Bài giảng Vi sinh vật

Vi sinh vật học phát triển rất nhanh và đã dẫn đến việc tạo thành các lĩnhvực khác nhau: vi khuẩn học bacteriology, nấm học mycology, tảo họcalgology, vius học virology…Việc phân chia cá

Biết lịch sử phát triển của vi sinh vật qua các giai đoạn.

- Sinh viên có khả năng hiểu biết và nghiên cứu về vi sinh vật

- Có thái độ tỉ mỉ, cẩn thận khi nghiên cứu, tiếp xúc gián tiếp với vi sinh vật

I ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA VI SINH VẬT

Xung quanh chúng ta ngoài các sinh vật lớn có thể nhìn thấy được còn có

vô vàn sinh vật nhỏ bé, muốn nhìn thấy chúng phải sử dụng kính hiển vi Người

ta gọi chúng là vi sinh vật

Môn khoa học nghiên cứu về vi sinh vật được gọi là môn vi sinh vật học

Vi sinh vật bao gồm nhiều nhóm khác nhau: vius, vi khuẩn, xạ khuẩn,nấm mốc, nấm men, vi khuẩn lam và tảo

Vi sinh vật tuy có kích thước nhỏ bé và có cấu trúc tương đối đơn giảnnhưng chúng có tốc độ sinh sản rất nhanh chóng và hoạt động trao đổi chất rấtmạnh mẽ

Vi sinh vật có khả năng phân giải hầu hết các loại chất trên trái đất, kể cảcác chất khó phân giải, hoặc các chất thường gây độc hại đến các nhóm sinh vậtkhác

Bên cạnh khả năng phân giải vi sinh vật còn có khả năng tổng hợp nhiềuchất hữu cơ phức tạp trong điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thường

Vi sinh vật phân bố rộng rãi trong tự nhiên: trong đất, trong nước, trongkhông khí, trên cơ thể sinh vật khác và trên cả các loại lương thực, thực phẩm,các hàng hóa khác

Chẳng những thế sự phân bố của chúng theo một hệ sinh thái vô cùng đadạng: từ thấp đến cao, từ lạnh đến nóng, từ chua đến kiềm, từ hiếu khí đến yếmkhí…

Do sự phân bố hết sức rộng rãi và do hoạt động mạnh mẽ nên vi sinh vật

có tác dụng rất lớn trong việc tham gia vào các vòng tuần hoàn vật chất trên tráiđất cũng như tham gia vào mọi lĩnh vực hoạt động sống của con người

Vi sinh vật học phát triển rất nhanh và đã dẫn đến việc tạo thành các lĩnhvực khác nhau: vi khuẩn học (bacteriology), nấm học (mycology), tảo học(algology), vius học (virology)…

Việc phân chia các lĩnh vực còn có thể dựa vào phương hướng ứng dụng,

do đó hiện nay chúng ta thấy còn có: y sinh vật học, thú y vi sinh vật học, sinhvật công nghiệp, vi sinh vật nông nghiệp, vi sinh vật không khí, vi sinh vật họcnước… Gần đây còn phát triển các lĩnh vực mới như vi sinh vật học phóng xạ,địa vi sinh vật học, vi sinh vật học vũ trụ…

Ngay trong vi sinh vật nông nghiệp cũng có rất nhiều chuyên ngành: visinh vật đất, vi sinh vật trồng trọt, vi sinh vật trong bảo vệ thực vật, vi sinh vật

xử lý ô nhiễm môi trường, vi sinh vật chăn nuôi, vi sinh vật thú y, vi sinh vậtthủy sản, vi sinh vật học lâm nghiệp, vi sinh vật học lương thực, thực phẩm…

Mỗi lĩnh vực có đối tượng cụ thể riêng cần đi sâu Tuy nhiên ở mức độnhất định các chuyên ngành trên đều có điểm cơ bản giống nhau Do đó trongphạm vi giáo trình này có nội dung cơ bản chủ yếu sau:

1 Sinh vật trong tự niên tiến hóa từ thấp đến cao, từ đơn giản đến phức tạp,

vi sinh vật là một bộ phận của sinh vật Vậy tiến hóa ấy thể hiện như thế nào ?

Để tìm hiểu về các quy luật phát sinh, phát triển và tiến hóa của chúng,chúng ta sẽ nghiên cứu các đặc điểm cơ bản về hình thái, cấu tạo, sinh lý, sinhhóa, di truyền…của các nhóm vi sinh vật thường gặp trong tự nhiên

2 Nghiên cứu vai trò to lớn về nhiều mặt của các nhóm sinh vật trong tựnhiên và trong nông nghiệp, tìm cách khai thác một cách đầy đủ nhất các tácđộng tích cực của vi sinh vật cũng như tìm cách ngăn chặn một cách hiệu quảnhất các tác động có hại của chúng

3 Trên cơ sở nghiên cứu các đặc điểm sinh thái học và sinh vật học củacác nhóm vi sinh vật, xây dựng cơ sở cho việc tìm kiếm các kĩ thuật nuôi trồng

có lợi nhất đối với hoạt động vi sinh vật nhằm không ngừng nâng cao sản lượng

và phẩm chất hàng hóa nông nghiệp

Trong thiên nhiên, vi sinh vật giữ những mắt xích trọng yếu trong sự chuchuyển liên tục và bất diệt của vật chất Nếu không có vi sinh vật hay vì một lý

do nào đó mà hoạt động vi sinh vật trong tự nhiên ngừng lại thì dù chỉ một thờigian ngắn cũng có thể làm ngừng mọi hoạt động sống trên trái đất Thật vậy,người ta đã tính toán nếu không có hoạt động sống của sinh vật để cung cấp CO2

cho khí quyển thì lượng CO2 đến một lúc nào đó sẽ cạn hết Lúc bấy giờ câyxanh không thể quang hợp được, sự sống của các loài sinh vật khác không tiếnhành bình thường được, bề mặt trái đất sẽ biến thành lạnh lẽo.

Vi sinh vật còn là những nhân tố quan trọng tham gia vào việc giữ gìn tínhbền vững của các hệ sinh thái trong tự nhiên

Đối với sản xuất nông nghiệp, vi sinh vật có vai trò cực lớn Thực tiễnđồng ruộng, đồi núi, sông ngòi là những hệ thống thường xuyên chịu tác độngcủa con người và vi sinh vật Vi sinh vật tham gia tích cực vào sự phân giải cáchợp chất hữu cơ, chuyển hóa các chất khoáng, cố định nitơ phân tử để làm giàuthêm dự trữ nitơ trái đất Trong hoạt động sống vi sinh vật còn sản sinh ra rấtnhiều chất hoạt động sinh học có tác dụng trực tiếp đối với quá trình sinh trưởng

và phát triển của cấy trồng Các chất hoạt động sinh học này (axit amin, vitamin,enzym, chất kháng sinh, độc tố) tích lũy trong vùng rễ cây trồng, làm tăng cường

sự phát triển của các loài cây khác Người ta còn nhận thấy nếu không có vi sinhvật giúp cây trồng tiêu thụ các sản phẩm trao đổi chất do cây trồng tiết ra quanh

bộ rễ thì một số sản phẩm này sẽ đầu độc trở lại cây trồng

Trong quá trình thực hiện các biện pháp kỹ thuật trồng trọt ở mỗi khâu

vai trò của VSV đều nổi lên khá rõ rệt Vì vậy, để có thể đạt hiệu quả kinh tế caotrong sản xuất nông lâm nghiệp không thể không chú ý đến hoạt động của VSV

Mỗi loại cây trồng đều liên quan trên nhiều mặt với một tập đoàn cácVSV nhất định bao gồm cả loại có ích và có hại Vì vậy ngay từ khi quy hoạchsản xuất nông lâm nghiệp, bố trí cây trồng cần chú ý đến vấn đề này để có thểđạt được hiệu quả kinh tế cao

Trong suốt quá trình cây sinh trưởng phát triển, các biện pháp chăm sócnhư làm cỏ, bón phân, tưới nước, phòng trừ dịch bệnh…cũng liên qua đến hoạtđộng của VSV Các biện pháp này không những có tác động trực tiếp đến cácloại VSV(có ích cũng như có hại) mà còn có tác dụng rất lớn đến tính chất vàchiều hướng của mối quan hệ phức tạp giữa các loài VSV với cây trồng Cácđặc tính của cây, trong đó có đặc tính chống sâu bệnh cũng có những thay đổi rấtlớn dưới tác động của các biện pháp kỹ thuật canh tác Nếu tác động đúng lúc ,đúng lượng thì tính chống chịu của cây đối với VSV gây bệnh tăng lên rất nhiều,ngược lại nếu tác động không đúng, nhiều loài cây vốn có bản chất chống chịubệnh khá cũng sẽ trở nên dễ nhiễm bệnh

Trong chăn nuôi và ngư nghiệp, VSV cũng có tác động rất lớn vì ở vậtnuôi như trâu, bò, lợn, gà, tôm, cá…thường có một hệ VSV rất phong phú Hệ

VSV này đã giúp cho quá trình đồng hóa các chất dinh dưỡng và thải loại cácchất cặn bã trong quá trình sống.

Từ sơ sinh đến trưởng thành các loại vật nuôi lúc nào cũng có liên quanmật thiết đến hoạt động của các loài VSV, kể cả các loài có lợi và có hại Nhândân ta có nhiều kinh nghiệm trong quá trình ủ chua thức ăn gia súc, và men rượuphục vụ chăn nuôi Cho mấm men vào thức ăn đã làm cho thức ăn có lượng dinhdưỡng cao hơn, mùi vị thơm hơn và kết quả là vật nuôi chóng lớn hơn Thêm 6 –

15 % nấm men vào thức ăn nuôi lợn tăng trọng được 10 – 20 %, hạ thấp đượcđược 10 – 16 % chi phí so với đối chứng, 1 kg nấm men dùng nuôi gà có thểthêm được 30 – 40 quả trứng Nhiều nơi người ta còn dùng nấm men để nuôi

cá ,bò sữa và mật ong Nhiều nước trên thế giới đã xây dựng những xí nghiệpsản phẩm nấm men phụ vụ cho nông nghiệp

Trong chăn nuôi, một trong những vấn đề lớn là làm như thế nào phòngchống được các bệnh truyền nhiễm Môn vi sinh vật thú y và môn dịch tế họcthú y đã nêu lên cơ chế, nguyên lí cùng các biện pháp phòng chống bệnh dịchcho súc vật nhất là những bệnh có thể lây sang người như bệnh dại hoặc nhiệtthán ,lao …

Quá trình thu hoạch, bảo quản chế biến thành hàng hóa trong nông nghiệpcũng liên quan đến các tác động của vi sinh vật Nông sản có thể mang theonhiều loại vi sinh vật từ đồng ruộng vào trong kho Thu hoạch đúng lúc trongđiều kiện khô ráo không làm cho nông sản bị xây xát, dập nát tránh cho nhiềuloại vi sinh vật gây hại có điều kiện phát triển phẩm chất nông sản không bị ảnhhưởng ,có thể cất giữ lâu dài

