VẬT LÝ CHẤT RẮN Chương 27 đại cương về vi sinh vật

Những ngành học liên quan đến Vi sinh vật học  Vi sinh ứng dụng Vi sinh y học và miễn dịch học Vi sinh nông nghiệp Vi sinh công nghiệp Vi sinh nước và biển... Đặc tính• Tính thích nghi

Giới thiệu về

Vi sinh vật học

Vi sinh vật là gì?

 Không thể nhìn thấy bằng mắt thường

 Nhỏ hơn 0.1 mm

 Động vật nguyên sinh (protozoa)

 Vi tảo (microscopic algae)

 Nhân giả

 Thành có chứa

peptidoglycan

 Nhị phân

 Nguồn năng lượng:

chất hữu cơ, vô cơ

hay tự quang hợp

Vi khuẩn

sinh methan, chịu

nhiệt, chịu mặn, chịu

acid

Cổ khuẩn

 Nhân thật

 Thành chitin

 Sử dụng chất hữu cơ

làm nguồn năng lượng

 Nấm mốc: đa bào, có sợi nấm

 Nấm men: đơn bào

Vi nấm

Trong nông nghiệp

 Chuyển hóa C, N, S thành dạng cây trồng

có thể sử dụng được

 Lên men thức ăn gia súc

Lợi ích

Lợi ích

Trong thực phẩm

 Lên men: cheese, bia, rượu

 Phụ gia: bột ngọt, citric acid, men

Môi trường/năng lượng

 Năng lượng sinh học

 Cải thiện môi trường

 Công nghiệp mỏ

Lợi ích

Có hại

 Gây bệnh

 Chẩn đoán bệnh, vaccine ngừa bệnh

 Gây ngộ độc thực phẩm

2 Lịch sử phát triển

2 mốc quan trọng

 Tranh cãi về thuyết tự sinh

 Phát minh ra kính hiển vi

Những người tiên phong

Những người tiên phong

 Antoni van Leeuwenhoek, DE (1673)

 Người đầu tiên quan sát được vi sinh vật sống

Những người tiên phong

 Louis Pasteur (1822-1895)

 Lên men (1857)

 Thanh trùng: Đun chất lỏng đủ để tiêu diệt vi khuẩn có hại (1864)

 Phát triển vaccine dại

 Đưa ra giả thuyết vi sinh vật gây bệnh

 Đưa ra kỹ thuật tiệt trùng (aseptic techniques): ngừa nhiễm bệnh từ các vi sinh vật không

mong muốn

 Thành lập viện Pasteur, Paris (1894)

Những người tiên phong

Những người tiên phong

 1910: Paul Ehrlich phát triển thuốc từ

arsenic, salvarsan, điều trị giang mai

Những ngành học liên quan

đến Vi sinh vật học

 Vi sinh ứng dụng

Vi sinh y học và miễn dịch học

Vi sinh nông nghiệp

Vi sinh công nghiệp

Vi sinh nước và biển

3 Đặc tính

• Tính thích nghi

• Khả năng sinh sản

• Trao đổi chất và sinh tổng hợp

• Tham gia chu trình chuyển hóa vật chất

Tính thích nghi

• Năng lực thích ứng vượt rất xa so với động vật và thực vật

• Vi sinh vật tự tạo những cơ chế điều hoà

trao đổi chất để thích ứng được với những điều kiện sống rất bất lợi

 Số lượng enzyme thích ứng chiếm tới

10% protein trong tế bào

• Một số vi sinh vật có thể thích nghi với

nồng độ 32% NaCl (muối ăn)

• Thiobacillus thioxidans có thể sinh trưởng

ở pH = 0,5

Tính thích nghi

• Thiobacillus denitrificans có thể sinh trưởng

ở pH = 10,7

• Micrococus radiodurans có thể chịu được

cường độ bức xạ tới 750.000 rad

• Vsv hiện diện nơi sâu nhất trong đại dương (11034 m) nơi có áp lực tới 1103.4 atm

