1. Trang Chủ
  2. Sinh học
  3. Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Chương 3 - TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Chương 3 - TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Chương 3 Sinh lý học vi sinh vật, cung cấp cho người học những kiến thức như: Dinh dưỡng và sự trao đổi chất; Sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật;...Mời các bạn cùng tham khảo! Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 Chương III Nội dung của chương SINH LÝ HỌC VI SINH VẬT 3.1. Dinh dưỡng và sự trao đổi chất - Nhu cầu dinh dưỡng của vsv - Các kiểu dinh dưỡng của vsv - Các hình thức vận chuyển qua màng của vsv - Quá trình trao đổi chất: phân giải và tổng hợp 3.2. Sinh

Thể loại Tài liệu miễn phí Sinh học

Số trang 19

Ngày tạo 4/9/2023 2:51:07 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 3.89 M

Tên tệp

Tải Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Chương 3 - TS. Ng... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 Chương III Nội dung của chương SINH LÝ HỌC VI SINH VẬT 3.1. Dinh dưỡng và sự trao đổi chất - Nhu cầu dinh dưỡng của vsv - Các kiểu dinh dưỡng của vsv - Các hình thức vận chuyển qua màng của vsv - Quá trình trao đổi chất: phân giải và tổng hợp 3.2. Sinh trưởng và phát triển của vsv - Lý thuyết về sinh trưởng - Đặc điểm sinh trưởng của vsv trên các môi trường - Một số phương pháp xác định sinh trưởng ở vsv 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 1 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 2 3.1.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật 3.1. Dinh dưỡng và sự trao đổi chất Chất dinh dưỡng của vi sinh vật là bất kỳ chất nào được VSV hấp thu từ môi trường xung quanh và được sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình sinh tổng hợp hoặc cho quá trình trao đổi năng lượng của tế bào. a. Thành phần hóa học của tế bào • Nước là thành phần chủ yếu của tế bào vi sinh vật. Nước chiếm khoảng 80-% khối lượng tế bào vi sinh vật. • Các thành phần còn lại gồm các chất hữu cơ như protein, carbohydrate, lipid, axít nucleic, các chất khoáng và các chất đặc biệt (vitamin ….). • Trong đó, 95% trọng lượng khô của tế bào được cấu tạo bởi các nguyên tố: Cacbon, oxy, hydro, nitơ, sulfur, phosphor, kali, canxi, magiê, sắt. 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 3 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 4 Thành phần các nguyên tố cấu tạo nên tế bào vi sinh vật b. Yêu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật - Nước (cung cấp H và O) - Carbon: carbon hữu cơ (polysacarit, protein, lipit); carbon vô cơ (CO2, muối carbonat)  cung cấp năng lượng cho TB - Nitrogen: N hữu cơ (protein, axit amin), vô cơ (muối amon NH4+, muối nitrat NO3-), phân tử N2 (vsv cố định đạm) - Muối khoáng (P, K, Na, S…) - Các chất đăc hiệu (vitamin, kháng sinh…) 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 5 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 6 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 1
  2. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 Nguồn C được vi sinh vật sử dụng Nguồn N được vi sinh vật sử dụng 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 7 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 8 Muối vô cơ Các nguyên tố vi lượng và chức năng sinh lý 9/12/2017 9 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 10 Nguồn cung cấp C, năng lượng, điện tử của vsv 3.1.2 Các kiểu dinh dưỡng của VSV Nguồn Carbon)  Căn cứ vào khả năng đồng hoá của VSV đối với nguồn - Tự dưỡng (autotroph) CO2 là nguồn C duy nhất/ chủ dinh dưỡng Carbon phân ra hai nhóm: yếu - Nhóm vsv tự dưỡng (autotrophs): Đồng hoá nguồn dinh - Dị dưỡng (heterotroph) Nguồn C là các chất hữu cơ dưỡng là các chất vô cơ. Nguồn năng lượng - Nhóm vsv dị dưỡng (heterotrophs): Đồng hoá nguồn - Quang năng (phototroph) Nguồn năng lượng là ánh sáng tự dinh dưỡng là các chất hữu cơ. nhiên/nhân tạo  Căn cứ vào nguồn năng lượng sử dụng: - Hóa năng (chemotroph) Nguồn năng lượng là năng lượng hóa học thu được từ quá trình - Nhóm vsv quang năng (phototrophs): Sử dụng năng oxy hóa các hợp chất trong tế bào lượng từ ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo Nguồn cung cấp điện tử - Nhóm vsv hóa năng (chemotrophs): Sử dụng năng lượng - Vô cơ Sử dụng các phân tử vô cơ dạng từ các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào khử để cung cấp điện tử - Hữu cơ Sử dụng các phân tử hữu cơ để 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 11 cung cấp điện tử 12 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 2
  3. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 a. Tự dưỡng quang năng:  Căn cứ nguồn năng lượng và nguồn Cacbon mà VSV sử dụng để đồng hoá các chất, chia làm 4 nhóm dinh Là nhóm VSV sử dụng năng lượng là ánh sáng mặt trời/nhân dưỡng: tạo để đồng hoá nguồn C chủ yếu là CO2 với nguồn cung cấp H là hợp chất vô cơ. - Tự dưỡng quang năng (Photoautotroph ) - Tự dưỡng hóa năng (Chemoautotroph)  VSV có sắc tố quang hợp: - Dị dưỡng quang năng (Photoheterotroph) bacteriochlorophyll a, - Di dưỡng hóa năng (Chemoheterotroph) b, c, d hay carotenoid...  VSV quang năng:Tảo lục, vi khuẩn lam, vi  Nếu nguồn dinh dưỡng đồng hóa là Ni-tơ: khuẩn lưu huỳnh màu - Tự dưỡng amin lục (họ Chlorobiaceae), vi khuẩn lưu huỳnh tía - Dị dưỡng amin (họ Chromatiaceae). 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 13 9/12/2017 14 b. Dị dưỡng quang năng: c. Tự dưỡng hoá năng: • Là nhóm VSV sử dụng năng lượng từ sự oxy hoá chất vô cơ để • Là nhóm VSV sử dụng năng lượng là ánh sáng để đồng đồng hoá C vô cơ (CO2). hoá CO2 nhưng nguồn cung cấp H là các hợp chất hữu cơ • Nhóm vsv tự dưỡng hóa năng: VK phân giải lưu huỳnh, VK phân như rượu, axit hữu cơ đơn giản. giải sắt, VK nitrat, nitrit hóa, VK oxy hóa methane, VK sử dụng hydrogen… • Thuộc về loại này có các giống vi khuẩn không lưu huỳnh • Sơ đồ tổng quát: VK oxy hóa các hợp chất vô cơ để giải phóng màu lục, màu tía hoặc Rhodospirillum rubrum (xoắn khuẩn năng lượng  tham gia vào quá trình tổng hợp cac chất dinh dưỡng màu hồng hay đỏ tía) 9/12/2017 15 9/12/2017 16 d. Dị dưỡng hoá năng: Tóm tắt các loại hình dinh dưỡng của vi sinh vật • Là nhóm VSV sử dụng năng lượng từ sự oxy hoá chất hữu cơ để thực hiện quá trình sinh tổng hợp các chất cần thiết cho tế bào. • Phần lớn các nhóm VSV thuộc nhóm này: phần lớn vi khuẩn, nấm, protozoa) • Tuỳ theo loại VSV khác nhau mà tiến hành các quá trình oxy hoá cho năng lượng khác nhau: 9/12/2017 17 9/12/2017 18 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 3
