Xem mẫu
- VI SINH NG D NG
Dinh dư ng c a vi sinh v t
YÊU C U DINH DƯ NG C A VI SINH V T
13.1.1. Thành ph n hoá h c c a t bào vi sinh v t
Cơ s v t ch t c u t o nên t bào vi sinh v t là các nguyên t hoá h c. Căn c
i v i các nguyên t này mà ngư i ta chia ra
vào m c yêu c u c a vi sinh v t
a lư ng và các nguyên t vi lư ng. Các nguyên t ch y u
thành các nguyên t
bao g m: C, H, O, N, P, S, K, Mg, Ca và Fe. Trong s này có 6 lo i ch y u
n 97% tr ng lư ng khô c a t bào vi sinh v t), ó là C, H, O, N, P và S.
(chi m
Các nguyên t vi lư ng thư ng là Zn, Mn, Na, Cl, Mo, Se, Co, Cu, W, Br và B. T
l các nguyên t hoá h c tham gia c u t o t bào vi sinh v t là không gi ng nhau
các nhóm vi sinh v t khác nhau. Ví d n m men, n m s i và vi khu n có lư ng
ch a trung bình c a 6 nguyên t ch y u là không gi ng nhau (b ng 13.1):
B ng 13.1: Lư ng ch a trung bình các lo i nguyên t ch y u trong t bào m t s
nhóm vi sinh v t (% tr ng lư ng khô)
Nguyên t Vi khu n N m men N ms i
C ~50 ~50 ~48
H ~8 ~7 ~7
O ~20 ~31 ~40
- N ~15 ~12 ~5
P ~3 - -
S ~1 - -
Theo các tài li u c a Tempest (1969), Pirt (1975) và Herbert (1976) thì thành
ph n trung bình c a các nguyên t t o nên t bào vi sinh v t nói chung là như sau:
B ng 13.2: Thành ph n các nguyên t c u t o nên sinh kh i t bào
% tr ng lư ng khô* Các ngu n dinh dư ng i n hình ư c
Nguyên t
s d ng cho sinh trư ng VSV trong
môi trư ng
Trung bình Biên
CO2, h p ch t h u cơ
C 50 45-58
H20, 02, các h p ch t h u cơ
O 21 18-31
NH3, NO3-, các h p ch t h u cơ ch a
N 12 5-17
H 8 6-8 N
Nư c, các h p ch t h u cơ.
P 3 1.2-10
S 1 0.3-1.3 Phosphate và các h p ch t ch a P.
SO4-2, H2S, và các h p ch t ch a S.
K 1 0.2-5
K+ (có th thay th b ng Rb+)
Mg 0.5 0.1-1.1
Mg2+
Ca 1 0.02-2.0
0.01-5.0 Ca2+
Cl 0.5
Fe 0.5 Cl-
Fe3+, Fe2+ và ph c ch t c a Fe
Na 1
Na+
Nh ng 0.5
L y t các ion vô cơ khác
nguyên t
khác,Mo,
- Ni, Co,
Mn, Zn, ..
*Các t bào bao g m 70% tr ng lư ng là nư c và 30% là các nguyên li u khô
khác. M c trung bình này ư c tính theo sinh trư ng c a vi khu n Gr(-) trong i u
ki n dư th a ch t dinh dư ng nuôi c y theo m .
Vi khu n lưu huỳnh (sulfur bacteria), vi khu n s t (iron bacteria) và vi khu n
i dương (marine bacteria) có lư ng ch a các nguyên t S, Fe, Na, Cl nhi u hơn
so v i các nhóm vi khu n khác. T o Silic (diatom) có ch a lư ng SiO2 khá cao
trong thành t bào. Thành ph n các nguyên t hoá h c còn thay i trong m t
nh tuỳ thu c vào tu i nuôi c y và i u ki n nuôi c y. Khi nuôi c y
ph m vi nh t
trên các môi trư ng có ngu n N phong phú thì lư ng ch a N trong t bào s cao
hơn so v i khi nuôi c y trên các môi trư ng nghèo ngu n N.
