứú tụ như sau:

Chương 1 M ờ đầu

Chương 2 Các nhóm vi sinh vật

Chương 3 Virus học

Chương 4 Sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật

Chương 5 Các quá trình lên men ở vi sinh vật

Chương 6 Đại cương về truyền nhiễm và miễn dịch

Chuơng 7 Vi khuẩn quang hợp và cố định nitơ phân tử

Chươne Công nehê vi sinh trone xử lý ò nhiễm môi trườna

Tác giả trân trọng cảm ơn những đóng góp của Hội đồng nghiêm thui đánh giá giáo trinh của Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên v à cảm ơn các ý kiến đóng góp quý báu của đông đảo các nhà khoa học Trong quá trình biên soạn chắc chắn có những thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những góp ý của bạn đọc Mọi đóng góp xin gửi về Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên.

Tác giả

M Ờ ĐÀU

Cìiương "Mở đầu" giới thiệu một số nội dung cơ bản sau:

r Một số khái niệm: Vi sinh vật học là môn khoa học nghiên cứu về các tioạtđộng sống của các nhóm vi sinh vật Vi sinh vật là tên gọi chung để chỉ tất

:ả cic loại sinh vật vô cùng nhỏ bé mà mắt thường không thế nhìn rõ được,

:hỉ có thé quan sát dưới kính hiển vi Gồm virus, vi khuẩn, xạ khuẩn, vi nấm, vi

ảo và động vật nguyên sinh

2) Lịch sử nghiên cứu và phát triển của vi sinh vật gắn liền với sự ra đời và phát triển của hệ thống kính hiển vi từ loại kính hiển vi thô sơ đến kính hiển

vi quang học (kính hiến vi thường), kính hiển vi nền đen, kính hiển vi đối pha, kính hiển vi huỳnh quang, kính hiển vi điện tử thường (TEM), kính hiển vi íiệ n tử q u é t (SEM)

3) Các phương pháp cơ bản sử dụng đế nghiên cứu vi sinh vật gồm: Đo và đếm vi sinh vật, sử dụng kính hiển vi, phương pháp siêu li tâm, đồng vị phóng

Kạ, sắc kí, điện di, phương pháp nuôi cấy trên môi trường lỏng và đặc, phương pháp cố định và nhuộm màu

4) Khái quát một số vai trò và tác hại do vi sinh vật gây ra, cũng như các lĩnh vực mà sinh vật tác động tới trong tự nhiên

11 Khái niệm vi sinh vật và vi sinh vật học

Vi sinh vật học là môn khoa học nghiên cứu về hoạt động sống cùa vi shh vật, gồm: (1) c ấ u tạo và đời sống của vi sinh vật; (2) Sự đa dạng sinh học

Ví sự tiến hoá của vi sinh vật; (3) Vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên và đời stag của con người, động vật, thực vật

Vi sinh vật là tên gọi chung để chi tất cả các loại sinh vật vô cùng nhỏ bé rra mãt thường không thể nhìn rõ được, chỉ có thể quan sát dưới kính hiển vi

Đm vị đo của vi sinh vật là nanomet (nm) hoặc micromet (|im) Các nhóm vi shh vặt thường là các cơ thể đơn bào hoặc đa bào, có sự phân hóa kém; một số lẻvô bào chưa có cấu tạo tế bào Các vi sinh vật thường có khả nãng sống, phát trên và sinh sản một cách độc lập trong tự nhiên, một số sống ký sinh bắt buộc tnng :ế bào chủ

Trong hệ thống phân loại, vi sinh vật bao gồm nhiều nhóm khác nhau: (1) nhóm chưa có cấu tạo tế bào (virus), (2) nhóm vi sinh vật nhân sơ (gồm vi khuẩn, xạ khuẩn, vi khuẩn lam và vi khuẩn nguyên thủy) và (3) nhóm vi sinh vật nhân chuẩn (gồm vi nấm, vi tảo và động vật nguyên sinh).

Đặc điểm của vi sinh vật: (1) Vi sinh vật là những cơ thể có kích thướcnhỏ bé, đơn vị đo thường sử dụng là |im hoặc nm; (2) Vi sinh vật có khả nãng hấp thụ các chất dinh dưỡng qua bề mặt tế bào và có khả năng chuyển hóa nhanh; (3) Vi sinh vật có khả năng sinh sản nhanh, thời gian thế hệ ngắn; (4)

Vi sinh vật có khả năng thích ứng rất cao và xuất hiện nhiều biến dị, phân bố rộng, nhiều chủng loại; (5) Vi sinh vật là những cơ thể có phản ứng hóa sinh học rất đa dạng và được coi là những chủng xuất hiện sớm nhất trên trái đất

1.2 Các chuyên ngành của vi sinh vật học

Vi sinh vật học hiện đại đi sâu nghiên cứu từng nhóm đối tượng riêng biệt và đã trờ thành những môn học chuyên sâu như: Virus học, vi khuẩn học, nấm học, tảo học, động vật nguyên sinh học

Mặt khác vi sinh vật học hiện đại cũng đi sâu nghiên cứu những tính chất riêng biệt của vi sinh vật và hình thành các chuyên ngành như tế bào học, phân loại học, sinh lý học, hóa sinh hpc, di truyền học của vi sinh vật

v ề mặt ứng dụng ngành vi sinh vật học gồm có các chuyên ngành như:

Vi sinh vật học công nghiệp, vi sinh vật học thực phẩm, vi sinh vật học y học,

vi sinh vật học thú y, vi sinh vật đất, vi sinh vật học nước, vi sinh vật học không khí, vi sinh vật học dầu hỏa

2 LỊCH SỬ NGHIÊN cứu CỦA VI SINH VẬT

Lịch sử nghiên cứu và phát triển của vi sinh vật gắn liền với sự ra đời của

hệ thống kính hiển vi, cũng như việc sử dụng các phương pháp để nghiên cứu

về vi sinh vật Các mốc lịch sử cơ bản về nghiên cứu vi sinh vật được mô tả ờ bảng sau:

Nim Tác giả Hướng nghiên cứu

1664 Robert Hooke Ông là tác giả đầu tiên đã mô tả các tế bào nấm

mốc dưới kính hiển vi

1684 Leeuwenhoek - ỏ n g đã chế tạo ra kinh hiển vi thô sơ có độ

- ỏ n g đã giải thích được những điều đã xảy ra trong quá trình lên men Truớc tiên, ông quan sát thấy nấm men sinh trưởng và nảy chồi trong dịch nho và chúng chi xuất hiện từ các tế bào nấm men khác, đồng thòi chứng minh được nấm men có thể sinh truờng cả khi có mặt lẫn vắng mặt oxi Cuối cùng, bằng cách đưa vi khuẩn và nấm men vào các bình khác nhau chứa dịch vô trùng, ông đã chứng minh được vi khuẩn lên men dịch nho đề tạo ra acid, còn nấm men lên men dịch nho để tạo thành rượu Bằng phát hiện vi khuẩn kị khí lên men dịch nho thành acid đã làm xuất hiện ý tường ngăn ngừa sự hư hỏng của rượu vang và phương pháp khữ trùng pasteur đã được ông phát minh ra

Năm Tác giả Hướng nghiên cứu

Do đó, ông được coi là người đã khai sinh ra ngành vi sinh vật học

- Ông đã phát hiện ra vacxin phòng bệnh than, vacxin ngừa bệnh dại và đã chứng minh cơ sờ khoa học của việc chế tạo vacxin