  4. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 3.1.3 Cơ chế hấp thu các chất dinh dưỡng ở a. Vận chuyển thụ động VSV  Các phân tử đi qua màng nhờ sự chênh lệch nồng độ  Các chất được vận chuyển qua màng tế bào chất thông (trong trường hợp các chất không điện phân) hay qua một trong hai cơ chế: chênh lệch điện thế (trường hợp các ion) ở hai phía  Vận chuyển thụ động (Khuếch tán đơn giản): Các chất của màng. đi qua màng NSC nhờ sự chênh lệch nồng độ giữa hai  Kiểu vận chuyển này không tiêu tốn năng lượng của tế phía của màng (không tiêu tốn năng lượng của tế bào). bào vi sinh vật.  Vận chuyển chủ động: Các chất đi qua lại màng NSC  Có 3 hình thức vận chuyển thụ động: nhờ sự liên kết với những phân tử vận chuyển đặc biệt nằm trong màng. Những phân tử này gọi là pecmeaza - Khuếch tán đơn giản (simple diffusion) (protein thấm). Vận chuyển chủ động cần tiêu tốn năng - Khuếch tán xúc tiến (kt gia tốc- facilitated diffusion) lượng của tế bào - Sự thẩm thấu (osmosis ) 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 19 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 20 a1: Khuếch tán đơn giản (simple diffusion):  Là hình thức vận chuyển các chất hòa tan từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp và không tiêu tốn năng lượng.  Sự khác biệt về nồng độ của một chất ở 2 bên màng NSC tạo nên một gradient nồng độ các phần tử chất đó đi từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp cho tới khi đạt tới sự cân bằng động ở hai bên màng mà không đòi hỏi phải cung cấp năng lượng.  KTĐG phụ thuộc vào động năng (kinetic energy) của các phần tử nên sự khuếch tán sẽ xảy ra nhanh hơn khi (1) nhiệt độ tăng, (2) gradient nồng độ lớn và (3) vật thể có kích thước nhỏ.  Lipid, các chất tan trong lipid như oxy, nitơ, CO2, các vitamin tan trong dầu (như vitamin A, D, E, K), rượu, cồn. Khuếch tán đơn giản 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 21 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 22 a2. Khuếch tán xúc tiến (facilitated diffusion) a3. Thẩm thấu (osmosis) • Là sự khuếch tán nhờ vai trò của protein mang • Là hiện tượng vận chuyển thụ động của các phân tử • Đặc điểm: Tốc độ khuếch tán tăng dần đến mức tối đa thì dừng nước từ nơi có nồng độ nước cao (nồng độ chất hòa tan lại, mặc dù nồng độ chất khuếch tán vẫn tiếp tục tăng. thấp) tới nơi có nồng độ nước thấp (nồng độ chất hòa tan cao).  Những chất được vận chuyển bằng khuếch tán xúc tiến: có kích thước lớn Phân tử nước và không đi màng bằng được vận chuyển phương thức khuếch tán như thế nào ở các đơn giản (glucose, môi trường có nồng mannose, galactose, xylose, độ nước và chất tan arabinose và phần lớn các khác nhau ? acid amin) 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 23 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 24 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 4
  5. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 Hiện tượng thẩm thấu (Osmosis) b. Vận chuyển chủ động - Là hình thức vận chuyển sử dụng năng lượng ATP nhằm đưa  Môi trường có nồng các chất tan đi ngược chiều gradient nồng độ của chúng độ chất tan cao hơn nồng độ chất tan - Hình thức vận chuyển này được thực hiện qua vai trò của các trong tế bào  Môi protein xuyên màng đặc hiệu, đóng vai trò như các bơm hoạt trường Ưu trương động nhờ ATP để đẩy các ion như Na+, K+, H+, Ca2+, I-, Cl-  Môi trường có nồng hoặc các phân tử nhỏ như các acid amin, các monosaccharide độ nước cao hơn nồng độ nước trong đi ngược lại chiều gradient nồng độ của chúng. tế bào  môi trường - Các hình thức vận chuyển chủ động; Nhược trương + Bơm ion (ion pump – vận chuyển chủ động nguyên phát)  Nồng độ nước/chất tan cân bằng giữa + Đồng vận chuyển (cotransport – VCCĐ thứ phát) môi trường và TB  MT đẳng trương + Chuyển vị nhóm (group translocation) + Nhập bào (endocytosis) 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 25 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 26 b1: Bơm ion: Bơm Natri-kali • Bơm natri - kali (bơm Na+ - K + - ATPase): bơm Na+ ra khỏi tế bào, đồng thời bơm K + vào trong tế bào. Bơm natri - kali có ở màng của mọi loại tế bào. • Bơm natri - kali là một protein mang có hai phân tử protein dạng cầu, một to và một nhỏ. Chưa biết chức năng của phân tử protein nhỏ. Protein to có 3 vị trí tiếp nhận (receptor) đặc hiệu với Na+ ở mặt trong và 2 vị trí tiếp nhận (receptor) đặc hiệu với K + ở mặt ngoài. Ở mặt trong, gần receptor tiếp nhận Na+ có enzyme ATPase. • Khi có 3 Na+ gắn ở mặt trong và 2 K + gắn ở mặt ngoài phân tử protein mang thì enzyme ATPase được hoạt hoá, phân giải một phân tử ATP và giải phóng năng lượng. Năng lượng này làm thay đổi hình dạng phân tử protein mang, để đưa 3 Na+ ra ngoài và 2 K + vào trong tế bào 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 27 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 28 b2: Đồng vận chuyển (cotransport) Video: Bơm Na - K • Là quá trình vận chuyển cùng lúc 2 chất qua màng . • Ví dụ: Bơm Na+ - K+ - ATPase hoạt động tạo nồng độ Na+ rất cao ở bên ngoài màng tế bào. Nồng độ cao này là một thế năng, có xu hướng làm Na+ khuếch tán vào bên trong, khi Na+ đi vào thì "kèm theo" một chất khác cùng gắn vào chất mang chung với Na+. • Những chất đi cùng chiều với Na+ thì gọi là "đồng vận-symport", những chất đi ngược chiều thì gọi là "đối vận -antiport" hay "đổi chỗ". 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 29 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 30 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 5
