Bài giảng vi sinh vật học

Ngoài ra, việc phân chuyên khoa cũng có thể dựa trên tính chất của khoa học như: hình thái học VSV, tế bào học VSV, phân loại học VSV, sinh lý học VSV, di truyền học VSV,....; hoặc tùy t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH KHOA NÔNG – LÂM – NGƯ

BÀI GIẢNG

(Lưu hành nội bộ)

“VI SINH VẬT HỌC”

(Dành cho Đại học Sư Phạm Sinh học)

Tác giả: ThS Nguyễn Thị Hương Bình

Năm 2016

LỜI NÓI ĐẦU

Bài giảng Vi sinh vật học được biên soạn cho các lớp Đại học Sư phạm Sinh

học làm tài liệu học tập Bài giảng cung cấp những kiến thức cơ bản nhất cho sinh viên về các loài vi sinh vật Đây là môn học cơ sở cho sinh viên áp dụng vào những ngành học của mình

Bài giảng này được biên soạn dựa trên cơ sở tham khảo một số tài liệu giáo trình có liên quan của nhiều tác giả

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song không thể tránh khỏi những sai sót Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn để giúp tôi hoàn thiện bài giảng được tốt hơn

Chân thành cảm ơn!

Tác giả

MỤC LỤC

A LÝ THUYẾT

Bài mở đầu: Đại cương về Vi sinh vật 1

I Đối tượng và nhiệm vụ của vi sinh vật 1

1 Vi sinh vật học là gì ? 1

2 Lĩnh vực và chuyên khoa vi sinh vật 1

3 Nội dung của môn học vi sinh vật học đại cương 1

II Sơ lược lịch sử phát triển của vi sinh vật học 1

1 Giai đoạn trước khi có kính hiển vi (khoảng trước thế kỷ XV) 1

2 Giai đoạn sau khi phát minh ra kính hiển vi 2

3 Giai đoạn hình thành khoa học Vi sinh vật 2

4 Giai đoạn hiện đại 2

III Vai trò của vi sinh vật 2

1 Vai trò tích cực 3

2 Vai trò tiêu cực 3

IV Đặc điểm chung của VSV 3

1 Kích thước nhỏ bé 4

2 Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh 4

3 Khả năng sinh sản nhanh 4

4 Khả năng thích ứng rất cao và phát sinh biến dị mạnh 4

5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều 4

6 Là sinh vật xuất hiện đầu tiên trên trái đất 4

Chương 1 Virus 6

1.1 Vài nét lịch sử nghiên cứu virus học 6

1.2 Đặc điểm chung của virus 7

1.2.1 Định nghĩa 7

1.2.2 Hình thái và kích thước của virus 7

1.3 Hoạt động của virus 8

1.3.1 Hoạt động của virus gây độc 8

1.3.2 Hoạt động của virus không độc 10

1.3.3 Hiện tượng Interferon 10

1.3.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của virus 11

Chương 2: Hình thái cấu tạo của các nhóm vi sinh vật 12

2.1 Vi khuẩn và vi khuẩn đặc biệt 12

2.1.1 Vi khuẩn 12

2.1.2 Vi khuẩn đặc biệt 19

2.2 Xạ khuẩn (Actinomycetes) 19

2.2.1 Hình dạng kích thước và cấu tạo của tế bào xạ khuẩn 19

2.2.2 Sinh sản của xạ khuẩn 20

2.3 Niêm vi khuẩn (Myxobacteria) 21

2.4 Ricketsi 21

2.5 Dịch khuẩn bào (Micoplasma) 21

2.6 Nấm 22

2.6.1 Nấm men (Yeast) 22

2.6.2 Nấm mốc (Molds) 23

2.7 Vi tảo (Algae) 24

2.7.1 Hình thái và cấu tạo tế bào vi khuẩn lam 24

2.7.2 Hình thái và cấu tạo của tế bào tảo 24

2.7.3 Vai trò và giá trị dinh dưỡng của vi khuẩn lam và tảo 26

2.8 Động vật đơn bào 26

Chương 3: Sinh lý học vi sinh vật 27

3.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật 27

3.1.1 Khái niệm chung 27

3.1.2 Thành phần hóa học của tế bào vi sinh vật 27

3.1.3 Các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật 28

3.1.4 Sự lấy thức ăn vào cơ thể vi sinh vật 30

3.1.5 Cơ chế vận chuyển thức ăn vào tế bào VSV 30

3.2 Trao đổi năng lượng và trao đổi chất 30

3.2.1 Khái niệm chung 31

3.2.2 Các loại hình hô hấp và các quá trình lên men 31

3.2.2.1 Các loại hình hô hấp 31

3.2.2.2 Các quá trình lên men 31

3.2.3 Quá trình amon hóa protein 34

3.3 Sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật 35

3.3.1 Sinh trưởng của vi khuẩn trong môi trường lỏng 35

3.3.2 Sự sinh trưởng trong môi trường đặc - Sự tạo thành khuẩn lạc 36

3.3.3 Nuôi cấy liên tục 36

Chương 4: Di truyền và biến dị của vi sinh vật 37

4.1 Vật chất di truyền ở vi sinh vật 37

4.1.1 Đặc điểm di truyền của vi sinh vật 37

4.1.2 Vật chất di truyền ở virus 37

4.1.3 Vật chất di truyền ở sinh vật tiền nhân 38

4.1.4 Ở vi sinh vật nhân chuẩn 38

4.2 Quá trình truyền thông tin di truyền ở vi sinh vật 39

4.2.1 Biến nạp 39

4.2.2 Tải nạp 40

4.2.3 Sự tiếp hợp 41

4.3 Hiện tượng biến dị ở vi sinh vật 43

4.3.1 Biến dị phenotip (Thường biến) 43

4.3.2 Biến dị genotip (Đột biến) 43

4.4 Đột biến ở vi sinh vật 44

4.4.1 Khái niệm 44

4.4.2 Các tác nhân gây đột biến 44

4.4.3 Các loại đột biến 44

4.4.4 Những biểu hiện của sự đột biến ở vi khuẩn 44

4.4.5 Thể đột biến tự phát và thể đột biến cảm ứng 45

Chương 5: Ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đối với vi sinh vật 46

5.1 Ảnh hưởng của các nhân tố vật lý 46

5.1.1 Độ ẩm 46

5.1.2 Nhiệt độ 46

5.1.3 Oxy 48

5.1.4 Áp suất thẩm thấu 48

5.1.5 Ánh sáng và tia bức xạ 48

5.2 Ảnh hưởng của các nhân tố hóa học 48

5.2.1 pH 48

5.2.2 Thế oxy hóa khử 49

5.2.3 Các chất khử trùng tiêu độc 49

5.3 Ảnh hưởng của các nhân tố sinh vật học 50

5.3.1 Tác động của quan hệ cộng sinh 50

5.3.2 Tác động của quan hệ tương hỗ 50

5.3.3 Tác động của quan hệ đối kháng 50

5.3.4 Tác động của quan hệ ký sinh 50

5.4 Sự phân bố của vi sinh vật trong đất 51

5.4.1 Đất là môi trường tự nhiên rất thích hợp đối với VSV 51

5.4.2 Sự phân bố của VSV trong đất 51

5.4.3 Tác dụng của VSV đất 52

5.5 Sự phân bố của vi sinh vật trong nước 52

5.5.1 VSV trong ao hồ 52

5.5.2 VSV trong sông ngòi 53

5.5.3 VSV trong nước mạch, nước giếng 53

5.5.4 VSV trong nước biển 53

5.6 Sự phân bố của vi sinh vật trong không khí 54

Chương 6 : Vi sinh vật ứng dụng 55

6.1 Vi sinh vật ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản 55

6.1.1 Vi tảo ứng dụng trong sản xuất giống hải sản 55

6.1.2 Vi khuẩn và chất lượng nước ao nuôi 55

6.1.3 Vi sinh vật ứng dụng trong phòng trừ dịch hại thủy sản 56

6.2 Vi sinh vật ứng dụng trong xử lý phế thải nông nghiệp và BVMT 56

6.2.1 Nguồn gốc phế thải và biện pháp xử lý 57

6.2.2 Xử lý phế thải nông nghiệp bằng công nghệ vi sinh vật 56

6.2.3 Xử lý nước thải bằng công nghệ vi sinh 58

B THỰC HÀNH 62

Bài 1: Các thiết bị thường dùng trong nghiên cứu vi sinh vật Chuẩn bị môi trường phân lập, nuôi cấy vi sinh vật 62

Bài 2 : Các phương pháp nhuộm vi sinh vật 64

Bài 3 : Quan sát đặc điểm hình thái của vi sinh vật 66

Bài 4 : Các phương pháp phân lập, nuôi cấy, tách dòng vi sinh vật 72

1

BÀI MỞ ĐẦU: ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT

I Đối tượng và nhiệm vụ của vi sinh vật

1 Vi sinh vật học là gì ?

Xung quanh ta, ngoài các sinh vật lớn có thể nhìn thấy được bằng mắt thường, còn có

vô vàn các sinh vật nhỏ bé, muốn thấy chúng phải sử dụng kính hiển vi Người ta gọi các sinh vật đó là vi sinh vật (Microorganis)

Vi sinh vật (VSV) là tên gọi chung để chỉ tất cả các sinh vật có cơ thể vô cùng nhỏ bé,

mà mắt thường không nhìn thấy được, muốn thấy rõ được người ta phải sử dụng tới kính hiển vi

Vi sinh vật học (Microbiology) là khoa học nghiên cứu về hoạt động sống của các vi sinh vật

VSV bao gồm nhiều nhóm khác nhau: Vi khuẩn (Bacteria), Virus (Viruses), Nấm men (Yeasts), Nấm mốc (Moulds), một số tảo (Algae)

VSV phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên: trong đất, trong nước, trong không khí, trong

cơ thể các sinh vật khác và trong cả các loại lương thực, thực phẩm, các hàng hóa, trên các

cơ chất hữu cơ

2 Lĩnh vực và chuyên khoa vi sinh vật

Dựa vào các đối tượng nghiên cứu khác nhau mà người ta chia VSV học thành các chuyên khoa chủ yếu như: Vi khuẩn học (Bacteriology), Nấm học (Micology), Tảo học (Algology), Vi rút học (Virology) Ngoài ra, việc phân chuyên khoa cũng có thể dựa trên tính chất của khoa học như: hình thái học VSV, tế bào học VSV, phân loại học VSV, sinh

lý học VSV, di truyền học VSV, ; hoặc tùy theo các hướng ứng dụng có thể được phân chia thành các chuyên khoa: Y VSV học, Thú y VSV học, VSV công nghiệp, VSV học thực phẩm, VSV học đất,

Gần đây còn phát triển các lĩnh vực mới như: VSV học phóng xạ, VSV học vũ trụ, địa VSV học

3 Nội dung của môn học vi sinh vật học đại cương

- Nghiên cứu những đặc điểm cơ bản về hình thái, cấu tạo, sinh lý, sinh hóa, di truyền của các nhóm vi sinh vật thường gặp trong tự nhiên Trên cơ sở đó tìm hiểu các quy luật phát sinh, phát triển và tiến hóa của chúng

- Nghiên cứu vai trò to lớn về nhiều mặt của các nhóm VSV trong tự nhiên và trong nông nghiệp, tìm cách khai thác một cách đầy đủ nhất các tác động tích cực của VSV cũng như tìm cách ngăn chặn một cách có hiệu quả nhất các tác động có hại của chúng

II Sơ lược lịch sử phát triển của vi sinh vật học

1 Giai đoạn trước khi có kính hiển vi (khoảng trước thế kỷ XV)

Từ cổ xưa, mặc dù chưa nhận thức được sự tồn tại của VSV, nhưng con người đã biết tác dụng nhiều mặt của VSV, biết tận dụng một cách có ý thức những quy luật tác dụng của VSV như ủ phân, trồng xen cây họ Đậu với các cây trồng khác, biết làm mắm, muối dưa, nấu rượu

2

Đầu thế kỷ thứ XVII, khi kính hiển vi ra đời thì sự hiểu biết về VSV mới dần dần phát triển

2 Giai đoạn sau khi phát minh ra kính hiển vi

Cuối thế kỷ XVII, nhờ sự xuất hiện của kính hiển vi, lần đầu tiên loài người mới nhìn thấy VSV

Leuwenhuc (1632 - 1723) là người đầu tiên quan sát thấy VSV bằng kính hiển vi tự chế tạo có độ phóng đại 160 lần Sau đó ông đã thành công trong việc làm ra những kính hiển vi đơn giản có độ phóng đại 270 - 300 lần Với những kính hiển vi này, ông đã quan sát được tất cả mọi vật mà ông có trong tay Rõ ràng Lơvenhuc đã mở ra những trang đầu tiên trong lịch sử nghiên cứu VSV, mặc dù bản thân ông không hiểu biết gì về vai trò lớn lao của thế giới VSV mà ông phát hiện

Tiếp theo đó, bằng những kính hiển vi thô sơ người ta cũng quan sát và miêu tả được nhiều loài VSV, tuy nhiên còn rất hạn chế

Mãi 150 năm sau VSV mới được chú ý Nhà phân loại thực vật học Linnê (1707 - 1778) đã xếp chung tất cả mọi VSV cùng một giống gọi là " Chaos" Tuy vậy, các tài liệu thu được trong thời gian này còn rời rạc, không đủ làm sáng tỏ các đặc điểm của chúng Đến cuối thế kỷ XVIII, người ta mới bắt đầu hệ thống hóa lại những tri thức về VSV

và đến thế kỷ XIX, nhiều loài VSV mới được phát hiện

Trong giai đoạn này, các nhà nghiên cứu chỉ mới chú ý đến việc quan sát và mô tả hình thái của VSV mà thôi Vì thế giai đoạn này gọi là giai đoạn hình thái học

