ứng dụng vi khuẩn trong nuôi trồng thủy sản và xử lý môi trường

1

CHƯƠNG 1

VI KHUẨN
Cấu trúc, chức năng, các đặc trưng về hình thái
I. Sự phân bố vi khuẩn
1.Sự phân bố vi khuẩn trong không khí
- Mật số thấp, tồn tại một thời gian ngắn do sự khô khan và tia sáng mặt trời
(tia tử ngoại,UV) tiêu diệt.
- Số lượng vi khuẩn trong không khí tùy thuộc vào lượng bụi trong không
khí và số lượng vi khuẩn có trong vùng đất nơi đó.
- Mật số và loại vi khuẩn thay đổi tùy theo mùa, điều kiện khí hậu.
- Tuy mật số có thấp nhưng rất quan trọng vì không khí là phương tiện giúp
lan truyền vi khuẩn từ nơi nầy sang nơi khác, đặc biệt là các vi khuẩn gây bệnh
đường hô hấp, mắt.
2.Sự phân bố vi khuẩn trong đất
- Loại và số lượng vi khuẩn tùy thuộc vào loại đất, độ chua của đất (pH), vị
trí trên địa cầu, độ ẩm, thành phần các hợp chất hữu cơ trong đất, độ thoáng khí, độ
sâu của tầng đất và thành phần của các loại cây trồng trên đất.
- Vi khuẩn đóng vai trò trong sự phân hủy các hợp chất hữu cơ tạo thành
chất mùn, cố định đạm tự do và cộng sinh
- Vi khuẩn có tác hại như vi khuẩn khử đạm, gây bệnh cho hệ thống rễ cây..
3.Sự phân bố vi khuẩn trong nước
- Nước là mội trường thuận lợi cho vi khuẩn phát triển và sinh sản vì có
nhiều thức ăn và điều kiện thích hợp.
- Lượng vi khuẩn khác nhau tùy thuộc nguồn nước: nước biển, sông ngòi,
suối, ao, hồ nước mặn.
a. Nước ao hồ: số lượng và loại vi khuẩn tùy thuộc vào:
- Khoảng cách bờ
- ánh sáng và thời tiết

- Chiều sâu của ao hồ
b. Nước sông
- Thuận lợi cho vi khuẩn phát triển vì có nhiều chất hữu cơ, muối khoáng và
được luân chuyển liên tục nên thoáng khí.
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


2

- Sự phân bố của vi khuẩn trên một dòng sông tùy thuộc vào: vị trí sông và
tốc độ dòng nước.
c. Nước biển
- Có nhiều vi khuẩn do được cung cấp nguồn thức ăn từ các sông ngòi chảy
ra biển liên tục.
- Các loài vi khuẩn phân hủy đặc biệt là các vi khuẩn phân hủy chất béo như
Clostridium, Pseudomonadaceae đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành các
mõ dầu ở đáy đại dương.
4. Các vi khuẩn ký sinh ở người và sinh vật khác
- Trên da: chủ yếu là các vi khuẩn Gram + thuộc các loài của
Staphylococcus, corynebacterium, các vi khuẩn propionibacterium. Một số ít vi
khuẩn Gram- cũng được tìm thấy trên da như Acinetobacter. Nhiệt độ và ẩm độ ảnh
hưởng quan trọng đến mật số và sự phát triển của vi khuẩn trên da.
- Ở miệng: các vi khuẩn ở đây phức tạp và đa dạng. Nước bọt không là môi
trường tốt cho vi khuẩn vì nước bọt có các enzim lysozim và lactoperoxidase.
Lysozim cắt nối glycosidic của peptidoglycan làm vỏ tế bào bi yếu và tế bào bị
phân hủy. Lactoperoxydase hiện diện trong sữa giết chết vi khuẩn nhờ phản ứng
của các ion chlor và H2O2 . Các loài vi khuẩn trên răng như Streptococcus sobrinus
và S. mitis, tạo ra các sản phẩm có tính acit làm hư răng.

- Ở hệ thống hô hấp trên (mũi và vòm họng) vi khuẩn sống nhờ vào dịch do
màng nhầy nơi đây tiết ra; hệ thống hô hấp dưới (khí quản, phế quản và phổi).
- Trong hệ tiêu hóa: vi khuẩn trong dạ dầy, ruột non và ruột già.
Escherichia coli hiện diện với mật số thấp hơn các vi khuẩn khác (khoảng > 10 7/g).
Các loại vi khuẩn nơi đây gồm các loại Gram âm, hiếu khí không bắt buộc hay kỵ
khí bắt buộc, hình que.
II. Hình dạng và kích thước
1.Hình dạng
- Hình cầu, que và xoắn
- Sống đơn độc, biệt lập hay từng cặp, chuỗi, xoắn, tế bào không thông nhau
- Hình dạng ảnh hưởng đến khả năng dinh dưỡng và sức chịu đựng của tế
bào: hình cầu chống lại sự khô khan tốt hơn hình que và xoắn. Ngược lại, hình que
và xoắn hấp thu thức ăn tốt hơn hình cầu nhờ diện tích tiếp xúc rộng hơn.
2.Kích thước: rất nhỏ mắt thường không trông thấy, trung bình đường kính 0,5
µ và dài 2-3µ
III. Cấu tạo hóa học
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


3

1. Nước: chiếm khoảng 80% trọng lượng tế bào
- Là dung môi chứa các cấu tử vô cơ và hữu cơ của tế bào, là môi trường xảy
ra các phản ứng hóa học giữa các phân tử tế bào.
- Ở dưới 2 trạng thái: tự do và kết hợp với các cấu tử khác trong tế bào.
- Trọng lượcg nước thay đổi tùy theo điều kiện tăng trưởng và thành phần
các phế liệu do hoạt động của tế bào sinh ra.
2.Thành phần các nguyên tố: thay đổi tùy từng loại tế bào. Carbon chiếm

khoảng 50% trọng lượng khô (TLK) tế bào, nitrogen từ 8-15%, hydro 10%, oxygen
20%, và 5% còn lại gồm Na, Mg, Ca, P, Fe..
3. Thành phần hữu cơ
a. Nhóm tan trong acid: gồm các ion vô cơ và các phân tử hữu cơ nhỏ. Các
phân tử hữu cơ gồm các phân tử thức ăn, chất trung gian biến dưỡng (đường đơn
giản, acid hữu cơ, acid amin, các nucleotid, vitamin...). Thành phần và nồng độ các
chất nầy tùy thuộc vào trạng thái sinh lý, sinh hóa của tế bào.
b. Nhóm không tan trong acid: gồm acid nhân, lipid, protein,carbohydrate.
Carbohydrate ở dưới 2 dạng: tự do và kiến trúc. Carbohydrate tự do gồm đường
đơn giản như glucose, fructose..đây là nguồn năng lượng và carbon của tế bào.
Carbohydrate kiến trúc kết hợp với các phân tử khác tạo thành cơ cấu tế bào như
màng tế bào chất, vỏ tế bào, vỏ nhầy...
IV. Cấu trúc tế bào vi khuẩn
1. Chiên mao
a. Hình dạng
- Là cơ quan giúp tế bào chuyển động bằng cử động xoắn ốc hay vặn nút
chai.
- Đường kính thay đổi tùy loài: 100 - 200 Å
- Chiên mao gắn một đầu vào tế bào, đầu kia tự do.
- Cách sắp xếp chiên mao trên thân tế bào thay đổi tùy theo loài: 1 chiên mao
ở 1 đầu hay 2 đầu, chùm chiên mao ở 1 đầu hay 2 đầu, phân phối đều khắp tế bào.
b. Cấu tạo: bởi 99% là protein. Chiên mao gồm 3 phần:
* Thân: phần dài nhất, hình xoắn lơi, cấu tạo bởi protein kiến trúc hình
sợi:flagellin có phân tử khối 20.000 - 45.000. Thân chiên mao tan trong acid cho
dung dịch chứa các sợi flagellin rời rạc, nếu trung hòa dung dịch các sợi nầy kết
hợp lại cho thân chiên mao như cũ. Flagellin cấu tạo bởi ít acid amin vòng, acid
amin chứa lưu huỳnh và nhiều acid aspartic và acid glutamic hơn protein thường.
Thân chiên mao được cấu tạo bởi 9 sợi vòng ngoài và 1 sợi đôi trung tâm (khác với
tế bào chân hạch là 9 sợi đôi vòng ngoài và 1 sợi đôi trung tâm)
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010

Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


4

* Trung thể: đoạn giữa chiên mao, nằm ngoài tế bào, ngắn hơn thân chiên
mao nhưng to hơn. ở E. coli dài 450 Å
* Động thể: gắn chiên mao vào tế bào, gồm 1 trục và nhiều dĩa: dĩa M gắn
vào màng tế bào, dĩa S nằm ngoài màng.
c. Nhiệm vụ: là cơ quan cử động của tế bào, mất chiên mao tế bào không cử
động cho tới khi chiên mao mới mọc lại, trung bình tế bào vi khuẩn có chiên mao di
động được khoảng 50 µ /giây
2. Tiêm mao: tìm gặp ở một số vi khuẩn Gram âm. Tiêm mao ngắn hơn và nhỏ
hơn chiên mao, nhưng nhiều hơn. Hình dạng gần giống như chiên mao. Mỗi tế bào
có thể có tới 100 - 250 tiêm mao phân phối rải rác khắp tế bào. Nhiệm vụ tiêm mao
chưa biết cụ thể, có thể là cầu nối giữa 2 tế bào lúc bắt cặp để trao đổi acid nhân.
3. Cơ quan cử động khác
Vi khuẩn Spirochete có sợi đàn hồi nối 2 đầu tế bào lại. Nhờ sợi đàn hồi giúp tế
bào di chuyển như con rắn.
4. Vỏ nhầy và lớp nhầy: khi lớp hữu cơ bao quanh vỏ tế bào có cơ cấu và giới
hạn: vỏ nhầy hay lớp hữu cơ không có giới hạn rõ rệt: lớp nhầy. Tế bào có thể có vỏ
nhầy, lớp nhầy hay cả hai.
a. Đặc tính: có tính đàn hồi, chiết suất gần bằng chiết suất môi trường nên
khó thấy, không ăn màu thuốc nhuộm thông thường và trong suốt với chùm tia điện
tử nên hình dạng, kích thước và cơ cấu bên trong các lớp hữu cơ khó quan sát.
b. Cấu tạo hóa học: thay đổi tùy theo loài, cấu tạo bởi polysaccharide, acid
hữu cơ, protein, lipid. Cấu tạo hóa học thay đổi theo điều kiện sinh lý, sinh hóa môi
trường và thành phần thức ăn nuôi vi khuẩn. Cấu tạo hóa học không thay đổi ở các
loài vi khuẩn gây bệnh.

c. Nhiệm vụ: chống sự mất nước của tế bào, chống các hạch bạch huyết và
nguyên sinh động vật, giúp tế bào bám vào vật lạ, và là cơ quan định đoạt hoạt tính
của vi khuẩn.
5. Vỏ tế bào
a. Đặc tính: chiếm 20% TLK tế bào, thay đổi tùy theo giai đoạn phát triển
của mẻ cấy: khi tế bào phân cắt nhanh: vỏ mỏmg, lúc tế bào phân cắt chậm: vỏ dầy
hơn. Vỏ đầy 100 - 200 Å, vỏ tế bào Gram âm mỏmg hơn tế bào Gram dương nhưng
bên ngoài vỏ tế bào Gram âm có thêm 1 lớp lipo-polysaccharides và protein bên
ngoài. Do được cấu tạo bởi các phân tử hữu cơ kết hợp theo hình mắc cáo nên vỏ
có tính đàn hồi và vững chắc.
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


5

b. Cấu tạo hóa học: cấu tạo bởi lipid, polysaccharides và glucosamine. Vỏ
tế bào Gram dương chứa ít lipid hơn Gram âm nhưng có nhiều glucosamine hơn vỏ
tế bào Gram âm. Vỏ tế bào cấu tạo bởi 2 chất dẫn xuất đường chính là N - Acetyl
glucosamine và N - Acetyl muramic acid. Ngoài ra còn có các acid amin khác như
L - Alanine, D - Glutamic acid, Lysine, Diaminopimelic acid. Các phân tử hữu cơ
hóa hợp thành các đơn vị cấu tạo gọi là peptidoglycan. Vỏ tế bào Gram dương có
thêm 1 acid đặc biệt là acid teichoic. Acid nầy cấu tạo bởi các phân tử glycerol hay
ribitol nối với nhau bằng các cầu nối ester phosphate.
c. Nhiệm vụ: giúp giữ tế bào có hình dạng nhất định, chống các biến đổi đột
ngột của môi trường về áp suất thẩm thấu, sức ép..
d. Tổng hợp vỏ tế bào: có 4 giai đoạn
- Tổng hợp tiền chất
- Gắn tiền chất vào màng lipid

- Thành lập chất trùng hợp
- Thành lập cầu nối giữa các chất trùng hợp
6. Màng tế bào chất
a. Đặc tính: có tính bán thấm. Lúc còn non, bán đậm đặc, trưởng thành dầy
và đậm đặc hơn. màng dầy 50 - 130 Å, chiếm khoảng 10 - 20% TLK tế bào.
b. Thành phần hóa học: cấu tạo bởi protein (50%), lipid (28 - 30%),
carbohydrate (15 - 20%), còn lại là ARN, P...Kiến trúc tương tự như tế bào sinh vật
chân hạch: các phân tử phospholipid xếp thành 2 lớp đơn phân tử, đầu mang điện
tích hướng ra ngoài và 2 đuôi trung hòa hướng vào trong, kế đến là 2 lớp chứa
protein. Cấu tạo màng tế bào chất của vi khuẩn khác tế bào động vật ở các điểm
sau:
- Màng tế bào chất của vi khuẩn không chứa sterol trừ nhóm mycoplasma.
- Không có hay có rất ít phospholipid glycerol phosphoryl choline
- Có chứa phospholipid glycerol phosphoryl ethanolamine.
- Chứa nhiều phân tử acid béo chia nhánh.
c. Nhiệm vụ: chọn lọc chất trao đổi giữa tế bào và môi trường bên ngoài,
chứa bộ máy quang tổng hợp ở vi khuẩn quang tự dưỡng, các enzyme dự phần vào
phản ứng hô hấp
7. Tế bào chất
a. Đặc tính: trong mẻ cấy mới, tế bào chất có vẻ đồng nhất, khi mẻ cấy già
có nhiều hạt có kích thước khác nhau xuất hiện trong tế bào chất có thể là các hạt
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


