Phân bón sinh học chương 2

Chương 2
MỐI QUAN HỆ GIỮA VI SINH VẬT
VÀ PHÂN BÓN SINH HỌC
2.1. Tổng quan về vi sinh vật
2. 1.1. Khái niệm về vi sinh vật
2.1.2. Các nhóm vi sinh vật chính
2.1.3. Dinh dưỡng vi sinh vật
2.1.4. Sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật
2.2. Vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên
2.3. Khả năng chuyển hóa vật chất của vi sinh vật
2.3.1. Khả năng chuyển hóa các hợp chất nitơ
2.3.2. Khả năng chuyển hóa các hợp chất photpho
2.3.3. Khả năng chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh
2.3.4. Khả năng chuyển hóa các hợp chất cacbon
2.4. Công nghệ sản xuất phân bón sinh học
NỘI DUNG
2.1. Vi sinh vật
2.1.1. Khái niệm về vi sinh vật
Vi sinh vật là những sinh vật đơn bào có kích thước nhỏ,
không quan sát được bằng mắt thường mà phải sử
dụng kính hiển vi.
• Nhỏ
• Tuy nhiên
- Số lượng vô cùng nhiều
- Phân bố rộng, ở hầu khắp mọi nơi trên trái đất
- Có thể đồng hóa bất kỳ loại cơ chất nào
- Có thể tồn tại ở những điều kiện cực kỳ khắc nghiệt
Chúng nhỏ nhưng có nhiều khả năng kì diệu
Vi sinh vật
Không có chúng, sự sống sẽ ngừng trệ
2.1.2. Các nhóm vi sinh vật chính

• Vi khuẩn
• Nấm (Nấm men, nấm sợi)
• Tảo
• Động vật nguyên sinh
• Virus
Vi khuẩn (Bacteria)
• Là tế bào nhân sơ (Prokaryote)
• Có thành là peptidoglycan
• Hình thức sinh sản: Phân đôi tế bào
• Phương thức trao đổi năng lượng:
- Sử dụng chất dinh dưỡng hữu cơ, vô cơ
- Quang hợp
• Gồm 2 nhóm: Vi khuẩn Gram dương và vi khuẩn Gram âm
• Hình dạng:
- Hình que (trực khuẩn)
- Hình cầu (cầu khuẩn)
- Dấu phảy (phảy khuẩn)
- Hình xoắn (xoắn khuẩn)
• Có hay không có tiên mao (Flagella)
• Có hay không có nội bào tử
Azotobacter
Nấm (Fungi)
• Là tế bào nhân thực (Eukaryote)
• Thành tế bào có chitin
• Phương thức trao đổi năng lượng: Sử dụng chất dinh dưỡng hữu cơ
• Phương thức sinh sản: Vô tính (Hình thành bào tử hoặc nảy chồi)
• Có thể đơn bào (nấm men) hoặc đa bào (nấm sợi, nấm lớn)
• Sinh trưởng hiếu khí hoặc kị khí tùy tiện
Penicillium

Yeast
Vi Tảo (Algae)
• Là tế bào nhân thực (Eukaryote)
• Thành tế bào có cellulose
• Phương thức trao đổi năng lượng: Nhờ quang hợp
(do có lục lạp chứa sắc tố như chlorophyll)
• Có thể đơn bào hoặc đa bào
• Có các dạng: Tảo xanh, tảo đỏ, tảo nâu
Động vật nguyên sinh (Protozoa)
• Là tế bào nhân thực (Eukaryote)
• Dị dưỡng tự do hay kí sinh
• Phương thức sinh sản: Vô tính (phân đôi) hoặc hữu tính
• Có một nhân hoặc nhiều nhân
Vi-rút (Virus)
• Không có cấu trúc tế bào
• Vật liệu di truyền là AND hoặc ARN
• Lõi axit nucleic được bao quanh bởi lớp vỏ protein
• Sống ký sinh bắt buộc (chỉ có thể nhân lên ở trong tế bào chủ)
2.1.3. Nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật
 Tế bào VSV cũng là những thực thể vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tố hóa
học  VSV có quá trình trao đổi chất và năng lượng với môi trường bên
ngoài để tồn tại và sinh trưởng
 Quá trình trao đổi vật chất và năng lượng của VSV chính là sự thu nhận vật
chất từ bên ngoài để phân hủy chúng nhằm tạo ra năng lượng cho tế bào và tổng
hợp mới thành các hợp phần của tế bào  VSV cần các chất dinh dưỡng
 Chất dinh dưỡng (nutrients) đối với VSV là bất kỳ chất nào được VSV hấp thụ
từ môi trường ngoại bào và được chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp
cho các quá trình sinh tổng hợp tạo ra các thành phần của tế bào và/hoặc để cung
cấp cho các quá trình trao đổi năng lượng.
 Quá trình dinh dưỡng (nutrition) của VSV là toàn bộ các quá trình hấp thụ các

chất vô cơ và hữu cơ từ môi trường ngoài vào tế bào và đào thải cặn bã của sự
chuyển hóa ấy ra khỏi tế bào.
 Nhu cầu về dinh dưỡng của VSV được quyết định bởi thành phần hoá học
của tế bào vi sinh vật.
Loại hợp chất
Nước
Protein
ADN
ARN
Hidrat C
Lipid
Chất hữu cơ
phân tử nhỏ
Các phân
tử vô cơ
Lượng chứa (%)
70
15
1
6
3
2
2
1
Các nhóm hợp chất chủ yếu của tế bào vi khuẩn E. Coli
Nguyên tố
% Chất khô
Nguyên tố
% Chất khô
C

