bài giảng sinh vật đại cương

MỤC LỤC

CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU VỀ VI SINH VẬT HỌC
...............................................................................................................
10

1. ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA VI SINH VẬT HỌC.10
1.1. Đối tượng của vi sinh vật học đại cương.......................10
1.2. Sự phân bố của vi sinh vật.............................................11
1.3. Vai trò của vi sinh vật ...................................................11
1.4. Nhiệm vụ của vi sinh vật học đại cương.......................12
2. KHÁI LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH
VẬT HỌC.................................................................................13
2.1. Giai đoạn trước khi phát minh ra kính hiển vi...............13
2.2. Giai đoạn sau khi phát minh ra kính hiển vi (Phát hiện ra
vi sinh vật)............................................................................13
2.3. Giai đoạn vi sinh vật học thực nghiệm với Pasteur.......14
2.4. Giai đoạn sau Pasteur và vi sinh học hiện đại...............16
3. CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT ...............18
3.1.Kích thước nhỏ bé...........................................................18
3.2. Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh .................................19
3.3. Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh..............................19
3.4. Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị
..............................................................................................20
3.5. Phân bố rộng, chủng loại nhiều.....................................21
3.6. Là sinh vật xuất hiện đầu tiên trên trái đất.....................21
CHƯƠNG II
VI SINH VẬT NHÂN NGUYÊN THỦY
...............................................................................................................
24

1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI VÀ CẤU
TẠO TẾ BÀO VI SINH VẬT..................................................24
1.1. Kính hiển vi ..................................................................24
1.1.1. Kính hiển vi quang học...........................................24
1


1.1.2. Kính hiển vi điện tử................................................25
1.2. Phương pháp làm tiêu bản hiển vi.................................26
1.2.1. Phương pháp làm tiêu bản soi tươi (giọt ép, giọt
treo)...................................................................................26
1.2.2. Phương pháp làm tiêu bản nhuộm và soi kính hiển vi
quang học..........................................................................27
1.2.3. Phương pháp quan sát dưới kính hiển vi điện tử....28
2. VI KHUẨN...........................................................................29
2.1. Hình dạng và kích thước................................................29
2.1.1. Cầu khuẩn (Coccus)................................................29
2.1.2. Trực khuẩn (Bacillus, Bacterium)..........................31
2.1.3. Cầu trực khuẩn (Cocco-Bacillus)...........................33
2.1.4. Phẩy khuẩn (Vibrio) ..............................................33
2.1.5. Xoắn thể (Spirillum)...............................................33
2.1.6. Xoắn khuẩn (Spirochaeta)......................................34
2.2. Cấu tạo tế bào vi khuẩn.................................................35
2.2.1. Thành tế bào (Cell wall).........................................36
2.2.2. Màng tế bào chất.....................................................39
2.2.3. Tế bào chất (Cytoplasm).........................................41
2.2.4. Mesosom.................................................................41
2.2.5. Ribosom..................................................................42
2.2.6. Các hạt dự trữ.........................................................43

2.2.7. Thể nhân (nuclear body).........................................44
2.2.8. Bao nhầy (capsula).................................................46
2.2.9. Tiêm mao (Flagella) và nhung mao (pilus hay
fimbria) ............................................................................47
2.2.10. Nha bào và sự hình thành nha bào (spore)...........51
3. MỘT SỐ NHÓM VI KHUẨN ĐẶC BIỆT..........................55
3.1. Xạ khuẩn........................................................................55
3.2. Mycoplasma và dạng L của vi khuẩn............................58
3.3. Rickettsia.......................................................................59
4. SỰ SINH SẢN Ở VI KHUẨN.............................................60
4.1. Sinh sản vô tính ............................................................60
4.2. Sinh sản hữu tính...........................................................60
2


..........................................................................................61
CHƯƠNG III
VI SINH NHÂN THẬT
...............................................................................................................
63

1. NẤM MEN...........................................................................63
1.1. Hình thái, cấu tạo nấm men...........................................63
1.1.1. Hình thái, kích thước nấm men..............................63
1.1.2. Cấu tạo tế bào nấm men..........................................64
1.2. Sinh sản của nấm men...................................................72
1.2.1. Sinh sản vô tính......................................................72
2. NẤM MỐC (NẤM SỢI)......................................................78
2.1. Hình thái nấm mốc.........................................................78
2.2. Cấu tạo của nấm mốc ....................................................80

2.2.1. Khuẩn ty.................................................................80
2.2.2. Bào tử......................................................................86
3. TẢO ....................................................................................91
3.1. Ngành Tảo đỏ (Rhodophyta).........................................91
3.2. Nhóm Tảo nâu...............................................................92
3.2.1. Ngành Khuê tảo hay Tảo cát (Bacillariophyta) .....92
3.2.2. Ngành Tảo giáp (Pyrrophyta) ................................93
3.2.3. Ngành Tảo nâu (Phaeophyta) ................................94
3.3. Nhóm Tảo lục................................................................95
3.3.1. Ngành Tảo lục (Chlorophyta) ................................95
3.3.2. Ngành Tảo vòng (Charophyta) ..............................96
3.3.3. Ngành Euglenophyta (Tảo mắt) .............................96
CHƯƠNG IV
SINH LÝ HỌC VI SINH VẬT
...............................................................................................................
100

1. DINH DƯỠNG Ở VI SINH VẬT......................................100
1.1. Thành phần hóa học tế bào vi khuẩn ..........................100
1.1.1. Nước.....................................................................100
1.1.2. Vật chất khô..........................................................101
2. CÁC KIỂU DINH DƯỠNG Ở VI SINH VẬT..................108
3


