Xem mẫu
- Luận văn tốt nghiệp
Đề tài: Nghiên cứu và thiết kế mô
hình điều khiển nhiệt độ trong tủ nuôi
cấy vi khuẩn
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Më ®Çu
1. §Æt vÊn ®Ò
§· tõ xa x−a, mÆc dï ch−a nhËn thøc ®−îc sù tån t¹i cña vi khuÈn,
nh−ng loµi ng−êi còng ®· biÕt ®−îc kh¸ nhiÒu vÒ t¸c dông do vi khuÈn g©y
nªn. §Õn nay trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt vµ trong cuéc sèng, loµi ng−êi ®· tÝch
lòy ®−îc rÊt nhiÒu kinh nghiÖm quý b¸u vÒ c¸c biÖn ph¸p øng dông nh÷ng vi
khuÈn cã Ých vµ phßng tr¸nh nh÷ng vi khuÈn cã h¹i.
Vi khuÈn cã kÝch th−íc nhá bÐ vµ cã cÊu tróc c¬ thÓ t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n
nh−ng chóng cã tèc ®é sinh s«i n¶y në rÊt nhanh chãng vµ ho¹t ®éng trao ®æi
chÊt v« cïng m¹nh mÏ. Vi khuÈn cã kh¶ n¨ng gãp phÇn ph©n gi¶i hÇu hÕt c¸c
lo¹i chÊt trªn Tr¸i §Êt, kÓ c¶ c¸c chÊt rÊt khã ph©n gi¶i, hoÆc c¸c chÊt th−êng
g©y ®éc h¹i ®Õn c¸c nhãm sinh vËt kh¸c. Bªn c¹nh kh¶ n¨ng ph©n gi¶i vi
khuÈn cßn cã kh¶ n¨ng tæng hîp nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬ phøc t¹p trong ®iÒu
kiÖn nhiÖt ®é, ¸p suÊt b×nh th−êng.
Ngoµi nh÷ng t¸c dông to lín cña vi khuÈn th× chóng ta còng kh«ng thÓ
kh«ng kÓ ®Õn kh«ng Ýt nh÷ng vi khuÈn cã h¹i, chóng g©y bÖnh cho ng−êi, cho
gia sóc, gia cÇm, t«m c¸, cho c©y trång, c©y rõng, chóng lµm h− h¹i hoÆc biÕn
chÊt l−¬ng thùc, thùc phÈm, nguyªn vËt liÖu, hµng hãa. Chóng s¶n sinh ra c¸c
®éc tè trong ®ã cã nh÷ng ®éc tè hÕt søc ®éc h¹i.
Trong Y häc còng nh− trong ch¨n nu«i, trång trät mét trong nh÷ng vÊn
®Ò lín ®ã lµ cã thÓ phßng chèng ®−îc c¸c bÖnh truyÒn nhiÔm vµ c¸c ph−¬ng
ph¸p ®Ò phßng dÞch bÖnh cã thÓ l©y nhiÔm tõ sóc vËt sang ng−êi, tõ ng−êi sang
ng−êi...
Trong xu thÕ ¸p dông réng r·i §iÖn tö, Tin häc vµo cuéc sèng, hÇu hÕt
c¸c thiÕt bÞ hiÖn nay cã sö dông §iÖn tö ®· vµ ®ang ®−îc hoµn thiÖn nh»m
n©ng cao chÊt l−îng cuéc sèng. §Æc biÖt lµ trong Y häc vµ trong ch¨n nu«i, ®Ó
cã thÓ nu«i cÊy vµ duy tr× sù sèng cña nh÷ng vi khuÈn nh»m nghiªn cøu phôc
vô cho cuéc sèng vµ s¶n xuÊt, ®Æc biÖt lµ phôc vô cho viÖc nghiªn cøu khoa
häc nh»m ph¸t hiÖn ra nh÷ng vi khuÈn cã Ých kh¸c vµ nh÷ng vi khuÈn cã h¹i
Khoa C¬ ®iÖn -1- Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
míi ®Ó cã thÓ khèng chÕ ®−îc chóng, sö dông chóng vµo nh÷ng viÖc cã lîi cho
con ng−êi. Khi ®ã, tñ nu«i cÊy vi khuÈn cã sö dông m¹ch ®iÖn tö vµo ®iÒu
khiÓn ®· ra ®êi nh»m duy tr× sù sèng cho vi khuÈn vµ nu«i cÊy chóng ë nhiÖt
®é vµ thêi gian nhÊt ®Þnh nµo ®ã.
MÆc dï trªn thÕ giíi hiÖn nay cã kh¸ nhiÒu chñng lo¹i thiÕt bÞ nu«i cÊy
hiÖn ®¹i, c«ng suÊt lín. Song mét phÇn nµo ®ã kh«ng hoµn toµn phï hîp víi
®iÒu kiÖn ë ViÖt Nam.
Do ®ã, ®Ó ®¸p øng phÇn nµo ®ã nh÷ng nhu cÇu trªn cïng víi sù n¾m b¾t
®−îc nh÷ng tiÕn bé cña khoa häc kü thuËt ®Æc biÖt lµ ®iÖn tö ®· vµ ®ang ®−îc
øng dông m¹nh mÏ vµo cuéc sèng vµ s¶n xuÊt chóng t«i tiÕn hµnh ®Ò tµi:
“Nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i
cÊy vi khuÈn”. Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi chóng t«i tiÕn hµnh nghiªn
cøu vµ kh¶o s¸t c¸c lo¹i tñ nu«i cÊy trong bÖnh viÖn B¹ch Mai, kh¶o s¸t sù
biÕn ®æi cña nhiÖt ®é vµ thêi gian trong qu¸ tr×nh nu«i cÊy. Tõ kÕt qu¶ ®ã
chóng t«i tiÕn hµnh x©y dùng m« h×nh vµ l¾p r¸p trªn thùc tÕ. Víi nh÷ng kÕt
qu¶ ®· ®¹t ®−îc, kh¼ng ®Þnh hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy do
chóng t«i thiÕt kÕ lµ hoµn toµn cã tÝnh kh¶ thi trong ®iÒu kiÖn n−íc ta hiÖn nay.
2. Môc ®Ých cña ®Ò tµi
Trªn c¬ së nh÷ng kiÕn thøc ®· häc ®−îc trong nhµ tr−êng vµ nh÷ng kiÕn
thøc thùc tÕ tiÕp thu ®−îc trong qu¸ tr×nh thùc tËp chóng t«i m¹nh d¹n ®Ò xuÊt,
thiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn vµ l¾p r¸p
m¹nh tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é. M¹ch nµy cã thÓ dïng ®Ó thay thÕ c¸c m¹ch
®iÒu chØnh nhiÖt ®é trong c¸c tñ gÆp sù cè cÇn söa ch÷a ®Ó kh«ng lµm gi¸n
®o¹n thêi gian nghiªn cøu cña c¸c nhµ vi sinh vËt. §Æc biÖt, m¹ch nµy còng cã
thÓ dïng ®Ó l¾p míi.
3. Néi dung cña ®Ò tµi
T×m hiÓu kh¸i qu¸t vÒ ®Æc ®iÓm vµ c¸c ®iÒu kiÖn sèng cña vi khuÈn, c¸c
t¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi víi ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn cña vi khuÈn.
Tr×nh bµy nguyªn t¾c chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy.
Khoa C¬ ®iÖn -2- Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Giíi thiÖu mét sè s¬ ®å ®iÒu khiÓn thùc tÕ ®ang ®−îc sö dông vµ nh÷ng
phô kiÖn quan träng ®èi víi m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é.
TÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi
khuÈn.
4. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu
- Nghiªn cøu theo ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt
- Nghiªn cøu theo ph−¬ng ph¸p øng dông
- Nghiªn cøu theo ph−¬ng ph¸p chuyªn gia
Ch−¬ng 1
T×m hiÓu ®Æc ®iÓm, ®iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn vµ t¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi
víi sù ph¸t triÓn cña vi khuÈn
Khoa C¬ ®iÖn -3- Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
1.1. Kh¸i niÖm chung
Xung quanh ta ngoµi c¸c sinh vËt lín mµ chóng ta cã thÓ nh×n thÊy ®−îc
cßn cã v« vµn c¸c sinh vËt nhá bÐ, muèn nh×n thÊy chóng ph¶i dïng kÝnh hiÓn
vi. Ng−êi ta gäi chóng lµ vi khuÈn.
Vi khuÈn sèng ë kh¾p mäi n¬i trªn Tr¸i §Êt: tõ ®Ønh nói cao cho ®Õn tËn
®¸y biÓn s©u, trong kh«ng khÝ, trong ®Êt, trong hÇm má, trong s«ng ngßi, ao
hå, trªn da, trong tõng bé phËn cña c¬ thÓ ng−êi, ®éng vËt, thùc vËt, trong c¸c
s¶n phÈm l−¬ng thùc, thùc phÈm, vËt liÖu, hµng hãa... ngay c¶ ë trong nh÷ng
n¬i mµ ®iÒu kiÖn sèng t−ëng chõng nh− hÕt søc phøc t¹p vµ kh¾c nhiÖt nhÊt mµ
vÉn thÊy cã sù ph¸t triÓn cña vi khuÈn.
Ch¼ng h¹n nh− vi khuÈn Pseudomonas bathycetes chóng cã thÓ sèng
®−îc d−íi ®¸y ®¹i d−¬ng, n¬i mµ cã ¸p suÊt lªn tíi 1000 atm vµ nhiÖt ®é
th−êng xuyªn chØ vµo kho¶ng 30C. Vi khuÈn Sulfolobus acidorcaldrius ph¸t
triÓn mét c¸ch b×nh th−êng trong nhiÖt ®é kho¶ng tõ 85 – 900C. Vi khuÈn
Thiobacillus ferroxidans ph¸t triÓn trong c¸c dung dÞch ë má s¾t cã ®é pH = 1 - 2.
Vi khuÈn Streptococcus faecalis l¹i cã thÓ ph¸t triÓn tèt ë m«i tr−êng cã ®é
PH = 10 - 11. Vi khuÈn −a mÆn thuéc c¸c chi Halobacterium, Halococcus
ph¸t triÓn ®−îc trong c¸c dung dÞch b·o hßa muèi (32% NaCl). Cã c¶ nh÷ng vi
khuÈn cã kh¶ n¨ng ®ång hãa dÇu má, phenol, khÝ thiªn nhiªn...
Ng−êi ta ®· lµm thÝ nghiÖm vµ tÝnh to¸n ®−îc r»ng trong 1gam ®Êt lÊy ë
tÇng canh t¸c th−êng cã kho¶ng tõ 1 - 22 tØ con vi khuÈn, 0.5 - 14 triÖu x¹
khuÈn, 3 - 50 triÖu vi nÊm, 10 - 30 ngh×n vi t¶o... vµ trong 1m3 kh«ng khÝ ë
phÝa trªn chuång gia sóc th−êng cã tõ 1 - 2 triÖu vi sinh vËt, trªn ®−êng phè cã
kho¶ng 5000 vi sinh vËt sinh sèng, nh−ng ®Æc biÖt trªn mÆt biÓn chØ cã kho¶ng
tõ 1 - 2 vi sinh vËt sinh sèng mµ th«i.
§Æc biÖt lµ kÓ tõ ®Çu thËp kû 70 cña thÕ kû XX ng−êi ta ®· b¾t ®Çu thùc
hiÖn thµnh c«ng thao t¸c di truyÒn ë vi khuÈn. §ã lµ viÖc chuyÓn mét gen hay
mét nhãm gen tõ mét vi khuÈn hay mét tÕ bµo c¸c vi khuÈn bËc cao (nh−
Khoa C¬ ®iÖn -4- Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
ng−êi, ®éng vËt, thùc vËt) sang tÕ bµo cña vi khuÈn kh¸c. Vi khuÈn mang gen
t¸i tæ hîp nhiÒu khi ®· mang l¹i nh÷ng lîi Ých rÊt to lín bëi v× cã thÓ s¶n sinh ë
quy m« c«ng nghiÖp nh÷ng s¶n phÈm tr−íc ®©y ch−a ®−îc t¹o thµnh bëi vi
khuÈn.
1.2. §Æc ®iÓm chung cña vi khuÈn
1.2.1. KÝch th−íc nhá bÐ
M¾t con ng−êi khã thÊy ®−îc râ nh÷ng vËt cã kÝch th−íc nhá kho¶ng
1mm. VËy mµ vi khuÈn th−êng ®−îc ®o b»ng micromet. ChÝnh v× vi khuÈn cã
kÝch th−íc nhá bÐ cho nªn diÖn tÝch bÒ mÆt cña vi khuÈn hÕt søc lín. Ch¼ng
h¹n nh− sè l−îng cÇu khuÈn chiÕm thÓ tÝch 1cm3 cã diÖn tÝch bÒ mÆt lµ 6m2.
1.2.2. HÊp thu nhiÒu, chuyÓn hãa nhanh
Vi khuÈn tuy cã kÝch th−íc nhá bÐ nhÊt trong sinh giíi nh−ng n¨ng
l−îng hÊp thu vµ chuyÓn hãa cña chóng cã thÓ v−ît xa c¸c sinh vËt bËc cao.
Ch¼ng h¹n nh− vi khuÈn Lactic trong 1 giê cã thÓ ph©n gi¶i mét l−îng ®−êng
Lactoz¬ nÆng h¬n 1000 - 10000 lÇn khèi l−îng cña chóng. NÕu tÝnh sè μl O2
mµ mçi mg chÊt kh« cña c¬ thÓ vi khuÈn tiªu hao trong mét giê th× ë m« l¸
hoÆc m« rÔ thùc vËt lµ 0.5 - 4, ë tæ chøc gan vµ thËn ®éng vËt lµ 10 - 20, ë vi
khuÈn thuéc chi Pseudomonas lµ 1200, ë vi khuÈn thuéc chi Azotobacter lµ
2000. N¨ng lùc chuyÓn hãa sinh hãa m¹nh mÏ cña vi sinh vËt dÉn ®Õn nh÷ng
t¸c dông lín lao cña chóng trong thiªn nhiªn còng nh− trong c¸c ho¹t ®éng
sèng cña con ng−êi.