Các nguyên t hoá h c ch y u t n t i trong t bào vi sinh v t dư i d ng ch t
h u cơ, ch t vô cơ và nư c. Ch t h u cơ thư ng bao g m protein, carbon hydrat,
lipid, acid nucleic, vitamin và các s n ph m phân gi i c a chúng cũng như các ch t
phân tích các thành ph n h u cơ trong t bào thư ng s d ng hai
trao i ch t.
phương pháp: m t là, dùng phương pháp hoá h c tr c ti p chi t rút t ng thành
ph n h u cơ trong t bào, sau ó ti n hành phân tích nh lư ng. Hai
nh tính và
là, phá thành t bào, thu nh n các thành ph n k t c u hi n vi r i phân tích thành
ph n hoá h c c a t ng k t c u ó. Ch t vô cơ thư ng ng riêng r dư i d ng
mu i vô cơ ho c k t h p v i ch t h u cơ. Khi phân tích thành ph n vô cơ trong t
5500 C, ch t vô
bào ngư i ta thư ng phân tích tro sau khi ã nung t bào nhi t
cơ thu ư c dư i d ng các oxit vô cơ ư c g i là thành ph n tro. Dùng phương
pháp phân tích vô cơ có th nh lư ng t ng nguyên t vô cơ.
nh tính hay
B ng 13.3:Thành ph n hóa h c c a t bào vi khu n (theo F.C.Neidhardt et
al.,1996)
- % kh i lư ng S phân t
Phân t khô (1) / t bào S lo i phân t
- Nư c - 1
- Các i phân t 96 kho ng 2500
+Protein 55 24 609 802 kho ng 1850
+Polysaccharide 5 2 350 000 2 (2)
+Lipid 9,1 4 300 4 (3)
+ADN 3,1 22 000 000 1
+ARN 20,5 2,1 kho ng 660
- Các ơn phân t 3,0 255 500 kho ng 350
+Aminoacid và ti n th 0,5 kho ng 100
+ ư ng và ti n th 2 kho ng 50
+Nucleotid và ti n th 0,5 kho ng 200
- Các ion vô cơ 1 kho ng 18
T ng c ng 100
Chú thích:
(1) -Kh i lư ng khô c a t bào vi khu n Escherichia coli ang sinh trư ng là
kho ng 2.8 x 10-13g.
(2) - Gi thi t Peptidoglycan và Glycogen là 2 thành ph n ch y u.
(3) - T bào ch a vài lo i phospholipid, do tính a d ng c a thành ph n acid béo
gi a các chi vi khu n khác nhau và do nh hư ng c a i u ki n sinh trư ng mà có
nhi u hình th c t n t i c a m i lo i phospholipid.
Nư c là thành ph n không th thi u ng s ng bình thư ng c a
duy trì ho t
t bào. Nư c thư ng chi m n 70-90% tr ng lư ng t bào. chênh l ch gi a
- tr ng lư ng tươi và tr ng lư ng khô chính là lư ng nư c trong t bào, thư ng bi u
th b ng t l % tính theo công th c sau ây:
(Tr ng lư ng tươi - Tr ng lư ng khô) / Tr ng lư ng tươi x 100%.
ơn v tr ng lư ng t bào trong d ch nuôi c y thư ng ư c bi u th b ng ơn
5500C thư ng làm phân
v g/l hay mg/ml. Phương pháp nung khô t bào nhi t
gi i m t s h p ch t c a t bào vì v y khi tính tr ng lư ng khô c a t bào nên
1050C hay làm khô
dùng phương pháp s y khô nhi t không cao trong chân
không, ho c làm khô nhanh nh tia h ng ngo i...
13.1.2. Các ch t dinh dư ng và ch c năng sinh lý
Vi sinh v t ch y u thu nh n ư c ch t dinh dư ng t môi trư ng bên ngoài.
Căn c vào ch c năng sinh lý khác nhau trong t bào mà ngư i ta thư ng chia các
ch t dinh dư ng thành 5 nhóm l n:
1) Ngu n carbon (source of carbon)
Là ngu n v t ch t cung c p C trong quá trình sinh trư ng c a vi sinh v t.
Trong t bào ngu n C tr i qua m t lo t quá trình bi n hoá hoá h c ph c t p s bi n
thành v t ch t c a b n thân t bào và các s n ph m trao i ch t. C có th chi m
n kho ng m t n a tr ng lư ng khô c a t bào. ng th i h u h t các ngu n C
trong các quá trình ph n ng sinh hoá còn sinh ra trong t bào ngu n năng lư ng
c n thi t cho ho t ng s ng c a vi sinh v t. M t s vi sinh v t dùng CO2 làm
sinh trư ng, khi ó ngu n C không ph i là ngu n
ngu n C duy nh t hay ch y u
sinh năng lư ng.