Thịt, sữa, trứng, cá là sản phẩm nông nghiệp quý Bảo quản chế biếnnhững sản phẩm này bao giờ cũng phải lưu ý đến hoạt động các vi sinh vật, đặcbiệt là các vi sinh vật gây thối, chúng sẽ làm mất phẩm chất nếu bảo quản khôngđúng quy cách

Như vậy có mặt ở mọi nơi và thâm nhập vào mọi hoạt động sản xuất và đờisống của chúng ta Nắm vững hoạt động của vi sinh vật người ta có thể đề ranhiều biện pháp làm cho chúng trở thành những vũ khí sắc bén trong công cuộcchinh phục cải tạo thiên nhiên Trong sản xuất nông – lâm – ngư nghiệp cũngnhư vậy, nếu nắm vững được hoạt động của vi sinh vật người ta có thể tăng sảnlượng và nâng cao được phẩm chất cây trồng và vật nuôi

Hiện nay vi sinh vật học là môn khoa học mũi nhọn trong cuộc cách mạngsinh học Nhiều vẫn đề quan trọng của sinh học hiện đại như nguồn gốc sự sống

cơ chế thông tin ,cơ chế di truyền ,cơ chế điều hiểu học về các tổ chức sinh vậthọc Vi sinh vật học đang có bước tiến vĩ đại ,đang trở thành vũ khí sắc béntrong tay con người nhằm chinh phục thiên nhiên ,phục vụ đắc lực cho sản xuất

và đời sống

II LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC

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

Từ thượng cổ con người đã biết ủ phân, trồng xen cây họ đậu với câytrồng khác, ủ men nấu rượu nhưng bản chất của biện pháp này thì chưa giảithích được Trong quá trình định canh loài người cũng đã thấy tác hại của bệnhcây, đối với bệnh “gỉ sắt” ở thời kì Aistote người ta xem như là do tạo hóa gây

ra

Mãi đến đến giữa thế kỉ XV, bác sĩ nổi tiếng người Ý Đ Fracastoro (1483– 1553) đã nghiên cứu bệnh truyền nhiễm ở người, ông đã kết luận: “nguồn gốccủa bệnh truyền nhiễm là do sự bẩn thỉu gây ra, nó được truyền từ người nàysang người khác qua một môi giới, mà môi giới này” Nhờ phát minh này về saucác nhà khoa học tập trung nghiên cứu để tìm hiểu về “môi giới”

Con người đã biết tận dụng một cách có ý thức những quy luật tác dụngcủa vi sinh vật Nhưng mãi đến khi kính hiển vi ra đời, sự hiểu biết về vi sinhvật dần được phát triển và mở ra trước nhân loại một thế giới mới, thế giớinhững vi sinh vật vô cùng nhỏ bé nhưng cũng vô cùng phong phú

2.2 Giai đoạn sau khi phát minh ra kính hiển vi

Giữa thế kỷ thứ XVII chủ nghĩa tư bản bắt đầu phát triển mạnh Do yêucầu của ngành hằng hải, kĩ thuật quang học được chú ý nhiều Trên cơ sở pháttriển của quang học, kính hiển vi đã xuất hiện Leeuwenhoek A.V (1632 –1723), với kính hiển vi tự chế tạo với độ phóng đại 160 lần, lần đầu tiên pháthiện ra giới vi sinh vật Quan sát nước ao tù, các dung dịch ngâm các chất hữu

cơ, bựa răng Leeuwenhoek thấy ở đâu cũng có nhiều những vi sinh vật nhỏ bé.Rất đỗi ngạc nhiên với hiện tượng quan sát được ông đã viết: “tôi thấy trong bựarăng ở miệng tôi có rất nhiều sinh vật tí hon hoạt động Chúng nhiều hơn so với

cả vương quốc Hà Lan hợp nhất” Với quan sát và phát hiện của mình ông đãtrình bày trong nhiều tiểu phẩm Những tiểu phẩm này được được tập hợp lạitrong các tác phẩm “phát hiện của Leeuwenhoek về những bí mật của giới tựnhiên” xuất bản năm 1695 Trong tác phẩm này ông đã ghi chép tỉ mỉ nhữngđiều quan sát được về vi sinh vật Nhưng mãi đến 150 năm sau, vi sinh vật mớiđược chú ý Linné nhà phân loại học lớn nhất lúc bấy giờ đã đem tất cả loài vi

sinh vật xếp lại thành nhóm chung gọi là chaos (có nghĩa là hỗn loạn) Đến năm

20 của thế kỉ thứ XIX nhiều loại vi sinh vật bắt đầu được phát hiện, con ngườibắt đầu nhận thức được tác động của vi sinh vật trong một số bệnh và chúngđược một số nhà phân loại học chú ý tới Để ghi nhận công lao to lớn củaLeeuwenhoek loài người đã tôn ông là cha đẻ của loài vi sinh vật học, người đầutiên phát hện ra một thế giới mới đó là “thế giới huyền ảo của vi sinh vật”

Nhìn chung trong thời kì này các nhà nghiên cứu mới chỉ chú ý đến quansát và mô tả hình thái các loài vi sinh vật Vì thế cho nên người ta thường gọigiai đoạn này là giai đoạn hình thái học

2.3 Giai đoạn hình thành khoa học vi sinh vật

Đến thế kỉ XIX cùng với sự phát triển của chủ nghĩa tư bản, các ngànhkhoa học kĩ thuật nói chung và ngành vi sinh vật nói riêng phát triển mạnh.Nhiều nhà khoa học đã tiến hành quan sát và nghiên cứu về một số vi sinh vậtgây bệnh và sáng tạo ra một số nghiên cứu vi sinh vật Những đóng góp xâydựng cho sự phát triển của vi sinh vật ở giai đoạn này tập chung nhất ở côngtrình của các nhà bác học Pháp L.Pasteur(1822- 1895) Các công trình có giá trịlớn về lý thuyết cũng như về thực tiễn Những công trình đầu tiên Pasteur nhằmgiải quyết vấn đề vai tro của vi sinh vật trong các quá trình lên men Thông quamột loạt thí nghiệm ông đã chứng minh rằng quá trình lên men là kết quả hoạtđộng của một số vi sinh vật đặc biệt Ông đã nghiên cứu và nhận thấy trong quátrình chuyển biến nước nho thành rượu vang là nhờ tác dụng của nấm men Ông

đã tìm cách phòng ngừa sự hóa chua của rượu và xác định sở dĩ rượu biến thànhdấm là do kết quả hoạt động của một loại vi sinh vật khác Nghiên cứu Pasteurchẳng những có tác dụng đến kĩ thuật chế biến rượu mà còn giải quyết một cách

cơ bản một quá trình sinh lí quan trọng, đấy là quá trình hô hấp ông đã chỉ rõquá trình lên men chính là một trình hô hấp yếm khí Nghiên cứu của ông đã bác

bỏ quan điểm hóa học đơn thuần của Liebig thời bấy giờ Trong khi nghiên cứuquá trình lên men Pasteur đã tìm ra một phương pháp đơn giản nhưng rất có giátrị: khi rượu đã đủ ngon rồi thỳ chỉ cần đun nóng lên và giữ trong thùng kín là cóthể bảo quản được khá lâu “Phương pháp khử trùng Pasteur” này không những

có tác dụng to lớn với công nghệ thực phẩm mà còn đặt cơ sở cho các phươngpháp khử trùng trong y học Pasteur đã xác định rằng lên men lactic là do vikhuẩn lactic đảm nhiệm Năm 1863 Pasteur đã chứng minh bệnh nhiệt than là domột loại vi khuẩn gây nên

Ở miền nam nước Pháp và Italia, tằm thường gây bệnh rất nghiêm trọng.Qua nghiên cứu Pasteur thấy bệnh này do một loại vius gây ra Để tránh lây lanông đã đề xuất phòng bệnh bằng phương pháp cách ly Phương pháp này có hiệuquả, nó đã giải quyết vấn đề lớn trong nghề nuôi tằm lúc bấy giờ Từ nghiên cứunày Pasteur đã ứng dụng vào việc chữa bệnh cho người và gia súc Từ đóphương pháp cách ly để tránh sư lây lan của bệnh tật đã trở thành phương phápphòng bệnh rất quan trọng Pasteur sau khi nghiên cứu bệnh đậu mùa ở gà ông

đã nhận thấy nếu đem virus đã làm yếu đi rồi tiêm cho gà ở một số lượng nhấtđịnh thì nó sẽ tạo cho gà khả năng chống bệnh Từ thí nghiệm ở gà ông đã đềxuất phương pháp làm yếu vi khuẩn nhiệt thán ở nhiệt độ 42 – 43 oC và làmvacxin chống bệnh nhiệt thán Pasteur đã làm thý nghiệm tiêm phòng vaxin chocừu vào năm 1881 ở nông trường paifo Ông chọn 50 con cừu, 25 con đượctiêm chủng vacxin, số còn lại đều được tiêm vi khuẩn sống chưa làm yếu Thínghiêm đạt được kết quả là: 25 con được tiêm chủng vacxin vẫn sống khỏemạnh, sống bình thường, trong khi 25 con kia bị chết Pasteur cũng đã nghiêncứu bệnh dịch tả ở gà Ông đã chứng minh bệnh do một loại vi rút gây ra.Pasteur đã tìm cách lấy virus ấy ở trong phòng thý nghiệm và sau chế thànhvacxin phòng bệnh dịch tả gà Kết quả nghiên cứu của ông tạo cơ sở cho phươngpháp phòng bệnh bằng tiêm vacxin Năm 1880 Pasteur đến thăm một bé trai chết

vì bệnh dại, cái chết đến với em bé rất kinh khủng và em bé bị điên dại một cáchrất thương tâm Pasteur đã dầy công nghiên cứu về bệnh dại Đây là một cốnghiến rất to lớn cho nhân loại Kết quả vào ngày 6/7/1885 đã đi vào lịch sử loàingười đó là Pasteur đã thành công cứu một em bé bị chó dại cắn bằng vacxinphòng chống bệnh dại

Cùng thời với Pasteur, nhà bác học Đức là Kock (1842 – 1910) đã cócống hiến lớn cho phát triển vi sinh vật học Kock cũng đã nghiên cứu bệnhnhiệt thán, ông đã nghiên cứu tỉ mỉ loại vi khuẩn gây bệnh này là Bacillusanthracis, ông dùng đặc chứa thạch hoặc gelatin để nuôi vi khuẩn Điều này cónghĩa rất lớn đối với công tác phân lập và thuần khiết vi sinh vật Kock đã pháthiện ra vi khuẩn gây bệnh lao Đặc biệt trong quá trình nghiên cứu Kock đã đề

ra biện pháp tẩy uế, một biện pháp rất quan trọng để ngăn ngừa sự lây lan củabệnh Cũng trong thời gian này hầu hết các loại vi sinh vật gây ra các bệnhtruyền nhiễm đã được nhiều nhà bác học xác định và nghiên cứu