1843

1910

Robert Koch - Ong và các cộng tác viên là những người tạo ra

nhiều tiến bộ trong lĩnh vực vi sinh vật học phòng thí nghiệm như: (1) Các kỹ thuật nhuộm đơn giản đối với tế bào và lông roi vi khuẩn, (2) những bức ảnh đầu tiên về vi khuẩn trong các mô bị bệnh, (3) Các kỹ thuật xác định số lượng vi khuẩn trong một dung dịch dựa trên số khuẩn lạc tạo thành sau khi được nuôi cấy trên bề mặt môi trường rắn, (4)

Sử dụng nước để khử trùng, (5) Sử dụng đĩa petri

để giữ các môi trường rắn, (6) Các kỹ thuật vô trùng trong phòng thí nghiệm như dùng que cấy platìn được tiệt trùng trên ngọn lửa để cấy truyền

vi khuẩn giữa các môi trường, (7) Phân biệt vi khuẩn như các loài riêng biệt

- Ông đã phát hiện phương pháp nuôi vi khuẩn gây bệnh than bên ngoài cơ thể sinh vật và chứng minh vi sinh vật là tác nhân gây bệnh

- Ông đã phân lập được vi khuẩn gây bệnh và chứng minh mỗi loài vi khuẩn gây lên một loại bệnh đặc thù

- Ông đã phát hiện ra vi trùng gây bệnh lao có tên

là Mycobacterium tuberculosis.

- Ông được nhận giải Nobel y học và đưa ra 4

nguyên tắc gây bệnh: (1) Tác nhân nghi ngờ gây bệnh phải được tìm thấy trong mọi trường hợp

Níre Tác giả Hướng nghiên cứu

của bệnh và văng mặt trong các vật chủ khỏe mạnh, (2) Tác nhân phải phân lập được và phát triển được bên ngoài vật chủ, (3) Khi tác nhân được đua vào vật chủ khỏe mạnh, mẫm cảm, vật chủ phải bị nhiễm bệnh, (4) Tác nhân đó phải được phân lập lại từ vật chủ thí nghiệm đã mẳc bệnh

môi trường chọn lọc, đồng thời đã phân lập được nhiều loài vi sinh vật trong đất (như vi khuẩn

Azolobacler, Rhizobium, vi khuẩn lên men butilic,

vi khuẩn phân giải pectin ) và nước

Bijerinck

- Các ông là những người đầu tiên đã chứng minh

sự tồn tại của vi sinh vật nhỏ hơn vi khuẩn, có khả năng qua lọc bằng sứ xốp và gây ra bệnh khảm ở thuốc lá và được gọi với tên là virus

1881-1955

Alexander

Fleming

Ông là người đã phát hiện ra chất kháng sinh, nhờ

đó đã đẩy lùi nhanh chóng các bệnh nhiễm khuẩn

Ngày

naj

- Các nhà nghiên cứu về vi sinh vật đã tạo ra bước ngoặt của di truyền học nhu chứng minh quá trình biến nạp gen được thực hiện thông qua ADN và vai trò của acid nucleic trong việc chuyển giao thông tin di truyền ở virus

Năm Tác giả Hướng nghiên cứu

- Những hiẽu biêt vê câu trúc, chức năng và các qui luật vặn động của vật chất di truyền đã tạo ra các cơ thể hoàn toàn mới lạ một cách chủ động nhờ mang gen tái tổ hợp, do đó đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vục đời sống

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u VI SINH VẬT

3.1 Đon vị đo vi sinh vật

Để đo kích thước của vi sinh vật, các nhà khoa học thướng sử dụng các đơn vị sau:

Đơn vị Viết tắt Giá trị so với m hoặc inch

Đề đo khối lượng vi sinh vật, các nhà khoa học thường dùng:

Có thề sử dụng kính hiển vi quang học (kính hiển vi thường), kính hiển

vi nền đen, kinh hiển vi đối pha, kính hiển vi huỳnh quang, kinh hiển vi điện tử thường (TEM), kinh hiển vi điện tử quét (SEM) để nghiên cứu về vi sinh vật Những tính năng cơ bản của các loại kính hiển vi được mô tả trong bảng sau:16

Loti kính hiển vi Tính năng kĩ thuật Nguyên tắc sử dụng

0 , 2 |im

Dùng để quan sát những vi sinh vật và tế bào sống hoặc

cố định nhuộm màu, thấy rõ hình dạng chung và những tồ chức lớn nội bào, không thể thấy virus Thao tác sử dụng đơn giản

đen, ánh sáng từ mẫu bị ngăn qua đĩa mờ, ánh sáng đến vật kinh được hắt từ bên, vì vậy nhìn thấy mẫu trên nền đen

Sử dụng để nhìn mẫu vật sống

mà thường không thể nhìn

thường Thường để phát hiện một số loài như vi khuẩn

Troponema pallìdum, để chẩn

đoán vi khuẩn giang mai

biệt để tách các tia sáng với các pha khác nhau,

vì vậy mẫu vật được nhìn thấy với độ đậm nhạt khác nhau

Để quan sát các chi tiết bên trong tế bào sống, không nhuộm màu

sử dụng các tụ quang phân tách các tia sáng ờ các pha khác nhau để nhìn mẫu vật Sử dụng hai chùm tia được tách

ra bời lăng kính Mầu vật nhìn thấy có màu do hiệu quả của lăng kính

Dùng để nhìn mẫu vật theo không gian ba chiều, không nhuộm màu

Loại kính hiển vi Tính năng kĩ th u ật Nguyên tắc sử dụng

từ ngoại hoặc gần tia tử ngoại để chiếu sáng, làm cho các hợp chất có khả năng phát huỳnh quang trong mẫu vật phát sáng

Thường dùng để phát hiện các kháng thể huỳnh quang (trong

huỳnh quang) để phát hiện nhanh các vi sinh vật trong các mô hoặc các bệnh phẩm Ngoài ra, dùng để phát hiện các kháng sinh huỳnh quang trong các chủng sàn xuất

II Kính hiển vi điện tử

Dùng đề quan sát các virus và các cấu trúc siêu hiển vi trong các tế bào (thường dùng với

Hình ảnh trông thấy theo không gian ba chiều

Dùng để quan sát các cấu trúc

bề mặt của tế bào và virus (thường dùng với độ phóng đại tò 1 0.0 0 0-1 0 0 0 0 0 lần)

3.3 Một số phuong pháp khác

Các cấu tạo siêu hiển vi nằm trong các vi sinh vật và tế bào sống đe nghiên cứu được, các nhà khoa học đã sử dụng phổ biến các phương pháp như siêu li tâm với tốc độ 500.000 vòng/phút hay nhanh hơn nữa cho phép lắng

đọig thành lớp các hạt vi mô và những phân tử lớn hơn dùng máy cắt lớp siêu mcng có thể cắt tế bào nấm men (đường kính khoảng 1 0jim) ra thành 1 0 0 lát, nhing lát cắt như vậy cho phép nhìn cấu trúc dưới mức tế bào.

