Tài liệu Vi sinh đại cương P5 docx

Trong cầu khuẩn có một số chi như sau : Hình 5-1 - Chi Micrococus : Hình cầu đứng riêng rẻ, sống hoại sinh trong đất, nước, không khí.. Vi khuẩn có cấu tạo dạng tế bào, tức có bộ phận b

giáo trình giảng dạy trực tuyến

Đờng 3/2, Tp Cần Thơ Tel: 84 71 831005, Fax: 84 71 830814 Website: http://www.ctu.edu.vn/knn email: dminh@ctu.edu.vn, vtanh@ctu.edu.vn

Vi sinh đại cươnG

Vi sinh đại cươnG

Chương 5:

vi sinh vật nhân nguyên

CHƯƠNG V

VI SINH VẬT NHÂN NGUYÊN (Procaryotic microorganism)

****

Vi sinh vật Nhân Nguyên (Tiền Hạch) (Prokaryotic microorganisms) bao gồm các

vi sinh vật đơn bào, không có nhân thực sự Tất cả vi sinh vật tiền hạch được xếp chung vào một nhóm, nhóm vi khuẩn (group Schizomycetes), bao gồm vi khuẩn (Bacteria), xạ khuẩn (Actinomycetes), Mycoplasma, Ricketxia (Rickettsias), dạng L của vi khuẩn (L-form) Vi Khuẩn Lam hay Tảo Lam hay Thanh Thực Vật (Cyanophyta) cũng là vi sinh vật nhân nguyên nhưng tự dưỡng

I VI KHUẨN :

A HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC :

Vi khuẩn có ba hình dạng chính: cầu khuẩn (coccus), trực khuẩn (bacille, monas) và xoắn khuẩn (spira) Giữa ba loại này thường có những dạng trung gian Thí dụ như dạng cầu trực khuẩn (coccobacille) hoặc dạng phẩy khuẩn (vibrie)

a/ Cầu khuẩn : Là loại vi khuẩn có hình cầu, hình ngọn nến, hình hạt cà phê Kích thước trong khoảng 0,5 - 1µ Trong cầu khuẩn có một số chi như sau : (Hình 5-1)

- Chi Micrococus : Hình cầu đứng riêng rẻ, sống hoại sinh trong đất, nước, không khí

- Chi Diplococcus : Hình cầu dính nhau từng đôi một (do phân cắt theo một mặt phẳng xác định), có một số loài có khả năng gây bệnh cho người Thí dụ : Neisseria gonorrhocae, gây bệnh lậu

- Chi Streptococcus : Hình cầu và dính với nhau thành chuỗi dài Streptococcus lactis lên men lactic

- Chi Sarcina: Phân cắt theo ba mặt phẳng trực giao với nhau và tạo thành khối gồm 8 , 16 tế bào hoặc nhiều hơn Hoại sinh trong không khí Sarcina urea có khả năng phân giải urê khá mạnh

- Chi Staphilococcus : Phân cắt theo các mặt phẳng bất kỳ và dính với nhau thành từng đám như chùm nho, hoại sinh hoặc ký sinh gây bệnh cho người và gia súc

Nói chung, cầu khuẩn không có roi (roi) nên không có khả năng di động (Hình 1)

5-Hình 5-1: 5-Hình dạng một số chi vi khuẩn thuộc dạng cầu khuẩn

b/ Trực khuẩn: Có hình que, đường kính 0,5 -1µ, dài 1 - 4µ , gồm các giống (Hình 5-2)

- Chi Bacillus : Trưüc khuẩn gram dương, có nha bào, không thay đổi hình dạng khi sinh nha bào hay nha bào (endospore)

- Các trực khuẩn gram âm không sinh nha bào, có roi gồm các chi Pseudomonas có 1 - 7roi, Xanthomonas có 1 roi, Erwinia có nhiều roi mọc chung quanh,

- Chi Corynebacterium : Hình chùy, không có nha bào, hình dạng và kích thước có thay đổi nhiều khi nhuộm màu, tế bào thường tạo thành các đoạn nhỏ bắt màu khác nhau

- Chi Clostridium : Trực khuẩn gram dương, 0,4 - 1µ x 3 - 8µ , có sinh nha bào, nha bào to hơn chiều ngang tế bào nên khi có nha bào tế bào thường phình ra ở giữa hay ở

một đầu Có thể gây bệnh như Clostridium tetani gây bệnh uốn ván, hoặc có lợi như Clostridium pasteurianum là vi khuẩn cố định đạm trong đất