1.2.3. Sinh tr−ëng nhanh, ph¸t triÓn m¹nh
So víi c¸c sinh vËt kh¸c th× vi sinh vËt nãi chung vµ vi khuÈn nãi riªng
cã tèc ®é sinh tr−ëng vµ sinh s«i n¶y në cùc lín. Ch¼ng h¹n nh− vi khuÈn
Escherichia coli trong c¸c ®iÒu kiÖn thÝch hîp th× cø kho¶ng 12 - 20 phót l¹i
ph©n chia mét lÇn. NÕu lÊy thêi gian thÕ hÖ lµ 20 phót th× mçi giê ph©n chia 3
lÇn, 24 giê ph©n chia 72 lÇn, tõ mét tÕ bµo ban ®Çu sÏ sinh ra 5 × 1021 tÕ bµo
t−¬ng ®−¬ng víi kho¶ng 4722 tÊn. Tuy nhiªn trong thùc tÕ kh«ng thÓ t¹o ra
®−îc c¸c ®iÒu kiÖn sinh tr−ëng lý t−ëng nh− vËy ®−îc cho nªn sè l−îng vi
Khoa C¬ ®iÖn -5- Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
khuÈn thu ®−îc trong 1ml dÞch nu«i cÊy th−êng chØ ®¹t tíi møc ®é 108 - 109 tÕ
bµo.
1.2.4. N¨ng lùc thÝch øng m¹nh vµ dÔ ph¸t sinh biÕn dÞ
N¨ng lùc thÝch øng cña vi khuÈn v−ît rÊt xa so víi ®éng vËt vµ thùc vËt.
Trong qu¸ tr×nh tiÕn hãa l©u dµi vi khuÈn ®· t¹o cho m×nh nh÷ng c¬ chÕ ®iÒu
hßa trao ®æi chÊt ®Ó thÝch øng ®−îc nh÷ng ®iÒu kiÖn sèng rÊt bÊt lîi. Sù thÝch
øng cña vi khuÈn nhiÒu khi v−ît xa trÝ t−ëng t−îng cña con ng−êi. PhÇn lín vi
khuÈn cã thÓ gi÷ nguyªn søc sèng ë nhiÖt ®é cña nit¬ láng (-1960C), thËm chÝ
ë nhiÖt ®é cña hidr« láng (-2530C), mét sè vi khuÈn cã thÓ sinh tr−ëng ë nhiÖt
®é 2500C, thËm chÝ 3000C. Mét sè vi khuÈn cã thÓ thÝch nghi víi nång ®é 32%
NaCl. Vi khuÈn Thiobaccillus thioxidans cã thÓ sinh tr−ëng ë pH = 0.5 trong
khi vi khuÈn Thiobacillus denitrificans l¹i thÝch hîp víi ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn ë
pH = 10,7. Vi khuÈn Micrococus radidurans cã thÓ chÞu ®−îc c−êng ®é bøc x¹
tíi 750.000 rad.
Vi khuÈn rÊt dÔ ph¸t sinh biÕn dÞ bëi v× th−êng lµ ®¬n bµo, ®¬n béi, sinh
s¶n nhanh, sè l−îng nhiÒu, tiÕp xóc trùc tiÕp víi m«i tr−êng sèng. TÇn sè biÕn
dÞ th−êng lµ 10- 5- 10-10.
1.2.5. Ph©n bè réng, chñng lo¹i nhiÒu
Vi khuÈn ph©n bè ë kh¾p mäi n¬i trªn Tr¸i §Êt. Chóng cã mÆt trªn c¬
thÓ ng−êi, ®éng vËt, thùc vËt, trong ®Êt, trong n−íc, trong kh«ng khÝ, trªn mäi
®å dïng, vËt liÖu, tõ biÓn kh¬i cho ®Õn nói cao, tõ n−íc ngÇm cho ®Õn n−íc
biÓn...
Trong ®−êng ruét cña ng−êi sè l−îng vi khuÈn Bacteroides fragilis cao
nhÊt chóng ®¹t tíi sè l−îng 1010 - 1011/g ph©n, gÊp 100 - 1000 lÇn sè l−îng vi
khuÈn Escherichia coli.
ë ®é s©u 10000m cña §«ng Th¸i B×nh D−¬ng n¬i hoµn toµn tèi t¨m,
l¹nh lÏo vµ cã ¸p suÊt rÊt cao ng−êi ta ph¸t hiÖn thÊy cã kho¶ng 1 triÖu ®Õn 10
tØ vi khuÈn/ml chñ yÕu lµ vi khuÈn l−u huúnh.
1.3. §iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn
Khoa C¬ ®iÖn -6- Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
§iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn ë ®©y lµ c¸c chÊt dinh d−ìng vµ nguån
thøc ¨n cña chóng.
1.3.1. Thµnh phÇn tÕ bµo vµ c¸c chÊt dinh d−ìng cña vi khuÈn
C¸c chÊt dinh d−ìng ®èi víi vi khuÈn lµ bÊt kú chÊt nµo ®−îc vi khuÈn
hÊp thô tõ m«i tr−êng xung quanh vµ ®−îc chóng sö dông lµm nguyªn liÖu ®Ó
cung cÊp cho c¸c qu¸ tr×nh tæng hîp t¹o ra c¸c thµnh phÇn cña tÕ bµo hoÆc ®Ó
cung cÊp cho qu¸ tr×nh trao ®æi n¨ng l−îng.
Qu¸ tr×nh hÊp thô c¸c chÊt dinh d−ìng ®Ó tháa m·n mäi nhu cÇu sinh
tr−ëng vµ ph¸t triÓn cña vi khuÈn.
Kh«ng ph¶i mäi thµnh phÇn cña m«i tr−êng nu«i cÊy vi khuÈn ®Òu ®−îc
coi lµ chÊt dinh d−ìng. Mét sè chÊt r¾n cÇn thiÕt cho vi khuÈn nh−ng chØ lµm
nhiÖm vô b¶o ®¶m c¸c ®iÒu kiÖn thÝch hîp vÒ thÕ oxy hãa - khö, vÒ pH, vÒ ¸p
suÊt thÈm thÊu, vÒ c©n b»ng ion... ChÊt dinh d−ìng ph¶i lµ nh÷ng hîp chÊt cã
tham gia vµo c¸c qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt néi bµo.
Thµnh phÇn hãa häc cña tÕ bµo vi khuÈn quyÕt ®Þnh nhu cÇu dinh d−ìng
cña chóng. Thµnh phÇn hãa häc cÊu t¹o bëi c¸c nguyªn tè C, H, O, N, c¸c
nguyªn tè kho¸ng ®a l−îng vµ c¸c nguyªn tè kho¸ng vi l−îng. ChØ riªng c¸c
nguyªn tè C, H, O, N, P, S, K, Na ®· chiÕm ®Õn 98% khèi l−îng kh« cña tÕ
bµo vi khuÈn E.coli.
L−îng chøa c¸c nguyªn tè ë c¸c vi khuÈn kh¸c nhau lµ kh«ng gièng
nhau. ë c¸c ®iÒu kiÖn nu«i cÊy kh¸c nhau, c¸c giai ®o¹n kh¸c nhau, l−îng chøa
c¸c nguyªn tè cïng loµi vi khuÈn còng kh«ng gièng nhau. Trong tÕ bµo vi khuÈn
c¸c hîp chÊt ®−îc chia thµnh: n−íc vµ c¸c muèi kho¸ng, c¸c chÊt h÷u c¬.
+ N−íc vµ muèi kho¸ng
N−íc chiÕm ®Õn 70 - 90% khèi l−îng c¬ thÓ cña vi khuÈn. TÊt c¶ c¸c
ph¶n øng x¶y ra trong tÕ bµo cña vi khuÈn ®Òu ®ßi hái cã sù tån t¹i cña n−íc.