Mesnhicốp (1845 – 1916) đã phát hiện tế bào bạch cầu và nhiều tế bàokhác có khả năng tiêu hóa một số vi khuẩn Qua nhiều năm nghiên cứu ông đã

đề ra một học thuyết sinh lý học về miễn dịch là học thuyết miễn dịch thực bào.Ông là người đầu tiên căn cứ vào tác dụng đối kháng giữa các vi sinh vật vớinhau và phát triển về lý luận về chất kháng sinh và cách sử dụng chúng để chống

vi khuẩn gây bệnh

Ivanôpxki (1864 – 1920) nhà thực vật học Nga năm 1892 khi nghiên cứubệnh đốm lá thuốc lá đã khẳng định bênh này do một loại vi sinh vật rất nhỏ bégây ra Nó bé hơn vi khuẩn rất nhiều, kính hiển vi thường không nhìn thấy được

do đó ông gọ là vi khuẩn qua màng lọc hay virus Phát hiện của Ivanôpxki đã

mở thêm lĩnh vực nghiên cứu của loài người đối với vi sinh vật

2.4 Giai đoạn hiện tại

Với sự phát triển nhanh chóng của các nghành khoa học và sự ra đời củahàng loạt của các phương tiện nghiên cứu mới đã đữa đến tiến bộ có tính chấtnhảy vọt trong sinh vật nói chung và trong vi sinh vật nói riêng

Nhờ có kính hiển vi diện tử loài người có thể thấy rõ từng cấu trúc củavirus Nhờ có máy siêu âm phá vỡ tế bào và màng, tách từng cấu trúc của tế bào,người ta có thể nắm được từng loại cấu trúc xây dựng lên cơ thể vi sinh vật Nhờcách phân tích nhanh chóng và hiện đại (như điện tử, sắc kí, quang phổ tử ngoại,quang phổ phát xạ, quang phổ hồng ngoại, cộng hưởng từ hạt nhân), người ta cóthể làm thuần khiết và định lượng từng nhóm hợp chất hóa học chứa trong tế bào

vi sinh vật hoặc trong các sản phẩm trao đổi chất mà vi sinh vật đã làm tích lũylại trong môi trường xung quanh

Nhờ kĩ thuật nhiễu xạ tia Rentgen và việc sử dụng máy tính điên tử người

ta đã biết rõ được cấu trúc không gian của các hợp chất cao phân tử có ý nghĩaquan trọng trong hoạt động sống (protein, axit nucleic), vi sinh vật ngoài nghĩaquan trọng với các nhà khoa học như đã trình bày ở trên, giờ đây còn trở thànhmột mô hình lí tưởng đối với việc nghiên cứu các quy luật cơ bản về sự sống

Riêng về vấn đề vi sinh vật học nông nghiệp, những tiến bộ của sinh họcphân tử, của tin học… đã có ảnh hưởng rất lớn Người ta đã và đang chú ý đếnhàng loạt các vấn đề có ý nghĩa sâu sắc, rộng lớn trong thực tiễn như: nghiêncứu cơ chế phân tử của các quá trình miễn dịch và khả năng sản xuất sử dụngcác chế phẩm vi sinh vật ở quy mô công nghiệp như sinh khối giầu protein,vitamin, một số aixit amin không thay thế, các chất kháng sinh phục vụ chocông nghiệp hóa nền chăn nuôi, thủy sản Trong trồng trọt và lâm nghiệp nghiêncứu mối quan hệ tương hỗ phức tạp giữa cây trồng và đất đai cùng với hệ vi sinhvật có ích nhằm xây dựng các chương trình điều khiển tối ưu và quần lạc nông

lâm nghiệp, bảo vệ môi trường và hệ sinh thái Hiện nay người ta chú ý đếnnhiều cơ chế cố định nito phân tử, khả năng tách các gen tổng hợp mennitrogenase ở vi sinh vật và đưa vào bộ máy di truyền của các cơ thể khác với

mơ ước đến một lúc nào đó chúng ta có những giống cây, con có khả năng cốđịnh nito của khí quyển

Nhìn chung rõ ràng vi sinh vật là một đối tượng quan trọng trong nền côngnghiệp sinh học để phục vụ ngày càng đắc lực cho sản xuất và đời sống loàingười

Chương 2 HÌNH THÁI CẤU TẠO CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT

A.VI KHUẨN

* Mục tiêu:

Giúp sinh viên biết hình thái, các phương pháp nghiên cứu hình thái cấutạo của vi khuẩn, các dạng hình thái và kích thước của một số loại vi khuẩn haygặp trong chăn nuôi – thú y

Biết cấu trúc và chức năng của tế bào vi khuẩn, phân loại được vi khuẩn

- Tỉ mỉ, cẩn thận khi nghiên cứu, tiếp xúc gián tiếp với vi sinh vật

Vi khuẩn (Bacteria) là những sinh vật đơn bào, hạ đẳng, không có màngphân (prokaryote), chúng có cấu trúc và hoạt động đơn giản hơn nhiều so vớicác tế bào có màng phân (eukayote)

Tuy nhiên có một số chức năng của vách tế bào và sự vận chuyển ditruyền của vi khuẩn thì phức tạp không kém các sinh vật phát triển

Vi khuẩn có kích thích thước thay đổi tùy từng loại, kích thước của vikhuẩn tính bằng micromet (1µm = 1/1000mm)

Bằng các phương pháp nhuộm và soi kính hiển vi, có thể xác định đượchình thái và kích thước của vi khuẩn

Vi khuẩn có hình thái riêng, đặc tính sinh vật riêng, chúng có khả nănggây bệnh cho người, động vật và thực vật, một số có khả năng tiết chất khángsinh (Bacillus subtilis) Đa số vi khuẩn sống hoại sinh trong tự nhiên

2.1 Phương pháp soi tươi

Sau khi làm giọt ép từ một canh khuẩn hay từ bệnh phẩm rồi quan sátdưới kính hiển vi quang học có thể biết được sơ bộ hình thái kích thước, tínhchất di động của vi khuẩn

Phương pháp soi tươi là phương pháp cần thiết trong chẩn đoán vi khuẩn,

nó cho phép bước đầu phân biệt nhận dạng được hình thái của vi khuẩn

2.2 Phương pháp nhuộm và soi dưới kính hiển vi quang học

Phương pháp nhuộm đơn, phương pháp nhuộm kép, phương pháp nhuộmGram

Kỹ thuật nhuộm đặc biệt này không những quan sát được hình thái vikhuẩn mà còn quan sát được các cấu tạo khác của vi khuẩn như các hạt nhiễmsắc, hình thể của vi khuẩn, giáp mô và nha bào

2.3 Phương pháp quan sát dưới kính hiển vi điển tử

Nhuộm âm bản và nhuộm trên các lát cắt cực mỏng của vi khuẩn rồi quansát dưới kính hiển vi điện tử, cho phép thấy rõ được các vi cấu trúc bên trongcủa từng bộ phận của vi khuẩn

III CÁC DẠNG HÌNH THÁI VÀ KÍCH THƯỚC CỦA VI KHUẨN

Gồm 5 loại vi khuẩn khác nhau: cầu khuẩn, trực khuẩn, cầu trực khuẩn,xoắn khuẩn và phẩy khuẩn

3.1 Cầu khuẩn (Coccus, cocci)

Là những vi khuẩn có hình cầu, tuy nhiên có nhiều loại có thể là hìnhtròn, hình bầu dục như lậu cầu khuẩn Neisseria Gômrrhoeae, hoặc hình nến nhưphế khuẩn cầu Streptococcus pneumniae

Kích thước của cầu khuẩn từ 0,5 – 1µm, (µm: mocromethay micron, 1µm

= 10-3 mm)

Cầu khuẩn được chia thành các giống chính sau đây:

3.1.1.Giống đơn cầu khuẩn (micrococcus, micrococci)

Thường đứng riêng lẻ từng tế bào một, đa số sống ngoại sinh trong đất,nước và không khí như micrococcus agili, micrococcus roseus, micrococcusluteus

3.1.2.Giống song cầu khuẩn (Diplococcus, diplococci)

Là những cầu khuẩn đứng thành từng đôi, một số loại diplococcus có khảnăng gây bệnh như não mô cầu khuẩn (Neisseria meningitides), lậu cầu khuẩn(Neissseria gonorrhoeae)

3.1.3 Giống liên cầu khuẩn (Streptococcus, streptococci)

Là những cầu khuẩn đứng thành từng chuỗi dài như liên cầu khuẩn sinh

mủ (Stretococcus pyogenes) Trong giống này còn có các loại song cầu khuẩn(streptodiplococcus) tức song cầu khuẩn tập hợp từng đôi một, thành từng chuỗidài Đây là loại vi khuẩn gây bệnh thường hay gặp

3.1.4 Giống tứ cầu khuẩn (Tetracoccus, tetracocci)

Là những cầu khuẩn đứng thành từng nhóm bốn tế bào một Tứ cầu khuẩnthường sống hoại sinh, song cũng có loài có khả năng gây bệnh cho động vậtnhư Tetracoccus homari

3.1.5 Giống bát cầu khuẩn (sarcina)

Là những cầu khuẩn đứng thành từng khối gồm 8 hoặc 16 tế bào Trongkhông khí thườn gặp một số loài như Sarcina lutea, Sarcina aurantiaca

3.1.6 Giống tụ cầu (Staphylococcus, staphylococci)

Là những cầu khuẩn đứng thành từng đám như chùm nho Đa số tụ cầusống, hoại sinh, một số có thể gây bệnh cho người và động vật nhưStaphylococcus aureus, staphylococcus epidermidis

3.2 Trực khuẩn (Bacillus, Bacterium)

Là tên chung để chỉ các loài vi khuẩn hình que, hình gậy, đầu tròn hay đầuvuông, kích thước của trực khuẩn 0,5 – 1 x 1 – 5µm Những loại trực khuẩn haygặp thuộc các giống sau:

3.2.1 Bacillus, bacilli (viết tắt là Bac)

Là trực khuẩn Gram dương, sống hiếu khí sinh nha bào, chiều ngang củanha bào không vượt quá chiều ngang của vi khuẩn, do đó khi có nha bào tế bào

vi khuẩn không thay đổi hình dạng, thí dụ nhiệt thán (Bacillus anthracis)

3.2.2 Bacterium, bacteria (viết tắt là Bact)

Là trực khuẩn Gram âm, sống hiếu khí, không sinh nha bào, thường cólông ở quanh thân vi khuẩn, có nhiều loại Bacterium gây bệnh cho người và giasúc như trực khuẩn đường ruột