Vi sinh v t s d ng m t cách ch n l c các ngu n C. ư ng nói chung là ngu n
C và ngu n năng lư ng t t cho vi sinh v t. Nhưng tuỳ t ng lo i ư ng mà vi sinh
v t có nh ng kh năng s d ng khác nhau. Ví d trong môi trư ng ch a glucose và
galactose thì vi khu n Escherichia coli s d ng trư c glucose (g i là ngu n C t c
hi u) còn galactose ư c s d ng sau (g i là ngu n C trì hi u). Hi n nay trong các
cơ s lên men công nghi p ngư i ta s d ng ngu n C ch y u là glucose,
- ư ng (ph ph m c a nhà máy ư ng) tinh b t (b t ngô, b t khoai
saccharose, r
s n...), cám g o, các ngu n cellulose t nhiên hay d ch thu phân cellulose.
Năng l c ng hoá các ngu n C các vi sinh v t khác nhau là không gi ng
nhau. Có loài có kh năng s d ng r ng rãi nhi u ngu n C khác nhau, nhưng có
loài kh năng này r t ch n l c. Ch ng h n vi khu n Pseudomonas có th ng hoá
ư c t i trên 90 lo i h p ch t C, nhưng các vi khu n thu c nhóm dinh dư ng
ng hoá ư c các h p ch t 1C như methanol,
methyl (methylotrophs) thì ch
methane...
Ngu n C ch y u ư c vi sinh v t s d ng g m có ư ng, acid h u cơ, rư u,
lipid, hydrocarbon, CO2, carbonat... (B ng 13.4)
B ng 13.4: Ngu n C ư c vi sinh v t s d ng
Ngu n C Các d ng h p ch t
ư ng glucose, fructose, maltose, saccharose, tinh b t, galactose,
lactose, mannite, cellobiose, cellulose, hemicellulose,
chitin...
Acid h u cơ acid lactic, acid citric, acid fumaric, acid béo b c cao, acid
béo b c th p, aminoacid...
Rư u ethanol
Lipid lipid, phospholipid
Hydrocarbon khí thiên nhiên, d u thô, d u paraffin
Carbonate NaHCO3, CaCO3, á ph n
H p ch t nhóm thơm, cyanide, protein, pepton, acid
Các ngu n C
khác nucleic...
- Hình 13.1: S n lư ng sinh trư ng t i ưu khi vi sinh v t d dư ng
s d ng các ngu n C khác nhau
Ngu n carbon thư ng ư c s d ng trong công nghi p lên men là r ư ng
ư ng mía và r ư ng c c i ư c th y rõ trong
(molasses). S khác nhau gi a r
b ng 13.5
ư ng c c i và r ư ng mía
B ng 13.5: Thành ph n hóa h c c a r
ư ng c c i ư ng mía
Thành ph n Tl R R
ư ng t ng s % 48-52 48-56
Ch t h u cơ khá ư ng % 2-17 9-12
Protein (N x 6,25) % 6-10 2-4
K % 2-7 1,5-5,0
Ca % 0,1-0,5 0,4-0,8
Mg % kho ng 0,09 kho ng 0,06
P % 0,02-0,07 0,6-2,0
Biotin mg/kg 0,02-0,15 1,0-3,0
- Acid pantoteic mg/kg 50-110 15-55
Inositol mg/kg 5000-8000 2500-6000
Tiamin mg/kg kho ng 1,3 kho ng 1,8
T l các nguyên t trong các h p ch t cao phân t vi sinh v t có th th y rõ
trong b ng sau ây:
B ng 13.6: T l các nguyên t trong các cao phân t t bào vi sinh v t
% tr ng lư ng khô
Thành ph n %C %H %O %N %S %P
Trung Biên dao ng
bình
15c-75
Protein 55 53 7 23 16 1 -
RNAd 5c –30e
21 36 4 34 17 - 10
DNAd 1c –5f
3 36 4 34 17 - 10
0g –20h
peptidoglycan 3 47 6 40 7 - -
0i-15
Phospholipit 9 67 7 19 2 - 5
0h-4j
Lipopolysaccharide 3 55 10 30 2 - 3
0-45k
Lipit trung tính - 77 12 11 - - -
0l-5d
Acid Teichoic - 28 5 52 - - 15
0-50k
Glycogen 3 28 6 49 - - -
0-80k
PHB - 45 7 37 - - -
PHA (C8)m 0-60k
- 56 9 23 - - -
Polyphosphatd 0-20n
- 68 - 61 - - 39
- Cyanophycino - 0-10 - 15 25 27 - -
ư c thu nh n t các vi sinh v t khác
a. Theo Herbert (1976). Các thông s
nhau, không i n hình cho m t nhóm nào.
