Bài giảng vi sinh vật học chương 3 ths nguyễn thành luân

9/11/2013

Chương 3: Dinh dưỡng và sinh
trưởng của VSV

DINH DƯỠNG VI SINH VẬT

Khái quát về nhu cầu dd của VSV
 95% trọng lượng khô của tế bào: C, H, O, N, S, P, K, Ca,
Mg, Fe – Nguyên tố đa lượng
 C, H, O, N, S, P cấu tạo nên glucid, lipid, protein, a. nucleic
 K, Ca, Mg, Fe hiện diện ở dạng cation

 Những nguyên tố cần ở liều lượng rất thấp: Mn, Zn, Co,

Mo, Ni, Cu – Nguyên tố vi lượng
 Không thể thiếu được trong tế bào.
 Tham gia vào cấu tạo enzyme, coenzyme, xúc tác phản ứng,

duy trì cấu trúc của protein.

1


9/11/2013

Các nguyên tố chủ yếu trong tế bào VSV (% trọng lượng khô)

Thành phần hóa học của vi khuẩn theo F.C. Neidhardt 1996
Phân tử khô / tế bào
- Nước

- Các đại phân tử
+Protein
+Polysaccharide
+Lipid
+ADN
+ARN
- Các đơn phân tử
+Aminoacid và tiền thể
+Đường và tiền thể
+Nucleotid và tiền thể
- Các ion vô cơ

% khối lượng khô.
96
55
5
9,1
3,1
20,5
3,0
0,5
2
0,5
1

Thành phần dinh dưỡng
trong môi trường nuôi cấy VSV
Nguồn cacbon
Nguồn nito
Các nguồn

dinh dưỡng

Nguồn muối vô cơ
Chất sinh trưởng
Nước

2


9/11/2013

Nước (Water)
Nước là thành phần không thể thiếu để vi sinh vật có
thể sinh trưởng. Chức năng sinh lý của nước trong tế bào
là:
- Hoà tan và chuyển vận các chất, hỗ trợ cho việc hấp
thu chất dinh dưỡng, giải phóng các sản phẩm trao đổi
chất.
- Tham gia vào hàng loạt các phản ứng hóa học trong
tế bào.
- Duy trì cấu hình thiên nhiên ổn định của các đại phân
tử như protein, acid nucleic...
- Là thể dẫn nhiệt tốt, hấp thu tốt nhiệt lượng sinh ra
trong quá trình trao đổi chất và khuếch tán kịp thời ra bên
ngoài để duy trì sự ổn định của nhiệt độ bên trong tế bào.
- Duy trì hình thái bình thường của tế bào.

Nhu cầu về nguồn cacbon
 Nhu cầu C, H, O thường được thỏa mãn cùng

một lúc.
 Carbon (C) cần cho sự hình thành bộ khung của

tất cả các phân tử chất hữu cơ.
- Nguồn C trải qua một loạt quá trình biến hoá hoá học
phức tạp để tạo vật chất của bản thân tế bào VSV và các
sản phẩm trao đổi chất.

Nguồn cacbon được VSV sử dụng
Nguồn C
Các dạng hợp chất
Đường
glucose, fructose, maltose,
saccharose, galactose, lactose,
Polysaccharide
Tinh bột, cellulose …
Acid hữu cơ
acid lactic, acid citric, acid fumaric,
acid béo bậc cao, acid béo bậc thấp,
aminoacid...
Rượu
Ethanol
Lipid
lipid, phospholipid
Hydrocarbon
khí thiên nhiên, dầu thô, dầu paraffin
Carbonate
NaHCO3, CaCO3, đá phấn
Các nguồn C khác Hợp chất nhóm thơm, cyanide,
protein, pepton, acid nucleic...

3


9/11/2013

Nhu cầu nguồn Nitơ (source of nitrogen)
Nguồn N
Protein và sản
phẩm phân giải
của protein
Ammone và muối
ammone
Nitrate
N phân tử
Các nguồn N
khác

Các dạng hợp chất
Peptone, peptide, aminoacid...

NH3, (NH4)2SO4,... (dễ được hấp thu)
KNO3 (dễ được hấp thu)
N2 (chỉ với vi sinh vật cố định N)
Purine, pyrimidine, urea, amine, amide,
cyanide (chỉ một số nhóm vi sinh vật
mới có thể đồng hoá được)
Whey, cao nấm men, bột đậu nành

4

9/11/2013

1. Nấm men, vi khuẩn, tảo, nấm
mốc thích hợp với nguồn nitơ vô

cơ nào?
2. Khi nuôi cấy 1 đối tượng VSV có bổ sung
nguồn nitơ là muối amoni vô cơ hoặc nitrat vô cơ
người ta thấy VSV sinh trưởng phát triển không
tốt. Nguyên nhân có thể do đâu? (giả sử các yếu

tố khác được đáp ứng đầy đủ) Có thể khắc phục
bằng cách nào?
3. Phân biệt các nhóm VSV có nhu cầu khác nhau
với amino acid?

