Các loại môi trường nuôi cấy cơ bản: MT tự nhiên và MT nuôi cấy của VSV - VSV phân bố rất rộng rãi trong đất, nước, đáy đại dương, trên cơ thể người, động vật, thực vật, …Các yếu tố trên
Trang 1CHUYÊN ĐỀ VI SINH VẬT HỌCA- KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VI SINH VẬT
1- Khái niệm: VSV gồm nhiều nhóm phân loại khác nhau, là những cơ thể đơn bào hay tập hợp đơn bào, có kích thước hiển vi 2- Đặc điểm chung:
- Kích thước vô cùng nhỏ bé, đường kính TB chỉ khoảng 0,2 – 2 µm ( đối với SV nhân sơ) và 10 – 100 µm ( đối với SV nhân thực);
cấu tạo rất đơn giản
- Có khả năng sinh trưởng và phát triển cực kỳ nhanh
( TB nhỏ, diện tích bề mặt lớn → có lợi cho sự vận chuyển chất dinh dưỡng → sinh trưởng nhanh )
- Có khả năng hấp thụ nhiều, chuyển hóa chất dinh dưỡng nhanh, sinh tổng hợp mạnh mẽ các chất có hoạt tính sinh học
( TB nhỏ, tỷ lệ S/V lớn → Bề mặt TĐC lớn → sự TĐC với MT hiệu quả hơn: 1cm 3 VK có S = 6m 2 ;
1kg nấm men phân giải được 1000kg đường/ngày có nghĩa là trong 1h có thể phân giải lượng thức ăn gấp 110 lần khối lượng cơ thể.)
- Phân bố rất rộng rãi nhờ khả năng thích ứng với nhiều điều kiện khác nhau của môi trường
( Bào tử nhiều VK chịu được 10% AgCl trong 2h, trong phênol 5% /15 ngày.)
- Dễ phát sinh biến dị ( Biến dị thường gặp là đột biến gen)
- Đa dạng về chủng loại ( ĐV có 1,5 triệu loài, TV có 0,5 triệu loài, VSV có 100.000 loài (1/10 con số thực trong tư nhiên) Trong ruột người có 100 - 400 loại VSV, chiếm 1/3 khối lượng phân khô của người Hàng năm bổ sung thêm 1500 loài mới.)
3 Phương pháp nuôi cấy VSV:
a Cơ sở: tạo các chủng VSV thần khiết
b Phương pháp:
- Pha loãng mẫu trong nước vô trùng
- Cấy dung dịch lên môi trường đặc ở nhiệt độ thích hợp à tạo khuẩn lạc
- Cấy từ khuẩn lạc sang môi trường mới à tạo chủng VSV thần khiết
c Các loại môi trường nuôi cấy cơ bản: MT tự nhiên và MT nuôi cấy của VSV
- VSV phân bố rất rộng rãi trong đất, nước, đáy đại dương, trên cơ thể người, động vật, thực vật, …Các yếu tố trên được gọi là MT
tự nhiên ( nơi cung cấp các chất cần thiết cho sự ST và PT ) của VSV
- MT nuôi cấy VSV: do con người chủ động tạo ra để nuôi cấy các VSV trong phòng thí nghiệm Dựa vào nguồn gốc của nguyênliệu chia 3 loại:
+ MT tự nhiên: Chứa các chất tự nhiên như sữa, thịt, trứng, huyết thanh, máu, …với số lượng và thành phần không xác định.+ MT tổng hợp: Đã biết thành phần hóa học và số lượng của các chất có trong MT:
VD: (NH4)PO4-1,5; KH2PO4-1,0; MgSO4-0,2; CaCl2-0,1; NaCl – 5,0 ( g/l) ]
+ MT bán tổng hợp: chứa 1 số chất tự nhiên và một số chất hóa học đã biết rõ thành phần và số lượng
Vậy không khí có được coi là MT tự nhiên của VSV không?
- Không, do không khí không có các chất dinh dưỡng và các điều kiện khác cho sự ST và PTcủa VSV.
- Không khí chỉ là nơi phát tán các VSV cùng với các bụi bẩn
4 Các kiểu dinh dưỡng: VSV có kiểu dinh dưỡng đa dạng hơn hẳn ĐV và TV Kiểu dinh dưỡng là cách thức VSV sử dụng năng
lượng và thức ăn trong MT Căn cứ vào nguồn năng lượng( ánh sáng, chất vô cơ, chất hữu cơ) và nguồn Cacbon( CO2, chất vô cơ, chấthữu cơ) có 4 kiểu dinh dưỡng:
* Quang tự dưỡng: nguồn năng lượng là AS; nguồn C chủ yếu là CO2
Diệp lục
CO + HO ( CHO ) n + O
VK H pylori pH = 2-3 Bào tử Cl.Botulinum chịu
Trang 2VK sắt: 2Fe2+ + 1/2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + H2O + 88,7KJ
Khuẩn lục tố
CO2 + H2S ( CH2O ) n + H2O + S
* Hoá tự dưỡng : nguồn năng lượng là các chất vô cơ, nguồn C chủ yếu là CO2 ( chỉ có ở VK nitrát, nitrit hoá )
- Các vi khuẩn nitrít hóa: 2NH4 + + 3O2 → 2NO2- + 2H2O + 4H+ + 552,3KJ
- Các vi khuẩn nitrát hóa: NO2- + 1/2O2 → NO3- + 75,7 KJ
* Phản ứng tổng hợp chất hữu cơ: [H] + CO2 → C6 H12 O6 + H2 O (Q = 6% 158 kcal ; Q = 7% 38kcal )
* Các VK tự dưỡng có thể sử dụng các con đường khác nhau để cố định CO2 do chúng xuất hiện rất sớm và đa dạng hoá theo thời gian: - Con đường khử Axetyl – CoenzimA - Chu trình ATC( chu trình Krebs - Chu trình Calvin
* Quang dị dưỡng : nguồn năng lượng là AS, nguồn C là các chất hữu cơ
Khuẩn lục tố
CO2 + C3H7OH (CH2O)n + H2O + CH3 – CO – CH3
* Hoá dị dưỡng: nguồn năng lượng là các chất hữu cơ, nguồn C chủ yếu là chất hữu cơ Phần lớn các VSV: nấm, tất cả động vật
nguyên sinh, VK lactic, Clostridium, Bacillus, Pseudomonas, VSV khử sunphat.
