Bài giảng vi sinh vật học chương 2 đặc điểm hình thái, sinh lý và phân loại vi khuẩn

Đặc điểm hình thái và kích thước vi khuẩna/ Đặc điểm chung: + Mỗi loài vi khuẩn, trong điều kiện sống nhất định thường có kiểu hình thái đặc trưng và ổn định + Khi điều kiện sống thay đ

2.1 Khái niệm về vi khuẩn

2.2 Đặc điểm hình thái và kích thước vi khuẩn

2.3 Cấu tạo tế bào vi khuẩn

Chương 2: Đặc điển hình thái, sinh lý và phân loại vi khuẩn

2.5 Di động của vi khuẩn

2.6 Sự hình thành bào tử của vi khuẩn

2.4 Sinh sản của vi khuẩn

2.7 Phân loại và định tên vi khuẩn

2.1 Khái niệm về vi khuẩn

+ Tế bào sống hết sức nhỏ bé, muốn quan sát được thông

thường phải sử dụng kính hiển vi

+ Có cấu tạo rất giản đơn, tế bào chưa hoàn thiện (nhân

chưa phân hoá - Procariot): chưa hình thành thể nhiễm sắc,

+ Có vai trò quan trọng đối với đời sống con người, trong

đó nhiều chủng vi sinh vật đã được ứng dụng để sản xuất ra các sản phẩm phục vụ con người

2.2 Đặc điểm hình thái và kích thước vi khuẩn

a/ Đặc điểm chung:

+ Mỗi loài vi khuẩn, trong điều kiện sống nhất định

thường có kiểu hình thái đặc trưng và ổn định

+ Khi điều kiện sống thay đổi, ở một số loài này có thể làm biến đổi kiểu hình thái và dạng tồn tại đặc trưng của chúng, song ở một số loài khác lại không ảnh hưởng đến đặc điểm hình thái của chúng

+ Trong môi trường, vi khuẩn thường tồn tại ở dạng đặc trưng cho loài: đứng đơn lẻ, kẹp đôi, tạo chuỗi hoặc kết tụ thành từng đám (do kích thước vi khuẩn nhỏ nên trạng

thái tồn tại trên chịu sự tác động rất lớn của môi trường ngoài)

b/ Các dạng hình thái thường gặp:

+ Dạng hình cầu (coccus): Tế bào hình cầu hay hình trứng

(chiều ngang > 1/2 chiều dọc tế bào)

- đứng đơn lẻ: đơn cầu khuẩn (monococcus)

- đứng kẹp đôi: song cầu khuẩn (diplococcus)

b/ Các dạng hình thái thường gặp:

2.2 Đặc điểm hình thái và kích thước vi khuẩn

+ Dạng hình que (Streptococcus): Tế bào hình que (chiều

ngang < 1/2 chiều dọc tế bào)

- có khuẩn ngắn, trực khuẩn dài, hoặc có loài rất

dài

- có khuẩn thẳng, hoặc có loài hình hơi cong

- có trực khuẩn cân đối, hoặc có loài không cân đối

(phình to ở một đầu hay ở giữa tế bào do tạo bào tử) 

- trong canh trường có loài đứng đơn lẻ, liên kết

thành chuỗi hay tụ lại thành từng đám

2.2 Đặc điểm hình thái và kích thước vi khuẩn

b/ Các dạng hình thái thường gặp:

b/ Các dạng hình thái thường gặp:

+ Phảy khuẩn và xoắn khuẩn

- Phảy khuẩn (Vibrio): tế bào cong

dạng dấu phảy

- Xoắn khuẩn: tế bào dạng xoắn lại

như hình lò xo ngắn (Spirillum), hay dạng lò xo rất dài (Spirochetes)

2.2 Đặc điểm hình thái và kích thước vi khuẩn

- Xạ khuẩn (Actinomyces): tế bào dạng hệ sợi gồm nhiều sợi nhỏ, dài,

mảnh và phân nhánh (khuẩn ty) Khi sinh sản, hệ sợi có thể phân chia tạo thành vách ngăn và trên phần sợi khí sinh sẽ xuất hiện các sợi bào tử, theo kiểu đặc trưng của loài

c/ Đặc điểm hình thái xạ khuẩn:

