Ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến vi sinh vật và sự phân bố của vi sinh vật trong tự nhiên

CHƯƠNG 4
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ NGOẠI
CẢNH ĐẾN VSV VÀ SỰ PHÂN BỐ CỦA VSV
TRONG TỰ NHIÊN
Lời cảm ơn
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS. TS.
Nguyễn Bá Hiên, Trưởng bộ môn Vi sinh vật –
Truyền nhiễm, Khoa Thú y, Trường Đại học
Nông nghiệp Hà Nội đã dày công biên soạn bộ
bài giảng này!
I. Ảnh hưởng của yếu tố ngoại cảnh đến vi sinh vật
- VSV cũng như mọi sinhvật khác đều tuân theo qui luật: Cơ
thể và môi trường là một khối thống nhất
- Sự sinh trưởng và phát triển của VSV chịu ảnh hưởng rất
lớn của các yếu tố ngoại cảnh.
. Nếu thuận lợi  đẩy mạnh VSV sinh trưởng
. Nếu bất lợi  ức chế sinh trưởng và tiêu diệt sự sống
của VSV
- Các yếu tố ngoại cảnh tác động đến VSV gồm có 3 loại
. Yếu tố lý học
. Yếu tố hoá học
. Yếu tố sinh vật học
1. Ảnh hưởng của yếu tố vật lý:
a. Độ ẩm:
. Mọi hoạt động sống của VSV đều liên quan đến nước.
. Trong tế bào VSV, nước chiếm tỷ lệ cao: 80 - 90%
Ví dụ: Nấm men nước có 73 - 82%
Vi khuẩn 75 - 85%
Nấm mốc 84 - 90%
. Thiếu nước VSV khó có thể tồn tại.
. Ở trạng thái khô sinh trưởng của VSV bi ức chế

Sức đề kháng của VSV với trạng thái khô phụ thuộc vào:
- Nguồn gốc của VSV: VSV trong không khí >VSV đất > VSV nước
- Loại VSV: Xạ khuẩn > vi khuẩn > nấm mốc
- Trạng thái tế bào: Nha bào > vi khuẩn
. Mỗi loài VSV có độ ẩm tối thiểu:mốc 15%,vi khuẩn 20 - 30%
.Ứng dụng: Bảo quản nông sản, nguyên liệu: phơi, sấy khô.
Trong phòng bệnh cho gia súc, giữ chuồng trại khô ráo
b. Nhiệt độ:
- Hoạt động sống của VSV gắn liền với các phản ứng hoá học.
Các phản ứng này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ
- Phạm vi nhiệt độ để VSV có thể tồn tại là từ 0
0
C - 90
0
C.
- Mỗi loại VSV có một khoảng nhiệt độ cho hoạt động sống của
nó gọi là giới hạn nhiệt độ sinh trưởng
+ + +
T
0
Cực tiểu T
0
Thích hợp T
0
Cực đại
Ví dụ: VK nhiệt thán sinh trưởng được từ 12
0
C - 42
0
C.

Nhiệt độ thích hợp 37
0
C.
- Các nhóm VSV khác nhau, giới hạn nhiệt độ sinh trưởng khác
nhau
Dựa vào mối quan hệ của VSV với nhiệt độ chia VSV làm 4 nhóm:
- Vi sinh vật ưa lạnh: Sinh trưởng ở nhiệt độ 0
0
C - 30
0
C .
Nhiệt độ thích hợp 20
0
C
Nhóm VSV này sống ở hồ sâu, đáy biển, suối nước lạnh, vùng
địa cực, hoặc trong phòng lạnh bảo quản thực phẩm.
- Vi sinh vật ưa ấm: Sinh trưởng ở nhiệt độ 20
0
C - 40
0
C
Nhiệt độ thích hợp 37
0
C
Chiếm đại đa số các VSV, nhóm này chủ yếu sống hoại sinh và
những VSV ký sinh gây bệnh cho người, động vật.
- Vi sinh vật ưa nóng: Sinh trưởng ở nhiệt độ 35
0
C - 80
0