Yªu cÇu cña vi khuÈn ®èi víi n−íc ®−îc biÓu thÞ mét c¸ch ®Þnh l−îng
b»ng ®é ho¹t ®éng cña n−íc (ký hiÖu lµ aw) trong m«i tr−êng. §é ho¹t ®éng
cña n−íc cßn ®−îc gäi lµ thÕ n¨ng cña n−íc (ký hiÖu lµ pw):
Khoa C¬ ®iÖn -7- Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
p
aw =
p0
Trong ®ã p lµ ¸p lùc h¬i cña dung dÞch, p0 lµ ¸p lùc h¬i n−íc. Ch¼ng
h¹n nh− n−íc nguyªn chÊt cã aw = 1, n−íc biÓn cã aw = 0.980, m¸u ng−êi
cã aw= 0.995.
PhÇn n−íc cã thÓ tham gia vµo c¸c qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt cña vi khuÈn
®−îc gäi lµ n−íc tù do. §a phÇn n−íc trong tÕ bµo vi khuÈn tån t¹i ë d¹ng n−íc
tù do. N−íc kÕt hîp lµ phÇn n−íc liªn kÕt víi c¸c hîp chÊt h÷u c¬ cao ph©n tö
trong tÕ bµo (protein, lipit, hidrat cacbon...). N−íc liªn kÕt mÊt kh¶ n¨ng hßa
tan vµ l−u ®éng.
Muèi kho¸ng chiÕm kho¶ng 2 - 5% khèi l−îng kh« cña tÕ bµo. Chóng
th−êng tån t¹i d−íi d¹ng c¸c muèi sunphat, photphat, cacbonat, clorua... Trong
tÕ bµo chóng th−êng ë d¹ng c¸c ion. D¹ng cation ch¼ng h¹n nh− Mg2+, Ca2+,
K+, Na+... D¹ng anion ch¼ng h¹n nh− HPO42-, SO42-, HCO3-, Cl-... C¸c ion trong
tÕ bµo vi khuÈn lu«n tån t¹i ë nh÷ng tØ lÖ nhÊt ®Þnh nh»m duy tr× ®é pH vµ lùc
thÈm thÊu thÝch hîp cho tõng lo¹i vi khuÈn.
+ ChÊt h÷u c¬
ChÊt h÷u c¬ trong tÕ bµo vi khuÈn chñ yÕu cÊu t¹o bëi c¸c nguyªn tè C,
H, O, N, P, S... Riªng 4 nguyªn tè C, H, O, N ®· chiÕm tíi 90 - 97% toµn bé
chÊt kh« cña tÕ bµo. §ã lµ c¸c nguyªn tè chñ chèt ®Ó cÊu t¹o nªn protein, axit
nucleic, lipit, hidrat cacbon. Trong tÕ bµo vi khuÈn c¸c hîp chÊt ®¹i ph©n tö
th−êng chiÕm tíi 96% khèi l−îng kh«, c¸c chÊt ®¬n ph©n tö chØ chiÕm cã 3.5%
cßn c¸c ion v« c¬ chØ chiÕm cã 1%.
D−íi ®©y lµ b¶ng tæng kÕt thµnh phÇn hãa häc cña mét tÕ bµo vi khuÈn
do nhµ khoa häc F.C.Neidhardt tæng kÕt n¨m 1987.
B¶ng 1.1
Ph©n tö % Khèi l−îng Sè ph©n tö/ tÕ bµo Sè lo¹i ph©n tö
Khoa C¬ ®iÖn -8- Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
kh« (1)
N−íc - 1
Tæng sè c¸c ®¹i ph©n tö 96 24.609.802 kho¶ng 2500
Protein 55 2.350.000 kho¶ng 1850
Polisaccarit 5 4.300 2 (2)
Lipit 9.1 22.000.000 4 (3)
AND 3.1 2.1 1
ARN 20.5 255.500 kho¶ng 660
Tæng sè c¸c ®¬n ph©n tö 3.5 kho¶ng 350
Axit amin vµ tiÒn thÓ 0.5 kho¶ng 100
§−êng vµ tiÒn thÓ 2 kho¶ng 50
Nucleotit vµ tiÒn thÓ 0.5 kho¶ng 200
C¸c ion v« v¬ 1 18
Tæng céng 100
Trong ®ã: (1) lµ khèi l−îng kh« cña 1 tÕ bµo vi khuÈn E.coli ®ang
sinh tr−ëng m¹nh lµ 2.8 × 10 −13 g; (2) lµ Pepidoglican vµ glicogen; (3) lµ 4
lo¹i photpholipit, mçi lo¹i cã nhiÒu nhãm kh¸c nhau phô thuéc vµo thµnh
phÇn axit bÐo.
1.3.2. Nguån thøc ¨n cacbon cña vi khuÈn
§èi víi vi khuÈn nguån cacbon ®−îc cung cÊp cã thÓ lµ chÊt v« c¬ (CO2,
NaHCO3, CaCO3...) hoÆc chÊt h÷u c¬. Gi¸ trÞ dinh d−ìng vµ kh¶ n¨ng hÊp thô
c¸c nguån thøc ¨n cacbon kh¸c nhau phô thuéc vµo 2 yÕu tè: mét lµ thµnh
phÇn hãa häc vµ tÝnh chÊt sinh lÝ cña nguån thøc ¨n nµy, hai lµ ®Æc ®iÓm sinh lÝ
cña tõng lo¹i vi khuÈn.
Ng−êi ta th−êng sö dông ®−êng ®Ó lµm thøc ¨n cacbon khi nu«i cÊy
phÇn lín c¸c vi khuÈn dÞ d−ìng. CÇn chó ý ®−êng ®¬n ë nhiÖt ®é cao cã thÓ bÞ
chuyÓn hãa thµnh lo¹i hîp chÊt cã mµu tèi gäi lµ ®−êng ch¸y rÊt khã hÊp thô.
Trong m«i tr−êng kiÒm sau khi khö trïng ®−êng cßn dÔ bÞ axit hãa vµ lµm biÕn
®æi pH m«i tr−êng. §Ó tr¸nh c¸c hiÖn t−îng nµy khi khö trïng m«i tr−êng
chøa ®−êng ng−êi ta th−êng chØ hÊp ë ¸p lùc 0.5 atm (112.50C) vµ duy tr× trong
30 phót. Víi c¸c lo¹i ®−êng ®¬n tèt nhÊt lµ nªn sö dông ph−¬ng ph¸p hÊp gi¸n
Khoa C¬ ®iÖn -9- Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
®o¹n hoÆc läc riªng dung dÞch ®−êng (th−êng dïng nång ®é 20%) b»ng nÕn
läc hoÆc mµng läc vi khuÈn sau ®ã míi dïng thao t¸c v« trïng ®Ó bæ sung vµo
c¸c m«i tr−êng ®· khö trïng.
Khi chÕ t¹o c¸c m«i tr−êng chøa tinh bét tr−íc hÕt ph¶i hå hãa tinh bét
ë nhiÖt ®é 60 - 700C sau ®ã ®un s«i råi míi ®−a ®i khö trïng ë nåi hÊp ¸p lùc
Xenluloz¬ ®−îc ®−a vµo c¸c m«i tr−êng nu«i cÊy, vi khuÈn ph©n gi¶i
Xenluloz¬ d−íi d¹ng giÊy läc, b«ng hoÆc c¸c lo¹i bét Xenluloz¬.
Khi sö dông lipit, parafin, dÇu má... §Ó lµm nguån cacbon nu«i cÊy mét
sè lo¹i vi khuÈn ph¶i th«ng khÝ m¹nh ®Ó cho tõng giät nhá cã thÓ tiÕp xóc ®−îc
víi thµnh tÕ bµo tõng vi khuÈn.