Các phương pháp đồng vị phóng xạ thường dùng là s3 5 đối với protein chra lưu huỳnh và p3 2 đối với acid nucleic huỳnh quang kháng thể cho phép thto dõi các quá trình tổng hợp sinh học bên trong tế bào ờ mức độ phân từ, nhễu xạ quang để nghiên cứu cấu trúc không gian của những phân tử

Sử dụng các phương pháp sắc kí, điện di để tách các hợp chất, dùng các

vi điện cực để đo thế hiệu các lớp màng trong và ngoài tế bào Một nhóm phiơng pháp rất phổ biến trong vi sinh vật là phương pháp nuôi cấy trên môi trừmg lỏng và đặc để nghiên cứu khả năng hiếu khí của tế bào và các hợp chất

mí chúng tiết ra Các phương pháp cố định và nhuộm màu (nhuộm đơn, nhuộm ké), nhuộm phân li) để nghiên cứu hình dạng, kích thước và một số cấu tạo bên trơig tế bào vi sinh vật

4 VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT

Vi sinh vật sống khắp mọi nơi trên trái đất, ngay cả nơi điều kiện sống

hế sức khắc nghiệt vẫn có sự phát triển của vi sinh vật (ờ đáy đại dương, ở nhệt độ 85-90°C, ờ môi trường có pH =10-11, trong dung dịch bão hòa muối, đồig hóa dầu mỏ, phenol, khí thiên nhiên)

Trong lg đất ở tầng canh tác có khoảng 1-22 ti vi khuẩn; 0,5-14 triệu xạ lđuẩn; 3-50 triệu vi nấm; 10-30 nghìn vi tảo Trong lm2 không khí phía trên chiồng gia súc thường có 1-2 triệu vi sinh vật, trên đường phố có khoảng 5000

vi sinh vật, trên mặt biển có khoảng 1 - 2 vi sinh vật

Vi sinh vật sống trong đất, nước tham gia tích cực vào quá trình phân giải cá; xác hữu cơ biến chúng thành CƠ2 và các hợp chất vô cơ khác dùng làm thrc ăn cho cây trồng Các vi sinh vật cố định nitơ biến khí nitơ (N2) trong kh3ng khí thành hợp chất nitơ (NH3, NH4*) cung cấp cho cây trồng Vi sinh vật

có khả năng phân giải các hợp chất khó tan chứa p, K, s và tạo ra các vòng tuin hoàn trong tự nhiên

Vi sinh vật còn tham gia vào quá trinh hình thành chất mùn trong đất Vi siih vật tham gia tích cực vào việc phản giải các phế phẩm nông nghiệp, phế

thải đô thị, phế thài công nghiệp nên chúng có vai trò quan trọng tror.g việc bảo

vệ môi trường Trong khi, các vi sinh vật gây bệnh thì lại tham gia vào việc làm ô nhiễm môi trường nơi có điều kiện vệ sinh kém

Vi sinh vật trong ngành năng lượng (sinh khối hóa thạch như dầu hỏa, khí đốt, than đá) Trong các nguồn năng lượng mà con người hy vọng sẽ khai thác mạnh mẽ trong tương lai có năng lượng thu từ sinh khối Sinh khối là khối lượng chất sổng của sinh vật

Vi sinh vật là lực lượng sản xuất trực tiếp của ngành công nghiệp lên men bời chúng có thể sản sinh ra rất nhiều sản phẩm trao đổi chất khác nhau Nhiều sản phẩm được sản xuất công nghiệp (các loại acid, enzyme, rượu, các chất kháng sinh, các acid amin, các vitamin)

Hiện nay, người ta đã thực hiện thành công công nghệ di truyền ờ vi sinh vật Đó là việc chủ động chuyển một gen hay một nhóm gen từ một vi sinh vật hay từ một tế bào của các sinh vật bậc cao sang một tế bào vi sinh vật khác Vi sinh vật mang gen tái tồ hợp nhiều khi mang lại những lợi ích to lớn bời có thể sản sinh ở quy mô công nghiệp những sản phẩm trước đây chưa hề được tạo thành bởi vi sinh vật

Trong công nghiệp tuyển khoáng, nhiều chủng vi sinh vật đã được sử dụng

để hòa tan các kim loại quý từ các quặng nghèo hoặc từ các bãi chứa xi quặng

Vi sinh vật có hại thường gây bệnh cho người, gia súc, gia cầm, tôm cá, cây ưồng và làm hỏng có dụng cụ, nguyên liệu của thực phẩm

5 GIỚI THIỆU CÁC HỆ THÓNG SINH GIỚI

Hệ thống sống vô cùng đa dạng Hiện nay các nhà khoa học đã thống kê,

mô tả và đặt tên đuợc 1,8 triệu loài sinh vật Năm 1735, Carl Linne đã sắp xếp các sinh vật vào các bậc phân loại là loài - chi - họ - bộ - lóp - ngành - giới Ông

đã đặt tên loài theo danh pháp nhị phân, tên thứ nhất là tên chi, tên thứ hai là tên loài Ông đã phân tất cả giới sinh vật ngày đó thành hai giới là giới thực vật và giới động vật

Hệ thống các cơ thể sống ngày càng hợp lí nhờ những hiểu biết sâu sắc

về sinh học phân tử Ngày nay, nhờ những phương pháp phân loại hiện đại như phân loại sinh hóa, phân loại số, phân loại chủng loại phát sinh mà khoa học đã

20

xác ạnh vị trí khá chính xác của các nhóm cơ thể và mối liên hệ chủng loại phát inh giữa chúng.

Nãm 1969, nhà sinh thái học người Mỹ là Wittaker đã căn cứ vào đặc điểmcấu tạo cơ thề và phương thức dinh dưỡng chia hệ thống sinh giới thành nám ;iới:

1) Giói khởi sinh (Monera) gồm vi khuẩn, vi khuẩn lam; cơ thể là đơn bào, ống dị dưỡng - hoại dưỡng và tế bào thuộc loại nhân sơ

2) Giới nguyên sinh (Protista) gồm động vật đơn bào và tảo; cơ thể là đơn bào loặc đa bào, sống dị dưỡng - tự dưỡng và tế bào thuộc loại nhân chuẩn.3) Giới nấm (Fungi) có cơ thể là đa bào phức tạp, dinh dưỡng hạại sinh

v à s á g cố định, tế bào thuộc loại nhân chuẩn

4) Giới thực vật (Plantae) cơ thể có cấu tạo đa bào phức tạp, tự dưỡng - quan; hợp, sống cố định và tế bào thuộc loại nhân thực

5) Giới động vật (Animal) cơ thể có cấu tạo đa bào phức tạp, dị dưỡng, sốagchuyển động và tế bào thuộc loại nhân chuẩn

Tiêu chí cơ bản của hệ thống năm giới là: (1) Loại tế bào nhân sơ hay nhân chuẩn, (2) Mức độ tổ chức cơ thể đơn bào riêng lẻ, tập hợp thành tập đcànhay cơ thể đa bào đã phân hóa, (3) Kiểu dinh dưỡng

