Vi sinh vat

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (12.05 MB, 338 trang )

(1)Trường : Đại học Đồng Tháp Khoa : Sinh học Lớp : ĐHSSinh 08B Nhóm : 1 Thành viên: 1. Nguyễn Huỳnh Như 2. Lê Thị Ánh 3. Huỳnh Thành Trung 4. Trương Thị Lài 5. Võ Hoàng Oanh 6. Nguyễn Thị Khánh Ly 7. Nguyễn Thị Kim Phụng 8. Nguyễn Võ Thanh Kiều 9. Lê Thị Ngọc Hân.

(2) BÀI TỰ HỌC Chương 2 – TẾ BÀO HỌC VI SINH VẬT.

(3) 2.1.1 Vi khuẩn thật: b) Xạ khuẩn: - Xạ khuẩn ( Actinomycetes) là nhóm vi khuẩn thật ( Bacteria). - Phần lớn các xạ khuẩn là các tế bào Gram dương, hiếu khí, hoại sinh, có cấu tạo dạng sợi,phân nhánh ( khuẩn ti). - Xạ khuẩn có thể sinh sản nhiều sản phẩm trao đổi chất quan trọng, được dùng để sản xuất nhiều loại enzim ( proteinaza, amilaza, xenlulaza, ….), 1 số vitamin và axit hữu cơ..

(4) - Một số ít xạ khuẩn kị khí hoặc vi hiếu khí có thể gây ra các bệnh cho người, cho động vật và cho cây trồng. Một số xạ khuẩn ( thuộc chi Frankia) có thể tạo nốt sần trên rễ 1 số cây không thuộc bộ Đậu và có khả năng cố định nitơ..

(5) Streptomyces.

(6) Dermatophilus.

(7) Norcadia.

(8) ☻Đặc điểm hình thái của xạ khuẩn: - Xạ khuẩn có cấu tạo dạng sợi phân nhánh. Hệ sợi của xạ khuẩn chia ra thành: khuẩn ti cơ chất và khuẩn ti khí sinh. Chi Actinomyces và vài chi khác chỉ có khuẩn ti khí sinh. Loại khuẩn ti không mang bào tử được gọi chung là khuẩn ti dinh dưỡng..

(9) - Đường kính của khuẩn ti dinh dưỡng thay đổi trong khoảng 0,2 – 1μm đến 2 – 3 μm. Đa số xạ khuẩn có khuẩn ti không có vách ngăn và không tự đứt đoạn. Màu sắc hết sức phong phú: trắng, vàng, da cam, đỏ, lục…Khuẩn ti cơ chất có thể tiết ra môi trường một số loại sắc tố. Có sắc tố tan trong nước, có sắc tố chỉ tan trong dung môi hữu cơ..

(10) - Khuẩn ti cơ chất phát triển một thời gian thì dài ra trong không khí thành những khuẩn ti khí sinh. Người ta còn gọi khuẩn ti khí sinh là khuẩn ti thứ cấp để phân biệt với khuẩn ti sơ cấp là loại khuẩn ti bất đầu phát triền từ những bào tử nảy mầm..

(11) - Sau một thời gian phát triển trên đỉnh khuẩn ti khí sinh sẽ xuất hiện các sợi bào tử. Sợi bào tử có thể có hình dạng khác nhau: thẳng, lượn sóng… có loại mọc vòng đơn cấp, có loại mọc vòng 2 cấp. - Một số xạ khuẩn có sinh nang bào tử, bên trong có chứa các bào tử nang. - Bào tử của xạ khuẩn được hình thành theo 3 phương thức :.

(12) Các loại khuẩn ti ở xạ khuẩn.

(13) • Phương thức phát triển toàn bộ : toàn bộ hay một bộ phận của thành khuẩn ti hình thành ra thành của bào tử. • Phương thức phát triển trong thành : thành bào tử sinh ra từ tầng nằm giữa màng nguyên sinh chất và thành khuẩn ti. Trường hợp này gặp ở Planomonospora. • Phương thức phát triển nội bào tử sinh thật : thành khuẩn ti không tham vào quá ti trình hình thành ra bào tử. Trường hợp này gặp ở Thermoactinomycetes..

(14) - Thành tế bào xạ khuẩn có kết cấu lưới, dày khoảng 10 – 20 nm,có tác dụng duy trì hình dáng cầu khuẩn ti và bảo vệ tế bào. - Chia thành tế bào của xạ khuẩn ra thành 4 nhóm: + Nhóm CW I: có chứa L, L-DAP (diaminopimelat) và glixin. ( Streptomyces, Streptoverticillium…)..

(15) + Nhóm VW II: có chứa mezo-DAP (mesodiaminbopimelat) và glixin. (Micromonospora, Actinoplanes...). + Nhóm CW III: có chứa mezo-DAP (Dermatophilus, Geodermatophilus…). + Nhóm CW IV: có chứa mezo-DAP, arabinozơ và galactozơ. (Nocaridia, Oerskovia…).