C
Nhiệt độ thích hợp 50
0
C - 60
0
C
Nhóm VSV này chủ yếu là xạ khuẩn, vi khuẩn có nha bào
Thường gặp ở bãi rác, đống phân ủ, suối nước nóng, sa mạc.
- Vi sinh vật chịu nhiệt:
Sinh trưởng được trên nhiệt độ sôi của nước.
Ví dụ: Vi khuẩn Pyrodictium occultum
sinh trưởng ở 80-105
0
C
Nếu nhiệt độ nằm ngoài giới hạn nhiệt độ sinh trưởng sẽ
ảnh hưởng đến VSV.
+ ảnh hưởng của nhiệt độ thấp:
- Nhiệt độ thấp sinh trưởng và phát triển của VSV bị ức chế
- Hoạt động sinh lý giảm, VSV chuyển sang trạng thái ngủ tiềm
sinh.
- Cơ chế:
Ơ nhiệt độ thấp, nước tự do trong tế bào VSV bị đóng băng
thành những tinh thể nhỏ li ti
Nên không phá vỡ màng tế bào,VSV sống cầm chừng
Nếu loại bỏ yếu tố nhiệt độ thấp  VSV hoạt động trở lại
- Sức đề kháng của VSV với nhiệt độ thấp phụ thuộc vào:
. Loại hình vi sinh vật
. Trạng thái sinh lý của vi sinh vật (non hay già)
. Thành phần môi trường.
ứng dụng:

Sử dụng nhiệt độ thấp để bảo quản giống VSV, thức ăn, nguyên vật liệu.
+ Bảo quản giống VSV:
- Với vi khuẩn, nấm men, nấm mốc thường giữ ở 2 - 8
0
C
- Với virus giữ ở nhiệt độ âm ( - 86
0
C)
- Phương pháp đông khô
. Làm lạnh huyễn dịch VSV nhanh xuống nhiệt -70
0
C
. Rồi nâng nhiệt độ trong điều kiện chân không sẽ làm các tinh thể
băng thăng hoa, tế bào tách khỏi nước mà không tiếp xúc với không khí sẽ
tồn tại lâu mà không bị chết
. Phương pháp này dùng để bảo quản giống VSV, vacxin
- Bảo quản VSV trong nitơ lỏng có nhiệt độ -190
0
C.
+ Bảo quản thức ăn, nguyên vật liệu:
Ví dụ: Rau, hoa quả 4
0
C - 8
0
C
ảnh hưởng của nhiệt độ cao:
- Nhiệt độ cao sẽ gây hại cho VSV
- Làm biến tính protein, enzym bất hoạt  TĐC bị đình chỉ
- Hầu hết VSV ở thể dinh dưỡng bị bất hoạt ở 65
0

C/30 phút
- Tác động của nhiệt độ cao với VSV có quan hệ với các yếu tố
khác như: thời gian tác động, sức chịu nhiệt của VSV, lượng
nước trong tế bào
Đây là cơ sở cho việc xác định biện pháp khử trùng bằng nhiệt.
Ví dụ:
. Hấp Pasteur chậm: 63
0
C/ 30 phút
. Hấp hơi nước cao áp: 120
0
C/ 15 - 30 phút
. Sấy khô : 180
0
C/ 30 phút
c. Không khí:
- Oxy là chất có vai trò quan trọng trong sinh trưởng của VSV
- Oxy cần cho một số nhóm VSV nhưng lại gây độc cho một số nhóm
khác
- Xét trên cơ sở thích ứng với oxy,VSV chia làm 3 nhóm:
+ VSV hiếu khí
+ VSV kỵ khí
. Vi khuẩn hiếu khí, có enzim catalaza, peroxydaza phân huỷ H
2
O
2
. Vi khuẩn yếm khí không có 2 enzim này nên nếu có oxy, lập tức H
2
O
2

được tạo thành và giết chết chúng.
+ VSV tuỳ tiện:
d. Tia bức xạ
- Các tia sáng có bước sóng <10000 A
0
, khi VSV hấp
phụ sẽ gây những biến đổi hoá học làm tổn thương
VSV
- Đó là
. ánh sáng mặt trời,
. Tia tử ngoại (UV= Utralviolet)
. Tia phóng xạ
. Tia X.
- Năng lượng của tia tỷ lệ nghịch với chiều dài bước
sóng nên tia có bước sóng càng ngắn thì tác dụng càng
mạnh.
+ánh sáng mặt trời:
- Đa số các VSV sinh trưởng không cần ánh sáng và bị ánh sáng
mặt trời ức chế hoặc tiêu diệt
Trừ nhóm VSV có sắc tố quang hợp
Ví dụ: Vi khuẩn Azotobacter chrococcus
- Cơ chế của ánh sáng mặt trời :
. Trực tiếp phá huỷ tế bào
. Hoặc gián tiếp tạo ra peroxit ( H
2
0
2
) trong môi trường có tác
dụng diệt khuẩn
- Trong ánh sáng mặt trời, tia tử ngoại có tác dụng mạnh nhất