E. coli (trong pha sinh trư ng log). Theo Neidhardt et al. (1990).
b.
c. Các t bào có ngu n d tr C.
d. Bao g m các cao phân t như ARN, ADN, polyphosphate ho c m t s thành
ph n c a thành t bào.
có t l sinh trư ng cao.
e. T i m c
f. Các t bào sinh trư ng ch m.
g. Các loài ký sinh không có thành t bào.
h. Vi khu n Gram(+).
i. Các ch ng thay th ngu n phospholipid b ng các ch t tương t ch a P t do,
trong i u ki n h n ch ngu n P
j. Vi khu n Gram(-)
k. Các t bào trong i u ki n h n ch ngu n N.
l. H n ch ngu n P.
m. PHA (polyhydroxyaldehyde) ch a 3-hydroxyoctanoic acid.
n. M t s n m men và vi khu n.
o. M t s vi khu n lam có ngu n d tr N cyanophycin [(asp-arg)].n
*PHB= Poly- β- hydroxy butyrate
2) Ngu n N (source of nitrogen)
Ngu n N là ngu n cung c p N cho vi sinh v t t ng h p nên các h p ch t
ch a N trong t bào. Thư ng không là ngu n năng lư ng, ch m t s ít vi sinh v t
t dư ng (thu c nhóm ammon hoá-ammonification, nhóm nitrate hoá-
nitrification) dùng mu i ammone, mu i nitrate làm ngu n năng lư ng. Trong i u
- ki n thi u ngu n C m t s vi sinh v t k khí trong i u ki n không có oxy có th
s d ng m t s aminoacid làm ngu n năng lư ng. Ngu n N thư ng ư c vi sinh
v t s d ng là protein và các s n ph m phân hu c a protein ( peptone, peptide,
aminoacid...), mu i ammone, nitrate, N phân t (N2), purine, pyrimidine, urea,
amine, amide, cyanide...(b ng 13.7)
B ng 13.7: Ngu n N ư c vi sinh v t s d ng
Ngu n N
Các d ng h p ch t
Protein và các s n peptone, peptide, aminoacid... (m t s vi sinh v t ti t men
ph m phân gi i c a proteinase phân gi i protein thành các h p ch t phân t
nh hơn r i m i h p thu ư c vào t bào)
protein
ư c h p thu)
Ammone và mu i NH3, (NH4)2SO4,... (d
ammone
ư c h p thu)
Nitrate KNO3 (d
N phân t N2 (v i vi sinh v t c nh N)
Các ngu n N khác purine, pyrimidine, urea, amine, amide, cyanide (ch m t
ng hoá ư c)
s nhóm vi sinh v t m i có th
Ngu n N thư ng ư c s d ng nuôi c y vi sinh v t g m có pepton, b t cá,
u tương, b t khô l c, cao ngô, cao th t, cao n m men... Vi
b t nh ng t m, b t
sinh v t s d ng ch n l c i v i ngu n N. Ch ng h n x khu n s n sinh
nhanh hơn so v i s d ng khô u tương
terramycin s d ng cao ngô v i t c
hay khô l c, b i vì ngu n N trong cao ngô là các s n ph m phân gi i d h p thu
c a protein. Cao ngô ư c coi là ngu n N t c hi u, còn khô d u ư c coi là ngu n
N trì hi u. Lo i N t c hi u là có l i cho s sinh trư ng c a vi sinh v t, còn lo i trì
hi u l i có l i cho s hình thành các s n ph m trao i ch t. Khi s n xu t
terramycin ch ng h n, ngư i ta ph i h p s d ng cao ngô và khô d u theo m t t
- ph i h p gi a giai o n sinh trư ng t o sinh kh i và giai o n sinh
l nh t nh
i ch t, nh m m c tiêu là nâng cao s n lư ng
t ng h p các s n ph m trao
terramycin.