• Vsv rất dễ phát sinh biến dị (10-5 – 10-10)  đột biến gene  thay đổi về hình thái, cấu tạo, kiểu trao đổi chất, sản phẩm trao đổi

chất, tính đề kháng

Khả năng sinh sản

• Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh

• Escherichia coli trong điều kiện thích hợp

cứ 12 - 20 phút lại phân chia một lần

• Thời gian thế hệ của nấm men

Saccharomyces cerevisiae là 120 phút (tốc

độ sinh tổng hợp cao hơn của bò 100K lần

• Thời gian thế hệ của tảo Chlorella là 7 giờ, của vi khuẩn lam Nostoc là 23 giờ

Trao đổi chất và sinh tổng hợp

• Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh

• Lactobacillus trong 1 giờ có thể phân giải

một lượng đường lactose nặng hơn 1000 –

10000 lần khối lượng của chúng

• QO2 (lượng O2 mà mỗi mg chất khô của cơ thể sinh vật tiêu hao trong 1 giờ) của

Azotobacter là 2000; Pseudomonas: 1200;

nấm men: 110 trong khi ở mô lá hoặc mô

rễ thực vật là 0.5 – 4, ở gan và thận là 10 - 20

Trao đổi chất và sinh tổng hợp

• Năng lực chuyển hoá sinh hoá mạnh mẽ  tác dụng hết sức lớn lao trong thiên nhiên cũng như trong hoạt động sống của con

người

Tham gia chu trình chuyển hóa vật chất

4 Ứng dụng của vi sinh vật

Trong thực phẩm

Lên men rượu

• VSV chuyển các đường đơn thành cồn (ethanol) và carbon dioxide (CO2)

• Ở quy mô sản xuất thương mại có thể dùng nhiều loại giống khác nhau cho ra những sản phẩm rượu khác nhau

Trong công nghiệp

• Sản xuất nhiều sản phẩm ở quy mô lớn

* Các sản phẩm bậc 1: sinh ra trong quá trình vsv tăng trưởng, cần cho vsv sinh sản hay là sản phẩm phụ của chuyển hóa

* Sản phẩm bậc 2: sinh ra khi vsv đã vào pha ổn định, không tối cần thiết cho sinh trưởng

Trong công nghiệp

• Sản xuất những chất hóa học hữu dụng: acid hữu cơ, thuốc nhuộm, vitamin, amino acid

• Nhiên liệu thay thế: sản xuất ra các loại

đường hay chuyển biomass thành nhiên liệu

Trong công nghiệp

• Dược phẩm: kháng sinh, hormone, chất

điều hòa sinh trưởng

• Thuốc trừ sâu và sản phẩm nông nghiệp

• Chất cảm biến sinh học: sản phẩm của vsv kết hợp với thiết bị đo lường điện tử

Trong xử lý môi trường

• Xử lý nước sinh hoạt và nước thải

• Dọn dẹp rác thải sinh học

• Xử lý hầm mỏ

Trong xử lý môi trường

• Xử lý nước sinh hoạt và nước thải

• Dọn dẹp rác thải sinh học

• Xử lý hầm mỏ

Trị liệu sinh học (Bioremediation)

• Sử dụng vsv dọn dẹp các chất độc, chất khó chuyển hóa bằng các phân hủy chúng thành chất vô hại

• Phổ biến nhất: sử dụng vk xử lý dầu tràn

• 2 loại trị liệu

* Tự nhiên: bổ sung chất dinh dưỡng để

“khuyến khích” vsv phân hủy chất độc trong đất, nước

* Nhân tạo: dùng GMM để phân hủy những chất ô nhiễm nhất định

Nước thải acid từ các mỏ

• Nước đi qua các quặng kim loại  phản

ứng của kim loại với oxy và vsv

• Hậu quả là sông suối bị ô nhiễm  giảm pH

 chết cá, thực vật và các sinh vật khác

cũng như người không thể sử dụng

• Tạo điều kiện cho vsv ưa acid sinh sôi

Vai trò của vsv trong chu trình hóa địa

* Thối rữa: chuyển đổi chất hữu cơ từ sv chết thành chất vô cơ

Vai trò của vsv trong chu trình hóa địa

sinh

• Chu trình phosphour: P chuyển từ dạng

không tan sang dạng tan  sv có thể sử

dụng  P hữu cơ thành vô cơ (quá trình

này tùy thuộc pH)

• Chu trình kim loại: vsv có thể sử dụng ion kim loại làm nguồn dinh dưỡng  chuyển

kim loại từ dạng không tan sang dạng tan  cho phép theo dõi kim loại mà các sv sử

dụng