Giáo trình Vi sinh vật học part 7 pps

161


















Hình 6.4: Lên men lactic dị hình
:1. Glucose-6-phosphat-dehydrogenase
2. Phosphogluconat-dedihydrogenase
3. Epimerase ; 4. Phosphoketolase

4. ứng dụng của lên men lactic
Nếu để dung dịch đường không khử trùng chứa cả các nguồn nitơ
phức tạp và các chất sinh trưởng một cách tự nhiên trong trong điều kiện
kị khí hoặc dưới dạng lớp cao thì các vi khuẩn lactic sẽ nhanh chóng phát
triển ở phía bên trong. Chúng làm giảm pH xuống dưới 5 và qua đó ức chế
sinh trưởng của các vi khuẩn kị khí khác là bọn không có khả năng sinh

trưởng ở độ chua này. Trong các môi trường làm giàu này nhóm vi khuẩn
nào phát triển được là tuỳ thuộc vào các điều kiện đặc biệt. Nhờ đặc tính
bảo quản và khử trùng dựa trên nguyên tắc acid hóa mà các vi khuẩn lactic


162
được sử dụng, trong nông nghiệp, trong nội trợ, trong ngành sản xuất và
chế biến sữa.
4.1.Thức ăn ủ chua.
Vi khuẩn lactic phân bố trên các nguyên liệu thực vật giữ một vai
trò to lớn trong việc bảo quản thức ăn gia súc. Để tạo điều kiện cho lên
men lactic xảy ra, lá các loại cây lấy củ hoặc cỏ được nén chặt trong các
hầm ủ, thêm rỉ đường để nâng cao tỉ lệ C/N và tạo độ chua ban đầu bằng
cách thêm acid formic hay acid vô cơ.
4.2.Dưa là một sản phẩm của quá trình lên men lactic. Bắp cải được cắt
nhỏ, trộn và bóp với muối ăn 2-3%. Trong điều kiện yếm khí, lên men
lactic sẽ xảy ra một cách tự nhiên, lúc đầu bởi Leuconostoc - với sự tạo
thành CO
2
, và về sau có sự tham gia của Lactobacillus plantarum.
4.3.Các sản phẩm sữa. Sữa có một thành phần dinh dưỡng cao, chứa
nhiều nước và giàu các muối khoáng, protein (chủ yếu là cazein), mỡ bơ,
đường (đặc biệt là lactose) và các vitamin. Ở trong bầu vú của động vật thì
nó là vô trùng, nhưng khi đi ra khỏi núm vú thì sữa bị nhiễm bởi khu hệ
bình thường của động vật, sau đó được bổ sung thêm bởi các vi sinh vật
khác từ người vắt sữa, máy hoặc bình chứa.
Là một môi trường gần như hoàn hảo nên sữa rất mẫn cảm với sự sinh
trưởng của vi sinh vật. Khi để sữa ở trong phòng nhiều loại vi khuẩn sẽ lên
men lactose tạo thành acid và làm thay đổi tính chất và kiến trúc của sữa.
Quá trình này có thể xảy ra tự nhiên hoặc được con người bắt chước như

trong qnầ trình sản xuất phomat hoặc iagua.
Trong các giai đoạn sớm của lên men sữa lactose bị tấn công
nhanh bởi Streptococcus lactis và Lactobacillus spp. Sự tiết acid lactic và
sự giảm pH làm protein của sữa bị đông lại thành cục vón (curd). Sự đông
cũng làm tách riêng phần dịch đường sữa (whey) ở trên bề mặt. Cục vón
cũng có thể được tạo nên nhờ tác dụng của vi sinh vật hoặc nhờ một
enzyme (rennin) lấy từ dạ dày bê.
Một lít sữa nặng 1032g bao gồm 902g nước và 130g chất khô
trong đó chứa 49g lactose; 39g chất béo (là những giọt mỡ đường kính 1-8
μm gồm glixerit và các chất tan trong lipit, như colesterol và các vitamin
A, D, E, K; 32,7g protein mà chủ yếu là cazein; 9g chất khoáng (gồm
phosphate, xitrat, KCl, NaCl và MgCl
2
).
*Sữa chua (sữa bơ). Sữa chua là sản phẩm của sự lên men sữa lỏng
bằng sự để chua ngẫu nhiên dưới tác động của nhiều vi khuẩn sinh acid


163
lactic khác nhau (như Streptococcus lactis hay S. cremoris), hoặc của một
số lượng ít hơn nhiều các vi khuẩn gây thơm (như Streptococcus
diacetylacis, Betacoccus citrovorus) hoặc bằng việc cấy vào sữa đã đun
nóng các giống vi khuẩn thuần khiết. Khi lên men diễn ra, lactose được
chuyển hoá thành acid lactic, acid này sẽ ngưng kết cazein ở pH 4-5. Sữa
đông, đặc, có vị chua, tùy theo vùng có tên gọi khác nhau. Sữa chua được
làm từ sữa đầy đủ (chứa ít nhất 3% mỡ của sữa) thường được trộn với bột
sữa đã vớt váng nhằm làm tăng hàm lượng chất rắn toàn phần và cải thiện
cấu trúc gel protein. ở một số nước, sữa chua cũng được sản xuất từ sữa
cừu, sữa trâu, sữa tuần lộc hoặc sữa ngựa. Kem chua được sản xuất bởi
một quá trình rất giống quy trình dùng để sản xuất sữa chua chỉ trừ việc