3 Giai đoạn hình thành khoa học Vi sinh vật

Đến thế kỷ XIX, cùng với phát triển của chủ nghĩa tư bản, các ngành khoa học nói chung và ngành VSV học nói riêng bắt đầu phát triển mạnh mẽ

Nhà bác học Louis Pasteur (1822 - 1895) được coi là người khai sinh ra khoa học VSV Những công trình nghiên cứu của ông có giá trị lớn cả về lý thuyết và thực tiễn Cùng với ông, các nhà bác học khác trên thế giới như: nhà bác học Kock (1842 - 1910) người Đức, Mesnhicop (1845 - 1916) người Nga, Ivanôpxki (1864 - 1920) người Nga cũng có nhiều công trình nghiên cứu về VSV có kết quả

Có thể nói rằng: trong giai đoạn này VSV học đã được các nhà nghiên cứu trên thế giới đặc biệt quan tâm, có nhiều công trình nổi tiếng góp phần đưa VSV học thành một ngành khoa học hoàn chỉnh và được phân hóa thành nhiều chuyên ngành khác nhau

4 Giai đoạn hiện đại

Với sự phát triển nhanh chóng của các ngành khoa học và sự ra đời của hàng loạt các phương tiện nghiên cứu mới đã đưa đến những tiến bộ có tính chất nhảy vọt trong sinh học nói chung và VSV học nói riêng Đặc biệt trong những năm gần đây, VSV học đã trở thành một trong những ngành sinh vật học có tốc độ phát triển hết sức nhanh chóng,

Từ địa vị một ngành khoa học ứng dụng, VSV học đã trở thành một ngành khoa học

cơ bản có nhiều đóng góp to lớn đối với sự phát triển chung của khoa học cũng như nền kinh tế quốc dân

3

III Vai trò của vi sinh vật

1 Vai trò tích cực

VSV tuy có kích thước nhỏ bé và có cấu trúc cơ thể tương đối đơn giản, nhưng chúng

có tốc độ sinh sôi nảy nở rất nhanh chóng và hoạt động trao đổi chất vô cùng mạnh mẽ, cho nên chúng có vai trò rất lớn lao trong mọi lĩnh vực Riêng đối với sản xuất nông nghiệp thì vai trò của VSV được thể hiện như sau:

- Tham gia vào quá trình hình thành đất trồng trọt, chúng phân hủy, chuyển hóa các hợp chất bền vững thành các hợp chất đơn giản hơn và các chất dinh dưỡng dễ tiêu cung cấp cho cây trồng

- VSV sống trong đất và trong nước còn tham gia vào quá trình hình thành chất mùn Trong đất, chất mùn là kho dự trữ thức ăn cho cây trồng và là yếu tố kết dính để tạo ra cấu tượng của đất Đất có cấu tượng là đất có đủ điều kiện thích hợp về độ ẩm, về không khí,

về chất hữu cơ đối với cây trồng

- Tham gia vào quá trình cố định nitơ Các VSV cố định nito thực hiện việc biến khí nito trong không khí thành hợp chất hữu cơ (NH3, NH+4) cung cấp cho cây trồng Số lượng nito mà mỗi năm cây trồng thu nhận được nhờ con đường này nhiều gấp 3 lần so với tổng số phân nito hóa học được sản xuất ra trên thế giới

- Tham gia vào việc khép kín vòng tuần hoàn các vật chất và giữ cân bằng sinh thái trong tự nhiên VSV tham gia tích cực vào quá trình phân giải xác hữu cơ, biến chúng thành khí CO2 và các hợp chất vô cơ dùng làm thức ăn cho cây trồng (P, K, Ca, )

- Tiêu thụ các sản phẩm trao đổi chất do cây tiết ra quanh bộ rễ

- Một số chủng, giống VSV tiết ra chất kháng sinh, vitamin, chất kích thích sinh trưởng Chính vì vậy, nó còn được áp dụng trong quy trình công nghệ để sản xuất thuốc kháng sinh, viatmin và chất kích thích sinh trưởng

- Ở vật nuôi như: gà, lợn, trâu, bò thường có một hệ VSV phong phú đã giúp cho quá trình đồng hóa các chất dinh dưỡng và thải loại các chất cặn bã trong quá trình sống

- Tham gia vào quá trình chế biến thực phẩm và thức ăn dùng trong chăn nuôi

Hiện nay VSV là khoa học mũi nhọn trong cuộc cách mạng sinh học

IV Đặc điểm chung của VSV

1 Kích thước nhỏ bé

Mắt con người khó thấy được rõ những vật nhỏ hơn 1mm Vậy mà VSV thường được

đo bằng m, virus được đo bằng nm (1m = 10-3mm, 1nm = 10-6 mm, 1A0 = 10-7mm)

4

VSV có kích thước nhỏ bé nên diện tích tiếp xúc bề mặt của một tập đoàn VSV là rất

lớn Chẳng hạn đường kính của một cầu khuẩn (Coccus) chỉ có 1mm, nhưng nếu xếp đầy chúng thành một khối có thể tích là 1cm 3 thì chúng có diện tích bề mặt rộng tới 6m 2

2 Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh

Tuy VSV có kích thước rất nhỏ bé nhưng chúng lại có năng lực hấp thu và chuyển hóa

vượt xa các sinh vật khác Chẳng hạn 1 vi khuẩn lactic (Lactobacillus) trong 1 giờ có thể

phân giải được một lượng đường lactose lớn hơn 1.000 - 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 100.000 lần so với trâu bò

3 Khả năng sinh sản nhanh

Có thể nói không có sinh vật nào có tốc độ sinh sôi nảy nở nhanh như VSV Chẳng

hạn, vi khuẩn E.coli trong các điều kiện thích hợp chỉ sau 12 - 20 phút lại phân cắt một

lần Nếu lấy thời gian thế hệ là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt 3 lần, sau 24 giờ phân cắt 72 lần tạo ra 4.722 366.107 tế bào, tương đương với 1 khối lượng 4.722 tấn (tất nhiên trong tự nhiên không có các điều kiện tối ưu như vậy vì thiếu thức ăn, thiếu oxi, dư thừa các sản phẩm trao đổi chất có hại )

4 Khả năng thích ứng rất cao và phát sinh biến dị mạnh

Trong quá trình tiến hóa lâu dài, VSV đã tạo cho mình những cơ chế điều hòa trao đổi chất để thích ứng được với những điều kiện sống rất khác nhau, kể cả những điều kiện hết sức bất lợi mà các sinh vật khác thường không thể tồn tại được VSV có thể chống chịu được với một số hóa chất độc, nhiệt độ khắc nghiệt, pH thay đổi

VSV dễ dàng phát sinh biến dị do đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống Tần số biến dị thường ở mức 10-5 - 10-10 Hình thức biến dị thường là đột biến gen Ngoài những biến dị có lợi, VSV cũng thường phát sinh những biến dị có hại như biến dị về tính kháng thuốc

5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều

VSV có mặt ở khắp mọi nơi trên trái đất, trong không khí, trong đất, trên núi cao, dưới biển sâu, trong cơ thể người, động thực vật, trong thực phẩm, trên mọi đồ dùng Ví dụ ở

độ sâu 10.000m vùng đông Thái Bình Dương có áp suất rất cao vẫn phát hiện thấy có khoảng 1 triệu - 10 tỉ vi khuẩn/ml (chủ yếu là vi khuẩn lưu huỳnh), ở độ cao 84km trong không khí vẫn phát hiện thấy VSV Khi khoan ở lớp đá trầm tích sâu 427m vẫn thấy có vi

khuẩn sống

Về chủng loại: Trong sinh giới, động vật có khoảng 1,5 triệu loài, thực vật có 0,5 triệu loài thì VSV có trên 100.000 loài, bao gồm 30.000 loài động vật nguyên sinh, 69.000 loài nấm, 1,5 nghìn loài vi khuẩn, 1,2 nghìn loài virus

6 Là sinh vật xuất hiện đầu tiên trên trái đất

Trái đất hình thành cách đây 4,6 tỉ năm nhưng cho đến nay mới chỉ tìm thấy dấu vết của sự sống từ cách đây 3,5 tỉ năm Đó là các VSV hóa thạch còn để lại vết tích trong các tầng đá cổ VSV hóa thạch cổ xưa nhất đã được phát hiện là những dạng rất giống với vi khuẩn lam ngày nay Chúng được J William Schopf tìm thấy ở các tầng đá cổ ở miền Tây

5

Australia Chúng có dạng đa bào đơn giản, nối thành sợi dài đến vài chục mm, với đường kính khoảng 1-2mm và có thành tế bào khá dày Trước đó các nhà khoa học cũng đã tìm thấy vết tích của chi Gloeodiniopsis có niên đại cách đây 1,5 tỉ năm

Câu hỏi ôn tập

1 Thế nào là vi sinh vật, vi sinh vật học? Trình bày vai trò của vi sinh vật trong sản xuất nông nghiệp

2 Nêu khái quát về các giai đoạn phát triển của VSV

6

CHƯƠNG 1 VIRUS 1.1 Vài nét lịch sử nghiên cứu virus học

Khoảng 1500 năm trước công nguyên, vào đời vua Ai Cập thứ 18 đã có những bằng chứng về bệnh bại liệt Nhà triết học cổ Hi Lạp Arristotle (384-322 trước công nguyên)

Đã miêu tả các triệu chứng của bệnh dại Khoảng 2-3 thế kỷ trước công nguyên người Trung Hoa và người Ấn Độ đã miêu tả về bệnh đậu mùa Tất nhiên khi đó con người chưa biết được nguyên nhân gây ra các bệnh hiểm nghèo này

Năm 1886 A Mayer (người Đức) lần đầu tiên phát hiện thấy bệnh khảm ở lá cây thuốc lá và chứng minh đó là một bệnh truyền nhiễm

Năm 1892 nhà sinh lý học thực vật trẻ tuổi D I Ivanoskii, người Nga bắt tay vào việc nghiên cứu mầm bệnh khảm ở thuốc lá Ông chứng minh được rằng mầm bệnh này nhỏ hơn vi khuẩn, vì nó có thể chui qua các nến lọc vi khuẩn bằng sứ và không quan sát được bằng kính hiển vi quang học Khi nuôi cấy trên môi trường nuôi cấy vi khuẩn chúng không mọc được nhưng nếu cấy vào các cây thuốc lá khỏe thì cây khỏe bị mắc bệnh Từ kết quả trên ông kết luận có một loại vi sinh vật rất nhỏ đã gây bệnh cho cây thuốc lá và ông gọi chúng là vi khuẩn cực tiểu hay độc tố của vi khuẩn

Sáu năm sau, năm 1898 nhà vi sinh vật học Hà Lan M.W Beijerinck (1851-1931) cũng nghiên cứu một cách độc lập mầm bệnh của bệnh khảm thuốc lá và ông cho rằng đó là một chất dịch có hoạt tính truyền nhiễm ông dùng tiếng Latin là virus (mầm độc) để gọi mầm bệnh này này

Cũng chính vào năm ấy hai nhà bác học Đức F Loefler và F Frosch lần đầu tiên đã phát hiện ra virus gây bệnh lở mồm long móng ở gia súc có sừng

Năm 1901, các bác sĩ quân y người Anh đã phát hiện ra virus gây bệnh sốt vàng ở người

Về sau chỉ trong một thời gian ngắn, các nhà bác học đã liên tiếp phát hiện ra hàng chục virus gây bệnh cho người và gia súc

Mãi đến năm 1939 chiếc kính hiển vi điện tử ra đời và cũng từ mốc thời gian này, loài người mới nhìn thấy hình dạng của virus Virus đầu tiên quan sát được là virus khảm thuốc lá Từ đó ngành virus học đã phát triển hết sức nhanh chóng, đến nay đã trở thành ngành khoa học hoàn chỉnh

Do sự phát triển trong nghiên cứu về virus, từ trước đến nay đã có khá nhiều định nghĩa khác nhau về virus, song định nghĩa đầy đủ nhất là của Giáo sư Chu Phúc Đán (Đại Học Phúc Đán Trung Quốc) Định nghĩa virus như sau:

''Virus là một loại sinh vật phi tế bào, siêu hiển vi, mỗi loại virus chỉ chứa một loại acid nucleic Chúng chỉ có thể ký sinh bắt buộc trong các cơ thể sống, dựa vào sự hiệp trợ của hệ thống trao đổi chất của vật chủ mà sao chép acid nucleic, tổng hợp các thành phần như protein, sau đó tiến hành lắp nối để sinh sản; trong điều kiện ngoài cơ thể, chúng có thể tồn tại lâu dài ở trạng thái đại phân tử hóa học, không sống và có hoạt tính truyền nhiễm''

4- Virus không có trao đổi chất, chỉ có thể sinh sản trong các tổ chức sống

5- Virus ký sinh nội bào tuyệt đối, tách khỏi tế bào chủ virus không sống được, do

đó còn gọi virus là vật trung gian giữa vô sinh và hữu sinh

6- Virus có khả năng tạo thành các tinh thể

Tùy từng lúc từng giai đoạn chức năng của virus mà nó có thể có các tên gọi khác nhau

Virion: (hạt virus) nó là dạng virus có thành phần phần hóa học hoàn chỉnh là một virus thành thục

Virus tái tạo: là dạng acid nucleic của virus sau khi đã xâm nhập vào tế bào cảm nhiễm, đây là dạng virus tái tạo để cho ra các virion mới

Viroid: nó không có vỏ bọc protein có dạng sợi và có khả năng gây bệnh

1.2.2 Hình thái và kích thước của virus

a Hình thái, kích thước của virus

Virus chưa có cấu tạo tế bào, mỗi virus không thể gọi là một tế bào mà được gọi là một hạt virus hay virion Virus có nhiều hình dạng khác nhau:

- Hình cầu: thường gặp dạng này, gồm phần lớn các virus cúm, virus quai bị, virus ung thư ở người và gia súc, kích thước từ 100 - 150nm

- Hình que: gồm các virus gây bệnh cho thực vật như virus đốm khoai tây, virus đốm

lá thuốc lá, kích thước 15 x 250 nm

- Hình khối: gồm các virus nhiều gốc cạnh, có cấu trúc phức tạp như virus đậu mùa, adenovirus, virus khối u của người và động vật, virus đường hô hấp, kích thước 300 - 350

nm

8

- Dạng tinh trùng (dạng nòng nọc): đặc trưng cho virus ký sinh trong tế bào vi khuẩn,

gọi là thực khuẩn thể (Bacteriophage hay phage), kích thước từ 47 - 104 x 10 - 225nm

b Cấu trúc của virus

Virus có cấu trúc đơn giản gồm phần vỏ protein và axit nucleic

- Phần vỏ: gồm các phần tử protein có phân tử lượng 18.000 - 38.000 tập hợp lại thành đơn vị hình thái gọi là capsome (capsomer), nhiều đơn vị hình thái lại liên kết với nhau để tạo thành lớp vỏ capxit (capside) Các capxit được sắp xếp theo 3 kiểu cấu trúc:

+ Cấu trúc xoắn: có ở virus đốm thuốc lá, virus gây bệnh cúm, sởi, toi gà, quai bị, virus dại Trong cấu trúc này, axit nucleic của virus xoắn thành hình lò xo, còn các capxome sắp xếp bên ngoài theo sát từng vòng một tạo thành ống xoắn

+ Cấu trúc khối: có ở virus đường hô hấp, virus đường ruột, khối u, virus côn trùng, mọt tipula Nhân virus là axit nucleic nằm cuộn tròn ở chính giữa, còn cacsome sắp xếp chặt chẽ tạo thành các mặt đa diện bao xung quanh Các cacsome đối xứng nhau qua mặt cắt của khối đa diện theo một quy luật nhất định (bất cứ một capsome nào cũng có một capsome bên cạnh giống nó sắp xếp theo kiểu đối xứng)

+ Cấu trúc phức tạp: gồm virus đậu mùa, thực khuẩn thể ở thực khuẩn thể T2 (vi khuẩn ký sinh trên tế bào E.coli) có phần đầu là hình lăng kính sáu cạnh, có đường kính 65

nm, có một phân tử ADN xoắn kép ở bên trong Đuôi là một ống dẫn dài 100 nm, rộng 25

nm, cấu tạo từ protein, bên ngoài là lớp vỏ gọi là bao đuôi, bên trong là trụ đuôi và trong trụ đuôi là ống dẫn Phần cuối là đĩa gốc có 6 gai đuôi và 6 lông đuôi

- Phần nhân: chỉ có axit nucleic (hoặc ADN hoặc ARN), là vật liệu mang thông tin di truyền của virus

c Tiểu thể bao hàm (inclusion)

Tiểu thể bao hàm là những hạt rắn chắc, có kích thước tương đối lớn, được hình thành trong tế bào động, thực vật bị nhiễm virus Nó có hình dạng và kích thước đặc biệt, có tính chất bắt màu đặc trưng cho từng loại virus, do đó nó có ý nghĩa lớn trong chẩn đoán Tiểu thể bao hàm có thể được hình thành ở trong nhân hoặc trong nguyên sinh chất và có trường hợp hình thành ở 2 nơi

Bản chất của hạt này có thể là do các hạt virus không giải phóng khỏi tế bào hoặc có thể do thành phần cấu trúc của virus chưa được lắp ráp hoàn chỉnh thành một virus mới

1.3 Hoạt động của virus

1.3.1 Hoạt động của virus gây độc

Các virus thực hiện sự tổng hợp các thành phần của chúng trong tế bào ký chủ và lắp ráp thành các hạt virus mới Từ một virus ban đầu sau khi xâm nhập vào tế bào sẽ hình thành hàng nghìn, hàng triệu virus mới, đó là quá trình nhân lên của virus

Quá trình này bắt đầu từ lúc một virus hấp thụ lên bề mặt của tế bào, cho đến lúc virus trưởng thành chui ra khỏi tế bào Toàn bộ quá trình này được chia làm 5 giai đoạn:

- Giai đoạn hấp thụ lên bề mặt tế bào:

9

Quá trình này được quyết định bởi mối tương tác giữa thụ thể của virus với thụ thể của

tế bào, trong đó lực điện động đóng vai trò chủ yếu Khi virus va chạm vào bề mặt tế bào, nếu thụ thể của virus và tế bào ăn khớp với nhau thì virus hấp thụ lên bề mặt tế bào

Điều đó giải thích tại sao mỗi loại virus chỉ có thể hấp thụ và gây nhiễm cho một loại

tế bào nhất định, ví dụ virus thực vật không bao giờ gây nhiễm cho tế bào động vật có xương sống

- Giai đoạn xâm nhập của virus vào tế bào:

Cơ chế này khác nhau tuỳ từng loại virus

Ví dụ: Ở thực khuẩn thể T thì theo cơ chế “cởi vỏ” protein: sau khi hấp thụ lên bề mặt

tế bào, trụ đuôi của virus tiết ra lilozymlama làm tan màng tế bào vi khuẩn, sau đó trụ đuôi của virus co lại xuyên qua màng tế bào và bơm axit nucleic vào trong tế bào, còn phần protein vỏ bọc thì nằm bên ngoài màng tế bào và không tham gia vào quá trình tái tạo hạt virus mới

Với virus động vật thì theo cơ chế ẩm bào: sau khi virus hấp thụ trên bề mặt tế bào, các tế bào tự mọc ra chân giả bao vây lấy virus, rồi khép lại, đưa virus vào bên trong tế bào theo kiểu amip bắt mồi Sau khi virus vào tế bào, virus không tự lột vỏ được, mà phải nhờ tế bào tiết ra men phân huỷ protein của vỏ capsit của virus và axit nucleic được giải phóng

- Giai đoạn tổng hợp các thành phần của virus:

Sau khi virus xâm nhập vào trong tế bào vật chủ thì mọi quá trình sinh tổng hợp của tế bào chủ bị đình chỉ thay vào đó là quá trình sinh tổng hợp của virus Trước hết là sự tổng hợp các protein sớm (bao gồm hàng loạt các enzim đặc trưng), sau đó là sự tổng hợp axit nucleic và cuối cùng là sự tổng hợp protein muộn bao gồm protein cấu trúc và các enzim trong vỏ bao

- Giai đoạn lắp ráp các thành phần của virus: có nhiều kiểu lắp ráp khác nhau tuỳ

thuộc vào từng loại virus Sự lắp ráp xảy ra gần màng tế bào, axit nucleic và protein được tổng hợp ở các nơi khác nhau trong tế bào, chúng được chuyển dịch lại gần nhau và kết hợp với nhau thành virus hoàn chỉnh nếu có sự va chạm đúng giữa các phân tử protein và axit nucleic

+ Với virus dạng trần (có axit nucleic và capsit): các phân tử protein va chạm với nhau thường xuyên, nếu có những va chạm đúng thì sẽ kết hợp chặt chẽ với nhau tạo nên lớp capsit bao quanh axit nucleic Cùng một lúc có hàng trăm, hàng triệu virus được lắp ráp theo kiểu này

+ Với virus dạng vỏ (có axit nucleic, capsit và vỏ ngoài): cũng lắp ráp giống như trên, nhưng vỏ ngoài của virus được tạo thành do màng của tế bào đã có những biến đổi đặc trưng với virus và khi đi quanh virus, chúng khoác luôn lớp màng này để trở thành vỏ của virus

- Giai đoạn giải phóng virus ra khỏi tế bào: Sau khi hình thành hạt virus mới, chúng

sẽ chui ra khỏi tế bào theo một trong các cơ chế sau:

10

+ Cơ chế nổ tung: dưới tác dụng của men, màng tế bào bị phá vỡ, bị tan rã hoàn toàn

và các virus ồ ạt cùng một lúc chui ra khỏi tế bào để tiếp tục xâm nhập vào các tế bào lành

+ Cơ chế từ từ: virus tiết ra men lizozymlaza, chọc thủng một số lỗ trên màng tế bào

và cứ theo những lỗ đó virus từ từ chui ra khỏi tế bào Theo cơ chế này, tế bào bị nhiễm nhưng không bị phá hủy, chỉ bị tổn thương nhẹ, chức năng của tế bào có thể giữ vững trong một thời gian

+ Ngoài hai cơ chế chủ yếu trên, một số loại virus còn có thể truyền từ tế bào bị nhiễm sang tế bào lành mà không cần chui ra môi trường bên ngoài (nhóm virus Herpes và nhóm virus đậu) Giữa tế bào bị bệnh và tế bào lành xuất hiện những cầu nối nguyên sinh chất, các hạt virus có thể truyền qua các cầu nối này như chạy trong ống dẫn mà không cần chui

ra khỏi tế bào

1.3.2 Hoạt động của virus không độc

Trong một số trường hợp, hệ gen của virus xâm nhập vào hệ gen của tế bào ký chủ và chúng có thể tồn tại một thời gian dài trong tế bào mà không làm cho tế bào tiêu tan đi Hiện tượng này được gọi là hiện tượng sinh tan và các virus không độc gây nên hiện tượng này gọi là virus ôn hoà

Hiện tượng sinh tan thường gặp ở tế bào vi khuẩn bị nhiễm virus nên người ta còn gọi loại virus này là tiền thực khuẩn thể (prophage) Tiền thực khuẩn thể được gắn vào hệ gen của vi khuẩn ở vị trí nhất định nhờ những đoạn tương đồng

Trong tế bào vi khuẩn có thể chứa đồng thời nhiều thực khuẩn thể có nguồn gốc khác nhau

Các vi khuẩn chứa thực khuẩn thể ôn hoà có đặc điểm là không bị tiêu diệt bởi thực khuẩn thể độc Tuy nhiên dưới tác động của nhân tố vật lý hay hoá học nào đó, tiền thực khuẩn thể được “thức tỉnh”, nó lập tức trở lại hoạt động và biến thành độc

Interferon sau khi sinh ra, một phần ở lại trong tế bào còn phần lớn ngấm qua màng tế bào ra ngoài để ngấm vào các tế bào khác

11

* Tính chất của Interferon:

Interferon có bản chất là protein, tương đối bền vững với axit (không bị mất hoạt tính

ở pH = 2), dễ bị các enzim trypxin, pepxin phá huỷ Interferon mất hoạt tính khi đun nóng

ở 60 – 75oC trong một giờ và 100oC trong 5 phút

Tính chất sinh học quan trọng của Interferon là không có tác dụng đặc hiệu với virus,

nó không phải là kháng thể đặc hiệu, nó không trung hoà được virus mà chỉ có tác dụng kìm hãm sự nhân lên của virus

Interferon có tác dụng đặc hiệu loài khá cao, nghĩa là Inteferon của tế bào loài nào sinh ra thì chỉ bảo vệ được tế bào cùng loài mà thôi Ví dụ: Interferon nhân được từ các tế bào của chuột thì có tác dụng chống virus trong các tế bào của chuột, còn không có tác dụng chống virus trong các tế bào của gà hay khỉ

* Cơ chế tác động của Interferon:

Inteferon chỉ có tác dụng chống virus ở bên trong tế bào, không có tác dụng chống virus bên ngoài tế bào, Interferon không trực tiếp mà gián tiếp tác động lên virus

Interferon không có tác dụng bảo vệ tế bào mẹ mà chỉ bảo vệ các tế bào bên cạnh ở các tế bào này virus vẫn hấp thụ lên màng tế bào và xâm nhập vào bên trong tế bào, nhưng đến giai đoạn sao chép thông tin của virus thì Interferon có tác dụng ức chế, kìm hãm sự tổng hợp ARNtt, do đó sự chuyển hoá axit nucleic và protein cũng không được thực hiện, không có sự hình thành hạt virus mới

1.3.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của virus

12

CHƯƠNG 2: HÌNH THÁI CẤU TẠO CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT

2.1 Vi khuẩn và vi khuẩn đặc biệt

2.1.1 Vi khuẩn

2.1.1.1 Hình dạng và kích thước các vi khuẩn thường gặp

Vi khuẩn là VSV đơn bào, không có diệp lục, không có màng nhân, chiều dài khoảng

2 - 8 m, đường kính từ 0,2 - 20 m

Dựa vào hình dạng bên ngoài, người ta chia vi khuẩn thành 5 nhóm: cầu khuẩn, trực khuẩn, cầu trực khuẩn, xoắn khuẩn và phẩy khuẩn (hình 1)

a Cầu khuẩn (Coccus)

Là vi khuẩn hình cầu, tuy nhiên có nhiều loại có hình tròn, hình bầu dục như lậu cầu

khuẩn (Neisseria gonorrhoeae), hoặc hình ngọn nến như phế cầu khuẩn (Streptococus peneumoniae) Kích thước cầu khuẩn 0,5 - 1,0 

Tùy theo vị trí của mặt phẳng phân cắt và đặc tính rời nhau hoặc dính nhau sau khi phân cắt mà người ta chia cầu khuẩn thành các giống chính sau:

- Đơn cầu khuẩn (Micrococcus): Đứng riêng lẻ từng tế bào một, đa số sống hoại sinh trong đất, nước và không khí Đại diện: M.agilis, M.roseus, M luteus

- Song cầu khuẩn (Diplococcus): là những vi khuẩn dính với nhau thành đôi một Một

số vi khuẩn có khả năng gây bệnh như não mô cầu khuẩn (Neisseria meningitidis), lậu cầu khuẩn (Neisseria gonorrhoeae)

- Liên cầu khuẩn (Streptococcus): gồm các cầu khuẩn dính với nhau thành từng chuỗi dài Ví dụ: Liên cầu khuẩn sinh mủ (S pyogenes), cầu khuẩn lên mem lactic (S lactis)