2.1. Nhu cầu về thức ăn của vi sinh vật .............................108
2.2. Nguồn thức ăn nitơ của vi khuẩn ................................112
2.3. Nguồn thức ăn khoáng đối với vi sinh vật ..................114
2.4. Nhu cầu về chất sinh trưởng của vi sinh vật ...............116
3. CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT DINH DƯỠNG

VÀO TẾ BÀO VI SINH VẬT...............................................117
3.1. Khuếch tán thụ động....................................................118
................................................................................................118
Hình 4.1. Cơ chế khuếch tán thụ động...................................118
3.2. Vận chuyển nhờ permease...........................................118
4. TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG..................122
Khái niệm trao đổi chất
...............................................................................................................
122

4.1. Quá trình trao đổi năng lượng.....................................122
4.1.1. Bản chất của sự hô hấp vi sinh vật.......................123
4.1.2. Các loại hô hấp.....................................................123
Hình 4.11. Năng lượng ATP tạo thành tự sự hô hấp hiếu khí các
chất hữu cơ..............................................................................129
b. Năng lượng hóa học............................................................130
4.2. Sự phân giải các hợp chất hữu cơ................................131
4.2.1. Phân giải các hợp chất không chứa Nitơ.............131
+ Lên men acid acetic (dấm)..............................................143
4.2.2. Phân giải các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ.............143
d. Quá trình Nitrat hóa ...................................................146
e. Quá trình phản Nitrat hóa...........................................146
4.3. Tổng hợp các hợp chất hữu cơ ....................................147
4.3.1. Tổng hợp các hợp chất hữu cơ có Nitơ.................147
4.3.2.Tổng hợp các hợp chất hữu cơ không chứa Nitơ...150
5. SỰ SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT
................................................................................................151
5.1. Sinh trưởng, sinh sản và phát triển của vi khuẩn.........151
5.2. Phương pháp nghiên cứu sự phát triển của vi sinh vật 151
5.2.1. Nuôi cấy vi sinh vật .............................................151

5.2.2. Nuôi cấy vi khuẩn.....................................................153
4


5.3. Các phương pháp định lượng vi khuẩn .......................154
5.3.1. Đếm trực tiếp dưới kính hiển vi ...........................154
5.3.2. Đếm số tế bào sống (khuẩn lạc trên đĩa thạch).....156
5.3.3. Phương pháp đo độ đục của huyền phù vi khuẩn 157
5.4. Lý thuyết về sự phát triển của vi khuẩn.......................159
5.5. Biểu đồ phát triển của vi khuẩn ..................................161
5.5.1. Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong điều
kiện nuôi cấy tĩnh............................................................161
5.5.2. Hiện tượng sinh trưởng kép..................................164
5.5.3. Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong điều
kiện nuôi cấy liên tục......................................................165
CHƯƠNG V
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN SỰ
SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT
...............................................................................................................
168

1. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TÁC NHÂN VẬT LÝ............168
1.1. Độ ẩm..........................................................................168
1.2. Nhiệt độ.......................................................................168
1.2.1. Nhiệt độ thấp ........................................................169
1.2.2. Nhiệt độ cao..........................................................170
1.3. Áp suất thẩm thấu........................................................171
1.4. Sóng siêu âm ...............................................................171
1.5. Sức căng bề mặt ..........................................................172
1.6. Tia bức xạ ..................................................................172

1.6.1. Ánh sáng mặt trời.................................................173
1.6.2. Tia tử ngoại (tia cực tím -UV)..............................173
2. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ HÓA HỌC...............174
2.1. Ảnh hưởng của pH môi trường....................................174
2.2. Thế oxi hóa khử (Eh)...................................................175
2.3. Các chất diệt khuẩn (sát trùng)....................................176
2.3.1. Phenol...................................................................176
2.3.2. Ethanol..................................................................177
2.3.3. Các halogen tác dụng độc với vi khuẩn................177
2.3.4. Kim loại nặng ......................................................177
5


3. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ SINH HỌC HAY
TƯƠNG TÁC GIỮA VI SINH VẬT VỚI VI SINH VẬT VÀ
VỚI VI SINH VẬT KHÁC....................................................179
3.1. Kháng sinh...................................................................179
3.1.1. Khái niệm và phân loại chất kháng sinh...............179
3.2. Tế bào diệt tự nhiên và các yếu tố hòa tan..................186
3.3. Kháng thể ...................................................................187
3.4. Tiêu độc và khử trùng..................................................188
3.4.1. Tiêu độc và phương pháp tiêu độc........................188
3.4.2. Khử trùng và phương pháp khử trùng..................189
CHƯƠNG VI
DI TRUYỀN HỌC VI SINH VẬT
...............................................................................................................
193

1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG........................................193
2. CƠ SỞ VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA VI KHUẨN.......194

2.1. ADN nhiễm sắc thể, ARN và protein .........................194
2.1.1. Sao chép (tự sao)......................................................194
2.1.2. Phiên mã...................................................................196
2.1.3. Dịch mã ....................................................................197
2.2. Khái niệm và phân loại Plasmid..................................200
2.3. Biến dị ở vi khuẩn........................................................202
2.3.1. Sự thích nghi.........................................................202
2.3.2. Các loại biến dị.....................................................203
3. VẬN CHUYỂN VÀ TÁI TỔ HỢP THÔNG TIN DI
TRUYỀN ...............................................................................207
3.1. Chuyển nạp..................................................................208
3.1.1. Những thí nghiệm của F. Griffith về sự chuyển nạp
1928 ...............................................................................209
3.1.2. Thí nghiệm in vitro về hiện tượng chuyển nạp.....210
3.1.3. Bản chất của nhân tố chuyển nạp ........................211
3.1.4. Điều kiện để có chuyển nạp..................................212
3.1.5. Các giai đoạn của quá trình chuyển nạp...............213
3.1.6. Ứng dụng chuyển nạp trong nghiên cứu di truyền
học..................................................................................215
6