5 Vai trò của vi sinh vật
a Có lợi: - Sản xuất sinh khối, và các chất có hoạt tính sinh học
+ Sản xuất aa
+ Sản xuất chất xúc tác sinh học ( các enzim ngoại bào : amilaza, prôteaza )
+ Sản xuất gôm sinh học:
+ Sản xuất chất kháng sinh
VD: - Sinh khối Spirulina giàu dinhdưỡng và vitamin được sử dụng làm thuốc, làm thức ăn bổ sung cho người và động vật.
- Vi khuẩn Lam (Anabaena spiroides)Sống cộng sinh trong bèo hoa dâu đượcdùng để bón phân cho lúa làm giảm chi phí sử dụng phân hóa học.
- Tạo kháng sinh ampiciline chống cácVK kháng thuốc từ penicilium
- Được sử dụng trong ngành công nghiệp lên men, nhiều sản phẩm lên men VSV đã đựoc sản xuất lớn ở qui mô công nghiệp
VD: - Sử dụng coryneanbacterium glutamicum trong sản xuất mônônatriglutamat( mì chính)
- Sử dụng vi khuẩn kị khí trong ruột cá để sản xuất nước mắm
- Sử dụng nấm vàng hoa cau( Aspegillus oryzae) để sản xuất nước tương
- Các sản phẩm của quá trình lên men rượu
- Sữa chua, nem chua là sản phẩm của quá trình lên men lactic
- Bảo vệ môi trường:
+ VSV tham gia tích cực vào quá trình phân giải các phế thải nông nghiệp, phế thải công nghiệp, rác sinh hoạt
+ Sử dụng nấm mốc Rhizopus oryzae để xử lý rác thải sinh hoạt
+ Tham gia vào quá trình tạo mùn, quá trình phân giải xác hữu cơ thành dạng đơn giản dùng làm thức ăn cho cây trồng
- Có vai trò quan trọng trọng ngành năng lượng: VD: các VSV chuyển hóa chất hữu cơ thành cồn, gas …
- Trong nghiên cứu di truyền:
+ Là đối tượng để nghiên cứu di truyền: số lượng nu ít, dễ phát sinh biến dị, số lượng biến dị/loài nhiều
+ Là đối tượng lí tưởng trong công nghệ di truyền, công nghệ sinh học…
b.Có hại:
- Gây bệnh cho người ĐV, TV VD: Mycoplasma gây bệnh viêm phổi, viêm khớp: Richketxi gây bệnh sốt phát ban
- VSV là nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm
TĐC là điều kiện cho sự sinh trưởng và phát triển của mọi cơ thể
Tại sao nói glucoza là trung tâm của mọi con đường TĐCở VSV?
+ Glucoza là nguồn cung cấp n/lượng c/yếu cho mọi hoạt động của cơ thể + VSV dễ đồng hóa nhất Cung cấp các tiền chất cho hầu hết các quá trình sinh tổng hợp đại phân tử cho TB
+ Tồn tại ở dạng dự trữ góp phần duy trì sự ổn định tính chất sinh lý, áp suất thẩm thấu của TB
VK lưu huỳnh:
- 2H2S + O2 → 2H2O + 2S +209,6KJ
- 2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 +626,8 KJ
Trang 3Glucoza có thể được VSV phân giải theo các con đường sau:
* Đường phân (EMP)
- Diễn ra trong TBC, xuất hiện sớm nhất, ở hầu hết các VSV
1G à 2 axit piruvic + 2ATP ( Năng lượng 51%)
* Con đường HMP hay PP
- Phổ biến ở rất nhiều VSV, sản xuất các tiền chất trao đổi dùng trong đồng hóa mà đường phân không tạo ra được
1G à 1 axit piruvic + 1ATP ( Năng lượng 25,5%)
* Con đường ED
- Rất ít VSV tham gia trừ Pseu aeruginosa và Enterococcus faecalis
- Tạo ra các tiền chất trao đổi mà đường phân không tạo ra
1G à 2 axit piruvic + 1ATP ( Năng lượng 25,5%)
C6 H12 O6 à KDPG à NADH + H+ , NADPH + H+ + 2 CH3 COCOOH + 1 ATP
( KDPG : kêtô 3 đêoxi 6 phôtphoglucônat)
So sánh hô hấp và lên men
Oxy hoá hoàn toàn hydratcacbon
Oxy hoá a.piruvic thành CO 2 + H 2 O.
Các VSV hiếu khí
1Glucozaà 38ATP
Sử dụng các chất nhận điện tử cuối cùng từ bên
ngoài : nitrat, sunfat, oxy
Phân giải kị khí hydratcacbon
A piruvic bị khử thành axit hữu cơ dạng khử
- Ở vi khuẩn và tảo, việc tổng hợp tinh bột và glycogen cần có hợp chất mở đầu là ađenozin điphơtphat- glucôzơ ( ADP- Glucôzơ)
- (Glucôzơ)n + (ADP – Glucôzơ) à (Glucôzơ)n+1 + ADP
c Tổng hợp lipit: Glyxêrol + axit béo à lipit
Sư khác nhau cơ bản giữa VK màu lục, VK lam, VK không S màu tía:
Về cấu trúc bộ
máy quang hợp Cloroxom gồm các túi liên kết với protein nằm trong màng TBC Tilacoit và phicobilixom. Các vùng lõm vào của màng TBC.