Đây là loại vi khuẩn gây bệnh thường gặp

- Bát cầu khuẩn (Sarcina): là những cầu khuẩn đứng thành những khối gồm 8 hoặc 16

tế bào Trong không khí thường gặp một số loài như Sarcina lutae, Sarcina aurantiaca

- Tụ cầu khuẩn (Staphylococcus): là những cầu khuẩn dính lại từng đám như hình

chùm nho Đa số sống hoại sinh, một số có thể gây bệnh cho người và động vật như

S.aureus, S epidermidis

Tất cả các cầu khuẩn nói chung không có tiên mao, không có khả năng di động, trừ

giống Planococcus, Planosarcina Đa số cầu khuẩn bắt màu gram âm

b Trực khuẩn (Bacillus, Bacterium)

Là tên chung để chỉ các vi khuẩn hình que, hình gậy, kích thước khoảng 0,5 - 1 x 1 - 5

m

Các đại diện thường gặp:

- Bacillus (Bac.): là trực khuẩn gram dương, hiếu khí, sinh bào tử Ví dụ: Bac Subtilis, Bac Anthracis

13

- Bacterium (Bact.): là trực khuẩn gram âm, hiếu khí, không sinh bào tử, có chu mao, gồm nhiều loại gây bệnh cho người và gia súc như Salmonella, Escherichia, Shigella, Proteus

- Clostridium (Cl.): là trực khuẩn gram dương, kích thước 0,4 - 1 x 3 - 8 m, có sinh

bào tử, thuộc loại kỵ khí bắt buộc Đại diện thường gặp: Cl Tetani (vi trùng uốn ván), Cl Pasteurianumi (vi khuẩn cố định nitơ)

- Corynebacterium: không sinh bào tử, có hình dạng và kích thước thay đổi tùy từng loại Đại diện thường gặp như: trực khuẩn bạch cầu (C diphtheriae), trực khuẩn đóng dấu lợn (Erysipelothris shusiopathiae)

c Cầu trực khuẩn (Cocco-bacillus)

Là loại trung gian giữa cầu khuẩn và trực khuẩn, kích thước khoảng 0,25 - 0,3 x 0,4 - 1,5 m Ví dụ: vi khuẩn tụ huyết trùng (Pasteurella), vi khuẩn dịch hạch

d Xoắn khuẩn (Spirillum)

Gồm các vi khuẩn có từ 2 vòng xoắn trở lên, thuộc loại gram dương, di động được nhờ một hay nhiều tiên mao ở đỉnh, kích thước 0,5 - 3 x 5 - 40 m, đa số sống hoại sinh Tùy theo cách sắp xếp của các vòng xoắn mà có các loại xoắn khuẩn sau:

- Spirochaetales hay Borrelia (vòng xoắn thưa, không đều, không có quy tắc), ví dụ: Borrelia gallinarum

- Treponema: nhiều vòng xoắn sát nhau cuộn đều đặn, có quy tắc Ví dụ: xoắn khuẩn giang mai ở người (Treponema pallidum)

- Leptospira: vòng xoắn hơi sát nhau, xếp lộn xộn Ví dụ: Leptospira ganicola, Leptospira ponoma

e Phẩy khuẩn (Vibrio):

Có hình gậy nhỏ, uốn cong như dấu phẩy, phần lớn sống hoại sinh, một số ít có khả

năng gây bệnh như phẩy khuẩn tả (Vibrio cholerae), vi khuẩn khử sunfat (Desulfo vibrio)

2.1.1.2 Cấu tạo tế bào vi khuẩn

Vi khuẩn là VSV đơn bào Mỗi tế bào vi khuẩn có thể hoạt động sống độc lập

Tế bào vi khuẩn được cấu tạo bao gồm một vỏ bọc dày bao quanh (thành tế bào), phía trong là một màng mỏng (màng tế bào chất), bên trong là tế bào chất, nhân hoặc

các vật chất nhân cùng với một số cơ quan nằm trong tế bào chất

a Thành tế bào

Thành tế bào là bộ khung vững chắc bao bọc bên ngoài màng nguyên sinh chất giúp duy trì hình dạng tế bào, có khả năng bảo vệ tế bào đối với một số điều kiện bất lợi của môi trường Nhờ vậy mà áp suất thẩm thấu cao cũng như các điều kiện vật lí khắc nghiệt ít làm thay đổi hình dạng của tế bào vi khuẩn

* Cấu tạo thành tế bào:

Thành tế bào chiếm 25 - 30 % trọng lượng khô của vi khuẩn, thành phần cấu tạo của thành tế bào rất phức tạp Cấu trúc của thành tế bào vi khuẩn G- và G+ rất khác nhau Nói

14 Hình 5: Mô tả các lớp

thành tế bào vi khuẩn

G- và G+

chung các vi khuẩn gram dương (G+) thành tế bào dày hơn (14 - 18 nm), trọng lượng của

chúng có thể chiếm tới 10 - 20 % trọng lượng khô của tế bào, còn thành tế bào của vi

khuẩn G- thì mỏng hơn (10 nm) Đáng chú ý là vách tế bào vi khuẩn không chứa cellulose

- chất thường thấy trong thành tế bào thực vật

(Năm 1884 Hans Christian Gram đã nghĩ ra phương pháp nhuộm phân biệt để phân

chia vi khuẩn thành 2 nhóm khác nhau: vi khuẩn G + - các tế bào bắt màu tím và vi khuẩn

G - - các tế bào bắt màu hồng)

+ Ở vi khuẩn G+: màng có cấu tạo cơ bản là glycopeptit (còn gọi là mucopeptit,

peptidoglycan, murein) chiếm 95%, glycopeptit được tạo nên từ các chuỗi polysaccarit,

các chuỗi này được cấu tạo từ nhiều loại đường khác nhau gắn với các đường amin: N -

Axetyl glucozamin, galactozamin, axit - N- Axetyl muramic

Ngoài ra màng tế bào vi khuẩn gram dương còn có axit teichoic, axit này có 2 loại:

axit ribitteicoic và axit glyxerinteicoic, mỗi vi khuẩn chỉ có một trong 2 loại này mà thôi

Axit teicoic có liên quan đến tính gây bệnh của vi khuẩn G+

+ Ở vi khuẩn gram âm: cấu trúc thành tế bào khá phức tạp, ngoài glycopeptit (chiếm 5

- 10 %), còn có lipit (20 %), polypeptit (50 %), polysaccarit (20 %)

Qua kính hiển vi điện tử người ta thấy thành tế bào vi khuẩn G- có đặc tính nhiều lớp

Ví dụ: ở E.coli : lớp ngoài cùng là lipoprotein, tiếp đến là lớp lipopolysaccarit, sau đó là

lớp các phân tử protein và trong cùng là lớp glycopeptit

* Vai trò của thành tế bào:

+ Có tác dụng bao bọc, che chở cho tế bào vi khuẩn và làm cho nó có hình dạng nhất

định, vì thế giúp cho vi khuẩn chống lại được tác nhân vật lí và hóa học có hại ở bên ngoài

như không bị phá hoặc vỡ khi bị xử lí bằng các thuốc tẩy mạnh

+ Là nòng cốt của kháng nguyên thân (kháng nguyên 0), đây là loại kháng nguyên

quan trọng nhất để xác định và phân loại vi khuẩn

+ Ở các vi khuẩn gây bệnh, màng tế bào còn có vai trò nhất định về khả năng gây

bệnh của vi khuẩn, vì một số thành phần của màng chứa nội độc tố, đó là lipopolisaccarit

quyết định độc lực và khả năng gây bệnh

+ Cản trở sự xâm nhập vào tế bào của một số chất có hại Chẳng hạn thành tế bào vi

khuẩn G- có thể ngăn cản sự xâm nhập của các chất kháng sinh có khối lượng phân tử

vượt quá 800

Hình 3: Thành tế bào vi khuẩn G+

Không gian chu chất

* Cấu trúc của màng tế bào chất:

Màng có cấu tạo 3 lớp: lớp ngoài cùng và trong cùng là 2 lớp protein chiếm 60 - 70 %,

ở giữa là 2 lớp lipit chiếm 30 - 40 % mà đa phần là photpholipit quay đầu kị nước vào nhau

Sự phân bố protein và photpholipit ở màng nguyên sinh chất khác nhau ở từng vùng,

có những vùng nhiều protein, ít photpholipit và ngược lại Sự phân bố đó tạo ra các lỗ hỏng trên màng nguyên sinh chất, những lổ hỏng này có chứa một loại protein đặc biệt có tác dụng vận chuyển dinh dưỡng vào tế bào gọi là các permeaza hay protein vận chuyển Ngoài 2 thành phần chính là protein và photpholipit, trong màng nguyên sinh chất còn chứa khoảng 2 - 5 % hidratcacbon, một số ít chứa glycolipit, một lượng nhỏ ARN (axit ribonucleic)

* Vai trò của màng nguyên sinh chất:

- Duy trì áp suất thẩm thấu bình thường bên trong tế bào

- Đảm bảo việc chủ động tích lũy chất dinh dưỡng trong tế bào và thải các sản phẩm trao đổi chất ra ngoài màng tế bào

- Là nơi xảy ra quá trình sinh tổng hợp một số thành phần của tế bào (peptidoglycan, lipopolysaccharit, axit teichoic), nhất là của thành tế bào và vỏ nhầy

Lipopolysaccharide Màng ngoài Không gian chu chất

và peptidoglygan Màng tế bào chất

Phospholipid

Protein xuyờn màng Peptidoglycan

Hình 4: Thành tế bào vi khuẩn huânekhuẩn G-

16

- Là nơi chứa một số enzim, đặc biệt là các enzim chuyển hóa hô hấp, các xytocrom, các enzim của các chu trình tricacboxylic; và các cơ quan con của tế bào như riboxom, mezoxom

- Có nhiệm vụ trong phân chia tế bào

c Nguyên sinh chất (Cytoplasm)

Nguyên sinh chất hay tế bào chất là thành phần chính của tế bào vi khuẩn, đó là khối chất keo bán lỏng chứa 80 - 90 % là nước, phần còn lại là các thành phần hòa tan như protein, peptit, axit amin, vitamin, riboxom, các muối khoáng ( Ca, Na, P ) và một số nguyên tố hiếm và sắc tố

Trong nguyên sinh chất của vi khuẩn trưởng thành người ta quan sát thấy nhiều cơ quan con khác nhau như: mezoxom, riboxom, không bào, các hạt chất dự trữ, các hạt sắc

tố (ở một số vi khuẩn) và các cấu trúc của nhân

* Mezoxom ( Mesosomes):

Là một thể hình cầu trong giống cái bong bóng nằm trong nguyên sinh chất, gần vách ngăn ngang và chỉ xuất hiện khi tế bào phân chia Trong mỗi tế bào thường có 1 - 2 mezoxom Mezoxom có đường kính khoảng 2500A0 và gồm nhiều lớp màng bện chặt vào nhau, chiều dày mỗi lớp màng khoảng 75 A0 Trong mezoxom có nhiều hệ thống enzim oxi hóa - khử và các hợp chất photpholipit ở đây xảy ra các quá trình oxi hóa các chất hữu

cơ là nguồn năng lượng và cũng là nơi tổng hợp các chất giàu năng lượng dự trữ, như ATP Nó có vai trò quan trọng trong phân chia tế bào và hình thành vách ngăn ngang

Riboxom là trung tâm tổng hợp protein của tế bào, nhưng chỉ có 5 - 10 % tổng số riboxom trong tế bào tham gia vào quá trình tổng hợp, những dạng này thường tập hợp lại gồm vài riboxom một gọi là poly riboxom hay polyxom

* Các hạt khác

Trong nguyên sinh chất của vi khuẩn còn có các loại hạt có hình dạng và kích thước không giống nhau Chúng không phải là cơ quan con ổn định của tế bào mà sự có mặt của chúng chịu ảnh hưởng nhiều của điều kiện ngoại cảnh

+ Các hạt dự trữ hay thể vùi được hình thành khi tế bào tổng hợp thừa các hợp chất

đó và được sử dụng khi tế bào thiếu thức ăn Hạt dự trữ bao gồm lipit, gluxit và các chất

vô cơ, ngoài ra ở một số vi sinh vật còn có các tinh thể có khả năng giết côn trùng

+ Không bào: nằm rải rác trong tế bào chất, có hình cầu hay hình bầu dục, có cấu trúc hóa học là lipoprotein, trong không bào chứa đầy dịch tế bào Không bào đóng vai trò quyết định trong việc điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào, đồng thời cũng là nơi chứa những sản phẩm bất lợi của quá trình trao đổi chất

17

d Thể nhân (Nuclear body)

Thể nhân ở vi khuẩn là dạng nhân nguyên thủy, chưa có màng nhân nên không có hình dạng cố định, vì vậy còn được gọi là vùng nhân

Thể nhân có hình cầu, kéo dài như hình que hay hình quả tạ hay hình chữ V Thể nhân không có màng nhân nhưng giới hạn giữa thể nhân và nguyên sinh chất rất rõ Thể nhân là một sợi nhiễm sắc thể có đườmg kính 3 - 8 nm, cấu tạo bởi một sợi ADN xoắn, nếu mở vòng xoắn ra thì dài 1 mm Sợi ADN có dạng vòng tròn và chỉ là một phần tử ADN đóng kín

Trong quá trình phân bào, nhân vi khuẩn phân chia đơn giản bằng cách cắt đôi, không

có sự gián phân bởi vì vi khuẩn chỉ có một nhiễm sắc thể duy nhất

e Tiên mao (flagellum)

Một số loại vi khuẩn có khả năng di động một cách chủ động là nhờ những cơ quan đặc biệt gọi là tiên mao hay còn gọi là lông Đó là sợi lông mảnh, dài (rộng 0,01 - 0,05 , dài 6 - 9 , đôi khi dài 80 - 90 ), có bản chất là protein