6

dự trử hay không bào. Sự di chuyển của dòng tế bào chất không có do tế bào quá
nhỏ không cần dòng tế bào chất

b. Các thể trong tế bào chất:
* Meso thể (mesosomes): là các túi hay phiến gấp nếp thông với màng tế
bào chất. Nhiệm vụ có lẻ tham dự vào phản ứng tổng hợp vỏ tế bào và sự phân cắt
nhân thể và là phương tiện gia tăng diện tích của màng tế bào để màng có thể đảm
nhận các chức năng hô hấp tổng hợp.
* Ribo thể (ribosomes): là các hạt có đường kính 100 - 200 Å, mỗi tế bào
có thể có tới 10.000 hạt ribo thể. Ribo thể được cấu tạo bởi 60% là ARN và 40% là
protein. Kích thước ribo thể rất nhỏ bé, hằng số trầm lắng là 70S. Ribo thể cấu tạo
bởi 2 bán đơn vị độc lập và có kích thước không bằng nhau. Nhiệm vụ ribo thể là
trung tâm tổng hợp protein của tế bào.
* Khí bào (gas vacuoles): thường gặp ở tế bào vi khuẩn và vi khuẩn lam
sống ở môi trường nước như ao, hồ, ruộng lúa. ở điều kiện nhiệt độ, ánh sáng nào
đó khí bào tích tụ nhiều khí làm cho tế bào nhẹ nổi lên mặt nước tạo ra hiện tượng
hoa rong (algae bloom). Điều đặc biệt là màng bao quanh khí bào được cấu tạo bởi
protein chớ không phải là lipid như các màng khác của tế bào
* Tích thể và chất dự trử:
- Volutin là các hạt chứa phosphate.
- Sulfure, gặp ở các vi khuẩn quang duỡng lưu huỳnh
- Polysaccharides gồm glycogen, hạt tinh bột.
- Lipid, gặp nhiều nhất là các poly - β - hydroxy butyric acid (PHB)
- Các hạt khác: prodigiosin, indigoidin, violacein, phenazines và các sắc tố
huỳnh quang.
* Vùng nhân:Acid nhân hay vật liệu di truyền tụ tập tại một vùng trong tế
bào chất gọi là vùng nhân. Mỗi vùng nhân chỉ có 1 phân tử ADN duy nhất. ADN rất
dài so với kích thước tế bào mang nó. E. coli dài 2 µ có ADN dài 1100 - 1400 µ.
Khi tế bào phân cắt ADN được dùng làm khuôn để tổng hợp ra 2 phân tử ADN
mới.
*Plasmid
α. Đặc tính
- Plasmid là phân tử di truyền có ADN dạng vòng kín

- Có khả năng tự phân cắt và có nhiểm thể riêng
- Có thể chuyển từ tế bào nầy sang tế bào khác bằng cách tiếp hợp hay kết
hợp với nhiểm thể
- Plasmid có chứa nhiều gen như kháng kháng sinh, kim loại nặng, sản xuất
độc tố..
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


7

β. Cấu tạo
- Kích thước plasmid rất biến động từ 1 đến hơn 1.000 kilobase pairs tức chỉ
bằng khoảng 1/20 kích thước của nhiểm thể
- Cấu trúc vòng đôi xoắn kín
- Trọng lượng phân tử rất thay đổi từ 2x106 đến > 108
γ. Sự phân cắt
- Tham gia thúc đẩy quá trình phân cắt plasmid là các enzim thông thường
của tế bào
- Sự phân cắt plasmid độc lập với sự phân cắt của tế bào nhưng cũng có sự
kiểm soát của tế bào
- Plasmid của vi khuẩn Gram âm (G-) phân cắt gần giống như sự phân cắt
của nhiểm thể, thời gian phân cắt bằng 1/10 hay ít hơn thời gian phân cắt của tế bào
- Plasmid của vi khuẩn Gram dương (G+) phân cắt gần giống như sự phân
cắt của thực khuẩn ϕ x 174.
* Nội bào tử: thường gặp ở Bacillus, Clostridium, Vibrio, Spirillum. Mỗi tế
bào thường có 1 nội bào tử. Nội bào tử có khả năng sống tiềm sinh chống lại điều
kiện khó khăn của môi trường. Nội bào tử có tính chiết quang nên có thể quan sát
được bằng kính hiển vi thường. Vị trí của nội bào tử trong tế bào vi khuẩn thay đổi

theo loài: có thể thành lập ở một đầu, gần đầu hay giữa tế bào.
Cơ cấu của nội bào tử gồm nhiều lớp
- Lớp Exosporium: là màng mỏng gấp nếp nhiều lần, độ chiết quang thấp
nên khó quan sát.
- Áo: gồm 1- 4 lớp, độ dầy và độ chiết quang tăng từ ngoài vào trong nên
quan sát được bằng kính hiển vi thường.
- Cortex: chiết quang kém nhưng dầy hơn áo, không ăn màu, được cấu tạo
bằng peptidoglycan và acid dipicolinic và calci.
- Vỏ: là màng mỏng ít chiết quang, cấu tạo giống vỏ tế bào vi khuẩn. Khi
nội bào tử nẩy mầm, vỏ nội bào tử trở thành vỏ tế bào.
- Màng và tế bào chất: cấu tạo giống màng tế bào vi khuẩn, tế bào chất đậm
đặc hơn tế bào bình thường, lượng PHB ít và có chứa đầy đủ các enzyme,
coenzyme nhưng ít hơn tế bào.
* Nhiệm vụ: nội bào tử sống tiềm sinh cho đến khi gặp điều kiện thuận tiện
thì nẩy mầm để cho tế bào dinh dưỡng mới.
* Sự thành lập: thay đổi tùy theo loài. Khi môi trường thiếu thức ăn cần thiết
thì cơ cấu bên trong tế bào có những biến đổi phức tạp và thành lập nội bào tử gồm
nhiều lớp bao bên ngoài.

Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


8
CHƯƠNG 2

PHÂN LOẠI VI KHUẨN
I. Lịch sử phát triển phân loại vi sinh vật
Năm1750, Carl Linnaeus đề nghị hệ thống phân loại đầu tiên: ông gọi đó là sự hổn độn

(Chaos).
Năm1866, Ernst Haeckel phân chia động vật, thực vật và vi sinh vật làm 3 giới (kingdoms)
Animalia
Plantae
Protista
Năm 1969, Robert Whittaker căn cứ vào sự khác biệt về hình thái học của sinh vật để xếp
sinh vật vào 5 nhóm chính:
Animalia
Plantae
Fungi
Protista
Monera
Năm 1970, Carl Woese, dựa vào kết quả phân tích RNA, để chia sinh vật làm 3 giới
Archaebacteria
Bacteria
Eucarya
Hiện nay hệ thống phân loại nầy được các nhà vi sinh vật quan tâm
II. Phân loại cổ điển
Nhiều đặc tính của vi khuẩn về hình dạng, gram, nhu cầu dinh dưỡng (quang dưỡng, dị
dưỡng, hóa dưỡng…), cấu tạo hóa học của vỏ tế bào, thành phần hóa học của lipid, cấu tạo
hóa học của vỏ nhầy, các loại sắc tố, khả năng sử dụng nguồn carbon, đạm,.., các sản
phẩm lên men, nhu cầu về oxy, nhiệt độ tăng trưởng, pH, tính chống chịu với môi trường,
các mối quan hệ như sự cộng sinh…
Dòng vi khuẩn ở ruột của một động vật máu nóng cần phân loại