(16) - Màng tế bào chất của xạ khuẩn dày khoảng 7.5 – 10 nm. Chúng có cấu trúc và công năng cũng tương tự như màng tế bào chất của vi khuẩn. - Thể trung gian hay mezoxom nằm ở phía trong của màng tế bào chất (CM) và có hình phiến, hình bọng và hình ống. Công dụng của thể trung gian là làm tăng diện tiếp xúc của CM và do đó làm tăng cường hoạt tính enzim, tăng chuyển điện tử… - Các vật thể ẩn nhập trong tế bào chất của xạ khuẩn gồm có các hạt poliphotphat, các hạt polisaccarit..

(17) - Bào tử trần là cơ quan sinh sản chủ yếu của xạ khuẩn. Bào tử trần được hình thành theo 2 phương thức khác nhau: + Vách ngăn hình thành dần từ phía trong của CM và tiến dần vào trong tạo ra những vách ngăn không hoàn chỉnh sau đó sợi bào tử mới phân cắt thành các bào tử trần. + Thành tế bào (CW) và CM đồng thời xuất hiện vách ngăn tiến dần vào phía trong và làm cho sợi bào tử phân cắt đồng thời tạo thành một chuỗi bào tử trần..

(18) Các dạng bào tử trần.

(19) c) Vi khuẩn lam: - Là một nhóm sinh vật nhân nguyên thủy thuộc vi khuẩn thật. Vi khuẩn lam có khả năng tự dưỡng quang năng nhờ chứa sắc tố quang hợp là chất diệp lục a. - Vi khuẩn lam không thể gọi tảo vì chúng khác biệt rất lớn với tảo: Vi khuẩn lam không có lục lạp, không có nhân thực, có riboxom 7OS, thành tế bào có chứa peptidoglican do đó rất mẫn cảm với penixilin lizozim. - VK lam có hình dạng và kích thước khác nhau, có thể là đơn bào hoặc dạng sợi đa bào..

(20) Anabaena azollae. Anabaena azollae.

(21) - Tế bào sinh dưỡng của vi khuẩn lam có thể có hình cầu, hình elip rộng, hình quả lê, hình trứng, hình kéo dài về một phía, hình elip kéo dài, hình thoi, hình ống. Có tế bào đường kính chỉ khoảng 1μm (như chi Synechococcus) nhưng cũng có tế bào ciều ngang của sợi vượt quá 30 μm (như chi Oscillatoria)..

(22) - Tế bào vi khuẩn lam gần gũi với cấu tạo của vi khuẩn G-. Thành phần tế bào khá dầy phân thành 2 tầng, tầng ngoài là tầng lipopolisaccarit,tầng trong là tầng peptidoglican. Nhiều vi khuẩn lam còn tiết ra bên ngoài một lớp bao nhầy có cấu tạo polisaccarit. Bao nhầy có thể có nhiều hình thái khác nhau: lớp dịch nhầy, vỏ nhầy, bao nhầy..

(23) - Bộ phận thực hiện quá trình quang hợp trong tế bào vi khuẩn lam được gọi là tilacoit (thylakoids), chúng có số lượng rất nhiều, có dạng bản xếp song song hay có dạng uốn khúc nằm ở gần màng tế bào chất. Trên màng có tilacoit có chứa chất dịp lục a, β -caroten, caroteno (như myxoxanthophyll, zeaxanthin,…) và các thành phần có liên quan đến chuỗi chuyển điện tử trong quang hợp..

(24) Trên mặt ngoài của tilacoit có chứa phicobilixom ( 1 cấu trúc protein có dạng đĩa cấu tạo với 75% phicoxianin, 12%phicoeritrin, 12% allophicoxianin.). Sự hiện diện của phicobilixom và sự vắng mặt của clorophin b là đặc trưng của vi khuẩn lam có nguồn gốc cổ xưa (trước khi xuất hiện clorophin b của thực vật)..

(25) - Chức năng hấp thu ánh sáng được thực hiện bởi 2 sắc tố là phicoxianin màu lam và phicoeritrin màu đỏ. Nhờ đó mà vi khuẩn lam có khả năng thích ứng cao với từng sinh cảnh. - Các chất dự trữ gặp trong tế bào vi khuẩn lam là glycogen, poli-β-hiđroxibutirat, volutin, xianophixin… - Trong tế bào vi khuẩn lam có những cơ quan khá đặc trưng, đó là tế bào dị hình (dị hình bào, heterocyst), bào tử nghỉ (akinete), tảo đoạn (hormogonia), vi tiểu bào nang (mannocyst), hạt sinh sản (goniđium)….

(26) Tế bào dị hình có thành dày, màu nhạt, không chứa sắc tố quang hợp, không chứa các hạt dự trữ, hình thành từ tế bào dinh dưỡng trên các vị trí khác nhau của sợi. Tế bào dị hình có thể hình thành đơn độc ở đầu sợi nhưng thường xếp thành dãy (2 – 10 tế bào) tùy vị trí mà tế bào dị hình có 1 nút (ở đầu hay ở bên) hoặc 2 – 3 lổ (ở giữa). Những lổ này có thành dày và nối tiếp giữa tế bào dị hình với các tế bào dinh dưỡng kế tiếp. Nhiều nghiên cứu cho biết tế bào dị hình là nơi có khả năng thực hiện quá trình cố định nitơ khi có oxi..

