Bài giảng vi sinh vật môi trường (TS lê quốc tuấn) chương 3

Sinh trưởng và phát triển của Vi khuẩntrong môi trường nuôi cấy tĩnh Đường cong sinh trưởng Pha ổn định Pha suy vong... Pha lag¾ Tính từ lúc nuôi cấy đến lúc đạt sinh trưởng cực đại và k

SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT

TS Lê Quốc Tuấn Khoa Môi trường và Tài nguyên Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

Chương 3

Sinh trưởng và phát triển của VSV

™ Nếu số tế bào ban đầu là N0, sau n lần phân chia, thì số tế bào sẽ là:

N = N0 x 2 n

n còn được gọi là số thế hệ có thể được t nh bằng

™ Gọi t là thời gian sau n lần phân chia, thì thời gian giữa 2 thế hệ ( g ) sẽ được t nh bằng

™ Giá trị đão ngược của g còn gọi là hằng số phân chia ( C ), hằng số phân chia phụ thuộc vào:

- Loài vi khuẩn

- Nhiệt độ nuôi cấy

- Môi trường nuôi cấy

Mẫu lý thuyết về sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn

logN = logNo + n.log2 n =

2 log

t t

log log

1 2

−

−

Sinh trưởng và phát triển của Vi khuẩn

trong môi trường nuôi cấy tĩnh

Đường cong sinh trưởng

Pha ổn định

Pha suy vong

Pha lag

¾ Tính từ lúc nuôi cấy đến lúc đạt sinh trưởng cực đại

và khối lượng tế bào tăng lên đáng kể

¾ Enzyme dùng cho quá trình tổng hợp đều được hình thành trong pha này

¾ Độ dài pha lag phụ thuộc vào giống và môi trường

¾ Pha lag là một quá trình thích nghi của vi khuẩn với môi trường mới

¾ Tế bào sinh trưởng và phát triển theo lũy thừa

¾ Sinh khối và số lượng tế bào tính theo phương trình:

N = N0 2 ct hay X = X0 2 μt

c: hằng số tốc độ phân chia; μ: hằng số tốc độ sinh trưởng

¾ Các hằng số c và μ được tính theo công thức

¾ Các hằng số này tùy thuộc vào một loạt các yếu tố môi trường, đặc biệt là chất dinh dưỡng của môi trường nuôi cấy

¾ Thực tế, trong quần thể vi khuẩn có một số tế bào không phân chia

Pha( ) log

log

log log

1 2 2

1 2 2

2

t t

e

X X

log

log log

1 2

2

1 2

2 2

t t

¾ Sự sinh trưởng của VSV thường được xem xét dựa trên một số yếu tố hạn chế như nhiệt độ, pH, chất dinh dưỡng

¾ Vì vậy Monod đã nêu lên một cách tương tự mối quan hệ giữa các hằng số c và μ với nồng độ chất dinh dưỡng hạn chế qua các phương trình:

¾ Ở đây cmax và μmax lần lượt là hằng số tốc độ phân chia và hằng số tốc độ sinh trưởng cực đại, K s là hằng số bão hoà và [S] là nồng độ chất dinh dưỡng hạn chế.

¾ Hằng số bảo hòa Ks thường có giá trị rất thấp

Pha( ) log

log

log log

1 2 2

1 2 2

2

t t

e

X X

]

[

max

S K

S c

c

=

] [

]

[

max

S K

S

= μμ

Một số hằng số bão hòa

Vi sinh vật Chất dinh dưỡng hạn

O2

O2

O2

4mg/l 2mg/l 20mg/l 7,5mg/l 0,2 đến 1,0 μg/l

0,4 μg/l

3, 9μg/l 0,6mmol/l 3,1 10-8 mol/l 6,0 107 mol/l 2,2 10-8 mol/l

Pha ổn định

¾VSV ở trạng thái cân bằng động học, tức là

số VSV sinh ra bằng số VSV chết đi

¾Số lượng tế vào và sinh khối không tăng, không giảm

¾Tốc độ sinh trưởng phụ thuộc vào cơ chất

¾Nguyên nhân tồn tại pha ổn định là do:

¾Sự tích lũy các sản phẩm gây độc

¾Sự cạn kiệt nguồn dinh dưỡng

Pha tử vong

¾ Số lượng tế bào giảm theo lũy thừa

¾ Một số enzyme thể hiện hoạt tính cao trong pha này như deaminase, decarboxylase, các amilase và

proteinase ngoại bào

¾ Ngoài chức năng xúc tác một số quá trình tổng hợp, các enzyme trên chủ yếu xúc tác các quá trình phân giải

Đường cong sinh trưởng của một số

loài vi sinh vật

Một số phương pháp bảo quản VSV

¾Cấy chuyển thường xuyên, giữ ở 40C

¾Bảo quản dưới dầu vô trùng

¾Bảo quản trong cát hoặc sét vô trùng

¾Đông khô: là PP hoàn thiện và hiệu quả, bảoquản được vài năm

¾Bảo quản trong glycerin (10%) và giữ ở nhiệtđộ – 600C hay – 800C, PP này bảo quản lâunhất