Thí dụ: Salmonella, Escherichia, Shigella, Proteus…

3.2.3 Clostridium, clostridia (viết tắt là Cl)

Là trực khuẩn Gram dương hai đầu tròn, sống kỵ khí, kích thước khoảng0,4 – 1 x 3 – 8 µm, sinh nha bào Có nhiều loại gây bệnh cho người và động vậtnhư trực khuẩn uốn ván (Clostridium teani), trực khuẩn ung khí thán(Clostridium chauvoei), trực khuẩn gây ngộ độc thịt (Clostridium botulinum),trực khuẩn hoại thư sinh hơi (Clostridium perfringens), nhưng cũng có loài rất

có ích như trực khuẩn cố định nito (Clostridium pasteurianum)

3.2.4 Corynebacterium

Không sinh nha bào, hình dạng và kích thước thay đổi khá tùy từng loại,khi nhuộm tế bào thường tạo thành các đoạn nhỏ bắt màu khác nhau, bắt màusẫm ở hai đầu làm cho vi khuẩn có hình dạng giống như quả tạ Có loại gâybệnh cho người như trực khuẩn bạch hầu (Corynebacterium diphythuriae), cóloại gây bệnh cho gia súc như trực khuẩn đóng dấu lợn (Erysipelothrixrhusiopatthiae)

3.3 Cầu trực khuẩn (Cocco – bacillus)

Là loại trung gan giữa cầu khuẩn và trực khuẩn, hình bầu dục, hình trứng,kích thước khoảng 0,25 – 0,3 x 0,4 – 1,5 µm, thí dụ vi khuẩn tụ huyết trùng(Pasteurella), vi khuẩn dich hạch

3.4 Xoắn khuẩn (Spirochaetales)

Có hình sợi lượn sóng, có hai vòng xoắn trở lên, bắt màu Gram dương, cónhiều lông mọc ở đỉnh Kích thước thay đổi 0,5 – 3,0 x 5 – 40 µm, thí dụ:Leptospira canicola, Leptospira Pomona

3.5 Phẩy khuẩn (Vibrio)

Có hình giống giấu phẩy, hình lưỡi liềm, đứng riêng lẻ hoặc nối nhau thànhhình chữ S, hình số 8

Phẩy khuẩn sống hoại sinh, một số ít có thể gây bệnh như phẩy khuẩn tả(Vibrio cholerae)

4.1 Vi Khuẩn 4.1.1 Vách tế bào (Cell – wall)

Là bộ khung vững chắc bao bọc bên ngoài màng nguyên sinh chất(cytoplasm membrane)

Vách được tổng hợp liên tục, thành phần hóa học bao gồm đường amin vàaxit amin

a Phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp kính hiển vi điện tử

Với kỹ thuật nhuộm âm bản hoặc bằng những lát cắt cực mỏng đượcnhuộm bằng axetat uranium hoặc axirat chì rồi quan sát, hoặc làm đóng băng vikhuẩn rồi cắt vi khuẩn theo một trục nhất định sau đó nhuộm xem

+ Phương pháp lý hóa

Có thể áp dụng phương pháp hóa học tế bào, xử lý bằng các thuốc thửmạnh, các thuốc tẩy, các thuốc nhộm khác nhau, hoặc phá vỡ tế bào bằng các

phương pháp nghiền hoặc lắc mạnh hay dùng kỹ thuật siêu âm để xé nát tế bào

vi khuẩn, sau đó dùng phương pháp siêu ly tâm cho phép ta thu được tế bào vikhuẩn riêng biệt

b Cấu tạo lý hóa học của vách

Vách tế bào chiếm từ 25 – 30% khối lượng khô của vi khuẩn, có nhiềulớp, mỗi lớp có một chức phận về sinh lý và kháng nguyên khác nhau, tùy theotừng loại vi khuẩn

Ở vi khuẩn Gram dương: vách có cấu tạo nhiều lớp peptidoglycan (còngọi là mucopeptit, murein, glycopeptit), hàm lượng peptidoglycan trong vách tếbào vi khuẩn Gram dương chiếm tới 95%

Tùy từng loại vi khuẩn mà bao bọc bên ngoài lớp peptidoglycan có thể làpolysaccarit hoặc polypeptit, các chuỗi này được cấu tạo từ nhều loại đườngkhác nhau

Ở vi khuẩn Gram âm: vách của vi khuẩn Gram âm mỏng hơn vách vikhuẩn Gram dương, do vậy chúng dễ bị phá vỡ bởi các lực cơ học

Về cấu tạo hóa học, ngoài peptidoglycan vách tế bào vi khuẩn Gram âmcòn có các lớp lipit tự do 20%, protein và lipoprotein 50%, lipopolysaccarit20%, những chất này tạo nên nội độc tố của các vi khuẩn gây bệnh

c Nhiệm vụ của vách

Vách tế bào vi khuẩn có các chức năng sau :

- Là khung để dữ cho tế bào vi khẩn có hình thái nhất định, vì vách có cấu

trúc cứng, chịu được áp suất nội tế bào (áp suất này khoảng 25 atm), chống lạiđược các tác nhân vật lý và hóa học

- Là nòng cốt của kháng nguyên thân của vi khuẩn, nhằm xác định và

phân loại vi khuẩn

- Ở vi khuẩn gây bệnh thì có khả năng gây bệnh, vì một số có chứa nội độc tố,

đó là lipopolysaccarit quyết định độc lực và khả năng gây bệnh

- Là nơi tác động của nhóm kháng sinh khá quan trọng (nhóm beta

lactamin), của lysozym, hai loại này tác động trên vi khuẩn Gram dương mạnhhơn vi khuẩn Gram âm

- Là nơi tiếp nhận các thụ thể (receptor) đặc hiệu của phage.

Một số sai khác chủ yếu của VK Gram âm và VK Gram dương

Đặc tính Vi khuẩn Gram (+) Vi khuẩn Gram (-)

Tác dụng của Tripxin, Có sức đề kháng lớn Có sức đề kháng khá nhỏ

Tác dụng của dung dịch

kiềm mạnh (NaOH 1%)

Không bị hòa tan Bị hòa tan

Quan hệ với thuốc

Các axit amin thơm và

axit amin chứa S trong

Hàm lượng polysaccarit Khoảng 30 – 60 % Khoảng 1 – 5 %

Số loại axit amin trong

Biểu hiện rõ Biểu hiện không rõ

4.1.2 Màng nguyên sinh chất hay màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane)

Nằm trong vách tế bào vi khuẩn là màng nguyên sinh chất, lớp màng nàybao bọc toàn bộ khối nguyên sinh chất và nhân

a Cấu trúc của màng nguyên sinh chất

Có độ dày 50 – 10 A0 (1Angstrom = 10-1 nanometre (nm) = 10-4 µm = 10-7mm)

Màng có cấu tạo 3 lớp:

Lớp ngoài cùng và lớp trong cùng là hai lớp protein chiếm 60 – 70 %.

Ở giữa là lớp lipit chiếm 30 – 40 % mà đa phần là photpholipit

=> Như vậy ở vi khuẩn màng nguyên sinh chất đơn giản hơn nhiều so vớivách tế bào vi khuẩn

b Nhiệm vụ của màng nguyên sinh chất

- Duy trì áp xuất thẩm thấu của tế bào

- Đảm bảo việc chủ động tích lũy chất dinh dưỡng trong tế bào và đào thảicác sản phẩm trao đổi chất ra ngoài tế bào, nhờ hai cơ chế khuếch tán bị động vàvận chuyển chủ động

+ Với cơ chế bị động, các chất được hấp thu và đào thải nhờ áp lực thẩmthấu, nhưng chỉ những chất có phân tử lượng bé và hòa tan trong nước mới cóthể hấp thu qua màng

+ Do áp lực thẩm thấu trong tế bào lớn hơn bên ngoài nhiều lần, nên cácchất có phân tử lượng lớn không thể vận chuyển qua màng bằng cách khuếch tán

bị động mà phải nhờ tới cách vận chuyển chủ động, phương pháp này cần cóenzym và năng lượng, đó là các permeaza đặc hiệu với từng chất, nhóm chất vàATP

- Là nơi tổng hợp enzym ngoại bào, vi khuẩn cùng hệ thống enzym thủyphân, biến các protein thành các axit amin, biến các polysaccarit thành đườngđơn

- Là nơi chứa một số enzyme, đặc biệt là enzyme chuyển hóa hô hấp, cácxytocrom, các enzyme của các chu trình tricacboylic

- Là nơi xảy ra quá trình sinh tổng hợp một số thành phần của tế bào, nhất

là các thành phần của vách tế bào và giáp mô

- Nhiệm vụ trong phân chia tế bào: Trong quá trình phân chia tế bào, cácmezoxom (màng nguyên sinh chất) lớn dần lên cùng nhân nhiễm sắc thể táchđôi, các mezoxom đồng thời cũng tách đôi, chúng xa dần nhau và cũng kéo theonhân tách xa nhau và giữa tế bào xuất hiện một vách ngăn, quá trình phân chiakết thúc

4.1.3 Nguyên sinh chất (Cytoplams)

Là thành phần chính của tế bào vi khuẩn Chứa 80 – 90 % nước, phầncòn lại là các thành phần hòa tan như protein, peptit, axit amin, vitamin, ARN,ribosome, các muối khoáng (Ca, Na, P…) và một số nguyên tố hiếm, sắc tố

Protein và polypeptit chiếm 50% trọng lượng khô của vi khuẩn và 90%năng lượng của vi khuẩn để tổng hợp protein

Khi còn non nguyên sinh chất có cấu tạo đồng nhất bắt màu giống nhau Khi già do xuất hiện không bào và các thể ẩn nhập (thể vùi, granulainclusion) nên nguyên sinh chất có dạng lổn nhổn, bắt màu không đều và có tínhchiết quang khác nhau

Nguyên sinh chất của vi khuẩn trưởng thành có nhiều cơ quan khác nhau:mezoxom, riboxom, không bào, các hạt chất dự trữ, các hạt sắc tố (ở một số vikhuẩn) và các cấu trúc của nhân

4.1.4 Thể nhân (nuclear body)

Là nhân nguyên thủy chưa có màng nhân điển hình, có cơ quan chứathông tin di truyền, đó là một nhiễm sắc thể (chromosome) độc nhất cấu tạo bởimột phân tử ADN xoắn kép, ADN là chất đặc trưng của tế bào vi khuẩn, chứa

3000 gen, bao bọc bởi protein kiềm, nên nhân có ưu điểm đối với các chấtnhuộm kiềm

a Cấu trúc của thể nhân

Quan sát vi cấu trúc cả thể nhân nhận thấy :

Thể nhân có hình cầu, kéo dài như hình que, hình quả tạ hay hình chữ V.Không có màng nhân nhưng giới hạn giữa thể nhân và nguyên sinh chất

rõ rệt

Có cấu trúc sợi nhỏ, đường kính từ 3 – 8 nm, đó là nhiễm sắc thể độc nhấtcủa tế bào, cấu tạo bởi một sợi ADN xoắn, nếu mở rộng vòng xoắn ra thì sợi dàikhoảng 1mm, đó chính là một sợi ADN có hình dạng vòng tròn và chỉ là mộtphân tử ADN đóng kín

b Sự phân chia của thể nhân

Bằng cách cắt đôi, không có sự gián phân bởi vì vi khuẩn chỉ có mộtnhiễm sắc thể duy nhất Sự cắt đôi của nhân liên quan tới sự tăng lên của màngnguyên sinh chất và mezoxom

Nhân ở tế bào vi khuẩn khác nhau tùy theo từng giai đoạn sinh trưởng,phát triển của vi khuẩn, sự phân chia của nhân trước sự phân chia của nguyênsinh chất

4.1.5 Giáp mô hay vỏ nhầy (capsule)

a Cấu tạo

Ở một số vi khuẩn, bên ngoài vách tế bào còn bao bọc được bởi một lớp

vỏ nhầy lỏng lẻo, sền sệt không rõ rệt

Vỏ nhầy có hai loại :

- Vỏ nhầy lớn (macrocapsule) có kích thước lớn hơn 0,2 µm, có khi dàyđến 10 – 20 µm Lớp vỏ nhầy này còn gọi là giáp mô (capsule).