2.2 Đặc điểm hình thái và kích thước vi khuẩn

* Vi khuẩn hình dạng biến đổi (Corynebacterium): hình dạng

thay đổi theo lứa tuổi: khi còn non hình cầu, khi trưởng thành có

dạng hình que, khi sinh sản có dạng đoạn góy zick-zac

d/ Một số dạng hình thái ít gặp

** Dạng qua lọc của vi khuẩn, do không có thành tế bào (hoặc có không đầy đủ) nên chúng có thể biến đổi hình dạng và chui qua được các phin lọc vi khuẩn thông thường, gồm 2 dạng sau:

- L – Form: một số loài vi khuẩn, trong môi trường có chất kháng sinh

hay chất độc có thể bị rối loạn hay bị mất chức năng tổng hợp thành tế bào, dẫn tới không có hoặc không có thành tế bào

- Mycoplasma: một số loài vi khuẩn

không có thành tế bào, nên hình dạng của

chúng thay đổi theo không gian và điều

kiện môi trường

(*) Trong nghiên cứu khoa học, các tế bào trần tạo ra thường được gọi là

Protoplasm (VK Gram dương) hay Spheroplasm (VK Gram âm)

d/ Một số dạng hình thái ít gặp

* Rickettsia và Chlamydia: loại vi

khuẩn nhỏ, sống ký sinh bên trong tế bào chủ (thường là các loài gây bệnh)

* Các dạng khác: +

Planctomyces hay Hyphomicrobium giống hình

nụ hoa còn cuống, + Myxococcus, Mellitangium,

Stigmatella hay Chrondromyces có dạng quả

- bào tử B subtilis hình ellip (0,6-0,9) x ((1-1,5) m

- xạ khuẩn Streptomyces griseus sợi dài mảnh (0,8-1) m

- bào tử S griseus hình cầu-ôvan 0,8 x (0,8-1,7) m

2.3 Cấu tạo tế bào vi khuẩn

2.3.1 Thành tế bào

+ Phần lớn các loài vi khuẩn đều có thành tế bào: là lớp vỏ dày khoảng 10-25 nm; cấu trúc chắc chắn bao bọc lấy toàn bộ bề mặt

tế bào

+ Chức năng: tạo hình và bảo vệ cho tế bào

+ Thành phần: cấu tạo từ các hợp chất hữu cơ cao phân tử

+ Cấu trúc: hình thành lớp và có sự khác biệt lớn giữa hai nhóm

vi khuẩn Gram dương và Gram âm

- Thành tế bào vi khuẩn Gram dương là lớp vỏ peptidoglucan dày, hình thành từ khoảng 30-45 lớp peptidoglucan Mỗi lớp

peptidoglucan cấu thành từ các sợi glucan (-Glucozamin-axit Muraminic

-G-M-) liên kết với nhau qua các cầu nối peptit Số lượng và bản

chất các axít amin hỡnh thành cầu peptit biến đổi và khác nhau giữa các loài vi sinh vật

2.3.1 Thành tế bào

+ Cấu trúc thành tế bào vi khuẩn Gram dương

2.3.1 Thành tế bào

+ Cấu trúc thành tế bào vi khuẩn Gram âm

- Thành tế bào vi khuẩn Gram âm gồm hai lớp: lớp peptidoglucan mỏng (3-5 lớp) bên trong và lớp photpholipit kép dày phía ngoài (có phân bố đan xen các phân tử

+ Phía ngoài thành tế bào, một số loài vi khuẩn có thể còn các bào quan sau:

2.3.1 Thành tế bào

* Tiên mao (Flagellum):

- dạng sợi nhỏ, mảnh (2-10 nm), mọc ra bên ngoài thành tế bào

- Tuỳ thuộc loài vi khuẩn, mỗi tế bào có một tiên mao, một chùm tiên mao hay tiên mao mọc kín quanh tế bào

- Là cơ quan giúp vi khuẩn tự di chuyển chủ động

- Khả năng hình thành tiên mao chịu tác động của điều kiện môi trường ngoài

+ Phía ngoài thành tế bào, một số loài vi khuẩn có thể còn các bào quan sau:

* Lớp giáp mạc (capsule và slime): một số loài vi khuẩn, trong

những điều kiện nhất định có thể hình thành một lớp nhày rất dày

bao bọc phía ngoài gọi là giáp mạc Chức năng GM chưa hoàn toàn sáng tỏ, song nhiều loài đã được ứng dụng để lên men sản xuất sản

phẩm CN (dextran, xanthan, pullulan)