Sắc tố quang
hợp Là khuẩn diệp lục a,c, d, e. Diệp lục a, caroten, phicoxianin, phicoeritrin Là khuẩn diệp lục a,b.
Nơi phân bố Sống ở đáy ao giàu chất hữu cơ phân giải Sống ở lớp nước bề mặt giàu
oxy.
Sống ở lớp nước nông.
Các sắc tố QH khác nhau ở điểm nào?
- Sắc tố QH là các phân tử hữu cơ có khả năng hấp thụ AS
- Diệp lục a bắt AS ở bước sóng 680nm do đó tích được nhiều năng lượng hơn.
- Khuẩn diệp lục bắt AS ở bước sóng 710- 1250nm nên tích năng lượng ít hơn.
+ Cung cấp chất dinh dưỡng cho vi khuẩn khi thiếu thức ăn+ Là nơi tích luỹ một số sản phẩm trao đổi chất (dextran, xantan )+ Giúp vi khuẩn bám vào giá thể
b.Thành tế bào, màng sinh chất, lông và roi:
* Thành tế bào:
- Chức năng :
+ Thành tế bào giúp duy trì hình thái của tế bào,
+ Hỗ trợ sự chuyển động của tiên mao
+ Giúp tế bào đề kháng với áp suất thẩm thấu, hỗ trợ quá trình phân cắt tế bào ,
+ Cản trở sự xâm nhập của một số chất có phân tử lớn,
+ Liên quan đến tính kháng nguyên, tính gây bệnh, tính mẫn cảm với Thực khuẩn thể
Trang 4VK Gram âm:có 3 lớp:
Màng ngoài : lipopolisaccarit( LPS): gồm 3 thành phần : + LipitA : 2 phân tử N acetyl glucozamin, 5 chuỗi dài axit béo: lipit A là nội độc tố của vi khuẩn, gây sốt, tiêu chảy, phá hủy hồng cầu… + Polisaccarit lõi
+ Kháng nguyên O : phần polisccarit vươn khỏi màng vào môi trường: quyết định nhiều đặc tính huyết thanh của các vi khuẩn có chưa 1LPS và vị trí gắn thụ thể của thể thực khuẩn
Màng ngoài còn có thể có 1 số loại prôtein: prôtein cơ chất: vd porin (protein lỗ)ở E coli, protein màng ngoài có năng lực vận chuyển chuyên biệt các phân tử lớn và lipoprotein : liên kết giữa lớp peptiđôglican bên trong với màng ngoài
Không gian chứa chất:
+ Chứa các protein tham gia vào sự thu nhận chất dinh dưỡng: vd các enzim proteinaza, ncleaza,các protein vận chuyển qua màng, protein thụ thể( làm hỗ bám của thể thực khuẩn
+ Các vi khuẩn phản nitrát hóa và hóa tự dưỡng vô cơ thường chứa các protein của chuỗi vận chuyển điện tử
+ Chứa các enzim tham gia vào sự tổng hợp peptiđôglican và cải biến các hợp chất độc tố có thể gây hại cho tế bào
Các vi khuẩn gram dương có thể không chứa 1 khoang chu chất rõ rệt à chúng tiết ra các enzim ngoại bào ( giống với enzim chứa chấtcủa VK gram âm) Peptiđôglican mỏng
Thành Phần Tỷ lệ % đối với khối lượng khô của thành tế bào
* Lông nhung và roi:
- Lông:
+ Có chức năng như các thụ thể : tiếp nhận virut, tham gia vào quá trình tiếp hợp
+ Giúp vi khuẩn bám vào bề mặt tế bào chủ
- Roi: Giúp vi khuẩn di chuyển
*Tế bào chất: + Có ribôxôm loại 70S và các hạt dự trữ
+ Không có các bao quan có màng và hệ thống nội màng
+ Không có khung tế bào
* Vùng nhân: Không có màng nhân, thường chỉ có 1 phân tử ADN vòng
→ Kết luận: -Vi khuẩn có cấu trúc đơn giản gổm : + Màng sinh chất
+ Tế bào chất: có ribôxôm và các hạt dự trữ
+ Vùng nhân: không có màng nhân, thường chỉ có 1 phân tử ADN vòng
- Có kích thước rất nhỏ à có tỉ lệ S/V lớn à trao đổi chất mạnh mẽ, phân chia nhanh , vận chuyển các chất trong tế bào nhanh
2 Hoạt động sống và sinh sản
- Sinh sản: phân đôi, khoảng cách giữa 2 lần phân đôi rất ngắn
- Khi gặp điều kiện bất lợi khối tế bào chất của vi khuẩn co đặc lại, hình thành nhiều lớp màng ở ngoài à bào tử
- Muốn diệt bào tử : khử trùng ở nhiệt độ cao lớn hơn 120oC
* Bào tử của vi khuẩn không có chức năng sinh sản
3 Một số vi khuẩn đặc biệt
VK gram –( bắt màu hồng hoặc
( bắt màu tím)
Trang 5c Rickettxi( Gây sốt phát ban )
- Nhỏ hơn vi khuẩn, lớn hơn virut
- Thường có hình cầu, hình que hoặc hình sợi
- Không nuôi cấy được trên môi trường nhân tạo
- Richketxi gây bệnh sốt phát ban, sốt nổi nốt
b Micôplasma( Gây viêm phổi )
- Không có thành tế bào à biến hình
- Thường có hình cầu hoặc hình sợi phân nhánh
- Nuôi cấy được trên môi trường nhân tạo
- Mycoplasma gây bệnh viêm phổi, viêm khớp
d Vi khuẩn lam:
Cấu tạo tế bào: gần giống vi khuẩn
( Khác vi khuẩn: ở một số điểm:
+ Chứa sắc tố: diệp lục và carôtenoit
+ Có không bào khí à vi khuẩn nổi trên mặt nước )
- Hoạt động sống: tự dưỡng
- Sinh sản: phân
cắt hoặc đứt đoạn tại các tế bào dị hình
- Vai trò:
+ Cố dịnh nitơ từ không khí: Anabaena azollae
+ Làm thức ăn cho động vật thủy sinh+ Làm giàu chất mùn cho đất
+ Cung cấp sinh khối giàu prôtêin và vi tamin cho người và động vật
II NẤM
1 Hình thái, cấu tạo
a Hình thái: Thường đơn bào - Hình cầu, hình trứng, hình ống - Kích thước thay đổi từ 1,5 – 12 – 20 micrômet
b Cấu tạo
- Thành tế bào: Chủ yếu là các hợp chất: mannan – glucan và mannan – kitin Chức năng: giông vi khuẩn
Màng tế bào chất : giống vi khuẩn
- Tế bào chất: chứa các bào quan: Ribôxôm, ti thể, bộ máy gôngi, lưới nội chất
- Nhân: Cấu tạo : Màng nhân có lỗ, chất nhân chứa NST: ADN.