§Ó nu«i cÊy c¸c lo¹i vi khuÈn ng−êi ta th−êng dïng nång ®é ®−êng lµ
0.5 - 0.2%. HÇu hÕt c¸c vi khuÈn chØ ®ång hãa ®−îc c¸c lo¹i ®−êng ë d¹ng
®ång ph©n D.
C¸c chÊt h÷u c¬ chøa c¶ C vµ N (pepton, n−íc thÞt, n−íc chiÕt ng«, n−íc
chiÕt ®¹i m¹ch, n−íc chiÕt gi¸ ®Ëu... ) cã thÓ sö dông võa lµm nguån C võa lµm
nguån N ®èi víi vi khuÈn.
Ph¹m vi ®ång hãa c¸c nguån thøc ¨n cacbon cña tõng loµi vi khuÈn cô
thÓ rÊt kh¸c nhau: cã thùc nghiÖm cho thÊy loµi vi khuÈn Pseudomonas cepacia
cã thÓ ®ång hãa trªn 90 lo¹i nguån thøc ¨n cacbon kh¸c nhau, trong khi ®ã c¸c
vi khuÈn sinh metan chØ cã thÓ ®ång hãa ®−îc CO2 vµ vµi lo¹i hîp chÊt chøa
1C hoÆc 2C.
Víi vi khuÈn dÞ d−ìng nguån thøc ¨n cacbon lµm c¶ hai chøc n¨ng:
nguån dinh d−ìng vµ nguån n¨ng l−îng. NhÊt lµ c¸c vi khuÈn g©y bÖnh sèng
trong m¸u, trong c¸c tæ chøc hoÆc trong ruét cña ng−êi vµ ®éng vËt muèn sinh
tr−ëng ®−îc ngoµi nguån cacbon h÷u c¬ cßn cÇn ph¶i ®−îc cung cÊp mét
l−îng nhá CO2 th× míi ph¸t triÓn ®−îc.
1.3.3. Nguån thøc ¨n nit¬ cña vi khuÈn
Khoa C¬ ®iÖn - 10 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Nguån nit¬ dÔ hÊp thô nhÊt ®èi víi vi khuÈn lµ NH3 vµ NH+4. NhiÒu khi
®Ó nu«i cÊy vi khuÈn b»ng nguån nit¬ lµ Urª ng−êi ta ph¶i bæ sung thªm muèi
amon (nh− amon sunphat ch¼ng h¹n). Së dÜ nh− vËy lµ bëi v× cã thøc ¨n nit¬ dÔ
hÊp thô cho vi khuÈn ph¸t triÓn ®· th× míi cã thÓ s¶n sinh ra ®−îc Ureaza ®Ó
thñy ph©n Urª.
Còng cã lo¹i vi khuÈn së dÜ kh«ng ph¸t triÓn ®−îc trªn m«i tr−êng chØ
cã nguån thøc ¨n nit¬ lµ muèi amon kh«ng ph¶i lµ kh«ng ®ång hãa ®−îc muèi
nµy mµ lµ do chóng ®ßi hái ph¶i ®−îc cung cÊp thªm mét vµi lo¹i axit amin
kh«ng thay thÕ nµo ®ã.
Vi khuÈn cã kh¶ n¨ng ®ång hãa rÊt tèt nit¬ chøa trong c¸c thøc ¨n h÷u
c¬. C¸c thøc ¨n nµy sÏ võa lµ nguån cacbon võa lµ nguån nit¬ cung cÊp cho vi
khuÈn.
Nguån nit¬ h÷u c¬ th−êng ®−îc sö dông ®Ó nu«i cÊy vi khuÈn lµ Pepton
lo¹i chÕ phÈm thñy ph©n kh«ng triÖt ®Ó cña mét nguån protein nµo ®Êy.
§èi víi ®a sè vi khuÈn ng−êi ta th−êng nu«i cÊy cã nh÷ng thµnh phÇn
sau: pepton (5g), cao thÞt (3g), NaCl (8g), n−íc cÊt (1000ml). NÕu lµm m«i
tr−êng ®Æc th× bæ sung thªm 15 - 20g th¹ch.
1.3.4. Nguån thøc ¨n kho¸ng cña vi khuÈn
Khi sö dông c¸c m«i tr−êng thiªn nhiªn ®Ó nu«i cÊy vi khuÈn ng−êi ta
th−êng kh«ng cÇn thiÕt bæ sung c¸c nguyªn tè kho¸ng. Trong nguyªn liÖu
dïng lµm c¸c m«i tr−êng nµy (khoai t©y, n−íc thÞt, s÷a, huyÕt thanh, pepton,
gi¸ ®Ëu...) th−êng cã chøa ®ñ c¸c nguyªn tè kho¸ng cÇn thiÕt ®èi víi vi khuÈn.
Ng−îc l¹i khi lµm c¸c m«i tr−êng tæng hîp (dïng nguyªn liÖu hãa chÊt) b¾t
buéc ph¶i bæ sung ®ñ c¸c nguyªn tè kho¸ng cÇn thiÕt. Nh÷ng nguyªn tè mµ vi
khuÈn ®ßi hái ph¶i ®−îc cung cÊp víi liÒu l−îng lín gäi lµ c¸c nguyªn tè ®a
l−îng. Cßn c¸c nguyªn tè kho¸ng mµ vi khuÈn chØ ®ßi hái víi nh÷ng liÒu
l−îng rÊt nhá gäi lµ c¸c nguyªn tè vi l−îng.
Nång ®é cÇn thiÕt cña tõng nguyªn tè vi l−îng trong m«i tr−êng th−êng
chØ vµo kho¶ng 10-6 - 10-8 M. Hµm l−îng c¸c chÊt kho¸ng chøa trong nguyªn
Khoa C¬ ®iÖn - 11 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
sinh chÊt vi khuÈn th−êng thay ®æi tïy lo¹i, tïy giai ®o¹n ph¸t triÓn vµ tïy ®iÒu
kiÖn nu«i cÊy. Thµnh phÇn kho¸ng cña tÕ bµo vi khuÈn kh¸c nhau th−êng lµ
chªnh lÖch nhau rÊt nhiÒu. Ch¼ng h¹n nh− theo nghiªn cøu cña Mesrobiana vµ
Peunesko n¨m 1963 cho biÕt thµnh phÇn kho¸ng ë mét sè vi khuÈn g©y bÖnh lµ
(% chÊt kho¸ng):
P2O5 4.93-74. 8 Na2O 0.2-28.08
K2O 2.4-39.8 Cl 0.03-43.69
SO3 0.5-28.8 MgO 0.12-12.0
CaO 0.3-14.0
1.4. T¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi víi ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn cña vi khuÈn
Sinh tr−ëng, ph¸t triÓn vµ trao ®æi chÊt cña vi khuÈn liªn quan chÆt chÏ
víi c¸c ®iÒu kiÖn cña m«i tr−êng. C¸c ®iÒu kiÖn nµy bao gåm hµng lo¹t c¸c
yÕu tè kh¸c nhau, t¸c ®éng qua l¹i víi nhau. §a sè c¸c yÕu tè ®ã ®Òu cã mét
®Æc tÝnh t¸c dông chung biÓu hiÖn ë ba ®iÓm ho¹t ®éng: cùc tiÓu, tèi thÝch vµ
cùc ®¹i.