3.2. Tải nạp.........................................................................217
3.2.1. Khái niệm về phage của vi khuẩn và vi khuẩn sinh
tan...................................................................................218
3.2.2. Các kiểu tải nạp ...................................................222
3.2.3. Cơ chế chung của tải nạp......................................224
3.2.4. Ứng dụng của quá trình tải nạp ...........................224
3.3. Giao nạp (tiếp hợp)......................................................225
3.3.1. Chứng minh có hiện tượng lai ở vi khuẩn ...........225

3.3.2. Sự phân hóa giới tính............................................226
3.3.3. Episome và plasmid..............................................226
3.3.4. Nhân tố F/.............................................................226
3.3.5. Tái tổ hợp..............................................................227
4. ỨNG DỤNG KỸ THUẬT DI TRUYỀN TRONG CHẨN
ĐOÁN BỆNH TRUYỀN NHIỄM ........................................227
4.1. Quy trình thường quy để chẩn đoán bệnh do vi sinh vật
............................................................................................227
4.2. Những trở ngại trong chẩn đoán vi khuẩn học............228
4.3. Phương pháp nhân bản ADN (PCR: polymerase chain
reaction) .............................................................................228
CHƯƠNG VII
KỸ THUẬT BẢO QUẢN GIỐNG VI SINH VẬT
...............................................................................................................
232

1. PHIẾU THÔNG TIN VỀ CHỦNG VI SINH VẬT BẢO
QUẢN.....................................................................................232
2. CHỨC NĂNG CỦA BỘ SƯU TẬP VI SINH VẬT..........233
3. MỘT SỐ ĐIỂM LƯU Ý ĐỐI VỚI MỘT BỘ SƯU TẬP
GIỐNG VI SINH VẬT...........................................................234
3.1. Duy trì khả năng sống của vi sinh vật bảo quản..........234
3.2. Quan tâm đến số lượng tế bào khi tiến hành bảo quản234
3.3. Duy trì đặc tính di truyền ổn định của chủng vi sinh vật
bảo quản..............................................................................234
3.4. Tính thuần chủng của vi sinh vật bảo quản.................234
3.5. Kinh phí cần cho Bộ sưu tập vi sinh vật......................234
3.6. Bảo quản các chủng có giá trị......................................235
7

3.7. Cung cấp chủng giống cho khách hàng.......................235
3.8. Cung cấp các thông tin liên quan đến chủng bảo quản
............................................................................................235
3.9. Kiểm tra chất lượng chủng vi sinh vật bảo quản.........236
3.10. Cơ sở dữ liệu của Bộ sưu tập vi sinh vật...................236
4. GIỚI THIỆU CHUNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BẢO
QUẢN GIỐNG VI SINH VẬT..............................................236
4.1. Phương pháp cấy truyền vi sinh vật.............................236
4.2. Phương pháp đông khô vi sinh vật và phương pháp đông
khô trực tiếp........................................................................238
4.2.1. Phương pháp đông khô.........................................238
4.2.2. Phương pháp đông khô dịch thể trực tiếp (L-drying)
........................................................................................239
4.2.3. Phương pháp bảo quản lạnh sâu...........................240
5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHỔ BIẾN SỬ DỤNG TRONG
BẢO QUẢN CÁC NHÓM VI SINH VẬT CỤ THỂ.............241
5.1. Các phương pháp dùng cho bảo quản vi khuẩn và xạ
khuẩn..................................................................................241
5.1.1 Bảo quản vi khuẩn.................................................241
a. Phương pháp đông khô (Freeze drying/ lyophilization)
........................................................................................241
* Nuôi vi khuẩn cho đông khô:.......................................241
* Chuẩn bị đệm mẫu:......................................................241
* Chuẩn bị dịch tế bào:...................................................242
* Chuẩn bị ống đông khô:...............................................242
* Chuẩn bị mẫu trước khi đông khô:..............................242
* Bước tiền đông khô:....................................................242
* Tạo chỗ thắt trên ống đông khô:..................................243
* Hậu đông khô:.............................................................243

* Hàn ống đông khô:......................................................243
* Kiểm tra độ chân không của ống đông khô:................243
* Kiểm tra khả năng sống của mẫu:................................243
* Bảo quản mẫu:.............................................................243
5.1.2. Bảo quản xạ khuẩn:..............................................244
8


5.2. Bảo quản vi tảo...........................................................245
5.3. Các phương pháp dùng cho bảo quản nấm sợi............245
5.4. Phương pháp bảo quản nấm men............................251

9


CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU VỀ VI SINH VẬT HỌC

1. ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA VI SINH VẬT HỌC
1.1. Đối tượng của vi sinh vật học đại cương
Xung quanh chúng ta, ngoài các sinh vật lớn mà chúng ta có thể
nhìn thấy được, còn có vô vàn vi sinh vật nhỏ bé, muốn nhìn thấy chúng
phải sử dụng kính hiển vi, người ta gọi chúng là vi sinh vật. Môn khoa
học nghiên cứu về hoạt động sống của các vi sinh vật được gọi là Vi
sinh vật học.
Vi sinh vật học phát triển rất nhanh và đã dẫn đến việc hình thành
các lĩnh vực khác nhau: vi khuẩn học (Bacteriology), nấm học
(Mycology), tảo học (Algology) virus học (Virolory),... Việc phân chia
các lĩnh vực còn có thể dựa vào phương hướng ứng dụng. Do đó chúng
ta thấy hiện nay còn có y sinh vi sinh vật học, vi sinh vật học thú y, vi