(27) +Bào tử nghỉ: là loại tế bào nằm ở đầu hoặc ở giữa sợi có thành dày, màu thẩm và có tác dụng chống chịu cao với điệu kiện bất lợi. +Tảo đoạn: là chuỗi các tế bào ngắn được đứt ra từ sợi vi khuẩn lam. Đó là kiểu sinh sôi nảy nở kiểu đặc trưng của một số chi vi khuẩn lam. Tảo đoạn có khả năng chuyển đoạn trong nước nhờ khả năng tiết ra chất nhày. Khi dừng chuyển động tảo đoạn có thể phát triển thành 1 sợi mới. Trong tảo đoạn có thể gặp các không bào khí, giúp cho vi khuẩn lam có thể trôi nổi gần mặt nước..

(28)

(29)

(30) Hạt sinh sản.

(31) - Vi tiểu bào nang là các túi nhỏ bé được sinh ra từ bên trong tế bào mẹ do sự co nguyên sinh. - Hạt sinh sản là 1 tế bào có màng nhày được sinh ra từ sợi vi khuẩn lam và làm chức năng sinh sản. - Ở bộ Nostocales thường gặp dạng bào tử của vi khuẩn lam. Bào tử hình thành từng chiếc một từ tế bào dinh dưỡng và có thành dày. Ở một số chi bào tử có thể được sinh ra do sự dính kết một số tế bào dinh dưỡng lại, chiều dài của chúng có thể đạt tới 0.5 mm..

(32) - Thành bào tử có lớp trong và lớp ngoài, giúp cho vi khuẩn lam chống chịu được với các điều kiện sống bất lợi. Khi có điều kiện thuận lợi bào tử sẽ nảy mầm để tạo ra một đoạn sợi mới. - Có trường hợp bào tử được hình thành với số lượng lớn (trên 100) bằng cách phân chia liên tục tế bào chất của tế bào mẹ và phân hóa dần thành các bào tử. - Ở vi khuẩn lam chưa phát hiện thấy các hình thức sinh sản hữu tính..

(33) Giá trị của vi khuẩn lam:. - Nhiều vi khuẩn lam có khả năng cố định nitơ. Được sản xuất thành các chế phẩm dùng để lây nhiễm cho ruộng lúa nhằm giảm bớt việc tiêu dùng phân đạm hóa học (chi Nostoc, Anabaena,…). - Một số có giá trị dinh dưỡng cao, có chứa một số hoạt chất có giá trị y học, lại có tốc độ phát triển nhanh khó nhiễm tạp khuẩn (Spirulina) được sản xuất để thu nhận sinh khối. Việc nuôi cấy tảo Spirulina ở vùng nông thôn tạo nguồn thức ăn bổ sung cho chăn nuôi, nghề nuôi tôm, cá..

(34) Tảo xoắn ( Spirulina). Nuôi trồng tảo xoắn.

(35) Nostoc.

(36) - Ở bề mặt ao hồ vào mùa hè có lúc vk lam phát triển quá mạnh gây nên hiện tượng “ nước nở̉ hoa”, làm giảm lượng oxi trong nước, làm đói động vật phù du, gây hại cho cá, nhiều khi ảnh hưởng tới nguồn nước cung cấp cho các đô thị, các khu công nghiệp..

(37) d.Nhóm vi khuẩn nguyên thủy: ☻Mycoplasma: - Mycoplasma là vi sinh vật nguyên thủy chưa có thành tế bào,đó là loại sinh vật nhỏ nhất trong sinh giới có đời sống dinh dưỡng đọc lập..

(38) Nhiều loại Mycoplasma gây bệnh cho động vật( bò, cừu, dê, lợn, gà, vịt…) và gây bệnh cho nguời. Một số loại MLO gây bệnh cho lúa, ngô, dâu, khoai tây, tre, nứa. Một số Mycoplasma có đời sống hoại sinh, thường gặp trong đất, trong nước bẩn, trong phân ủ. Mycoplasma có thể làm nhiễm bẩn các dung dịch dùng để nuôi cấy tổ chức động vật..

(39) Mycoplasma có kích thuớc ngang khỏang 150300nm, thường là 250nm, khó thấy đuợc dưới kính hiển vi quang học bình thường. Mycoplasma không có thành tế bào, bắt màu G-, có tính đa hình thái, có dạng nhỏ đến mức lọt qua nến lọc vi khuẩn, dễ mẩn cảm với áp suất thẩm thấu, mẫn cảm với cồn, với các chất hoạt động bề mặt( xà phòng, bột giặt…), không mẫn cảm với penixilin, xicloserin, xephalosporin, basitrasin và các chất kháng sinh khác ức chế quá trình tổng hợp thành tế bào..

(40) Mycoplasma tạo ra những khuẩn lạc rất nhỏ trên môi truờng thạch, đường kính khuẩn lạc thường chỉ vào khỏang 0,1 -1,0mm, nhiều khi có dạng như trứng ốplếp (trứng rán có lòng đỏ ở giữa)..