Tèi thÝch
C−êng ®é ho¹t ®éng sèng
Cùc ®¹i
Cùc tiÓu
C−êng ®é t¸c dông cña m«i tr−êng
H×nh 1.4a. §å thÞ biÓu diÔn t¸c dông cña m«i tr−êng lªn vi khuÈn
Víi t¸c dông tèi thiÓu cña yÕu tè m«i tr−êng vi khuÈn b¾t ®Çu sinh
tr−ëng vµ më ®Çu c¸c qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt, víi t¸c dông tèi thÝch vi khuÈn
sinh tr−ëng, víi tèc ®é cùc ®¹i vµ biÓu hiÖn ho¹t tÝnh trao ®æi chÊt, trao ®æi
n¨ng l−îng lín nhÊt, víi t¸c dông cùc ®¹i vi khuÈn ngõng sinh tr−ëng vµ
th−êng bÞ chÕt.
T¸c ®éng cña m«i tr−êng lªn vi khuÈn cã thÓ lµ thuËn lîi hoÆc bÊt lîi.
T¸c ®éng bÊt lîi sÏ dÉn ®Õn t¸c dông øc khuÈn hoÆc diÖt khuÈn. Do t¸c dông
Khoa C¬ ®iÖn - 12 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
øc khuÈn cña yÕu tè m«i tr−êng, tÕ bµo ngõng ph©n chia, nÕu lo¹i bá yÕu tè
nµy khái m«i tr−êng vi khuÈn l¹i tiÕp tôc sinh tr−ëng vµ ph¸t triÓn. Khi cã
mÆt chÊt diÖt khuÈn, vi khuÈn ngõng sinh tr−ëng, ph¸t triÓn vµ chÕt nhanh
chãng. Sù chÕt cña tÕ bµo th−êng kh«ng x¶y ra ngay mét lóc trong quÇn thÓ
mµ diÔn ra dÇn dÇn, cã thÓ biÓu diÔn b»ng ®−êng cong tö vong logarit d−íi
®©y (H×nh 1.4b, 1.4c).
100
LogN
Vi khuÈn sèng sãt (%) 80%
Sinh tr−ëng
50
b×nh th−êng
øc khuÈn
80%
DiÖt khuÈn
80%
15 20
0 5 10
Thêi gian t¸c dông cña yÕu tè
H×nh 1.4b H×nh 1.4c
T¸c dông øc khuÈn vµ diÖt Tèc ®é chÕt cña vi khuÈn tïy theo
khuÈn cña yÕu tè m«i tr−êng thêi gian t¸c dông cña diÖt khuÈn
Mét sè yÕu tè, chñ yÕu lµ c¸c hãa chÊt, cã thÓ t¸c dông øc khuÈn hoÆc
diÖt khuÈn tïy theo nång ®é.
T¸c dông kh¸ng khuÈn cña c¸c yÕu tè m«i tr−êng chÞu ¶nh h−ëng cña
mét sè ®iÒu kiÖn nh− tÝnh chÊt vµ c−êng ®é t¸c dông cña b¶n th©n yÕu tè,
®Æc tÝnh cña vi khuÈn vµ tÝnh chÊt cña m«i tr−êng.
1.4.1. C¬ chÕ t¸c dông cña c¸c yÕu tè m«i tr−êng lªn vi khuÈn
C¸c yÕu tè m«i tr−êng bªn ngoµi t¸c dông lªn tÕ bµo thuéc ba lo¹i: YÕu tè vËt
lý (®é Èm, nhiÖt ®é, tia bøc x¹...), yÕu tè hãa häc (pH m«i tr−êng, thÓ oxi hãa khö,
c¸c chÊt diÖt khuÈn) vµ c¸c yÕu tè sinh häc (chÊt kh¸ng sinh). Dï lµ yÕu tè nµo
nh−ng khi t¸c dông bÊt lîi lªn tÕ bµo th× th−êng g©y tæn h¹i ®Õn c¸c cÊu tróc quan
Khoa C¬ ®iÖn - 13 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
träng cho sù sèng cña tÕ bµo. Nh÷ng tæn h¹i ®ã dÉn ®Õn ph¸ hñy chøc phËn ho¹t
®éng cña c¸c cÊu tróc vµ lµm tÕ bµo chÕt. Chõng nµo tÕ bµo cã thÓ sèng sãt chÝnh lµ
do chóng ®· thÝch øng víi yÕu tè ®· cho b»ng nh÷ng thay ®æi vÒ sinh lý hoÆc di
truyÒn.
Nh÷ng t¸c dông cã h¹i cña c¸c yÕu tè bªn ngoµi tÕ bµo vi khuÈn thÓ hiÖn ë
nh÷ng biÕn ®æi sau:
+ Ph¸ hñy thµnh tÕ bµo.
+ BiÕn ®æi tÝnh thÊm cña mµng tÕ bµo chÊt: mét sè chÊt kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i
x©m nhËp tÕ bµo. Nh−ng vÉn g©y t¸c dông kh¸ng khuÈn.
+ Thay ®æi ®Æc tÝnh keo cña nguyªn sinh chÊt: c¸c yÕu tè vËt lý hay hãa häc
®Òu cã thÓ g©y nªn t¸c dông nµy.
+ K×m h·m ho¹t tÝnh.
+ Hñy ho¹i c¸c qu¸ tr×nh tæng hîp.
1.4.2. T¸c ®éng cña c¸c yÕu tè vËt lý
+ §é Èm: hÇu hÕt c¸c qu¸ tr×nh sèng cña vi khuÈn cã liªn quan ®Õn n−íc do
®ã ®é Èm lµ yÕu tè quan träng cña m«i tr−êng. §a sè vi khuÈn thuéc c¸c sinh vËt −a
n−íc nghÜa lµ chóng cÇn n−íc ë d¹ng tù do, dÔ hÊp thô.
+ NhiÖt ®é: ho¹t ®éng trao ®æi chÊt cña vi khuÈn cã thÓ coi lµ kÕt qu¶ cña c¸c
ph¶n øng hãa häc. V× c¸c ph¶n øng nµy phô thuéc chÆt chÏ vµo nhiÖt ®é nªn yÕu tè
nhiÖt ®é râ rµng ¶nh h−ëng s©u s¾c ®Õn c¸c qu¸ tr×nh sèng cña tÕ bµo. TÕ bµo thu
®−îc nhiÖt chñ yÕu tõ m«i tr−êng bªn ngoµi, mét phÇn còng do c¬ thÓ th¶i ra do kÕt
qu¶ cña ho¹t ®éng trao ®æi chÊt.
Ho¹t ®éng cña vi khuÈn bÞ giíi h¹n trong m«i tr−êng chøa n−íc ë d¹ng cã thÓ
hÊp thô. Vïng nµy cña n−íc n»m ë 20 ®Õn kho¶ng 1000 gäi lµ vïng sinh ®éng häc.
HÇu hÕt tÕ bµo sinh d−ìng cña vi khuÈn chÕt ë nhiÖt ®é cao do protein
bÞ biÕn tÝnh. Vi khuÈn chÕt ë nhiÖt ®é cao còng cã thÓ cßn lµ hËu qu¶ cña
kh«ng ho¹t hãa ARN vµ sù ph¸ ho¹i mµng tÕ bµo chÊt.