  6. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 b3: Sự chuyển vị nhóm (group translocation) Video: chuyển vị nhóm ở vi khuẩn • Là hình thức vận chuyển được vi khuẩn sử dụng để hấp thu đường (glucose, mannose, fructose và cellobiose) nhờ hệ thống Phosphotransferase system (PTS). • PTS gồm 2 enzyme (EI và EII) và 1 protein ổn định nhiệt có phân tử lượng thấp • Hinh thức vận chuyển nay cần sử dụng năng lượng trao đổi chất từ Phosphoenolpyruvate (PEP). • PEP + Đường (ngoại bào) → Pyruvate + Đường + P (nội bào)  thành gluocose 6-photsphate 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 31 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 32 b4. Nhập bào (endocytosis) • Là hình thức vận chuyển ở các tế bào có nhân thật (Eukaryotes)  Thực bào (phagocytosis- tế bào ăn): Hấp thu các chất dinh dưỡng là chất rắn,có kích thước lớn • Các sản phẩm này tiếp xúc với màng tế bào rồi cùng màng tế bào lõm vào tạo túi thực bào, rồi túi thực bào tách khỏi màng tế bào và màng lại trở về trạng thái bình thường.  Ẩm bào (pinocytosis - tế bào uống): các quá trình cũng diễn ra như trên, chỉ khác là chất được nhập bào là các dịch lỏng và Vận chuyển qua các chất tan có kích thước nhỏ receptor trung gian ở nấm men • Tiêu hóa qua receptor trung gian (receptor-mediated endocytosis): màng tế bào lõm vào cùng các receptor protein đặc biệt gắn với chất nhập bào để tạo thành túi thực bào. 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 33 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 34 Video: Vận chuyển qua màng ở vsv Bài tập: Cho biết các hình thức vận chuyển ở hình dưới 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 35 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 36 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 6
  7. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 3.2. Trao đổi chất của vsv (metabolism) 3.2.2. Quá trình trao đổi năng lượng 3.2.1. Khái niệm chung a. Hô hấp ở VSV a. Khái niệm trao đổi chất: Là các chuyển hoá có liên quan đến qúa trình tổng hợp và phân huỷ trong tế bào. Trao đổi chất gồm có  Là quá trình oxi hoá khử các hợp chất hữu cơ, chủ yếu là hai quá trình đồng hoá và dị hoá. carbonhydrate . Đối với vsv quá trình oxi hóa khử được thực • Quá trình đồng hoá (anabolism): Tổng hợp các chất hữu cơ phức tạp từ những chất đơn giản (quá trình chế biến lại các chất dinh hiện bằng cách tách H ra khỏi cơ chất và chuyển cho chất dưỡng được hấp thụ thành chất riêng của tế bào từng loại vi sinh nhận khác nhau: có thể là oxi phân tử (O2), là chất hữu cơ vật). Quá trình này là quá trình sử dụng năng lượng. • Quá trình dị hoá (catabolism): quá trình phân cắt các phân tử hữu hoặc các chất vô cơ. cơ phức tạp (từ TA) thành các phân tử đơn giản và cung cấp  VSV có 2 kiểu hô hấp: Yếm khí và hiếu khí. Đối với hô hấp năng lượng (ATP) cho hoạt động sống của TB  Quá trình tạo năng lượng carbonhydrate  đều giống nhau ở quá trình đường phân  Ở vi sinh vật, quá trình TĐC là sự tổng hợp các phản ứng hoá học diễn ra trong tế bào, gồm hai dạng: Trao đổi năng lượng và trao đổi kiến tạo 37 9/12/2017 38 Hô hấp hiếu khí • Ở vsv nhân thật, glucose sẽ bị oxi hoá tận cùng cho 36 ATP; Ở  Quá trình hô hấp diễn ra trong điều kiện có oxy để chuyển hóa nhân sơ là 38 ATP glucose thành CO2 và cung cấp năng lượng (ATP) cho TB  Hô hấp hiếu khí là nguồn cung cấp năng lượng ATP cho các  Gồm 3 giai đoạn: đường phân, Kreb cycle, chuỗi vận chuyển hoạt động sống của TB điện tử • Đường phân  glucose bị thủy phân thành 2 pyruvat • Quá trình hô hấp diễn ra trong ty thể (TB nhân thật) hoặc ở - 2 Pyruvat bị khử carboxyl ---> 2 acetyl coenzyme A + 1 CO2 màng NSC (TB nhân sơ). - NAD+ oxi hóa  NADH+ H+  Một số nấm sợi, vi khuẩn oxi hóa không triệt để các hợp chất • Acetyl coenzyme A tham gia chu trình Kreb  khử carboxyl hữu cơ  CO2 và H2O mà tạo ra sản phẩm trung gian đó các giải phóng CO2; NAD+ oxi hóa thành NADH2; FAD+  FADH2 axit hữu cơ: • NADH2 tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử trong điều kiện - Nấm Aspergillus niger  cho axit oxalic có oxy  oxi hóa để tạo thành H2O và giải phóng năng lượng - Nấm Penicillium glaber  cho axit limonic ATP  Chất nhận điện tử: Oxy phân tử - Nấm Mucor, Rhizopus  cho axit fumaric  Sản phẩm cuối cùng: - Vi khuẩn axitic thuộc giống Acetobacter  oxi hoá ethanol  axit axetic 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 39 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 40 Hô hấp yếm khí Ví dụ: Nitrat oxy hóa trong điều kiện yếm khí • Là quá trình phân giải các hợp chất carbohydrate trong điều Nitrat bị oxy hóa  mất một oxy chuyển thành Nitrit + nước kiện không có oxy. • Gồm 3 giai đoạn: Đường phân  chu trình Kreb chuỗi hô hấp, vận chuyển điện tử giống ở hô hấp hiếu khí • Trong ĐK không có oxy: NADH+H+ sẽ bi oxy hóa trở lại thành NAD+  Mục đích: để tái tạo NAD+ để cho quá trình Một số vk như Pseudomonas, Bacillus có thể oxy hóa nitrit đường phân được tiếp tục trong điều kiện không có oxy. nitric oxide (NO), nitrous oxide (N2O) và khí N2  có vài trò • Chất nhận điện tử: các chất vô cơ: NO3-, SO42-, CO32- quan trọng trong vòng tuần hoàn N trong tự nhiên - NO3- (nitrate) bị khử  thành NO2- (nitrite) - SO42- (sulfate) bị khử  H2S (hydrogen sulfide) - CO32- (carbonate) bị khử  CH4 (methane) • Tạo thành 2 ATP • Khả năng sinh ATP thấp hơn so với hô hấp hiếu khí vì chỉ một phần chu trình Kreb có thể diễn ra trong điều kiện không có oxy 41 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 42 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 7