Căn cứ vào sự khác nhau cùa hệ gen và cấu trúc thành tế bào, hệ thống siihgiới được chia thành ba lãnh giới Trong đó, tách giới Monera thành hai lãihgiới riêng là lãnh giới vi sinh vật cổ (Archaea) gồm một giới vi sinh vật cổ

và lâih giới vi khuẩn (Bacteria) gồm một giới vi khuẩn Lãnh giới thứ ba là lãihgiới sinh vật nhân chuẩn (Eucaryota) gồm bốn giới (giới nguyên sinh, giới nấm giới thực vật và giới động vật), v ề mặt tiến hóa thì giới vi sinh vật cổ gần véi áới sinh vật nhân chuẩn hơn là vi khuẩn Như vậy, vi sinh vật học nằm ở

cả bí cấp độ tổ chức sống

CÂU HỎI VÀ BÀI TÁP

I Câu hỏi trả lòi ngắn

1 Tại sao nói nhà khoa học Pasteur là nguời đà đặt nền móng cho vi sin h học thực nghiệm?

2 Nhà khoa học Robert Koch có công lao lớn trong vi sinh vật y học nihiư thế nào?

3 Trinh bày vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên?

4 Hệ thống năm giới có ưu và nhược điểm gì? Cơ sỡ khoa học của h>ệ thống ba lãnh giới sinh vật là gi?

5 Cần có những đặc điểm thiết yếu nào để có thể xác định rằng một v ậ t nào đó là một sinh vật?

6 Vi sinh vật là gì? Vi sinh vật có phải là khái niệm phân loại không? Vi sinh vật gồm những chuyên ngành gi?

II Câu hỏi trắc nghiệm

Mỗi câu hỏi trắc nghiệm lựa chọn một đáp án đúng nhất

1 Nhà khoa học nào giữ vai trò chủ chốt trong khoa học vi sinh vật?

c Sinh vật nhân sơ

A Việc tạo ra các vacxin

B Thuyết phát sinh tự nhiên

A Ông tiến hành các thí nghiệm được kiểm tra một cách cẩn thận.

B Ông biết được các bí mật của việc tạo ra kính hiển vi chất lượng cao

c Ông viết những báo cáo chi tiết về những gi thấy được dưới kinh hiển vi

D Ông có tay nghề cao, ham hiểu biết và nhiệt tinh đối với công v iệ ccủa mình

Chuông 2 CÁC NHÓM VI SINH VẬT

Chương "Các nhóm vi sinh vật" giới thiệu một số nội dung cơ bản sau:

1) Đặc điểm của các nhóm vi sinh vật có cấu tạo tế bào: (1) Vi sinh vật cổ là nhóm vi khuẩn lâu đời nhất trong nhóm vi sinh vật nhân nguyên, có những sai khác rõ rệt về cấu tạo thành tế bào và đặc tính sinh hóa so với nhóm vi khuẩn thật, sống trong các điều kiện môi trường rất đặc biệt mà các sinh vật bình thường không thể sống được; (2] Vi khuẩn là những cơ thể đơn bào, có kích thước nhỏ và có cấu tạo tế bào đơn giản chưa có màng nhân và chưa có các bào quan như ty thể và lục lạp, là nhóm có số lượng lớn nhất trong sinh giới, phân bố khắp nơi trong đất, nước, không khí và ở dạng sống cộng sinh với các sinh vật khác; (3] Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật có cấu tạo như sợi nấm nhưng lại có kích thước và cấu tạo tế bào gần giống với vi khuẩn, thuộc nhóm prokaryote; (4] Vi khuẩn nguyên thủy là nhóm có qui mô nhỏ, chiếm vị trí

trung gian giữa virus và vi khuẩn, gôm 3 nhóm Chlamydia, Mycoplasma và Rìckettsia; (5} Vi khuẩn lam ià nhóm thuộc vi khuẩn thật có cấu tạo gần gũi vói

vi khuấn gram âm, không có lục lạp, không có nhân thực, có ribosom 70S, thành

té bào có chứa peptidoglycan và có khả năng tự dưỡng quang năng nhờ chứa sắc tố quang họp là chất diệp lục a, caroten p và các sắc tố phụ; (6) Nấm men là

nhóm vi nấm tôn tại ở trạng thái đơn bào, nhân chuẩn, có khả năng lên men

đỉròng, thích nghi với môi trường có hàm lượng đường cao, có tính acid cao, ptiân bố trong môi trường có đường và pH thấp; (7) Nấm mốc là các loài vi nấm không phải nấm men, cơ thể có dạng sợi; (8) Vi tảo là tên gọi chỉ tất cả các loài tio có kích thước hiến vi có sắc tố quang họp, thuộc về nhiều nhóm phân loại kMc nhau như tảo mắt, tảo vàng ánh, tảo lục, tảo silic, tảo giáp

2) Sinh sản của vi khuẩn và các nhóm vi sinh vật nhân c h u ẩ n : (1) Vi khuẩn

và xạ khuẩn sinh sản bằng hình thức phân bào không tơ, gồm phân đôi, bào tử niy chồi và sinh sản hữu tính; (2) Nấm men sinh sản bằng hình thức phân bào

có tơ, gồm nảy chồi, phân cắt, bào tử áo và sinh sản hữu tính; (3) Nấm sợi sinh sin bằng hình thức phân bào có tơ, gồm sinh sản vô tính bằng hữu tính

3) Di truyền và biến dị ở vi khuẩn và các nhóm vi sinh vật nhân chuẩn: (i) Vật chất di truyền của vi khuẩn gôm ADN nhân (đa phần là 1 sợi ADN, một số

có 2 sợi ADN) và plasmid; của các nhóm vi sinh vật nhân chuẩn gồm ADN nhân

và ADN ở ti thể (ii) Biến dị ở vi sinh vật có cấu tạo tế bào thường gặp là các đột biến điểm, xuất hiện một cách ngẫu nhiên, mang tính tự phát; biểu hiện của đột biến thường là đột biến hình thái, đột biến kháng lại với tác nhân diệt khuẩn và đột biến dinh dưỡng

1 HÌNH THÁI, CÁU TẠO CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT

1.1 Vi sinh vật cổ

Vi sinh vật cổ còn gọi là vi khuẩn cổ là nhóm vi khuẩn lâu đời nhất trong nhóm vi sinh vật nhân nguyên Chúng có những sai khác rõ rệt về cấu tạo thành tế bào và đặc tính sinh hóa so với nhóm vi khuẩn thật Vi sinh vật cổ sống trong các điều kiện môi trường rất đặc biệt mà các sinh vật binh thường không thể sống được, gồm 3 nhóm: Vi khuẩn sinh khí methan, vi khuẩn ưa mặn và vi khuẩn ưa nhiệt

Vi khuẩn sinh khí methan: Vi khuẩn sinh methan là vi khuẩn kị khí bắt buộc, thường thấy trong nền đáy các thủy vực nước ngọt, nước lợ và nước mặn, trong đường ruột của động vật và trong các nguồn chất thài động vật Vi khuẩn methan có khà năng sừ dụng hiđro làm nguồn năng lượng và khí cacbonic làm nguồn cacbon để thực hiện quá trình trao đổi chất Sản phẩm của quá trình ơao đồi chất là khí methan được tích tụ trong môi trường Vi khuẩn sinh khí methan có nhiều tiềm năng được sử dụng để tạo năng lượng sinh học

từ chất thải nông nghiệp

Vi khuẩn ưa mặn: Vi khuẩn ưa mặn là những cơ thể có thể phát triển ờ

nơi có nồng độ muối từ 4-5M (khoảng 25%) và ở độ muối thấp hơn 3M thì chúng không phát triển đuợc Thành tế bào, ribosom và các enzyme cùa nhóm

vi khuẩn này đều được cân bằng bời ion Na+

Vi khuấn ưa nhiệt: Vi khuẩn ưa nhiệt là những cơ thể đòi hỏi nhiệt độ

rất cao (từ 80-105°C) để phát triển Các enzyme và các chất mang ờ nhóm này đều được cân bằng ở nhiệt độ cao Hầu hết vi khuẩn thuộc nhóm này còn đòi

