GIỚI THIỆU MÔN VI SINH ĐẠI CƯƠNG

Nghiên cứu các biện pháp thich hợp để có thể sử dụng một cách có hiệu quả nhất vi sinh vật có lợi cũng như các biện pháp tich cực nhằm ngăn ngừa các vi sinh vật có hại trong mọi hoạt độn

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU MÔN

VI SINH ĐẠI

CƯƠNG

Nhiệm vụ của môn vi sinh vật

học

Nghiên cứu các đặc điểm cơ bản về hinh thái, cấu tạo, di truyền, hoạt động sinh l{,hoá học, của các nhóm vi sinh vật.

Sự phân bố của vi sinh vật trong tự nhiên và mối quan hệ giữa chúng với môi trường và các sinh vật khác.

Nghiên cứu các biện pháp thich hợp để có thể sử dụng một cách có hiệu quả nhất vi sinh vật có lợi cũng như các biện pháp tich cực nhằm ngăn ngừa các vi sinh vật có hại trong mọi hoạt động của đời sống con người.

PHẦN 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT

CHƯƠNG 2: VI SINH VẬT CÓ CẤU TẠO ĐƠN BÀO

CHƯƠNG 3: VI SINH VẬT CÓ CẤU TẠO ĐA BÀO

CHƯƠNG 4 : VIRUS

CHƯƠNG 5 : SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN VI SINH VẬTCHƯƠNG 6: CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN VÀ PHÂN GIẢI CÁC CHẤT

CHƯƠNG 7: QUANG HỢP VÀ CỐ ĐỊNH NITO PHÂN TỬ

PHẦN 2: THỰ C HÀNH - SEMINAR

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

MÔN VI SINH VẬT ( MICROBIOLOGY)

Vi sinh vật học

-Microbiology

Vi sinh vật học là một khoa học nghiên cứu sự

sống của các loại hình vi sinh vật

Vi sinh vật

Là những cơ thể sống có kích thước quá nhỏ đến nổi không thể nhìn bằng mắt thường mà phải dùng

kính hiển vi

Từ thời thượng cổ, con người đã biết ứng dụng các hoạt động lênmen để bảo quản thực phẩm , đã biết các phòng bệnh và chửa bệnhtheo nguyên tắc “lấy độc trị độc ”, nhưng vẫn chưa biết gì về VSV, màchỉ cho là đó là do huyền lực của thần linh.

Đến thế kỷ 17 , khi Leuwenhook phát minh ra kính hiển vi, nguời

ta mới nhận thức về sự tồn tại ủa các loại VSV.Nhưng lúc đó vẫnchưa biết được mối liên hệ hữu cơ giũa VSV và các hiện tương lênmen ,hư hỏng lương thực thực phẩm , nguyên vật liệu , và dịch bệnh

1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Đến thế kỷ 19 , Pasteur đã chứng minh thuyết ngẫu sinh khôngtồn tại , mọi hiện tượng như dịch bệnh , hư hỏng vật liệu , thựcphẩm đều đều có liên quan đến VSV.Con người đắt đầu chú ýđến VSV Có rất nhiều công trình nghiên cứu về thế giới VSV và

đã khám phá được những hoạt động tích cực cũng như hoạtđộng tiêu cực của chúng Con người đã biết cách khống chế tácđộng tiêu cực và phát huy tác động tích cực của VSV

Môn Vi sinh vật học ứng dụng ra đời trên nền tảng khoahọc của môn VSVH Nhờ vào các hoạt động sinh lý của VSV đãđược nghiên cứu , qui luật phát triển của VSV đã được hiểu rỏ ,VSVH ứng dụng nghiên cứu phát huy tác động tích cực của VSV

để ứng dụng một cách hiệu quả nhất vào hoạt động sản xuất vàđời sống

1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

- 1667 Hook lần đầu tiên quan sát tế bào

- 1673 Van Leuwenhoek , lần đầu tiên quan sát thấy vi sinh

vật sống

- 1785 Linnaeus, phân lọai các sinh vật

- 1798 Jenner - l ần đầu tiên tiêm chủng vaccin phòng bịnh

đậu màu

- 1859 Pasteur- phát hiện quá trình lên men

- 1866 Pasteur - Bác bỏ thuyết tự sinh

- 1864 Pasteur phát minh phuơng pháp khử trùng kiểu Psteur

Các mốc quan trọng trong lịch sử phát triển Vi sinh vật học

- 1867 Lister- Đề xuất phuơng pháp phẩu thuật vô trùng.

