Dinh dưỡng của vi sinh vật – Phần 1 pps

Dinh dưỡng của vi sinh vật – Phần 1

13.1. YÊU CẦU DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT
13.1.1. Thành phần hoá học của tế bào vi sinh vật
Cơ sở vật chất cấu tạo nên tế bào vi sinh vật là các nguyên tố hoá học. Căn cứ
vào mức độ yêu cầu của vi sinh vật đối với các nguyên tố này mà người ta chia ra
thành các nguyên tố đa lượng và các nguyên tố vi lượng. Các nguyên tố chủ yếu
bao gồm: C, H, O, N, P, S, K, Mg, Ca và Fe. Trong số này có 6 loại chủ yếu
(chiếm đến 97% trọng lượng khô của tế bào vi sinh vật), đó là C, H, O, N, P và S.
Các nguyên tố vi lượng thường là Zn, Mn, Na, Cl, Mo, Se, Co, Cu, W, Br và B. Tỷ
lệ các nguyên tố hoá học tham gia cấu tạo tế bào vi sinh vật là không giống nhau ở
các nhóm vi sinh vật khác nhau. Ví dụ nấm men, nấm sợi và vi khuẩn có lượng
chứa trung bình của 6 nguyên tố chủ yếu là không giống nhau (bảng 13.1):
Bảng 13.1: Lượng chứa trung bình các loại nguyên tố chủ yếu trong tế bào một số
nhóm vi sinh vật (% trọng lượng khô)
Nguyên tố Vi khuẩn Nấm men Nấm sợi
C
H
O
N
P
S
~50
~8
~20
~15
~3
~1
~50
~7
~31

~12
-
-
~48
~7
~40
~5
-
-
Theo các tài liệu của Tempest (1969), Pirt (1975) và Herbert (1976) thì thành
phần trung bình của các nguyên tố tạo nên tế bào vi sinh vật nói chung là như sau:
Bảng 13.2: Thành phần các nguyên tố cấu tạo nên sinh khối tế bào

Nguyên tố % trọng lượng khô
*


Các nguồn dinh dưỡng điển hình đư
ợc sử
dụng cho sinh trư
ởng VSV trong môi
trường
Trung bình

Biên độ
trường
C
O
N
H

P
S
K
Mg
Ca
Cl
Fe
Na
Những
50
21
12
8
3
1
1
0.5
1
0.5
0.5
1
45-58
18-31
5-17
6-8
1.2-10
0.3-1.3
0.2-5
0.1-1.1
0.02-2.0

0.01-5.0
CO
2
, hợp chất hữu cơ
H
2
0, 0
2
, các hợp chất hữu cơ
NH
3
, NO
3
-, các hợp chất hữu cơ chứa N
Nước, các hợp chất hữu cơ.
Phosphate và các hợp chất chứa P.
SO4
-2
, H
2
S, và các hợp chất chứa S.
K
+
(có thể thay thế bằng Rb
+
)
Mg
2+

Ca

2+

Cl-
Fe
3+
, Fe
2+
và phức chất của Fe
Na
+

nguyên t
ố
khác,Mo,
Ni, Co, Mn,
Zn,
0.5 Lấy từ các ion vô cơ khác


*Các tế bào bao gồm 70% trọng lượng là nước và 30% là các nguyên liệu khô
khác. Mức trung bình này được tính theo sinh trưởng của vi khuẩn Gr(-) trong
điều kiện dư thừa chất dinh dưỡng ở nuôi cấy theo mẻ.
Vi khuẩn lưu huỳnh (sulfur bacteria), vi khuẩn sắt (iron bacteria) và vi khuẩn
đại dương (marine bacteria) có lượng chứa các nguyên tố S, Fe, Na, Cl nhiều hơn
so với các nhóm vi khuẩn khác. Tảo Silic (diatom) có chứa lượng SiO
2
khá cao
trong thành tế bào. Thành phần các nguyên tố hoá học còn thay đổi trong một
phạm vi nhất định tuỳ thuộc vào tuổi nuôi cấy và điều kiện nuôi cấy. Khi nuôi cấy
trên các môi trường có nguồn N phong phú thì lượng chứa N trong tế bào sẽ cao