Tiên mao mọc ở mặt ngoài vi khuẩn giúp cho các vi

khuẩn này có thể chuyển động trong môi trường lỏng

(tốc độ di động của vi khuẩn có tiên mao khoảng 20 -

80m/s)

Tiên mao của vi khuẩn có các loại khác nhau tùy

từng loài:

+ Không có tiên mao (vô mao - atrichia)

+ Có 1 tiên mao mọc ở cực (đơn mao - monotricha)

+ Có 1 chùm tiên mao mọc ở cực (chùm mao -

lophotricha)

+ Có 2 chùm tiên mao mọc ở 2 cực (song chùm mao - amphitricha)

+ Có nhiều tiên mao mọc khắp quanh tế bào (chu mao - peritricha)

Thành phần hoá học chủ yếu của tiên mao là protein, chiếm 98 %, ngoài ra còn có một

ít hydrat cacbon (< 0,2%) và lipit

(< 0,1%)

Tiên mao cố định vào tế bào vi khuẩn nhờ một cái móc có đường kính lớn hơn tiên mao một ít, cũng có cấu tạo là protein Gốc tiên mao có một hạt nhỏ gọi là thể gốc, nằm ở mặt trong của màng nguyên sinh chất

Sự có mặt và vị trí sắp xếp của tiên mao trên tế bào vi khuẩn là một tiêu chuẩn quan trọng trong việc chẩn đoán, phân biệt và định tên của một số loài vi khuẩn

* Ngoài tiên mao, ở một số vi khuẩn có tiêm mao (pili -

khuẩn mao), đó là những sợi ngắn (0,3 - 1) và mảnh (0,01),

có số lượng nhiều 10 - 400 sợi/ tế bào vi khuẩn, có thể mất đi

Hình 6: Các loại tiên mao

ở vi khuẩn

Hình 7: Khuẩn mao ở vi khuẩn E.coli

không phải là cơ quandi động của vi khuẩn, nó có tác dụng làm

tăng thêm bề mặt hấp thu chất dinh dưỡng của tế bào

+ Pili giới tính hay pili F: Mỗi vi khuẩn có 1 - 4 pili giới tính,

chúng có chức năng làm cầu nối giữa 2 tế bào khác giới tính và

qua cầu nối này những đoạn ADN từ tế bào này được chuyển

sang tế bào khác

g Bào tử (Spore)

Ở một số vi khuẩn, thường là vi khuẩn G+ như Bacillus,

Chlostridium có thể hình thành bào tử trong những giai đoạn phát triển nhất định

Bào tử (nha bào) thường có hình tròn hay hình bầu dục Bào tử là một hình thức tiềm sinh của vi khuẩn, nó giúp cho vi khuẩn vượt qua được những điều kiện bất lợi của ngoại cảnh Bào tử thường được sinh ra trong những điều kiện bất lợi như môi trường thiếu chất dinh dưỡng, nhiệt độ, độ pH không thích hợp, môi trường tích luỹ nhiều sản phẩm trao đổi chất bất lợi, mỗi vi khuẩn chỉ tạo được một bào tử Khi gặp điều kiện sống thuận lợi bào tử lại nảy mầm để đưa vi khuẩn trở lại dạng sinh sản

h Lớp vỏ nhầy (Capsule) hay lớp dịch nhầy: đây là lớp ngoài cùng của màng tế bào

Đa số vi khuẩn được bao bọc bởi lớp vỏ nhầy, có một số vi khuẩn không có vỏ nhầy thì được bao bọc xung quanh bởi một lớp dịch nhầy không có giới hạn và cấu trúc rõ rệt

- Kích thước của lớp vỏ nhầy thay đổi nhiều tùy thuộc vào loại vi khuẩn, tùy thuộc vào môi trường nuôi cấy

+ Bao nhầy mỏng (Vi giáp mạc - Microcapsule)

+ Bao nhầy (Giáp mạc - Capsule)

+ Khối nhầy (là do các bao nhầy liên kết với nhau tạp thành - Zooglea)

- Vai trò của lớp vỏ nhầy:

+ Có tác dụng góp phần bảo vệ tế bào vi khuẩn trong điều kiện khô hạn

+ Là nơi tích lũy các chất dinh dưỡng, khi chất dinh dưỡng trong môi trường cạn dần, vi khuẩn sẽ tiêu thụ đến các chất dự trữ chứa trong giáp mô và làm cho giáp mô tiêu biến đi

+ Đối với một số vi khuẩn hình sợi như Thiothrix thì khối chất nhầy giúp chúng bám

vào các giá thể ở dưới nước Đối với vi khuẩn sắt thì vỏ nhầy là nơi tích lũy hiđroxit sắt - sản phẩm của hoạt động oxy hóa sinh ra năng lượng của chúng

- Thành phần hóa học: nước chiếm chủ yếu (98%), thành phần

chất hữu cơ chủ yếu là polysaccarit

2.1.1.3 Sinh sản của vi khuẩn

Vi khuẩn sinh sản vô tính bằng cách trực phân nhờ vách ngăn

ngang (phân đôi tế bào) nên kiểu sinh sản của nó rất đơn giản

Hình 8: Khuẩn mao giới tính ở vi khuẩn

Hình 9: Phân cắt

ở tế bào vi khuẩn Streptococcus

19

Khoảng giữa tế bào, nơi sẽ bị phân cắt, tế bào chất hình thành vách ngăn từ màng, từ đó tế bào chất được chia làm đôi tạo thành 2 tế bào mới Những tế bào mới có thể không đồng nhất về kích thước vì vách ngăn không phải bao giờ cũng ở chính giữa tế bào mẹ Tốc độ sinh sản của vi khuẩn rất nhanh do đó vi khuẩn có khả năng gây bệnh lớn

+ ở cầu khuẩn: các tế bào con sau khi tạo thành không tách khỏi nhau ngay mà thường liên kết với nhau thành đôi, thành bộ tứ, bộ 8, 16 , thành chuỗi hoặc thành dạng chùm nho + Trực khuẩn: những tế bào non mới xếp đôi theo chiều dài hoặc dính liền thành chuỗi Đa số trực khuẩn sắp xếp lộn xộn

Trong những năm gần đây, qua kết quả nghiên cứu người ta thấy rằng vi khuẩn không những có hình thức sinh sản vô tính mà còn tái tổ hợp (hình thức sinh sản hữu tính) Kết quả của sinh sản hữu tính là tạo ra những dòng vi khuẩn mới, có tính độc và tính gây bệnh thay đổi làm cho khả năng biến dị của vi khuẩn xảy ra dễ dàng trong tự nhiên

2.1.2 Vi khuẩn đặc biệt

2.2 Xạ khuẩn (Actinomycetes)

2.2.1 Hình dạng kích thước và cấu tạo của tế bào xạ khuẩn

Xạ khuẩn là một nhóm vi sinh vật đơn bào, phân bố rộng rãi trong tự nhiên (trong đất, trong nước và trong các cơ chất hữu cơ) Xạ khuẩn là một trong những nhóm vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong tự nhiên: chúng tham gia vào các quá trình chuyển hóa nhiều hợp chất trong tự nhiên, có khả năng hình thành chất kháng sinh Một số ít gây bệnh cho người và động vật

Xạ khuẩn có kích thước và cấu tạo tế bào giống vi khuẩn (kích thước nhỏ bé tương tự

vi khuẩn, nhân cũng chưa phân hoá rõ rệt, màng tế bào không có xenllulo hay kitin, sự phân chia tế bào như vi khuẩn) Tuy vậy, xạ khuẩn lại có hình thái giống nấm ở chổ cấu tạo sợi, phát triển bằng cách phân nhánh thành những sợi nhỏ, dài gọi là khuẩn ti (hypha), mỗi khuẩn ti do một tế bào hình thành, nhiều khuẩn ti tập hợp lại gọi là hệ khuẩn ti

Về thành phần hoá học, màng của khuẩn ti khí sinh chứa nhiều lipit, nhiều axit nucleic, enzim và hoạt tính của các enzim này mạnh hơn so với khuẩn ti cơ chất Trong khi đó khuẩn ti cơ chất chứa ít hoặc không chứa lipit

20

b Khuẩn lạc của xạ khuẩn

Khi nuôi cấy trên môi trường đặc, khuẩn ti phát triển dày đặc tạo thành khuẩn lạc Khuẩn lạc có đường kính từ 0,5 - 2mm và có nhiều màu sắc khác nhau (đỏ, da cam, lam, hồng, nâu, tím ) tuỳ thuộc từng loài và điều kiện nuôi cấy Màu sắc của xạ khuẩn cũng là một tiêu chuẩn quan trọng để xác định tên các loài xạ khuẩn

c Cấu tạo tế bào xạ khuẩn

Tế bào xạ khuẩn có cấu tạo tương tự như tế bào vi khuẩn:

- Thành tế bào: tương đối dày và khá vững chắc, được cấu tạo bởi 3 lớp: lớp ngoài dày

60 - 120 Ao, lớp trong dày 50 Ao và lớp giữa dày 50 Ao, khi khuẩn ti già, lớp ngoài có thể dày tới 150 - 200 Ao

Thành phần hoá học: gồm có protein, lipit, mucopolisaccarit, ngoài ra còn chứa cả các hợp chất photpho, axit teichoic, các enzim và các enzim này tham gia vào quá trình trao đổi chất của tế bào

Bên ngoài màng có vỏ nhầy mỏng, cũng có cấu tạo từ polysaccarit

- Màng nguyên sinh chất: bên trong màng tế bào xạ khuẩn là một lớp màng mỏng bao phủ trực tiếp nguyên sinh chất gọi là màng nguyên sinh chất Màng này dày khoảng 50nm

và có cấu tạo giống ở vi khuẩn (gồm 3 lớp: lớp ngoài cùng và lớp trong cùng là hai lớp protein, lớp giữa là 2 lớp photpholipit)

Chức năng chủ yếu của màng nguyên sinh chất của xạ khuẩn là điều hoà sự hấp thu các chất dinh dưỡng vào tế bào và tham gia vào quá trình hình thành bào tử

- Chất nguyên sinh và nhân của xạ khuẩn cũng tương tự như vi khuẩn Trong nguyên sinh chất của xạ khuẩn chưa có nhân thật mà là thể nhân, các thể ẩn nhập, không bào và các cơ quan khác

2.2.2 Sinh sản của xạ khuẩn

Theo lối sinh sản vô tính: Bào tử của xạ khuẩn được hình thành trên các nhánh phân hóa của khuẩn ti khí sinh (gọi là cuống sinh bào tử) Đây là cơ quan sinh sản đặc trưng của

xạ khuẩn Có 2 cách hình thành bào tử:

Hình 10: Sự hình thành 2 loại khuẩn ti sau

khi bào tử xạ khuẩn nảy mầm

2.3 Niêm vi khuẩn (Myxobacteria)

Đời sống tế bào gồm hai giai đoạn:

- Tế bào dinh dưỡng có hình que, đơn bào, kích thước 0,7 - 10m Thành tế bào rất đàn hồi nên có thể di chuyển bằng cách uốn vặn cơ thể, không có tiên mao Một số đã có nhân phân hoá rõ rệt ở giữa tế bào (giống Sporangium)

Niêm vi khuẩn thường sống thành tập đoàn, được bao bọc bởi một màng nhầy

- Tới một giai đoạn phát triển nhất định, tập đoàn niêm vi khuẩn tạo thành quả thể bên trong chứa nhiều bào tử, mỗi bào tử do một tế bào dinh dưỡng biến thành Khi quả thể vỡ, bào tử được phát tán ra ngoài và biến thành tế bào dinh dưỡng mới

Đây là nhóm vi sinh vật hoại sinh, phân bố rộng rãi trong đất, nước, phân chuồng, rác rưởi Tác dụng chủ yếu của chúng là phân giải mạnh mẽ xenlulo, kitin, và nhiều hợp chất hữu cơ phức tạp khác

2.4 Ricketsi

- Có kích thước nhỏ hơn vi khuẩn nhưng lớn hơn virut, có dạng hình que ngắn (0,3 - 0,6m), hoặc dạng hình cầu (0,3m), hình que dài (0,3 - 2m), có khi hình sợi

- Bắt màu gram âm

- Cũng có màng tế bào, màng nguyên sinh chất và thể nhân

- Thành phần hoá học chứa khoảng 30% protein, ngoài ra có khá nhiều lipit trung tính, photpholipit và hydratcacbon Hàm lượng ADN chiếm 9% so với trọng lượng khô tế bào, hàm lượng ARN thường gấp 2 - 3 lần ADN

- Có đời sống ký sinh bắt buộc

- Sinh sản theo lối phân cắt như ở vi khuẩn

- Gây bệnh sốt phát ban Các đại diện thường gặp: Rickettsias prowazekii, Rickettsias tiphy, Rickettsias sibinica, Rickettsias rikettsii

2.5 Dịch khuẩn bào (Micoplasma)

- Chưa có thành tế bào vững chắc như ở vi khuẩn nên hình dạng dễ bị thay đổi, có thể

có hình cầu, hình bầu dục, hình sợi, hình sao

- Thuộc loại gram âm, kích thước nhỏ bé (0,1m)

- Chỉ có màng nguyên sinh chất mỏng (75 - 100 Ao)

- Trong nguyên sinh chất có các loại hạt riboxom, thể nhân, không có mezoxom

- Thuộc loại hiếu khí không bắt buộc

- Sinh sản theo lối tương tự nảy chồi

Nhờ khả năng lên men rượu, nấm men được sử dụng trong sản xuất rượu, bia, rượu vang, làm nở bột mì Tế bào nấm men giàu protein, viatmin dùng bổ sung dinh dưỡng vào thức ăn gia súc và có thể dùng để chế một số dạng thực phẩm cho người