kem cà phê đã được sử dụng làm nguyên liệu thô.
*Iagua. Iagua được làm từ các loại sữa chứa các hàm lượng mỡ khác
nhau bằng cách lên men nhờ các giống đặc biệt. Nó có một độ đông đặc
mịn giống như gel, một độ chua rõ rệt và hương vị dễ chịu, khác biệt rõ
ràng với loại sữa chua bình thường. Iagua được sản xuất bằng cách cấy
vào sữa đã khử trùng Pasteur đồng nhất khoảng 1,5-3% các vi khuẩn lactic
ưa nhiệt (giống hỗn hợp của một hoặc nhiều chủng như Streptococcus
thermophilus hay Lactobacillus bulgaricus) và sau đó giữ ở 42-45
o
C trong
khoảng 3 giờ. Độ quánh mịn được hình thành trong thời gian này. Sản
phẩm cuối cùng có vị chua (độ chua 40-60
o
SH). Phần quan trọng trong
hương thơm đặc biệt của iagua là các hợp chất cacbonyl với đixetyl và
acetaldehit chiếm ưu thế. Một loại igua đặc biệt có tên là sữa aciđophilus
được sản xuất nhờ Lactobacillus acidophilú. Việc thêm đường và hoa quả
vào iagua (iagua hoa quả) làm tăng đáng kể sức tiêu thụ sản phẩm này.
*Kefia và Kumis. Kefia và Kumis là các loại đồ uống chứa rượu
giàu CO
2
, nhiều bọt. Khu hệ vi sinh vật bao gồm nấm men Torula (chịu
trách nhiệm đối với quá trình lên men rượu) và các vi khuẩn Streptococcus
lactis và Lactobacillus caucaticus (chịu trách nhiệm đối với lên men
lactic). Các hạt kefia dùng để sản xuất kefia chứa các cục sữa đông cộng
với các vi khuẩn kefia. Kumis được làm từ sữa ngựa hay sữa dê do các
giống kumis thuần khiết (Thermobacterrium bulgaricus và nấm men
Candida) . Cả hai đồ uống làm từ sữa này đều là các sản phẩm địa phương
của vùng Caucasus và các vùng thảo nguyên Turkestan. Kefia chứa acid
lactic (0,5- 1%), một số lượng rượu đáng kể (0,5-2%), CO

2
và một số sản
phẩm phân giải cazein sinh ra từ hoạt động phân giải protein của nấm
men.
*Phomat. Phomat là sản phẩm thu được từ sữa đông bằng cách loại
bỏ dịch đường sữa và bằng cách làm chín cục vón khi có mặt một khu hệ


164
vi sinh vật đặc biệt. Có nhiều loại phomat với hình dạng và kích thước
khác nhau. được xếp thành nhóm dựa vào loại sữa sử dụng (bò, dê, cừu),
sự tạo thành cục vón (dùng acid, dùng rennin hay dùng cả hai), kiến trúc
hay độ đặc, và hàm lượng chất béo. Trong từng nhóm, các loại phomat
riêng biệt được đặc trưng bởi hương thơm. Sự sản xuất phomat về cơ bản
bao gồm hai công đoạn : sự tạo thành cục vón và quá trình làm chín.
*Sự tạo thành cục vón
Hàm lượng chất béo của sữa được điều chỉnh tới mức độ mong
mnốn, và khi cần, hàm lượng protein cũng được điều chỉnh. Các chất phụ
gia bao gồm muối canxi nhằm cải thiện sự ngưng kết protein và kiến trúc
của phomat, nitrat để kìm hãm khu hệ vi khuẩn kị khí hình thành bào tử và
các sắc tố tạo màu. Sữa thô hoặc sữa đã khử trùng được trộn trong một bể
ở nhiệt độ 15-59
o
C với một loại giống khởi động (vi khuẩn lactic hay vi
khuẩn propionic, nấm sợi, như Penicillium camemberti, P. candidum, P.
roqueforti , các vi khuẩn mang sắc tố màu vàng hoặc màu đỏ như
Bacterium linens, cùng các cầu khuẩn và nấm men) và sữa sẽ đông lại
thành một khối bán lỏng mềm, cụcvón, sau lên men lactic, được nối tiếp
bằng sự bổ sung rennin hoặc một tổ hợp nào đó mà thông thường nhất là
tổ hợp giữa acid và rennin. Gel protein này sẽ được cắt thành các hình

khối nhỏ trong lúc đang được đun nóng rồi sau đó được khuấy nhẹ. Dịch
đường sữa được loại bỏ còn phần cục vón chứa mỡ thì được chuyển sang
quá trình làm rắn. Khi độ rắn mong muốn đã đạt được, cục vón được
chuyển sang quá trình làm chín.
*Làm chín
Quá trình làm chín phụ thuộc vào thành phần khối phomat, đặc biệt
là hàm lượng nước, khu hệ vi sinh vật và các điều kiện bên ngoài như
nhiệt độ và độ ẩm của các phòng làm chín. Sự chín của phomat mềm xảy
ra từ ngoài vào trong, vì thế trong giai đoạn đầu sẽ có một phần vỏ chín và
một phần lõi chưa chín. Sự chín không đồng đều xảy ra là do có sự chênh
lệch về pH. ở bên trong khối phomat, pH thấp vì có mặt acid lactic. ở
ngoài vỏ, các loài nấm sợi đặc trưng phát triển thích hợp hơn ở các pH cao
đã nâng pH lên nhờ phản ứng loại CO
2
từ các amino acid.
Sự chín ở phomat cứng xảy ra đồng đều trên toàn bộ khối phomat.
Sự tạo thành vỏ chỉ là kết quả của sự khô bề mặt, điều này có thể tránh
được nhờ việc bao gói khối phomat trong các màng plastic thích hợp trước
khi quá trình làm chín bắt đầu. Thời gian làm chín thay đổi tùy trường
hợp, kéo dài từ vài ngày đối với phomat mềm tới vài tháng thậm chí vài