- Dịch nhầy: một số vi khuẩn tuy không có giáp mô nhưng tế bào vẫnđược bao bọc bởi một lớp dịch nhầy, không có giới hạn nhất định và không cócấu trúc rõ rệt

Phần lớn giáp mô cấu tạo bởi các hợp chất hydratcacbon phức tạp đó làpolysaccarit, homopolysaccarit hoặc heteropolysaccarit, là những hợp chất caophân tử chứa cùng một gốc đường Ngoài ra còn có nước chiếm tới 98% trongthành phần hóa học của giáp mô

Giáp mô còn là nơi tích lũy chất dinh dưỡng

Vi khuẩn có giáp mô khi sinh trưởng và phát triển trên môi trường đặc sẽtạo ra những khuẩn lạc (colonies) khô, nhám, xù xì gọi là khuẩn lạc dạng R(Rough là xù xì)

Vi khuẩn không có giáp mô sẽ tạo thành khuẩn lạc trơn, ướt, bóng gọi làkhuẩn lạc dạng S (Smooth là trơn, bóng),

Còn những vi khuẩn có lớp dịch nhầy rất nhầy thì sẽ tạo ra những khuẩnlạc nhầy nhớt gọi là khuẩn lạc dạng M (Mucoid là nhầy nhớt)

- Sự tạo thành giáp mô chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố môi trường sống thí

dụ như vi khuẩn Azotobacter chroococcum khi phát triển trên môi trường chứanhiều hydratcacbon và ít nito sẽ tạo ra lớp giáp mô dày hơn so với khi phát triểntrên môi trường chứa nhiều nito

- Một số vi khuẩn chỉ tạo thành giáp mô trong điều kiện bất lợi, một sốkhác chỉ hình thành giáp mô khi đã xâm nhập vào cơ thể ký chủ, thí dụ như vikhuẩn nhiệt thán Bacillus anthracis

4.1.6 Lông vi khuẩn (flagella)

Là những sợi protein dài và xoắn tạo thành từ các axit amin dạng D, là cơquan vận động của vi khuẩn Chỉ có một số vi khuẩn mới có khả năng di độngmột cách chủ động là nhờ các cơ quan đặc biệt gọi là tiêm mao (flagella từ tiếng

la tinh flagellum có nghĩa là cái roi) hay còn gọi là lông (tricha, trichos)

Lông của vi khuẩn có chiều rộng khoảng 0,01 – 0,05 µm; chiều dài thayđổi tùy từng loại vi khuẩn, trung bình 6 – 9 µm, đến 80 – 90 µm

a Cấu tạo của lông

Lông của vi khuẩn gồm 3 phần: sợi, móc và thể cơ bản

- Sợi: bao gồm một số chuỗi protein, xoắn lại với nhau trong vỏ rỗng

- Móc: gắn vào phần đầu cuối của sợi

- Thể cơ bản: gắn vào móc để giữ lông vào vách tế bào và màng bàotương

b Về cấu trúc hóa học

Chủ yếu là protein Protein của lông gọi là flagellin

Flagellin của lông là cơ sở kháng nguyên H (H antigene) ở vi khuẩn Trong huyết thanh động vật tồn tại kháng thể H tương ứng thì sẽ xảy ra

sự kết dính lông của vi khuẩn với nhau tạo nên phản ứng ngưng kết

c Vị trí và số lượng lông

Vị trí sắp xếp và số lượng lông trên vi khuẩn thay đổi tùy từng loại vikhuẩn Có nhiều loại vi khuẩn không có lông (atricha) có loại chỉ có lông ở đầugọi là đơn mao (monotricha), có loại mỗi đầu có 1 lông gọi là song mao haylưỡng mao (amphotricha), có loại ở mỗi đầu hay hai đầu có một trùm mao(lophotricha) hoặc lưỡng chùm mao (dilphotricha), có nhiều loại vi khuẩn lôngmọc ở khắp cơ thể gọi là chu mao (peritricha)

Khả năng hình thành lông liên quan mật thiết đến thành phần dinh dưỡngcủa môi trường, điều kiện nuôi cấy, nhiệt độ quá cao hay quá thấp, các chất độc,các thuốc mê, các sản phẩm trao đổi chất của vi khuẩn

Vi khuẩn có chùm lông mọc ở một đầu có khả năng di động nhanh, mạnh

và theo một đường rõ rệt Vi khuẩn có chu mao hoạt động chậm hơn và khôngtheo một quy luật nhất định nào, di động lung tung tứ phía

4.1.7 Nha bào (Spore)

Các vi khuẩn Gram dương: trực khuẩn Bacillus và Clostridium hình thànhtrong tế bào những thể hình tròn hay bầu dục gọi là bào tử hay nha bào (spore)

Nha bào là một hình thức tiềm sinh của vi khuẩn, nó giúp cho vi khuẩnvượt qua những điều kiện bất lợi của ngoại cảnh, nha bào thường được sinh ratrong những điều kiện bất lợi như môi trường nghèo, chất dinh dưỡng thiếu,nhiệt độ, độ PH không thích hợp, môi trường tích lũy nhiều sản phẩm bất lợi.Khi điều kiện sống thuận lợi nha bào lại nảy mầm để đưa vi khuẩn trở lại dạngsinh sản

a Sự hình thành nha bào

Vi khuẩn sử dụng phần lớn nguyên sinh chất trong tế bào

Nguyên sinh chất và chất nhân tập chung lại một vị trí nhất định trong tếbào, sau đó một màng ngăn cách khối nhân và nguyên sinh chất với phần còn lạicủa vi khuẩn, nguyên sinh chất tiếp tục cô đặc lại, gọi là giai đoạn tiền nha bào(prospore), tiền nha bào được bao bọc dần bởi các lớp màng và chuyển thànhnha bào Thời gian hình thành nha bào tùy theo từng loại vi khuẩn có thể từ 18 –

20 giờ

b Cấu trúc nha bào

Khi quan sát dưới kính hiển vi điện tử cho thấy nha bào được cấu trúc bởinhiều lớp màng bao bọc Tiếp xúc với nguyên sinh chất của nha bào là một lớpmàng mỏng gọi là màng nha bào, tương ứng với màng nguyên sinh chất của vikhuẩn ở thể sinh trưởng, sau đó đến vách nha bào, vách này sẽ chuyển thànhvách tế bào khi vi khuẩn nảy mầm Vách nha bào được bao bọc bởi một lớp dàygọi là vỏ Vỏ này không bắt màu thuốc nhuộm, xung quanh vỏ có hai lớp bao:bao trong và bao ngoài, đó là những lớp đề kháng mạnh, hai lớp này quyết địnhtính không thấm các nhân tố hóa học và quyết định đề kháng đối với các nhân tố

lý học

c Thành phần hóa học của nha bào

Cấu tạo cơ bản là protein có nhiều glyxin, tirozin và đặc biệt là xystin,ngoài ra còn có sự tham gia của keratin, ở đây có rất nhiều cầu disunfua, nhữngcầu này đóng vai trò quyết định tính chất của nha bào như sự đề kháng với cácnhân tố lý hóa học

Nha bào chứa ít nhất một nhiễm sắc thể, một số riboxom và rất nhiềuenzym chuyển hóa nhưng ở trạng thái không hoạt động, khi vi khuẩn nảy mầmthì những enzym này bắt đầu hoạt động

Nha bào chứa một lượng lớn canxi, magie và axit dipicolinic

Lượng nước trong nha bào rất thấp và tồn tại dưới dạng nước liên kết

d Sức đề kháng của nha bào

Nha bào có sức đề kháng cao với các nhân tố vật lý và hóa học như nhiệt

độ, tia cực tím, áp suất và các chất sát trùng

Với nhiệt độ: Vi khuẩn ưa nhiệt đun sôi 5 ngày liền mới diệt được nhabào, nhiệt độ 180 0C nha bào của Clostridium botulium chịu được 10 phút

Nhiệt độ thấp và sự khô cạn, nha bào có thể sống được một thời gian rấtdài Nha bào vi khuẩn nhiệt thán (Bacillus anthracis) có thể sống đến 18 nămhoặc lâu hơn nữa trong trạng thái tiềm sinh

Dưới tác động của các loại hóa chất cũng như các loại tia bức xạ, cùngmột nồng độ, cùng một thời gian tác động có thể dễ dàng giết tế bào vi khuẩn,nhưng không giết được nha bào

Thí dụ: trong dung dịch phenol 5% vi khuẩn chết rất nhanh, nhưng nhabào có thể sống tới 25 ngày, hoặc trong dung dich HgCl2 1% vi khuẩn chết ngay,còn nha bào thì sống được trên 2 giờ

Nha bào có sự đề kháng cao và sống lâu là do các yếu tố sau:

- Nước trong nha bào phần lớn ở trạng thái liên kết, do đó không có khảnăng làm biến tính protein khi tăng nhiệt độ

- Trong nha bào có một lượng lớn ion Ca++ và axit dipicolinic

- Protein trong nha bào kết hợp với dipicolinat calci thành một phức chất

có tính ổn định cao đối với nhiệt độ

- Các enzym và các hoạt chất sinh học khác trong nha bào đều tồn tại dướidạng không hoạt động làm hạn chế sự chao đổi chất của nha bào đối với môitrường bên ngoài

- Sự có mặt của các axit amin có chứa lưu huỳnh đặc biệt là xystin giúpnha bào đề kháng với tia cực tím

- Với cấu trúc có nhiều màng bao bọc và ít thẩm thấu của các lớp màng,làm cho các chất hóa học và các chất sát trùng khó có thể tác dụng với nha bào

e Cấu trúc kháng nguyên

Nha bào có tính chất kháng nguyên, nó mang những kháng nguyên của vikhuẩn gốc, ngoài ra nó còn mang những kháng nguyên đặc hiệu riêng

g Sự nảy mầm của nha bào

h Vị trí của nha bào

4.1.8 Phân loại vi khuẩn

Việc phân loại vi sinh vật có nhiều khó khăn vì :