- 1876 Koch - Đề xuất l{ thuyết mầm bịnh

- 1879 Neisser - Phát hiện Lậu cầu

- 1880 Pasteur - Đề xuất kỷ thuật gây miễn dịch

- 1881 Koch - đề xuất phương pháp phân lập thuần khiết vi khuẩn

1882 koch - Phát hiện trực khuẩn Lao

1884 Mechnikoff - đề xuất học thuyết thực bào

Các mốc quan trọng trong lịch sử phát triển Vi sinh vật học

-1884 Gram - Đề xuất kỷ thuật nhuộm gram.

- 1887 Petri - đề xuất dùng hộp Petri

- 1892 Winogradsky- Đề xuất chu trình lưu huznh

- 1898 Shiga - Phát hiện trực khuẩn lỵ

- 1910 Ehrlich - Phát hiện xoắn khuẩn giang mai

- 1928 Fleming- Khám phá ra penicillin

- 1935 Stanley - phát hiện virus kết tinh

- 1943 Delbruck và Luria - Phát hiện sự xâm nhiễm của virus vào vi

khuẩn - 1944 Avery - Chứng minh vật liệu di truyền là ADN

- 1946 Lederberg và Tatum - Phát hiện hiện tượng tiếp hợp ở vi khuẩn

- 1953 Watson và Crick - Khám phá ra cấu trúc của AND.

- 1957 Jacob và Monod- Phát hiện điều hòa tổng hợp Protein

- 1959 Stewart - nguyên nhân virus đối với ung thƣ

- 1969 Whittaker - Đề xuất hệ thống phân lọai 5 giới sinh vật

- 1973 Berg, Boyer, Cohen - Đề xuất kỹ thuật di truyền

- 1975 Dulbecco, Temin, Baltimore - Phát hiện enzime

transcriptase ngƣợc

- 1983 McClintock - phát hiện gen nhảy

- 1989 Bisho và Varmus - Phát hiện gen ung thƣ (oncogen)

- 1990 Murray và Thomas - Ghép cơ quan của cơ thể

HIỆN ĐẠI

Thế

kỉ 17

Thế kỉ18-19

Thế

kỉ 20

Sau Thế

kỉ 20

Giai đoạn sơ khai

Antony Van Leeuwenhoek

(1632 – 1723)

(1843 – 1910)

GIAI ĐOẠN PASTEUR

GIAI ĐOẠN SAU PASTEUR

Giai đoạn vsv hiện đại

 - chủ động dung các vsv trong công nghiệp tổng hợp axit

amin, vitamin, hoocmon tang trưởng, chất kháng sinh

Fungi Fungi Plantae Plantae

Animalia Animalia Animalia Animali

a Animalia

2 Giới vi sinh vật

2.1 Giới vi sinh vật

 Giới Khởi sinh bao gồm Vi khuẩn (Bacteria) và Vi

khuẩn lam (Cyanobacteria) Gần đây hơn có thêm

Cổ vi khuẩn (Archaebacteria)

 Giới Nguyên sinh bao gồm Động vật nguyên sinh

(Protzoa), Tảo (Algae) và các Nấm đơn bào ( nâm men)

 Cổ khuẩn là nhóm vi sinh vật có nguồn gốc cổ

xưa Chúng bao gồm các nhóm vi khuẩn có thể phát triển được trong các môi trường cực đoan (extra), chẳng hạn như nhóm ưa mặn

(Halobacteriales),nhóm ưa nhiệt (Thermococcales),

nhóm kỵ khí sinh mêtan

(Methanomicrobiales),nhóm vi khuẩn lưu huznh ưa

nhiệt

2.2 Phân loại – theo nhóm

• Vi khuẩn Bacteria

• Vi khuẩn chuẩn Eubacteria

Nấm

• Nấm thực bào (nấm nhày), nấm roi, nấm không roi

• Nấm bậc cao : nấm túi, nấm đảm, nấm bất toàn

Tảo

• Vi tảo

Động vật nguyên sinh

Siêu vi trùng ( Virus)