  8. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 b. Lên men Lên men lactic : Pyruvat được tạo thành trong quá trình đường  Là quá trình oxy hóa không hoàn toàn đường glucose hoặc phân bị oxi hóa nhờ enzyme lactase dehydrogenase thành a. lactic các hợp chất hữu cơ khác trong điều kiện không có oxy  Axit pyruvic hình thành trong quá trình đường phân Lên men lactic đồng hình: Là quá trình lên men mà sản phẩm cuối không tham gia vào chu trình Kreb, chuỗi hô hấp  bị cùng là axit lactic. khử để tạo thành a. lactic, ethanol và các sản phẩm khác Glucose (fructose) 2 Lactic acid + 2 ATP  Giải phòng một lượng nhỏ năng lượng: 2 ATP Lên men lactic dị hình: là quá trình lên men mà sản phẩm cuối  Chất nhận điện tử cuối cùng: các hợp chất hữu cơ cùng thu được ngoài axit lactic còn có có các sản phẩm khác như  Sản phẩm tạo thành của qua trình lên men nhờ nấm men, axit axetic, ethylic, CO2… vi khuẩn lactic….: - Ethanol + CO2 - Các dung môi hữu cơ: acetone, butanol Ứng dụng: Sản xuất a. lactic công nghiệp; Lên men các sản phẩm của - Các axit hữu cơ: a. lactic, a. axetic sữa (sữa chua, phomat…); sản phẩm thực vật (muối dưa…); Ủ chua - Vitamin, kháng sinh, hormone, axit amin…. thức ăn xanh cho gia súc nhai lại; Sản xuất các chế phẩm probiotics… 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 43 9/12/2017 44 Lên men rượu Một số quá trình lên men khác:  Được thực hiện bởi nấm men và môt số vi khuẩn Các vsv tham gia và sản phẩm cuối cùng Ứng dụng: Sản xuất cồn - Sản xuất rượu/bia…  Ethanol hình thành có thể được lên men tiếp đê hình thành axit acetic (dấm) nhờ vk Acetobacter  Axit acetic có thể được lên men tiếp  methan (CH4) bởi các vk Methanosarcina 9/12/2017 45 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 46 3.2.3. Quá trình phân giải các hợp chất a. Sự phân giải các hợp chất không chứa N trong môi trường Phân giải cellulose)  Quá trình phân giải ở VSV: là quá trình phân giải các chất Đặc điểm: dinh dưỡng ở môi trường thành các chất đơn giản hơn nhờ - Quá trình phân giải xơ trải qua các giai các enzyme ngoại bào (protease, amylase, cellulase …). đoạn khác nhau với sự tham gia của các enzyme Cellulase khác nhau là:  Sản phẩm của quá trình phân giải sẽ được VSV hấp thu để  C1: Cellobiohydrolase sinh tổng hợp các thành phần tế bào hoặc tiếp tục được phân  Cx: Endoglucanase và Exoglucanase giải theo kiểu hô hấp hay lên men.  -glucosidase. - Sản phẩm của quá trình phân giải: glucose •Sự phân giải các hợp chất không chứa N •Sự phân giải các hợp chất chứa N 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 47 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 48 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 8
  9. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 Vi sinh vật phân giải xơ: Một số nấm sợi có khả năng phân giải chất xơ tốt  Vi sinh vật hiếu khí: - Một số giống niêm vi khuẩn Cytophaga, Sporocytophaga, Cellulomonas - Một số loài vi khuẩn: giống Bacillus, Clostridium - Một số loài thuộc giống xạ khuẩn Streptomyces - Nấm mốc: Trichoderma, Aspergillus  Vi sinh vật yếm khí: điển hình là các loài vi khuẩn sống trong dạ cỏ của loài nhai lại Ruminococcus . Vi nấm Trichoderma sp - Ứng dụng: Các enzyme phân giải cellulose phân lập từ vsv được ứng dụng trong các lĩnh vực: + Sản xuất phân bón vi sinh (nấm trichoderma….), chất tẩy rửa sinh học + Sử dụng lên men thức ăn trong chăn nuôi gia súc nhai lại (ủ chua) + Sản xuất enzyme cellulase ở qui mô công nghiệp + Tham gia phân giải các chất xơ trong đất tăng độ phì nhiêu của đất, cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng Aspergillus Mucor Fusarium 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 49 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 50 Phân giải xylan Sự phân giải pectin • Xylan là loại hemicenlullose phân bố rất rộng trong tự nhiên do nó có •Pectins tồn tại dưới dạng: nhiều trong thành phần tế bào thực vật, trong rơm rạ, bẹ ngô, trấu… Rhamnogalacturonans, Arabinans, Galactans và Arabinogalactans. - Vi sinh vật phân giải xylan: sinh ra enzyme xylanase •Vi sinh vật phân giải pectin: VK + Những VSV phân giải được cellulose cũng sẽ phân giải được xylan (Bacillus), xạ khuẩn (Streptomyces +Trừ một vài loại VSV (Clostridium) hầu hết enzyme xylanase chỉ được nocardia), Nấm mốc (Mucor sinh ra khi có mặt của xylan là chất cảm ứng. stolonifer), Nấm men (Saccharomyces fragilis) - Quá trình phân giải: nhờ enzyme xylanase •Quá trình phân giải pectin: Nhờ + Hemicellulose (xylan) bị thủy phân nhờ xylanase  thu được các enzyme pectinase gồm 4 loại: hexose (mannose, galactose...) và các pentose (arabinose, xylose) Pectin acetylesterase, Rhamnogalacturonase, Polygalactorunase và Pectin esterase • Sản phẩm của quá trình phân giải: Ứng dụng: Enzyme xylanase thu được từ vsv được ứng dụng để: - Sản xuất phân bón vi sinh hữu cơ Các pectin bị thủy phân  các chất - Lên men các nguyên liệu giàu xơ sử dụng trong chăn nuôi, trong sản hòa tan như axit galacturonic, xuất cồn sinh học (đường hóa xơ) arabinose, xylose, galactose, axit acetic, methanol 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 51 52 Ứng dụng quá trình phân giải pectin của vsv Các vsv có khả năng phân giải pectin được sử dụng để sản xuất enzyme pectinase công nghiệp. Enzyme thu được được sử dụng trong các lĩnh vực:  Sản xuất thức ăn gia súc: pectinase được bổ sung vào thức ăn để tăng khả năng tiêu hóa chất xơ của động vật dạ dày đơn  Công nghiệp sợi, dệt, làm bao bì… (đay, gai.. Ngâm vào bể có vsv phân giải pectin  sợi đay, gai rời nhau, bóng sạch)  Phân giải các hợp chất xơ trong đất  cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng • Phần lớn pectin có trong các loại hạt có dầu (đỗ tương, hạt hướng dương,  Sản xuất phân bón vi sinh hữu cơ hạt cải dầu…). Trong ngũ cốc (ngô 5-7%) với tỷ lệ thấp hơn.  Trong sản xuất nước quả và rượu nho: Enzyme pectinase • Trong thành phần nonstarch polysaccharide (NSP) của đỗ tương, pectin được sử dụng nhằm mục đích tăng hiệu suất thu hồi dịch chiếm tỷ lệ lớn 50-55%, tồn tại dưới hai dạng: Arabinogactactan và quả, cải thiện chất lượng dịch quả, làm trong dung dịch Galacturonan. Động vật dạ dày đơn không có enzyme tiêu hóa pectin. 53 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 54 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 9