165
năm đối với các loại phomat cứng. Sản lượng trên 100 kg sữa nước là 8 kg
phomat cứng và tới 12 kg phomat mềm.
Mọi thành phần của phomat đều chịu sự biến đổi về mặt sinh hoá
học ở các mức độ khác nhau trong quá trình làm chín. Lactose được phân
giải thành acid lactic nhờ lên men lactic đồng hình. Trong loại phomat
cheđa chẳng hạn, pH giảm từ 6,55 xuống 5,15 tính từ lúc bổ sung giống
khởi động cho tới khi đúc thành khuôn. Khi có mặt vi khuẩn propionic

(như trong trường hợp của phomat Emmental), acid lactic được chuyển
hóa tiếp tục thành acid propionic, acid acetic, và CO
2
theo phản ứng :
3 CH
3
CHOHCOOH → 2 CH
3
CH
2
COOH + CH
3
COOH + CO
2
+ H
2
O
Tỉ lệ giữa acid propionic và acid acetic bị ảnh hưởng bởi thế oxi hóa
khử của phomat và tỉ lệ này sẽ thấp khi có mặt muối nitrat chăng hạn.
Phương thức và mức độ phân giải mỡ của sữa phụ thuộc vào khu hệ vi
sinh vật tham gia vào quá trình làm chín phomat. Sự giải phóng các acid
béo, đặc biệt là các acid ảnh hương đến hương thơm của phomat phụ
thuộc vào tính đặc hiệu của các lipase.
Ngoài các acid béo tự do, 2-alkanon và 2-alkanol cũng được tạo
thành như các sản phẩm phụ của sự β-oxi hoá các acid béo. Nấm sợi, đặc
biệt là Penicillium roqueorti, sử dụng β-ketoaxyl-CoA đeaxylase
(tiodihydroase) và β-ketoacid đecacboxylase để cung cấp các hợp chất
điển hình cho hương thơm của các phomat bán mềm.
Sự phân giải protein thành các amino acid xảy ra qua các peptit như
ìà các sản phẩm trung gian. Tùy thuộc vào loại sữa mà 20-40% cazein

được chuyển hoá thành các dẫn xuất protein hòa tan trong đó 5-15% là các
acid amin. Phạm vi pH 3-6 là tối ưu đối với hoạt tính proteinase của
Penicillium roqueorti. Sự phân giải protein bị ảnh hưởng mạnh bởi hàm
lượng muối chứa trong phomat. Hàm lượng amino acid là 2,6-9% phần
chất rắn của phomat và là phần quan trọng trong hương thơm của phomat.
Những lỗi trong quá trình làm chín có thể tạo nên những peptit có vị đắng.
Các amino acid được chuyển hóa tiếp tục. Trong giai đoạn sớm của
sự làm chín, với pH thấp, chúng bị loại CO
2
thành các amino. Trong giai
đoạn muộn, với pH cao, các phản ứng oxi hoá chiếm ưu thế. Sự phân giải
protein không chỉ đóng góp vào sự tạo thành hương thơm, nó còn ảnh
hưởng đến kiến trúc của phomat. Khi phomat mềm bị làm chín quá mức,
sự phân giải protein có thể dẫn đến việc dịch hóa gần như toàn bộ khối
phomat.


166
Câu hỏi ôn tập chương 8
1. Trong tế bào, quá trình đường phân diễn ra ở đâu ? Phản ứng này
khác nhau như thế nào khi không có mặt oxy và khi có mặt oxy ?
2. Phân tử nào mở đầu con đường đường phân ? Khi đường phân
hoàn thành, phân tử nào còn lại. Bao nhiêu ATP được tạo thành ở
mức độ phosphoril hóa cơ chất ? Con số ATP được tạo thành là
bao nhiêu, và vì sao con số này lại khác với tổng số ATP được tạo
thành ? Bao nhiêu ATP sẽ được tạo thành bổ sung nếu oxy có mặt
?
3. Khi nguông glucose là không hạn chế thì cái gì sẽ là nhân tố giới
hạn trong phản ứng đường phân ?
4. Hai cơ chế tái tạo NAD

+
là những cơ chế nào ? Chúng khác nhau ở
chỗ nào ? Đâu là một quá trình hiếu khí và đâu là một quá trình kị
khí ?
5. Lên men khác hô hấp oxy hóa chỗ nào khi xét về phương diện các
chất nhận điện tử và sự sản sinh năng lượng ?
6. Sự trao đổi điện tử để tạo nên ATP khác nhau như thế nào trong
các trường hợp NADH được tạo thành trong đường phân, NADH
được tạo thành trong chu trình acid citric, và FADH
2
được tạo
thành trong chu trình acid citric ?
7. Hiệu quả của việc phân giải hiếu khí hoàn toàn một phân tử
glucose ở vi khuẩn là bao nhiêu ? So sánh với hiệu quả của một
mình đường phân?
8. Hiệu ứng Pasteur có gặp ở các vi khuẩn lên men lactic đồng hình
không ? Vì sao ?
9. Giải thích tại sao ở một số nấm men, như Rhodotorula hay
Geotrichum, khi thừa nguồn C, đồng thời thiếu N và P thì lipit lại
được tích lũy ?
10. Cho ví dụ về những trường hợp lên men ở vi khuẩn trong đó có sự
tạo thành nhiều hơn 2 mol ATP trên một mol glucose bị phân hủy.