* Sex-pilli: dạng ống trụ rỗng, nhỏ; giúp

vi khuẩn tham gia vào quá trình sinh sản

hữu tính nguyên thuỷ

2.3.2 Tế bào chất

* Toàn bộ các thành phần phía bên trong thành tế bào được gọi

là tế bào chất, bao gồm các thành phần sau:

- Màng tế bào chất

- Nguyên sinh chất

- Các bào quan: riboxom, “thể nhân”, Plasmid

- Các thể dự trữ

a/ Màng tế bào chất

* Là lớp màng mỏng nằm sát phía trong thành tế bào

* Thành phần bao gồm: protein ~50%, hydratcacbon 15-20% và photpholipit

* Cấu trúc: dạng lớp photpholipit kép, có phân bố đan xen các phân tử protein

vận chuyển đặc hiệu

* Chức năng: có hoạt

tính bán thấm chọn lọc,

kiểm soát hoạt động trao

đổi vật chất giữa tế bào

với môi trường

** Trên màng có các enzym

tham gia vào QT tổng hợp

năng lượng

b/ Nguyên sinh chất

* Là toàn bộ phần dịch thể trong tế bào

* Thành phần chính là nước, trong hoà tan có nhiều loại chất tan

“Lơ lửng” trong nguyên sinh chất có các bào quan (riboxom, “thể nhân”, plasmid ) và các thể dự trữ (volutin, glycogen, giọt chất

béo, không bào )

* Đặc tính: hết sức linh động, luôn luôn đổi mới thành phần (do liên tục hấp thu và chuyển hoá chất dinh dưỡng mới, đồng thời đào

thải ra môi trường các “sản phẩm trao đổi chất”)

- Dài khoảng 1-1,5mm, mang rất nhiều gen (30.000-70.000 gen) Vào quá trình phiên mã chuỗi xoắn kép luôn mở ra tại các vị trí nhất định và vào thời điểm nhất định trong chu kỳ sinh sản…

* Trong tế bào chất vi khuẩn còn có các Plasmid

- Bản chất DNA: đoạn xoắn kép, cấu trúc vòng kín, mang một hay một vài gen

- Chức năng: tăng sức đề kháng cho tế bào trước các chất độc

- Đặc tính: có thể vận chuyển được, qua lại giữa các loài gần gũi

- Số lượng: thay đổi (từ 3-5 103-104), theo trạng thỏi sinh học tế bào

c/ Một số bào quan chức năng

2.4 Sinh sản và phát triển của vi khuẩn

2.4.1 Sinh sản ở vi khuẩn

a/ Vi khuẩn sinh sản điển hình bằng phương thức phân cắt giản đơn từ

tế bào mẹ thành các tế bào con

+ Quá trình sinh sản trải qua tất cả các giai đoạn của chu kỳ tế bào điển hình

+ Về hình thái: Vào thời điểm nhất định trong chu kỳ sinh sản, thành

tế bào dần xuất hiện vành ngăn Theo thời gian, vành ngăn phát triển dần vào trong Khi gần khép kín sự phát triển dường như dừng lại

một thời gian; sau đó vách ngăn hình thành, phân chia tế bào mẹ

thành các tế bào con Phụ thuộc loài, từ tế bào mẹ thành 2 TB con, 4

TB con (tứ cầu khuẩn), 8 TB con (bát cầu khuẩn), hoặc n TB con (xạ

2.4 Sinh sản và phát triển của vi khuẩn

2.4.1 Sinh sản ở vi khuẩn

sinh sản hữu tính nguyên thuỷ, bằng kết hợp 2 tế bào khác dấu qua

Sexpilli

+ Canh trường vi sinh vật là canh trường quần thể, gồm vô số tế bào, thí dụ: - mật độ

nấm men trong dịch lên men bia 15-30.106TB/ml - mật độ E coli

trong dịch lên men 107-109TB/ml

a/ Đặc điểm canh trưởng vi sinh vật

+ Trong canh trường luôn có các tế bào ở trạng thái sinh trưởng khác nhau: TB mới sinh ra, TB đang phát triển, TB trưởng thành,

TB sinh sản và TB già (TB đang chết)

+ Chất lượng canh trường được xác định qua các chỉ tiêu:

- Mật độ tế bào trong canh trường và tốc độ biến thiên lượng tế bào trong canh trường