Chức năng: Mang và truyền thông tin di truyền Điều khiển mọi hoạt động của tế bào
2.Sinh sản: Sinh sản vô tính: = nảy chồi( phổ biến); = phân cắt; = bào tử - Sinh sản hữu tính = bào tử túi
3 Hoạt động sống: Dị dưỡng hoại sinh, 1 số ít kí sinh
4 Vai trò:
* Có lợi
- Cung cấp sinh khối giàu prôtêin và vitamin để làm thức ăn cho người, ĐV
- Sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm : sản xuất rượu, bia , bánh mì…
- Sản xuất thuốc chữa bệnh
* Có hại: Gây bệnh cho người và gia súc Gây hư hỏng thực phẩm
III NẤM SỢI
1 Hình thái, cấu tạo
a Hình thái
- Dạng sợi dài phân nhánh, có hoặc không có vách ngăn
- Các sợi nấm 1phát triển thành hệ sợi à khuẩn lạc
* Nấm sợi có vách ngăn: gồm nhiều tế bào ngăn cách nhau = vách ngăn Vách ngăn có nhiều lỗ à Tế bào chất và nhân giữa các tế bàothông nhau à nấm sợi có vách ngăn có cấu tạo đa bào chưa hoàn chỉnh
b Cấu tạo:
- Thành tế bào:
+ Khác nhau ở từng nhóm nấm: kitin, xenlulôzơ – glucan hay kitin - glucan
+ Chức năng: giống nấm men
- Màng tế bào chất : tương tự nấm men
- Tế bào chất: chứa các bào quan: Ribôxôm, ti thể, bộ máy gôngi, lưới nội chất
- Nhân:
+ Cấu tạo : Màng nhân có lỗ, chất nhân chứa NST: DNA
+ Chức năng: Mang và truyền thông tin di truyền Điều khiển mọi hoạt động của tế bào
2.Sinh sản: Sinh sản vô tính = đứt đoạn; = bào tử Sinh sản hữu tính = bào tử tiếp hợp
3 Hoạt động sống: Dị dưỡng hoại sinh, 1 số ít kí sinh, cộng sinh.
4 Vai trò:
* Có lợi:
- Sản xuất chất kháng sinh, vitamin
- Trong công nghiệp thực phẩm: dùng nấm sợi để sản xuất tương, chao, nước tương, phomat, axit xitric…
- Cung cấp sinh khối cho người, ĐV
* Có hại:
- Gây bệnh cho người và gia súc: hắc lào, lang ben, nấm tóc…
- Gây bệnh cho cây trồng: đạo ôn, đốm nâu
Trang 6- Gây hư hỏng thực phẩm
IV VI TẢO
1 Hình thái, cấu tạo
a Hình thái: Gồm các loài tảo có kích thước hiển vi Có khả năng sinh sản vói tốc độ nhanh Có thể nuôi cấy được
b Cấu tạo
- Thành tế bào: Chứa xenlulô sợi mảnh Chức năng: giống nấm men
- Màng tế bào chất : tương tự nấm men
- Tế bào chất: chứa các bào quan: Ribôxôm, ti thể, bộ máy gôngi, lưới nội chất Chứa sắc tố quang hợp:
- Nhân: Cấu tạo : Màng nhân có lỗ, chất nhân chứa NST: ADN
Chức năng: Mang và truyền thông tin di truyền Điều khiển mọi hoạt động của tế bào
2.Sinh sản: Sinh sản vô tính Sinh sản hữu tính
3 Hoạt động sống: Tự dưỡng
4 Vai trò:
* Có lợi: Làm thức ăn cho động vật thủy sinh Cung cấp sinh khối cho người,ĐV Góp phần làm sạch nguồn nước thải
* Có hại: Tảo phát triền nhanh à lùm tảo à nước nở hoa( tảo nước ngọt) , thủy triều đỏ ( tảo nước mặn )à ô nhiễm nguồn nước
Tranh chấp thức ăn với cây trồng Một số tảo có độc tính cao à gây chết động vật thủy sinh
C ỨNG DỤNG CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN CỦA VI SINH VẬT
I Ứng dụng của các quá trình lên men truyền thống
1.Lên men rượu
a Khái niệm: Là quá trình phân giải kị khí đường thành rượu êtilic với sự tham gia của nấm men và 1 số vi sinh vật khác
b Cơ chế lên men C6H12O6 Nấm men C2H5OH + CO2 + 113.4 Kcalo
c Nhóm vi sinh vật thực hiện: Nấm men
d Điều kiện lên men: Không có ôxi, nhiệt độ: 37 – 40oC
e Ứng dụng:
- Sản xuất rượu, bia, rượu vang, cồn
- Thu sinh khối nấm men à làm thức ăn
- Sản xuất rượu nếp, rượu trắng, rượu cần
Giai đoạn 1: Đường hóa tinh bột nhờ nấm mốc (C6H12O6)n Nấm mốc, VSV nC6H12O6