167
Chương 9
Vi khuẩn quang hợp và cố định đạm

I.Vi sinh vật quang hợp
1.Các vi khuẩn quang quang hợp (Phototrophic bacteria)

1.Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple sulfur bacteria):
a-HọChromatiaceae:
b-HọEctothiorhodospiraceae:
2-Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure purple bacteria)
3.Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure bacteria)
4.Vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục (Green nonsulfur bacteria)
5-Vi khuẩnlam(Ngành Cyanobacteria)
a- Nhóm I (có tác giả gọi là bộ Chroococcales):
b- Nhóm II (có tác giả gọi là bộ Pleurocapsales):
c- Nhóm III (có tác giả gọi là bộ Oscillatorriales):
d- Nhóm IV (có tác giả gọi là bộ Nostocales) :
e- Nhóm V (có tác giả gọi là bộ Stigonematales)
1.1.Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Purple sulfur bacteria)
Thuộc nhóm này là các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang
tự dưỡng vô cơ (photolithoautotroph), tế bào có chứa chlorophyll a hoặc b
, hệ thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến (lamellar)
gắn với màng sinh chất. Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors)
trong quang hợp thường sử dụng H
2,
H
2
S hay S . Có khả năng di động với
tiên mao mọc ở cực, có loài chu mao, tỷ lệ G+C là 45-70%.
a- Họ Chromatiaceae:
1.1.Chi Thiospirium
1.2. Chi Chromatium
1.3. Chi Thiocapsa
1.4. Chi Thiocystis
1.5. Chi Thiospirillum
1.6. Chi Thiorhodovibrio

1.7. Chi Amoebobacter
1.8. Chi Lamprobacter
1.9. Chi Lamprocystis
1.10.Chi Thiodyction

168
1.11.Chi Thiopedia
1.12. Chi Rhabdochromatium
1.13. Chi Thiorhodococcus


Chromatium Thiocapsa

Thiocystis Thiospirillum

Lamprocystis Thiopedia
Hình 9.1: Một số đại diện vi khuẩn lưu huỳnh màu tía thuộc Họ
Chromatiaceae

169
b- Họ Ectothiorhodospiraceae:
1.1- Chi Ectothiorhodospirace
1.2- Chi Halorhodospira
1.2-Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía (Nonsulfure purple bacteria)
Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía là nhóm vi khuẩn quang dị
dưỡng hữu cơ (photoorganoheterotrophs) thường kỵ khí bắt buộc, một số
loài là quang tự dưỡng vô cơ không bắt buộc (trong tối là hoá dị dưỡng
hữu cơ- chemoorganoheterotrophs). Tế bào chứa chlorophyl a hoặc b, hệ
thống quang hợp chứa các màng hình cầu hay hình phiến (lamellar) gắn
với màng sinh chất. Để dùng làm nguồn cho điện tử (electron donors)

trong quang hợp thường sử dụng chất hữu cơ, đôi khi sử dụng hợp chất
lưu huỳnh dạng khử hoặc H
2
. Có khả năng di động với tiên mao mọc ở
cực, hoặc không di động, một số loài có túi khí (gas vesicles), tỷ lệ G+C là
61-72%.
2.1- Chi Blastochloris
2.2- Chi Phaeospirillum
2.3- Chi Rhodobacter
2.4- Chi Rhodobium
2.5- Chi Rhodocista
2.6- Chi Rhodocyclus
2.7- Chi Rhooferax
2.8- Chi Rhodomicrobium
2.9- Chi Rhodoplanes
2.10-Chi Rhodopila
2.11- Chi Rhodopseudomonas
2.12- Chi Rhodospira
2.13- Chi Rhodospirillum
2.14- Chi Rhodothalassium
2.15- Chi Rhodovibrio
2.16-Chi Rhodovulum
2.17- Chi Rosespira
2.18- Chi Rubiviva




170

Rhodospirillum
Rhodospirillum dưới KHV điện tử


Rhodopseudomonas
Rhodopseudomonas dưới KHV điện tử


Rhodobacter Rhodopila


Rhodocyclus purpureus Rhomicrobium
Hình 9.2: Một số đại diện vi khuẩn không lưu huỳnh màu tía

171
1.3.Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (Green sulfure bacteria)
Thuộc nhóm này là các vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng quang
tự dưỡng vô cơ (photolithoautotroph), tế bào có chứa chlorophyll a cùng
với b , c hoặc e, chứa caroten nhóm 5, hệ thống quang hợp liên quan đến
các lục thể (chlorosom) và độc lập đối với màng sinh chất. Để dùng làm
nguồn cho điện tử (electron donors) trong quang hợp thường sử dụng H
2,

H
2
S hay S . Hạt lưu huỳnh tích luỹ bên ngoài tế bào Không có khả năng
di động , một số loài có túi khí; tỷ lệ G+C là 48-58%.
3.1- Chi Chlorobium
3.2- Chi Prosthecochloris

3.3- Chi Pelodictyon
3.4- Chi Ancalichliris
3.5- Chi Chloroherpeton

Chlorobium Pelodictyon
Prosthecochloris
Hình 9.3: Một số đại diện vi khuẩn lưu huỳnh màu lục

1.4.Vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục (Green nonsulfur bacteria)
Thuộc nhóm này là các vi khuẩn đa bào, dạng sợi,thường kỵ khí
không bắt buộc ,thường là quang dị dưỡng (photoheterotroph), có loài
quang tự dưỡng hoặc hoá dị dưỡng. Tế bào có chứa chlorophyll a và c,
trong điều kiện kỵ khí thấy có chlorosom. Để dùng làm nguồn cho điện tử
(electron donors) trong quang dị dưỡng là glucose, axit amin, axit hữu cơ;
trong quang tự dưỡng là H
2,
H
2
S. Di động bằng phương thức trườn
(gliding) , tỷ lệ G+C là 53-55%. Chi điển hình là Chloroflexus.,
Chloronema