+ Số lượng vi sinh vật quá nhiều mà sự khác biệt giữa chúng lại quá lớn + Có sự khác biệt khá lớn giữa phân loại vi sinh vật so với động vật vàthực vật

Có nhiều tiêu chuẩn để xếp loại vi khuẩn, có thể căn cứ vào các đặc tính :

- Về hình thái, kích thước, cấu tạo tế bào, phản ứng nhuộm Gram, cácchất chứa trong tế bào, năng lực hoạt động, khả năng sinh giáp mô, nha bào,hình dạng và vị trí của nha bào

- Về đặc tính nuôi dưỡng, sinh trưởng trên các môi trường, môi trườnglỏng, môi trường đặc, môi trường đặc biệt, hình thái, màu sắc khuẩn lạc, tínhchất dung giải gelatin…

- Về đặc tính sinh lý, sinh hóa và cấu trúc kháng nguyên như quan hệ đốivới nguồn oxy, nguồn cacbon, nguồn nito, quan hệ đối với nhiệt độ, độ ph, khảnăng khử nitrat, làm đông vón sữa, lên mem các loại đường, sinh Indol, sinh

H2S…

- Phân loại theo số lượng tính chất sinh học: đây phương pháp phân loạigián tiếp, dựa trên các đặc điểm genotype và phenotyp

- Phân loại tỷ lệ các base của các AND

- Phân loại dựa trên cấu trúc phân tử protein

4.2 XẠ KHUẨN

4.2.1 ĐẶC ĐIỂM CỦA XẠ KHUẨN

Xạ khuẩn (Actinomycetes) là một nhóm vi khuẩn thật (Eubacteria), xạkhuẩn màu Gram dương, hiếu khí, hoại sinh, có cấu tạo sợi như nấm nhưng lại

có kích thước và cấu tạo tế bào gần giống với vi khuẩn, chúng phân bố rộng rãitrong tự nhiên: trong đất, trong nước và trong các chất hữu cơ

Xạ khuẩn là sinh vật quá độ giữa vi khuẩn và nấm vì ở xạ khuẩn có nhữngđặc điểm vừa giống vi khuẩn vừa giống nấm

Những đặc điểm giống vi khuẩn như :

- Kích thước của xạ khuẩn nhỏ bé tương tự như kích thước của vi khuẩn

- Nhân của xạ khuẩn cùng loại nhân của vi khuẩn

- Màng tế bào xạ khuẩn không chứa xenlulo hay kitin

- Sự phân chia tế bào của xạ khuẩn theo kiểu vi khuẩn

- Xạ khuẩn không có giới tính

Tuy vậy có hình thái giống nấm ở chỗ cấu tạo sợi, phát triển bằng phânnhánh thành những sợ nhỏ, dài gọi là khuẩn ty (hypha), mỗi khuẩn ty do một tếbào hình thành, tập hợp những khuẩn ty này gọi là hệ khuẩn ty Về phân loại xạkhuẩn thuộc Procaryota còn nấm thuộc Eucaryota

4.2.2 VAI TRÒ CỦA XẠ KHUẨN TRONG VI SINH VẬT

- Xạ khuẩn có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành đất và tạo ra

độ phì nhiêu của đất, chúng đảm nhiệm nhiều chức năng khác nhau trong việclàm màu mỡ thêm cho đất

- Xạ khuẩn tham gia tích cực vào quá tình chuyển hóa và phân giải nhiềuhợp chất hữu cơ phức tạp và bền vững như xenlulo, chất mùn kitin, keratin,lignin, v.v

- Hầu hết các xạ khuẩn thuộc giống Actinomyces, có khả năng hình thànhchất kháng sinh như streptomixin, oreomyxin, tetraxyclin, teramyxin… đây làmột đặc điểm quan trọng nhất của xạ khuẩn nên được sử dụng rộng rãi trong yhọc, thú y học và trong bảo vệ thực vật

- Trong quá trình chao đổi chất, xạ khuẩn có thể sinh ra các chất hữu cơnhư các loại vitamin nhóm B (B1 – B2 – B6 – B12) một số axit hữu cơ như axitlactic, axitacetic và nhiều axit amin như axit glutamic, axit metiomin, tryptofan,lizin

- Xạ khuẩn được dùng rộng rãi trong ngành công nghiệp lên men, chế tạocác chế phẩm men hoặc ứng dụng men do một số xạ khuẩn có khả năng sinh ranhiều như proteinaza, amylaza, xelulaza, kitinaza…

- Một số khác còn có khả năng tạo thành những chất kích thích sinhtrưởng của thực vật

- Tuy nhiên bên cạnh những xạ khuẩn có ích, một số xạ khuẩn lại sinh rachất độc kìm hãm sự sinh trưởng phát triển của cây trồng cũng như sự phát triểncủa khu hệ vi sinh vật có ích trong đất, một số khác lại là nguyên nhân gây ramột số bệnh khó chữa ở người và gia súc Các bệnh này được gọi tên chung làActynomycose

Khi già xạ khuẩn thay đổi hình dạng rõ rệt, chúng trở nên giòn và dễ gãythành từng đoạn nhỏ có kích thước khác nhau

4.2.3.2 Về thành phần hóa học

Màng của khuẩn ty chứa nhiều lipit, axit nucleic, mem và hoạt tính củamem mạnh hơn so với khuẩn ty cơ chất Ngược lại ở khuẩn ty cơ chất chứa íthoặc không chứa lipit

4.2.3.3 Khuẩn lạc của xạ khuẩn

Không trơn ướt như vi khuẩn, ở nấm mem mà thường rắn chắc, thô ráp,dạng vôi, dạng nhung tơ hay dạng màng dẻo, không trong suốt

Bề mặt của khuẩn lạc nhẵn, có mấu lồi, nếp nhăn, hoặc sần sùi như vỏcam sành

Kích thước khuẩn lạc thay đổi tùy loại xạ khuẩn và tùy điều kiện nuôicấy, đường kính khuẩn lạc trung bình từ 0,5 – 2 mm

Khuẩn lạc của xạ khuẩn nhiều mầu sắc khác nhau như đỏ, da cam, vàng,lam, hồng, nâu, tím…

4.2.4 CẤU TẠO TẾ BÀO

Xạ khuẩn có cấu tạo tương tự như tế bào vi khuẩn: vách tế bào, màngnguyên sinh chất, nguyên sinh chất, chất nhân, các hạt dự trữ và không bào…

4.2.4.1 Vách tế bào xạ khuẩn

Vách tế bào xạ khuẩn được cấu tạo bởi 3 lớp :

Lớp ngoài dầy 60 – 120 A0, lớp trong dầy 50 A0 và lớp giữa chắc hơn dày50A0, khi khuẩn ty già, lớp ngoài có thể dày tới 150 – 200 A0

Cấu tạo hóa học là protein, lipit, mucopolysaccarit, ngoài ra còn chứa cảcác hợp chất phốt pho và axit teictioic, nhiều men và các loại men này tham giavào quá trình trao đổi chất của tế bào

Chức năng của vách tế bào như :

+ Cho phép các chất kháng sinh, axit amin, men, nhiều hợp chất khác kể cảhợp chất hóa học có kích thước lớn như dextran, protein chui qua một cách dễdàng

+ Cho phép các chất dinh dưỡng từ môi trường bên ngoài thẩm thấu cóchọn lọc qua vách

4.2.4.2 Màng nguyên sinh chất của xạ khuẩn

Bên trong vách tế bào xạ khuẩn là một lớp màng bao phủ trực tiếp nguyênsinh chất gọi là màng nguyên sinh chất

Màng dầy 7,5 – 10,0 nm, có cấu tạo như màng nguyên sinh chất của vikhuẩn

Chức năng chủ yếu là điều hòa sự hấp thu các chất dinh dưỡng vào tế bào

và tham gia vào quá trình hình thành bào tử

4.2.4.3 Nguyên sinh chất và nhân của xạ khuẩn

Tương tự như nguyên sinh chất và nhân của vi khuẩn ( cùng loài với vikhuẩn) Trong nguyên sinh chất của xạ khuẩn có chứa :

+ Mezoxom có hình bọng hay hình ống, chức năng là làm tăng diện tiếpxúc của màng nguyên sinh chất, làm tăng hoạt tính của enzyme, tăng chuyểnđiện tử

+ Các vật thể ẩn nhập có các hạt poliphotphat hình cầu bắt màu thuốcnhuộm Soudan III, các hạt polysaccarit bắt màu dung dịch lugol

4 3 NẤM MEN

Nhiều đặc điểm giống với thực vật, nhưng khác với thực vật ở chỗ không

có sắc tố quang hợp và cơ thể ít phân hóa về hình thái

Nấm men là tên gọi thông thường của một nhóm nấm có vị trí phân loạikhông thống nhất, nhưng có chung đặc điểm sau :

+ Tồn tại ở trạng thái đơn bào

+ Đa số sinh sôi nảy nở theo lối nảy chồi, cũng có khi có hình thức phâncắt tế bào

+ Nhiều loại có khả năng lên men đường

+ Thích nghi với môi trường chứa đường cao, tính axit cao

4.3.1 HÌNH THÁI KÍCH THƯỚC NẤM MEN

Nấm men là vi sinh vật điển hình cho nhóm nhân thật, tế bào nấm menthường lớn gấp 10 lần so với vi khuẩn

Nấm men cấu tạo đơn bào, hình thái thay đổi tùy thuộc vào từng loại, điềukiện nuôi cấy Nấm men có hình thái da dạng: hình trứng, hình bầu dục, hìnhtròn, hình ống dài, hình quả dưa chuột, hinh thoi, hinh bình hành, hình chai, hìnhlưỡi liềm và một số hình đặc biệt khác

Một số nấm men có tế bào hình dài nối tiếp nhau thành những sợi nấm gọi

là khuẩn ty (mycelium) hoặc khuẩn ty giả (pseudomycelium)

Kích thước nấm men thay đổi tùy thuộc vào từng giống, từng loài, trungbình: 3 – 5 x 5 – 10 µm

4.3.2 CẤU TẠO CỦA TẾ BÀO NẤM MEN

Nấm men có cấu tạo gần giống cấu tạo tế bào vi khuẩn bao gồm các phầnsau :

4.3.2.1 Vách tế bào

Khi còn non tương đối mỏng, tùy thời gian nuôi dưỡng mà vách tế bàodày lên

Thành phần hóa học chủ yếu là glucan và mannan Phần còn lại là protein,lipit, poliphotphat, enzyme, sắc tố, ion vô cơ, đặc biệt còn chứa chất kitin

- Cấu tạo: Là những thể hình cầu, hình que, hình sợi, kích thước từ 0,2 –

0,5 x 0,4 – 1 µm ADN là phân tử dạng vòng, chiếm 15 – 23% tổng lượng ADNcủa toàn bộ tế bào nấm men

Có chứa nhiều loại men khác nhau: oxidaza, xitocromoxidaza,peroxidaza, photphataza…