Làm ròng

Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ

9
Nhuộm gram

G-

G+

Hình que

Không có dạng hình que

Tùy ý không bắt buộc

Hiếu khí bắt buộc

Lên men lactose và sản xuất ra acid và khí

Không lên men lactose

Các xét nghiệm sinh hóa
Dương tính: indole, đỏ methyl, mucate
Âm tính: citrate, Voges-Proskauer, H2S

Escherichia coli
Hình 1. Các bước tiến hành để phân loại vi khuẩn theo phương pháp cổđiển
(Madigan và ctv, 2000)

Trong phương pháp phân loại cổ điển, tỉ lệ GC của phân tử ADN của sinh vật được đặc

biệt lưu ý. Tỉ lệ các base của ADN được biểu thị theo công thức sau:
G+C
--------------------A+T+G+C

x 100%

Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


10

Tỉ số trên có thể biến đổi từ 20-80%
III. Phân loại bằng kỹ thuật sinh học phân tử PCR
-

Khuếch đại gene 16S rDNA or 16S rRNA bằng máy PCR
Điện di sản phẩm DNA để nhận diện băng DNA khoảng 1.500bp

Điện di sản phẩm DNA để nhận diện

băng
1.500bp
-

DNA khoảng

Giải trình tự đoạn DNA 1.500bp

Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


11

- So sánh trình tự đoạn DNA với ngân hàng dữ liệu GENEBANK để xác định giống loài
vi sinh vật.

CATGCAGTCGAGCGGGGAGAGGTAGCTTGCTACTGATCTTAGCG
GCGGACGGGTGAGTAATGCTTAGGAATCTGCCTATTAGTGGGGGACAACATT
TCGAAAGGAATGCTAATACCGCATACGTCCTACGGGAGAAAGCAGGGGATCT
TCGGACCTTGCGCTAATAGATGAGCCTAAGTCGGATTAGCTAGTTGGTGGGGT
AAAGGCCTACCAAGGCGACGATCTGTAGCGGGTCTGAGAGGATGATCCGCCA
CACTGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTGGGGAAT
ATTGGACAATGGGCGCAAGCCTGATCCAGCCATGCCGCGTGTGTGAAGAAGG
CCTTATGGTTGTAAAGCACTTTAAGCGAGGAGGAGGCTACTTTAGTTAATACC
TAGAGATAGTGGACGTTACTCGCAGAATAAGCACCGGCTAACTCTGTGCCAGC
AGCCGCGGTAATACAGAGGGTGCAAGCGTTAATCGGATTTACTGGGCGTAAA
GCGCGCGTAGGCGGCTAATTAAGTCAAATGTGAAATCCCCGAGCTTAACTTGG
GAATTGCATTCGATACTGGTTAGCTAGAGTGTGGGAGAGGATGGTAGAATTCC
AGGTGTAGCGGTGAAATGCGTAGAGATCTGGAGGAATACCGATGGCGAAAGC
AGCCATCTGGCCTAACACTGACGCTGAGTGCGAAAGCATGGGGAGCAAACAG
GATTAGATACCCTGGTAGTCCATGCCGTAAACGATGTCTACTAGCYGTTGGGG
CCTTTGAGGCTTTAGTGGCGCAGCTAACGCGATAGTAGACGCTGGGGAGTACG
TCGCAGACTAAAACTCAAATGAATTGACGGGGGCCCGCCAAGC

Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp

Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


12

Phân loại theo hệ
thống Bergey

Giới: Vi sinh vật sơ hạch
Division: Vi khuẩn

1

Vi khuẩn quang dưỡng

2

Vi khuẩn trượt (Gliding)

3

Vi khuẩn có vỏ bao (Sheath)

4

Vi khuẩn nẩy chồi (budding)

5

Spirochetes

6

Vi khuẩn xoắn

7

Vi khuẩn gram âm hình que và hình cầu

8

Vi khuẩn gram âm hình que kỵ khí tùy ý

9

Vi khuẩn gram âm hình que kỵ khí

10

Vi khuẩn gram âm hình cầu

11

Vi khuẩn gram âm hình cầu kỵ khí

12

Vi khuẩn hóa dị dưỡng

13

Vi khuẩn sinh methane

14

Vi khuẩn hình cầu gram dương

15

Vi khuẩn hình cầu và hình que có khả năng tổng hợp nội bào tử

16

Vi khuẩn hình que không có nội bào tử

17

Xạ khuẩn

18

Rickettsia

19

Mycoplasmas

PHÂN LOẠI VI KHUẨN

Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010

Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


13

VI KHUẨN GRAM ÂM

Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


14

Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


15

Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


16
CHƯƠNG BA

ỨNG DỤNG VI KHUẨN TRONG
SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP
*********
Đạm là một trong số những nguyên tố quan trọng nhất ở địa cầu. Sự tăng trưởng
của thực vật thường bị giới hạn bởi thiếu đạm hơn là do thiếu các nguyên tố khác.
Sự cộng sinh giữa các vi sinh vật cố định đạm và các cây họ Đậu và không thuộc
họ Đậu đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong hệ thống canh tác nông nghiệp. Ví dụ,
nếu trồng một vụ đậu có chủng vi khuẩn tương ứng hữu hiệu mỗi ha đất có thể cố định
được từ 100-175 kgN/ha (Richards, 1987).
Ngoài ra, còn phải kể đến vai trò không kém phần quan trọng cuả các vi sinh vật cố
định đạm sống tự do, ví dụ như các cyanobacteria (vi khuẩn lam) cố định khoảng 80
kgN/ha/năm (Mishustin và Shilnikova, 1966).
A. VI KHUẨN CỐ ĐỊNH ĐẠM
I. NHÓM VI KHUẨN SỐNG TỰ DO
Các vi sinh vật dị dưỡng
* Nhóm vi sinh vật hiếu khí
1. Họ Azotobacteriaceae
Họ Azotobacteriaceae gồm một nhóm vi sinh vật khá đồng nhất về mặt sinh lý. Các
tế bào thuộc họ này thường có dạng hình que gồ ghề hay hình bầu dục, φ = 2 µm hoặc lớn
hơn, chiều dài thay đổi. Hình dạng tế bào thay đổi tuỳ theo điều kiện môi trường nuôi .
Các tế bào thường sống thành cặp hay chuỗi, có thể không di chuyển hay di chuyển nhờ
các chiên mao. Phần lớn tế bào thuộc gram âm hoặc thay đổi. Không tạo nội bào tử. Nang
(cysts) được thành lập ở một giống là Azotobacter. Tế bào vi khuẩn thuộc họ này là loại
hiếu khí bắt buộc, có khả năng cố định đạm tự do. Chúng có thể sống trong đất, nước và ở
vùng rễ cây. Họ Azotobacteriaceae gồm nhiều giống như Azotobacte, Azomonas.
* Azotobacter
Giống này có tính mẫn cảm với độ pH, nồng độ phosphat cao và với nhiệt độ trên
35oC. Các giống Azotobacter ở môi trường biển hay các giống chịu được mặn rất hiếm.
Các tế bào Azotobacter già gồm các thể bào xác (encysted forms) có hình thái rõ rệt. Các
thể bào xác có thể tạo ra bằng cách nuôi trong môi trường có thêm một hoá chất như n butanol. Các bào xác có đặc tính hơi chống chịu lại với các điều kiện khó khăn của môi

Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


17
trường như nhiệt độ, sự khô khan (Sadoff, 1975). Hai loài Azotobacter vinelandii (Hình 1)
và Azotobacter chroococcum có một hệ gen (genome) có kích thước rất lớn và biến đổi :
cấu tạo ADN của chúng có thể đến 50 lần so với của E. coli trong môi trường nuôi cấy và
giảm xuống 10 lần khi mẻ cấy đã già [Sadoff và cộng tác viên (ctv), 1979].
Azotobacter được tìm thấy ở vùng rễ của một số cây. Chúng có thể sản xuất ra chất
kích thích tăng trưởng giống như hormone.
* Azomonas
Tế bào thuộc giống này có φ = 2,0 µm hoặc hơn, chiều dài thay đổi. Tế bào có
dạng hình que, dạng trứng hay hình cầu. Chúng sống đơn độc, từng cặp hay chùm. Thông
thường gram âm đôi khi gram có thể thay đổi. Tế bào không tạo nội bào tử hay nang
(cysts), di động được nhờ có chiên mao. Giống Azomonas thuộc loại hiếu khí nhưng cũng
có thể tăng trưởng dưới áp lực oxygen thấp. Cố định đạm ở trạng thái tự do. Chúng sống
trong đất và nước. Các loài quan trọng của giống này gồm Azomonas agilis , Azomonas
insignis và Azomonas macrocytogenes.
2. Họ Spirillaceae
Trước đây các xoắn khuẩn tự dưỡng đạm (diazotrophic spirilla) được khảo cứu một
cách rời rạc (Beijerinck, 1925; Becking, 1963), nhưng hiện nay người ta đã nghiên cứu khá
nhiều. Năm 1976, Döbereiner và Day tái phân lập loài Spirillum lipoferum mà sau đó
được phân loại lại vào một trong hai loài của giống Azospirillum (De Polli và ctv, 1980;
Krieg và Döbereiner, 1984; Tarrand, và ctv, 1978). Các loài này mẫn cảm với oxy, hiếu
khí, tạo một màng mỏng đặc trưng trong môi trường. Về mặt hình thái học các xoắn khuẩn
nằm ở ranh giới của Vibrio và Spirilla.
Giống tiêu biểu cho họ này là Azospirillum. Giống này bao gồm những tế bào vi
khuẩn có dạng hình que thẳng hoặc hơi cong tròn trỉnh, có φ =1 µm và chiều dài 2,1 – 3,8

µm. Trong môi trường nuôi cấy kiềm, mẻ cấy già hoặc dưới điều kiện thừa oxy tế bào có
thể lớn lên hay có nhiều dạng thay đổi. Tế bào thuộc loại gram âm hay gram thay đổi và
trong môi trường lỏng chúng có thể chuyển động nhờ một chùm chiên mao ở một đầu.
Nhiệt độ tăng trưởng tối hảo từ 35 - 37oC. Trên môi trường khoai tây agar, các khuẩn lạc
của Azospirillum có màu hồng đậm hay lợt, thường nhăn nheo và không nhầy. Tế bào
thuộc giống nầy có thể sống tự do trong đất hay sống liên kết với rễ các loại ngủ cốc, cỏ,
không tạo được nốt rễ. Hai loài chính của giống này là Azospirillum brasilense và
Azospirillum lipoferum.

Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


18
Ngoài giống Azospirillum họ này còn có các giống như Aquaspirillum và
Campylobacter.
3. Họ Corynebacteriaceae
Nhiều dòng vi sinh vật thuộc giống Arthrobacter được nghiên cứu (Smyk, 1970).
Loài được khảo cứu kỷ nhất thuộc giống này là Arthrobacter fluorescens (Cacciari và ctv,
1979). Loài Arthrobacter fluorescens là loài vi sinh vật tự dưỡng đạm, mẫn cảm với oxy.
4. Họ Methanomonadaceae
Các vi khuẩn họ này được Coty (1967) khám phá trong số các vi khuẩn oxid hóa
methane. Chúng là những vi khuẩn tự dưỡng đạm (diazotrophs), mẫn cảm với oxy (Dalton,
1980). Họ Methanomonadaceae gồm nhiều giống

vi khuẩn như

Methylosinus

,Methylocystis, Methylococcus, Methylomonas và Methylobacter.
5. Họ Thiobacteriaceae
Năm 1978, Mackintosh báo cáo sự cố định đạm hiếu khí của 3 dòng vi khuẩn của
Thiobacillus ferro - oxidans bằng cách sử dụng phản ứng khử acetylene với 15N2. Theo
Mackintosh, không phải tất cả các dòng vi khuẩn thuộc Thiobacillus ferro - oxidans đều có
khả năng tự dưỡng đạm.
Các dòng vi khuẩn Thiobacillus ferro - oxidans có dạng hình que, đơn hay từng
cặp, φ = 0,5 x 1,0 µm, chuyển động nhờ 1 chiên mao ở một đầu, khuẩn lạc nhỏ 0,5-1 mm,
thuộc loại hiếu khí bắt buộc, pH tối hảo để tăng trưởng là 2,5. Có thể tìm thấy loài này
khắp nơi.
* Nhóm vi sinh vật kỵ khí
Họ Enterobacteriaceae
Năm 1958, Wilson bày tỏ mối nghi ngờ về khả năng cố định đạm bởi loài
Aerobacter aerogenes (hiện nay được xếp vào giống Klebsiella). Tuy nhiên, kể từ khi
người ta xác định được loài Klebsiella pneumoniae M5a1 có khả năng tự dưỡng về đạm,
chúng trở thành đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà sinh hóa và di truyền.
Các giống Klebsiella, Enterobacter, Erwinia, Citrobacter và Escherichia là những
dòng vi khuẩn tự dưỡng đường ruột.
Các vi khuẩn thuộc họ này là những vi sinh vật kỵ khí bắt buộc hay các vi sinh vật
vi khí sinh (micro-aerophile), gram âm, hình que thẳng, φ = 0,3-1,0 x 1,0-6,0 µm, không
chuyển động hay chuyển động nhờ các chiên mao, không tạo nội bào tử hay nang (cysts).
Giống như ở họ Bacillaceae, số lượng vi khuẩn tự dưỡng đạm có trong một giống hay một
loài thì không phổ biến trong họ này (khoảng năm 1980, trong số 134 Klebsiellae trong thí
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