Năng l c h p thu mu i ammone và nitrate vi sinh v t là khá m nh. Ion
NH4+ sau khi ư c t bào h p thu có th ư c tr c ti p s d ng, do ó các ngu n
mu i ammone ư c coi là ngu n N t c hi u. Còn nitrate sau khi ư c h p th c n
kh thành NH4+ r i m i ư c vi sinh v t s d ng. a s các vi khu n ho i sinh
(saprophyte), vi khu n ư ng ru t, vi sinh v t gây b nh ngư i, ng v t, th c
v t... u có th dùng mu i ammone, mu i nitrate làm ngu n N. Ch ng h n các vi
khu n Escherichia coli, Enterobacter aerogenes, Bacillus subtilis, Pseudomonas
aeruginosa... u có th s d ng ngu n (NH4)2SO4 và NH4NO3 làm ngu n N; x
khu n có th s d ng KNO3 làm ngu n N; n m s i có th s d ng KNO3 làm
ngu n N. Lúc dùng các mu i như (NH4)2SO4 làm ngu n N nuôi c y vi sinh v t
c n chú ý là sau khi vi sinh v t h p thu NH4+ thì s làm h th p pH c a môi trư ng.
Ngư i ta g i ó là nh ng mu i có tính sinh lý acid. Ngư c l i khi dùng các mu i
nitrate (như KNO3) sau khi vi sinh v t h p thu NO3- thì s làm nâng cao pH c a
môi trư ng. Ngư i ta g i ó là các mu i có tính sinh lý ki m. làm cho pH trong
các môi trư ng nuôi c y vi sinh v t ít b bi n ng ngư i ta b sung thêm các ch t
có tính m (buffer substance).
3) Ngu n mu i vô cơ (source of inorganic salt)
Các mu i vô cơ là ngu n ch t dinh dư ng không th thi u i v i s sinh
trư ng c a vi sinh v t. Chúng có các ch c năng sinh lý ch y u là: tham gia vào
thành ph n c a các trung tâm ho t tính các enzyme c a vi sinh v t, duy trì tính
n nh c a k t c u cá i phân t và t bào, i u ti t và duy trì cân b ng áp su t
th m th u c a t bào, kh ng ch i n th oxy hoá kh c a t bào và là ngu n v t
ch t sinh năng lư ng i v i m t s loài vi sinh v t (b ng 13.8).
B ng 13.8: Mu i vô cơ và ch c năng sinh lý c a chúng
- Nguyên H p ch t s Ch c năng sinh lý
t d ng
Là thành ph n c a acid nucleic, nucleoprotein,
P KH2PO4, phospholipid, coenzyme, ATP... Làm nên h
m giúp i u ch nh pH môi trư ng.
K2HPO4 th ng
Là thành ph n c a các aminoacid ch a S, m t s
S (NH4)2SO4, vitamin; glutathione có tác d ng i u ch nh i n
MgSO4 th oxy hoá kh trong t bào.
Là thành ph n trung tâm ho t tính c a enzyme
phosphoryl hoá hexose, dehydrogenase c a acid
Mg MgSO4 isocitric, polymerase c a acid nucleic, thành
ph n c a chlorophyll và bacterio-chlorophyll.
T o tính n nh c a m t s cofactor, enzyme
Ca CaCl2, duy trì, c n cho s d ng tr ng thái c m th c a t
Ca(NO3)2 bào.
Thành ph n c a h th ng chuy n v n c a t bào,
Na NaCl duy trì áp su t th m th u, duy trì tính n nh c a
m t s enzyme.
Là cofactor c a m t s enzyme, duy trì áp su t
K KH2PO4, th m th u c a t bào, là nhân t n nh c a
m t s vi khu n ưa m n.
KH2PO4 ribosome
Thành ph n c a s c t vi khu n và m t s
enzyme, là v t ch t ngu n năng lư ng c a m t s
Fe FeS04 vi khu n s t, c n thi t t ng h p chlorophyll và
c t vi khu n b ch h u.
- Trong quá trình sinh trư ng vi sinh v t còn c n t i m t s nguyên t vi lư ng.
Nh ng nguyên t này cũng có vai trò quan tr ng m c d u ch c n v i s lư ng r t
nh , kho ng 10-8-10-6 mol/ L môi trư ng nuôi c y. Nguyên t vi lư ng tham gia
vào thành ph n enzyme và làm ho t hoá enzyme. (B ng 13.9)
B ng 13.9: Tác d ng sinh lý c a nguyên t vi lư ng
Nguyên t Tác d ng sinh lý
Zn Có m t trong alcohol dehydrogenase, lactodehydrogenase,
phosphatase ki m, ARNpolymerase, ADNpolymerase...
Mn Có m t trong peroxyd dismutase, carboxylase ciitric
synthetase
Mo Có m t trong reductase nitrate, nitrogenase, dehydrogenase
formic.