sinh vật công nghiệp, vi sinh vật học nông nghiệp.
Ngay trong vi sinh vật học nông nghiệp cũng có rất nhiều chuyên
ngành: vi sinh vật lương thực, vi sinh vật thực phẩm,... Mỗi lĩnh vực có
đối tượng cụ thể riêng, cần đi sâu. Tuy nhiên ở mức độ nhất định các
chuyên ngành trên đều có những điểm cơ bản giống nhau.
Vi sinh vật học đại cương, nghiên cứu những quy luật chung nhất
về vi sinh vật.
Đối tượng nghiên cứu của vi sinh vật học là vi khuẩn, xạ khuẩn
(Actinomycetes), virus, Bacteriophage (thể thực khuẩn), nấm, tảo,
nguyên sinh động vật.
Vi khuẩn: là nhóm vi sinh vật có nhân nguyên thủy, cơ thể đơn
bào, sinh sản chủ yếu bằng hình thức trực phân, cơ thể nhỏ bé, muốn
quan sát được phải sử dụng kính hiển vi quang học.
Virus: là những sinh vật mà kích thước của chúng vô cùng nhỏ
bé, ký sinh nội bào tuyệt đối, muốn quan sát chúng phải sử dụng kính
hiển vi điện tử.

10


Nấm: trước đây được coi là thực vật bậc thấp nhưng không có
diệp lục tố, thường đơn bào, có nhóm giả đa bào, cơ thể phân nhiều
nhánh nhưng không có vách ngăn hoặc vách ngăn nhưng chính giữa có
lỗ thông, thuộc tế bào nhân thật.
Vi sinh vật tuy có kích thước nhỏ bé và có cấu trúc cơ thể tương
đối đơn giản nhưng chúng có tốc độ sinh sôi nẩy nở rất nhanh chóng và
hoạt động trao đổi chất vô cùng mạnh mẽ. Vi sinh vật có thể phân giải
hầu hết tất cả các loại chất có trên thế giới, kể cả những chất rất khó
phân giải, hoặc những chất gây hại đến nhóm sinh vật khác. Bên cạnh
khả năng phân giải, vi sinh vật còn có khả năng tổng hợp nhiều hợp chất

hữu cơ phức tạp, trong điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thường.
1.2. Sự phân bố của vi sinh vật
Vi sinh vật phân bố rộng rãi trong tự nhiên: trong đất, nước,
không khí, trên cơ thể các sinh vật khác, trên lương thực, thực phẩm và
các loại hàng hóa. Chẳng những thế, sự phân bố của chúng còn theo một
hệ sinh thái vô cùng phong phú, đa dạng, từ lạnh đến nống, từ chua đến
kiềm, từ háo khí đến kị khí,...
Do sự phân bố rộng rãi và do hoạt động mạnh mẽ nên vi sinh vật
có tác dụng rất lớn trong việc tham gia các vòng tuần hoàn vật chất trên
trái đất cũng như tham gia vào các quá trình sản xuất nông nghiệp.
Vi sinh vật học đại cương, nghiên cứu những quy luật chung nhất
về vi sinh vật.
1.3. Vai trò của vi sinh vật
Trong thiên nhiên, vi sinh vật giữ những mắt xích trọng yếu trong
sự chu chuyển liên tục và bất diệt của vật chất, nếu không có vi sinh vật
hay vì một lý do nào đó mà hoạt động của vi sinh vật bị ngừng trệ dù chỉ
trong thời gian ngắn, có thể nó sẽ làm ngưng mọi hoạt động sống trên
trái đất.
Thật vậy người ta đã tính toán nếu không có vi sinh vật hoạt động
để cung cấp CO2 cho khí quyển thì đến một lúc nào đó lượng CO 2 sẽ bị
cạn kiệt, lúc bây giờ cây xanh không thể quang hợp được, sự sống của
các loài sinh vật khác không tiến hành bình thường được, bề mặt trái đất
sẽ trở nên lạnh lẽo.

11


Vi sinh vật còn là nhân tố tham gia vào việc giữ gìn tính bền vững
của các hệ sinh thái trong tự nhiên.
Đối với sản xuất nông nghiệp, vi sinh vật có vai trò rất lớn, vi

sinh vật tham gia vào việc phân giải các hợp chất hữu cơ, chuyển hóa
các chất khoáng, cố định nitơ phân tử để làm giàu thêm dự trữ nitơ của
đất. Trong quá trình sống, vi sinh vật còn sản sinh ra rất nhiều chất có
hoạt tính sinh học cao có tác dụng trực tiếp đối với quá trình sinh
trưởng, phát triển của cây trồng, vật nuôi. Người ta nhận thấy nếu không
có vi sinh vật tiêu thụ các sản phẩm trao đổi chất do cây trồng tiết ra
quanh bộ rễ thì một số sản phẩm này sẽ đầu độc trở lại cây trồng.
Trong chăn nuôi và ngư nghiệp, vi sinh vật cũng có tác dụng rất
to lớn, trong cơ thể của các loài động vật đều có một hệ vi sinh vật rất
phong phú, hệ vi sinh vật này giúp cho quá trình đồng hóa các chất dinh
dưỡng và thải các chất cặn bã trong quá trình sống.
Trong chăn nuôi một vấn đề lớn là làm thế nào để phòng chống
được các bệnh truyền nhiễm, môn vi sinh vật thú y đã cùng môn dịch tễ
học đã đề ra những biện pháp phòng dịch bệnh của súc vật và một số
bệnh có thể lây sang người, như dại, lao, nhiệt thán,...
Hiện nay vi sinh vật là một môn khoa học mũi nhọn trong cuộc
cách mạng sinh học. Nhiều vấn đề quan trọng của sinh học hiện đại như,
nguồn gốc sự sống, cơ chế thông tin, cơ chế di truyền, cơ chế điều khiển
học và các tổ chức sinh vật học, vi sinh vật học đang có những bước tiến
vĩ đại, đang trở thành vũ khí sắc bén trong tay con người để nhằm chinh
phục thiên nhiên phục vụ đắc lực cho sản xuất và đời sống.
1.4. Nhiệm vụ của vi sinh vật học đại cương
- Nghiên cứu các đặc điểm cơ bản về hình thái, cấu tạo, di truyền,
hoạt động sinh lý hóa học,...của các nhóm vi sinh vật.
- Sự phân bố của vi sinh vật trong tự nhiên và mối quan hệ giữa
chúng với môi trường và các sinh vật khác.
- Nghiên cứu các biện pháp thích hợp để có thể sử dụng một cách
có hiệu quả nhất vi sinh vật có lợi cũng như các biện pháp tích cực
nhằm ngăn ngừa các vi sinh vật có hại trong mọi hoạt động của đời sống
con người.