ë nhiÖt ®é thÊp cã thÓ lµm ngõng qu¸ tr×nh vËn chuyÓn c¸c chÊt hßa tan
qua mµng tÕ bµo chÊt do thay ®æi h×nh kh«ng gian cña mét sè permeaza chøa
Khoa C¬ ®iÖn - 14 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
trong mµng hoÆc ¶nh h−ëng ®Õn viÖc h×nh thµnh vµ tiªu thô ATP cÇn cho qu¸
tr×nh vËn chuyÓn chñ ®éng c¸c chÊt dinh d−ìng.
Vi khuÈn th−êng chÞu ®ùng ®−îc nhiÖt ®é thÊp. ë nhiÖt ®é d−íi ®iÓm
b¨ng hoÆc thÊp h¬n chóng kh«ng thÓ thùc hiÖn ho¹t ®éng trao ®æi chÊt râ rÖt.
NhiÖt ®é thÊp cã thÓ coi lµ yÕu tè øc khuÈn nÕu lµm l¹nh kh¸ nhanh. Trong
tr−êng hîp lµm l¹nh dÇn dÇn xuèng d−íi ®iÓm b¨ng cÊu tróc cña tÕ bµo bÞ tæn
h¹i do c¸c tinh thÓ b¨ng ®−îc t¹o thµnh nh−ng kÝch th−íc nhá, do ®ã tÕ bµo
kh«ng bÞ ph¸ hñy.
Giíi h¹n gi÷a nhiÖt ®é cùc tiÓu vµ nhiÖt ®é cùc ®¹i lµ vïng nhiÖt sinh
tr−ëng cña vi khuÈn. Giíi h¹n nµy rÊt kh¸c nhau gi÷a c¸c lo¹i vi khuÈn, t−¬ng
®èi réng ë c¸c vi khuÈn ho¹i sinh, nh−ng rÊt hÑp ë c¸c vi khuÈn g©y bÖnh. Tïy
theo quan hÖ víi vïng nhiÖt cã thÓ chia vi khuÈn thµnh mét sè nhãm sau:
- Vi khuÈn −a l¹nh (Psychrophilic) sinh tr−ëng tèt nhÊt ë nhiÖt ®é d−íi
200C, th−êng gÆp trong n−íc biÓn, c¸c hè s©u vµ suèi n−íc l¹nh, ch¼ng h¹n vi
khuÈn ph¸t quang, vi khuÈn s¾c. Ho¹t tÝnh trao ®æi chÊt ë c¸c vi khuÈn nµy
thÊp. Trong ®iÒu kiÖn phßng thÝ nghiÖm nhiÒu vi khuÈn −a l¹nh dÔ dµng thÝch
øng víi nhiÖt ®é cao h¬n.
- Vi khuÈn −a Êm (Mesophilic) chiÕm ®a sè, cÇn nhiÖt ®é trong kho¶ng
200C – 400C. Ngoµi c¸c d¹ng ho¹i sinh ta cßn gÆp c¸c loµi kÝ sinh, g©y bÖnh
cho ng−êi vµ ®éng vËt, chóng sinh tr−ëng tèt nhÊt ë 370C øng víi nhiÖt ®é cña
c¬ thÓ ng−êi vµ ®éng vËt.
- Vi khuÈn −a nãng (Thermophilic) sinh tr−ëng tèt nhÊt ë 550C. Mét sè
kh«ng sinh tr−ëng ë nhiÖt ®é d−íi +300C. NhiÖt ®é sinh tr−ëng cùc ®¹i cña c¸c
vi khuÈn −a nãng dao ®éng gi÷a +750C vµ +800C.
C¸c loµi Bacillus sèng trong ®Êt th−êng cã nhiÖt ®é sinh tr−ëng kh¸ réng
(15 - 400C). Vi khuÈn E.coli cã nhiÖt ®é sinh tr−ëng 10 - 47.50C. Vi khuÈn g©y
bÖnh lËu (Neisseria gonorrhoeae) ph¸t triÓn ë nhiÖt ®é 30 - 400C. Vi khuÈn
Methylococus capsulatus sinh tr−ëng thÝch hîp ë 370C còng cßn cã thÓ sinh
tr−ëng ë nhiÖt ®é 550C.
Khoa C¬ ®iÖn - 15 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
¸p lùc, ¸p suÊt thÈm thÊu vµ ¸p suÊt thñy tÜnh cã thÓ ¶nh h−ëng ®Õn cÊu
tróc cña tÕ bµo vi khuÈn.
+ ¢m thanh: sãng ©m thanh, ®Æc biÖt trong vïng siªu ©m (trªn 20KHz),
cã ¶nh h−ëng lín ®Õn sinh tr−ëng cña vi khuÈn. C¸c tÕ bµo sinh d−ìng bÞ chÕt
nhanh trãng. TÕ bµo con mÉn c¶m h¬n nhiÒu so víi tÕ bµo giµ.
+ Søc c¨ng bÒ mÆt: khi sinh tr−ëng trong m«i tr−êng dÞch thÓ vi khuÈn
chÞu ¶nh h−ëng cña søc c¨ng bÒ mÆt cña m«i tr−êng. Nh÷ng thay ®æi cña søc
c¨ng bÒ mÆt cã thÓ lµ ngõng sinh tr−ëng vµ tÕ bµo cã thÓ bÞ chÕt.
+ C¸c tia bøc x¹: ¸nh s¸ng cã thÓ g©y ra nh÷ng biÕn ®æi hãa häc. Do ®ã,
nh÷ng tæn th−¬ng sinh häc nÕu ®−îc tÕ bµo hÊp thô th× møc ®é g©y h¹i tïy
thuéc vµo møc n¨ng l−îng trong l−îng tö ¸nh s¸ng ®−îc hÊp thô vµ møc n¨ng
l−îng trong l−îng tö l¹i phô thuéc gi¸n tiÕp vµo chiÒu dµi sãng cña tia chiÕu.
C¸c l−îng tö bøc x¹ g©y lªn nh÷ng biÕn ®æi hãa häc cña c¸c ph©n tö vµ nguyªn
tö cã chiÒu dµi sãng kho¶ng 10000 A0.
1.4.3. T¸c ®éng cña c¸c yÕu tè hãa häc
Trong sè c¸c t¸c ®éng hãa häc ¶nh h−ëng ®Õn chøc phËn sèng cña tÕ
bµo tr−íc hÕt ph¶i kÓ ®Õn nång ®é ion hidro (pH), thÕ oxi hãa khö (Eh) cña
m«i tr−êng, c¸c chÊt s¸t trïng vµ c¸c chÊt hãa trÞ liÖu.
+ T¸c ®éng cña pH m«i tr−êng: pH cña m«i tr−êng cã ý nghÜa quyÕt
®Þnh ®èi víi sinh tr−ëng vµ ph¸t triÓn cña vi khuÈn. C¸c ion H+ vµ OH- lµ hai
ion ho¹t ®éng lín nhÊt trong tÊt c¶ c¸c ion, nh÷ng biÕn ®æi dï nhá trong nång
®é cña chóng còng cã ¶nh h−ëng m¹nh mÏ. Cho nªn viÖc x¸c ®Þnh thÝch hîp
ban ®Çu vµo viÖc duy tr× pH cÇn thiÕt trong thêi gian sinh tr−ëng cña tÕ bµo lµ
rÊt quan träng. §a sè vi khuÈn sinh tr−ëng tèt nhÊt ë pH trung b×nh (7.0) nh−
nhiÒu vi khuÈn g©y bÖnh (m«i tr−êng tù nhiªn lµ m¸u vµ b¹ch huyÕt m¸u cña
c¬ thÓ ®éng vËt).