- Hàm lượng sinh khối và tốc độ biến thiên hàm lượng sinh khối

- Tỉ lệ tế bào sinh sản, hay tỉ lệ tế bào chết

- Hoạt lực chuyển hoá cơ chất, hay tốc độ tích tụ sản phẩm

2.4.2 Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật

2.4.2 Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật

b/ Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong môi

trường lỏng

+ Đặc điểm: Vi sinh vật phát triển trong toàn bộ môi trường; tuy

nhiên, phụ thuộc đặc tính sinh lý của chủng mà chúng có thể phát triển mạnh mẽ trên bề mặt (VSV hiếu khí), phát triển mạnh mẽ dưới đáy (VSV yếm khí) hay phát triển ở khắp nơi trong môi trường (VSV hô hấp tuỳ nghi)

+ Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, làm xuất hiện các

biến đổi có thể nhận biết được bằng mắt thường (hay giác quan khác):

độ đục môi trường tăng; có thể tạo bọt, tạo màng, tạo váng, tạo cặn; có thể làm biến màu môi trường

+ Động học sự phát triển của chủng phụ thuộc vào điều kiện sinh trưởng và phát triển của chúng (trong điều kiện nuụi gián đoạn, môi

trường có một nguồn thức ăn chính sự sinh trưởng và phỏt triển của vi sinh vật qua 4 giai đoạn: thớch ứng, phỏt triển lũy tiến, phỏt triển cõn

bằng, và chết dần…).

c/ Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trên môi trường

đặc

+ Về động học: sự sinh trưởng và phát triển của VSV cũng qua bốn

giai đoạn: thích ứng, phát triển luỹ tiến, cân bằng và chết dần

+ Mỗi loài vi sinh vật, trong

điều kiện sống nhất định, bao

giờ cũng hình thành kiểu

khuẩn lạc đặc trưng cho loài

+ Về hình thái: từ một tế bào, hay từ một số tế bào đứng sát nhau, sẽ sinh trưởng và phát triển dần hình thành quần thể VSV gồm vô số tế bào, với kích thước lớn có thể quan sát được bằng mắt thường gọi là khuẩn lạc

c/ Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trên môi trường đặc

* Đặc điểm khuẩn lạc:

- Hình dạng: tròn cân đối hay phát

triển tràn lan không có hình dạng xác

khô, xù xì, nhăn nheo

- Đặc tính mép bờ: trơn đều, đứt gãy

2.5 Di động của vi khuẩn

a/ di chuyển chủ động

do kích thước nhỏ nên vi khuẩn dễ dàng bị kéo theo các

chuyển động khác (gió cuốn, nước chảy, dòng đối lưu, côn trùng,

động vật di chuyển )

chuyển động bị động giữ vai trò rất quan trọng trong việc

phát tán vi sinh vật trong tự nhiên

+ Trong tự nhiên, một số loài vi khuẩn có khả năng tự chuyển

động; song một số loài khác lại không tự chuyển động được

+ Các loài vi khuẩn có khả năng tự chuyển động gồm: loài có tiên mao (CĐ nhờ tiên mao), xoắn khuẩn (CĐ nhờ co dón xoắn) và niêm vi

khuẩn (CĐ nhờ nhu động của giáp mạc)

2.6 Sự hình thành bào tử của vi khuẩn

+ Một số loài vi khuẩn, khi gặp điều kiện sống khó khăn có thể chuyển

sang trạng thái bào tử để sống sót qua điều kiện này

Vỏ ngoài

Vỏ phía trong

DNA

Riboxom + Bào tử gồm 2 phần: phần vỏ và lõi (core)

+ Có sự khác biệt về thành phần giữa bào tử và TB sinh dưỡng: hàm lượng

axít dipicolinic và Ca2+ cao hơn, song lượng nước trong bào tử thấp hơn nhiều

so với tế bào sinh dưỡng.