172

Chloronema Chloroflexus
Hình 9.4: Một số đại diện vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục
1.5- Vi khuẩn lam (Ngành Cyanobacteria)
Theo NCBT (2005) thì Vi khuẩn lam bao gồm những bộ sau đây:

• -Chlorococcales
• -Gloeobacteria
• -Nostocales
• -Oscillatoriales
• -Pleurocapsales
• -Prochlorales
Trước đây thường nhầm lẫn là Tảo lam (Cyanophyta). Thực ra đây
là những cơ thể nhân nguyên thuỷ, không liên quan gì đến tảo , ngoài khả
năng quang hợp hiếu khí (quang tự dưỡng vô cơ) và dùng H
2
O làm chất
cho điện tử trong quá trình quang hợp. Vi khuẩn lam chứa chlorophyll a
và phycocyanin- phycobiliprotein. Một số loài có sắc tố đỏ phycoerythrin.
Chúng phối hợp với sắc tố lục tạo nên màu nâu. Màng liên kết với
phycobilisom. Đơn bào hoặc đa bào dạng sơi. Không di động hoặc di động
bằng cách trườn (gliding), một số loài có túi khí (gas vesicles).Nhiều loại
có dị tế bào (heterocysts) và có khả năng cố định nitơ. Vi khuẩn lam có
mặt ở khắp mọi nơi, trong đất, trên đá, trong suối nước nóng, trong nước
ngọt và nước mặn. Chúng có năng lực chống chịu cao hơn so với thực vật
đối với các điều kiện bất lợi như nhiệt độ cao, pH thấp. Một số loài có khả
năng sống cộng sinh với các cơ thể khác như Rêu, Dương xỉ, Tuế Nhiều
loài cộng sinh với nấm để tạo ra Địa y (Lichen). Vi khuẩn lam có thể là
sinh vật xuất hiện sớm nhất trên Trái đất

173
Vi khuẩn lam được chia thành 5 nhóm (subsection) như sau:
a- Nhóm I (có tác giả gọi là bộ Chroococcales):
Hình que hoặc hình cầu đơn bào, không có dạng sợi hay dạng kết
khối (aggregate); phân đôi hoặc nẩy chồi; không có dị tế bào
(heterocytes). Hầu hết không di động. Tỷ lệ G+C là 31-71% . Các chi tiêu

biểu là:
-Chamaesiphon
-Chroococcus
-Gloeothece
-Gleocapsa
-Prochloron

Chamaesiphon Chroococcus



Glooeothece Gleocapsa Prochloron

Hình 9.5: Một số đại diện vi khuẩn lam thuộc bộ Chroococcales
b-Nhóm II (có tác giả gọi là bộ Pleurocapsales):
Hình que hoặc hình cầu đơn bào. có thể tạo dạng kết khối
(aggregate); phân cắt nhiều lần tạo ra các baeocytes; không có dị tế
bào.Chỉ có các baeocytes là có di động. Tỷ lệ G+C là 40-46% . Các chi
tiêu biểu là:
• -Pleurocapsa
• -Dermocapsa
• -Chroococcidiopsis

174

Pleurocapsa Dermocapsa Chroococcidiopsis
Hình 9.6: Một số đại diện vi khuẩn lam thuộc bộ Pleurocapsales
c-Nhóm III (có tác giả gọi là bộ Oscillatorriales):
Dạng sợi (filamentous) ; dạng lông (trichome) không phân nhánh chỉ
có ở các tế bào dinh dưỡng; phân đôi trên mặt phẳng, có kiểu đứt đoạn

(fragmentation); không có dị tế bào; thường di động. Tỷ lệ G+C là 34-
67%. Các chi tiêu biểu là:
• -Lyngbya
• -Osscillatoria
• -Prochlorothrix
• -Spirulina
• -Pseudanabaena

Lyngbya Oscillatoria Prochlorothrix

Spirulina Pseudanabaena
Hình 9.7: Một số đại diện vi khuẩn lam thuộc bộ Oscillatorriales

175
d-Nhóm IV (có tác giả gọi là bộ Nostocales)
Dạng sợi ; dạng lông (trichome) không phân nhánh có thể chứa các
tế bào biệt hoá (specialized cell) ; phân đôi trên mặt phẳng, có kiểu đứt
đoạn tạo thành đoạn sinh sản (hormogonia) ; có tế bào dị hình ; thường di
động có thể sản sinh bào tử màng dày (akinetes). Tỷ lệ G+C là 38-47%.
Các chi tiêu biểu là :
• -Anabaena
• -Cylindrospermum
• -Aphanizomenon
• -Nostoc
• -Scytonema
• -Calothrix
Anabaena
Anabaena trong Bèo hoa dâu

Cylindrospermum Calothrix

176

Nostoc Scytonema
Hình 9.8: Một số đại diện vi khuẩn lam thuộc bộ Nostocales
e-Nhóm V (có tác giả gọi là bộ Stigonematales) :
Lông (trichome) dạng sợi, phân nhánh hoặc do các tế bào nhiều hơn
một chuỗi tạo thành ; phân đôi theo nhiều mặt phẳng, hình thành đoạn sinh
sản (hormogonia) ; có tế bào dị hình ; có thể sản sinh bào tử màng dày (
alkinetes), có hình thái phức tạp và biệt hóa (differentiation). Tỷ lệ G+C là
42-44%. Các chi tiêu biểu là :
-Fischerella
-Stigonema
-Geitlerinema