(41) Mycoplasma thường sinh sản theo phương thức cắt đôi. Chúng có thể sinh trưởng độc lập trên các môi trường nuôi cấy nhân tạo giàu chất dinh duỡng (có chứa máu hoặc cao nấm men). Mycoplasma có thể phát triển hơn cả trong điều kiện hiếm khí lẫn kị khí nghĩa là có cả kiểu trao đổi chất oxi hóa lẫn kiểu trao đổi chất lên men..

(42) Mycoplasma chịu ức chế bởi các chất kháng sinh ngăn cản quá trình sinh tổng hợp protein (như eritromixin, tetraxiclin, lincomixin, gentamixin, kanamixin…). Màng tế bào chất của Mycoplasma có chứa sterol cho nên rất mẫn cảm với chất kháng sinh thuộc nhóm polien như nistatin, amphoterixin, candixidin….

(43)

(44)

(45) ☻ Rickettsia: Rickettsia là loại sinh vật nhân nguyên thủy G- chỉ có thể tồn tại trong tế bào các sinh vật nhân thực. Chúng khác với Mycoplasma ở chỗ có thành tế bào và không thể sống độc lập trong các môi trường nhân tạo. Chúng khác với Chlamydia ở chổ tế bào lớn hơn, không có dạng qua lọc, năng lực sinh tổng hợp khá mạnh và không tạo thành các thể bao hàm..

(46) * Đặc điểm chung của Rickettsia: +Tế bào có kích thước thay đổi, loại nhỏ nhất chỉ là 0.25 x 1.0 μm, loại lớn nhất là 0.6 x 1,2 μm hoặc 0.8 – 2 μm. +Tế bào có hình thái biến hóa, có thể có hình que, hình cầu, hình song cầu, hình sợi… Trong tế bào bị cảm nhiễm Rickettsia sắp xếp vô quy tắc nhưng thường tụ tập thành từng khối dày đặc..

(47) +Có thành tế bào bắt màu G- nhưng khó nhuộm, thường dùng các phương pháp nhuộm Giemsa, Giménez, Macchiavello. +Kí sinh bắt buột trong tế bào các sinh vật nhân thực. Vật chủ thường là các động vật có chân đốt như ve, bét, bọ, rận… Đáng chú ý là các loài Dermacentor andersoni, Dermacentor gvariabilis, Pediculus humanus, Xenopsylla cheopis. Các động vật nhỏ bé này sẽ truyền mầm bệnh qua người và các động vật có xương sống khác..

(48) +Sinh sản bằng phương thức phân cắt thành 2 phần đều nhau. +Mẫn cảm với các chất kháng sinh như: penixilin, tetrexiclin, cloramphenicol, lincomixin. +Có các chu trình trao đỗi năng lượng không hoàn chỉnh, phần lớn chỉ có thể sử dụng axit glutamic để sinh năng lượng chứ không sử dụng được glucose..

(49) +Thường được nuôi cấy trong phôi gà, trong các động vật mẫn cảm, trong các tổ chức nuôi cấy (như dòng tế bào Hela). +Mẫn cảm với nhiệt độ. Bị chết ở 56oC trở lên sau 30 phút..

(50) Các loài Rickettsia gây bệnh chủ yếu ở người gồm có Rickettsia prowalzekii (gây bệnh sốt Rickettsia phát ban), R.tsutsugamushi (hay còn gọi là R. orientalis gậy bệnh Tsutsugamushi), R. mooseri (hay còn gọi là R. typhi, gậy bệnh sốt Rickettsia phát ban đại phương), Rochalimaea quintana (gây bệnh sốt chiến hào hay còn gọi là sốt 5 ngày), Coxiella burnetii (gây bệnh sốt Q, hay còn gọi là sốt Query), R. rickettsia (sốt phát ban núi đá)..

(51) ☻ CHLAMYDIA: Đó là 1 loại vi khuẩn rất bé nhỏ, qua lọc, Gˉ, có chu kỳ phát triển độc đáo, kí sinh bắt buộc trong tế bào các sinh vật nhân thật..

(52) Chlamydia khác virus ở những điểm sau đây: – Có cấu tạo tế bào. – Có chứa đồng thời 2 loại acid nucleic: AND và ARN. – Có thành phần tế bào chứa peptidoglycan đặc trưng cho vi khuẩn G. – Có ribosome trong tế bào. – Có hệ thống enzyme không hoàn chỉnh, thiếu các enzyme vào quá trình trao đổi sinh năng lượng, do đó bắt buộc phải kí sinh trong các tế bào có nhân thật..

(53) – Phân cắt thành hai phần bằng nhau lúc sinh sôi nảy nở. – Rất mẫn cảm với các chất kháng sinh và sulphamit (riêng Chlamydia psittaci có tính đề kháng cao đối với sulphamit) – Trong phòng thí nghiệm có thể nuôi cấy trong màng bao lòng đỏ trứng gà, trong khoang bụng chuột bạch, trên tế bào Hela...