50
Na
1,0
O
20
Ca
0,5
N
14
Mg
0,5
H
8
Cl
0,2
P
3
Fe
S
1
Các nguyên tố khác
0,3
K
1
Thành phần các
nguyên tố chủ yếu
của tế bào vi
khuẩn E.Coli
Ví dụ về thành phần hoá học của
tế bào vi sinh vật

Để VSV có thể sinh trưởng và để có thể nuôi cấy
được VSV trong phòng thí nghiệm, cần cung cấp
một môi trường dinh dưỡng (nutrient medium) có
các chất chứa đầy đủ các nguyên tố cần thiết cho tế
bào VSV
Ví dụ về thành phần một môi trường dinh dưỡng tổng
hợp đơn giản
Thành phần
Nồng độ (g/l)
Glucose
5 - 20
NH
4
Cl
1
KH
2
PO
4
0,5
MgSO
4
. 7H
2
O
0,2
FeSO
4
. 7H
2

O
0,01
CaCl
2
. H
2
O
0,01
Các nguyên tố vi lượng
2.1.4. Sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật
 Ở SV có kích thước lớn, sự sinh trưởng là sự tăng có thứ tự
thành phần cấu tạo tế bào. Đối với VSV, sự sinh trưởng được
hiểu là sự tăng số lượng TB của quần thể.
 Tốc độ sinh trưởng riêng của VSV (µ) là số lần phân chia (n)
trong một đơn vị thời gian (t) của một chủng trong đk nuôi cấy
cụ thể.
µ = n/ t
 VSV thường sinh sản vô tính với tốc độ sinh sản rất nhanh, sự
phân chia TB theo cấp số nhân, với thời gian cho 1 lần phân
chia tế bào chỉ khoảng vài phút đến vài giờ.
Số lượng tế bào được nhân lên theo cấp số nhân như sau:
1-> 2
1
->2
2
->2
3
-> 2
4
->2

5
-> 2
6
2
n
n: số lần phân chia TB
Ví dụ: Nếu cấy 1VK vào MT thì số lượng TB sẽ tăng
1-> 2 -> 4 -> 8 ->16 ->32 -> 64 ->…
 Nếu cấy vào môi trường nuôi cấy số lượng VK ban đầu là N
o
thì sau một thời gian nuôi, tổng số TB đạt là:
N = N
0
.2
n
2.1.4. Sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật
Ví dụ: Trong điều kiện tối ưu, Vi khuẩn E. coli có thời gian thế hệ = 20 phút;
nấm men 1-2h; nấm mốc 4 -12h; vi khuẩn lao 12h
2.1.4. Sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật
 Tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật phụ thuộc vào điều
kiện bên ngoài, đặc tính sinh lý và trạng thái tế bào. Khi
các chất dinh dưỡng, pH và nhiệt độ… của môi trường
thay đổi ngoài các trị số tối ưu thì quá trình sinh sản bị
dừng lại.
 Có 2 phương pháp nuôi cấy vi sinh vật: Nuôi cấy tĩnh và
nuôi cấy liên tục
2.1.4. Sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật
Nuôi cấy tĩnh
Là phương pháp trong suốt thời
gian nuôi cấy không thêm chất dinh

dưỡng cũng như không loại bỏ các
sản phẩm cuối cùng của quá trình
trao đổi chất.
Sự sinh trưởng/ sự tăng sinh khối
của vi sinh vật biểu thị bằng khối
lượng sinh khối theo thời gian
2.1.4. Sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật
Nuôi cấy tĩnh
Sinh trưởng của quần thể vi sinh vật trong nuôi cấy tĩnh tuân
theo những quy luật nhất định và được biểu thị bằng đường cong
sinh trưởng chia thành 4 pha.
• Pha tiềm phát (pha lag): TB ở trạng thái hoạt động mạnh nhất
nhưng số lượng (X= X
o
) TB chưa tăng
• Pha lũy thừa: Sinh khối TB tăng theo thời gian, tăng theo cấp
số mũ do chất dinh dưỡng vẫn đầy đủ.
• Pha cân bằng: Quần thể VK ở trạng thái cân bằng động học
(số TB mới sinh ra bằng số TB cũ chết đi). Hiệu suất sinh trưởng
giảm do chất dinh dưỡng cạn dần, chất độc hại tăng lên, pH môi
trường thay đổi.
• Pha suy vong: Số TB có khả năng sống giảm dần theo luỹ thừa
do chất độc hại tích lũy khá nhiều, chất dinh dưỡng cạn kiệt
Log số lượng tế bào
Pha tiềm
phát
Pha
luỹ thừa
Pha cân bằng
Pha suy

vong
Thời gian