Hình 5-2: Hình dạng một số chi vi khuẩn có dạng trực khuẩn

Hình 5-3: Hình dạng một số chi vi khuẩn có dạng xoắn khuẩn và phẩy khuẩn

c/ Phẩy khuẩn: Có hình que hơi uốn cong giống như dấu phẩy Chi thường gặp là Vibrio Phần lớn hoại sinh, có một số gây bệnh cho người và gia súc (Hình 5-3)

d/ Xoắn khuẩn: ( Spira: xoắn ) Có từ hai vòng xoắn trở lên, gram dương di động được nhờ một hay nhiều roi mọc ở đỉnh Kích thước 0,5 - 3µ x 5 - 40µ Chi Spirillum thuộc nhóm hình dạng nầy(Hình 5-3)

Vi khuẩn có cấu tạo dạng tế bào, tức có bộ phận bao che và nguyên sinh chất bên trong Bộ phận bao che gồm có vách (cell wall) cùng các phụ bộ của vách và màng nguyên sinh chất (plasmalemma) Nguyên sinh chất bao gồm tế bào chất (cytoplasm) và thành phần của nhân là DNA Trong tế bào chất có chứa nhiều cơ quan con giữ các vai trò khác nhau trong tiến trình sống của vi khuẩn (Hình 5-4)

1 Bộ phận bao che vi khuẩn:

Một cách tổng quát, vi khuẩn có hai lớp màng chính, từ ngoài vào trong lần lượt là vách tế bào và màng nguyên sinh Ngoài ra ở một số chi vi khuẩn còn được bọc bên ngoài một lớp vỏ nhày hoặc một lớp dịch nhày

a/ Vỏ nhày và lớp dịch nhày : ( capsule và slime )

Vỏ nhày (còn gọi màng nhày) có hai loại, vỏ nhày lớn (macrocapsule) và vỏ nhày nhỏ (microcapsule) Vỏ nhày lớn có chiều dày lớn hơn 0,2µ nên thấy được dưới kính hiển

vi thường (Hình 5-5) Còn vỏ nhày nhỏ có chiều dày dưới 0,2µ , chỉ quan sát được qua kính hiển vi điện tử

Một số vi khuẩn khác không có vỏ nhày nhưng được bao phủ một lớp dịch nhày không giới hạn xác định và không cấu trúc rõ ràng Thí dụ: Chi Xanthomonas

Công dụng của vỏ nhày là để bảo vệ tế bào vi khuẩn và là nơi tích lũy chất dinh dưỡng của vi khuẩn Thí dụ: Phế cầu khuẩn Streptococcus pneumoniae khi có vỏ nhày sẽ không bị bạch huyết cầu thực bào, còn nếu mất vỏ nhày sẽ bị thực bào mau lẹ

Nhuộm vỏ nhày là phương pháp làm tiêu bản âm bằng cách trộn vi khuẩn với mực tàu

Ở một số vi khuẩn, khi môi trường nuôi cấy cạn dần chất dinh dưỡng vi khuẩn tiêu thụ đến chất dinh dưỡng trong vỏ nhày, làm cho vỏ nhày tiêu biến dần đi

Phần lớn thành phần hóa học của lớp vỏ nhày hoặc dịch nhày là nước (98%) và polysaccarit

A B

Hình 5-4: Sơ đồ cấu tạo của vi khuẩn Phần A (bên trái vạch giữa hình) là vi khuẩn có vỏ

nhầy lớn; phần B (bên phải) là vi khuẩn có vỏ nhầy nhỏ

Hình 5-5: Vỏ nhày lớn của cầu khuẩn được nhuộm với mực tàu (nhuộm âm bản)

Vi khuẩn có vỏ nhày hoặc dịch nhày sẽ cho khuẩn lạc ướt, láng, trơn; còn vi khuẩn không vỏ nhày hoặc dịch nhày sẽ tạo thành những khuẩn lạc khô, xù xì Còn các

vi khuẩn có lớp dịch nhày rất nhày nhớt sẽ tạo thành những khuẩn lạc nhày nhớt

b/ Vách tế bào hay thành tế bào: ( cell wall )

Vách tế bào vi khuẩn có kích thước khác nhau tùy loại Nói chung, vi khuẩn gram dương có vách tế bào dày hơn, khoảng 14 - 18 nm, trọng lượng có thể chiếm10 - 20% trọng lượng khô của vi khuẩn Vi khuẩn gram âm có vách tế bào mỏng hơn, thường khoảng 10nm (1nm (nanômét) = 10 -3µ = 10-6mm = 10-9 m)