- Ưng dụng:
Sử dụng ánh sáng mặt trời để làm khô, tiêu độc vật dụng nguyên
liệu bằng cách phơi nắng.
+Tia tử ngoại (UV - utralviolet):
- Có bước sóng 1000 - 3000 A
0
, diệt khuẩn mạnh ở 2600 A
0
- Tác dụng của tia là gây kìm hãm sự sinh trưởng, đột biến gen đối với
VSV.
- Cơ chế:
. Tia tử ngoại gây quang oxy hoá trong NSC
. Tác động đến axit nucleic, nucleoproteit, gây chuyển hoá các bazơ
pyrimidin tạo ra hydrat pyrimidin hoặc dime - pyrimidin do đó gây đột
biến hoặc giết chết tế bào.
- Lực đâm xuyên của tia tử ngoại kém, chỉ xuyên qua được lớp nước trong
hoặc thuỷ tinh mỏng nên được sử dụng:
. Khử trùng không khí phòng mổ, buồng cấy VSV
. Khử trùng nước uống
. Điều trị lao da.
+ Tia X, tia phóng xạ (tia g):
- Là các tia có bước sóng ngắn, W lớn
. Tia X: 0,06 - 136 A
0
, Tia g: 0,006 - 1,6 A
0
- Tác dụng của tia:
. Trực tiếp phá huỷ các thành phần của tế bào: ADN, protein
. Gián tiếp tạo ra các gốc oxy hoá mạnh: H
2

0
2
, 0
-

- Lực đâm xuyên của các tia này cao, nên được sử dụng:
. Khử trùng nguyên liệu ( độ dày 20 - 30 cm)
. Gây đột biến tế bào
e. áp lực:
+ áp suất thẩm thấu:
- Màng NSC là màng bán thấm. Nồng độ các chất hoà tan trong môi trường VSV
tồn tại quyết định áp suất thẩm thấu
- VSV:
. Muốn giữ nguyên được hình dạng, kích thước: Pmt = Ptb
.Nếu Pmt > Ptb  Tế bào VSV bị teo NSC  TĐC bị ảnh hưởng
. Nếu Pmt < Ptb  NSC bị chương  TĐC bị ảnh hưởng
- ứng dụng:
Dùng muối,đường trong bảo quản, chế biến thực phẩm
Ví dụ: Bảo quản thịt dùng muối 30 %, cá 20 %
. ảnh hưởng của NaCl:
Bình thường VSV thích ứng ở nồng độ muối < 2 %
Nồng độ muối 3 - 5 %  VSV chậm phát triển
Nồng độ muối 10 - 12 %  VSV ngừng hoạt động
Khi nồng độ muối cao  VSV bị teo NSC
Tuy nhiên vẫn có VSV thích ứng ở nồng độ muối, đường cao:
VSV ở biển, mỏ muối
+ áp lực thuỷ tĩnh:
- áp lực thuỷ tĩnh cũng có ảnh hưởng đến hoạt động sống của
VSV
- áp lực thuỷ tĩnh có thể làm chậm, giảm vận động, yếu độc lực

nhưng không làm chết VSV
- Tuy nhiên nhiều loại VSV chịu được áp lực cao
Ví dụ: VSV sống ở đáy biển, mỏ dầu.
2. ảnh hưởng của các yếu tố hoá học:
a. Độ pH:
- Là chỉ số ion H
+
- Một thay đổi nhỏ về nồng độ H
+
 TĐC ảnh hưởng
Cơ chế:
. pH cần cho hoạt động của nhiều enzym
. pH ảnh hưởng độ hoà tan của một số muối:K,Na
. pH thay đổi ảnh hưởng đến điện tích màng NSC, tính thấm
của màng > ảnh hưởng đến vận chuyển các chất qua màng tế
bào trong quá trình TĐC
- Mỗi loại VSV có một giới hạn pH sinh trưởng:
+ + +
pH cực tiểu pH thích pH cực đại
hợp
- Mỗi nhóm VSV có giới hạn pH sinh trưởng khác nhau. Nhìn chung:
pH cực tiểu pH thích hợp pH cực đại
. Vi khuẩn 4 6,8 - 7,2 10
. Nấm men 2 - 2,5 4 - 6 8
. Nấm mốc 1,5 - 2 4 - 6 8 - 10
- Mỗi loài VSV có giới hạn pH sinh trưởng khác nhau:
.Vi sinh vật ưa pH trung tính: pH từ 5 7,5 8,5
. Vi sinh vật ưa pH kiềm : 6 8, 9,5
. Vi sinh vật chịu kiềm : pH tối thích > 9,5
Ví dụ: Vibrio cholera pH thích ứng = 9