  10. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 Sự phân giải lignin: Tóm tắt quá trình phân giải lignin và các chất xơ khác • Vi sinh vật phân giải lignin: -Nấm (Acomycestes, Basidiomycetes); Xạ khuẩn (Streptomyces) và Vi khuẩn (Pseudomonas. Flavobacterium, Agrobacterium...) • Quá trình phân giải: VSV tiết các enzyme Ligninase: Lignin peroxidase; Mananese peroxydase, Laccase • Các sản phẩm phân giải lignin: các axit như a. gallic, a. protocatechic... sẽ được VSV huy động một phần vào tổng hợp ra chất mùn của đất, còn một phần khác sẽ bị oxi hoá tiếp thành các chất vô cơ. • Ứng dụng trong các lĩnh vực - Xử lý rác thải; Sản xuất phân bón vi sinh hữu cơ - Phân giải chất xơ trong đất  tăng độ phì nhiêu cho đất - Sản xuất nhiên liệu sinh học; Chế biến thức ăn chăn nuôi (đường hóa xơ) - Cellulose và hemicellulose là các polymers được cấu tạo từ các phân tử đường. Sử dụng enzyme thủy phân lignin, cellulose và hemicellulose  giải phóng các phân tử đường làm nguyên liệu lên men sản xuất cồn 55 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 56 Phân giải tinh bột • Tinh bột là chất dự trữ chủ yếu của thực vật. Đơn vị cấu tạo căn bản của tinh bột là -glucose liên kết với nhau bằng liên kết glucosid. Trong tinh bột có hai thành phần là amylose (20%) và amylopectin (80%). • Vi sinh vật phân giải tinh bột có khả năng tiết ra môi trường enzyme amilase. • Enzyme Amylase phân giải tinh bột: α-amylase, -amylase, γ- Amylase (tên khác là glucoamylase) • Sản phẩm cuối cùng của quá trình thủy phân tinh bột là các Các giai đoạn thủy phân tinh bột nhờ enzyme amylase và sản phẩm tạo thành đường đơn (glucose, mannose…) 57 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 58 • Vi sinh vật phân giải tinh bột: Phân giải các hợp chất carbohydrate của vsv dạ cỏ: - -amylase: Vi khuẩn (Bacillus subtilis, B. licheniformis, B. VSV dạ cỏ (chủ yếu là vi khuẩn)  lên men carbohydrate đê giải megaterium; Lactobacillus brevis…), Nấm men (Candida phóng năng lượng + khí (CH4, CO2) và axit béo bay hơi (VFA): a. sitophila, C.japonica); Nấm sợi, Xạ khuẩn axetic, a.propionic, a. butyric (95%) - -amylase: chủ yếu ở thực vật. Một vài vsv có sinh - amylase như: Bacillus megaterium, B. polymyxa, B. cereus; Streptomyces… - Glucoamylase: Nấm sợi sản sinh nhiều nhất trong các nhóm vsv (Aspergillus sp., Rhizopus sp., Endomyces sp….) Ứng dụng: - Sản xuất thực phẩm - Sản xuất rượu, bia -Chế biến thức ăn chăn nuôi: lên men cám gạo, bột ngô với nấm men… - Xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi ….. 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 59 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 60 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 10
  11. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 Phân giải lipid Phân giải lipid của vsv dạ cỏ: VSV phân giải lipid: Anaerovibrio lipolytica - VSV tiết enzyme lipase thủy phân lipid  glycerol và axit béo VSV thủy phân lipid nhờ tiết - Glycerol lên men  axit béo bay hơi ra enzyme lipase  thành sản phẩm cuối cùng glycerol - Axit béo được vk sử dụng để tổng hợp phospholipid của màng TB và axit béo: - VSV dạ cỏ khử các axit béo không no  axit béo no - Glycerol chuyển hóa thành dihyroxyacetone phosphate  tham gia vào quá trình đường phân  sản phẩm cuối cùng là pyruvate - Axit béo bị oxi hóa  axetyl CoA  tham gia vào chu trình Kreb 9/12/2017 61 62 b. Sự phân giải các hợp chất có chứa N protease Phân giải protein Quá trình phân • Vi sinh vật phân giải protein: Hầu hết các VSV đều có thể phân giải được giải protein và protein ở các mức độ khác nhau, nhưng hoạt tính protease cao thuộc về axit amin các giống nấm mốc và vi khuẩn. peptidase • Enzyme: protease, peptidase • Quá trình phân giải: protease peptidase Protein polypeptide, oligopeptide axit amin - Axit amin được tế bào hấp thu, một phần được sử dụng trong tổng hợp protein của tế bào, một phần tiếp tục sự phân giải thành NH3 Ứng dụng quá trình phân giải protein ở vsv: - Chế biến thực phẩm: tương, xì dầu, nước mắm….(nấm Aspergillus oryzae…) - Xử lý chất thải chăn nuôi, rác thải… - Sản xuất enzyme protease ở qui mô công nghiệp 9/12/2017 63 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 64 Sự phân giải urê • Urê là hợp chất hữu cơ đơn giản chứa tới 46,6% N. • Urê là thành phần N hữu cơ chủ yếu trong nước tiểu của động vật (chiếm (2,2%) • Nêu đặc điểm của các quá trình phân giải • Các vi khuẩn, một số xạ khuẩn và nấm mốc có khả năng sinh các hợp chất của vi sinh vật enzyme urease đều có khả năng phân giải tốt urê. Các vi khuẩn phân giải urê thường sống hiếu khí hoặc yếm khí tuỳ • Ứng dụng và tác hại của các quá trình phân tiện, chúng phát triển tốt trong môi trường trung tính hoặc giải ở vi sinh vật trong đời sống hơi kiềm, chỉ sử dụng nguồn N mà không sử dụng nguồn C trong urê. urease urease 9/12/2017 65 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 66 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 11
  12. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 Tóm tắt hoạt động phân giải và tổng hợp ở VSV 3.2.4. Các quá trình tổng hợp các chất hữu cơ • Là quá trình sử dụng các nguyên liệu thu được từ quá trình phân giải và hấp thu qua màng để tổng hợp nên các thành phần của tế bào vsv. Đây là quá trình tiêu tốn năng lượng của TB - Tổng hợp polysaccharide - Tổng hợp Lipids - Tổng hợp các amino acids và protein - Tổng hợp các axit nucleic 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 67 68 a. Tổng hợp polysaccharide của vsv dị dưỡng Tổng hợp polisaccharide của TB Tổng hợp glycogen ở VK - Polysaccharide tham gia cấu tạo thành TB của VSV gồm: peptidoglycan, vsv lipopolysaccharide ở VK, glucan và cellulose ở VSV nhân thật  Các polysaccharide được tổng hợp từ các hợp chất C như các đường đơn  đường phân  tham gia vào chu trình Kreb  UDP-glucose và ADP-glucose • UDP-glucose (uridine diphosphate glucose): Là tiền chất để tổng hợp màng TB của VK • ADP-glucose (Adenosine diphosphate glucose): là tiền chất để tổng hợp glycogen ở VK  Các polysaccharide được tổng hợp từ các hợp chất phi C (lactate, pyruvate, glycogenic, amino acids, propionate, glycerol, dihydroxyacetone