- Phần vỏ gồm lớp màng ngoài (ngoại mạc): cấu

trúc chắc chắn (từ 3 lớp Exosporium, Spore coat,

Cortex), ít thấm nước và chất tan; đảm nhiệm chức

- Core wall) mỏng, có chức năng hình thành thành tế

bào khi bào tử nảy mầm

- Phần lõi: chứa đầy đủ các bào quan, song hầu như

chỉ có nước liên kết

2.6 Sự hình thành bào tử của vi khuẩn

+ Quá trình hình thành bào tử rất

phức tạp, qua nhiều giai đoạn biến đổi

f e

d

- Khi gặp điều kiện khó khăn, tế bào

chất của vi khuẩn dường như vận động

(a) dồn lại thành “vùng bào tử” (b);

Tiếp theo vùng tế bào chất còn lại biến

đổi (c) theo xu hướng dần bao bọc (d)

lấy “vùng bào tử”, sau đó phần tế bào

chất này bao bọc hoàn toàn và dần hình

2.6 Sự hình thành bào tử của vi khuẩn

+ Bào tử có sức chống chịu cao trước điều kiện khắc nghiệt của môi

trường: bền nhiệt hơn, khả năng sống sót cao hơn trong môi trường có chất độc

+ ở trạng thái bào tử, quá trình TĐC hầu như không xảy ra, hoặc

xảy ra với cường độ không đáng kể

+ Gặp điều kiện thuận lợi bào tử nảy mầm phát triển thành tế

bào sinh dưỡng: Đầu tiên, vỏ bảo tử hút nước trương nở dần; quá trình

trao đổi chất dần được phục hồi Tiếp theo lớp nội mạc biến đổi dần tạo thành thành tế bào; lớp ngoại mạc bị thuỷ phân giải phóng tế bào sinh dưỡng ra ngoài Quá trình này xảy ra thuận lợi hơn khi kèm theo các biến đổi đột ngột về nhiệt độ môi trường (sốc nhiệt ) Đồng thời, ở

một số chủng VSV trong giai đoạn này cũng có thể kèm theo tích tụ

chất kháng sinh

+ Sự hình thành bào tử có ý nghĩa lớn trong thực tiễn

2.7 Phân loại và định tên vi khuẩn

2.7.1 Khái niệm về phân loại vi khuẩn

+ Phân loại là áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn, chỉ tiêu so sánh

để phân biệt loài vi sinh vật này với loài khác, phục vụ các mục tiêu

nghiên cứu và ứng dụng của con người

+ Mỗi loài vi sinh vật, sau khi phân loại, sẽ được định tên theo quy ước thống nhất chung

+ Cơ sở để phân biệt giữa loài là căn cứ vào đặc tính của chúng,

bao gồm 4 nhóm đặc điểm lớn là:

- Nhóm đặc điểm về hình thái và cấu tạo tế bào

- Nhóm đặc điểm về sinh hoá và trao đổi chất

- Nhóm đặc điểm về cấu trúc phân tử và di truyền

- Nhóm đặc điểm về phản ứng huyết học và miễn dịch

2.7 Phân loại và định tên vi khuẩn

2.7.2 Các tiêu chuẩn phân loại vi khuẩn

a/ Nhóm đặc điểm về hình thái và cấu trúc tế bào, bao gồm: đặc

điểm hình thái, kích thước tế bào, khả năng hỡnh thành và đặc điểm tiên mao, phản ứng màu Gram, đặc điểm sự phát triển trên môi

trường đặc; đặc điểm khuẩn lạc, đặc điểm về môi trường phân bố

trong tự nhiên

b/ Nhóm đặc điểm về sinh hoá và trao đổi chất, bao gồm: khả

năng lên men (và/hay đồng hoá) nguồn thức ăn cacbon, thức ăn nitơ; nhu cầu về các chất khoáng, các chất sinh trưởng; khả năng tổng hợp enzym proteaza (tan gelatin), amylaza (thuỷ phân tinh bột), phản ứng catalaza, phản ứng peroxydaza ; khả năng tích tụ sản phẩm đặc thự (tạo axít, tạo indol )

2.7 Phân loại và định tên vi khuẩn

2.7.2 Các tiêu chuẩn phân loại vi khuẩn

c/ Nhóm đặc điểm về cấu trúc phân tử và di truyền, bao gồm: tỉ lệ (A+T)/(A+T+G+C)%; cấu trúc phân tử của các đơn vị vật liệu di truyền (cấu trúc rRNA 16S, rRNA 5S ); đặc tính và cấu trúc một vài protein đặc hiệu

phản ứng ngưng kết huyết thanh, phản ứng ELISA đặc hiệu, khả năng gây bệnh trên người và trên động vật

** Theo mục tiêu ứng dụng, số

lượng và bản chất các chỉ tiêu lựa

chọn có thể thay đổi

** Để tăng độ tin cậy và giảm nhẹ

khối lượng thực nghiệm, có thể sử

dụng KIT phân loại sẵn (* TUBE hay API *

*)