Nguồn muối vô cơ (source of inorganic salt)
Hợp chất sử dụng

Chức năng sinh lý

KH2PO4, K2HPO4

Là tp của acid nucleic, nucleoprotein, phospholipid, coenzyme,
ATP... Làm nên hệ thống đệm giúp điều chỉnh pH môi trường

(NH4)2SO4
,MgSO4

Là thành phần của các aminoacid chứa S, một số vitamin;
glutathione…

MgSO4

Là thành phần trung tâm hoạt tính của một số enzyme, thành
phần của sắc tố quang hợp…

CaCl2, Ca(NO3)2

Tạo tính ổn định của một số cofactor, enzyme

NaCl

Thành phần của hệ thống chuyển vận của tế bào, duy trì áp
suất thẩm thấu, duy trì tính ổn định của một số enzyme.

KH2PO4, KH2PO4

Là cofactor của một số enzyme, duy trì áp suất thẩm thấu của
tế bào…

FeS04

Thành phần của sắc tố vi khuẩn và một số enzyme

Các muối vô cơ là nguồn chất dinh dưỡng không thể thiếu

Nhu cầu về chất sinh trưởng

5


9/11/2013

Nhu cầu về yếu tố tăng trưởng
 Có 3 loại yếu tố tăng trưởng
 Acid amin: cần để tổng hợp protein
 Purine hay pyrimidine: cần để tổng hợp acid amin
 Vitamin: là thành phần cấu thành các coenzyme.
 Yếu tố tăng trưởng của VSV này có thể không phải là yếu

tố tăng trưởng của VSV khác.

Vai trò của vitamin đối với một số VSV

Cho biết vai trò của các chất trong 2 mt trên?

6


9/11/2013

Cơ chế hấp thụ chất dinh dưỡng
 Chất dinh dưỡng phải được vsv hấp thu vào tế bào

trước khi được sử dụng
 Cơ chế hấp thu phải mang tính chuyên biệt.
 Màng tế bào chất là một màng thấm có tính chọn lọc

– ngăn cản sự xuyên qua tự do của phần lơn các cơ
chất.
 Các cơ chất được hấp thu qua màng thông qua các cơ

chế: vận chuyển thụ động (passive transport) và vận
chuyển chủ động (active transport).

Vận chuyển thụ động
 Phân tử di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ

thấp do giao động nhiệt.
 Nồng độ cơ chất bên ngoài phải cao hơn bên trong tế bào 

vận chuyển từ ngoài vào trong.
 Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào sự chênh lệch gradient

nồng độ bên trong và bên ngoài tế bào. Tốc độ giảm khi
chênh lệch gradient nồng độ giảm.
 Không tiêu tốn năng lượng, ít hiệu quả (vận chuyển được
những phân tử có kích thước nhỏ hoặc có khả năn hòa tan
trong lipid)  ít được sử dụng.

Khuếch tán

7


9/11/2013

Khuếch tán dễ dàng
 Là quá trình khuếch tán các phân tử lớn (như glucose)

qua màng nhờ những protein nằm trên màng tế bào
chất (các kênh protein và các protein mang)

Vận chuyển chủ động
 Là quá trình vận chuyển cơ chất qua màng ngược gradient

nồng độ.
 Quá trình này tiêu tốn năng lượng của tế bào (ATP)
 Những protein màng có vai trò vận chuyển (permease)

 Những phân tử được vận chuyển kết hợp chuyên biệt với

permease – làm permease thay đổi cấu trúc và năng lượng
hoạt hóa – được vận chuyển vào trong.
Đây là cơ chế vận
chuyển điển hình
xảy ra với hầu hết
chất dinh dưỡng.

SINH TRƯỞNG – PHÁT TRIỂN
CỦA VI SINH VẬT

8


9/11/2013

1. Khi nghiên cứu sự sinh trưởng, phát triển
của VSV có gì đặc biệt hơn so với thực vật,

động vật?
2. Ý nghĩa các đại lượng và công thức tương
quan giữa các đại lượng khi xây dựng mẫu
lí thuyết cho ST-PT của VSV?

Sinh trưởng, phát triển của VSV trong nuôi cấy tĩnh

Đặc điểm
ST-PT của
VSV trong
từng pha?

Đường cong sinh trưởng của VSV trong nuôi cấy tĩnh

Sinh
khối
VSV

Time
Đường cong sinh trưởng trên xảy ra trong điều kiện nào?