19
nghiệm chỉ có 38 (28%) là có khả năng tự dưỡng đạm). Không có mối liên hệ rõ rệt giữa

môi trường sống và các vi sinh vật tự dưỡng đạm. Tuy nhiên, khi khảo sát các dòng vi
khuẩn trên lâm sàng, Chamber và Silver (1977) chỉ tìm thấy có 22% là có khả năng tự
dưỡng đạm.
Các vi sinh vật tự dưỡng đạm dường như được phân bố một cách ngẫu nhiên trong
các vi khuẩn đường ruột.
Nhóm vi sinh vật tự dưỡng
1. Họ Bacillaceae
Các giống có khả năng tự dưỡng đạm thuộc họ này làBacillus, Clostridium và
Desulfotomaculum. Giống Bacillus gồm các dòng vi khuẩn tự dưỡng đạm của hai loài
Bacillus polymysa và Bacillus macerans. Các

dòng vi khuẩn thuộc giống Bacillus là

những dòng vi sinh vật kỵ khí không bắt buộc.Giống Clostridium gồm nhiều loài như
Clostridium

pasteurianum,

Clostridiumbutyricum,

Clostridium

accharobutyricum,

Clostridium acetobutyricum, Clostri-dium beijerinckii. Trong số các loài vừa kể ở trên,
Clostridium pasteurianum (hay Clostridium pastorianum) là loài vi khuẩn tự dưỡng đạm
được khám phá đầu tiên (Hình 6). Đây là loài vi khuẩn kỵ khí bắt buộc. Môi trường nuôi
chúng có "mùi bơ" của acit butyric.
Giống Desulfotomaculum bao gồm các dòng vi khuẩn hơi ái nhiệt. Các loài quan
trọng của giống này là Desulfotomaculum ruminis và Desulfotomaculum orientis. Giống

Desulfotomaculum là một giống mới được xếp vào danh sách các vi khuẩn tự dưỡng đạm
(Postgate, 1979) thuộc họ Bacillaceae
2. Họ Chromatiaceae
Các tế bào thuộc họ Chromatiaceae có dạng hình cầu, dạng trứng, dạng xoắn, dạng
que hay phẩy. Chúng sinh sản bằng cách phân hai (binary fission). Các loài trong họ này
có thể có hay không có không bào, chuyển động hay không chuyển động. Ở dạng chuyển
động chúng có một chiên mao hoặc một chùm chiên mao ở một đầu. Ngoại trừ một loài
Thiocapsa pfennigii có bacteriochlorophyll b, các loài khác có bacteriochlorophyll a và
carotenoid nhóm 1, 3 hay 4. Các giống thuộc họ Chromatiaceae gồm

Chromatium,

Thiocapsa, và Thiocystis.
a. Giống Chromatium
Tế bào giống Chromatium có dạng hình que thẳng, hơi cong hay hình trứng, có đầu
mút tròn. Chúng sinh sản bằng cách phân hai, chuyển động được nhờ một hay nhiều chiên
mao ở một đầu. Tế bào sống đơn độc hay thành từng cặp hoặc dính với nhau tạo thành
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


20
từng cụm tế bào, gram âm, có chứa sắc tố quang hợp bacteriochlorophyll a và carotenoids
nhóm 1 - 4. Tế bào không có chứa không bào.
Ở điều kiện kỵ khí, tất cả loài có khả năng quang tự dưỡng, sử dụng sulfide hay
nguyên tố lưu huỳnh làm chất cho điện tử. Các loài của giống Chromatium thuộc loại ưa
nhiệt trung bình, nhiệt độ tăng trưởng tối hảo 20-40 oC. Tế bào có chứa chất dự trử như
polysaccharides, PHB, polyphosphat.
Trong 10 loài thuộc giống Chromatium chỉ có loài Chromatium weissei là có khả

năng cố định đạm. Tế bào của loài này có dạng hình que, kích thước 3,4-4,5 x 7-14 µm,
nhiệt độ tăng trưởng tối hảo từ 25-30oC, có thể tìm thấy ở ao, hồ.
b. Giống Thiocystis
Tế bào vi khuẩn thuộc giống này có dạng hình cầu hay dạng hình trứng và có dạng
hai hình cầu gắn liền nhau trước khi tế bào phân cắt. Chúng sinh sản bằng cách phân hai.
Tế bào có thể di động được nhờ một chiên mao. Các tế bào thuộc giống Thiocystis có thể
sống đơn độc hay thành từng cặp, gram âm, có chứa sắc tố bacteriochlorophyll a và
carotenoid nhóm 3 và 4. Tế bào không có không bào. Chúng là các vi sinh vật kỵ khí
không bắt buộc như loài Thiocystis violacea và Thiocystis gelatinosa.
c. Giống Thiocapsa
Tế bào của giống Thiocapsa thường có hình cầu hay dạng hình trứng, φ = 1,2-3,0
µm. Tế bào sinh sản bằng cách phân hai. Chúng không chuyển động, có thể sống kết hợp
thành từng cụm 4 tế bào, gram âm, không có không bào, và là những vi sinh vật kỵ khí
không bắt buộc.
d. Giống Amoebobacter
Bao gồm những tế bào hình cầu, sinh sản bằng cách phân hai, không chuyển động
được. Tế bào được một lớp nhầy bao quanh. Chúng có thể gắn với nhau tạo thành từng
chùm có dạng bất định, gram âm, không có chứa không bào. Chúng thuộc loại vi sinh vật
kỵ khí không bắt buộc.
3. Họ Ectothiorhodospiraceae
Giống Ectothiorhodospira bao gồm những phẩy khuẩn, trực khuẩn hay xoắn
khuẩn, φ = 0,5 – 1,5 µm. Tế bào chuyển động nhờ các chiên mao ở một đầu tế bào, tế bào
sinh sản bằng cách phân đôi, gram âm, kỵ khí không bắt buộc. Các loài của giống này có
nhiệt độ tăng trưởng rất biến động, có thể từ 25-40 oC. Sự tăng trưởng của chúng còn tùy
thuộc vào độ mặn (thường rất biến động từ 1 - 27%) và môi trường kiềm (pH từ 7,5-9,5).
4. Họ Chlorobiaceae
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ

21
Hình dạng tế bào thay đổi, có thể có dạng hình cầu, dạng trứng, que thẳng hay
cong. Chúng sinh sản bằng cách phân hai hay ba (ternary fission). Tế bào có thể có hay
không có không bào. Tế bào có chứa sắc tố chính là bacteriochlorophyll c hay d và một ít
bacteriochlorophyll a và carotenoid nhóm 5. Các vi khuẩn họ này thuộc loại kỵ khí bắt
buộc.
a. Giống Chlorobium
Gồm các tế bào hình cầu, hình trứng, que thẳng hay que cong, φ = 0,3-1,1 x 0,4-3
µm. Tế bào thường kết thành từng chuỗi, sinh sản bằng cách phân hai, gram âm, không di
động. Sắc tố quang hợp của các tế bào thuộc giống này bao gồm bacteriochlorophyll c, d
hay e và một lượng nhỏ bacteriochlorophyll a. Chúng thuộc loại kỵ khí bắt buộc, nhiệt độ
thích hợp cho sự tăng trưởng từ
20-35oC.
b. Giống Pelodictyon
Các loài thuộc giống Pelodictyon có những đặc tính sinh lý và sinh hóa tương tự
các loài của giống Chlorobium. Tuy nhiên, ở những vùng nước ngưng đọng có chứa nhiều
sulfide, các loài của giống Pelodictyon chiếm ưu thế hơn các loài của giống Chlorobium.
Giống này gồm những vi sinh vật quang tự dưỡng, kỵ khí bắt buộc, nhiệt độ tăng tưởng
thích hợp từ 15-30oC.
5. Họ Rhodospirillaceae
Tế bào họ này có thể có dạng hình cầu, dạng trứng, dạng que hoặc xoắn dài hay
ngắn và có chiều rộng thay đổi. Tế bào có thể không chuyển động hay chuyển động được
nhờ các chiên mao. Sinh sản bằng cách phân hai hay tăng trưởng về một đầu và nhẩy chồi.
Tế bào thuộc loại gram âm và có chứa sắc tố bacteriochlorophyll a hay b và nhiều loại
carotenoids. Chúng thuộc loại vi sinh vật kỵ khí không bắt buộc. Tế bào có chứa chất dự
trử dưới dạng các hạt polysaccharides, polyphosphat haypoly - β - hydroxybutyric acid
(PHB). Các giống có khả năng cố định được đạm của họ này gồm : Rhodospirillum,
Rhodopseudomonas, Rhodomicrobium.
II. NHÓM VI KHUẨN SỐNG CỘNG SINH