(54) Chlamydia có một chu kỳ sống khá đặc biệt: Dạng cá thể có khả năng xâm nhiễm gọi là nguyên thể. Đó là loại tế bào hình cầu có thể chuyển động, đường kính nhỏ bé (0,2-0,5 micromet) nhuộm Giesma bắt nàu tím, nhuộm Macchiavello bắt màu đỏ. Nguyên thể bám chắc được vào mặt ngoài của tế bào vật chủ và có tính cảm nhiễm cao..

(55) Lúc nguyên thể gặp tế bào dễ cảm nhiễm phần không chịu nhiệt ở bề mặt nguyên thể hấp thụ lên phần thụ thể mẫn cảm với men của tụy tạng. Nhờ tác dụng thực bào của tế bào vật chủ mà nguyên thể xâm nhập vào trong tế bào, phần màng bao quanh nguyên thể biến thành không bào. Nguyên thể lớn dần lên trong không bào và biến thành thuỷ thể..

(56) Thuỷ thể (thuỷ = nguyên thuỷ) còn gọi là thể dạng lưới, là loại tế bào hình cầu màng mỏng, khá lớn, (đường kính 0,8- 1,5 micromet). Thuỷ thể liên tiếp phân cắt thành 2 phần đều nhau và tạo thành vi khuẩn lạc trong tế bào chất của vật chủ. Về sau một lượng lớn các tế bào con lại phân hoá thành các nguyên thể nhỏ hơn nữa, màng dày có tính cảm nhiễm. khi tế bào vật chủ bị phá vỡ các nguyên thể được giải phóng ra sẽ xâm nhiễm vào các tế bào khác..

(57) ☺Dưới đây là bảng tóm tắt vài đặc điểm so sánh giữa nguyên thể và thuỷ thể của Chlamydia:.

(58) Nguyên thể. Thuỷ thể. Kích thước. 0,2 - 0,5. 0,8 -1,5. Thành tế bào. Vững chắc, không có Mềm yếu, cho các các cao phân tử đi cao phân tử đi qua qua. AND. Dày đặc. Phân tán. ARN:AND. 1:1. 3:1. Metionin, Xixtein. Có. Không có. Hoạt tính trao đổi Thấp chất. Cao. Năng kháng. Yếu. lực. đề Mạnh. Chức năng sinh Cảm nhiễm học. Sinh cắt). sản. (phân.

(59) 2.1.2 Vi khuẩn cổ (Archaeobacteria):.

(60) Vi khuẩn cổ Sulfolobus. Vi khuẩn cổ là một phân nhóm lớn trong sinh vật nhân sơ (prokaryote, cùng vi khuẩn). Archeae là một phân ngành chính của những sinh vật sống, mặc dù chưa có sự chắc chắn nào về sự hình thành loài..

(61) Archeae (vi khuẩn cổ), Eukaryote (sinh vật nhân chuẩn) và Bacteria (vi khuẩn) là những phân nhóm cơ bản, trong cái được gọi là hệ thống 3 ngành chính. Về vị trí phân loại của những sinh vật này có nhiều điểm chưa thống nhất vì chúng có những đặc điểm giống với vi khuẩn nhưng cũng mang nhiều đặc điểm của sinh vật nhân chuẩn..

(62) Giống vi khuẩn, vi khuẩn cổ là những sinh vật đơn bào thiếu nhân (nucleic), do đó chúng là sinh vật nhân sơ, được phân loại là thuộc về giới Monera trong các phân loại truyền thống 5 giới. Tuy nhiên, vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn lại có quan hệ họ hàng gần gũi với nhau hơn là so với vi khuẩn thật sự (Eubacteria), và chúng được nhóm cùng nhau trong nhánh Neomura, được cho là đã phát sinh từ các vi khuẩn Gram dương..

(63) Ban đầu người ta tìm thấy chúng ở những môi trường sống khắc nghiệt, nhưng sau này người ta tìm thấy chúng ở hầu hết môi trường sống.. So sánh với vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn : Archaea là tương tự như các sinh vật nhân sơ khác ở phần lớn các khía cạnh của cấu trúc tế bào và trao đổi chất..

(64) Tuy nhiên, các quá trình sao mã và phiên dịch gen của chúng - hai quá trình trung tâm trong sinh học phân tử - lại không thể hiện các đặc trưng điển hình của vi khuẩn, mà lại cực kỳ giống với các đặc trưng của sinh vật nhân chuẩn..

(65) Ví dụ : Sự phiên dịch gen ở vi khuẩn cổ sử dụng sự khởi đầu và các hệ số kéo dài tương tự như ở sinh vật nhân chuẩn, còn sự phiên dịch gen của chúng có sự tham gia của các protein liên kết TATA và TFIIB, giống như ở sinh vật nhân chuẩn. Nhiều gen tARN và rARNA ở vi khuẩn cổ chứa các intron duy nhất có ở các vi khuẩn cổ, không có ở các intron của sinh vật nhân chuẩn mà cũng chẳng có ở vi khuẩn..