12


2. KHÁI LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT
HỌC
Căn cứ vào quá trình phát triển có thể chia vi sinh vật học ra làm
4 giai đoạn phát triển.
2.1. Giai đoạn trước khi phát minh ra kính hiển vi
Từ thời thượng cổ người ta đã biết ủ phân, trồng xen cây họ đậu
với cây trồng khác, ủ men, nấu rượu,... nhưng chưa giải thích được bản
chất của các biện pháp.Trong quá trình định canh con người đã thấy
được tác hại của bệnh cây. Đối với bệnh ''rỉ sắt'' ở thời Aristote người ta
xem như là do tạo hóa gây ra. Ở Hy Lạp bấy giờ người ta cho rằng cây
bị bệnh là do đất xấu, phân xấu, gây ra khí hậu không ôn hoà nhưng chủ
yếu là do trời đất. Trung Quốc vào thế kỷ thứ nhất trước công nguyên
trong quyển ''Ký thắng Chi thư'' đã ghi: muốn cho cây tốt phải dùng
phân tằm, không có phân tằm thì dùng phân tằm lẫn tạp cũng được.
Trong sách này cũng đã ghi nhận trồng xen cây họ đậu với các loại cây
trồng khác.
Trong các tài liệu ''Giáp cốt'' của Trung Quốc cách đây 4000 năm
đã thấy đề cập đến kỹ thuật nấu rượu. Người ta nhận thấy trong quá
trình lên men rượu có sự tham gia của mốc vàng, như vậy vi sinh vật đã
được ứng dụng vào sản xuất, phục vụ cuộc sống từ rất lâu, nhưng người
ta chưa hiểu được bản chất của vi sinh vật, mãi đến khi kính hiển vi
quang học ra đời, những hiểu biết về vi sinh vật dần dần được phát triển,
mở ra trước mắt nhân loại một thế giới mới, thế giới của những vi sinh
vật vô cùng nhỏ bé nhưng vô cùng phong phú.
2.2. Giai đoạn sau khi phát minh ra kính hiển vi (Phát hiện ra
vi sinh vật)

Leewenhoek là người đầu tiên phát hiện ra vi sinh vật nhờ phát
minh ra kính hiển vi. Ông là một thương nhân buôn vải, muốn tìm hiểu
cấu trúc của sợi vải ông đã chế tạo ra các thấu kính và lắp ráp chúng
thành một kính hiển vi có độ phóng đại 160 lần, Ông đã quan sát nước
ao tù, nước ngâm các chất hữu cơ, bựa răng,... Leewenhoek nhận thấy
ở đâu cũng có những sinh vật nhỏ bé. Rất ngạc nhiên trước những hiện
tượng quan sát được ông viết ''Tôi thấy trong bựa răng của miệng của tôi
có rất nhiều sinh vật tý hon hoạt động, chúng nhiều hơn so với vương
quốc Hà Lan hợp nhất''.

13


Phát minh của Leewenhoek củng cố quan niệm về khả năng tự
hình thành của vi sinh vật. Thời gian này người ta cho rằng sinh vật
quan sát được là từ các vật vô sinh, thịt, cá sinh ra dòi và sau đó người
ta cho ra đời thuyết tự sinh (hay thuyết ngẫu sinh).

Hình 1.1. Anton Van Leeuwenhoek (1632-1723) và kính hiển vi tự tạo
của ông
2.3. Giai đoạn vi sinh vật học thực nghiệm với Pasteur
Đến thế kỷ XIX cùng với sự phát triển của chủ nghĩa tư bản, các
ngành khoa học kỹ thuật nói chung và vi sinh vật học nói riêng, phát
triển mạnh mẽ, nhiều nhà khoa học đã quan sát và nghiên cứu về một số
vi sinh vật gây bệnh và sáng tạo ra một số phương pháp mới để nghiên
cứu về vi sinh vật. Đóng góp cho sự phát triển của vi sinh vật ở giai
đoạn này phải kể đến nhà bác học người Pháp Pasteur (1822-1895). Với
công trình nghiên cứu của mình ông đã đánh đổ học thuyết tự sinh, nhờ
chế tạo ra bình cổ ngỗng.
Ông đã chứng minh thuyết tự sinh là không đúng bằng các thí

nghiệm sau:
TN1: Dùng một cái bình chứa nước thịt đun sôi, để nguội sau một
thời gian thì nước thịt đục, quan sát thấy có vi sinh vật.
TN2: Tiến hành như thí nghiệm thứ nhất nhưng sau đó ông bịt kín
miệng bình lại, để một thời gian nước thịt không bị vẩn đục. Lúc này
mọi người phản đối, họ nói không có không khí nên vi sinh vật không
phát triển được, chưa thuyết phục được họ ông làm thí nghiệm tiếp theo.