+ T¸c ®éng cña thÕ oxi hãa khö (Eh): biÓu thÞ møc ®é tho¸ng khÝ cña
m«i tr−êng.
Khoa C¬ ®iÖn - 16 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
+ C¸c chÊt diÖt khuÈn ( s¸t trïng): th−êng dïng nhÊt lµ phenol vµ c¸c
hîp chÊt cña phenol, c¸c ancohol, halogen, kim lo¹i nÆng, H2O2, c¸c thuèc
nhuém, xµ phßng vµ c¸c chÊt röa tæng hîp cña muèi amon bËc bèn.
1.4.4. T¸c ®éng cña c¸c yÕu tè sinh häc
C¸c yÕu tè sinh häc t¸c ®éng cã h¹i lªn qu¸ tr×nh sinh sèng cña vi khuÈn
®ã lµ kh¸ng thÓ vµ chÊt kh¸ng sinh.
1.5. KÕt luËn
Nh− vËy, qua qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ t×m hiÓu vÒ quy tr×nh nu«i cÊy vi
khuÈn, c¸c ®iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn chóng t«i ®−a ra mét sè kÕt luËn
sau:
+ Vi khuÈn cã vai trß v« cïng to lín ®èi víi con ng−êi, ®éng vËt, thùc
vËt… trªn tr¸i ®Êt. Ch¼ng h¹n nh− chóng tham gia tÝch cùc vµo qu¸ tr×nh ph©n
gi¶i c¸c x¸c h÷u c¬, c¸c phÕ th¶i c«ng nghiÖp. §Æc biÖt lµ vi khuÈn cã vai trß
rÊt quan träng trong ngµnh n¨ng l−îng ®ã lµ viÖc chóng ®ãng gãp rÊt lín trong
viÖc t¹o ra dÇu má, than ®¸ vµ khÝ ®èt…
+ Muèn cho vi khuÈn sinh tr−ëng vµ ph¸t triÓn ®−îc cÇn ph¶i nu«i cÊy
trong c¸c m«i tr−êng thÝch hîp, m«i tr−êng lµ nh÷ng chÊt dinh d−ìng cÇn thiÕt
®−îc phèi hîp theo yªu cÇu sinh tr−ëng vµ ph¸t triÓn cña vi khuÈn ®èi víi ®iÒu
kiÖn vµ hoµn c¶nh sèng. VÝ dô nh−:
• M«i tr−êng dÞch thÓ hay m«i tr−êng láng lµ m«i tr−êng hîp thµnh do
sù hoµ tan cña c¸c chÊt dinh d−ìng cÇn thiÕt ë trong n−íc, nh− m«i tr−êng
n−íc thÞt, n−íc pepton, n−íc gan, n−íc d¹ dÇy, n−íc c¸c lo¹i th©n cñ (nh− ng«,
®Ëu nµnh, cµ rèt).
• M«i tr−êng b¸n cè thÓ lµ m«i tr−êng n−íc cã cho thªm mét Ýt chÊt
(th¹ch, keo) vµo ®Ó lµm cho m«i tr−êng s¸nh l¹i, m«i tr−êng nµy dïng ®Ó theo
dâi sù di ®éng cña vi khuÈn, nã hîp víi ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn sinh lý cña vi
khuÈn.
• M«i tr−êng cè thÓ hay m«i tr−êng r¾n ®Æc nh− m«i tr−êng khoai t©y ®Ó
nu«i cÊy vi khuÈn lao; m«i tr−êng láng thªm th¹ch ®Ó t¹o thµnh m«i tr−êng
Khoa C¬ ®iÖn - 17 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
th¹ch ®Üa, th¹ch nghiªng dïng ®Ó ph©n lËp vµ xem h×nh th¸i c¸c khuÈn l¹c; m«i
tr−êng gelatin ®Ó kiÓm tra xem vi khuÈn cã lµm tan ch¶y gelatin kh«ng.
• M«i tr−êng tù nhiªn lµ c¸c m«i tr−êng mµ c¸c chÊt dinh d−ìng cã s½n
trong thiªn nhiªn nh− m¸u, huyÕt th¹ch, n−íc tiÓu, n−íc trøng, khoai t©y…
hay m«i tr−êng nh©n t¹o lµ hçn hîp cña nhiÒu chÊt dinh d−ìng cÇn thiÕt cho vi
khuÈn nh− n−íc thÞt, n−íc thÞt gan…
+ Ngoµi ra ¸nh s¸ng còng rÊt cÇn thiÕt ®èi víi mét sè lo¹i vi khuÈn nh−ng
trong qu¸ tr×nh nu«i cÊy nh©n t¹o ng−êi ta cã thÓ t¹o ra m«i tr−êng thÝch hîp
cho vi khuÈn sinh tr−ëng. Nh−ng nhiÖt ®é th× do ®iÒu kiÖn khÝ hËu lu«n thay
®æi v× vËy khi nhiÖt ®é thay ®æi cã thÓ lµm cho vi khuÈn chÕt. Do ®ã nhiÖt ®é lµ
rÊt cÇn quan t©m, trong nghiªn cøu, ch÷a trÞ vµ s¶n xuÊt th× viÖc duy tr× nhiÖt
®é nh»m duy tr× sù sèng cho vi khuÈn lµ vÊn ®Ò rÊt quan träng.
Nh− vËy, tõ nh÷ng ph©n tÝch ë trªn chóng t«i thÊy ¸nh s¸ng, ®é Èm, m«i
tr−êng ®· ®−îc c¸c nhµ vi sinh vËt nghiªn cøu vµ t¹o ra. Do ®ã trong ®Ò tµi nµy
chóng t«i chØ quan t©m ®Õn nhiÖt ®é.
Víi nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu vµ t×m hiÓu vÒ vi khuÈn, t«i tiÕn hµnh nghiªn
cøu vµ t×m hiÓu mét sè tñ nu«i cÊy vi khuÈn ®ang ®−îc sö dông trong thùc tÕ,
cô thÓ lµ ®ang ®−îng sö dông trong bÖnh viÖn B¹ch Mai.
Ch−¬ng 2
Khoa C¬ ®iÖn - 18 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
- B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Giíi thiÖu chung vÒ tù ®éng ®iÒu khÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi
khuÈn ®ang ®−îc sö dông hiÖn nay
2.1. Nguyªn lý cÊu t¹o chung
H×nh d¸ng vµ cÊu t¹o bªn trong cña mét sè tñ nu«i cÊy vi khuÈn hiÖn
nay ®ang ®−îc sö dông ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 2.1 sau:
H×nh 2.1. S¬ ®å cÊu t¹o cña tñ nu«i cÊy vi khuÈn
Trong ®ã:
1) Vá tñ: th−êng lµm b»ng t«n s¾t dµy cì 1,5mm, ë mÆt trong cã s¬n líp
s¬n chÞu nhiÖt, mÆt ngoµi s¬n chèng rØ. Cã lo¹i lµm b»ng t«n thÐp kh«ng rØ.
2) Líp c¸ch nhiÖt: th−êng b»ng b«ng thuû tinh ®Ó c¸ch nhiÖt cho tñ víi
m«i tr−êng ngoµi.
3) Cöa ngoµi b»ng t«n thÐp, xung quanh cã mét gio¨ng ami¨ng.
4) Cöa trong b»ng kÝnh chÞu nhiÖt cho phÐp nh×n thÊy vËt sÊy vµ c¸ch
nhiÖt ra ngoµi.
Khoa C¬ ®iÖn - 19 - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
nguon tai.lieu . vn