Stigonema
Fischerella Geitlerinema
Hình 9.9: Một số đại diện vi khuẩn lam thuộc bộ Stigonematales
2.Trao đổi chất ở các vi sinh vật quang dưỡng
Tất cả các vi khuẩn quang hợp đều chứa sắc tố quang hợp. Sắc tố
quang hợp ở vi khuẩn được gọi là bacteriochlorophyll. Chlorophyll và
bacteriochlorophyll còn được gọi là chất diệp lục và chất khuẩn lục. Chất
diệp lục, chất khuẩn lục và huyết sắc tố có cấu trúc tương tự như nhau. Đó
là một vòng pocphiril do 4 nhân pirol liên kết với nhau. Lõi của chất diệp
lục và chất khuẩn lục là Mg, còn lõi của huyết sắc tố là Fe, chất diệp lục a

177
khác với chất khuẩn lục a,b,c,d,e ở 7 gốc R (từ R

1
đến R
7
) có thể thấy rõ
sự khác nhau này trong bảng sau đây:
Bảng 9.1: Sự sai khác giữa chất diệp lục a và các loại chất khuẩn lục

Chú thích: a→ giữa C
3
và C
4
không có nối đôi, không thêm H
b→ giữa C
3
và C
4
không có nối đôi, có thêm H
Có thể thấy rõ hơn sự phân biệt của hai loại chlorophyll,
bacteriochlorophyll và hem bằng cách quan sát hình sau đây:








178

H. 9.10: Cấu trúc hóa học của một số sắc tố quang hợp

179
Ngoài các loại chlorophyll vi khuẩn tự dưỡng quang năng còn có
chứa một số các sắc tố thuộc loại carotenoit. Carotenoit ở vi khuẩn không
giống với carotenoit ở tảo hoặc thực vật. Dưới đây là vài ví dụ:


H. 9.11: Cấu trúc hóa học các loại carotenoit
Ở vi khuẩn tự dưỡng quang năng có hai loại phosphoryl hóa quang
hợp: phosphoryl hóa quang hợp tuần hoàn và phosphoryl hóa quang hợp
không tuần hoàn.


Chú thích
Bchl
*
: trạng thái kích phát của
bacteriochlorophyll
Ru-5-P: Ribulose-5-phosphate
H
2
A: Chất vô cơ cho hydrogen

H.9.12:Phosphoryl hóa quang hợp kiểu tuần hoàn
Trong điều kiện kỵ khí một số vi khuẩn quang hợp có thể sử dụng
năng lượng của ánh sáng để thực hiện phản ứng phosphoryl hóa sản sinh
ra ATP. Electron từ bacteriochlorophyll được tách ra dưới tác dộng của
ánh sáng, sau đó tham gia vào chuỗi hô hấp tuần hoàn và quay trở lại
Bchl. Trên đường đi đã sản sinh ra ATP. Việc sinh ra ATP được thực hiện
riêng rẽ với việc sinh ra [H] có năng lực khử. [H] có năng lực khử được
sinh ra từ các chất vô cơ cho hydrogen (như H
2
S ).Quá trình quang hợp
này không sản sinh ra oxi.

180


H.9.12: Phosphoryl hóa quang hợp kiểu không tuần hoàn

Chú thích: Chlb
*
và Chla
*
là ở trạng thái kích phát.
Đây là kiểu phản ứng phosphoryl hóa quang hợp gặp ở vi khuẩn
lam và cũng tương tự như ở tảo và cây xanh. Ở đây chuỗi vận chuyển
electron là không tuần hoàn vì vậy còn gọi là dòng chảy electron không
tuần hoàn.
Quang hợp xảy ra trong điều kiện có oxi và có 2 hệ thống quang.
Hệ thống quang I có chứa Chl a (chất diệp lục a) và có thể sử dụng
được tia đỏ có bước sóng dài.
Hệ thống quang II có chứa Chl.b và có thể sử dụng được tia sáng

lam (bước sóng ngắn). Quá trình quang hợp này có sản sinh oxi và xảy ra
đồng thời việc sinh ATP(ở hệ thống quang hợp II) và việc sinh [H] có
năng lực khử (trong NAD PH
2
) là H
+
và e
-
, được sinh ra sau sự quang giải
nước.
Sau quang giải nước sản sinh ra ½ O
2
+2H
+
+ 2e, electron sẽ liên
tiếp đi qua chuỗi electron (I và II), sau cùng đem electron đến cho NADP
+

để sản sinh ra 2 phản ứng phophoryl hóa để sinh ATP. Ở hệ thống I có
sinh NADPH
2
và ATP, còn ở hệ thống II có sinh oxi và ATP.
Một số vi khuẩn ưa mặn tự dưỡng quang năng có quá trình quang
hợp khá dặc biệt. Đại diện cho nhóm này là các vi khuẩn hay gặp trên các
hải sản ướp muối (như vi khuẩn Halobacterium halobium, H.eutirubrum )
Màng chất té bào của chúng phân thành 2 phần: phần màu đỏ và
phần màu tía. Phần màu đỏ có chứa cytocrom, flavoprotein của chuỗi hô
hấp dùng để oxi hóa phosphoryl hóa. Phần màu tía rất kì lạ. Trên màng
hiện lên các vết khoang (đường kính khoảng 0,5μm), phân bố độc lập với

181
nhau, chiếm tới một nửa tổng diện tích của màng tế bào vi khuẩn. Màng
này có khả năng thực hiện một quá trình quang hợp độc đáo. Có một loại
protein gọi là bacteriorodopsin, rất giống với rodopsin, loại protein có
trong tế bào hình trụ ở trên võng mạc của mắt. Bacteriorodopsin chiếm tới
75% màng màu tía.
Những vi khuẩn này có thể sinh trưởng được trong tối hoặc ngoài
sáng nếu có mặt oxi, khi không có mặt oxi chúng chỉ sinh trưởng được
ngoài sáng. Chúng có 2 con đường thu nhận năng lượng: một đường oxi
hóa phosphoryl hóa khi có oxi và một đường oxi hóa phosphoryl hóa khi
được chiếu sáng (quang hợp). Tốc độ tạo ra ATP là cao nhất khi được
chiếu sáng bằng bước sóng 550-600nm.