hỏi nguyên tố lưu huỳnh để phát triển Cho nên nhóm vi khuẩn ưa nhiệt thường xuất hiện ờ những nơi có nhiệt độ cao và giàu lưu huỳnh như miệng núi lửa,

các thủy vực nước nóng hoặc ở đáy các đại dương Loài Sul/olobus acidocaìdarius là vi khuẩn ưa nhiệt đầu tiên do Thomas thuộc đại học Wisconsin USA phát hiện nám 1970 cùng với vi khuẩn ưa nhiệt Thernms aquaticus Các phát hiện này đã mờ ra các nghiên cứu về lĩnh vực sinh học

phân tủ Enzyme Taq polymerase sử dụng trong các phản ứng khuếch đại ADN

được lây từ vi khuẩn ưa nhiệt Thermus aquaíicus có nhiệt độ phát triển thích

Cầu khuẩn: Là những vi khuẩn hình cầu hoặc hỉnh trứng tròn Dựa vào phương hướng của mặt phẳng phân cắt và cách liên kết giữa các tế bào chia

cầu khuẩn thành dạng khác nhau: Đơn cầu khuẩn (Micrococcus pyrogenes), Tụ cầu khuẩn (Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis), Song cầu khuẩn (Diplococcns pneumoniae, Neisseriai menigitidis), Tứ cầu khuẩn (Tetracoccus homarí), Bát cầu khuẩn (Sarcina luíei, Sarcina aurantiaca), Liên cầu khuẩn (Streptococcus cremoris, Slreptococcus pneumoniae).

Trực khuẩn: Là nhóm vi khuẩn có hình que, hình gậy, đầu tròn hoặc

vuông; rất đa dạng, Gồm các trực khuẩn ái khí không sinh bào tử (Escherichia coli, Samonella typhii) hoặc sinh bào tử (Bacillus subtiìis, Baciỉlus careus),

trực khuẩn hiếu khí tùy tiện, trực khuẩn kị khí bắt buộc sinh bào từ hoặc không

sinh bào tử (LactobơciIIus case).

X oắn khuẩn: Là những vi khuẩn hình sợi, hình !ượn sóng, gồm các vi khuẩn có từ 2 vòng xoan trờ nên, bắt màu gram dương, di động nhờ một hay

nhiều lông xoan, kích thước thay đổi trong khoảng 0,5-3,0 X 5-40|im như vi

khuẩn Trepolemapaìlidum,

Phẩy khuẩn: Là những vi khuẩn hinh que, uốn cong có hình dấu phẩy, hình liềm, có thể đứng riêng rẽ hoặc nối với nhau thành chữ s Chúng sống

hoại sinh và gây bệnh, như vi khuẩn Vibrio choìera, Vibrio minicus,

T rự c cầu khuẩn: Là những vi khuẩn trung gian của trực khuẩn và cẩu

khuẩn, có dạng hình trứng hoặc hình bầu dục, kích thước khoáng 0,25-0,3 X 0,4-

l,5|im , như vi khuẩn tụ huyết trùng (Pasteureìla multocida), vi khuẩn dịch hạch.

1.2.2 Kích thuớc

Các vi khuẩn có kích thước rất nhò và khác nhau tùy loài Loài bé nhất

có đường kính khoảng 0,3um (Mycoplasma) xấp xi kích thước của virus lớn

nhất (virus đậu mùa) Các vi khuẩn nano hoặc siêu nhỏ có đường kính dao

động khoảng 0,05-0,2|am Vi khuẩn E coỉi có kích thước trung bình, rộng

l,l- l,5 |im và dài 2,0-6,0^1111 Đường kinh của đa số các loài thay đổi trong khoảng từ 0,2-2,0jxm, chiều dài khoảng l,5-8,0jim

1.2.3 Cấu tạo tế bào vi khuẩn

1.2.3.1 M àng nhày

M àng nhày bao bọc bên ngoài thành tế bào, có bản chất là polysacarid, một ít lipoprotein và 80-90% là nuớc Gồm hai loại màng nhày: (1) Màng nhày lớn còn gọi là giáp mô, có kích thước lớn hơn 0,2|im và quan sát được qua kính hiển vi Khi ở trong môi trường dư thừa nguồn cacbon như ờ rãnh các nhà máy đường, thi lớp màng này rất dầy (có thể lớn gấp 2 0 lần chiều ngang của vi khuẩn) (2) Màng nhày nhò có kích thước nhò hơn 0,2|im, không quan sát được dưới kính hiển vi thường

Màng nhày có vai trò: (1) Hạn chế khả năng thực bào, do đó tăng cường độc lực đối với vi khuẩn gây bệnh; (2) Liên quan đến tính kháng nguyên của vi khuẩn gây bệnh, (3) Cung cấp chất dinh dưỡng cho tế bào khi ờ trong môi truờng nghèo dinh dưỡng; (4) Tăng cường khả năng bám

1.132 Thành tế bào

rhành phần hóa học của thành tế bào vi khuẩn gồm đường amin và acid min Đường amin gồm N-axetyl glucosamine (G) và N-axetyl muramic (M) A.cid amin gồm D-alanin (Ala), D-glutamic (Glu), L-lyzin (Lyz) và L-alaiin (Ala)

ĩhành tế bào chiếm 20-30% trọng lượng khô của tế bào (ờ một số loài thành tế bào chiếm 60-70%) gồm nhiều lớp, mỗi lớp có một chức phận về sinh

lý vàđiáng nguyên khác nhau tùy vào loài vi khuẩn

L iên k ẽ t <Iọ< cùa p ep tld o g h can c ẩ n p eu taclv cỉiie

Hình 1 c ấ u tạo cùa khung murein

Thành tế bào có tên gọi khác là peptidoglycan, mucopeptide, khung murein;

là khing rắn chắc giữ vững hình dạng tế bào Thành tế bào gồm N-axetyl

gluccsamine và N-axetyl muramic liên kết với nhau bằng liên kết 1,4-P-glycosid tạo rí các chuỗi heteropolyme Các gốc N-axetyl muramic của các mạch được nối với mau bằng liên kết peptíde của các acid amin tạo ra phân tử murein khổng lồ (H nl 1) Cấu trúc khung murein lặp đi lặp lại các thành phần đặc trưng cho vi khuẩi theo tỉ lệ phân tử gam là M : G : Lyz : Glu : Ala = 1 : 1 : 1: 1 : 2

Ở vi khuẩn Gram dương (G+): Thành tế bào gồm nhiều lớp

peptiioglycan, chiếm khoảng 95% thành phần của thành Acid teichoic gồm ha: loại là ribiteichoic và glyxerinteicoic được tập hợp lại nhờ glycerol gan với D-aknin và photphat Acid teichoic liên kết đồng hóa trị vói khung murein

ơ vi khuẩn G ram âm (G ‘): Thành tế bào chì gồm một lóp

peptidcglycan, nên mỏng và d l bị phá vỡ Thành tế bào của vi khuân gram âm

29

không chứa acid teichoic, nhưng chứa lớp ỉipit tự do chiếm 2 0%, protein và lipoprotein chiếm 50%, lipopolisaccarit chiếm 20% Trong đó, lớp lipopolisaccarit quyết định tính đặc hiệu của kháng nguyên, protein quyết định tính miễn dịch và lipit quyết định tính nội độc tố của vi khuẩn gram âm.Vai trò của thành tế bào: (1) Duy trì hình dạng ngoài của tế bào vi khuẩn, giúp đề kháng với tác động vật lý hóa học từ bên ngoài và ngăn cản sự xâm nhập của một số chất có hại; (2) Là nòng cốt của kháng nguyên thân, là loại kháng nguyên quan trọng giúp xác định và phân loại vi khuẩn; (3) Ở vi khuẩn gây bệnh, thành tế bào đóng vai trò về khả năng gây bệnh; (4) Là nơi tác động của nhóm kháng sinh quan trọng như beta-lactam và là nơi tác động của lysozyme (chủ yếu ờ vi khuẩn gram dương); (5) Là nơi tiếp nhận các thụ thể của phage; (6) Tham gia vào quá trình nhuộm gram để phân biệt vi khuẩn gram dương và gram âm.