Se Có m t trong reductase glycin, reductase formic.
Co Có m t trong mutase glutamic.
Cu Có m t trong cytochrome oxydase.
W Có m t trong dehydrogenase formic.
Có m t trong urease, c n cho s sinh trư ng c a vi khu n
Br
hydrogen.
N u thi u nguyên t vi lư ng trong quá trình sinh trư ng thì ho t tính sinh lý
c a vi sinh v t b gi m sút, th m chí ng ng sinh trư ng. Do nhu c u dinh dư ng
c a vi sinh v t là không gi ng nhau cho nên khái ni m v nguyên t vi lư ng chi
có ý nghĩa tương i. Vi sinh v t thư ng ti p nh n nguyên t vi lư ng t các ch t
dinh dư ng h u cơ thiên nhiên, các hoá ch t vô cơ, nư c máy hay ngay t trong
các d ng c nuôi c y b ng thu tinh. Ch trong nh ng trư ng h p c bi t m i c n
b sung nguyên t vi lư ng vào môi trư ng nuôi cáy vi sinh v t.
- Vì nhi u nguyên t vi lư ng là kim lo i n ng cho nên n u dư th a s gây h i
cho vi sinh v t. Khi c n b sung thêm nguyên tô vi lư ng vào môi trư ng c n lưu ý
kh ng ch chính xác li u lư ng.
4) Nhân t sinh trư ng
Nhân t sinh trư ng (growth factor) là nh ng h p ch t h u cơ mà có nh ng vi
sinh trư ng tuy v i s lư ng r t nh và không t t ng h p
sinh v t c n thi t
so v i nhu c u.
Các vi sinh v t khác nhau có nh ng yêu c u không gi ng nhau v ch ng lo i và
li u lư ng c a các nhân t sinh trư ng. Sau ây là m t s ví d (b ng 13.10).
B ng 13.10: Các nhân t sinh trư ng c n thi t d i v i m t s loài vi sinh v t
Vi sinh v t Ch t sinh trư ng Nhu c u / ml
APAB, Acid nicotinic 0-10 ng
Acetobacter suboxydans
Clostridium acetobutylicum APAB 3 mg
choline 0,15 ng
Streptococcus pneumonia
pyridoxal 6 mg
Leuconostoc mesenteroides
thiamin 0,025 mg
Staphylococcus aureus
Corynebacterium diphtheria b-alanin 0,5ng
uracil 1,5 mg
Clostridium tetani
acid nicotinic 0~4 mg
Lactobacillus arabinosus
acid pantothenic 0,1 mg
methionine 0,02 mg
acid folic 1,0 mg
Streptococcus faecalis
arginine 0,02 mg
tyrosine 50 mg
thymonucleoside 8 mg
Lactobacillus delbruckii
biotin 0-2 mg
- ephedrin 1 ng
Lactobacillus casei
Chú thích: 1 mg= 10-6g; 1ng= 10-9g
Vi sinh v t t dư ng và m t s vi sinh v t d dư ng (như Escherichia coli)
th m chí có th sinh trư ng mà không c n b t kỳ nhân t sinh trư ng nào. M t
khác, cùng m t loài vi sinh v t nhưng nhu c u i v i nhân t sinh trư ng cũng
i tuỳ theo i u ki n môi trư ng. Ví d Mucor rouxii khi sinh trư ng trong
thay
i u ki n k khí thì c n thiamin (B1) và biotin (H), nhưng trong i u ki n hi u khí
thì l i t t ng h p ư c các vitamin này. Có trư ng h p chưa gi i thích ư c b n
ch t c a nhu c u v nhân t sinh trư ng m t s loài vi sinh v t. Thông thư ng b
sung vào môi trư ng các ch t h u cơ như cao n m men, cao th t, d ch un ng
áp ng ư c nhu c u v nhân t sinh trư ng.