H.9.13: Sơ đồ minh họa 2 hệ thống quang

3. Cơ chế quang hợp
3.1. Pha sáng quang hợp
Pha sáng là giai đoạn đầu của quang hợp, giai đoạn này ánh sáng là
nhân tố trực tiếp tham gia vào quang hợp nên gọi là pha sáng.
Pha sáng xảy ra qua 2 giai đoạn: giai đoạn quang lý và giai đoạn

quang hoá.
* Giai đoạn quang lý: Nhờ tính chất quang hoá của ánh sáng và khả
năng hấp thụ năng lượng ánh sáng của phân tử chlorophyll mà năng lượng
của ánh sáng được chuyển sang năng lượng của điện tử trong các phân tử
chlorophyll. Năng lượng này lại chuyển đến 2 tâm quang hợp là λ700 và
λ680 để thực hiện giai đoạn quang hoá tiếp.
* Giai đoạn quang hoá: quang hoá là giai đoạn chuyển hoá năng
lượng của các điện tử trong 2 tâm quang hợp đã được làm giàu bởi năng
lượng ánh sáng thành năng lượng chứa đựng trong các hợp chất giàu năng
lượng là ATP và NADPH
2
.
Giai đoạn quang hoá xảy ra tại 2 tâm quang hợp bởi 2 phản ứng

182
quang hoá mà phần chính là quang phân ly nước và phosphoryl hoá.
- Quang phân ly nước: Nhờ năng lượng ánh sáng với sự tham gia
của sắc tố và hệ thống các chất oxi hoá trong lục lạp mà nước bị phân huỷ.
2H
2
O ( 4H
+
+ 4è + O
2

)
- Phosphoryl hoá : đây là quá trình tổng hợp ATP nhờ năng lượng
của quá trình oxi hoá xảy ra trong chuỗi vận chuyển è quang hợp.
ADP + H
3

PO
4
→ ATP + H
2
O
Có 3 hình thức Phosphoryl hoá xảy ra:
+ Phosphoryl hoá vòng.
+ Phosphoryl hoá không vòng.
+ Phosphoryl hoá hoá vòng giả.
Kết quả chung của pha sáng là:

12H
2
O +18ADP +18H
3
PO
4
+12NADP
+
→18ATP + 12NADPH+H
+
+ 6O
2

+ 18H
2
O
Pha sáng đã tạo ra ATP và NADPH+H
+
cung cấp cho pha tối quang

hợp.
3.2. Pha tối quang hợp
Sau khi pha sáng tạo ATP và NADPH+H
+
, giai đoạn tiếp theo của
quang hợp là sử dụng ATP và NADPH+H
+
để khử CO
2


tạo sản phẩm sơ
cấp của quang hợp là C
6
H
12
O
6
. Quá trình này không cần ánh sáng nên gọi
là pha tối. Pha tối diễn ra nhiều con đường khác nhau, mỗi con đường đặc
trưng cho một nhóm thực vật. Có 3 con đường đồng hoá CO
2
trong quang
hợp: chu trình Calvin, chu trình Hatch-Slack và chu trình CAM.

* Chu trình Calvin (chu trình C3)
- Đây là con đường đồng hoá CO
2
phổ biến nhất do Calvin tìm ra.
Chu trình xảy ra qua 3 giai đoạn chính:

+ Tiếp nhận CO
2
: Ribulozo 1,5dP tiếp nhận CO
2
sau đó biến đổi
thành 2 phân tử APG. APG là sản phẩm đầu tiên nên chu trình còn được
gọi là chu trình C3.
+ APG bị khử thành AlPG nhờ ATP và NADPH+H+ của pha sáng.
+ AlPG sẽ tái tạo lại Ribulozo 1,5dP đồng thời tạo nên sản phẩm của chu
trình là C
6
H
12
O
6
.
Tóm tắt chu trình Calvin:




183

C5 + CO2 + ATP + NADPH > C6H12O6
H. 9.14: Chu trình Calvin
www.starsandseas.com/. /cellcalvin.htm

II.Cố đinh nitrogen phân tử

Trong không khí có rất nhiều N phân tử, nhưng tuyệt đại đa số sinh

vật không sử dụng được nguồn N này. Chỉ có một số VSV là có thể hấp
thụ được N. Qua hoạt động sống của chúng N sẽ được chuyển thành N
hợp chất (protein và các sản phẩm thủy phân protein). Hoạt động này được
gọi là sự cố định N phân tử.
Quá trình cố định N có tác dụng rất lớn đến đời sống các sinh vật
trên trái đất. Trên cơ bản trong nham thạch không chứa hợp chất N. Cho
nên nguồn N trong đất hầu như hoàn toàn do tác dụng cố định N của VSV
mà hình thành. Hàng năm cây trồng lại lấy đi một lượng N đáng kể. Hợp
chất N được hình thành trong quá trình cố định này lại chính là nguồn N
chủ yếu bổ sung cho đất.
Các loại VSV cố định N không nhiều lắm, có thể chia làm hai loại
lớn như sau:
1.Vi sinh vật cố định N sống tự do (không cộng sinh): bao gồm một số vi
khuẩn, xạ khuẩn. Trong số này quan trọng nhất là các loài thuộc chi
Azotobacter và loài Clostridium Pasteurianum.
1. Azotobacter
1.1.Sơ lược về Azotobacter
Azotobacter là vi khuẩn cố định N sống tự do trong đất, hiếu khí,
không có bào tử. Chúng đã được phân lập và nuôi cấy thuần khiết từ năm