Giai đoạn 2: Lên men rượu C6H12O6 Nấm men, kị khí C2H5OH + CO2 + 113.4 Kcalo
pH 4-5
- Sản xuất bia:
+ Nguyên liệu : Tinh bột, rỉ đường, hoa hublông ( hương bia)
+ Cơ chế : giống sản xuất rượu:
- Sản xuất rượu vang: Nguyên liệu: trái cây ( đường trái cây)
Cơ chế: C6H12O6 Nấm men C2H5OH + CO2 + 113.4 Kcalo
2.Lên men lactic
a Khái niệm: Là quá trình phân giải kị khí đường thành axit lactic êtilic với sự tham gia của vi khuẩn lactic
b Cơ chế lên men: C6H12O6 VK Lactic CH3CHOH COOH
c Nhóm vi sinh vật thực hiện: Vi khuẩn lactic
d Điều kiện lên men: Không có ôxi, nhiệt độ: 37 – 400C, PH <7
e Ứng dụng: Làm sữa chua, muối dưa, ủ chua thức ăn cho gia súc
Phân biệt quá trình lên men lactic đồng hình và dị hình:
Đặc điểm so sánh Lên men lactic đồng hình Lên men lactic dị hình
1 VSV thực hiện
2 Sản phẩm
3.Năng lượng
-Vi khuẩn lactic đồng hình
- Axit lactic, không tạo CO 2
- Nhiều
-Vi khuẩn lactic dị hình -Ngoài axít lactíc còn có rượu, axit axêtic, glixêril, CO 2
- Ít hơn
3 Sử dụng enzim prôtêaza trong ruột cá + vi sinh vật tạo hương để làm nước mắm:
Protein Proteaza trong ruột cá Peptit, axitamin
- Tạo hương nhờ các vi sinh vật ưa mặn à mùi thơm đặc trưng của mắm
4 Sử dụng nấm sởi và vi khuẩn để làm tương:
- Ủ mốc: (C6H12O6)n Nấm sợi nC6H12O6
- Ngâm nước đậu: Prôtêin (đậu tương) Vi khuẩn Axit amin
5 Sử dụng vi khuẩn axêtíc để làm giấm: C2H5OH VK Axêtíc CH3COOH + H2O + Q
So sánh hô hấp và lên men
Oxy hoá hoàn toàn hydratcacbon Phân giải kị khí hydratcacbon
Trang 7 Oxy hoá a.piruvic thành CO2 + H2O.
Các VSV hiếu khí
1Glucozaà 38ATP
Sử dụng các chất nhận điện tử cuối cùng từ bên ngoài : nitrat, sunfat, oxy
A piruvic bị khử thành axit hữu cơ dạng khử
VSV kị khí không bắt buộc
1 Glucozaà2 ATP
Tạo ra các sp hữu cơ dạng khử từ các chất trung gian là chất nhận điện tử cuối cùng
D SINH TRƯỜNG VÀ SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT
I SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT
1 Khái niệm Ở SV có kích thước lớn, sự sinh trưởng là sự tăng có thứ tự thành phần cấu tạo tế bào.
Trong vi sinh học, sự sinh trưởng được hiểu là sự tăng số lượng TB của quần thể.
Thời gian thế hệ (kí hiệu là g) là thời gian từ khi sinh ra 1 tế bào cho đến khi tế bào đó phân chia hay quần thể nhân đôi về mặt
số lượng cá thể
n: số lần phân chia TB
t: thời gian cần cho n lần phân chia
* Thời gian thế hệ thay đổi nhiều ở các quần thể khác nhau và các điều kiện khác nhau
Nếu cấy 1VK vào MT thì số lượng TB sẽ tăng: 1 à 2 à 4 à 8 à16 à32 à 64 à…
Sự phân chia TB theo cấp số nhân
Nếu cấy số lượng VK ban đầu là No thì sau một thời gian nuôi, tổng số TB đạt là: N = N0.2n ( n: số lần phân chia TB)
Tốc độ sinh trưởng riêng của VSV ( μ ) là số lần phân chia trong một đơn vị thời gian của một chủng trong đk nuôi cấy cụ thể
2 VK được chọn làm mô hình để nghiên cứu sinh trưởng của VSV
Tại sao VK được chọn làm mô hình để nghiên cứu sinh trưởng của VSV?
- Kích thước nhỏ, nghiên cứu sinh trưởng trên cả quần thể.
- Sinh sản vô tính bằng trực phân, vòng đời ngắn
- Cấu tạo đơn giản, chưa phân hóa cao.
- Sự tăng khối lượng dẫn ngay đến sự phân chia
- Sự sinh trưởng của VK đã được nghiên cứu rất sâu và khái quát hóa dưới dạng toán học.
- Những kiến thức chung về sinh trưởng của VK cũng có thể áp dụng cho các sinh vật khác.