(66) Một vài đặc trưng khác cũng làm cho Archaea tách rời ra khỏi vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn. Không giống như phần lớn các vi khuẩn, chúng có màng tế bào đơn không có thành peptidoglycan. Ngoài ra, cả vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn đều có các màng bao gồm chủ yếu là các lipit dạng este của glycerol, trong khi ở vi khuẩn cổ lại là màng từ các lipit dạng ête của glycerol..

(67) NRC-1 của Halobacteria.

(68) Nguồn gốc và tiến hóa ban đầu : Thuật ngữ sinh học Archaea không nên nhầm lẫn với thuật ngữ địa chất học Archean (đại Archeozoic hay liên đại Thái cổ). Thuật ngữ sau được dùng đẻ chỉ tới thời kỳ nguyên thủy của lịch sử Trái Đất khi Archaea và Bacteria là những sinh vật duy nhất sống trên hành tinh này..

(69) Các hóa thạch có thể là của những vi sinh vật này đã được xác định niên đại tới khoảng 3,8 tỷ năm trước (3.800 Ma). Các dấu tích của chúng được tìm thấy trong trầm tích ở miền tây Greenland, trầm tích cổ nhất đã phát hiện được..

(70) 2.2.2 VI TAÛO : Vi tảo là tảo hiển vi có sắc tố quang hợp.Vi tảo ñôn giaûn nhaát laø cô theå ñôn baøo hay taûo ñôn baøo, như tập đoàn Volvox, Pediastrum, Scenendesmus (thuộc nhóm Archethaller) hay phức tạp hơn có bộ phaän ñính.

(71) bám vào bộ phận dựng đứng như các sợi phân nhaùnh hay khoâng (coù theå coù vaùch ngaên taïo thành các tế bào tương đối độc lập hay không có vách ngăn như một ống cộng bào,những taûo naøy phaân chia baèng caùch chia:.

(72) + Các tế bào lạ ở giữa hay bằng cách rụng tế bào ở đầu cùng, chúng sinh sản hữu tính bằng tiếp hợp đẳng giao hay dị giao. + Các sắc tố quang hợp và hổ trợ ở các nhóm tảo khác nhau thì khác nhau,hiện nay đã biết 6 nhóm tảo với các sắc tố dã được nghiên cứu kĩ..

(73) Bảng so sánh các loại vi tảo thường gặp: Ngaønh taûo. Dieäp caro luïc te n 1. A vaø Anp Chlorob ha phyta vaø (taûo be luïc) ta. Oxy-caroten. Moät soá t/c. Lutein ,zeaxantin ,neoxantin ,violaxantin. Teá baøo 2 roi,ss voâ tính baèng chia ñoâi hay ss hữu tính, chất dự trữ là tinh boät, thaønh teá baøo chuû yeáu laø.

(74) 2. A va Euglenoph B yta ( taûo maét). Beta Astaxantin, neoxantin.. Ñôn baøo coù 1-3 roi ss voâ tính baèng chia ñoâi hay hữu tính, chất dự trữ là mỡ và loại tinh bột paramylum, khoâng coù thaønh teá baøo.

(75) 3. A va Beta Lutein, Chrysoph C, E fucoxantin, yta ( taûo diadimoxantin, vaøng, taûo diatoxantin. diatoms – silic. Phần lớn là ñôn baøo moät soá nhoû daïng sợi có 1-2 roi, ss voâ tính hoặc hữu tính.Chất dự trữ là dầu vaø lecucosin với silic, thaønh teá baøo thaám pecti,silica..

(76) 4. A và Beta Diatoxantin, Đơn bào 2 roi ở Pyrrophyt C diadimoxanti beân, ss voâ tính a ( taûo n, peridinin chia ñoâi, chaát lửa, tảo dự trữ là tinh giaùp) boät, thaønh teá baøo cenluloza ..

(77) 5. A,C Phaeophy ta (taûo naâu). Beta Tucoxantin, lutein, diatoxanttin, xantophin. Ña baøo, kích thước lớn 2 roi khác biệt ở beân, ss voâ tính bằng động bào tử, ss hữu tính baèng giao tử chuyển động. Chất dự trữ là laminarian, thaønh teá baøo coù cenluloza vaø axit alginic.

(78) 6. A, D Anph Phycoxyanil,p Rhodoph a va hycoerytin, yta (taûo beta neoxantin, đỏ) lutein, jeasantin, violasantin. Haàu heát ña baøo, kích thước lớn, bất động, ss vô tính baèng baøo tử, hữu tính baèng giao tử.Chất dự trữ laø tinh boät.Thaønh teá bào chứa chủ yeáu laø cenluloza.

(79) 2.2.3 Một số động vật nguyên sinh: Động vật đơn bào là những cơ thể đơn bào nhân chuẩn,chúng thường dinh dưỡng hữu cơ, một số nhỏ quang dưỡng. Hiện nay nhiều nhà nghiên cứu động vật nguyên sinh coi động vật nguyên sinh là một phân giới (Subkingdom) gồm 8 nhánh, nằm trong giới nguyeân sinh (Protista)..