hơn so với khi nuôi cấy trên các môi trường nghèo nguồn N.
Các nguyên tố hoá học chủ yếu tồn tại trong tế bào vi sinh vật dưới dạng chất
hữu cơ, chất vô cơ và nước. Chất hữu cơ thường bao gồm protein, carbon hydrat,
lipid, acid nucleic, vitamin và các sản phẩm phân giải của chúng cũng như các
chất trao đổi chất. Để phân tích các thành phần hữu cơ trong tế bào thường sử
dụng hai phương pháp: một là, dùng phương pháp hoá học để trực tiếp chiết rút
từng thành phần hữu cơ trong tế bào, sau đó tiến hành phân tích định tính và định
lượng. Hai là, phá thành tế bào, thu nhận các thành phần kết cấu hiển vi rồi phân
tích thành phần hoá học của từng kết cấu đó. Chất vô cơ thường đứng riêng rẽ
dưới dạng muối vô cơ hoặc kết hợp với chất hữu cơ. Khi phân tích thành phần vô
cơ trong tế bào người ta thường phân tích tro sau khi đã nung tế bào ở nhiệt độ
550
0
C, chất vô cơ thu được dưới dạng các oxit vô cơ được gọi là thành phần tro.
Dùng phương pháp phân tích vô cơ có thể định tính hay định lượng từng nguyên
tố vô cơ.
Bảng 13.3:Thành phần hóa học của tế bào vi khuẩn (theo F.C.Neidhardt et
al.,1996)
Phân tử khô (1) / tế bào % khối lượng Số phân tử Số loại phân tử
- Nước
- Các đại phân tử
+Protein
+Polysaccharide
+Lipid
-
96
55
5
9,1
24 609 802

2 350 000
4 300
22 000 000
2,1
1
khoảng 2500
khoảng 1850
2 (2)
4 (3)
+ADN
+ARN
- Các đơn phân tử
+Aminoacid và tiền thể
+Đường và tiền thể
+Nucleotid và tiền thể
- Các ion vô cơ
Tổng cộng
3,1
20,5
3,0
0,5
2
0,5
1
100
255 500



1

khoảng 660
khoảng 350
khoảng 100
khoảng 50
khoảng 200
khoảng 18



Chú thích:
(1) -Khối lượng khô của tế bào vi khuần Escherichia coli đang sinh trưởng là
khoảng 2.8 x 10
-13
g.
(2) - Giả thiết Peptidoglycan và Glycogen là 2 thành phần chủ yếu.
(3) - Tế bào chứa vài loại phospholipid, do tính đa dạng của thành phần acid béo
giữa các chi vi khuẩn khác nhau và do ảnh hưởng của điều kiện sinh trưởng mà có
nhiều hình thức tồn tại của mỗi loại phospholipid.
Nước là thành phần không thể thiếu để duy trì hoạt động sống bình thường
của tế bào. Nước thường chiếm đến 70-90% trọng lượng tế bào. Độ chênh lệch
giữa trọng lượng tươi và trọng lượng khô chính là lượng nước trong tế bào, thường
biểu thị bằng tỷ lệ % tính theo công thức sau đây:
(Trọng lượng tươi - Trọng lượng khô) / Trọng lượng tươi x 100%.
Đơn vị trọng lượng tế bào trong dịch nuôi cấy thường được biểu thị bằng đơn
vị g/l hay mg/ml. Phương pháp nung khô tế bào ở nhiệt độ 550
0
C thường làm phân
giải một số hợp chất của tế bào vì vậy khi tính trọng lượng khô của tế bào nên
dùng phương pháp sấy khô ở 105
0

C hay làm khô ở nhiệt độ không cao trong chân
không, hoặc làm khô nhanh nhờ tia hồng ngoại