1.2.3.3 Màng sinh chất

Màng sinh chất của vi khuẩn là lớp màng nằm phía trong sát thành tế bào, dày khoảng 4-5nm, chứa khoảng 60% protein và 40% photpholipit

Màng sinh chất của vi khuẩn được cấu tạo theo mô hình khảm lỏng:

Phân tử phopholipit tạo thành màng hai lớp liên thông gồm đầu ghét nước quay vào trong, đầu ưa nước quay ra phía ngoài màng hoặc hướng vào bên trong tế bào chất Các phân tử protein có thể nằm phía trong, phía ngoài màng hoặc xuyên qua màng Các protein xuyên màng có đầu không phân cực liên kết với đuôi ghét nước của photpholipit, còn đầu phân cực liên kết với đuôi ưa nước ờ phía ngoài của photpholipit Các photpholipit ừong màng làm màng lỏng lẻo

và lớp protein chuyển động trong màng một cách linh hoạt Màng sinh chất của

vi khuẩn không chứa sterol như cholesteron nên màng không vững trắc như màng ở tế bào nhân chuẩn

Vai trò của màng sinh chất: (1) Tham gia vào việc duy trì áp suất thẩm thấu của tế bào vi khuẩn Đảm bảo việc duy tri các chất dinh dưỡng trong tế bào và đào thải các sản phẩm trao đổi chất ra ngoài tế bào; (2) Là nơi tổng hợp các enzyme ngoại bào, chuyển hóa các protein và polysacarid trong môi trường thành các acid amin và đường đom hấp thụ vào tế bào; (3) Là nơi chứa các

enzyme của chuỗi hô hấp và các enzyme tổng hợp ATP, vì vậy màng sinh chất còn là nơi thực hiện các chức năng hô hấp nội bào; (4) Là nơi tổng hợp một số thành phần của tế bào như lipit màng, peptidoglycan, acid teichoic, các polysacarid đơn giản, thành tế bào và giáp mô; (5) Tham gia vào quá trinh phân chia nhờ các mezosom (mezosom là thành phần của màng sinh chất cuộn xoắn vao bên trong, là nơi dính với nhiễm sắc thể (NST) và hỗ trợ cho quá trình sao chép của ADN và quá trinh phân bào).

1.2.3.4 Tế bào chất

Tế bào chất là thành phần chính của tế bào vi khuẩn, đây là một khối ờ trạng thái keo chứa 80-90% nước, phần còn lại là các chất hòa tan như protein, peptide, acid amin, ARN, ribosom, các muối khoáng và một số sắc tố Protein

và peptiđe chiếm khoảng 50% trọng lượng khô của vi khuẩn và khoảng 90% năng lượng của vi khuẩn được sử dụng để tổng hợp protein

Nguyên sinh chất khi còn non có cấu tạo đồng nhất và bắt màu giống nhau khi nhuộm; khi về già sẽ xuất hiện các không bào và các thể ẩn nhập (thể vùi) nên chất nguyên sinh có dạng lổn nhộn, bắt màu không đều và có tính chiết quang khác nhau Trong nguyên sinh chất của vi khuẩn trường thành có nhiều cơ quan con khác nhau như mezosom, ribosom, không bào, các hạt chất

dự trữ, các hạt sắc tố (ờ một số vi khuẩn) và cấu trúc của nhân

Te bào chất có nhiệm vụ giúp tạo ra các phàn tử ban đầu hoặc các chất cần thiết cho quá trình tổng hợp của tế bào; cung cấp năng lượng cho tế bào và chứa đựng các chất bài tiết của tế bào

1.2.3.5 Ribosom

Ribosom của vi khuẩn nằm tự do trong tế bào chất, chiếm 70% khối lượng khô của chất nguyên sinh Ribosom gồm hai tiểu phần, tiểu phần lớn 50S và tiều phần bé 30S kết hợp với nhau tạo thành loại 70S Mỗi tiểu phần của ribosom được cấu tạo từ hai thành phần chính là protein và ARN ribosom Ngoài ra, ribosom có một lượng nhỏ là lipit, ribonuclease, galactosidase và một ít chất khoáng giàu Mg2' ARN ribosom của vi khuẩn gồm ba loại 23S rARN, 16S rARN và 5S rARN Trong đó, tiểu phần lớn của ribosom được cấu tạo bời

31 phân tử protein kết hợp với rARN loại 23s rARN và 5S rARN; tiểu phẩn nhò

của ribosom được cấu tạo bời 21 phân tử protein kết hợp với rARN loại 16S rARN.

Chức năng Ribosom là cơ quan tổng hợp protein của tế bào, tuy nhiên

chi có khoảng 5-10% ribosom ờ dạng liên kết với mARN mới tham gia tổng hợp protein, chúng tạo thành các polysom Sự chuyển dịch các ribosom dọc trên mARN đòi hỏi phải có sự tham gia của nhiều yếu tố làm dài chuỗi polypeptide

là diệp lục, còn ờ vi khuẩn quang hợp là loại sắc tố gần với diệp lục gọi là khuẩn diệp lục)

Halobacterium halobium là vi khuẩn sống trong môi trương mặn, có

chứa sắc tố bacteriorhodopsine ờ màng tế bào chất, sắc tố này gần với sắc tố võng mạc của mắt

Các sắc tố khác nhau có thể gặp như: (1) Vitamin K2 (hợp chất quinon) ờ

vi khuẩn B subtiỉis và B cereus\ sắc tố carotenoit chống tía tử ngoại thấy ờ vi

Chromobacterium violaceum là loại sắc tố có hoạt tính kháng sinh (3) Một số

sắc tố tạo thành màu sắc đặc trưng của khuẩn lạc như sắc tố vàng ở vi khuẩn

s aureus, xantophin và sanxinaxanten (caroteinoit) là loại sắc tố đỏ ở vi khuẩn Sarcina (4) sắc tố pyoxyanin xanh và pyovecdin xanh lục huỳnh quang ở vi khuẩn p aentginosa (5) Dần xuất sắc tố pyrolic đò ở vi khuẩn Serralia marcescens.