Kích thước cực kỳ nhỏ bé, không thể thấy dưới kính hiển vi thường mà chỉ thấy dưới kính hiển vi điện tử Cấu tạo rất đơn giản, chỉ gồm có vỏ cấu tạo là

protein và nhân cấu tạo bởi một loại acid nucleic (AND hoặc ARN) Ký sinh nội bào bắt buộc Đây là một dạng sinh vật rất đặc biệt chưa có cấu tạo tế bào ( nhóm sinh vật phi bào)

Các nhóm vi sinh vật

Các nhóm vi sinh vật

2 Vi khuẩn ( bacteria) theo nghĩa rộng, là tên

chung dùng để chỉ nhiều loại vi sinh vật thuộc các

bộ khác nhau trong ngành bacteria (theo Bergey, 1974) Ngoài vi khuẩn, còn có xạ khuẩn, niêm vi khuẩn, xoắn thể, rickettsia, mycoplasma, tảo lam

3 Nấm men (Yeasts, Levures), Nấm mốc ( Molds)

4 Vi tảo ( Algae)

5 Nguyên sinh động vật ( Protozoa)

2.3 Phân loại sinh vật theo cấu

trúc tế bào

SINH VẬT

Chatton và Lwoff đã phân loại các sinh vật dựa vào cấu trúc nhân tế bào

1.Procaryote: nhân tế bào chƣa đƣợc phân hóa hoàn chỉnh, nhiễm sắc thể chƣa có màng nhân bao bọc, chƣa hình thành tiểu hạch Tiêu biểu cho nhóm nầy gồm: vi khuẩn, xạ khuẩn, niêm vi khuẩn, xoắn thể, rickettsia, mycoplasma, và tảo lam.

Phân loại sinh vật

2.Eucaryote : nhân tế bào đã phân hóa hoàn chỉnh, đã có màng

nhân và tiểu hạch Eucaryote bao gồm 2 nhóm :

*Eucaryote đơn bào: tiêu biểu là: nấm men, tảo đơn bào (trừ tảo lam) ,nguyên sinh động vật

*Eucaryote đa bào : tiêu biểu là nấm mốc , nấm bậc cao, tảo

đa bào, đông vật và thực vật bậc cao.

Phân loại sinh vật

Đặc biệt, đối với virus, do có cấu tạo rất đơn giản, chỉ có hiện diện một loại acid nhân (AND hoặc ARN) và virus thiếu các thành phần cơ bản để tạo nên một tế bào hoàn chỉnh

Vì vậy ,năm 1979 nhà sinh vật học Trung Quốc Trần Thế

Tương (Chen Shixiang) đưa ý kiến rằng : virus được xếp vào giới riêng biệt là Giới sinh vật phi bào - Giới virus (không có cấu tạo tế bào) Đây là một hình thái sống đặc biệt, nằm giữa ranh giới vật sống và vật chất vô sinh

Phân loại sinh vật

1 Virus 3 Algae

3 ĐỊNH DANH CÁC VI

SINH VẬT

Nguyên tắc:

- Đơn vị phân loại cơ bản ở vi khuẩn là LOÀI (Species)

Các vi khuẩn trong cùng loài có cùng nguồn gốc, genotype, các tính chất sinh học và di truyền được các tính chất đó cho thế hệ sau

TRÊN LOÀI

- Các loài rất gần nhau được xếp thành GIỐNG (genus) (chi)

- nhiều giống (hoặc chi) gần nhau hợp thành một HỌ (family)

- các họ gần nhau thành một BỘ (order)

DƯỚI LOÀI

- Dưới loài là CHỦNG (strain), chủng là tập hợp các tế bào con cháu của

Mã quốc tế về danh pháp của vi khuẩn đã được quy định bởi ủy ban Quốc tế về Phân loại Vi khuẩn (International Committee on Systematic Bacteriology: ICSB).

Viết và đọc tên vi khuẩn được quy ước thống nhất bằng tiếng La Tinh.

Gọi tên một vi khuẩn xác định gồm tên chi và tên

loài.