3 Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn
a Nuôi cấy tĩnh
* Khái niệm: Là nuôi cấy trong dụng cụ chứa MT lỏng không được bổ sung chất dinh dưỡng mới và không lấy đi các sản phẩm
chuyển hóa vật chất
* Đặc điểm:
- Sinh trưởng của quần thể VK tuân theo những quy luật nhất định và được biểu thị bằng đường cong sinh trưởng
- Đồ thị phản ánh sự phụ thuộc logarit số lượng TB trong quần thể với thời gian
- Đồ thị chia thành 4 pha:
* Pha tiềm phát (pha lag)
- Từ khi cấy VK vào MT cho đến khi đạt tốc độ sinh trưởng cực đại
- VK làm quen và thích nghi với MT mới
- Sự tổng hợp mạnh mẽ các thành phần TB (Protein, axit nucleic) các enzim TĐC (proteaza, amylaza) và tích lũy các chất cần thiết hình thành TB mới
- TB ở trạng thái hoạt động mạnh nhất nhưng số lượng TB chưa tăng (X= Xo)
Các yếu tố ảnh hưởng đến pha lag
a Đặc điểm của giống cấy
- Giống ở pha log được cấy vào cùng MT thì đồ thị không có pha lag
- Giống ở pha lag hay pha suy vong thì thời gian pha lag sẽ kéo dài
- Lượng giống cấy nhiều pha lag ngắn và ngược lại
t
n
=µ
Trang 8Thành phần môi trường: MT dinh dưỡng phong phú thì pha lag ngắn và ngược lại
* Pha luỹ thừa ( pha logarit)
• Quần thể VK sinh trưởng và phân chia theo lũy thừa thường xuyên, ở tốc độ không đổi
• Sinh khối TB tăng theo thời gian, tăng theo cấp số mũ và được tính theo công thức
C: hằng số tốc độ sinh trưởng x = x 0 c µ t
Trong pha log: μ là cực đại và luôn là một hằng số đối với một chủng VK nhất định trong điều kiện nuôi cấy cụ thể
Kích thước, TP hoá học, trạng thái sinh lý TB không thay đổi theo thời gian → TB ở trạng thái động học (TB tiêu chuẩn)
Các enzim được tổng hợp rất nhiều và có hoạt tính cao
Sự ST giảm dần vào cuối pha do sự đồng hóa mạnh mẽ các chất dinh dưỡng
Quần thể VK rất nhạy cảm với các chất kìm hãm TĐC như kháng sinh
• Nếu mục đích thu các chất có hoạt tính sinh học, thu TB ở trạng thái hoạt động mạnh nên dừng tại đây
• Trong phòng thí nghiệm, muốn nhuộm Gram chính xác, cần chọn giống ở pha log do thành TB hầu hết VK còn nguyên vẹn
• Thông thường trong tự nhiên, sự sinh trưởng của VSV trong pha logarit chỉ xảy ra định kỳ, phụ thuộc vào thức ăn
* Pha cân bằng
• Quần thể VK ở trạng thái cân bằng động học (số TB mới sinh ra bằng số TB cũ chết đi)
• Hiệu suất sinh trưởng giảm do chất dinh dưỡng cạn dần, chất độc hại tăng lên, pH môi trường thay đổi
• Sinh khối VK đạt cực đại, không đổi theo thời gian (số TB mới sinh ra bằng số TB cũ chết đi)
μ = 0 μx = 0 dx/dt = 0
* Nếu mục đích nuôi cấy để thu sinh khối nên dừng ở đầu pha này
* Trong tự nhiên, các VSV thường nằm trong pha cân bằng
* Pha suy vong
+ Số TB có khả năng sống giảm dần theo luỹ thừa dẫn đến sự chế hàng loạt các cá thể
+ Chất độc hại tích lũy khá nhiều Chất dinh dưỡng cạn kiệt dưới mức cần thiết
+ Số TB bị tự phân bởi enzim, sự phân hủy các chất dự trữ cùng tăng lên
* Nếu mục đích để thu các sản phẩm TĐC thì nên dừng việc nuôi cấy ở pha này.
Ý nghĩa của việc nghiên cứu sinh trưởng của VK trong nuôi cấy tĩnh
Nghiên cứu quá trình sinh trưởng của quần thể VSV
Nghiên cứu sự tạo thành các sản phẩm TĐC,các chất có hoạt tính sinh học, sinh khối TB
Hiện tượng sinh trưởng kép và sinh trưởng thêm
• Nếu trong MT tổng hợp có hỗn hợp 2 loại hợp chất cacbon thì VK có xu hướng tổng hợp các enzim phân giải hợp chất các bon
dễ đồng hoá trước.Sau mới tổng hợp tiếp enzim phân giải hợp chất thứ 2
• Khi đó đồ thị ST sẽ có 2 pha lag, 2 pha log (đồ thị sinh trưởng kép).
Đồ thị sinh trưởng kép Đồ thị sinh trưởng thêm
Sau pha suy vong, một số VK sống sót và tiếp tục sinh trưởng nhờ các chất dinh dưỡng được giải phóng ra từ quá trình tự phân Đồ thị sinh trưởng kéo dài thêm 1 đoạn cong nhỏ gọi là hiện tượng sinh trưởng thêm
Trong nuôi cấy tĩnh:
MT không được đổi mới, ĐKMT luôn đổi
Thời gian pha log ngắn
Giống VSV mau bị già
Thay đổi tốc độ sinh trưởng riêng
Bất lợi cho quá trình công nghệ VS
Để khắc phục tình trạng trên, trong công nghệ sinh học đã sử dụng thiết bị nuôi cấy liên tục là Chêmostat và Turbidostat
b Nuôi cấy liên tục
Nuôi cấy liên tục là quá trình nuôi người ta liên tục cho dòng MT mới đi vào đồng thời loại bỏ một lượng dịch nuôi cấy tươngứng ra
Chêmostat và Turbidostat có khả năng:
Tóm lại:
- Trong nuôi cấy tĩnh, do MT luôn thay đổiànhịp điệu sinh trưởng, hình thái, sinh lý TB luôn thay đổi
- Sự sinh trưởng của quần thể VK tuân theo quy luật nhất định và phụ thuộc vào thời gian
Trang 9- Duy trì MT nuôi cấy luôn ổn định.
