DINH DƯỠNG TĂNG TRƯỞNG CỦA VI KHUẨN

NỘI DUNG
 Nhu cầu dinh dưỡng và yếu tố tăng trưởng
 Cách tăng trưởng, biểu đồ tăng trưởng & các phương pháp đo sự
tăng trưởng
 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự tăng dân số; phân biệt
các nhóm vsv theo nhiệt độ, pH và oxy
 Kiểm soát sự tăng trưởng của vi khuẩn
 Các ứng dụng trong nghiên cứu, chẩn đoán, CNVS


DINH DƯỠNG VI KHUẨN
TẠO NĂNG LƯỢNG, VẬT LIỆU XÂY DỰNG TẾ BÀO

Môi trường có:
. Các chất dinh dưỡng thích hợp & cần thiết để tạo nguyên sinh chất (C, N, chất
khoáng, các nguyên tố khác)
. Thông khí thích hợp: bình thường,  CO2 hoặc đuổi hết khí O2
. pH thích ứng

. Độ ẩm đủ
. Nhiệt độ thích hợp


NHU CẦU DINH DƯỠNG
Nhu cầu năng lượng

Chất dinh dưỡng
Chất dinh dưỡng đa lượng
Chất dinh dưỡng vi lượng (nguyên tố vết)
Yếu tố tăng trưởng

NHU CẦU NĂNG LƯỢNG
Ba nguồn năng lượng: ánh sáng, chất vô cơ & chất hữu cơ


Cơ chế :
lên men (VK kỵ khí)

hô hấp hiếu khí (VK hiếu khí - chất nhận H+ là oxy ),
hô hấp yếm khí (chất nhận H+ là chất vô cơ khác oxy )
quang hợp (VK quang tổng hợp)


Cơ chất sử dụng

chất hữu cơ : acid amin, hydrat carbon

chất vô cơ : CO2, SO4--, NO3-, H2S

 ATP


CHẤT DINH DƯỠNG
Chất dinh dưỡng thiết yếu: bắt buộc phải có cho sự tăng trưởng VK
Chất dinh dưỡng có ích: nếu có thì được VK sử dụng nhưng không bắt buộc
phải có
Chất dinh dưỡng lượng lớn: C, N, P, S, K, Mg, Ca, Na, Fe
Chất dinh dưỡng vi lượng: Co, Zn, Mo, Cu, Mn, Ni, W, Se

Chất dinh dưỡng lượng lớn
Carbon
* 50% chất khô tế bào

* Giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ của các nguồn C tùy thuộc
1. Thành phần và cấu tạo hóa học nguồn C, mức độ oxy hóa của các nguyên tử
carbon
2. Đặc điểm sinh lý của vi sinh vật
- Các hợp chất có phân tử thấp (đường): đồng hóa trực tiếp
- Các hợp chất hữu cơ cao phân tử (tinh bột, protein …)
cần enzym thủy phân
- Những hợp chất không tan trong nước (cellulose, lipit, parafin)
hấp phụ quanh bề mặt và phân giải dần dần
* Nguồn carbon
- Quang tổng hợp: CO2
- Khác: hydrat carbon (glucose, lactose, tinh bột), acid amin,
acid béo, acid hữu cơ, các base nitơ, hợp chất thơm
và vô số các hợp chất hữu cơ khác


Phân loại VSV theo dinh dưỡng
.Ba loại nguồn năng lượng
Ánh sáng

Quang dưỡng (Phototroph)

Chất vô cơ

Vô cơ dưỡng (Lithotroph)

Chất hữu cơ

Dị dưỡng

(Heterotroph)

Vô cơ (CO2)

Tự dưỡng

(Autotroph)

Hữu cơ

Dị dưỡng

(Heterotroph)

.Hai loại nguồn carbon


Các nhóm dinh dưỡng khác nhau của VSV
VSV

Năng Lượng

Carbon

Quang tự dưỡng - Photoautotroph

ánh sáng

chất vô cơ

Quang dị dưỡng - Photoheterotroph

ánh sáng

chất hữu cơ

Hóa vô cơ tự dưỡng - Chemolithoautotroph

vô cơ

CO2

Hóa vô cơ dị dưỡng - Lithotrophic heterotroph

vô cơ

chất hữu cơ

Dị dưỡng - tự dưỡng C - Heterotroph C-autotroph

hữu cơ

CO2

Dị dưỡng - Heterotroph

chất hữu cơ


Nitơ
* Là thành phần chính của protein, acid nucleic
cũng có trong polysaccharide, peptidoglycan

Chiếm 12 - 15% chất khô của tế bào
* Giá trị dinh dưỡng tùy thuộc:
1. Đặc điểm sinh lý của vi sinh vật

2. Tỉ lệ C : N trong môi trường ảnh hưởng khả năng trao đổi chất, tích tụ sản
phẩm sinh tổng hợp và tạo thành các hệ enzym tiến hành các phản ứng hóa
sinh

* Nguồn N
- Vô cơ: amoni (NH3), nitrat (NO3- ), nitrit (NO2- )
N2: Cyanobacteria, Rhizobium, Azotobacter

- Hữu cơ: pepton, nước thịt, cao ngô, bột đậu tương v. v...