Chữ đầu viết tên chi và viết hoa, chữ sau viết tên loài và viết thường Cả tên chi và tên loài đều viết nghiêng hoặc gạch dưới

Ví dụ: tên vi khuẩn gây bệnh giang mai là

Treponema pallidum hoặc Treponema pallidum

Tên chi có thể được viết tắt nếu xuất hiện nhiều lần trong cùng một bài viết Khi cần viết tắt thì viết hoa chữ cái đầu của tên chi, sau đó đặt dấu chấm, tên loài vẫn viết thường và cách ra một ký tự,

Ví dụ: T pallidum

Khi định danh một vi khuẩn chỉ đến được mức “chi” thì sau tên chi viết tắt là “sp ” thay cho tên loài, nếu muốn chỉ nhiều loài trong chi đó thì viết “spp ”, loài phụ được ghi “ssp ” hoặc “subsp ” (subspecies).

4 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA VI

SINH VẬT

ĐẶC TRƢNG CỦA VI SINH VẬT

SINH SẢN

NHANH

KÍCH THƯỚC NHỎ BÉ

DỄ THÍCH NGHI

RỘNG

ĐẦU TIÊN TRÊN TRÁI

ĐẤT

4.1 SINH SẢN NHANH

Vi sinh vật đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống do đó rất dễ dàng phát sinh biến dị Tần số biến dị thường ở mức 10-5-10-10

4.2 Kích thước nhỏ bé :

 Vi sinh vật thường được đo kích thước bằng đơn vị micrometre (1mm= 10-6metre) virus được đo kích thước đơn vị bằng nanomet (1nm=10-9metre).

 Vi sinh vật có diện tích bề mặt tiếp xúc với ngoại môi trường tương đối lớn so với khối lượng Do đó chúng có khả năng hấp thu nhiều dinh dưỡng , và khả năng trao đổi chất rất lớn.

mấy lần so với khối lƣợng của

bản thân, và có khả năng sinh

sản cực kỳ nhanh chóng không

có bất kỳ một sinh vật thƣợng

đẳng nào có thể sánh kịp

HẤP THU NHIỀU CHUYỂN HÓA NHANH

1 trực khuẩn đại tràng (Escherichia coli ) trong các điều kiện thích hợp

chỉ sau 12-20 phút lại phân cắt một lần Nếu lấy thời gian thế hệ là 20phút thì mỗi giờ phân cắt 3 lần, sau 24 giờ phân cắt 72 lần và tạo ra4.722.1020tế bào , tương đương với 1 khối lượng 4722 tấn

1 vi khuẩn Lactobacillus trong 1 giờ có thể phân giải được một lượng

đường lactose lớn hơn 100-10.000 lần so với khối lượng của chúng Tốc

độ tổng hợp protein của nấm men cao gấp 1.000 lần so với đậu tương

và gấp 100.000 lần so với trâu bò

Thích ứng mạnh

• Dễ phát sinh biến dị

4.4 Tính đa dạng

- Hình thái phức tạp

- Cùng một kiểu trao đổi chất

- Hình thái đơn giản

- Hoạt động sinh l{ rất khác biệt

VI SINH VẬT

Dị dưỡng

Tự dưỡng

Do kích thước rất nhỏ, vi sinh vật dễ dàng phát tán khắp mọi nơi trên trái đất Vi sinh vật phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên Bất

cứ nơi nào có sự sống đều có hiện diện của vi sinh vật : trong

đất, nưóc, không khí, lương thực thực phẩm, nguyên vật liệu, trên

bề mặt cơ thể và ngay cả bên trong cơ thể của các sinh vật đều

có thể có vi sinh vật hiện diện Có những vi sinh vật có thể sống trong điều kiện rất khắc nghiệt của môi trường : ở vùng địa cực, các suối nước nóng, ở các vùng sa mạc

Trong không khí thì càng lên cao số lượng vi sinh vật càng ít Số

lượng vi sinh vật trong không khí ở các khu dân cư đông đúc cao hơnrất nhiều so với không khí trên mặt biển và nhất là trong không khí ở Bắc cực, Nam cực

4.5 PHÂN BỐ RỘNG

Trái đất hình thành cách đây 4,6 tỷ năm nhưng cho đến nay mới chỉ tìm thấy dấu vết của sự sống từ cách đây 3,5

tỷ năm Đó là các vi sinh vật hoá thạch còn để lại vết tích trong các tầng đá cổ Vi sinh vật hoá thạch cỗ ưa nhất đã được phát hiện là những dạng rất giống với Vi khuẩn lam ngày nay.