(80) Dựa trên cơ sở dạng nhân, cách sinh sản và cơ chế vận động ta chia làm các nhánh sau: Nhaùnh Sarcomastigophora bao goàm caùc cô theå coù roi vaø amip, nhöng cô theå chæ coù moät nhaân. Nhánh Actinopoda giống với những động vật nguyên sinh có đối xứng phóng xạ, chúng thường coù boä khung voâ cô maûnh mai..

(81) Nhaùnh Labyrinthomorpha Nhaùnh Apicomplexa Nhaùnh Microspora Nhaùnh Ascetospora Nhaùnh Myxozoa. Các loài có đời sống hoại sinh hoặc kí sinh.

(82) Nhánh Ciliophora gồm những động vật nguyeân sinh coù loâng vaø coù hai daïng nhaân trong teá baøo. Với hơn 30000 loài được mô tả, động vật đơn bào là những “cư dân” ở đất và nước. Nhiều động vật đơn bào có vai trò quan trọng ở các lớp bùn hoạt tính tại các trạm lọc nước thaûi..

(83) Một số nhóm động vật đơn bào và tính chaát cuûa chung:ù a) Nhoùm Mastigophora. Có một hoặc là nhiều roi (Flagella) tế baøo coù theå chia doïc Sống ở nước ngọt, ký sinh trên động vật. Ví duï: Trypanosoma,Giardia, Leishmania..

(84)

(85)

(86) b) Nhoùm Sarcodina. Daïng Amip, giaû tuùc, khoâng roi, chia ñoâi. Sống ở nước ngọt và mặn, kí sinh trên động vật. Ví duï: Amoeba, Entamoeba..

(87)

(88) c) Nhoùm Sporozoa Thường bất động, một số có thể trườn, bò, chia đôi, kí sinh động vật, sâu bọ. Coù cô quan ñænh giuùp chuùng xaâm nhaäp vaøo teá baøo vaät chuû. Giai đoạn đơn bội chiếm phần lớn vòng đời phát triển. Kí sinh sơ cấp trên động vật chân đốt, taùc nhaân truyeàn beänh kí sinh. Ví duï: Plasmodium(gaây beänh soát reùt côn Malaria), Toxoplasma.

(89)

(90) d) Nhoùm Ciliophora Nhieàu roi ngaén (tieâm mao, cilia), chia ñoâi ngang, mỗi tế bào thường có nhân lớn và nhân bé làm chức năng khác nhau. Sinh sản hưũ tính bằng tiếp hợp. Sống ở nước ngọt và mặn, kí sinh trên động vật, trong dạ của động vật nhai lại. Ví duï: Paramecium, Balantidium.

(91)

(92) e) Nhoùm Cnidospora Hình thành chuỗi bào tử nhờ sợi phình ra vaø caét khuùc. Có tế bào chích, có thể phóng ra ngoài thaønh gai baùm. Giai đoạn lưỡng bội chiếm phần lớn vòng đời phát triển. Kí sinh trên động vật có xương và không xöông. Ví duï: Nosema gaây beänh taàm gai..

(93)

(94) Chương IV: DINH DƯỠNG, SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT.

(95) 4.1. CÁC KIỂU DINH DƯỠNG Ở VI SINH VẬT 4.1.1.Nhu cầu dinh dưỡng và năng lượng Các chất dinh dưỡng đối với vi sinh vật là bất kỳ chất nào được vi sinh vật hấp thụ từ môi trường xung quanh và được chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp cho quá trình sinh tổng hợp tạo ra các thành phần của tế bào hoặc để cung cấp cho quá trình trao đổi năng lượng..

(96) Quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng để thoả mãn mọi nhu cầu sinh trưởng và phát triển được gọi là quá trình dinh dưỡng. Chất dinh dưỡng phải là những hợp chất có tham gia vào các quá trình trao đổi chất nội bào. Thành phần hoá học của tế bào vi sinh vật quyết định nhu cầu dinh dưỡng của chúng. Thành phần hoá học của các chất dinh dưỡng được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, các nguyên tố khoáng đa và vi lượng.

(97) Lượng các nguyên tố chứa ở các vi sinh vật khác nhau là không giống nhau. Trong các điều kiện nuôi cấy khác nhau, tương ứng với các giai đoạn phát triển khác nhau, lượng các nguyên tố chứa trong cùng một loài vi sinh vật cũng không giống nhau. Trong tế bào vi sinh vật các hợp chất được phân thành hai nhóm lớn: (1) nước và các muối khoáng; (2) các chất hữu cơ..

(98) Nước và muối khoáng: Nước chiếm 70 đến 90% khối lượng cơ thể vi sinh vật. Phần nước có thể tham gia vào quá trình trao đổi chất của vi sinh vật được gọi là nước tự do. Đa phần nước trong vi sinh vật đều ở dạng nước tự do. Nước kết hợp là phần nước liên kết với các hợp chất hữu cơ cao phân tử trong tế bào. Nước liên kết mất khả năng hoà tan và lưu động..