14


TN3: Ông uốn cổ bình giống như hình cổ ngỗng kéo dài ra cho
thông với không khí, sau khi đun sôi để một thời gian nước thịt không bị
đục, khi đó người ta mới công nhận bác bỏ thuyết tự sinh.

Hình 1.2.. Pasteur (1822-1895) và thí nghiệm bác bỏ “Thuyết tự sinh”
Pasteur là người đã đề xuất thuyết mầm bệnh, thuyết miễn dịch
học, là cơ sở để sản xuất vaccin trong phòng bệnh. Ông đã chứng minh

15


bệnh than ở cừu là do vi khuẩn gây ra và lan truyền từ con bệnh sang
con lành và ông đã tiến hành thí nghiệm tiêm phòng vaccin nhiệt thán
cho cừu năm 1881, ông chọn 50 con cừu khỏe mạnh, tương đồng, tiêm
vaccin cho 25 con còn 25 con không tiêm vaccin, sau đó cường độc thì
25 con không tiêm vaccin bị chết còn 25 con tiêm vaccin sống bình
thường.
Thời đó hễ bị chó dại cắn là phải chết, rất thương tâm trước cái
chết của những người bị chó dại cắn, ông đã lao vào nghiên cứu vaccin

phòng và trị bệnh chó dại, thành công đầu tiên là cứu một bé trai thoát
khỏi phát bệnh dại. Sau thành công đó các nhà hảo tâm đã xây dựng
viện Pasteur tại pháp, sau này nhân rộng ra, đây là thành công lớn nhất
của Pasteur đối với nhân loại.
L. Pasteur tốt nghiệp sinh hóa, ông rất thành công trong nghiên
cứu nhưng gia đình ông rất bất hạnh, anh trai và các con của ông đều
chết do bệnh tật.
Mặc dầu L. Pasteur là người đầu tiên chứng minh cơ sở khoa học
của việc chế tạo vaccin nhưng thuật ngữ vaccin lại do một bác sĩ nông
thôn người anh Edward Jenner (1749-1823) đặt ra. Ông là người đầu
tiên nghĩ ra phương pháp chủng đậu bằng mủ đậu mùa bò cho người
lành, để phòng bệnh đậu mùa, một căn bệnh hết sức nguy hiểm cho tính
mạng thời bây giờ.
2.4. Giai đoạn sau Pasteur và vi sinh học hiện đại
Tiếp theo sau Pasteur là Koch (Robert Koch 1843-1910), là người
có công trong việc phát triển các phương pháp nghiên cứu vi sinh vật.
Ông đề ra phương pháp chứng minh một vi sinh vật là nguyên nhân gây
ra bệnh truyền nhiễm mà ngày nay mọi nhà nghiên cứu bệnh học phải
theo và gọi là quy tắc Koch.
Ngày 24-3-1882, Koch công bố công trình khám phá ra vi trùng
gây bệnh lao và gọi nó là Mycobacterium tuberculosis, là một bệnh nan
y thời đó. Khám phá này mở đường cho việc chữa trị bệnh ngày nay.
Kế đó học trò của Koch là Petri (Juliyes Richard Petri, 18521921) chế ra các dụng cụ nghiên cứu vi sinh vật mà ngày nay còn dùng
tên của ông để đặt cho dụng cụ ấy: đĩa Petri. Ông cũng nêu ra các biện
pháp nhuộm màu vi sinh vật.

16


Ivanopxki, 1892 và Beijerrinck, 1896 là những người phát hiện ra

virus đầu tiên trên thế giới khi chứng minh vi sinh vật nhỏ hơn vi khuẩn,
qua được lọc bằng sứ xốp, là nguyên nhân gây bệnh khảm cây thuốc lá.

Hình 1.3. Robert Koch (1843-1910) và vi khuẩn gây bệnh lao do
ông tìm ra

Hình 1.4. Alexander Fleming (1881-1955) và nấm mốc
Penicillium do ông tìm ra

Hình1.5.. Watson and Crick (1953) phát hiện cấu trúc của DNA

17


Hình 1.6. Aaron Klug phát hiện cấu trúc virus khảm thuốc lá
Ngày nay vi sinh vật đã phát triển rất sâu với hàng trăm nhà bác
học có tên tuổi và hàng chục ngàn người tham gia nghiên cứu, các
nghiên cứu đã đi sâu vào bản chất của sự sống ở mức độ phân tử và
dưới phân tử, đi sâu vào kỹ thuật cấy mô và tháo lắp gen ở vi sinh vật và
ứng dụng kỹ thuật tháo lắp này để chữa bệnh cho người, gia súc, cây
trồng và đang đi sâu vào để giải quyết bệnh ung thư ở loài người.
3. CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT
3.1.Kích thước nhỏ bé

Hình 1.7. Kích thước vi sinh vật trong sinh giới
Vi sinh vật thường được đo kích thước bằng đơn vị micromet
(1mm= 1/1000mm hay 1/1000 000m). virus được đo kích thước đơn vị
bằng nanomet (1nn=1/1000 000mm hay 1/1000 000 000m).