th c v t (nh ng, giá …) là có th
Căn c vào s khác nhau v c u trúc hoá h c và ch c năng sinh lý c a các
nhân t sinh trư ng ngư i ta chia nhân t sinh trư ng thành các nhóm vitamin,
aminoacid, purine và pyrimidine. Vitamin là nhân t sinh trư ng ư c tìm th y b n
ch t hoá h c s m nh t. Hi n nay ngư i ta ã phát hi n ư c nhi u lo i vitamin có
tác d ng là nhân t sinh trư ng. M t s vi sinh v t có th t t ng h p ư c
vitamin, nhưng nhi u lo i khác l i c n ư c cung c p vitamin trong môi trư ng
dinh dư ng thì m i sinh trư ng ư c. Vitamin ch y u là coenzyme hay cofactor
c a các enzyme tham gia vào quá trình trao i ch t. M t s vi sinh v t không t
t ng h p ư c nh ng aminoacid nào ó, c n b sung vào môi trư ng các
aminoacid ó hay b sung peptide chu i ng n. Ch ng h n vi khu n Leuconostoc
mesenteroides c n t i 17 lo i aminoacid m i sinh trư ng ươc. M t s vi khu n
c n cung c p D-alanin t ng h p thành t bào. Purine và pyrimidine ch y u
ư c dùng làm coenzyme hay cofactor c a các enzyme c n thi t cho quá trình t ng
h p nucleoside, nucleotide và acid nucleic.
B ng 13.11: Ch c năng c a m t s vitamin thông thư ng i v i vi sinh v t
- Vitamin Ch c năng Ví d v các vi sinh v t c n cung
cp
-Carboxyl hóa (c nh CO2) Leuconostoc mesenteroides (B)
Biotin (H) -Trao i ch t m t carbon Saccharomyces cerevisiae (F)
Ochromonas malhamensis (A)
Acanthammoeba castellanii (P)
-S p x p l i phân t Lactobacillus spp. (B)
Vitamin B12 -Nhóm mang methyl trong Euglena gracilis (A)
trao i ch t m t carbon T o silic và nhi u vi t o khác (A)
Acanthammoeba castellanii (P)
Acid folic -Trao i ch t m t carbon Enterococcus faecalis (B)
Tetrahymena pyriformis (P)
Acid lipoic -Chuy n nhóm acyl Lactobacillus casei (B)
Tetrahymena spp. (P)
Acid pantotenic -Ti n th c a CoA (oxy hóa Proteus morganii (B)
pyruvat, trao i axit béo) Hanseniaspora spp. (F)
Paramecium spp. (P)
Pyridoxin (B6) -Trao i acid amin Lactobacillus spp. (B)
Tetrahymena pyriformis (P)
-Ti n th c a NAD, NADP Brucella abortus (B)
Niacin Haemophilus influenza (B)
Blastocladia pringsheimii (F)
Crithidia fasciculata (P)
-Ti n th c a FAD, FMN Caulobacter vibrioides (B)
Riboflavin (B2) Dictyostelium spp. (F)
- Tetrahymena pyriformis (P)
Bacillus anthracis (B)
-Chuy n nhóm aldehyd (kh Phycomyces blakesleeanus (F)
Thiamin (B1) carboxyl pyruvat, oxy hóa Ochromonas malhamensis (A)
acid α-keto) Colpidium campylum (P)
Chú thích: B-Vi khu n; F-Vi n m; A-Vi t o; P- ng v t nguyên sinh
5) Nư c
Nư c là thành ph n không th thi u vi sinh v t có th sinh trư ng. Ch c
năng sinh lý c a nư c trong t bào là:
- Hoà tan và chuy n v n các ch t, h tr cho vi c h p thu ch t dinh dư ng, gi i
phóng các s n ph m trao i ch t .
- Tham gia vào hàng lo t các ph n ng hóa h c trong t bào.
i phân t như protein, acid
- Duy trì c u hình thiên nhiên n nh c a các
nucleic...
- Là th d n nhi t t t, h p thu t t nhi t lư ng sinh ra trong quá trình trao i
ch t và khu ch tán k p th i ra bên ngoài duy trì s n nh c a nhi t bên
trong t bào.
- Duy trì hình thái bình thư ng c a t bào.
- Thông qua quá trình thu phân hay kh nư c kh ng ch k t c u c a t bào
(enzyme, vi ng, tiên mao...) và s tháo l p virút.