Là nhóm nấm có cấu tạo đơn bào, hình thái thay đổi tuỳ loại nấm men, vào điều kiện nuôi cấy và vào tuổi của ống giống do đó nấm men có hình thái đa dạng Nấm men có thể

có hình trứng (Saccharomyces cerevisiae), hình tròn (Candida utilis), hình ống dài (Pichia), hình quả dưa chuột (Saccharomyces pastorianus)

* Về cấu tạo tế bào nấm men: gần giống như vi khuẩn, cũng bao gồm: thành tế bào,

màng nguyên sinh chất, nguyên sinh chất và nhân

- Thành tế bào nấm men trong suốt, nhớt, tương đối mỏng (dày khoảng 25nm), chiếm

25% khối lượng khô tế bào Thành phần hoá học chủ yếu của thành tế bào là hemixenllulozo chiếm 70% khối lượng khô (trong đó manan 31%, glucan 29%) Ngoài ra còn có 1-3% kitin, 6-10% protein, 8% lipit, 7% chất khoáng

- Màng nguyên sinh chất dày 7 - 8m, cấu tạo chủ yếu là protein chiếm 50% khối lượng khô, còn lại là lipit 40% và một ít polisaccarit Chức năng của màng tương tự như màng nguyên sinh chất vi khuẩn

- Nguyên sinh chất: đã có ti thể hình cầu, hình que, hình sợi, kích thước khoảng 0,2 - 0,5 x 0,1 - 4m Hình dạng và số lượng thay đổi tuỳ thuộc vào điều kiện nuôi cấy và trạng thái sinh lý của tế bào Ngoài ra còn có riboxom, không bào và các hạt dự trữ

- Nhân: bắt đầu có nhân phân hoá, thuộc nhân thật, có tính ổn định, có kết cấu hoàn chỉnh, có những biểu hiện của tế bào tiến hoá, đó là sự phân chia tế bào theo hình thức gián phân

Sinh sản của nấm men có hai hình thức

* Sinh sản vô tính: có 2 cách:

- Sinh sản bằng phương pháp nảy chồi: đây là hình thức sinh sản phổ biến của tế bào nấm men Khi nấm men trưởng thành sẽ nảy ra một chồi nhỏ, chồi lớn dần lên, một phần nhân của tế bào mẹ được chuyển sang chồi, sau đó tách thành một nhân mới, rồi hình thành vách ngăn để ngăn cách với tế bào mẹ và tạo nên tế bào con mới Trên một tế bào có thể nảy chồi ở nhiều vị trí khác nhau Tế bào con có thể tách ra khỏi cơ thể mẹ hoặc vẫn dính trên cơ thể mẹ và tiếp tục nảy chồi mới

- Sinh sản bằng phương pháp phân cắt:

Khi hai tế bào khác giới đứng gần nhau, ở mỗi đầu của hai tế bào sẽ mọc ra mấu lồi lên và tiến sát vào nhau, sau khi tiếp xúc màng tế bào sẽ nứt ra, hai tế bào tiếp hợp với nhau và hình thành một hợp tử, nhân của hợp tử phân chia làm 2 hoặc 4 hoặc 8 nhân mới,

và mỗi một nhân con cùng với một phần nguyên sinh chất tạo thành túi bào tử

Túi bào tử gặp điều kiện thích hợp sẽ phát triển thành một tế bào nấm men mới Tế bào này lại tiếp tục sinh sản theo lối nảy chồi

2.6.2 Nấm mốc (Molds)

Nấm mốc hay còn gọi là nấm sợi, là tên chung để chỉ tất cả các nhóm nấm không phải

là nấm men mà cũng không phải là các nấm lớn có mũ như nấm rơm Nấm men phân bố rộng rãi trong tự nhiên, tham gia tích cực vào vòng tuần hoàn vật chất, nhất là quá trình phân giải chất hữu cơ và hình thành chất mùn Rất nhiều loại nấm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp enzim, dược phẩm, sản xuất thuốc trừ sâu Nhiều nấm sợi kí sinh trên người, động - thực vật gây ra các bệnh nấm nguy hiểm Một số nấm mốc phát triển trên các cơ chất hữu cơ gây hư hỏng thực phẩm, lương thực

Hình thái, kích thước và cấu tạo nấm mốc

Sợi nấm (hypha) có dạng hình ống dài, phân nhánh, bên trong chứa chất nguyên sinh

có thể lưu động Đường kính khác nhau, trung bình 1- 30m (thông thường 5 - 10m), có

trường hợp dài tới 1mm (nấm tiếp hợp Phycomycetes blankesneanus) Chiều dài của sợi

nấm có thể đạt đến vài chục cm Toàn bộ sợi nấm và các nhánh phát triển từ một bào tử nấm gọi là hệ sợi nấm

Hình thái khác nhau tuỳ từng loại, thường gặp 5 dạng chính là: hình lò xo hay hình xoắn ốc, sợi nấm hình đốt quấn với nhau thành một khối chặt, hình vợt một đầu to một đầu nhỏ, hình hươu, hình lược hoặc hình lá cây dừa

Cũng tương tự xạ khuẩn, ở nấm mốc người ta phân biệt hai loại khuẩn ti: khuẩn ti cơ chất và khuẩn ti khí sinh Từ khuẩn ti khí sinh về sau sẽ phát triển thành cơ quan sinh sản mang bào tử

Ở một số nấm bậc thấp, sợi nấm không có vách ngăn, toàn bộ khuẩn ti thể có thể coi là

một tế bào phân nhánh, chúng thuộc lớp Phycomycetes, các giống hay gặp là Mucor rhijopus, Phycomycetes Người ta gọi đó là cơ thể đa nhân Còn đại đa số nấm mốc, khuẩn

ti có vách ngăn, do đó cơ thể của chúng có cấu tạo đa bào

* Cấu tạo nấm mốc:

Thành tế bào của nấm có thành phần hóa học khác nhau (glucan, cellulose, kitin, manan, protein, lipit), đây là một tiêu chí quan trọng để định loại nấm

* Sinh sản dinh dưỡng:

- Sinh sản bằng khuẩn ti: Khuẩn ti đứt ra thành nhiều đoạn, mỗi đoạn rơi vào môi trường gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển thành khuẩn ti thể mới

- Sinh sản bằng bào tử màng dày - gọi là bào tử áo (Chlamydospore):

- Một số có thể sinh sản bằng hạch nấm, một dạng tổ chức sợi dày của nấm mốc

* Sinh sản vô tính: bằng cách hình thành bào tử, có hai loại:

2.7.1 Hình thái và cấu tạo tế bào vi khuẩn lam (Ngành Cyanobacteria)

Vi khuẩn lam chứa chlorophyll a và phycocyanin- phycobiliprotein Một số loài có sắc tố đỏ phycoerythrin Chúng phối hợp với sắc tố lục tạo nên màu nâu Màng liên kết với phycobilisom Đơn bào hoặc đa bào dạng sơi Không di động hoặc di động bằng cách trườn (gliding), một số loài có túi khí (gas vesicles) Nhiều loại có dị tế bào (heterocysts)

và có khả năng cố định nitơ Vi khuẩn lam có mặt ở khắp mọi nơi, trong đất, trên đá, trong suối nước nóng, trong nước ngọt và nước mặn Chúng có năng lực chống chịu cao hơn so với thực vật đối với các điều kiện bất lợi như nhiệt độ cao, pH thấp Một số loài

có khả năng sống cộng sinh với các cơ thể khác như Rêu, Dương xỉ, Tuế Nhiều loài cộng sinh với nấm để tạo ra Địa y (Lichen) Vi khuẩn lam có thể là sinh vật xuất hiện sớm nhất trên Trái đất

2.7.2 Hình thái và cấu tạo của tế bào tảo

Tảo có hình thái cơ thể rất đa dạng Có thể chia thành 8 kiểu hình thái như sau: 1) Kiểu Monad: Tảo đơn bào, sống đơn độc hay thành tập đoàn, chuyển động nhờ lông roi

2) Kiểu Pamella: Tảo đơn bào, không có lông roi, cùng sống chung trong bọc chất keo thành tập đoàn dạng khối có hình dạng nhất định hoặc không Các tế bào trong tập đoàn không có liên hệ phụ thuộc nhau

3) Kiểu Hạt: Tảo đơn bào , không có lông roi, sống đơn độc

4) Kiểu Tập đoàn: Các tế bào sống thành tập đoàn và giữa các tế bào có liên hệ với nhau nhờ tiếp xúc trực tiếp hay thông qua các sợi sinh chất

5) Kiểu Sợi: Cấu tạo thành tản (thallus) đa bào do tế bào chỉ phân đôi theo cùng một mặt phẳng ngang, sợi có phân nhánh hoặc không

25

6) Kiểu Bản: Tản đa bào hình lá do tế bào sinh trưởng ở đỉnh hay ở gốc phân đôi theo các mặtphẳng cả ngang lẫn dọc Bản cấu tạo bởi một hay nhiều lớp tế bào 7) Kiểu Ống: Tản là một ống chứa nhiều nhân, có dạng sợiphân nhánh hay dạng cây có thân , lá và rễ giả (rhizoid) các tế bào thông với nhau vì tuy phân chia nhưng không hình thành vách ngăn

8) Kiểu Cây: Tản dạng sợi hay dạng bản phân nhánh, hoặc có dạng thân- lá- rễ giả Thường mang cơ quan sinh sản có mức độ phân hóa cao

Tế bào của tảo có nhiều đặc điểm chung của các sinh vật có nhân thật (Eukarya)

- Thành tế bào của tảo cấu tạo bởi polysaccharide Thành tế bào gồm các sợi cellulose liên kết thành bộ xương (skeleton) nhằm bảo vệ và duy trì hình dạng ổn định cho tế bào Một số tảo có mannan hay xylan thay thế cho cellulose Ngoài ra còn có phần vô định hình tạo nên chất nền của thành tế bào Bên ngoài thành tế bào ở một số tảo có màng keo chứa các polysaccharide có giá trị thực tiễn như alginate, fucoidine, agar, carragenan, porphyrane, furcelleran, funoran Nhiều tảo đơn bào thành tế bào chỉ là chất nguyên sinh đậm đặc hay chu chất (periplast) Thành tế bào của tảo silic cấu tạo bới chất silic Một số tảo có lớp muối oxyd sắt calcium carbonat bên ngoài thành tế bào

Tế bào của nhiều tảo vận động được là nhờ Lông roi (flagella) Roi cấu tạo bởi 9 cặp

vi ống bao quanh 2 vi ống ở giữa và được bao bọc bởi màng sinh chất Hai vi ống giữa xuất phát từ đĩa gốc (dense plates) và thể gốc (basal body)

-Màng sinh chất cũng giống như ở các sinh vật khác

- Trong tế bào chất có nhiều bào quan khác nhau:

- Sắc lạp (chromoplast) của tảo có cấu tạo như ở thực vật, gồm hai lớp màng bao bọc, bên trong có chất nền (stroma) cùng với hệ thống các túi dẹt gọi lầ thylakoid Các thylakoid xếp chồng lên nhau tạo thành loại cấu trúc giống như grana ở thực vật Trên màng của thylakoid có nhiều chất diệp lục (chlorophyll) và các enzim tham gia vào quá trình quang hợp Ngoài chất diệp lục (a,b,c,d) còn có thể có các sắc tố carotenoid, phổ biến nhất là b-caroten Nhiều tảo chứa sắc tố xanthophyll, phycobiliprotein Trong chất nền của sắc lạp còn có ADN dạng vòng và ribôsom Đôi khi cắc lạp có một vùng đậm đặc protein liên kết với các sản phẩm dự trữ tạo thành một cấu trúc gọi là nhân tinh bột hay nhân protein (pyranoid) Sắc lạp còn có chứa các giọt lipid nhỏ nằm giữa các thylakoid

- Một số tảo còn có thêm một hai lớp mạng lưới nội chất lục lạp (CER- chloroplast endoplasmic reticulum)

- Còn có các vô sắc lạp gồm leucoplast và amyloplast Chúng làm nhiệm vụ tích lũy chất

dự trữ

- Ty thể của tảo cũng tương tự như ty thể của các sinh vật khác Đó là bào quan có hai lớp màng bao bọc, màng ngoài trơn nhẵn còn màng trong ăn sâu vào phía trong chất nền và tạo thành những mào (crista) trên đó mang nhiều loại enzim hô hấp Chất nền của ty thể có chứa AND và ribosôm

- Tế bào của tảo cũng có thể Golgi (Golgi body) như ở tế bào nhiều sinh vật khác Đó là các túi dẹp xếp hầu như song song với nhau và có hình vòng cung, phía lồi gọi là mặt

trans còn phía lõm gọi là mặt cis.Thể Golgi ở tảo làm nhiệm vụ tổng hợp và tiết ra

polysaccharide

- Tế bào chất (cytoplasm) của tảo có chứa ribosom 80S và các giọt lipid Một số tảo di động có các nhóm hạt lipid màu vàng cam cấu tạo nên các điểm mắt (stigma)

26

- Chất dự trữ trong tế bào thuộc về nhiều dạng khác nhau: tinh bột ở tảo lục, floridean ở

Tảo đỏ, laminarian ở Tảo nâu, leucosin ở Tảo roi Prymnesiophyta, fructosan ở Tảo lục Acetabularia Ngoài ra còn có các chất dự trữ phân tử thấp như đường, glycoside,

polyol Tảo có không bào co rút (contractile vacuoles) giúp cho việc duy trì nước trong tế bào và laọi bỏ chất thải ra khỏi tế bào

- Nhân tế bào ở tảo cũng không khác mấy so với các tế bào nhân thực khác nhưng hầu hết

là nhân đơn bội Tảo silic và các pha bào tử thể ở Tảo nâu, Tảo lục và một số Tảo đỏ có nhân lưỡng bội Nhân có màng kếp bao bọc, trong nhân có ADN