Gồm 2 lớp màng: màng trong và màng ngoài Màng trong có hình lượnsóng hay hình răng lược để tăng diện tích tiếp xúc, giữa hai màng có các hạt nhỏgọi là các hạt cơ bản, bên trong ty thể là chất dịch hữu cơ

- Chức năng của ty thể:

+ Tham gia vào việc thực hiện phản ứng oxy hóa giải phóng năng lượng

ra khỏi cơ chất, tích lũy dưới dạng ATP

+ Giải phóng năng lượng khỏi ATP và chuyển dạng năng lượng đó thànhdạng năng lượng có ích cho hoạt động sống của tế bào

+ Tham gia vào việc tổng hợp nên một số hợp chất protein, lipit,hydratcacbon, những hợp chất này tham gia vào cấu tạo vách tế bào

b Riboxom

Số lượng tùy thuộc vào từng loại, giai đoạn phát triển, điều kiện nuôi cấy

Có hai loại riboxom :

Loại riboxom 70S tồn tại chủ yếu trong ty thể

Loại riboxom 80S tồn tại trong màng lưới nội chất và ít tồn tại ở dạng tự

do, loại 80 S có hoạt tính cao, có khả năng tổng hợp protein mạnh hơn

c Các vật thể ẩn nhập khác

- Không bào: Chứa các enzyme thủy phân, polyphotphat, lipoit, ion kim

loại, sản phẩm trao đổi chất, là kho dữ trữ, tham gia vào quá trình trao đổi chất

và điều hòa quá trình sinh trưởng, phát triển của tế bào nấm men

- Ngoài ra còn chứa một số hạt dự trữ khác như hạt lipit, dưới dạng cáchạt nhỏ, các hạt glucogen, một ít hạt tinh bột

4.3.2.4 Nhân

Là nhân thật, có sự phân hóa, kết cấu hoàn chỉnh và ổn định, phân chiatheo hình thức gián phân Nhân có hình tròn, hoặc kéo dài, đường kính 2 – 3 µm 4.3.3 VAI TRÒ CỦA NẤM MEN

- Được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, rượu, nước giải khát, cồn,glyxerin, axi amin như lizin, xixtein, metionin, điều chế một số hóa chất khác

- Được sử dụng trong ngành công nghiệp sản xuất thức ăn phục vụ chochăn nuôi, lipit nấm men, các enzyme như amilaza, lactaza, invertaza…

- Được sử dụng làm nở bột mỳ, gây hương vị nước chấm, sản xuất một sốdược phẩm

- Bên cạnh nấm men có ích cũng có một số nấm men gây hại cho người vàgia súc hoặc làm hư hỏng lương thực, thực phẩm tươi sống hoặc các thực phẩmchế biến

4.4 NẤM MỐC

Nấm mốc hay còn gọi là nấm sợi (molds, moulds) là tên chung chỉ tất cảcác nhóm nấm không phải là nấm men, không phải là các nấm lớn có mũ nấmnhư nấm rơm Nấm mốc phát triển trên thực phẩm, trên giầy dép, trên quần áo,trên dụng cụ, vật liệu, chúng phát triển rất nhanh trên nhiều nguồn cơ chất hữu

cơ khi gặp khí hậu nóng ẩm và trên nhiều vật liệu vô cơ do chính bụi bẩn nhưthấu kính, máy ảnh, kính hiển vi, máy ngắm và các dụng cụ quang học khác,chúng phát triển sinh axit và làm mờ các vật liệu này

4.4.1 HÌNH THÁI KÍCH THƯỚC NÂM MỐC

Có cấu tạo hình sợi phân nhánh, tạo thành một đám chằng chịt các sợi,từng sợi được gọi là các khuẩn ty hay sợi nấm (hypha), còn cả đám sợi thì đượcgọi là khuẩn ty thể hay hệ sợi nấm (mycelium)

Nấm mốc có cấu tạo gồm các khuẩn ty và các bào tử

4.4.2 Khuẩn ty (hupha)

Là những sợi nấm phân nhánh, phát sinh từ bào tử mà ra, kích thước chiềungang từ 3 – 10 µm, lớn gấp 10 lần chiều ngang của xạ khuẩn, tùy từng loại màhình thái khác nhau như: lò xo, xoắn ốc, cái vợt, sừng hươu cái lược, lá dừa

Sợi nấm có vách ngăn nên cơ thể của chúng có cấu tạo đa bào, do có váchngăn nên khuẩn ty không thông nhau, ngắt ra nhiều tế bào riêng biệt, nên gọi là

+Bào tử nang (Sporangiospore): Khuẩn ty phình to dần hình thành mộtcái bọc gọi là nang (sporangium) Khi nang vỡ các bào tử được giải phóng rangoài

b Sinh sản hữu tính

Căn cứ vào các hình thức sinh sản mà chia ra :

+ Bào tử noãn (oospore)

+ Bào tử tiếp hợp (zygospore)

+ Bào tử túi (ascospore)

- Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến thực phẩm như sảnxuất tương, nước chấm, đậu phụ nhự, cồn, rượu, các axit xitric, axit gluconic…

Sản xuất các chế phẩm enzyme như: amilaza, protoeaza, xenlulaza,pectinaza…

- Có khả năng tích lũy vitamin, các chất sinh trưởng và nhiều loại ancaloit

- Sản xuất sinh khối nấm mốc phục vụ chăn nuôi và dinh dưỡng chongười (mycoprotein)

Là nguyên nhân gây ra nhiều tổn thất to lớn cho việc bảo vệ mùa màng,lương thực, thực phẩm, hàng hóa, vải vóc, khí tài, dụng cụ quang học, phim ảnh,sách vở

Gây nên những bệnh khá phổ biến và khó điều trị ở người, gia súc, câytrồng , như hắc lào, nấm vẩy rồng, nấm kẽ chân, nấm phổi, nấm tóc, nấm mào

gà Ngoài ra còn tiết độc tố gây ngộ độc thức ăn như Aspergilus, gây tổn thất lớntrong chăn nuôi

4.5 TẢO (ALGUE)

Là những thực vật bậc thấp, quang tự dưỡng (Abtotrophe) sống chủ yếu ởtrong nước và những nơi có độ ẩm, có ánh sáng (trên mặt đất, trong đất, trên đồinúi, thân cây, tường ẩm, băng tuyết…)

4.5.1 Hình thái và cấu tạo của tế bào vi khuẩn Lam và tảo

4.5.2.1 Hình thái

Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) quen gọi là tảo lam (Cyanophyta, blue –gree algae), là một nhóm vi sinh vật, nhân có cấu tạo nguyên thủy như vi khuẩnthật Tế bào có chứa lục diệp tố, sắc tố lam (phycoxion), sắc tố đỏ(phywerythria) vì vậy có khả năng quang hợp

Hình dạng và kích thước khác nhau: Là đơn bào, dạng sợi đa bào(Spirulina) Tế bào sinh dưỡng có hình cầu nhỏ, elip rộng, quả lê, hình trứng,kích thước một vài µm (như chi Synechococcus), đứng riêng hoặc tập hợp thànhđám, liên kết thành màng, có hình xoắn lò so dài 25 – 50 µm

4.5.2.2 Cấu tạo

Gần với cấu tạo vi khuẩn Gram âm, vách tế bào khá dày, phân thành 2tầng, tầng ngoài là tầng lipopolysaccarit, tầng trong là tầng peptidoglycan Nhiều

vi khuẩn lam còn tiết ra bên ngoài một lớp bao nhầy có cấu tạo polysaccarit

4.5.2.3 Sinh sản của vi khuẩn lam

+ Tảo đoạn hay đoạn sợi liền là chuỗi các tế bào ngắn, được đứt ra từ sợi

vi khuẩn lam Đó là kiểu sinh sôi nảy nở đặc trưng của một số chi vi khuẩn lam

+ Hạt sinh sản là một tế bào có màng nhày, được tách ra từ sợi vi khuẩnlam và làm chức năng sinh sản

Nguyên sinh chất tế bào có: chất nhân, bản quang hợp, thể ribo, các hạtchất tế bào

Chất nhân có trong miền giữa của tế bào, các bản quang hợp, thành phầnkhác phân bố trong vùng ngoại biên

4.5.2 Hình thái và cấu tạo tế bào tảo

4.5.2.3 Sinh sản của tảo: tảo có 3 cách sinh sản

+ Sinh sản dinh dưỡng: bằng hình thức phân đôi hoặc bằng đứt đoạn khúccủa cơ thể

+ Sinh sản vô tính: bằng bào tử (spore)

+ Sinh sản hữu tính: theo 3 kiểu bằng các giao tử, sinh sản hữu tính đẳnggiao, sinh sản hữu tính dị giao, sinh sản hữu tính noãn giao

Kết quả của quá trình sinh sản hữu tính là hình thành hợp tử (Zygot)

4.5.3 Vai trò và giá trị dinh dưỡng cuat vi khuẩn Lam và Tảo

+ Tảo hấp thu CO2, nhả O2 làm cho môi trường trong sạch, thoáng khí.Hiệu suất sử dụng CO2 đạt 30% (Chlorella), 80 – 85% (Spirullina), trong khi câytrồng nói chung chỉ đạt < 10% Vì vậy năng suất nuôi tảo cao hơn nhiều so vớitrồng trọt

+ Tảo có chứa diệp lục (chlorophyl) nên có khả năng quang hợp như câyxanh Hiệu suất sử dụng năng lượng mặt trời của tảo đạt tới 3 – 4%, trong khi đóđậu tương và lúa chỉ đạt 0,25%

+ Tảo có giá trị dinh dưỡng cao vì chứa nhiều protein và các axit amin,hàm lượng protein chiếm 40 – 50% (tảo Chlorella), 70% (tảo Spirullina) Tổngcác axit amin không thay thế chiếm tới 42%, đặc biệt là lyzin cao hơn nhiều sovới lúa mạch Giá trị về vitamin trong tảo lam cũng rất lớn, hàm lượng vitamin A;B; K và nhiều yếu tố sinh trưởng khác, cao hơn nhiều so với các loại thức ănkhác, ngoài ra một số tảo lam còn chứa hoạt chất có giá trị y học

+ Tảo có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình hình thành và cải tạo đất,tảo tham gia vào việc khép kín vòng tuần hoàn các chất trong tự nhiên

+ Một số loại tảo lam có khả năng đồng hóa nito phân tử, làm dầu dinhdưỡng nito cho phân tử đất và cung cấp nito cho cây trồng

+ Tảo còn là nguồn thức ăn tốt nhất cho các loại thủy sản

Tuy nhiên bên cạnh những loại tảo có giá trị dinh dưỡng, một số loại tảolại sinh ra chất độc, gây độc cho nguồn nước, gây độc cho các động vật thủysinh, qua đó có thể gây độc cho người, nếu người ăn phải các loại thủy sản này,một số ít loại tảo tiết ra độc tố, gây độc trực tiếp cho các sinh vật tiêu thụ chúng