4.6 XUẤT HIỆN ĐẦU TIÊN

VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT

TÁC ĐỘNG TIÊU CỰC

TÁC ĐỘNG TÍCH CỰC

Vi sinh vật tham gia vào quá trình tuần hoàn vật chất trên hành tinh:

* Trong đất, trong bùn , trong nước nhờ hoạt động của vi sinh vật

mà không ngừng xảy ra các quá trình phân giải các xác hữu cơ của động và thực vật thành các chất khoáng, tổng hợp và phân hủy chất mùn, đồng hóa CO 2, N2 của khí quyển và chuyển

chúng thành chất hữu cơ

* Hoạt động sống của vi sinh vật còn liên quan đến sự hình thành các khí đốt trong các mỏ dầu, việc oxid hóa và khử các quặng lưu huỳnh, việc tạo thành các lớp trầm tích sắt và mangan trong các

hồ nước, việc tích lũy nitrát trong đất sa mạc và nhiều chuyển hóa hóa học khác trong tự nhiên

* Vi sinh vật là nhân tố khởi đầu trong chuỗi thức ăn Chúng tham gia vận hành các chu trình tuần hoàn Carbon, Nitơ, Lưu huỳnh , Phosphore, Sắt trong đất và nước Gíúp cho sự sống của các sinh vật trên hành tinh được tiếp diễn bình thường

CHĂN NUÔI

Vi sinh vật cũng đƣợc xử dụng trong sản xuất các nguồn protid, acid amin, glucid, cellulose để dùng làm thức ăn cho gia súc, từ các phế liệu và phụ liệu trong công nông nghiệp Biện pháp này so với biện pháp chăn nuôi và trồng trọt nhanh chóng và rẻ hơn

thuringensis )

Vi sinh vật còn đƣợc dùng để sản xuất các chất kích thích tố tăng trƣỡng cho cây trồng ( giberillin đƣợc sản xuất từ nấm Fusarium)

CHẾ BIẾN VÀ BẢO QUẢN THỰC PHẨM

Sử dụng vi khuẩn tổng hợp acid glutamid, dùng trong sản xuất bột ngọt (vi khuẩn Corynebacterium glutamicum có khả năng siêu tổng hợp aid

Ứng dụng các quá trình lên men lactic ở vi sinh vật để bảo quản rau quả, làm sữa chua, yaourt, chế biến bơ, fromage

Chế biến một số sản phẩm cá, thịt từ quá trình lên men chua

Sản xuất các thực phẩm lên men cổ truyền như : chế biến tương, chao từ sự ứng dụng các họat động thủy phân protein của một số loại nắm mốc, chế biến nước mắm và các loại mắm đặc sản địa

phương

NUÔI TRỒNG THỦY SẢN

Sử dụng vi sinh vật trong việc thanh lọc nước thải, tái sử dụng

nước thải để nuôi trồng thủy sản

Sản xuất biogas từ phân chuồng nhờ hoạt động của vi sinh vật, tái sử dụng nước thải biogas để nuôi cấy tảo

Vi sinh vật quang hợp ở trong nước có khả năng cố định được khí CO2, tổng hợp thành chất hữu cơ Chúng tham gia vào mắt xích đầu tiên trong chuổi thức ăn, làm nguồn thức ăn cung cấp cho động vật thủy sinh

Sử dụng sinh khối vi sinh vật làm thức ăn bổ xung để nuôi tôm, cá

các loại dung môi (cồn,

aceton, butanol ) các acid

hữu cơ (acid acetic, aid

lactid, acid citric ) các

alkaloic, các enzime

Theo các nghiên cứu gần đây, ngưòi ta biết có những loại vi sinh vật thường hiện diện trên một số khoáng nhất định, người ta gọi đó

là các vi sinh vật chỉ thị

Nghiên cứu sự hiện diện của các vi sinh vật chỉ thị này người ta có thể có những dự đoán trong quá trình điều tra quặng mỏ

Y HỌC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

là mô hình sống để các nhà khoa học nghiên cứu về cấu trúc phân tử của AND, một vấn

đề cơ bản nhất của sinh học phân tử

Left: Escherichia coli cells Right: E coli colonies on EMB Agar.

Các dạng khuẩn lạc vi khuẩn

Khuẩn lạc Staphylococcus aureus- Tụ cầu vàng