18

Kích thước càng bé thì diện tích bề mặt của vi sinh vật trong 1
đơn vị thể tích càng lớn. Chẳng hạn đường kính của 1 cầu khuẩn
(Coccus) chỉ có 1mm, nhưng nếu xếp đầy chúng thành 1 khối lập
nhưng có thể lích là 1cm3 thì chúng có diện tích bề mặt rộng tới ...6 m2 !
3.2. Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh
Tuy vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé nhưng chúng lại có năng
lực hấp thu và chuyển hoá vượt xa các sinh vật khác. Chẳng hạn 1 vi
khuẩn lactic (Lactobacillus) trong 1 giờ có thể phân giải được một
lượng đường lactose lớn hơn 100-10 000 lần so với khối lượng của
chúng. Tốc độ tổng hợp protein của nấm men cao gấp 1000 lần so với
đậu tương và gấp 100 000 lần so với trâu bò.
Hình 1.8. Lactobacillus qua
KHV điện tử

3.3. Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh
Chẳng hạn, 1 trực khuẩn đại tràng (Escherichia coli) trong các
điều kiện thích hợp chỉ sau 12-20 phút lại phân cắt một lần. Nếu lấy thời
gian thế hệ là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt 3 làn, sau 24 giờ phân cắt 72
lần và tạo ra 4 722 366 500 000 000 000 000 000 tế bào (4 722 366.
1017), tương đương với 1 khối lượng ... 4722 tấn. Tất nhiên trong tự
nhiên không có được các điều kiện tối ưu như vậy (vì thiếu thức ăn,
thiếu oxy, dư thừa các sản phẩm trao đổi chất có hại...). Trong nồi lên
men với các điều kiện nuôi cấy thích hợp từ 1 tế bào có thể tạo ra sau 24
giờ khoảng 100 000 000- 1 000 000 000 tế bào. Thời gian thế hệ của
nấm men dài hơn, ví dụ với men rượu (Saccharomyces cerevisiae) là
120 phút. Với nhiều vi sinh vật khác còn dài hơn nữa, ví dụ với tảo Tiểu
cầu ( Chlorella ) là 7 giờ, với vi khuẩn lam Nostoc là 23 giờ...Có thể
nói không có sinh vật nào có tốc độ sinh sôi nảy nở nhanh như vi sinh

vật.

19


Hình 1.9. Vi khuẩn Hình1.10. Nấm
Escherichia coli
men
Saccharomyces
cerevisiae

Hình 1.11.
Nấm sợi
Alternaria

Hình 1.12. Vi
tảo Chlorella

3.4. Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị
Trong quá trình tiến hoá lâu dài vi sinh vật đã tạo cho mình
những cơ chế điều hoà trao đổi chất để thích ứng được với những điều
kiện sống rất khác nhau, kể cả những điều kiện hết sức bất lợi mà các
sinh vật khác thường không thể tồn tại được. Có vi sinh vật sống được
ở môi trường nóng đến 1300C, lạnh đến 0-50C, mặn đến nồng độ 32%
muối ăn, ngọt đến nồng độ mật ong, pH thấp đến 0,5 hoặc cao đến 10,7,
áp suất cao đến trên 1103 at. hay có độ phóng xạ cao đến 750 000 rad.
Nhiều vi sinh vật có thể phát triển tốt trong điều kiện tuyệt đối kỵ khí,
có loài nấm sợi có thể phát triển dày đặc trong bể ngâm tử thi với nồng
độ Formol rất cao...
Vi sinh vật đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng

nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống ... do đó rất dễ dàng phát
sinh biến dị. Tần số biến dị thường ở mức 10 -5-10-10. Chỉ sau một thời
gian ngắn đã có thể tạo ra một số lượng rất lớn các cá thể biến dị ở các
thế hệ sau. Những biến dị có ích sẽ đưa lại hiệu quả rất lớn trong sản
xuất. Nếu như khi mới phát hiện ra penicillin hoạt tính chỉ đạt 20 đơn
vị/ml dịch lên men (1943) thì nay đã có thể đạt trên 100 000 đơn vị/ml.
Khi mới phát hiện ra acid glutamic chỉ đạt 1-2g/l thì nay đã đạt đến
150g/ml dịch lên men (VEDAN-Việt Nam).

20


3.5. Phân bố rộng, chủng loại nhiều
Vi sinh vật có mặt ở khắp mọi nơi trên Trái đất, trong không khí,
trong đất, trên núi cao, dưới biển sâu, trên cơ thể, người, động vật, thực
vật, trong thực phẩm, trên mọi đồ vật...
Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc thực hiện các vòng tuần
hoàn sinh-địa-hoá học (biogeochemical cycles) như vòng tuần hoàn C,
vòng tuần hoàn n, vòng tuần hoàn P, vòng tuần hoàn S, vòng tuần hoàn
Fe...
Trong nước vi sinh vật có nhiều ở vùng duyên hải (littoral zone),
vùng nước nông (limnetic zone) và ngay cả ở vùng nước sâu (profundal
zone), vùng đáy ao hồ (benthic zone).
Trong không khí thì càng lên cao số lượng vi sinh vật càng ít. Số
lượng vi sinh vật trong không khí ở các khu dân cư đông đúc cao hơn rất
nhiều so với không khí trên mặt biển và nhất là trong không khí ở Bắc
cực, Nam cực...
Hầu như không có hợp chất carbon nào (trừ kim cương, đá
graphít...) mà không là thức ăn của những nhóm vi sinh vật nào đó (kể
cả dầu mỏ, khí thiên nhiên, formol. dioxin...). Vi sinh vật có rất phong