1.2Ĩ.S Không bào khi

Không báo khí ở vi khuẩn là bào quan có hỉnh cầu hoặc hình bầu dục bao bởi một lớp màng không bào (tonoplast), có cấu trúc hóa học là lipoprotein

T rag không bào chứa đầy dịch tế bào Sự hình thành không bào và kích thước củano chịu ảnh hường rất nhiều bời thành phần mòi trường và giai đoạn phát triểi của tế bào vi khuẩn

Không bào khí đóng vai trò trong việc điều chình áp suất thẩm thấu của

tế ho và là nơi chứa các sản phẩm bất lợi của quá trinh trao đổi chất

1.2.1.9 Chất nhân

Nhân của vi khuẩn là nhân nguyên thủy, chưa có màng nhân điển hình nêr được gọi là procaryota Thể nhân có cơ quan chứa thông tin di truyền là

mộ nhiễm sắc thể trần cấu tạo bời một phân tử ADN xoắn kép Phân tử ADN

có chối lượng khoảng 2 tỉ Dal (2.10'9) ADN là chất đặc trưng của tế bào vi khiẩn chứa khoảng 3000 gen

Ngoài nhiễm sắc thể, một số vi khuẩn còn có các yếu tố di truyền ngoài nhim sắc thể, đó là các loại plasmid và transposon

Nhân tế bào vi khuẩn không phân hóa thành khối rõ rệt như của vi sinh vật khác Quan sát vi cấu trúc của thể nhân nhận thấy: (1) Thể nhân có hình cầu kéo dài như hỉnh que, hình quả tạ hay hình chữ V (2) Không có màng nhái nhưng giới hạn giữa thể nhân và chất nguyên sinh rõ rệt (3) Có một cấu trứ sợi nhỏ đường kính từ 3-8nm, đó là nhiễm sắc thể độc nhất của tế bào c ấ u tạobời một sợi ADN xoắn, nếu mờ vòng xoắn thì sợi dài khoảng lmm

Sự phân chia của thể nhân: Trong quá trình phân bào, thể nhân phân chia đơi giản bằng cách phân đôi, không có sự gián phân vì vi khuẩn chỉ có một nhỗm sắc thể duy nhất Sự cắt đôi của nhân liên quan tới sự tăng lên của màng ngiyên sinh chất và mezosom số lượng nhân của tế bào vi khuẩn có thể khác nhai tùy theo từng giai đoạn sinh trường, phát triển của vi khuẩn Sự phân chia củí nhân thường diễn ra trước sự phàn chia của nguyên sinh chất, do đó ở một gia đoạn nhất định của sự phát triển một vi khuẩn hình như có bốn nhân, vì ching đã là hai tế bào con và sắp sửa phân chia thành bốn tế bào con

1.2.3.10 Lông

* Tiên mao

Tiên mao có ờ một số vi khuẩn, quyết định khả năng và phương thức di

động của vi khuẩn, số lượng tiên mao khoảng từ 1-30 sợi, tùy loài vi khuẩn Khi tiên mao ngắn gọi là tiêm mao

Tiên mao có cấu tạo gồm 3 phần: Sợi, móc và gốc (1) Sọi được cấu tạo

từ một số chuỗi protein gắn với keratin gọi là ílagellin xoắn với nhau tạo thành

vò rỗng Sợi có chiều dài từ 6-30jim và đường kinh từ 10-30nm (2) Móc gan

vào đầu cuối của sợi; (3) Gốc gắn vào móc để giữ lông vào vách và màng tế

bào chất của tế bào Thể gốc gồm 1 trụ nhỏ được bao bởi bốn đĩa dạng vòng nhẫn ở vi khuẩn gram âm hoặc hai đĩa dạng vòng nhẫn ờ vi khuẩn gram dương.Tiên mao của vi khuẩn có các loại khác nhau tùy loài Có loài không có tiên mao hay còn gọi là vô mao, loài có một tiên mao mpc ở cực gọi là đơn mao, loài có một chùm mao mọc ờ cực gọi là chùm mao, loài có hai loại chùm mao mọc ở cực gọi là song chùm mao, loài có nhiều tiên mao mọc xung quanh gọi là chu mao

* Nhung mao (pili)

Nhung mao là sợi có bàn chất protein, rỗng rất nhỏ và ngắn, bao quanh vi khuẩn gram âm Dựa vào chức năng, nhung mao được chia làm hai loại (1) Nhung mao thường, còn gọi là cơ quan bám, giúp vi khuẩn bám vào giá thể của các tế bào nhân thật (màng nhầy đường hô hấp, tiêu hóa, sinh dục của người và động vật) làm tăng cường khả năng gây bệnh của vi khuẩn (2) Nhung mao giới tính, có cấu tạo giống như nhung mao thường, nhưng dài hơn và số lượng ít hơn, khoảng 1-4 sợi, chi có ờ vi khuẩn đực Có vai trò làm cầu nối giữa hai tế bào để chuyển ADN từ tế bào này sang tế bào kia khi tiếp hợp Ngoài ra, nhung mao giới tình còn là thụ thể cho các phaghe hấp thụ

1.2.3.11 Nội bào tử

Nội bào tử thường gặp ở vi khuẩn gram dương, giúp cho tế bào vượt qua những điều kiện bất lợi của ngoại cảnh như môi trường nghèo dinh dưỡng; nhiệt độ, áp suất, pH không thích hợp; môi trường chứa nhiều sản phẩm trao đổi chất độc hại Khi điều kiện môi trường thuận lợi bào tử lại này mầm

cấ u trúc: Nội bào tử là hệ thống gồm nhiều lớp vỏ bền vững bao quanh

vung lõi chứa ADN Tiếp xúc với nguyên sinh chất của bào tử là lớp màng bào

tù (tương ứng với màng nguyên sinh chất của tế bào); tiếp đến là vách bào từ (tương ứng với thanh tế bào); tiếp theo là vò bao quanh vách (vỏ này không bằt màu khi nhuộm), xung quanh vỏ có hai lóp bao là bao ngoài và bao ữong (hai lớp này quyết định tinh đề kháng mạnh, không thấm đối với các yếu tố hóa học) (Hình 2)

Thành phần hóa học: Nội bào tử gồm (1) các lớp bao và màng bào tử

cấu tạo bời protein chứa glyxin, tyrosin, đặc biệt là xystein và keratin có cầu nối disunfua giúp tăng sức kháng của tế bào (2) Chất nguyên sinh của nội bào

từ chứa một ít NST, ribosom và một số enzyme chuyển hóa ờ trạng thái không hoạt động (3) Một lượng lớn Ca2+, Mg2+ và acid dipicolinic (5-12%); nước ờ trạng thái liên kết

Sức đề kháng của bào tử: Bào từ có sức đề kháng cao với các yếu tố bất

lợi vi: (1) Bào tử có nhiều ion Ca2+ và acid dipicolinic, protein trong bào tử kết hợp với dipicolinat canxi là phức chất có tính ổn định cao với nhiệt độ Có nước ờ trạng thái liên kết, do đó không có khả năng làm biến tính protein khi nhiệt độ tăng cao (2) Enzyme và các chất có hoạt tính sinh học tồn tại ờ ừạng thái không hoạt động nên hạn chế sự tiêu hao năng lượng Sự có mặt của acid amin chứa lưu huỳnh (cystein) hạn chế tác dụng của tia cực tím (3) Có nhiều màng bao bọc, tính thấm kém làm cho các chất hóa học và sát trùng khó lọt qua Bào tử có tính kháng nhiệt, kháng bức xạ, kháng hóa chất, kháng áp suất thâm thấu Bào tử có khả năng sòng từ vài năm đến vài chục năm