9


9/11/2013

Cân bằng động

Sinh
khối
VSV

log

Tử vong

lag

log
lag

Time

Đường cong trên cho biết hiện tượng gì ở VSV?
Giải thích cụ thể?

Giả sử khi nuôi cấy vi khuẩn Vibrio, ban đầu
người ta cấy 3 triệu tế bào/ml vào môi trường
nuôi cấy. Hỏi sau 1h số lượng tế bào đạt bao
nhiêu, biết rằng cứ 20 phút tế bào phân chia 1
lần?
Khi theo dõi sinh trưởng của Vibrio người ta ghi:
G=1/5h, hoặc khi ghi C = 6 h-1  có thể hiểu như
thế nào?

Phương pháp xác định ST-PT của VSV
 Đếm tế bào bằng buồng đếm trên kính hiển vi
 Xác định sinh khối khô

 Đo độ đục

 Phương pháp MPN
 Xác định nitơ tổng hay cacbon tổng
 Xác định O2 , CO2 hay sản phẩm lên men thông
qua quá trình trao đổi chất

10


9/11/2013

ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ
YẾU TỐ HÓA HỌC – VẬT
LÍ ĐẾN ST - PT

Ảnh hưởng pH môi trường
* Độ pH là đại lượng đo độ axid hay độ kiềm tương

đối
* Độ pH ảnh hưởng tới tính thấm qua màng, hoạt

động chuyển hóa vật chất trong tế bào, hoạt tính
enzim, sự hình thành ATP,…

pH có ý nghĩa quyết định đối với sinh trưởng
của nhiều vsv

Ảnh hưởng pH môi trường
Có 3 nhóm vsv:

 - VSV ưa acid: đa số nấm, 1 số vi khuẩn,…
 - VSV ưa trung tính: vi khuẩn, bệnh, động vật nguyên sinh
 - VSV ưa kiềm: vi khuẩn ở các hồ, đất kiềm
 Mỗi nhóm có pH cực tiểu, tối thích, cực đại khác nhau

Thiobacillus thiooxydans

(vsv ưa acid)

Actinomycetes

(vsv ưa kiềm)

Bacillus

(vsv ưa trung tính)

11


9/11/2013

Ảnh hưởng pH môi trường
 Môi trường nuôi cấy VSV thường bổ sung chất đệm

(như muối của acid yếu, muối của kiềm yếu) để ổn
định tính pH khi nuôi cấy.

Ảnh hưởng của O2
 Phân biệt các nhóm vsv theo nhu cầu oxi cho sinh trưởng của chúng

Nhóm vsv
Hiếu khí bắt
buộc
Hiếu khí không
bắt buộc
Vi hiếu khí
Kị khí chịu
dưỡng
Kị khí

Đặc điểm phân biệt
Cần ôxi
Có oxi hoặc không có oxi, có
oxi thì sinh trưởng tốt hơn
Điều kiện áp lực oxi rất thấp
( 0.01-0.03 Ba)
Có oxi thì hô hấp hiếu khí,
không có oxi thì hô hấp kị khí
hoặc lên men
Bị chết khi có mặt oxi

Đại diện
Nhiều VK, hầu hết tảo,
nấm, ĐV nguyên sinh
Phần lớn nấm men,
nhiều Vk
Vibrio cholerae,
hydrogenomonas,…
Nấm men, bacillus

Clostridium,Enterobac
terium,…

12


9/11/2013

Ảnh hưởng của chất diệt khuẩn
Các chất hóa học khác nhau sẽ gây ra những tác động khác nhau đến

VSV.

Ảnh hưởng của chất diệt khuẩn

Ảnh hưởng của các yếu tố vật lí
- Nhiệt độ
- Độ ẩm
- Áp lực, áp suất thủy tĩnh và áp suất thẩm
thấu
- Các tia bức xạ
- Sức căng bề mặt
- Âm thanh

13


9/11/2013

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM
 Hầu hết các quá trìnhghghghh sống của vi khuẩn có

liên quan đến nước  độ ẩm không khí và môi trường
có ảnh hưởng đến ST-PT của VSV.
 VSV sống trong mt thiếu nước → loại nước khỏi tế

bào vi khuẩn → trao đổi chất bị giảm → tế bào chết.
 Hoạt độ nước (Aw) là lượng nước tự do có trong thực

phẩm  phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần hóa
học của thực phẩm.

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM
Ứng dụng:

Làm lạnh

Làm khô
trong chân không

Bảo quản thời gian dài

Nguyên tắc đông khô
Phơi khô hoặc sấy khô → bảo quản lâu dài nhiều loại sản
phẩm (hoa quả khô, cỏ khô, ruốc thịt khô).