phú các kiểu dinh dưỡng khác nhau : quang tự dưỡng
(photoautotrophy), quang dị dưỡng (photoheterotrophy), hoá tự dưỡng
(chemoautotrophy), hoá dị dưỡng (chemoheterotrophy).tự dưỡng chất
sinh trưởng (auxoautotroph), dị dưỡng chất sinh trưởng
(auxoheterotroph)...
3.6. Là sinh vật xuất hiện đầu tiên trên trái đất
Trái đất hình thành cách đây 4,6 tỷ năm nhưng cho đến nay mới
chỉ tìm thấy dấu vết của sự sống từ cách đây 3,5 tỷ năm. Đó là các vi
sinh vật hoá thạch còn để lại vết tích trong các tầng đá cổ. Vi sinh vật
hoá thạch cổ xưa nhất đã được phát hiện là những dạng rất giống với Vi
khuẩn lam ngày nay. Chúng được J.William Schopf tìm thấy tại các
tầng đá cổ ở miền Tây Australia. Chúng có dạng đa bào đơn giản, nối
thành sợi dài đến vài chục mm với đường kính khoảng 1-2 mm và có
thành tế bào khá dày. Trước đó các nhà khoa học cũng đã tìm thấy vết
tích của chi Gloeodiniopsis có niên đại cách đây 1,5 tỷ năm và vết tích
của chi Palaeolyngbya có niên đại cách đây 950 triệu năm.

21


Hình 1.13.Vết tích
vi khuẩn lam cách
đây 3,5 tỷ năm

Hình 1.14. Vết tích
Gloeodiniopsis cách đây
1,5 tỷ năm

Hình1.15. Vết tích
Palaeolyngbya cách

đây 950 triệu năm

--------------------------------------------------------------------------------------Tóm tắt
Đối tượng của vi sinh vật học đại cương là vi khuẩn, virus, nấm
men, nấm mốc tảo và protozoa. Vi sinh vật phân bố rộng rãi trong tự
nhiên và ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của con người và mọi sinh vật
khác. Là môn học đại cương nên người học cần nắm vững đặc điểm
hình thái, cấu tạo, tính chất lý hóa của mỗi đối tượng đồng thời nghiên
cứu phương pháp để phát triển vi sinh vật có lợi phát triển và tìm cách
để ức chế, hạn chế sự phát triển của vi sinh vật có hại trong cuộc sống.
Lịch sử nghiên cứu về vi sinh vật được thể hiện qua 4 giai đoạn: trước
khi phát minh ra kính hiển vi, kính hiển vi ra đời, Pasteur với các thực
nghiệm, giai đoạn sau Pasteur và sinh học hiện đại. Ngày nay con người
đã có thể có nhiều nghiên cứu chuyên sâu về vi sinh vật nhờ sự phát
triển của sinh học phân tử và các kỹ thuật di truyền hiện đại.
Câu hỏi ôn tập
1. Trình bày đối tượng, nhiệm vụ của vi sinh vật học đại cương.
2. Trình bày các đặc điểm chính về các giai đoạn phát triển của vi sinh
vật học.

22


23


CHƯƠNG II
VI SINH VẬT NHÂN NGUYÊN THỦY

1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI VÀ CẤU TẠO TẾ

BÀO VI SINH VẬT
1.1. Kính hiển vi
1.1.1. Kính hiển vi quang học
Kính hiển vi: có nhiều loại như quang học, phản pha, huỳnh
quang, soi nổi,...
Nguyên lý các loại kính hiển vi có cấu tạo giống nhau. Có hai
phần chính là phần cơ học và phần quang học.
Phần cơ học: bảo đảm cho kính vững chắc và điều khiển được.
Phần này cấu tạo gồm chân kính, khay kính, trụ, ống kính, ốc điều chỉnh
vĩ cấp, ốc điều chỉnh vi cấp, bàn quay, vật kính và các vít dịch chuyển
mẫu vật.
Phần quang: hệ thống cung cấp ánh sáng và hệ thống thấu kính
phóng đại.
+ Phần cung cấp ánh sáng: gương, đèn, (hoặc ánh sáng tự
nhiên), tụ quang kính, màn chắn.
+ Hệ thống thấu kính gồm có vật kính, thị kính và khối lăng
kính.
+ Độ phóng đại của kính bằng tích độ phóng đại của vật kính và
thị kính
+ Vật kính có hai loại: khô và dầu, vật kính dầu có độ phóng đại
lớn và độ mở hẹp nên người ta cho thêm giọt dầu (nước, glycerin) dưới
kính để loại trừ sự khúc xạ ánh sáng giữa vật kính và không khí.
Quy tắc sử dụng kính hiển vi
- Trước hết phải kiểm tra vị trí của tụ quang kính. Nó phải ở vị trí
cao nhất. Màn chắn phải mở.

24


- Vặn ổ quay vật kính để lấy vật kính nhỏ nhất

- Nhìn vào thị kính và điều chỉnh gương để có được ánh sáng tốt
nhất.
- Sau đó nhỏ một giọt dầu lên tiêu bản đặt lên bàn kính. Vặn ổ
quay vật kính để lấy vật kính dầu (100) sao cho phần thấu kính ngập
trong dầu.
Nhìn vào thị kính và điều chỉnh ốc vĩ cấp (quay chậm) để lấy tiêu
cự. Điều chỉnh độ tương phản bằng ốc vi cấp.
- Sau khi quan sát, quay ổ quay vật kính để lau dầu bằng dung
môi thích hợp, thấm trên giấy thấm hoặc vải màn. Hạ tụ quang kính.
Đậy kính.
Hiện nay còn có kính hiển vi hai ống ngắm, hay kính hiển vi soi
nổi, kính hiển vi nền đen, kính hiển vi tương phản cấu tạo hiện đại và
phù hợp với mục đích sử dụng.

Hình 2.1. Cấu tạo
tổng quát kính hiển
vi quang học

1.1.2. Kính hiển vi điện tử
Tất cả các bộ phận được đặt trong một trụ kính và tạo chân không
bằng một bơm hút. Trong chân không, hoạt động của điện tử không bị
cản trở.

25