2.7.3 Vai trò và giá trị dinh dƣỡng của vi khuẩn lam và tảo

Tảo nói chung và vi tảo nói riêng có vai trò rất quang trọng trong tự nhiên và trong đời sống nhân loại Chúng ta biết rằng đại dương chiếm 71% diện tích bề mặt Trái đất Một

số tác giả Hoa Kỳ cho rằng hàng nămg tảo có thể tổng hợp ra trong đại dương 70-280 tỷ tấn chất hữu cơ Trong các thủy vực nước ngọt tảo cung cấp ôxy và hầu hết thức ăn sơ cấp cho cá và các động vật thủy sinh khác Tảo góp phần bảo vệ môi trường nuôi thủy sản bằng cách tiêu thụ bớt lượng muối khoáng dư thừa Canh tác biển là nhằm trồng và thu hoạch các tảo sinh khối lớn và có hàm lượng dinh dưỡng cao Nhiều tảo biển còn khai thác để sản xuất thạch (agar), alginate, sản phẩm giàu iod Nhiều tảo đơn bào được nuôi trồng công nghiệp để tạo ra những nguồn thức ăn cho ngành nuôi tôm hay thuốc

bổ trợ giàu protein , vitamin và vi khoáng dùng cho người Một số vi tảo được dùng

để sản xuất carotenoid, astaxanthin, các acid béo không bão hòa Tảo silic tạo ra các

mỏ diatomid, đó là loại nguyên liệu xốp, nhẹ, mịn được dùng trong nhiều ngành công nghiệp

2.8 Động vật đơn bào

Toàn bộ thế giới động vật có thể chia làm hai mức độ tổ chức: Động vật đơn bào (Protozoa) và Động vật đa bào (Metazoa) Động vật đơn bào là những cơ thể đơn bào nhân chuẩn, thường dinh dưỡng hữu cơ, một số ít quang dưỡng

Với hơn 30.000 loài được mô tả, động vật đơn bào là những "cư dân" ở đất, nước Nhiều động vật đơn bào có vai trò quan trọng ở các lớp bùn, tại các trạm lọc nước thải

27

Chương 3: SINH LÝ HỌC VI SINH VẬT 3.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật

3.1.1 Khái niệm chung

- Các chất được vi sinh vật hấp thụ từ môi trường xung quanh và được chúng dùng làm nguyên liệu để cung cấp cho quá trình sinh tổng hợp (hay nói cách khác là trực tiếp tham gia vào quá trình trao đổi nào đó trong cơ thể vi sinh vật) thì gọi là chất dinh dưỡng

- Các chất ở trong môi trường dinh dưỡng mặc dù được vi sinh vật rất cần nhưng chỉ

có nhiệm vụ cân bằng ion, cân bằng thế oxy hoá khử, các chất đệm thì không được gọi là chất dinh dưỡng

- Quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng từ môi trường xung quanh vào cơ thể gọi là quá trình dinh dưỡng

Hiểu biết về quá trình dinh dưỡng là cơ sở tất yếu để có thể nghiên cứu, ứng dụng hoặc ức chế VSV

3.1.2 Thành phần hóa học của tế bào vi sinh vật

Thành phần hoá học của tế bào VSV quyết định nhu cầu dinh dưỡng của chúng Trong

tế bào VSV các hợp chất được phân thành 2 nhóm lớn: Nước và các hợp chất hữu cơ

a Nước

Nước là thành phần chủ yếu của tế bào vi sinh vật (chiếm khoảng 80 - 90% trọng lượng cơ thể) Tất cả các quá trình tổng hợp, phân giải xảy ra trong tế bào vi sinh vật đều cần nước làm môi trường, do đó nếu mất nước đến một lượng nào đó thì cơ thể vi sinh vật

sẽ bị chết hoặc ngừng hoạt động Trong tế bào, nước thường tồn tại ở hai dạng: nước tự do

và nước liên kết

b Chất khô (các chất hữu cơ)

Chất khô trong tế bào vi sinh vật chiếm khoảng 10 - 20 % trọng lượng cơ thể và được tạo thành chủ yếu từ các nguyên tố C, H, O, N, P, S Riêng 4 nguyên tố C, H, O, N đã chiếm tới 90 - 97% toàn bộ chất khô của tế bào Đó là các nguyên tố chủ chốt để cấu tạo nên protein, axit nucleic, lipit, hydratcacbon Khi đốt tế bào, các nguyên tố này thoát ra ở dạng khí (khoảng 86 - 98%), phần còn lại (2 - 14%) là các chất khoáng (hay còn gọi là các nguyên tố tro)

* Protein:

Là thành phần chủ yếu của nguyên sinh chất (chiếm 50 - 80% chất khô của tế bào vi khuẩn, 40 - 60% ở tế bào nấm men, 15 - 40% ở tế bào nấm mốc) Mỗi loại vi sinh vật chứa một số loại protein khác nhau, thường chúng chứa protein thuộc loại globulin, albumin, glutein

* Gluxit: là nguồn năng lượng và cacbon chủ yếu của tế bào vi sinh vật Nó giữ vai

trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vật Lượng gluxit trong tế bào vi sinh vật cũng như động vật và thực vật ít hơn so với các chất khác, chỉ chiếm 12 - 18% trọng lượng khô của tế bào

* Lipit và lipoit:

* Axit nucleic: có cấu tạo chủ yếu bởi N (1-16%), P (9-10%), phần còn lại là C, H, O

Căn cứ vào đường pentoza trong phân tử mà axit nucleic được chia thành 2 loại: ADN và ARN Có 2 chức năng quan trọng là:

- Trực tiếp tham gia vào quá trình tổng hợp protein

- Mang mật mã di truyền - một đặc điểm cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống

* Sắc tố:

Một số vi sinh vật có khả năng tạo thành sắc tố, chẳng hạn các vi sinh vật tự dưỡng quang năng có chứa sắc tố quang hợp Ngoài ra còn có nhiều loại sắc tố khác nữa như: carotenoit, antoxiamin, piaron, araquinon Các sắc tố của vi sinh vật quyết định màu sắc của khuẩn lạc khi nuôi cấy, có vai trò quan trọng trong phân loại vi sinh vật

* Vitamin:

Rất nhiều vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra các loại vitamin Vitamin rất cần thiết cho vi sinh vật Với lượng rất nhỏ vitamin sẽ giúp cho vi sinh vật phát triển bình thường ở nấm men thường chứa nhiều vitamin hơn các sinh vật khác

* Enzim: trong cơ thể vi sinh vật có nhiều loại enzim, gồm enzim đơn giản, enzim

phức tạp, enzim nội bào, enzim ngoại bào Chúng xúc tác cho các phản ứng sinh hoá xảy

ra trong cơ thể (enzim nội bào) và ngoài cơ thể (enzim ngoại bào)

3.1.3 Các kiểu dinh dƣỡng của vi sinh vật

1 Dinh dưỡng cacbon

Tùy thuộc vào khả năng đồng hóa các nguồn cacbon mà người ta chia vi sinh vật thành các nhóm sinh lí sau:

a Tự dưỡng

Những vi sinh vật tự dưỡng có khả năng tổng hợp các chất hữu cơ từ CO2, nước và muối khoáng Dựa vào nguồn năng lượng dùng cho tổng hợp, nhóm này lại được chia thành 2 nhóm:

+ Tự dưỡng quang năng: Nguồn C là CO2, nguồn năng lượng là ánh sáng

29

Các vi sinh vật quang hợp có các chất màu tương tự như diệp lục ở cây xanh Những

vi khuẩn có sắc tố màu đỏ thuộc phân nhóm này Phương trình tổng quát của quá trình quang hợp như sau:

6CO2 + 6H2O + 2824 kcal = C6H12O6 + 6O2

+ Tự dưỡng hóa năng: Nguồn C là CO2, nguồn năng lượng lấy từ các phản ứng oxi hóa các hợp chất vô cơ (vi khuẩn nitrogen sử dụng nguồn năng lượng trong phản ứng oxi hóa NH3 để tổng hợp các chất hữu cơ) Những vi khuẩn nitrat, vi khuẩn lưu huỳnh vô màu, vi khuẩn sắt thuộc phân nhóm này

b Dị dưỡng

Các vi khuẩn dị dưỡng chỉ đồng hóa được các chất hữu cơ Chúng được chia thành: + Dị dưỡng quang năng: Nguồn C là chất hữu cơ, nguồn năng lượng là ánh sáng Ví dụ: vi khuẩn lưu huỳnh màu tía

+ Dị dưỡng hóa năng: Nguồn C là chất hữu cơ, nguồn năng lượng là từ sự chuyển hóa trao đổi chất của chất nguyên sinh (hô hấp hoặc lên men) của một cơ thể khác Ví dụ: động vật nguyên sinh, nấm, một số vi khuẩn

+ Hoại sinh: Nguồn C là chất hữu cơ, nguồn năng lượng là từ sự trao đổi chất của chất nguyên sinh các xác hữu cơ Thuộc nhóm này là các vi khuẩn gây thối, lên men, mấn mốc, nấm men

+ Kí sinh: Nguồn C là chất hữu cơ, nguồn năng lượng lấy từ các tổ chức hoặc dịch thể của cơ thể sống Những vi sinh vật kí sinh thường là những vi sinh vật gây bệnh, những virut và thực khuẩn thể sống bám vào các cơ thể sống

Như vậy, tùy nhóm VSV mà nguồn C được cung cấp có thể là chất vô cơ (CO2, CaCO3 ) hoặc chất hữu cơ

2 Dinh dưỡng nitơ

Nguồn thức ăn nitơ có ý nghĩa rất quan trọng đối với sự phát triển của VSV Nguồn nitơ dễ hấp thụ nhất là NH4+ và NH3 Nguồn nitơ khó hấp thụ hơn cả là nitơ trong không khí Để sử dụng được nguồn nitơ này, VSV phải có khả năng cố định nitơ, nghĩa là khử N phân tử thành NH3 Cùng với nguồn N vô cơ, đa số VSV có khả năng sử dụng nitơ trong các hợp chất hữu cơ Việc sử dụng các nguồn nitơ này thường gắn liền với sự tách nhóm

NH3 ra, sau đó sẽ thấm vào tế bào VSV Do đó, có thể coi NH3 là trung tâm của tất cả các con đường dinh dưỡng nitơ

Tuỳ theo nguồn nitơ được sử dụng, người ta chia VSV ra làm 2 nhóm:

- VSV tự dưỡng amin: là những VSV có khả năng đồng hoá nitơ từ những nguồn nitơ

vô cơ hay hữu cơ chuyển thành dạng NH3 để xây dựng cơ thể

Ví dụ: VSV cố định nitơ, VSV amin hoá

- VSV dị dưỡng amin: gồm những VSV trong quá trình đồng hoá nitơ phải cung cấp cho nó một số axit amin nhất định Các axit amin này được sử dụng một cách nguyên vẹn chứ không bị phân giải thành NH3

3 Dinh dưỡng khoáng

30

Có hai nhóm vật chất cần thiết cho sự sống của VSV, nhóm thứ nhất là nước, là yếu tố quyết định sự dinh dưỡng của VSV; nhóm thứ hai gồm các vật chất cấu tạo bởi các nguyên tố C, H, O, N, S, P, K, Na, Ca Các nguyên tố này cũng có thể chia ra các nguyên

tố tối cần cho VSV và các nguyên tố thứ yếu

+ Các nguyên tố tối cần: C, H,O, N, S, P và K Các nguyên tố này hiện diện trong tất

cả các hợp chất như protein, chất béo, đường bột và ở dưới dạng cấu trúc giống nhau trong tất cả các loài VSV

Một số nguyên tố khác cũng là nguyên tố tối cần như Ca, Na, Fe, Mg, tuy nhiên là các nguyên tố tối cần cho từng nhóm VSV Ví dụ: Fe rất cần thiết cho vi khuẩn hiếu khí, các VSV có quang hợp rất cần có Mg

+ Các chất vi lượng: gồm các nguyên tố mà VSV rất cần thiết cho sự tăng trưởng, nhưng với số lượng rất ít Thí dụ: Mn, Cu, B

Ngoài ra các vitamin là những chất phức tạp, cũng có vai trò như những chất vi lượng

vì chỉ cần một lượng nhỏ cũng kích thích được sự tăng trưởng Bên cạnh các vitamin, một

số axit amin cũng là chất vi lượng cần thiết cho VSV Thí dụ: khi nuôi vi khuẩn

Salmonella typhy gây bệnh thương hàn, nếu thiếu một ít tryptophan thì vi khuẩn không

mọc tốt được

3.1.4 Sự lấy thức ăn vào cơ thể vi sinh vật

Tế bào VSV nói riêng và tế bào sinh vật nói chung là một hệ thống mở, nó không thể tồn tại trong một hệ thống kín Để tồn tại, sinh trưởng và phát triển, nó phải thường xuyên trao đổi năng lượng và vật chất với môi trường bên ngoài: một mặt chúng thu nhận các chất dinh dưỡng cần thiết từ môi trường, mặt khác nó thải ra ngoài các sản phẩm trao đổi chất Như vậy, để thực hiện mối quan hệ đó, màng nguyên sinh chất có khả năng điều chỉnh sự ra vào của các chất một cách chọn lọc Sự xâm nhập của nước và các chất hoà tan qua màng nguyên sinh chất là một quá trình động học

3.1.5 Cơ chế vận chuyển thức ăn vào tế bào VSV

Các chất qua màng nguyên sinh chất tuân theo một trong 2 cơ chế: khuyếch tán thụ động và vận chuyển tích cực

