Bài giảng vi sinh vật môi trường (TS lê quốc tuấn) chương 3

Chương 3

SINH TRƯỞNG
NG VÀ PHÁT
TRIỂN Ở VI SINH VẬT
TS. Lê Quốc Tuấn
Khoa Môi trường
ng và Taiø nguyên
Đaiï hoc
ï Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh


Khái niệm
™ Sinh

trưởng
ng là sự tăng kích thước và khối
lượng
ng tế bào
™ Phát triển (sinh sản) là sự tăng số lượng
ng tế
bào


Số lượng (log)

Sinh trưởng
ng và phát triển của VSV

Pha ổn đònh
Pha log

Pha suy vong

Pha lag
Thời gian


Mẫu lý thuyết về sinh trưởng
ng và phát triển của vi khuẩn
™ Nếu số tế bào ban đầu là N0, sau n lần phân chia, thì số tế bào sẽ là:
N = N0 x 2n
n còn được gọi là số thế hệ có thể được tính bằng
ng

logN = logNo + n.log2

n=

1
. (logN - logNo)
log 2

™ Gọi t là thời gian sau n lần phân chia, thì thời gian giữa 2 thế hệ (g) sẽ
được tính bằng
ng
g=

t
t 2 − t1
= log2

n
log N − log No

™ Giá trò đão ngược của g còn gọi là hằng
ng số phân chia (C), hằng
ng số phân
chia phụ thuộc vào:
-

Loài vi khuẩn

-

Nhiệt độ nuôi cấy

-

Môi trường
ng nuôi cấy


Số lượng tế bào

Pha lũy
thừa

Pha
lag

Số lượng (log)

Sinh trưởng
ng và phát triển của Vi khuẩn
trong môi trường
ng nuôi cấy tónh

Pha ổn
đònh

Pha suy
vong

Thời gian

Pha ổn đònh
Pha log

Pha suy vong

Pha lag
Thời gian

Đường
ng cong sinh trưởng
ng


Pha lag
¾ Tính từ lúc nuôi cấy đến lúc đạt sinh trưởng
ng cực đại

¾ Trong pha lag vi khuẩn chưa phân chia nhưng thể tích
và khối lượng tế bào tăng lên đáng kể
¾ Enzyme dùng
ng hợp đều được hình
ng cho quá trình tổng
thành
nh trong pha này
¾ Độ dài pha lag phụ thuộc vào giống
ng và môi trường
ng
¾ Pha lag là một quá trình thích nghi của vi khuẩn với
môi trường
ng mới


μ=

log 2 X 2 − log 2 X 1
log 2 e(t 2 − t1 )

Pha log
¾ Tế bào sinh trưởng
ng và phát triển theo lũy thừa
¾ Sinh khối và số lượng tế bào tính theo phương trình:
N = N0 . 2ct hay X = X0 . 2μt
c: hằng
ng số tốc độ phân chia; μ: hằng
ng số tốc độ sinh trưởng
ng
¾ Các hằng

ng số c và μ được tính theo công thức

log 2 X 2 − log 2 X 1
μ=
log 2 e(t 2 − t1 )
¾ Các hằng
ng số này tùy thuộc vào một loạt các yếu tố môi trường
ng,
đặc biệt là chất dinh dưỡng của môi trường
ng nuôi cấy
¾ Thực tế, trong quần thể vi khuẩn có một số tế bào không phân
chia



μ=

log 2 X 2 − log 2 X 1
log 2 e(t 2 − t1 )

Pha log
¾ Sự sinh trưởng
ng của VSV thường
ng được xem xét dựa trên một số
yếu tố hạn chế như nhiệt độ, pH, chất dinh dưỡng
¾ Vì vậy Monod đã nêu lên một cách tương tự mối quan hệ giữa
các hằng số c và μ với nồng độ chất dinh dưỡng hạn chế qua
các phương trình:

c = c max

[S ]
K s + [S ]

μ = μ max

[S ]
K s + [S ]

¾ Ở đây cmax và μmax lần lượt là hằng
ng số tốc độ phân chia và
hằng
ng số bão hoà và
ng số tốc độ sinh trưởng
ng cực đại, Ks là hằng
[S] là nồng
ng độ chất dinh dưỡng hạn chế.
¾ Hằng
ng số bảo hòa Ks thường
ng có giá trò rất thấp


Một số hằng
ng số bão hòa
Vi sinh vật

Chất dinh dưỡng hạn
chế

Ks

E. coli
E. coli
E. coli
E. coli
E. coli
E. coli
M. tuberculosis
A. aerogenes
B. megatherium
E. coli

glucose
mannitol
lactose
glucose
tryptophan
tryptophan
glucose
phosphate
O2
O2
O2