Sự nảy mầm của bào tử: Khi gặp điều kiện thuận lợi và được hoạt hóa

bời một số yếu tố, bào từ sẽ thay đổi hàng loạt các yếu tố và này mầm Quá trình này gồm 3 giai đoạn: Hoạt hóa, nứt vỏ và mọc ra

1.3 Xạ khuẩn

1.3.1 Đặc điểm của xạ khuẩn

Xạ khuẩn là một nhóm vi sinh vật có cấu tạo như sợi nấm nhưng lại có kích thước và cấu tạo tế bào gần giống với vi khuẩn Chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên như trong nước, ưong đất và trong các chất hữu cơ v ề mặt phân loại xạ khuẩn thuộc procaryota, còn nấm sợi thuộc eucaryota

Đặc điểm giống với vi khuẩn là: Kích thước xạ khuẩn bé tương tự như kích thước của vi khuẩn; Nhân của xạ khuẩn giống với nhân của vi khuẩn, thuộc loại nhân sơ; Màng tế bào và sự phân chia tế bào của xạ khuẩn theo kiểu

vi khuẩn; Xạ khuẩn không có giới tính

Đặc điểm giống với nấm sợi là: Xạ khuẩn có cấu tạo dạng sợi, phát triển bằng phân nhánh thành những sợi nhỏ, dài gọi là khuẩn ti Mỗi khuẩn ti do một

tế bào hình thành, tập hợp của các khuẩn ti gọi là hệ khuẩn ti

1.3.2 Khuẩn ti xạ khuẩn

1.3.2.1 Hình dạng và kích thước

Xạ khuẩn có hệ khuẩn tì phát triển tốt, khuẩn ti xạ khuẩn không có vách ngăn và không tự đứt đoạn, bắt màu gram dương, hiếu khí, hoại sinh, không hình thành nha bào, không có lông và giáp mô Xạ khuẩn có hinh thái đa dạng như hỉnh chùy, dạng phân nhánh hay dạng sợi dài gọi là khuẩn ti hay phân nhánh thành chùm, thành bó sợi gọi là khuẩn ti thể Đường kính của khuẩn ti tư

từ 0,2-0,5|im, kích thước và khối lượng của khuẩn ti thường không ổn định, chúng phụ thuộc vào từng loại và từng môi trường nuôi cấy

1.3.2.2 Nuôi cấy

Khuẩn ti xạ khuẩn khi còn non và mang bào từ thường lớn hơn so với khuẩn ti khi già và không mang bào tử Xạ khuẩn khi già thay đổi hình thái rõ rệt, chúng trờ nên giòn và đứt gãy thành từng đoạn nhỏ có kích thước khác nhau

Xạ khuẩn phần lớn là cơ thề hiếu khí, một số loài sống trong điều kiện kị khí xạ khuẩn thu nhận năng lượng từ các hợp chất hữu cơ.

Khi nuôi cấy trong môi trường dịch thể, sợi của xạ khuẩn tạo thành dạn; bông, nuôi lâu tạo thành kết tủa lắng xuống đáy Phần kết tủa này bao gồn các hạt li ti, đó là săn phẩm phân hủy của màng nguyên sinh chất và váci tế bào xạ khuẩn

Xạ khuẩn khi nuôi cấy trong môi trường đặc, khuẩn ti phát triển thành hai oại: một loại cam sâu vào môi trường để lấy nước và thức ăn gọi là khuẩn

tì Cf chất; một loại phát triển ra ngoài không khí, trên bề mặt môi trường gọi là khuìn ti khí sinh

Hình 3 X ạ khuẩn nuôi trên môi thạch nghiêng và hệ sợi

Ở đa số các loài xạ khuẩn, khuẩn ti khí sinh phát triển theo hình phóng xạ tạothành nhiều vòng tròn đồng tâm, vi vậy chúng có tên là xạ khuẩn Khuẩn ti

cơ ;hất của xạ khuẩn có thể cắm sâu vào trong môi trường từ l-3mm, chúng mọ; thành một vòng nhỏ xung quanh khuẩn lạc, khuẩn ti cơ chất hút chất dinh dưcng cung cấp cho toàn bộ cơ thể (Hình 3)

1.32.3 Khuẩn lạc của xạ khuẩn

Khuẩn lạc của xạ khuẩn không trơn ướt như ờ nấm men mà nó thường rắn chắc, thô ráp dạng vôi, dạng nhung tơ, hay dạng mạng dẻo, không trong suct, do đó bề mặt của khuẩn lạc xạ khuẩn có thể nhẵn, có mấu lồi, có nếp nhễn, hoặc sần sùi như vò cam sành Kích thước của khuẩn lạc thay đổi tùy loà xạ khuẩn và tủy điều kiện nuôi cấy, đường kính khuẩn lạc trung bình từ

37

0,5-2mm Khuẩn lạc có nhiều màu sắc khác nhau như đỏ, da cam, vàng, lam hồng, nâu, tím Màu sắc của khuẩn lạc là tiêu chuẩn quan trọng để phân biệt

xạ khuân

1.3.3 Bào tử và sự hình thành bào tử

1.3.3.1 Bào tử của xạ khuẩn

Bào tử của xạ khuẩn được hình thành trên đỉnh khuẩn ti khí sinh, sợi bào

tử có thể có nhiều loại hình dạng khác nhau như thẳng, lượn sóng, xoắn, mọc vòng, một số xạ khuẩn có sinh nang bào từ, bẽn trong có chứa bào tử nang.Bào tử xạ khuẩn được hình thành theo ba phương thức sau: (1) Phát triển toàn bộ (toàn bộ hay một bộ phận của thành khuẩn tì xạ khuẩn tạo ra thành của bào tử) (2) Phát triển trong thành (thành bào tử xạ khuẩn sinh ra từ tầng nằm giữa màng nguyên sinh chất và thành khuẩn ti) (3) Phát triển bào từ nội sinh thật (thành khuẩn ti xạ khuẩn không tham gia vào quá trình hình thành bào tử) (4) Bào tử trẩn của xạ khuẩn có thể hình tròn, hình bầu dục, hình que, hình trụ Hình dạng và kích thước của bào tử có vai trò quan trọng trong việc định tên xạ khuẩn

1.3.3.2 Sự hình thành bào tử

Bào tử xạ khuẩn được hình thành theo cách: Vách ngăn được hình thành

từ phía trong của màng nguyên sinh chất và tiến dần vào ứong tạo vách ngăn không hoàn chinh, sau đó sợi bào tử mới phân cắt thành các bào tử ơần Vách

tế bào và màng nguyên sinh chất đồng thời xuất hiện vách ngăn tiến dần vào bên trong và làm cho sợi bào tử phân cắt tạo thành một chuỗi bào tử trần

1.3.4 Vai trò của xạ khuẩn trong tự nhiên

L ọi ích: Xạ khuẩn tham gia vào quá trình làm màu mỡ cho đất; tham gia tích cực vào quá trình chuyển hóa và phân giải nhiều hợp chất hữu cơ phức tạp

và bền vững như cellulose, chất mùn, chitin, keratin, lignin; Xạ khuẩn được sừ dụng rộng rãi trong y học và trong bảo vệ thực vật; tham gia tổng hợp các chất hữu cơ như vitamin nhóm B và một số acid hữu cơ như acid lactic, acid acetic

và nhiều acid amin như glutamic, metionin, triptophan Xạ khuẩn được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp lên men