Phospho
* Thành phần DNA và RNA, ATP, phospholipid …
* Nguồn P

- Vô cơ: muối phosphate, thường dùng KH2PO4
- Hữu cơ: acid nucleic, phospholipid. VSV có các enzym
phosphatase thủy phân ester phosphat hữu cơ, giải

phóng phosphat vô cơ tự do

Lưu huỳnh
* Có trong acid amin (cystein và methionin), một số vitamin
(thiamin, biotin, acid lipoic)
* Nguồn S
- Hữu cơ
- Vô cơ: muối sunfat (SO42-) hoặc sunfit (HS-)
Thường dùng MgSO4. 7H2O


Kali: cần để hoạt hóa nhiều enzym / sinh tổng hợp protein Thường dùng K2HPO4
Magie: làm ổn định các ribosom, có trong màng tế bào, acid nucleic và cũng cần

cho hoạt động của nhiều enzym, đặc biệt là enzym/ vận chuyển phosphat. Thường
dùng MgSO4. 7H2O

Canxi: không phải là thiết yếu, có trong thành tế bào nội bào tử. Thường dùng
CaCl2

Natri: cần cho một số vi sinh vật. Thường dùng NaCl
Sắt: có trong nhiều enzym của tế bào - enzym hô hấp. Thường dùng FeCl3, FeSO4


Chất dinh dưỡng vi lượng (nguyên tố vết)
Coban cần cho sự tạo vitamin B12
Kẽm có trong nhiều enzym (cacbonic anhydrase, ancol dehydrogenase, ADN và
ARN polymerase)
Cần cho nối các tiểu đơn vị protein trong sắp xếp các hình thể đặc biệt
cho hoạt động enzym

Molypden có trong một số enzym molybdoflavoprotein liên quan tới việc khử
nitrat hấp thu, nitrogenase liên quan khử N2
Đồng có trong một số enzym liên quan đến hô hấp
Mangan làm hoạt hóa nhiều enzym, có trong một số superoxyt dismutase
Niken có trong các enzym hydrogenase có chức năng nhận hoặc phóng thích
H2
Tungsteng và selen được cần bởi các vi khuẩn có khả năng định dạng chuyển
hóa. Selen là thành phần của enzym dehydroganase


1.2. Yếu tố tăng trưởng (Growth Factors)
Là hợp chất hữu cơ, lượng rất nhỏ, cần thiết cho sự tăng trưởng của vi khuẩn
nhưng tế bào vi khuẩn không có khả năng tổng hợp được

Cơ chế
chất dinh dưỡng

VSV sử dụng

X
gene

enzyme

X

chất cần

acid amin,
purin, pirimidin,

acid béo, đường,
vitamin vv...

Đột biến

=> đột biến gene --> thiếu enzyme
vi khuẩn khác nhau cần những yếu tố tăng trưởng khác nhau


Yếu tố tăng trưởng
Các vitamin: B1 Biotin B6 B12
tham gia quá trình tạo năng lượng, xây dựng các đại phân tử
là coenzym

Các acid amin; 20 loại
thành phần của protein

Purin và pyrimidin
Thành phần của acid nucleic, 1 số coenzym
* Nguồn:
- Các nguyên liệu hữu cơ phức tạp như cao men, pepton
- Môi trường tổng hợp: các vitamin, aa,
purin và pyrimidin dạng base tự do hoặc nucleoside


MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VI KHUẨN
Dựa vào thành phần
Môi trường tổng hợp chứa tất cả các chất dinh dưỡng cần thiết ở dạng hóa học
tinh khiết, do đó có thành phần hóa học xác định được dùng trong một số nghiên
cứu vi sinh vật

khó làm và đắt tiền
Môi trường tự nhiên (môi trường hỗn hợp) chứa các thành phần cần thiết nhưng
không xác định thành phần hóa học
các sản phẩm hữu cơ từ thực vật, động vật, nấm men, các muối
Thường dùng cao mạch nha, mô động vật sống, cao men,

cao thịt, casein, protein đậu nành…


MÔI TRƯỜNG NUÔI CẤY VI KHUẨN
Dựa vào mục đích sử dụng
Môi trường cơ bản: đủ các chất dinh dưỡng cần thiết thích hợp cho đa số vi khuẩn
tăng trưởng
pepton và cao thịt / nước thịt, 5% NaCl

Dạng lỏng (canh thang)
Dạng đặc thêm 1 - 2% thạch, silicagel

Môi trường chuyên chở: rất ít chất dinh dưỡng, đủ để vi khuẩn sống nhưng không
phát triển
chỉ có muối đệm, để chuyên chở mẫu và bệnh phẩm (Cary-blair)
Môi trường phong phú: + máu, huyết thanh, dịch nấm men, aa
hoặc các hỗn hợp chất dinh dưỡng khác để sơ bộ phân lập và nuôi cấy

các vi khuẩn “kén ăn”
Thạch máu / Streptococci gây bệnh đau họng và sốt phát ban
Thạch chocolat để kích thích tăng trưởng của Neisseria