và dicarboxylic acids )  tham gia vào con đường Gluconeogenesis hoặc pentose phosphate để tổng hợp glucose  đường phân  Glucose bị phosphoryl hóa nhờ enzyme hexokinase hoặc glucokinase  glucose-6phosphate  UDP glucose nhờ enzyme UDP glucose phosphorylase: tiền chất để tổng hợp cellulose, lipopolysaccharide, 69 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 70 peptidoglycan b. Cố định quang hợp CO2 c. Sinh tổng hợp lipid  Glucose tham gia quá trình Các vsv tự dưỡng sử dụng CO2 làm nguồn C duy nhất và chủ yếu đường phân  chuyển hóa VSV cố định CO2 qua 3 con thành glyceraldehyde 3- đường TĐC: phosphate  dihydroxyacetone - Chu trình Calvin-Benson: VSV phosphate  Glycerol nhân thật - Con đường 3hydroxy-  Axit pyruvic hình thành trong propionate bi-cycle: cổ khuẩn quá trình đường phân  Kreb (Thermoproteus, Sulfolobus) cycle  Acetyl CoA  axit béo và vk Chlorobium, Desulfobacter  Lipid được tổng hợp từ các axit - Chu trình Kreb/TCA khử: VK béo và glycerol sinh CH4, khử sulfate, vk sinh acetat 9/12/2017 71 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 72 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 12
  13. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 d. Sinh tổng hợp axit amin và protein Tất cả các amino acid được tổng hợp trực tiếp hoặc gián tiếp từ các sản phẩm trung gian trong quá trình phân giải các hợp chất carbohydrate, đặc biệt ở chu trình Kreb Sinh tổng Phản ứng amin hóa/trao đổi amin: Axit hữu cơ + nhóm amin  axit amin hợp purine Một số vsv không thực hiện được quá và trình này, mà cần phải có sẵn các axit pyrimidine amin để tổng hợp protein Nhiều VK và nấm sử dụng glutamate-dehydrogenase để chuyển nhóm amin từ glutamate aa 73 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 74 e. Quá trình cố định N2 - Một số VSV có khả năng cố định N không khí do chúng có enzyme nitrogenase  phá vỡ được 3 mối liên kết rất bền vững trong phân tử N2 (NN) Vi sinh vật cố định nitơ: VSV cố định nitơ gồm có 3 nhóm vi khuẩn • Vi khuẩn cố định nitơ tự do: Có các giống chủ yếu là Azotobacter, Clostridium và vi khuẩn lam sống tự do, trong đó hai giống quan trọng nhất là Azotobacter và Clostridium. • Vi khuẩn lam: Anabaena azollae sống cộng sinh với bèo hoa dâu (Azolla) có khả năng cố định N nhờ vào hệ thống nitrogenase của chúng. Hoạt tính cố định N vào khoảng 1-2,5 = mol/g/giờ, có ý nghĩa quan trọng trong ruộng lúa. • Vi khuẩn cộng sinh: Vi khuẩn nốt sần trong rễ cây họ đậu Tổng hợp protein ở vsv: nhóm nhân sơ và nhân thật 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 75 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 76 Cơ chế cố định N 3.3. Sinh trưởng của vi sinh vật • Sự cố định N cần có enzyme Nitrogenase • Nitrogenase dễ bị bất hoạt bởi O2 vì vậy các VK hiếu khí phải có các cơ chế giữ N2-ase không tiếp xúc với O2 . • Enzyme này xúc tác phản ứng chuyển N2 thành Ammonia Sinh trưởng ở (NH3) vsv là gì?  Nó khác gì với sinh trưởng ở T0=0 Phút T1=20 phút sinh vật bậc cao? T2= 40 phút • Sinh trưởng của vi khuẩn là sự tăng số lượng tế bào của quần thể, không phải tăng kích thước TB • Nghiên cứu sự sinh trưởng, phát triển của vsv là nghiên cứu sự biến đổi của một quần thể 77 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 78 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 13
  14. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 3.3.1. Lý thuyết sinh trưởng của vi khuẩn a. Cơ sở lý thuyết về sự sinh trưởng Có thể biểu thị sự tăng số lượng tế bào nói trên theo cấp số nhân: • Nghiên cứu sự sinh trưởng của vi khuẩn được tiến hành đối 1 21 22 23 24 25 26 …..2n với quần thể không phải trên 1 cá thể do TB có kích thước Công thức tính số lượng TB tại một thời điểm: nhỏ, thời gian sinh trưởng ngắn vì vậy khó tách biệt và xác định chi tiết về khối lượng kết cấu tế bào để đánh giá sự sinh Nt = N0 x 2n trưởng của nó Nt: Số lượng TB tính tại thời điểm kết thúc nuôi cấy • Các phương pháp nghiên cứu N0: số lượng TB ban đầu tại thời điểm bắt đầu nuôi cấy - Đếm số lượng tế bào. n: Số lần TB phân chia - Xác định trọng lượng tế bào (sinh khối)  Tính n theo logarith thập phân: log Nt = log N0 + n log2 - Phân tích hàm lượng các thành phần hoá học như ARN,  n = (log Nt – log N0)/log2 = (log Nt – log N0)/0,301 ADN, protein hoặc các sản phẩm trao đổi chất (rượu, axit hữu Ví dụ: Nuôi cấy 500 TB Staphylococcus aureus trong môi trường trong cơ...) 6h. Số lượng TB tăng lên là 3x106TB. Hỏi TB tụ cầu vàng đã phân chia bao nhiêu lần? Thời gian 1 lần phân chia là bao lâu? - Xác định hệ số hô hấp (sự hấp thu O2 hay CO2 và sự thải CO2 hay O2). n = log(3x106)- log(500)/0,301 =(6,47-2,7)/0,301 = 12,5 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 79  g = (60 phút x 6 giờ)/ 12,5 = 28,8 phút/thế hệ 80 Số lượng TB tăng theo logarithm (giả sử thời gian thế hệ là 20 phút, Thời gian thế hệ (g): Là thời gian cần thiết để tế bào tăng gấp đôi số nuôi cấy từ 1 TB ban đầu) lượng trong quần thể. t g=  n = t/g Log10 của Đơn vị tính (phút, giờ) n n 2n N 0 x 2n SLTB Ví dụ: Nuôi cấy TB E. coli trong phòng thí nghiệm ở 37oC trong 6 giờ 0 20 1 0 thì quần thể TB phân chia 18 lần. Hỏi thời gian thế hệ của E. coli là bao nhiêu? 5 25 32 1,51  6h = 6 x 60 phút = 360 phút 10 210 1024 3,01  Thời gian thế hệ của E. coli g= 360 : 18 = 20 phút = 0,33 giờ 15 215 32.768 4,52 Tốc độ sinh trưởng (R): Là số thế hệ sinh ra trong một đơn vị thời gian n logNt – logNo 16 216 65.356 4,82 R= = ----------------- t 0,301 t 18 218 262.144 5,42 Tốc độ sinh trưởng của VSV phụ thuộc vào: 20 220 1.048.576 6,02 - Loài vi khuẩn - Môi trường dinh dưỡng 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 81 - Yếu tố ngoại cảnh (Nhiệt độ nuôi cấy, độ ẩm…) 82 b. Quy luật sinh trưởng trong điều kiện nuôi cấy tĩnh Pha lag (pha tiềm tàng): (hệ thống đóng) • Không tăng số lượng tế bào. • MT nuôi cấy tĩnh: Là môi trường không bổ sung chất dinh dưỡng  Nguyên nhân: là do tế bào vsv cần có thời gian để thích mới và không loại bỏ sản phẩm trao đổi chất ứng với điều kiện mới và chuyển từ trạng thái nghỉ sang • Sinh trưởng của vsv biểu hiện ở đường cong sinh trưởng gồm có 4 giai đoạn/pha: trạng thái hoạt động. Đó là thời gian cần cho sự tổng hợp - Pha lag (pha tiềm tàng) các enzyme và các thành phần cần thiết cho quá trình - Pha log (pha logarith) chuyển hoá. - Pha cân bằng • Độ dài của pha này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tuổi tế - Pha tử vong bào, giống, môi trường dinh dưỡng, điều kiện nuôi cấy. • Nếu cấy tế bào trẻ, đang ở giai đoạn sinh trưởng nhanh vào môi trường không khác môi trường nuôi cấy cũ và điều kiện nuôi cấy rất thích hợp thì có thể không xuất hiện pha lag. 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 83 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 84 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 14