1. Các vi sinh vật sống cộng sinh với các cây họ Đậu
Hiện nay các vi sinh vật sống cộng sinh với các cây họ Đậu được chia làm 4
giống : Rhizobium, Bradyrhizobium, Azorhizobium và Sinorhizobium (Chen và ctv, 1988;
Dreyfus và ctv, 1988 và Jordan, 1984).
1.1. Giống Rhizobium
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


22
Giống Rhizobium gồm các tế bào vi khuẩn hình que, kích thước trung bình 0,5-0,9
x 1,2-3,0 µm, không tạo bào tử, gram âm, có thể di động được nhờ có chiên mao. Các vi
khuẩn giống này thuộc loại hiếu khí. Các khuẩn lạc có dạng tròn, lồi, trong mờ, có tạo chất
nhầy. Kích thước khuẩn lạc 2-4 mm sau khi nuôi cấy trên môi trường YEM agar 3 - 5
ngày. Vi khuẩn tạo acid khi môi trường nuôi có nguồn

carbohydrat là mannitol và

một số nguồn đường khác. Giống Rhizobium có 3 loài là Rhizobium leguminosarum,
Rhizobium meliloti, và Rhizobium loti. Loài Rhizobium leguminosarum có 3 biovars là
trifolii, phaseoli và viceae.
1.2. Giống Bradyrhizobium
Giống Bradyrhizobium gồm các tế bào vi khuẩn hình que, kích thước trung bình
0,5-0,9 x 1,2-3,0 µm, thường chứa chất dự trử PHB, không tạo bào tử, gram âm, hiếu khí,
chuyển động được nhờ tế bào có mang chiên mao. Khuẩn lạc tròn, đục, trắng, lồi, có kích
thước nhỏ hơn 1 mm khi ủ trong môi trường YEM từ 5-7 ngày, và tạo kiềm. Tế bào tổng
hợp chất nhầy chung quanh tế bào. Tất cả các dòng vi khuẩn thuộc giống Bradyrhizobium
đều có tính chuyên biệt cao đối với cây chủ mà chúng cộng sinh. Một số dòng vi khuẩn có
khả năng cố định đạm khi sống tự do. Giống Bradyrhizobium có một loài là

Bradyrhizobium japonicum, là các vi khuẩn sống cộng sinh với đậu nành. Các loài vi
khuẩn Bradyrhizobium cộng sinh với các cây họ Đậu khác được đặt tên là Bradyrhizobium
sp. kèm với tên của cây chủ mà nó cộng sinh. Ví dụ, loài vi khuẩn cộng sinh với cây Vigna
hay Lupinus thì có tên là Bradyrhizobium sp. (Vigna) và Bradyrhizobium sp. (Lupinus).
1.3. Giống Azorhizobium
Giống Azorhizobium là một giống mới được đề nghị với một loài là Azorhizobium
caulinodans chính là các vi khuẩn cộng sinh ở rễ và thân của Sesbania rostrata (Dreyfus
và ctv, 1988) (Hình 10). Đây là loài vi khuẩn có khả năng sử dụng N 2 khi sống ở trạng
thái tự do. Tế bào vi khuẩn gram âm, hình que nhỏ, có kích thước trung bình 0,5-0,6 x 1,52,5 µm, chuyển động được nhờ chiên mao. Trên môi trường agar các khuẩn lạc có hình
tròn, thuộc loại hiếu khí bắt buộc.
1.4. Giống Shinorhizobium
Gồm các vi khuẩn phát triển nhanh, cộng sinh ở nốt rễ cây đậu nành được phân lập
từ Trung Quốc (tên gọi trước đây là Rhizobium fredii). Các vi khuẩn giống này có dạng
hình que, kích thước 0,5-0,9 x 1,2-3,0 µm. Tế bào cộng sinh (Dreyfus và ctv, 1988)
thường chứa các hạt dự trử PHB, không tạo bào tử, gram âm, chuyển động được nhờ tế
bào có mang chiên mao. Vi khuẩn hiếu khí, khuẩn lạc tròn, lồi, hơi trong, nhầy, có kích
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


23
thước từ 2 - 4 mm khi nuôi trên môi trường YEM sau 3-5 ngày. Nhiệt độ tăng trưởng
thích hợp từ 25 - 30oC. Tuy nhiên, cũng có các dòng tăng trưởng ở 35 oC và vài dòng tăng
trưởng ở 10oC. Độ pH thích hợp 6-8, nhưng cũng có dòng phát triển ở pH = 5,0 hay pH =
10,5.
Giống Shinorhizobium gồm có 2 loài là Shinorhizobium fredii và Shinorhizobium
xinjiangensis.
2. Các vi sinh vật sống cộng sinh với cây không thuộc họ Đậu
2.1. Frankia

Trước đây khi nói đến sự cộng sinh giữa vi sinh vật và thực vật người ta nghĩ ngay
đến các cây thuộc họ Đậu (Leguminosae). Tuy nhiên, trong thời gian gần đây (trong những
năm 60 đến 70) nhờ sự nổ lực to lớn của Giáo sư G. Bond, tầm quan trọng của các loại vi
sinh vật cộng sinh với các cây không thuộc họ Đậu mới được nhiều người quan tâm
(Becking, 1970 ; Bond, 1967). Một ví dụ đầu tiên của nhóm này là cây Alder (Alnus) thuộc
họ Fagales tạo được nốt rễ. Các nốt rễ này không chứa rhizobia nhưng chúng có khả năng
tự dưỡng đạm (diazotrophic). Những loại cây khác thường là các cây bụi hay thân mộc
cũng có thể thành lập cơ cấu tương đương như nốt rễ. Ví dụ như Shepherdia và Ceanothus
(bộ Rhamnales), Myrica và Comptonia (bộ Myricales), Casuarina (bộ Casuarinales),
Coriaria (bộ Coriariales), Dryas (bộ Rosales) và nhiều loại cây khác. Ngày nay, người ta
đã biết được hơn 120 loài tự dưỡng đạm tạo nốt với các cây không thuộc họ Đậu. Khi các
nốt rễ hữu hiệu nó có màu hồng. Màu của sắc tố này là do anthocyanins chớ không phải là
leghaemoglobin như ở các nốt rễ ở các cây thuộc họ Đậu.
Becking (1970) đề nghị một họ vi khuẩn mới là Frankiaceae gồm tất cả các xạ
khuẩn tạo nốt trên rễ của các cây không thuộc họ Đậu có hai lá mầm. Ông cũng phát hiện
ra một số loài và xếp vào một giống là Frankia.
Cách xâm nhiểm của Frankia vào cây được mô tả gần đây hầu như giống với
trường hợp các vi khuẩn cộng sinh với các cây họ Đậu (Newcomb và ctv, 1979).
Tjepkema và ctv (1980) cho biết các loài Frankia phân lập từ