Môi trường chọn lọc: + chất ngăn chặn sự tăng trưởng của hầu hết các loại vi
khuẩn trừ loại ta muốn khảo sát
chọn lọc ít: Eosin Methylene Blue agar (EMB)
đường / E. coli và các vi khuẩn Gram âm khác
eosin và xanh methylen ức chế các vi khuẩn Gram (+)

==> khóm E. coli có màu tím óng ánh kim loại
chọn lọc vừa: Salmonella và Shigella (SS)
muối mật, brilliant green >< vi khuẩn Gram (+) & E. coli

 giúp Salmonella và Shigella mọc dễ
chọn lọc nhiều Bismuth sulfite agar (BSA)


Môi trường phân biệt : + các tác nhân đặc biệt vào môi trường để thúc đẩy hoặc
ngăn chặn sự phát triển làm cho khóm vi khuẩn muốn cấy có hình thức riêng biệt
Thạch MC: đỏ trung tính, tím tinh thể, lactose, muối mật

 Các vi khuẩn lên men/ ko lactose ~ khuẩn lạc đỏ / ko màu
Môi trường xác định tính chất sinh hóa:
phát hiện hoạt tính enzym của vi khuẩn tinh khiết
MT urea - thử khả năng phân giải urê thành amoni và CO2
MT chứa một loại đường - thử khả năng lên men hydratcarbon
cho acid và khí
Môi trường mô sống chứa trứng đã thụ tinh (có phôi), mô nuôi cấy, động vật và
các môi trường khác có tế bào sống
phát hiện và nuôi cấy các vi khuẩn Rickettsia, Chlamidae


SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA VI KHUẨN

Gia tăng có thứ tự các thành phần cấu tạo của tế bào vi khuẩn dẫn đến sự

phân đôi vi khuẩn
. Sự gia tăng kích thước chỉ là sự tích tụ nước hay chất béo, chất đường,
không phải là sự tăng trưởng thật sự
==>

Tăng trưởng ở vi khuẩn là sự gia tăng số lượng
Sự sinh sản của vi khuẩn là hậu quả của sự tăng trưởng


Sinh sản phân đôi
ADN
Sao chép ADN
Kéo dài tế bào

Tạo vách

Tạo vách riêng xong

Tách riêng tế bào


SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA VI KHUẨN

Sự tăng trưởng: gia tăng về số lượng tế bào (sinh khối) vi sinh vật
Tốc độ tăng trưởng: sự thay đổi về số tế bào /1 đơn vị thời gian
Thế hệ: khoảng để 1 tế bào  2 tế bào
Thời gian thế hệ = thời gian nhân đôi: 1 - 3 giờ, 10 phút, 7 ngày
Tăng trưởng lũy thừa: ở mỗi giai đoạn, số tế bào tăng gấp đôi số đơn vị tham gia



Đặc trưng: Ban đầu tốc độ gia tăng số tế bào chậm nhưng sau đó tăng lên

nhanh do số tế bào tăng theo lũy thừa


SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA VI KHUẨN
Đồ thị số tế bào theo logarit, thời gian theo số học (bán logarit)
Thời gian (giờ) Tổng số tế bào
0
1
0.5
2
1
4
1.5
8
Số tế bào
(số học)
2
16
2.5
32
3
64
3.5
128
4
256

4.5
512
5
1.024
5.5
2.048
:
:
10
1.048.576

Logarit

Số học

Thời gian (giờ)

Số tế bào
(logarit)


SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA VI KHUẨN
Dân số vi khuẩn sẽ gia tăng theo số thế hệ

SỐ THẾ HỆ

0
1
2
3

4
…..
n

Số vi khuẩn sau mỗi thế hệ khi bắt đầu với
1 vi khuẩn
5 vi khuẩn
No vi khuẩn
1
2 = 21
4 = 22
8 = 23
16 = 24

5
10 = 5 x 21
20 = 5 x 22
40 = 5 x 23
80 = 5 x 24

No
2 No = No x 21
4 N o = N o x 22
8 N o = N o x 23
16 No = No x 24

= 2n

= 5 x 2n

N = No x 2n

N = No x 2n

No : số vk lúc đầu; N : số vk sau n thế hệ; n : số thế hệ

g = t/n

g : thời gian cho mỗi thế hệ, t : thời gian cho n thế hệ

k = Ln 2
g

=0,693
=
g

k : hệ số tốc độ tăng trưởng (giờ-1)
= số thế hệ trong 1 đơn vị thời gian TTLT


SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA VI KHUẨN
Cách tính thời gian thế hệ
Đo N và N0 => n
Tính n:

=> g

Log N = log N0 + n log 2

Log N – log N0 = n log 2
n=

log N – log N0

=

log N – log N0

log 2

= 3,3 (log N – log N0)

0,301

Tính g :

t log2

g=

t

=
logN - logNo

3,3 (log N – log N0)

=> đo hai lần số vi khuẩn trong thời kỳ tăng trưởng lũy thừa -->
thời gian trung bình của một thế hệ