184
1901 do nhà VSV Hà Lan Beijerinck. Đại diện điển hình của chi này là
Azotobacter chroococcum.
Do điều kiện nuôi cấy và lứa tuổi khác nhau mà Azotobacter có hình
thái thay đổi. Lúc còn non Azotobacter là những trực khuẩn mập hình que,
có tiên mao, có khả năng di động, khi già thì trở thành tế bào hình cầu có
giáp mạc xung quanh.
Azotobacter có thể sử dụng nhiều loại hợp chất hữu cơ làm nguồn
thức ăn C. Chúng cũng cần nhiều nguyên tố khoáng, đặc biệt là 2 nguyên
tố vi lượng bor (B) và molipbden (Mo)(Mo cần cho tác dụng cố định N).

Khi sống trong điều kiện không có N hợp chất Azotobacter sẽ dùng
N của không khí để biến thành hợp chất N của cơ thể sống. Khi sống trong
môi trường đủ thức ăn N hữu cơ hoặc vô cơ thì tác dụng cố định N sẽ rất
thấp hoặc không có. Azotobacter thích hợp với điều kiện hiếu khí vừa phải
và pH trung tính hoặc hơi kiềm. Trong điều kiện thích hợp cứ mỗi khi tiêu
thụ 1gam hydratcarbon Azotobacter có thể cố định được 10- 15mg N.
Vì Azotobacter có khả năng cố định N mạnh mẽ như vậy nên từ cuối
thế kỷ 18 đã có nhiều nước nghiên cứu sử dụng chúng làm phân vi khuẩn
(gọi là phân Azotobacterin). Việc sử dụng Azotobacterin cũng đang phát
triển mạnh ở nhiều nước và thu được kết quả. Tuy nhiên sử dụng
Azotobacterin không phải là vấn đề tiếp giống đơn giản, mà còn phải tạo
điều kiện để chúng phát triển mạnh cố định được nhiều N, nghĩa là sử
dụng kỹ thuật liên hoàn.
Để chế tạo Azotobacterin trước hết ta nuôi thật nhiều Azotobacter
trên môi trường đặc hoặc lỏng có bơm không khí. Sau đó đem trộn chúng
với than bùn hoặc các chất nuôi dưỡng khác để chế thành bột
Azotobacterin.
1.2. Một số đặc điểm sinh học của vi khuẩn Azotobacter
a. Hình thái khuẩn lạc
Khi nuôi trong môi trường thạch,vi khuẩn Azotobacter có khuẩn
lạc nhầy, lồi hoặc tan, lúc đầu không màu, sau biền thành màu nâu tối,
thậm chí đến màu đen nhưng không làm nhuộm màu môi trường khuẩn
lạc. Ngoài ra một số loài Azotobacter có dạng nhăn nheo, khuẩn lạc có
màu vàng lục, màu hồng .
Vỏ nhầy của vi khuẩn Azotobacter chứa khoảng 75% là chất hiđrit
của acid uronic và chứa khoảng 0.023% N.

185










H. 9.15: Hình dạng tế bào Azotobacter sp.
(a) dưới kính hiển vi điện tử (b) tiêu bản âm
(www-micro.msb.le.ac.uk/ video/Azotobacter.html)

b. Hình thái tế bào vi khuẩn Azotobacter
Azotobacter là loại vi khuẩn Gram âm không sinh bào tử. Khi còn
non tế bào có dạng que đầu tròn đứng riêng lẻ hay xếp thành từng đôi
chồng chất, chất tế bào nhuộm màu đồng đều, có khả năng di động nhờ
tiên mao, kích thước khoảng :2,0- 7,0
×
10- 2,5
m
μ
. Khi già tế bào
Azotobacter mất khả năng di động, kích thước thu nhỏ lại biến thành dạng
hình cầu. Sinh chất xuất hiện nhiều hạt lổn nhổn. Đó là các hạt volutin,
granulose, các giọt mỡ…

Lượng ADN trong tế bào Azotobacter thường thấp hơn so với
nhiều loại vi khuẩn khác (0,70- 0,81%).
Tóm lại hình dạng tế bào Azotobacter và chu kì biến đổi của chúng
phụ thuộc vào tuổi của ống giống và điều kiện phát triển.
1.3. Các đặc tính sinh lí, sinh hoá.
a. Đặc điểm nuôi cấy :
Vi khuẩn Azotobacter thuộc loại vi khuẩn hiếu khí, sống theo
phương thức dị dưỡng. Chúng sử dụng nhiều loại hợp chất hữu cơ khác
nhau: disacarit, dextrin, tinh bột, acid hữu cơ, hợp chất thơm, … tuy vậy,
nhiều tác giả cho biết có không ít các chủng Azotobacter không có khả
năng đồng hoá lactose, manitol hoặc natribenzoat.
b. Khả năng sử dụng nguồn N:
Trên các môi trường không chứa N khuẩn lạc Azotobacter có dạng
nhầy, lồi, đôi khi nhăn nheo. Chứng tỏ vi khuẩn Azotobacter có khả năng
sinh trưởng trên môi trường không có N. Sở dĩ chúng tồn tại được là vì có
khả năng đồng hoá muối amonium, urê. Một số chủng Azotobacter có khả