CHƯƠNG 3 SINH LÝ HỌC VI SINH VẬT

* Mục tiêu:

Sinh viên biết được thành phần hóa học của tế bào, các kiểu dinh dưỡng

và quá trình trao đổi chất, quá trình phân giải, tổng hợp các chất hữu cơ của visinh vật

Biết phương pháp nghiên cứu cấu tạo bên trong của các vi sinh vật, từ đóđưa ra phương pháp nuôi dưỡng các loại vi sinh vật có lợi cho ngành chăn nuôi

và tiêu diệt các loại vi sinh vật có hại trong nông nghiệp

Tỉ mỉ, cẩn thận khi nghiên cứu, tiếp xúc gián tiếp với vi sinh vật

3.1 DINH DƯỠNG VI SINH VẬT

3.1.1 Thành phần hóa học của tế bào vi sinh vật

a Nước

Nước chiếm 70 – 80 % trọng lượng cơ thể Tham gia vào tất cả các quátrình sống xảy ra trong tế bào Nước tồn tại ở 2 trạng thái: nước tự do và nướcliên kết

Thành phần cơ bản của protein là các axit amin

Gồm protein đơn giản và protein phức tạp

Hiện nay người ta đã biết chủ yếu có trên 20 loại axit amin phổ biến, mặc

dù số lượng protein rất lớn

Trong phân tử protein các axit amin liên kết với nhau nhờ giây nối giữagốc cacboxyl và amin – NH – CO – gọi là mạch peptit

* Axit nucleic (acide nucleique)

Axit nucleic có 2 loại: Axit ribonucleic (ARN) và axit dezoxiribonucleic(ADN) Axit nucleic được cấu tạo bởi nhiều đơn vị mononucleotit Mỗimononucleotit gồm 3 thành phần như sau :

số đặc tính vật lý) Loại lipit điển hình và đơn giản nhất là dầu và mỡ.

Lipit nói chung không hòa tan trong nước, trong rượu, nhưng hòa tantrong các dung môi hữu cơ Lipit thường làm nhiệm vụ các chất dự trữ trong tếbào vi sinh vật

Lipoit bao gồm nhiều loại có hoạt tính sinh học cao và giữ vai trò rất quantrọng trong hoạt động sống của vi sinh vật

Gluxit tham gia cấu tạo Axit nucleic, cấu trúc của thành tế bào, vỏ nhầy…của vi sinh vật

Vỏ nhầy và việc hình thành vỏ nhầy có liên quan đến độc lực và quá trìnhbảo vệ của vi khuẩn

Gluxit còn là nguồn dự trữ năng lượng và là sản phẩm trung gian của cácquá trình trao đổi năng lượng trong tế bào vi sinh vật.

là nguyên liệu để cấu tạo men

Vitamin có vai trò quan trọng trong các quá trình oxi hóa khử và trongquá trình hoạt hóa axit amin

Vitamin tham gia vào các coenzyme có vai trò rất quan trọng trong quátrình chuyển hóa vật chất (như trong chu trình Crebs), quá trình quang hợp…)

Trong tự nhiên một số vi sinh vật muốn phát triển bình thường cần đượccung cấp một hoặc nhiều vitamin khác nhau

* Enzym

Quá trình sống, sinh trưởng phát triển của vi sinh vật bao gồm nhiều loạiphản ứng, như phân giải tổng hợp Quá trình này tiến hành được trong điều kiệnbình thường là do cơ thể vi sinh vật có nhiều loại enzyme

Enzym có nguồn gốc protein hay nói cách khác enzym có bản chấtprotein Dựa vào bản chất hóa học chia enzym thành hai loại

- Enzym đơn giản, tương ứng với protenin đơn giản, gồm những loại cóthành phần thuần túy là axit amin và tính xúc tác sinh học của chúng được quyđịnh bởi cấu trúc phân tử của protein

- Enzym phức tạp: ngoài phân tử protein, còn có phần hữu cơ không protein

Cơ thể vi sinh gồm 2 loại enzym: enzym nội và enzym ngoại

+ Enzym nội (endoenzym) trong tế bào phát huy tác dụng xúc tác chuyểnhóa trong tế bào

+ Enzym ngoại (exoenzym) phát huy tác dụng xúc tác ở ngoài cơ thể vi sinh vật

Cơ thể vi khuẩn có hàng trăm loại enzym và chúng hoạt động rất nhịpnhàng Kết quả của chúng giúp cho vi sinh vật sống bình thường Ngược lại nếu

vì một lý do nào đó enzym không hoạt động xúc tác bình thường thì cơ thể sẽ bịảnh hưởng, quá trình sống của vi sinh vật sẽ bị đình trệ hoặc đảo lộn, vi khuẩn

có thể bị tê liệt hoặc có thể bị chết

3.1.2 Các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật

Quá trình hấp thu các chất dinh dưỡng từ môi trường xung quanh vào cơthể vi sinh vật là quá trình dinh dưỡng

* Nhu cầu thức ăn

Căn cứ vào nhu cầu của vi sinh vật người ta có thể chia thức ăn của visinh vật làm 3 loại :

- Thức ăn năng lượng: Sau khi hấp thu cung cấp cho vi sinh vật một sốnăng lượng cho hoạt động sống Gồm các loại protein, gluxit, lipit… là thức ănnăng lượng thường gặp

- Thức ăn kiến tạo: Tham gia xây dựng các cấu trúc của vi sinh vật

Trong thực tế một loại thức ăn có thể là nguồn năng lượng, vừa có thể lànguyên liệu để xây dựng các câu trúc

- Yếu tố sinh trưởng (thức ăn đặc hiệu): là những chất hữu cơ cần thiết đối vớihoạt động sống mà nó không tự tổng hợp được

* Các kiểu dinh dưỡng

Căn cứ vào nguồn cacbon, năng lượng và chất nhận electron Người ta chiathành các kiểu dinh dưỡng sau đây:

- Dị dưỡng cacbon

Vi sinh vật dị dưỡng cacbon là loại vi sinh vật sử dụng nguồn dinh dưỡngcacbon trong tự nhiên từ các hợp chất hữu cơ Đối với vi sinh vật dị dưỡng háokhí quá trình oxy hóa sinh năng lượng (hô hấp) xảy ra theo việc liên kết hydrovới oxy của không khí

( C ) ( H ) ( O )

Nguyên liệu xây dựng Sinh khối H2O (H)

Các chất dinh dưỡng Nguyên liệu năng lượng CO2

hữu cơ +H2O

Oxy không khí

Đối với vi sinh vật dị dưỡng yếm khí thì quá trình oxy hóa sinh nănglượng không kèm theo việc liên kết với oxy của không khí

( C ) ( H ) ( O )

Nguyên liệu xây dựng sinh khối

Các chất dinh dưỡng ( H) Các sản Hữu cơ +H 2 O phẩm trao Nguyên liệu năng lượng đổi chất

( Sơ đồ dị dưỡng cacbon trong điều kiện yếm khí)

- Tự dưỡng cacbon

Vi sinh vật sử dụng nguồn cacbon tự nhiên từ hợp chất cacbon vô cơ như

CO2 hoặc muối cacbonat

Quá trình sinh tổng hợp cần phải có năng lượng

Hợp chất vô cơ này không có năng lượng dự trữ nên năng lượng phảiđược cung cấp từ các nguồn khác

+ Sử dụng trực tiếp năng lượng của ánh sáng mặt trời

+ Sử dụng năng lượng hóa học nhờ sự oxy hóa chất vô cơ

* Dinh dưỡng quang năng

Vi sinh vật nhờ có sắc tố quang hợp mà có khả năng hấp thụ năng lượng ánhsáng mặt trời và và chuyển hóa thành năng lượng hóa học (tích lũy trong ATP)

hv(năng lượng mặt trời)

Pvc : photphat vô cơ

NADox : Nicotiamit adenin dinucleotit oxy hóa

NAD khử : Nicotiamit adenin dinucleotit khử

* Dinh dưỡng hóa năng

- Dinh dưỡng hóa năng vô cơ

Trường hợp này các chất cho điện tử là chất vô cơ, chất nhận điện tử làoxy hoặc một chất vô cơ khác

Ví dụ: vi khuẩn Nitrosomanas tiến hành quá trình như sau

2 NH3 + 2 O2 2HNO2 + 4 H + Q

CO2 + 4 H + Q 1/6 ( C6 H12 O2) + H2O

- Dinh đưỡng hóa năng hữu cơ

Trường hợp này chất cho điện tử là một chất hữu cơ Phần lớn các loài visinh vật có kiểu dinh dưỡng này, tùy theo các chất nhận điện tử mà chia thành bakiểu trao đổi chất khác nhau: lên men, hô hấp hiếu khí, hô hấp kỵ khí

Điểm chú ý về dinh dưỡng cacbon

- Sự phân loại hình dinh dưỡng không phải tuyệt đối: Giữa loại hình dị dưỡng

và tự dưỡng, giữa loại quang năng và hóa năng đều có loại hình trung gian

- Số lượng hợp chất hữu cơ mà vi sinh vật sử dụng rất lớn

- Mức độ sử dụng các loài vi sinh vật rất khác nhau Mức độ này phụthuộc một phần vào đặc tính sinh lí của vi sinh vật, một phần khác phụ thuộcvào đặc tính lý hóa của bản thân chất hữu cơ

- Ngoại cảnh ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình đồng hóa của các loại visinh vật

Do đó trong quá trình nuôi cấy vi khuẩn chúng ta phải chú ý đầy đủ đếnđặc tính sinh lý, tính chất lý hóa của nguồn cacbon và cả điều kiện ngoại cảnhvới những chất sinh trưởng nhất định

* Dinh dưỡng khoáng

Ngoài nước, các chất hữu cơ… tế bào vi sinh vật còn chứa nhiều chấtkhoáng Lượng chất khoáng thay đổi tùy loại, từng giai đoạn và điều kiện sinhtrưởng của vi sinh vật

Các nguyên tố đa lượng gồm có: P, K, Ca, S, Mg…

Các nguyên tố vi lượng gồm có Mn, Cu, Co, B…

Nguyên tố P: chiếm tỉ lệ cao nhất ( 50 % so với tổng các nguyên tố khoáng) Nguyên tố S: Tham gia vào thành phần một số axit amin (xistin, xistein,metionin), một số vitamin (B1, B2) và một số coenzym có vai trò quan trọngtrong quá trình oxy hóa khử

Nguyên tố K: Chiếm một tỷ lệ khá lớn trong số các nguyên tố của tế bào,đến nay người ta chưa thấy K tham gia vào bất kì thành phần nào của nguyênsinh chất tế bào Thấy K tồn tại ở dạng ion K ở mặt ngoài của cấu trúc tế bào

Nguyên tố Mg: Vi sinh vật đòi hỏi với lượng khá cao Nó tham gia nhiềuđến quá trình photphorin hóa và hoạt hóa nhiều loại enzym khác nhau Có vaitrò trong việc làm liên kết hoặc tách rời các tiểu phần riboxom với nhau