14

9/11/2013

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phát triển của VSV

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ
 Nhiệt độ cao:




protein biến tính
hàng loạt enzyme bất hoạt
bất hoạt hóa ARN
Phá hoại màng tế bào

 Nhiệt độ thấp:

bất hoạt quá trình vận chuyển các
chất hòa tan qua màng do:
 thay đổi hình không gian của một số permeaza

chứa trong màng
 ảnh hưởng đến việc hình thành và tiêu thụ ATP

cần cho quá trình vận chuyển chủ động.

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ

15


9/11/2013

Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu
Môi trường ưu trương

Môi trường nhược trương

- Tế bào mất khả năng rút
nước và chất dinh dưỡng.
- Tế bào sẽ khô sinh lý, bị co
sinh chất và nếu thời gian
kéo dài -> chết.

- Nước từ môi trường sẽ
xâm nhập vào tế bào.
- Áp lực bên trong tế bào
tăng lên, do thành tế bào vi
khuẩn cứng nên không xảy
ra hiện tượng vỡ sinh chất

 Ứng dụng tác dụng co sinh chất ở các nồng độ: muối cao

(10 – 15%) hoặc đường (50 – 80%) để bào quản thực
phẩm và làm mứt…

Ảnh hưởng của áp suất thủy tĩnh
 - Áp suất cao + thể tích tế bào giảm + độ nhớt
 nội chất tăng -> bất hoạt 1 số enzym, nhất là
 enzym trong quá trình phân chia -> giảm tốc độ

 hoặc ngừng phản ứng sinh hóa.
 - Áp lực thủy tĩnh cao -> 1 số chức phận của màng tế bào tổn

thương.
 => Gây tác hại làm chậm hoặc mất khả năng di động, làm ngừng

sinh trưởng, làm thay đổi quá trình trao đổi chất.

Ảnh hưởng của sức căng bề mặt
 - Làm thay đổi đặc tính bề mặt của vi khuẩn:
- - Nâng cao tính thấm của thế bào.
 - Sử dụng nuôi cấy vi khuẩn kháng acid. Vì vi khuẩn kháng

aicd có bề mặt khị nước. Giảm sức căng bề mặt kích tích
sinh trưởng của chúng.
- - Ngăn cản vi khuẩn gắn lên vật cứng.

 - Thêm 1 lượng nhỏ chất hoạt tính bề mặt Tween 80 vào

môi trường giúp vi khuẩn khuếch tán đều.
- - Sử dụng sát trùng hay tẩy uế.
 - Vi khuẩn Gram dương rất mẩn cảm với chất này.

16

9/11/2013

Ảnh hưởng của sức căng bề mặt
 Thay đổi sức căng bề mặt môi trường dịch thể:

Các chất hoạt tính bề mặt

Các chất nâng cao sức căng bề
mặt: đa số là các muối vô cơ.

Các chất giảm sưc căng bề
mặt: các acid béo, ancohol,
saponat và chất với chuỗi
cacbon dài, thẳng và thơm.

Ảnh hưởng của sóng âm thanh
 Sóng âm thanh, đặc biệt là sóng siêu âm (>20kHz) ảnh

hưởng lớn đến vi khuẩn.
 Dưới tác dụng của siêu âm, môi trường truyền âm bị xô đi

đẩy lại, bị ép và tạo chân không liên tiếp sinh ra nhiều
khoảng trống


-- > các chất hòa tan và hơi của chất lỏng lập tức dồn
vào các khoảng trống gây ra tác dụng cơ học làm chết vi
sinh vật (vỡ vỏ tế bào)
-- > một phần chất khí hoà tan bị ion hóa tạo ra nước

oxi già, nitro oxid là những chất độc đối với vi sinh vật,
nhất là vi khuẩn.

Ảnh hưởng của sóng âm thanh
 - Các tế bào sinh dưỡng chết nhanh chóng.
 - Tế bào non mẫn cảm hơn tế bào già.
 - Các loài vi khuẩn khác nhau có sức chịu đựng

khác nhau với sóng siêu âm:

 Ứng dụng:
 - Thu nhận các chế

phẩm vô bào.
 - Tách các enzyme

nội bào.
 Vi khuẩn kháng acid

 - Phân lập một số

thành phần của tế bào:
riboxom, thành tế bào,
màng tế bào chất.


17


9/11/2013

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TIA BỨC XẠ

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TIA BỨC XẠ

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TIA BỨC XẠ
 Tia bức xạ có bước sóng càng ngắn thì năng lượng

càng lớn.
 Tia cực tím, tia X và đặc biệt tia phóng xạ có khả

năng tiêu diệt VSV rất nhanh  gây tổn thương
thành tế bào, DNA, protein cấu trúc, enzyme …
 Ứng dụng: tiệt trùng thực phẩm, tạo giống đột

biến.

18