Tính h u hi u c a nư c i v i s sinh trư ng c a vi sinh v t thư ng ư c
) c a nư c (water activity, aw). ó là t l gi a
bi u th b ng ho t ng (ho t
áp l c hơi nư c c a dung d ch trong nh ng i u ki n nhi t và áp l c nh t nh
v i áp l c c a hơi nư c thu n khi t trong cùng nh ng i u ki n như v y:
aw = p w / pw0
- ây Pw là áp l c hơi nư c c a dung d ch, còn aw0 là áp l c c a hơi nư c
thu n khi t. Pw0 c a nư c thu n khi t là 1.0. Dung d ch càng ch a nhi u dung ch t
(ch t hoà tan) thì aw càng nh . Vi sinh v t thư ng sinh trư ng trong i u ki n có
aw trong kho ng 0,6-0,99. i v i m t s loài vi sinh v t khi aw quá th p thì t c
sinh trư ng và t ng sinh kh i gi m. Các vi sinh v t khác nhau có aw thích h p
không gi ng nhau (b ng 13.12)
B ng 13.12: aw thích h p nh t cho sinh trư ng m t s nhóm vi sinh v t
Vi sinh v t aw
Vi khu n nói chung 0,91
N m men 0,88
N ms i 0,80
Vi khu n ưa m n 0,76
Vi n m ưa m n 0,65
N m men ưa áp su t th m th u cao 0,60
Nhìn chung aw thích h p nh t cho s sinh trư ng c a vi khu n cao hơn c a
n m men và n m s i. Vi sinh v t ưa m n có aw thích h p nh t cho s sinh trư ng
là khá th p.
Ph n nư c có th tham gia vào các quá trình trao i ch t c a vi sinh v t ư c
g i là nư c t do. Ph n l n nư c t n t i trong t bào vi sinh v t là nư c t do.
Ph n nư c liên k t v i các h p ch t h u cơ cao phân t trong t bào ư c g i là
nư c liên k t. Nư c liên k t m t i kh năng hoà tan và lưu ng.
13.1.4. Khái ni m v s sinh trư ng trong i u ki n h n ch các ch t dinh
dư ng
môi trư ng nuôi c y l c trong phòng thí nghi m, khi t t c các ch t dinh
dư ng ư c cung c p cho s sinh trư ng c a vi sinh v t ã ư c thi t k t i ưu thì
- s dư th a x y ra vào lúc u và các t bào sinh trư ng theo logarit v i t c sinh
trư ng là l n nh t. Tuy nhiên, trong m i h th ng môi trư ng và k thu t nuôi c y,
s sinh trư ng c a vi sinh v t không th ti p di n mãi mà không b gi i h n trong
m t kho ng th i gian dài. M t tính toán ơn gi n ch ng minh nh n nh này là:
sau 2 ngày sinh trư ng theo logarit, m t t bào vi sinh v t c 20 phút l i nhân ôi
m t l n s t o ra x p x 2 x 1043 t bào. Gi s kh i lư ng trung bình c a m i t
bào là 10-12 g thì toàn sinh kh i t bào trên s có kh i lư ng g p g n 400 l n kh i
lư ng c a qu t. Vì v y, trong m i m t th tích nuôi c y, s sinh trư ng luôn
luôn s m b gi i h n do s c n ki t c a m t ho c vài ch t dinh dư ng.
Thu t ng “các ch t dinh dư ng h n ch ” ư c s d ng v i r t nhi u ý nghĩa,
và thư ng v n b nh m l n. Các ch t dinh dư ng h n ch có kh năng nh hư ng
n s sinh trư ng trong các môi trư ng nuôi c y vi sinh v t theo hai cách riêng
ng h c. S h n ch hóa h c ư c nh nghĩa là kh i lư ng
bi t: hóa h c và và
ư c t o ra trong i u ki n gi i h n các ch t dinh dư ng.
l n nh t sinh kh i có th
“Nguyên lý Liebig” b t ngu n t các nghiên c u v s màu m trong nông nghi p
c a Justus von Liebig vào năm 1840. Trong nghiên c u này ông tìm ra r ng hàm
lư ng c a m t ch t dinh dư ng nào ó s quy t n năng su t mùa màng,
nh
mi n là t t c các ch t dinh dư ng khác ã có m t m t cách dư th a (phương trình
các ch t dinh dư ng là th p (trong
1). Gi i h n ng h c xu t hi n khi n ng
ph m vi t miligram t i microgram trong m i lit), s h n ch các ch t dinh dư ng
sinh trư ng riêng c a t bào (µ). i u khi n
s i u khi n t c ng h c v t c
sinh trư ng thư ng kéo theo các ng l c bão hòa và phương trình Monod
(phương trình 2) ư c s d ng mô t m i quan h gi a n ng c a các ch t
dinh dư ng sinh trư ng riêng c a t bào (µ).
iv it c
X = X0 + ( S0 - S) x YX/S (1)
µ = µmax x x s / (KS + S) (2)
nguon tai.lieu . vn