- Giữ giống nuôi cấy trong cùng một trạng thái (pha log)
- Thành phần MT không được đổi mới
- Chất dinh dưỡng cạn dần theo thời gian
- Thời gian pha log ngắn
- Tốc độ sinh trưởng riêng, trạng thái sinh lý, sinh hóa của tế bào
luôn thay đổi
- Sinh khối TB đạt mức không cao
- Sự ST của quần thể theo các pha phụ thuộc vào thời gian
- Việc điều khiển tự động khó thực hiện.
- MT luôn được đổi mới và ổn định
- Chất dd ổn định và dư thừa
- Thời gian pha log dài
- Tốc độ sinh trưởng riêng, trạng thái sinh lý, sinh hóa của tế bào luôn ổn định.
- Sinh khối TB đạt mức cao nhất
- Sự ST theo lũy thừa thường xuyên ở mật độ không đổi theo thời gian
- Việc điều khiển tự động thực hiện dễ dàng.
4 Ý nghĩa của nuôi cấy liên tục
• NCLT được xem như một hệ thống mở có khuynh hướng dẫn đến một cân bằng động học Nhờ điều khiển tự động, quần thể VK được cung cấp MT ổn định nên ST và PT tối đa
• Trong CN để thu sinh khối VK, thu các sản phẩm TĐC và các chất có hoạt tính sinh học phục vụ đời sống
II SINH SẢN CỦA SINH VẬT
1- Nội bào tử VK
- Là cấu trúc nghỉ, có tính đề kháng đặc biệt, có ở nhiều VK Gram dương
- Nằm trong TB dinh dưỡng, cấu trúc rất phức tạp
- Số lượng 1bào tử /TB
- Không có chức năng sinh sản
- Có tính đề kháng cao với các sốc của MT
- Các VK mang BT đều gây bệnh rất nguy hiểm
* Cấu tạo nội bào tử
- Lớp màng ngoài:Cấu trúc xốp, cách nhiệt, thành phần chủ yếu là lipoprotêin, khó thấm
- Lớp áo: chủ yếu là protêin và 1 ít là photpholipoprotêin, có tính đề kháng cao với lizozim, protêaza, chất hoạt động bề mắt
- Lớp vỏ bào tử: chứa canxidicolinat giúp bào tử bền với nhiệt và chịu nhiệt cao
- Lõi bào tử: có thành bào tử, màng bào tử, bào tử chất, vùng nhân bào tử.Lõi bào tử chứa enzim không hoạt độngà phản ứng sinh hóa không diễn ra, trao đổi chất cực thấp
2- Bào tử vi nấm
- Bào tử là cơ quan sinh sản vô tính hay hữu tính
- Số lượng và hình dạng phong phú
- Nằm trong hay ngoài TB
3- Sinh sản ở vi sinh vật nhân sơ
a Vi khuẩn
- Phân đôi là hình thức ss vô tính chủ yếu ở hầu hết các vi khuẩn và các VSV cổ
- Nảy chồi là hình thức sinh sản của một số vi khuẩn sống trong nước hay 1 số VK quang hợp
- TB mẹ tạo thành một chồi ở cực, chồi lớn lên, tách ra thành một vi khuẩn mới
b Xạ khuẩn
- Sinh sản vô tính bằng phân cắt phần đỉnh của sợi khí sinh thành chuỗi các bào tử
- Gặp điều kiện thuận lợi BT nảy mầm thành cơ thể mới
4- Sinh sản ở vi sinh vật nhân chuẩn
a Nấm men
* Sinh sản vô tính:
- Nảy chồi là hình thức sinh sản vô tính chủ yếu
- Phân đôi là hình thức sinh sản vô tính ít phổ biến và chỉ xảy ra ở 1 chi của nấm men là Schizosaccharomyces.
*Sinh sản hữu tính
- Sinh sản hữu tính bằng bào tử túi
b Nấm mốc
Trang 10Dimitri Ivanopxkii
* Sinh sản vô tính:
- Bằng bào tử trần hay còn gọi là ngoại bào tử
- Bào tử vô tính hình thành trên các đỉnh của sợi nấm khí sinh
- Sinh sản vô tính: bằng bào tử kín
- Ssản vô tính bằng bào tử áo.Bào tử được bao bọc bởi vách dày
* Sinh sản hữu tính
- Sinh sản hữu tính bằng bào tử đảm
+ Có ở các nấm lớn như nấm rơm
+ Mặt dưới mũ nấm có cấu trúc hình dùi cui gọi là đảm
+ Bào tử phát sinh trên các đỉnh của đảm gọi là bào tử đảm
- Sinh sản hữu tính bằng bào tử túi+ Bào tử nằm bên trong các túi gọi là BT túi
- Sinh sản hữu tính bằng bào tử tiếp hợp+ BT lớn được hình thành trong lớp thành rất dày
- Sinh sản hữu tính bằng bào tử noãn
Là bào tử lớn có lông roi và được hình thành ở các nấm thủy sinh
c Đặc điểm chung của sinh sản
Ở vi sinh vật
Hình thức sinh sản rất phong phú và đơn giản
Tốc độ sinh sản rất nhanh
VSV có thể dễ dàng phát tán khắp nơi nhờ gió, nhờ nước và các SV khác
Do đặc điểm này mà con người đã sản xuất sinh khối VSV để thu các sản phẩm với nhiều mục đích khác nhau
* Một vài ứng dụng
- Sử dụng en zim amylaza và proteaza của A oryae để SX nước tương, nước giải khát (murin-Nhật)
- Sản xuất KS Xephalosporin từ nấm mốc Cephalosporium
- Tảo Chlorella được con người nuôi cấy trên các tàu vũ trụ nhằm cung cấo oxy và thức ăn cho các nhà du hành vũ trụ.