Công dụng của vách là để bao bọc, che chở cho khối nguyên sinh chất bên trong và giúp cho vi khuẩn có hình dạng nhất định Các vi khuẩn không có vách như dạng L của vi khuẩn và mycoplasma thì không có hình dạng nhứt định

Cấu tạo hóa học của vách tế bào vi khuẩn gồm hai chất dị cao phân tử (heteropolymer) là glycôpeptit và nhóm pôlysaccarit Hàm lượng của glycopeptit biến động trong khoảng 95% ở vách tế bào vi khuẩn gram dương và 5 - 20% ở vách vi khuẩn gram âm Các vi khuẩn trong nhóm ưa mặn không chứa glycôpeptit Glycôpeptit còn gọi là mucôpeptit, peptidôglycăn (Hình 5-6)

Nhóm pôlysaccarit đặc biệt của vách tế bào gram dương là acid têchoic Vi khuẩn gram âm không có acid têchic (Hình 5-6)

Vách tế bào gram âm phức tạp hơn, chứa ít glycôpeptit hơn đồng thời có sự hiện diện của lipid và prôtêin và được xếp thành nhiều lớp Thí dụ: Ở vi khuẩn Escherichia coli (Hình 5-7)

Về mặt cấu trúc vật lý, vách của tế bào vi khuẩn được cấu tạo ở dạng sợi đan với nhau thành nhiểu lớp, rắn chắc nhưng có nhiều lổ nhỏ cho phép các phân tử vật chất nhỏ chui qua được Nhờ đó có sự trao đổi chất (nước, acid amin, glucôz, acid béo và cả các chất hửu cơ thích nghi khác) với bên ngoài

c/ Màng nguyên sinh chất : (plasmalemma)

Bên dưới lớp vách tế bào là lớp màng nguyên sinh chất (protoplasmic

Hình 5-6: Sơ đồ cho thấy sự khác biệt trong cấu tạo vách của vi khuẩn

gram dương (bên trái) và vi khuẩn gram âm (bên phải)

Hình 5-7: Sơ đồ cấu tạo vách tế bào vi khuẩn gram âm (Escherichia coli)

membrane, plasma membrane, plasmalemma, cytoplasmic membrane) Màng nguyên sinh chất dày 5 - 10nm và chiếm khoảng 10 - 15% trọng lượng tế bào Màng này đảm nhiệm 4 chức năng:

- Duy trì áp suất thẩm thấu của tế bào

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

- 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 vỏ nhày

- Là nơi chứa một số men và cơ quan con của tế bào (như ribôxôm)

Màng nguyên sinh chất có cấu tạo 3 lớp Ngoài cùng và trong cùng là hai lớp prôtêin, ở giữa là lớp phospholipid Lớp phospholipid lại gồm hai lớp phân tử, một lớp có gốc quay vào trong và một lớp có gốc quay ra ngoài (Hình 5-8)

Hình 5-8: Sơ đồ mô hình cấu tạo màng nguyên sinh chất của vi khuẩn

- Là nơi tạo ra các phần tử ban đầu hoặc các chất liệu kiến trúc cần thiết cho quá trình tổng hợp của tế bào

- Là nguồn năng lượng của tế bào (thí dụ: glucôz hoặc các chất ôxyd hóa khác)

- Chứa đựng các chất bài tiết của tế bào để thải ra bên ngoài

Trong tế bào chất của vi khuẩn trưởng thành, người ta quan sát thấy nhiều cơ quan con khác nhau như mêzôxôm (mesosomes), ribôxôm (ribosomes), không bào, các hạt chất dự trữ, các hạt sắc tố và các cấu trúc của nhân

Hình 5-10: Hạt mêxôxôm xuất hiện ở vùng hình thành vách ngăn phân căch

hai tế bào trong quá trình phân cắt tế bào

b/ Ribôxôm:

Ribôxôm của vi khuẩn chứa 40 - 60% RNA và 35 - 60% prôtêin và một ít lipid, một số men như ribônuclêaz, và một ít khoáng chất (nhiều Mg và ít Ca) Phần prôtêin

của ribôxôm làm thành một mạng lưới bao quanh phần RNA Trong tế bào vi khuẩn phần lớn ribôxôm nằm tự do trong tế bào chất, phần ít hơn bám trên màng nguyên sinh chất