  15. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 Pha logarit (pha sinh trưởng theo luỹ thừa) Pha ổn định (cân bằng) • Số lượng tế bào ở trạng thái cân bằng động học - số lượng tế • Số lượng tế bào tăng lên nhanh theo luỹ thừa. bào sinh ra cân bằng với số lượng tế bào chết đi  sinh khối Tế bào có kích thước điển hình, có sự tương tự TB ổn định. về thành phần hoá học và hoạt tính sinh lý trao • Nguyên nhân: do nồng độ cơ chất giảm dần, do sự tích luỹ dần các chất độc và sự xuất hiện các yếu tố bất lợi làm cho tốc đổi chất. Tế bào có sự đề kháng cao với điều độ sinh trưởng giảm dần. kiện ngoại cảnh. Pha tử vong • Độ dài cũng như độ cao của đường biểu diễn của • Số lượng TB sống giảm theo luỹ thừa mặc dù số lượng tế bào pha này phụ thuộc vào các yếu tố như giống, tổng cộng có thể không giảm. dinh dưỡng, điều kiện nuôi cấy... • Một số loài vi khuẩn có sự hình thành nha bào. • Nguyên nhân: do nồng độ chất dinh dưỡng giảm thấp, sự trao  Trong môi trường tự nhiên (đất, nước…), pha đổi chất của tế bào giảm mạnh, xuất hiện sự phân huỷ chất dự log ở vi khuẩn có diễn ra không? Tại sao? trữ trong tế bào; Thêm vào đó là sự tích luỹ tăng cao của chất độc đã làm chết hàng loạt tế bào. 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 85 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 86 Sinh trưởng kép c. Quy luật sinh trưởng trong điều kiện nuôi cấy liên tục • Khi chuyển các TB đang sinh trưởng logarith vào môi • Nuôi cấy liên tục (hệ thống mở): trường mới khác với môi Là môi trường được bổ sung liên trường trước đó  có sự xuất tục chất dinh dưỡng mới và đồng thời loại bỏ chất thải  duy trì hiện pha lag mới. cân bằng động học. • Nguyên nhân: do sự thích • Trong phương pháp này thể tích ứng của vi khuẩn với điều bình nuôi cấy được giữ không kiện nuôi cấy mới (tổng hợp đổi, bằng cách điều chỉnh tốc độ các enzyme mới) môi trường mới vào và sản phẩm • Đặc trưng của hiện tượng cuối của quá trình nuôi  TB sinh trưởng kép là đường Đường cong sinh trưởng kép được cung cấp những điều kiện cong sinh trưởng gồm hai ở E.coli nuôi cấy trong môi môi trường không đổi trường Glucose - Sorbitol pha lag và hai pha log. • Hệ thống nuôi cấy Chemostat Chemostat 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 87 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 88 c. Ứng dụng quy luật sinh trưởng của vsv Trong nuôi cấy, nhân và giữ giống : Nhân giống trên môi trường chuẩn với điều kiện thuận lợi và dùng giống gốc trẻ để rút ngắn pha lag chuyển nhanh sang pha log nhằm thu được số lượng tế bào lớn và có hoạt tính cao trong thời gian ngắn.  Cần cấy truyền giống và nhân giống định kỳ trong sản xuất, khi tế bào VSV chưa ở giai đoạn già, thoái hoá. Đường cong sinh trưởng trong môi trường nuôi cấy liên tục  Công tác nghiên cứu về giống và các mặt hoạt động Ứng dụng của phương pháp nuôi cấy liên tục: Trong sản xuất sinh lý khác của VSV cần thiết phải tiến hành ở pha log bởi vì ở pha này số lượng tế bào lớn, có năng lực trao đổi chất sinh khối protein, sản xuất các chế phẩm sinh học (enzyme, kháng mạnh, có hình thái và đặc tính sinh lý điển hình nhất. sinh …), sản xuất chế biến thực phẩm (bia, sản phẩm lên men…) 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 89 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 90 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 15
  16. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 Trong chế biến thực phẩm, sản xuất các chế Trong bảo quản giống VSV, các nguyên vật liệu và phẩm sinh học: thức ăn. Để có thể đạt được hiệu quả cao trong chế biến và sản xuất các chế phẩm sinh học cần phải tạo điều kiện để tế bào vsv - Trong bảo quản giống VSV: Phải đảm bảo giống phát triển nhanh đạt số lượng tế bào lớn: tế bào đạt nhanh tới có tỷ lệ chết thấp, đảm bảo được hoạt tính sinh học giai đoạn sinh trưởng luỹ thừa và duy trì sự sinh trưởng ổn và đặc tính di truyền. định của chúng ở giai đoạn này.  Sử dụng phương pháp nuôi cấy liên tục (dụng cụ - Phương pháp tiến hành cụ thể là: Sau khi giống đạt Chemostat): tới sự sinh trưởng tốt ở pha log sẽ dùng các biện Mục đích: pháp bảo quản để không cho chuyển sang giai đoạn - Sản phâm thu được ở pha log có quá trình trao đổi chất cao, sinh trưởng tiếp theo (pha ổn định và tử vong), như khả năng sinh tổng hợp cao, có số lượng tế bào lớn nên sự tích luỹ sản phẩm sinh học sẽ cao sử dụng các biện pháp bảo quản lạnh, đông khô, bảo - Không mất thời gian thay môi trường quản dưới lớp dầu vô trùng…. 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 91 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 92 Phòng và trị bệnh Đọc thêm: Quorum sensing - Phòng bệnh: sử dụng các biện pháp loại trừ VSV để Các vk “nói chuyện” giảm nguy cơ gây nhiễm cũng như làm mất đi khả năng với nhau bằng cách gây bệnh của các VSV truyền các phân tử tín hiệu cho nhau - Trong trị bệnh: phải chú ý chữa trị kịp thời, càng sớm  Hiện tượng tích tụ càng tốt khi bệnh mới phát, bởi vì vi trùng đang ở pha các phân tử tín hiệu để một TB có thể liên lag hoặc mới chuyển sang pha log thì số lượng tế bào có lạc với một số TB VK độc tính chưa cao và đặc biệt là tế bào rất nhạy cảm với khác trong quần thể  Quorum sensing nhân tố ngoại cảnh (các thuốc điều trị) do đó bệnh dễ khỏi và thời gian khỏi bệnh nhanh. Mục đích: hợp tác để thực hiện các tập tính bình thường  giúp cho VK thích nghi nhanh chóng với ĐK môi trường sống thay đổi (nguồn dinh dưỡng, cạnh tranh với các vsv khác, chống lại các tác nhân có hại, tăng 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 93 cường độc lực trong quá trình gây bênh…) 3.3.3. Đặc điểm sinh trưởng của vsv trên các môi  VSV sinh trưởng trên môi trường đặc (rắn) sẽ hình thành khuẩn trường lạc a. Môi trường đặc (rắn)  Khuẩn lạc là sự tập trung một số lượng lớn tế bào ở cùng một nơi, được hình thành từ một tế bào ban đầu.  