4mg/l
2mg/l
20mg/l
7,5mg/l
0,2 đến 1,0 μg/l
0,4 μg/l

3, 9μg/l
0,6mmol/l
3,1 . 10-8 mol/l
6,0 . 107 mol/l
2,2 . 10-8 mol/l


Pha ổn đònh
¾ VSV ở trạng
ng thái cân bằng
ng động
ng học, tức là
số VSV sinh ra bằng
ng số VSV chết đi
¾Số lượng tế vào và sinh khối không tăng,
không giảm
¾ Tốc độ sinh trưởng
ng phụ thuộc vào cơ chất
¾ Nguyên nhân tồn tại pha ổn đònh là do:
¾Sự tích lũy các sản phẩm gây độc
¾Sự cạn kiệt nguồn dinh dưỡng


Pha tử vong
¾ Số lượng
ng tế bào giảm theo lũy thừa
¾ Nguyên nhân của pha tử vong chưa rõ ràng, nhưng
có liên quan đến điều kiện bất lợi của môi trường
¾ Một số enzyme thể hiện hoạt tính cao trong pha này
như deaminase, decarboxylase, các amilase và

proteinase ngoại bào
¾ Ngoài chức năng xúc tác một số quá trình tổng
ng hợp,
các enzyme trên chủ yếu xúc tác các quá trình phân
giải


Đường
ng cong sinh trưởng
ng của một số
loài vi sinh vật


Một số phương pháp bảo quản VSV
¾ Cấy chuyển thường
ng xuyên, giữ ở 40C
¾Bảo quản dưới dầu vô trùng
¾ Bảo quản trong cát hoặc sét vô trùng
ng
¾ Đông khô: là PP hoàn thiện và hiệu quả, bảo
quản được vài năm.
¾ Bảo quản trong glycerin (10%) và giữ ở nhiệt
độ – 600C hay – 800C, PP này bảo quản lâu
nhất


Sinh trưởng
ng của vi khuẩn trong quá
trình nuôi cấy liên tục
¾ Là một quá trình duy trì pha log trong những

điều kiện ổn đònh
¾Trong phòng TN thì cấy chuyền liên tục qua
môi trường mới
¾ Trong sản xuất thì đưa dinh dưỡng vào liên
tục và lấy sinh khối vi khuẩn ra với một
lượng
ng tương đương


Thieỏt bũ nuoõi caỏy lieõn tuùc chemostat


Thieát bò chemostat


Đường
ng con sinh trưởng
ng trong nuôi
cấy liên tục


Thiết bò nuôi cấy liên tục turbidostat

1, Dưỡng chất (200 L); 2, Bơm đònh lượng; 3, Bộ cảm biến (50 - 5 000 ohms); 4, Bộ bắt
sáng (ORP 12); 5, Bộ lọc (0.45 μm); 6, Cột tăng sinh (80 L); 7, Đèn huỳnh quang; 8, Bể
chứa tảo (125 L).


Taờng sinh taỷo trong thửùc teỏ

Đường
ng con sinh trưởng
ng của tảo lục trong nuôi
cấy liên tục


Sự khác nhau giữa nuôi cấy tónh và liên tục
¾ Hệ thống
ng đóng
ng

¾ Hệ thống
ng mở

¾ Tế bào trải qua các
pha sinh trưởng và
phát triển

¾ Thiết lập được 1 cân
bằng động học, yếu tố
thời gian bò loại trừ

¾ Mỗi pha đặc trưng bởi
những điều kiện nhất
đònh

¾ Tế bào được cung cấp
những điều kiện môi
trường

ng nhất đònh

¾ Khó điều khiển tự
động
ng

¾ Điều khiển tự động
ng


Làm đồng
ng bộ sự phân chia tế bào
¾Gây sốc nhiệt: hạ hoặc tăng nhiệt độ đột
ngột
¾Thay đổi thành phần môi trường: gây đó
acid amin
¾Chọn lọc cơ học: soi kính hiển vi để
chọn những tế bào vừa mới sinh ra (TB
nhỏ)


Caùc phöông phaùp xaùc ñònh
sinh tröôûng
ng cuûa vi khuaån


Các phương pháp xác đònh số lượng
ng
¾Đếm trực
buồng

ng đến

tiếp

bằng
ng

¾Đếm tế bào tổng
ng (sống
ng
và chết)