Ribôxôm trong vi khuẩn ở dưới dạng hạt gồm 2 tiểu thể có kích thước khác nhau ,tiểu thể lớn có hằng số lắng là 50 S và hạt nhỏ là 30 S (1 S = 10-13 cm/giây) Mỗi tế bào vi khuẩn có chứa nhiều hơn 1000 ribôxôm

Ribôxôm là trung tâm tổng hợp prôtêin của tế bào

c/ Các hạt khác:

- Các hạt hydrat carbon: Các hạt này chứa tinh bột hoặc glycôgen hoặc các chất tương tự nằm trong tế bào chất như những chất dự trữ Khi thiếu thức ăn vi khuẩn sẽ lấy các hạt này làm nguồn năng lượng và nguồn thức ăn carbon

- Hạt volutin: Trong một số vi khuẩn đặc biệt hoặc trong một số điều kiện đặc biệt tế bào chất vi khuẩn có chứa các hạt volutin Đó là những hạt hình cầu φ ≈ 0,5µ Nó là một phức chất cấu tạo bởi pôlyphốtphat, lipôprôtêin, RNA và Mg++

- Giọt mỡ: Xuất hiện khi nuôi cấy vi khuẩn trên các môi trường chứa nhiều đường, glycerin hoặc các hợp chất carbon dễ đồng hóa khác

- Giọt lưu huỳnh: Một số vi khuẩn lưu huỳnh có chứa thường xuyên các giọt lưu huỳnh trong tế bào, do kết quả oxyt hóa H2S sinh ra Giọt lưu huỳnh được dùng làm nguồn năng lượng khi đã sử dụng hết H2 S của môi trường chung quanh

H2S + 1/2 O2 → S + H2O + Q 2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 + Q

- Các tinh thể: Trong một vài vi khuẩn có thể chứa thêm một tinh thể đặc biệt Ở

vi khuẩn Bacillus thuringiensis hoặc B dendrolimus, các tinh thể đặc biệt này có khả năng giết hại một số côn trùng phá hại mùa màng Hiện nay, người ta sử dụng các vi khuẩn này trong bảo vệ thực vật để chống lại một số sâu trong nông nghiệp Thí dụ sản phẫm BT tức vi khuẩn B thuringiensis có khả năng giết sâu tơ trên cải bắp

4 Nhân của vi khuẩn:

Vi sinh vật nhân nguyên khác với vi sinh vật nhân thực ở điểm là không có nhân rõ ràng Nhìn qua kính hiển vi, trong một vài tình trạng chúng ta có thể nhìn thấy được vùng tập trung chất nhân Còn trong các tình trạng khác chúng ta không quan sát được Để xác nhận vi khuẩn có nhân hay không phải dùng đến biện pháp hóa học nhuộm DNA của nhân Ngoài ra còn dùng phương pháp phân tích quang phổ (DNA hấp thu tia sáng có bước sóng 260nm) Sau nhiều thực nghiệm, các tác giả đều đồng ý là có sự hiện diện của DNA trong tế bào chất của vi khuẩn, mà DNA là thành phần chính yếu của nhân

Ngày nay, mọi người đều thống nhất là vi khuẩn có DNA là thành phần chính yếu của nhân, tuy nhiên không có nhân rõ rệt vì DNA hoặc phân tán rãi rác trong các tế bào chất, hoặc tập trung lại thành vùng, nhưng không có màng nhân và tiểu hạch như ở tế bào nhân thực Vi khuẩn chỉ có thể nhân (nuclear body) hoặc vùng nhân mà thôi

Thể nhân của vi khuẩn được xem như nhiễm sắc thể, cấu tạo bởi hai sợi DNA xoắn kép, rất dài theo mô hình do Watson và Crick đề xuất Ở vi khuẩn Escherichia coli, sợi DNA dài 1,2mm, rộng 2mm mà ngày nay người ta đã dùng tia phóng xạ chụp hình rất rõ ràng (Hình 5-11)

Nhiễm sắc thể của vi khuẩn đảm nhiệm mọi chức năng như nhân của vi sinh vật nhân thực

Hình 5-11: Hình chụp qua tia phóng xạ sợi DNA của vi khuẩn E coli K12 Hfr

(Sợi dưới là ảnh chụp, vòng trên, đậm, là hình vẽ lại) cho thấy sợi DNA đang trong quá trinh tách hai (phần A và C)