Comptonia

peregrina có khả năng cố định đạm khi không có cây chủ. Cố định đạm trong môi trường
không có cây chủ liên quan đến sự xuất hiện của các cấu trúc giống như túi được tìm thấy
ở nốt của Comptonia; Frankia của Casuarina dường như cũng tương đối chịu đựng được
oxy khi cố định đạm ngoài cây chủ (Gauthier và ctv, 1981).
Frankia là các xạ khuẩn có bào tử nang chia thành nhiều ngăn. Các khuẩn ty phân
nhánh có kích thước 0,5-2,0 µm và thỉnh thoảng lớn hơn. Không có khuẩn ty thể trên
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp

Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


24
không, bào tử nang nhiều ngăn có dạng tròn hoặc bất thường phát sinh ở cuối, ở bên hoặc
xen vào các sợi nấm.
Các bào tử nang thường phát sinh trên các cuống túi bào tử, một số bào tử nang có
thể không có cuống. Các bào tử nang có chiều dài đến 100 µm. Các bào tử túi không cử
động, có dạng thay đổi, kích thước 1-5 µm, không màu hay có màu đen. Các bào tử không
có tính kháng nhiệt. Thông thường các bào tử túi (sporangiospores) không phát triển và
trưởng thành cùng một lúc. Vì vậy, các bào tử nang (sporangia) đang phát triển có thể
không chứa các bào tử cùng kích thước và cùng tuổi. Các túi (vesicles) có thể được thành
lập ở bên hoặc cuối sợi nấm. Các túi này có vách dầy và phồng lên và có lẻ là vị trí hoạt
động của phân hóa tố nitrogenaz ở những dòng cố định đạm khí quyển.
Các túi này cũng có thể được thành lập ở trường hợp không có sự cố định đạm xảy
ra. Các đặc tính về hình thái học nầy có thể biểu hiện cả trong cây cũng như trong ống
nghiệm mặc dù các nốt cố định đạm không có túi cũng được phát hiện. Các loài Frankia
thường có gram dương hay gram biến đổi, hiếu khí hay vi hiếu khí, không tăng trưởng
được ở điều kiện kỵ khí. Hầu hết các dòng thuộc Frankia có khả năng cố định đạm trong
điều kiện ống nghiệm cũng như trong cây. Phần lớn các dòng đều sống cộng sinh với các
thực vật hạt kín nhất định và tạo nốt trên rễ các cây chủ thích hợp. Chúng cũng có thể sống
tự do trong đất.
Công tác nghiên cứu sự cộng sinh của các vi khuẩn thuộc giống Frankia gặp nhiều
trở ngại bởi vì chúng rất khó phân lập và tăng trưởng rất chậm trong môi trường ròng
(Baker, 1989; Baker và Mullin, 1992).
Theo Quispel và Burggraaf (1981) các dòng phân lập từ Alnus spp. (Betulaceae)
tạo nốt với các loài của Comptonia và Myrica (Myricaceae) nhưng sẽ không tạo nốt với
loài của Eleagnus, Hippophae hay Shepherdia (Coriaceae).
Hình dáng bên ngoài của các nốt ở những cây không thuộc họ Đậu rất dễ phân biệt
với các nốt ở những cây thuộc họ Đậu bởi vì chúng thường xuất hiện như những bướu bên

ở các rễ cây và sau đó trở thành dạng thùy tạo ra những cụm nốt lớn đến 5 cm đường kính
(Hình 12).
Theo Becking (1977), có hai loại hình phân biệt một loại rễ có tính hướng trọng
lực âm phát sinh từ các đỉnh thùy nốt tìm thấy ở Casuarina và Myrica và một loại phát
triển chậm, có các đỉnh lưỡng phân tiêu biểu ở Alnus. Tuy nhiên, theo Gibson và Jordan
(1983), cả hai loại hình nầy đều tìm thấy ở Alnus và Myrica.Theo Dommergues và ctv
(1984), khi sử dụng dòng Frankia ORS 021001
Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ


25
(phân lập từ Casuarina junghuhniana) để chủng cho những loài cây khác nhau của
Casuarina và Allocasuarina, họ nhận thấy chỉ có những loài thuộc nhóm Allocasuarina
có thể tạo nốt trong khi đó không có loài nào thuộc nhóm Casuarina tạo được nốt. Nhưng
ở những thí nghiệm khác khi dùng nốt của Casuarina equisetifolia nghiền ra và chủng cho
các loài trên thì có khoảng 20% loài Allocasuarina torulosa và 30% loài Allocasuarina
verticillata tạo được 2 - 3 nốt trên cây. Như vậy, rõ ràng là nốt rễ nghiền có chứa nhiều
hơn một dòng Frankia.
Để nhận diện các dòng Frankia, nhiều kỹ thuật hiện đại đã được người ta áp dụng
như PCR (Polymerase Chain Reaction) (Sellstedt và ctv, 1992), RFLP-PCR (Restrition
fragment length polymorphism) (McEwan và ctv, 1994).
Sử dụng nhiều phương pháp tính toán khác nhau, Dommergues và các ctv (1984)
cho biết trong thời gian 6,5 tháng, Frankia cố định được khoảng 131 kg N/ha.
2.2. Vi khuẩn lam (cyanobacteria)
Một số vi khuẩn lam tự dưỡng đạm hay thanh tảo sống chung với nhiều vi sinh vật
chân hạch, từ các loại nấm cho đến các thực vật hạt kín (Gibson và Jordan, 1983). Nhiều
sự cộng sinh góp phần tiết kiệm một lượng đạm đáng kể trong hệ thống sinh học hay đóng
vai trò quan trọng trong hệ thống nông nghiệp như trường hợp Azolla - Anabaena.

a. Địa y (Lichens)
Địa y là sự cộng sinh quen thuộc giữa một nấm (thường là một discomycete) và
một loại tảo có thể là lục tảo hay thanh tảo. Chúng được tìm thấy trên các tảng đá, tường,
mái nhà, thân cây. Khoảng 8% địa y có chứa các vi khuẩn lam và có lẻ hầu hết chúng đều
có khả năng cố định đạm.
Ở những khu rừng thông ẩm, mát, chúng cung cấp cho địa y một lượng đạm lên
đến 10 kgN/ha/năm (Pike và ctv, 1972). Địa y rất dồi dào trên vỏ cây của nhiều khu rừng
có mưa miền nhiệt đới và bán nhiệt đới. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc tiết
kiệm đạm của hệ thống sinh học ở các khu rừng này. Còn ở vùng đất cực bắc khô hơn, địa
y cùng với các vi khuẩn lam là nguồn cung cấp đạm chính cho sự sống của quần thể
(Gibson và Jordan, 1983). Tầm quan trọng của địa y ở vùng lảnh nguyên (tundra) rất biến
đổi tùy theo mùa và điều kiện môi trường, nhưng trung bình chúng cố định khoảng 1 - 5
kgN/ha/năm (Denison, 1973).
b. Azolla - Anabaena

Giáo trình: Vi khuẩn học. 2010
Biên soạn: PGs.Ts. Nguyễn Hữu Hiệp
Viện Công nghệ Sinh học, Đại học Cần Thơ