- Cơ chế khuyếch tán thụ động: theo cơ chế này các chất đi qua màng tế bào nhờ sự chênh lệch nồng độ (đối với các chất không điện phân) hoặc sự chênh lệch điện thế (đối với các ion) giữa hai phía của màng Sự vận chuyển này không đòi hỏi năng lượng Trong thực tế, chỉ có nước, một số chất khí (CO2, O2), axit béo và một số chất tan trong lipit vận chuyển theo cơ chế này

- Cơ chế vận chuyển tích cực: theo cơ chế này các chất muốn đi ra hay đi vào tế bào trước hết phải liên kết với những phân tử vận chuyển đặc biệt nằm trong màng, đó chính là pecmeaza (còn gọi là protein thấm) Sau đó sự vận chuyển nhờ pecmeaza có thể là thụ động (không cần năng lượng) hoặc có thể chủ động (cần năng lượng) Cùng một pecmeaza

có thể đảm nhận cả chức năng vận chuyển thụ động (không cần năng lượng của tế bào) lẫn chức năng vận chuyển chủ động (cần năng lượng của tế bào)

3.2 Trao đổi năng lƣợng và trao đổi chất

31

3.2.1 Khái niệm chung

Trong quá trình sống VSV cũng như những VSV khác cần có năng lượng

Các quá trình oxi hoá - phân huỷ kèm theo quá trình giải phóng năng lượng gọi là quá trình trao đổi năng lượng

Ở các sinh vật bậc cao trao đổi năng lượng và dị hoá là một, nhưng ở VSV lại là hai khái niệm, sở dĩ như vậy vì do cơ thể VSV quá nhỏ nên lượng vật chất trong cơ thể quá ít, trong quá trình sống chúng phải sử dụng cả các hợp chất thu được từ môi trường ngoài

3.2.2 Các loại hình hô hấp và các quá trình lên men

3.2.2.1 Các loại hình hô hấp

Để tiến hành các quá trình sinh tổng hợp, cũng như để đảm bảo các hoạt động sống khác của cơ thể, VSV cũng như các sinh vật khác cần được cung cấp năng lượng Năng lượng này được sinh ra do sự oxi hoá khử sinh học các cơ chất của cơ thể VSV - sự hô hấp của VSV

VSV có thể dùng rất nhiều các hợp chất hữu cơ khác nhau để làm nguồn sinh năng lượng Căn cứ vào điều kiện có oxi hay không có oxi và nguồn chất nhận điện tử mà người ta chia VSV thành 3 loại hình hô hấp sau:

- Hô hấp hiếu khí là sự hô hấp xảy ra trong điều kiện có oxi không khí

- Hô hấp kị khí (lên men): xảy ra trong điều kiện không có oxi

- Hô hấp kị khí đặc biệt: xảy ra trong điều kiện không có oxi, chất nhận điện tử là các chất vô cơ (nitrat, sunfat)

Cơ chất (vật tiếp nhận) của quá trình hô hấp rất khác nhau, trong đó phổ biến nhất là glucoza Quá trình phân giải glucoza để tạo thành axit piruvic trong điều kiện kị khí có thể theo 3 con đường

- Con đường EMP (Embden - Meyerhof - Parnas)

- Con đường HMP (Hexozomonophotphat) hay sơ đồ Warburg - Pickens - Horecker

- Con đường ED (Entner - Doudoroff)

3.2.2.2 Các quá trình lên men

a Lên men Etilic(lên men rượu)

Rượu etylic là sản phẩm lên men đường khá phổ biến của nhiều nhóm VSV Song tác

nhân lên men rượu chủ yếu là các nấm men, đặc biệt là nòi Saccharomycetes cerevisia

Nhiều loài vi khuẩn kị khí và hiếu khí cũng có khả năng tạo thành rượu như là một sản phẩm chủ yếu hoặc sản phẩm phụ của quá trình lên men các hexoza hay pentoza

* Cơ chế của quá trình lên men rượu nhờ nấm men:

Quá trình lên men rượu đã được nhân dân ta ứng dụng từ xưa để nấu rượu nhưng cơ

sở lí luận về quá trình này đến năm 1861 mới được Pasteur phát hiện ra

Quá trình lên men rượu là quá trình chuyển hoá đường thành rượu etylic và CO2, đồng thời làm sản sinh ra một số năng lượng xác định dưới tác dụng của hệ thống enzim của một số VSV Trong quá trình này, đường được chuyển hoá thành axit piruvic theo con

32

đường EMP, sau đó axit piruvic sẽ bị decacboxyl hoá thành axetaldehyt và axetaldehyt tiếp tục bị khử để tạo thành rượu etylic Có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:

b Lên men lactic

* Khái niệm: Lên men lactic là quá trình chuyển hoá glucoza thành axit lactic trong

điều kiện kị khí

Quá trình lên men lactic tạo ra nhiều loại sản phẩm khác nhau, do đó tuỳ thuộc vào sản phẩm lên men cuối cùng mà người ta phân biệt 2 kiểu lên men khác nhau

* Các kiểu lên men lactic:

+ Lên men lactic đồng hình: glucoza sẽ được chuyển hoá theo chu trình EMP để tạo thành axit piruvic và NAD- H+, axit piruvic sẽ tiếp tục bị khử tạo thành axit lactic (tạo ra 90% axit lactic, ngoài ra còn có axit acetic, axtoin)

C6H12O6 2CH3COCOOH + 4H 2CH3COCOOH + 4H 2CH3CHOHCOOH + Q

Các vi khuẩn lên men lactic đồng hình là Streptococcus lactis, Strep cremosis, và các loài trong 2 giống phụ Streptobacterium, Thermobacterium thuộc giống Lactobacterium

Cơ chế chung như sau:

Fructoso-1,6 diphosphate

se

NADH2NAD+

lactic

Acid pyruvic

Lactate dehydrogenase

NAD+ NADH 2

Glucose Xiluloso-5P Pentosophossphateketolase

AlPG Pyruvate Lactate

33

Các vi khuẩn lên men lactic dị hình bao gồm Streptococcus citrovorus, Strep paracitrovorus, Strep diaxetilactic Tất cả các loài này thuộc giống phụ  Bacterium, thuộc giống Lactobacterium

Về mặt sinh hoá, các vi khuẩn này thiếu enzim của con đường đường phân EMP là

Aldolaza, Trizophotphattizomeraza cho nên giai đoạn đầu của sự phân giải glucoza theo

* Cơ chế lên men:

C6H12O6 4CH3CH2COOH + 2CH3COOH + 2CO2 + 2H2O + Q

Trong quá trình lên men propionic, trước hết gluco được chuyển hoá thành axir pyruvic theo chu trình EMP, sau đó axit pyruvic được cacboxin hoá và tiếp tục chuyển hoá thành axit propionic

Vi khuẩn lên men propionic được gọi là vi khuẩn propionic, thuộc giống Propioni bacterium

Vi khuẩn propionic phân bố rộng rãi trong tự nhiên, người ta thường gặp chúng trong

dạ dày cỏ và trong đường tiêu hoá của động vật nhai lại

* ứng dụng:

Vi khuẩn propionic đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo fomat

d Lên men xenluloza

Xenluloza là thành phần cấu tạo chủ yếu của tế bào thực vật Chúng chiếm khoảng 90% trong bông và 40 - 50% trong gỗ Hàng năm có tới 10 tỷ tấn xenluloza được cây xanh tổng hợp ra và do đó số lượng xenluloza được đưa trở lại đất hàng năm cũng rất lớn

Đây là hợp chất có cấu trúc bền vững, không tan trong nước, không được tiêu hoá trong đường tiêu hoá của người và các động vật có dạ dày một túi Tuy nhiên trong dạ dày

cỏ của các động vật nhai lại và trong đất tồn tại rất nhiều VSV có khả năng sản sinh ra enzim xenlulaza là enzim xúc tác cho quá trình thuỷ phân xenluloza

Các vi khuẩn sống trong dạ dày cỏ có nhiều loài, đáng chú ý nhất là: Bacteroides succinogenes, Ruminococcus flavefaciens, Ruminococcus albus

* Các VSV đất có khả năng phân giải xenluloza là:

- Vi khuẩn: Acetobacte xylinum, Cellvibrio gilvus, Cellvibrio mulvus, Pseudomonas celluloza, Cellulomonas biazotea

- Niêm vi khuẩn: Cytophaga, Promyxobacterium, Sporocytophaga

34

- Xạ khuẩn: Streptomyces antibioticus, Strep cellulosae, Nocardia cellulans

- Nấm mốc: Aspergillus fumigatus, Asp Niger, Mucor pusillus, Fusarium, Rhizopus

* Cơ chế của quá trình phân giải:

Muốn phân giải được xenlulozơ, các loại VSV phải tiết ra enzim xenlulaza Enzim xenlulaza là enzim ngoại bào và cơ chế chung của quá trình phân giải xenlulozơ là:

Xenlulozơ disaccarit monosaccarit (glucozơ)

* Ý nghĩa của VSV phân giải xenluloza:

- Làm sạch môi trường

- Tạo nguồn thức ăn cacbon cho các VSV khác

- Là loại VSV cơ bản trong quá trình chế biến chất hữu cơ

3.2.3 Quá trình amon hóa protein

Protein là thành phần cơ bản của nguyên sinh chất tế bào, chứa khoảng 15 - 17,6% nitơ Protein thường xuyên được đưa vào đất với số lượng lớn cùng với xác động thực vật, phân chuồng, rác rưởi

* VSV phân giải protein:

Trong đất có rất nhiều VSV có khả năng phân giải protein, chẳng hạn:

- Nấm mốc: Aspergillus candidus, Asp flavus, Asp oryzae, Fusarium solani, Mucor pusillus

- Nấm men: Candida albicans, Endomycopsis fibuligera, Saccharomyces cerevisiae, Sac carlsbergensis, Torulopsis singeniosa

- Vi khuẩn: Bacillus cereus, Bac pasteurianus, Bac subtilis, Aeromonas hydrophyta

- Xạ khuẩn: Streptomyces erythreus, Strep griseus, Thermonospora fusca

* Cơ chế phân giải:

Đê phân giải protein các VSV này có khả năng sản sinh ra proteaza ngoại bào (proteinaza và peptinaza) Chúng xúc tác cho quá trình thuỷ phân protein thành các hợp chất đơn giản (polipeptit và oligopeptit), sau đó các hợp chất này tiếp tục được phân giải thành các axit amin hoặc cũng có thể những chất này trực tiếp hấp thụ vào tế bào VSV sau

đó mới tiếp tục chuyển hoá thành các axit amin Các axit amin này một phần được VSV

sử dụng để tổng hợp protein của VSV, một phần tiếp tục được phân giải để tạo ra NH3,

CO2 và nhiều sản phẩm trung gian khác

35

- Khi chế biến phân chuồng, phân xanh cần chú ý điều chỉnh tỷ lệ C/N cho thích hợp

để tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình amôn hoá protein

- Để tránh hiện tượng VSV tranh chấp thức ăn nitơ đối với lúa, việc cày lật gốc rạ hoặc bón phân xanh vào ruộng lúa nên tiến hành trước khi cấy 3 - 4 tuần và cần bổ sung thêm phân chuồng, phân đạm hoá học và vôi

* Ứng dụng:

- Chế biến thức ăn cho người và gia súc

- Chế biến phân hữu cơ cũng như một số phân vô cơ có nitơ

- Chế biến và bảo quản nông sản phẩm như trứng, sữa, thịt hộp

3.3 Sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật

3.3.1 Sinh trưởng của vi khuẩn trong môi trường lỏng

Ở đây ta xét sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong nuôi cấy tĩnh, đó là phương pháp nuôi cấy mà trong suốt thời gian đó ta không thêm vào chất dinh dưỡng cũng không loại bỏ đi các sản phẩm cuối cùng của trao đổi chất

Đường cong sinh trưởng là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc logarit của số lượng tế bào theo thời gian Đường cong sinh trưởng có dạng chữ S, gồm 4 pha sinh trưởng nối tiếp nhau:

1 Pha lag (Pha mở đầu, pha tiềm tàng)

Pha này tính từ lúc bắt đầu cấy đến khi vi khuẩn đạt tốc độ sinh trưởng cực đại Trong pha này vi khuẩn chưa phân chia (nghĩa là chưa có khả năng sinh sản) nhưng thể tích và khối lượng tế bào tăng lên rõ rệt do quá trình tổng hợp các chất, trước hết là các cao phân

tử (protein, enzim, axit nucleic ) diễn ra mạnh mẽ

Thời gian của pha này tuỳ thuộc vào tuổi của ống giống và thành phần môi trường Chẳng hạn, pha lag sẽ không có nếu ta dùng ống giống gồm các tế bào đang ở pha sinh trưởng logarit và cấy chúng vào cùng một môi trường dưới những điều kiện nuôi cấy như nhau Trái lại nếu ta cấy các tế bào ở pha ổn định hoặc các bào tử vào cùng một môi trường dưới những điều kiện nuôi cấy như nhau, pha lag vẫn có Thông thường tế bào càng già, pha lag càng dài Rõ ràng nguyên nhân của pha lag là sự khác biệt giữa các tế bào ở pha ổn định với các tế bào đang sinh trưởng logarit

2 Pha log (pha sinh sản)

Trong pha này vi khuẩn sinh trưởng và phát triển theo luỹ thừa, nghĩa là số lượng và

sinh khối tế bào tăng theo phương trình: N = N 0 x 2 Ct hay X = X 0 et

3 Pha ổn định

Trong pha này quần thể vi khuẩn ở trạng thái cân bằng động học: số lượng tế bào mới sinh ra bằng số lượng tế bào cũ chết đi Kết quả là: số tế bào và cả sinh khối không tăng cũng không giảm Tốc độ sinh trưởng bây giờ phụ thuộc vào nồng độ cơ chất, do đó khi giảm nồng độ cơ chất tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn cũng giảm dần Sở dĩ tồn tại pha này là do trong môi trường có sự tích luỹ các sản phẩm độc của quá trình trao đổi chất (các