5 Roi (hay roi) và sợi pili: (flagellum (flagella, số nhiều) và pilus (pili, số nhiều))

Vi khuẩn có thể có roi hoặc không có tùy từng chi Nhiệm vụ chính của roi là giúp

vi khuẩn di động một cách chủ động

α) Vị trí của roi trên vi khuẩn:

- Không có roi: vi khuẩn vô mao (atrichate), không di động một cách chủ động được

- Roi mọc ở đỉnh :

+ Một roi mọc ở một đỉnh (đơn mao: monotrichate), thí dụ vi khuẩn Xanthomonas campestris pv oryzae

+ Có thể là một chùm roi mọc ở đỉnh (lophotrichate) Thí dụ: Vi khuẩn Pseudomonas solanacearum

+ Mỗi đỉnh có một chùm roi (amphitrichate) Thí dụ : vi khuẩn Spirillum volutans

- Roi mọc chung quanh (chu mao = peritrichate), roi mọc chung quanh vi khuẩn Thí dụ: chi Erwinia

β) Cấu tạo của roi:

Nhờ kính hiển vi điện tử chúng ta có thể quan sát được cấu tạo của các roi của vi khuẩn Roi phát xuất từ lớp ngoại nguyên sinh chất, phía bên trong màng nguyên sinh chất (Hình 5-12)

Hình 5-12: Aính chụp qua kính hiển vi điện tử (trên) và sơ đồ (dưới) nơi roi đính vào tế bào vi khuẩn của hai nhóm vi khuẩn gram âm (trái) và gram dương (phài)ì

Ở gốc của roi có hai hạt gốc có đường kính 40nm Kế đó là các móc để roi đính vào tế bào vi khuẩn, đường kính của móc hơi lớn hơn đường kính của roi Quan sát trên một số

vi khuẩn, như ở xoắn khuẩn (Spirillum), roi do nhiều sợi nhỏ xoắn lại với nhau (17 -

20 sợi nhỏ)

Muốn quan sát roi dưới kính hiển vi thường chúng ta phải nhuộm màu, bằng cách dùng alcaloid (tannin) để đắp lên roi làm cho roi roi to ra, có thể thấy được dưới kính hiển vi

Tốc độ và kiểu di động của vi khuẩn không giống nhau tùy loài và tùy vị trí của roi Các loài vi khuẩn có roi ở một đầu có tốc độ di chuyển mạnh mẽ nhất ( # 60 - 200µ/giây) Nhìn chung các loài vi khuẩn khác di chuyển chậm hơn khoảng 2 - 10µ / giây Vi khuẩn có roi ở một đầu di động theo một hướng rõ rệt, nhưng vi khuẩn roi chu mao thì lại di chuyển theo một kiểu quay lung tung

Sự có mặt hay không và vị trí, số lượng của roi là một trong các yếu tố để định tên của vi khuẩn Có nhiều vi khuẩn giống hệt nhau về hình thái nhưng khác nhau rõ rệt về khả năng di động hoặc về vị trí sắp xếp của roi

Tuy nhiên, điều kiện môi trường và thời gian nuôi cấy có thể ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng di động của các loài vi khuẩn có roi Nhiệt độ cao quá hoặc thấp quá, pH môi trường, nồng độ muối, nồng độ đường, sưü có mặt của các chất độc, các sản phẩm trao đổi chất của bản thân vi khuẩn, tác động của năng lượng bức xạ, không những ảnh hưởng đến tốc độ di chuyển mà còn làm đình chỉ hẳn sự di chuyển của vi khuẩn

Đối với vi khuẩn không có roi, trong môi trường lỏng chúng vẫn có thể chuyển động hỗn loạn do hiện tượng va chạm không ngừng của các phân tử vật chất trong chất lỏng (chuyển động Brown)

Ngoài roi, một số loài vi khuẩn còn có sợi pili (pilus: số ít; pili: số nhiều) Đó là những sợi lông rất ngắn khoảng 0,3 - 1µ, đường kính khoảng 0,01µ và thường có khoảng

100 đến 400 sợi / tế bào Pili không là cơ quan di động mà là phương tiện giúp vi khuẩn bám được tốt trên bề mặt cơ chất Pili còn có thể tham gia vào quá trình dinh dưỡng của

vi khuẩn, giúp cho tế bào tăng bề mặt hấp thu chất dinh dưỡng lên rất nhiều lần Ngoài

ra ở mỗi vi khuẩn có một số sợi pili sinh dục (sex pili) có nhiệm vụ tiếp nhận các đoạn