. Vi sinh vật ưa axit nhẹ : 3 6,5 8,5
. Vi sinh vật ưa axit : 2 5 7
. Vi sinh vật chịu axit : 1 2 5
ứng dụng:
- Trong nuôi cấy VSV:
. Cần tạo môi trường nuôi cấy ban đầu có pH thích hợp
. Cần duy trì độ pH thích hợp của môi trường bằng cách
bổ sung muối của axit yếu: carbonat, axetat
- Trong chế biến, bảo quản thực phẩm sử dụng axít hữu
cơ: axit axetic, axit lactic để hạn chế sự phá hoại của
VSV gây thối (axit axetic 3%)
- Trong nông nghiệp bón vôi cho đất chua là biện pháp
điều chỉnh pH cho VSV đất hoạt động tốt
b. ảnh hưởng của chất khử trùng tiêu độc
+ Khái niệm:
. Là những chất hoá học gây hại cho VSV nhưng cũng gây hại cho động
vật.
+ Căn cứ vào mức độ tác dụng của chúng với VSV mà tên gọi
của các chất như sau:
- Chất sát trùng hay chất tiêu độc:
Chỉ các chất có tác dụng tiêu diệt được VSV nhưng không
diệt được nha bào của chúng.
- Chất ức chế:
Là những chất chỉ làm ngừng quá trình sinh trưởng và phát
triển của VSV, tế bào VSV không bị diệt mà ở trạng thái tiềm
tàng.
- Chất kháng khuẩn:
Là những chất làm ngừng quá trình sinh trưởng và phát triển của VSV,
nhưng tế bào VSV có thể bị tiêu diệt.
+ Chất diệt khuẩn:

Là những chất có thể diệt được toàn bộ VSV, kể cả nha bào
+Các chất khử trùng, tiêu độc:
@ Axit:
Tác dụng của axit đến VSV phụ thuộc vào nồng độ ion H+, thường các axit
vô cơ có tác dụng mạnh hơn axit hữu cơ.
@ Kiềm:
Tác dụng sát trùng là do ion OH
-
nhưng yếu hơn H+.
Các loại kiềm có độc với VSV là: KOH, NaOH, Ba(OH)2, NH4OH
Độ độc của kiềm phụ thuộc vào sự phân ly ion OH
@ Các chất oxy hoá:
- Là chất tự nó cung cấp Oxy hoặc gây ra giải phóng oxy từ các hợp chất
khác
- Các chất oxy hoá dùng làm chất sát trùng như:
. H
2
O
2
, KMnO
4
, Ca(OCl)
2
,
.Cloramin
. Dicloramin (CH
3
C
6
H

4
SO
4
NCl
2
).
- Tác dụng của chất oxy hoá là sự oxy hoá mạnh của oxy mới giải phóng ra
làm bất hoạt các enzym có chứa gốc - SH trong tế bào VSV
ứng dụng:
. Để sát trùng
. KMnO
4
phòng bệnh :
liều 10 - 15 ppm(part per million) 1ppm = 1g /1m
3
nước tắm cho cá 1 - 2
giờ/ 20 - 30
0
C
.
H
2
O
2
nồng độ 3 % dùng sát trùng các vết thương sâu
@ Halogen và các hợp chất của nó
+ Clo (Cl
2
):
Clo và hợp chất của nó có tác dụng khử trùng mạnh là do:

- Clo và hợp chất của nó có sự hình thành axit pecloric
(HOCl).
. Axit này rất hoạt động, phân huỷ tiếp cho ra Oxy.
. Oxy mới sinh ra có khả năng oxy hoá mạnh làm phá huỷ
màng tế bào.
Cl
2
+ H
2
O  HOCl + HCl
HOCl  HCl + O
- Clo còn thay thế Hydro trong nhóm amin của protein tạo thành
cloramin  cấu trúc protein thay đổi tế bào bị phá huỷ
Cl
2
+ R
2
= NH  R
2
= NCl + HCL
- ứng dụng:
. Khí Clo có nồng độ 1ppm (một phần triệu) có tác dụng khử
trùng nước .
. Cloramin là một chất hoạt động ôxy hoá mạnh dùng khử trùng
nước, dụng cụ:
R
2
=NCl + H
2
O  R

2
=NH + HOCl
2HOCl  2HCl + O
2
. Hypocloritcanxi( Clorua vôi ): Ca(OCl)
2
dùng 30 - 50 g/1m
3
dùng
tiêu độc chuồng trại, các chất thải, nhà vệ sinh
+Iod ( I
2
):
- Iod có tác dụng diệt khuẩn mạnh
- Iod là tác nhân oxy hoá mạnh. Phá huỷ TĐC, bất hoạt enzym
- Iod hoà tan trong cồn và dung dịch KI,
ứng dụng:
. Iod được dùng pha với cồn thành nồng độ 3% - 5% để sát trùng da.
. Hợp chất của iod như CHI3 (iodofor), HgI3, AgI3 có tác dụng diệt khuẩn
mạnh.