Sinh trưởng của vi khuẩn trong quá

trình nuôi cấy liên tục

¾Là một quá trình duy trì pha log trong nhữngđiều kiện ổn định

¾Trong phòng TN thì cấy chuyền liên tục qua môi trường mới

¾Trong sản xuất thì đưa dinh dưỡng vào liêntục và lấy sinh khối vi khuẩn ra với mộtlượng tương đương

Thieát bò nuoâi caáy lieân tuïc chemostat

Thieát bò chemostat

Đường con sinh trưởng trong nuôi

cấy liên tục

Thiết bị nuôi cấy liên tục turbidostat

1, Dưỡng chất (200 L); 2, Bơm định lượng; 3, Bộ cảm biến (50 - 5 000 ohms); 4, Bộ bắt

sáng (ORP 12); 5, Bộ lọc (0.45 μm); 6, Cột tăng sinh (80 L); 7, Đèn huỳnh quang; 8, Bể

chứa tảo (125 L)

Đường con sinh trưởng của tảo lục trong nuôi

cấy liên tục

Sự khác nhau giữa nuôi cấy tĩnh và liên tục

¾ Hệ thống đóng

pha sinh trưởng và

phát triển

¾ Mỗi pha đặc trưng bởi

những điều kiện nhất

định

¾ Khó điều khiển tự

động

¾ Hệ thống mở

thời gian bị loại trừ

¾ Tế bào được cung cấp những điều kiện môi trường nhất định

¾ Điều khiển tự động

Làm đồng bộ sự phân chia tế bào

ngột

acid amin

nhỏ)

Các phương pháp xác định

Các phương pháp xác định số lượng

¾Nhuộm tế bào trước khi đếm: Sự bắt /khôngbắt màu của tế bào sống/chết; hoặc bắt cácmàu khác nhau

¾Nuôi cấy và đếm khuẩn lạc tế bào sống

¾Nếu vi khuẩn khó tạo khuẩn lạc thì dùngphương pháp số lượng khả năng nhất

¾Lọc qua màng vi lọc, cho vào MT dinhdưỡng, kiểm tra khuẩn lạc

Các phương pháp xác định số lượng

Phương pháp xác định số lượng E coli

Phương pháp xác định số lượng E coli

¾Xác định sinh khối tươi hoặc khô (kém chínhxác)

¾Xác định hàm lượng nitrogen tổng, NH3, hay carbon tổng (có độ chính xác cao)

¾Xác định hàm lượng protein của vi khuẩn

Các phương pháp xác sinh khối

¾Đo độ đục của dịch treo tế bào

¾Lập đường chuẩn

¾Giá trị OD phụ thuộc vào giai đoạn phát triển của

vi khuẩn

¾Đo chỉ số cường độ trao đổi chất như hấp thu

O2, tạo thành CO2 hay acid

Các phương pháp xác sinh khối

Tác dụng của các yếu tố bên

¾ Tối thiểu : vi khuẩn bắt đầu sinh trưởng

¾ Yếu tố vật lý : nhiệt độ, độ ẩm

Các yếu tố tác dụng

¾Phá hủy tế bào: một số chất như lizozyme cókhả năng phân hủy thành tế bào; penicillin phá hủy màng tế bào

¾Thay đổi tính thấm của màng tế bào: các chấtcó tính oxi hóa cao như H2O2, halogen, rượu, phenol, triton…

¾Thay đổi đặc tính keo của NSC: nhiệt độ caolàm biến tính protein

¾Kìm hãm hoạt tính: kìm hãm hoạt tính củaenzyme, gây tổn hại đến quá trình trao đổichất

¾Hủy hoại các quá trình tổng hợp: làm bấthoạt enzyme trao đổi chất bằng cách gắn vàocác trung tâm hoạt động

¾Độ ẩm: thiếu nước sẽ làm chậm hoặc mất quátrình trao đổi chất, gây nên sự chết của tế bào

¾Nhiệt độ: nhiệt độ thấp làm giảm quá trìnhtrao đổi chất, nhiệt độ cao gây biến tínhprotein

¾Âm thanh: sóng siêu âm ảnh hưởng lớn đếnsinh trưởng của vi khuẩn

¾Sức căng bề mặt: sức căng bề mặt thấp làmcho NSC tách ra khỏi tế bào

¾Các tia bức xạ: gây nên những biến đổi hóahọc của các phân tử protein, DNA

¾Ánh sáng mặt trời: tia tử ngoại gây đột biếnhoặc gây chết tế bào

¾pH môi trường: sức căng bề mặt thấp làm choNSC tách ra khỏi tế bào

¾Thế oxi hóa khử: thể hiện mức độ thoáng khícủa môi trường, liên quan đến Oxy (có vai tròrất lớn đối với vi khuẩn)

¾Các chất diệt khuẩn

¾Các chất hóa trị liệu

Các yếu tố sinh học

„ Kháng thể: là các phân tử immunoglobulin, giúp hệ miễn dịch nhận biết và vô hiệu hóa các tác nhân lạ