- 80% kháng sinh hiện biết có nguồn gốc từ xạ khuẩn
- Sử dụng các cây phi lao có xạ khuẩn cố định đạm để phủ xanh đồi trọc, tái sinh rừng
- Bón phân để VSV phát triển tại khu vực ô nhiễm dầu
- Sử dụng các chế phẩm sinh học Probiotic phòng và trị một số bệnh đường ruột
E VIRÚT VÀ BỆNH TRUYỀN NHIỄM
I/ Lược sử nghiên cứu virut
- Từ cổ xưa cách đây 1500 năm trước CN, người ta đã tìm thấy bằng chứng về các bệnh bại liệt, bệnh dại,
bệnh đậu mùa ở Ai Cập, Hy Lạp, Ấn Độ và Trung Hoa
- 1892 nhà sinh lý thực người Nga Dimitri Ivanopxkii đã tìm ra nguyên nhân gây bệnh đốm thuốc lá bằng thí
nghiệm rất đơn giản sau đây:
Tác nhân gây bệnh được gọi là virut, chúng có kích thước nhỏ hơn rất nhiều
so với VK
- Năm 1935 Wendel M.Stanley đã thông báo gây
chấn động rằng ông đã kết tinh được virut đốm
thuốc lá khiến người ta nghi ngờ bản chất sống của virut
- Vào những năm 40 của thế kỷ này, sự ra đời của kính hiển vi điện tử và việc tìm ra phương pháp nuôi cấy virut trong bình nuôi cấy mô tế bào giúp
con người nhận biết được hình thái, cấu trúc và bản chất của virut.
- Những thành tựu về virut trong nhiều năm qua
đã góp phần quan trọng đẩy lùi các bệnh do chúnggây ra ở người, vật nuôi và cây trồng, thúc đẩy sự phát triển chung của Sinh học hiện đại
Trang 11a Đối xứng xoắn : trục đối xứng trùng với trục dọc cơ thể Các cápsome sắp xếp theo kiểu xoắn lò xo đều hay không đều
b Đối xứng khối: cơ thể có 3 trục đối xứng, các capsome xếp thành hình cầu hay khối cầu đa diện.
c Đối xứng phức hợp:
+ Phần đầu có cấu trúc đối xứng khối
+ Phần đuôi có cấu trúc đối xứng xoắn
Virut đốm thuốc
Vậy hình thái của VR phụ thuộc vào yếu tố nào?
Kích thước Virut có kích thước rất nhỏ: từ 10 -100 nm.
Virut nhỏ nhất = 1/100 vi khuẩn E coli (virut bại liệt đường kính 10Ao)
Virut lớn nhất = 1/10 vi khuẩn E coli (virut đậu mùa đường kính 300Ao) (1mm3 có thể chứa 10 vạn tỷ virut)
Virut bại liệt Virut HIV
d Ngoài 3 dạng cơ bản trên, một số virut có hình dạng bất định như virut cúm.
Trang 12* Vậy, để đo kích thước của VR người ta dùng các phương pháp sau :
+ Đo trực tiếp trên kính hiển vi điện tử.
+ Dùng phương pháp li tâm siêu tốc.
+ Cho qua màng lọc khi biết trước kích thước lỗ màng.
2 Cấu tạo chung của virut
* Gồm 2 phần chính:Phần vỏ ; Phần nhân
- Một số cấu trúc riêng :Màng bao; Enzim
Phần vỏ (capside)
- Gồm các phân tử protein giống nhau có PTL từ 18 000 - 38 000 tập
hợp thành các đvht hay còn gọi là capsome.
+ Các capsome liên kết với nhau thành vỏ capside.
+ Số lượng capsome từ vài chục đến vài ngàn trên một hạt virut
- Phức hợp axit nucleic- capside gọi là nucleocapside.
* Kích thước virut liên quan đến số lượng các capsome trên vỏ capside.
VD: VR hecpet có số lượng capsome: 72 kích thước 150 - 200nm; Parvovirut có số lượng capsome: 12 kích thước:18 – 26 nm
* Chức năng phần vỏ
- Chứa đựng và bảo vệ phần nhân
- Giúp virut gắn vào vị trí đặc hiệu trên tế bào chủ nhờ các thụ thể
- Duy trì sự ổn định về hình thái, kích thước virut
- Quyết định tính kháng nguyên đặc hiệu cho virut
b Phần nhân (axit nucleic)
Cấu tạo
* Bộ gen của sinh vật nhân chuẩn luôn là ADN 2 sợi
* Bộ gen của virut chỉ chứa một trong 2 loại axit nucleic có thể là ADN hoặc ARN (1 sợi hoặc 2 sợi)
* Số lượng axit nucleic chiếm 1-2% trọng lượng hạt VR
* Số lượng gen từ 4 - vài trăm gen tuỳ loài VR
* Chức năng của phần nhân
- Mang thông tin di truyền đặc trưng cho từng virut
- Quyết định khả năng gây nhiễm của virut với tế bào chủ
- Quyết định chu kỳ nhân lên và tính bán kháng nguyên đặc hiệu của virut
à Axit nucleic có vai trò quyết định và quy định mọi đặc điểm của virut
c Một số cấu trúc riêng
- Màng bao là lớp màng bao ngoài vỏ capsit, được cấu tạo tương tự như màng cơ bản Trên màng có các núm lồi hay còn gọi là các gai Chức năng màng bao:
+ Giúp bảo vệ phần vỏ và ổn định KT của VR
+ Giúp VR bám vào vị trí đặc hiệu trên bề mặt TB chủ
+ Tham gia lắp ráp và giải phóng VR
+ Tạo nên các KN đặc hiệu trên bề mặt VK nhờ các gai lipoprotein
+ Các enzim tham gia quá trình nhân lên của VR (lizozim, AND polimeraza, ARN polimeraza), …
Phân biệt Viroit và Prion