Môi trường có sử dụng các chất làm đông đặc môi trường: 1,5-2%  Sự sinh trưởng được đánh giá thông qua các tiêu chí: thạch (agar). Một số loại môi trường chủ yếu: - Số lượng khuẩn lạc (đếm bằng phương pháp pha loãng nồng độ) - Môi trường dinh dưỡng: - Hình thái, kích thước của khuẩn lạc + Môi trường đơn giản/MT cơ sở  peptone + agar; môi - Rìa, bề mặt, trạng thái, kết cấu khuân lạc trường nước thịt peptone - Màu sắc của khuẩn lạc; Mùi của môi trường + Môi trường phức tạp: có bổ sung các chất dinh dưỡng cao  Hai dạng khuẩn lạc thường gặp: thịt, cao nấm men, casein… + các chất khoáng hoặc các chất đặc hiệu - Khuẩn lạc láng bóng (dạng S): thường có bề mặt cong lồi, rìa gọn - Môi trường chọn lọc: Dựa trên nhu cầu dinh dưỡng đặc biệt tưu mịn, mặt láng bóng, nhẵn. tiên sự sinh trưởng của một số VSV (ví dụ Mt chọn lọc VK sinh protease có bổ sung gelatin/casein…) - Khuẩn lạc nhám (dạng R): bề mặt nhám xù xì, rìa nhọn hay có góc cạnh. - Môi trường chẩn đoán/ phân biệt: Có các thành phần hoặc hóa  Khuẩn lạc nhầy, khuân lạc con, khuẩn lạc mảng …. chất giúp phân biệt các vsv bằng mắt thường (Ví dụ: môi trường MacConkey phân biệt E. coli và Salmonella) 95 96 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 16
  17. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 Một số loại môi trường rắn Một số dạng khuẩn lạc của vsv Casein media: chọn lọc Protease/casease Thạch máu (blood agar) MT chọn lọc: Salmonella agar) Môi trường thạch ống 97 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 98 Mô tả đặc điểm của khuẩn lạc b. Môi trường dịch thể (lỏng) • Là môi trường không bổ sung thêm chất đông đặc (thạch) • Đánh giá sinh trưởng qua các tiêu chí: - Đếm số lượng tế bào - Độ đục của môi trường (so màu): đục Bề mặt đều hay ở dạng bông, dạng vẩn mây - Sự lắng căn hay kết tủa: dầy hay Đục lắng mỏng, xốp hay kết chặt, dạng hạt hay căn keo Rìa/ bờ viền - Hình thành màng: màng tròn hay màng kín, bề mặt màng thô hay mịn, dầy hay mỏng Môi trường Trypticase soy nuôi cấy Enterobacter - Sinh khí - Màu, mùi của môi trường 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 99 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 100 Đọc thêm: Môi trường bán rắn Môi trường có từ 0,2-0,7% thạch Được sử dụng để quan sát khả năng di động của vsv Phản ứng lên men đường Mycobacterium Phle: cặn, màng, không đục 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 101 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 102 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 17
  18. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017 c.Một số phương pháp xác định số lượng vsv Phương pháp pha loãng nồng độ: đếm số lượng khuẩn lạc trên thạch đĩa  Phương pháp đếm trực - Mỗi một TB VSV sống tiếp dưới kính hiển vi: sẽ phát triển thành 1  Sử dụng buồng đếm hồng cầu đơn vị khuẩn lạc (colony Neubauer forming unit – CFU)  Ứng dụng cho các vsv có kích - Mẫu được pha loãng thước lớn như nấm men, vi trước  nuôi cấy trên tảo, vk lam  đếm nhanh môi trường thạch đĩa  Nên sử dụng kính hiển vi rắn  đếm số lượng phản pha để tránh nhầm lẫn khuẩn lạc trên đĩa  Nhược điểm: không phân biệt được tính được số lượng vsv các TB sống và chết; độ chính xác có trong 1g/1ml mẫu không cao với mật độ 106/ml  mức độ đục mà - Lấy tối thiểu 100ml mẫu nước  mắt thường có thể phát hiện được. lọc qua màng lọc vi khuẩn có Mức độ đục máy có thể phát hiện đường kính lỗ lọc nhỏ  vi khuẩn được từ 107 – 108/ml không qua được, nằm lại trên - Phương pháp này không chính xác màng lọc nếu môi trường nuôi cấy bị tạp với - Màng lọc sau khi lọc được đặt vào chỉ số lượng rất nhỏ vk khác đĩa Petri có dung dịch nuôi cấy  - Đặc biệt ở pha suy vong trong quá VK mọc trên màng lọc  đếm số trình sinh trưởng, số lượng TB chết lượng khuẩn lạc cao  Kết quả cho mật độ TB cao Màng được nuôi trên MT lactose glucuronide agar nhất  không phân biệt được TB Khuẩn lạc màu vàng và màu xanh nước biển: sống và TB chết 107 coliform; Khuẩn lạc màu xanh lá cây: E.coli 108 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 18
  19. Vi sinh vật đại cương 9/12/2017  Các phương pháp xác định gián tiếp: Xác định sinh khối Ôn tập chương - VSV nuôi cấy trên MT dịch thể/lỏng  lọc/ly tâm  loại bỏ 1. Nhu cầu dinh dưỡng của VSV: Vai trò của C, N, H2O, khoáng dung dịch  cân toàn bộ phần cặn (xác TB) 2. Các kiểu dinh dưỡng của VSV - Phương pháp này cũng không phân biệt được TB chết và 3. Cơ chế hấp thu chất dinh dưỡng ở VSV TB sống 4. Trao đổi chất ở VSV: - Hô hấp hiếu khí, hô hấp yếm khí, lên men Xác định các sản phẩm TĐC: - Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ - Trong quá trình sinh trưởng, vsv tiến hành quá trình TĐC 5. Quy luật sinh trưởng của VK  sản phẩm của quá trình hô hấp, lên men: axit lactic, rượu, 6. Đặc điểm sinh trưởng của VSV trên các môi trường nuôi cấy axit hữu cơ, CO2 … 7. Phương pháp đếm khuẩn lạc trên thạch đĩa (pha loãng nồng độ) Định lượng các sản phẩm này  Tốn kém 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 109 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 110 9/12/2017 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 111 TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê 19
nguon tai.lieu . vn
Toán học Môi trường Vật lý Sinh học Địa Lý Hoá học Nông - Lâm - Ngư Cơ khí - Chế tạo máy Tiếng Anh phổ thông Khoa học ứng dụng Nông - Lâm Kiến thức tổng hợp Giáo dục học Xã hội học