(99) Muối khoáng chiếm khoảng 25 % khối lượng khô của tế bào. Chúng thường tồn tại dưới các dạng muối sunfat, phosphat, cacbonat, clorua...Trong tế bào chúng thường ở dạng các ion. Các ion trong tế bào vi sinh vật luôn luôn tồn tại ở những tỷ lệ nhất định, nhằm duy trì độ pH và áp suất thẩm thấu thích hợp cho từng loại vi sinh vật. Chất hứu cơ trong tế bào vi sinh vật chủ yếu được cấu tạo bởi các nguyên tố: C, H, O, N, P, S...Riêng các nguyên tố C, H, O, N 97% toàn bộ chất khô của tế bào..

(100) Đó là các nguyên tố chủ yếu chiếm tới 90% cấu tạo nên protein, axit nucleic, lipit, hydrat - cacbon. Trong tế bào vi khuẩn các hợp chất đại phân tử chỉ chiếm 3,5% , còn các ion vô cơ chỉ có 1%. Vitamin cũng có sự khác nhau rất lớn về nhu cầu của vi sinh vật. Có những vi sinh vật tự dưỡng chất sinh trưởng, chúng có thể tự tổng hợp ra các vitamin cần thiết. Nhưng cũng có nhiều vi sinh vật dị dưỡng chất sinh trưởng, chúng đòi hỏi phải cung cấp nhiều loại vitamin khác nhau với liều lượng khác nhau..

(101) Nguồn thức ăn carbon của vi sinh vật Căn cứ vào nguồn thức ăn carbon người ta chia sinh vật thành các nhóm sinh lý tự dưỡng và dị dưỡng. Tuỳ nhóm vi sinh vật mà nguồn carbon được cung cấp có thể là các chất vô cơ (CO2, NaHCO3, CaCO3...) hoặc chất hữu cơ. Giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ các nguồn thức ăn khác nhau phụ thuộc vào hai yếu tố: một là thành phần hoá học và tính chất sinh lý của nguồn thức ăn này, hai là đặc điểm sinh lý của từng loại vi sinh vật. Thường sử dụng đường làm nguồn carbon khi nuôi cấy phần lớn các vi sinh vật dị dưỡng..

(102) Trong các môi trường chứa tinh bột trước hết phải 700oC, sau đó đun sôi rồi mới đưa đi tiến hành hồ hoá tinh bột ở nhiệt độ 60oC khử trùng. Celluloza được đưa vào các môi trường nuôi cấy vi sinh vật phân giải celluloza dưới dạng giấy lọc, bông hoặc các dạng celluloza . Khi sử dụng lipit, parafin, dầu mỏ... làm nguồn carbon nuôi cấy một số loài vi sinh vật, phải thông khí mạnh để tạo từng giọt nhỏ để có thể tiếp xúc được với thành tế bào của vi sinh vật..

(103) Các hợp chất hữu cơ chứa cả C và N (pepton, nước thịt, nước chiết ngô, nước chiết nấm men, nước chiết đại mạch, nước chiết giá đậu...) có thể sử dụng vừa làm nguồn C vừa làm nguồn N đối với vi sinh vật. Trong công nghiệp lên men, rỉ đường là nguồn carbon rẻ tiền và rất thích hợp cho sự phát triển của nhiều loại vi sinh vật khác nhau..

(104) Nguồn thức ăn nito của vi sinh vật Nguồn nito dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật là NH3 và NH4+. Muối nitrate là nguồn thức ăn nito thích hợp đối với nhiều loại tảo, nấm sợi và xạ khuẩn nhưng ít thích hợp đối với nhiều loại nấm men và vi khuẩn. Thường sử dụng muối NH4NO3- để làm nguồn nito cho nhiều loại vi sinh vật. Nguồn nito dự trữ nhiều nhất trong tự nhiên chính là nguồn khí nito tự do (N2) trong khí quyển..

(105) Vi sinh vật còn có khả năng đồng hoá rất tốt nito chứa trong các thức ăn hữu cơ. Nguồn nito hữu cơ thường được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật là pepton loại chế phẩm thuỷ phân không triệt để của một nguồn protein nào đấy. Nhu cầu về acid amin của các loại vi sinh vật khác nhau là rất khác nhau. Nguồn thức ăn khoáng của vi sinh vật Khi tạo các môi trường tổng hợp (dùng nguyên liệu là hoá chất) bắt buộc phải bổ sung đủ các nguyên tố khoáng cần thiết. Nồng độ cần thiết của từng nguyên tố vi lượng trong môi trường thường chỉ vào khoảng 10 - 8 M..

(106) Nhu cầu khoáng của vi sinh vật cũng không giống nhau đối với từng loài, từng giai đoạn phát triển. Nhu cầu về chất sinh trưởng của vi sinh vật Một số vi sinh vật muốn phát triển cần phải được cung cấp những chất sinh trưởng thích hợp nào đó. Đối với vi sinh vật chất sinh trưởng là một khái niệm rất linh động. Chất sinh trưởng có ý nghĩa nhất là những chất hữu cơ cần thiết cho hoạt động sống của một loài vi sinh vật nào đó không tự tổng hợp được ra chúng từ các chất khác. Như vậy những chất được coi là chất sinh trưởng của loại vi sinh vật này hoàn toàn có thể không phải là chất sinh trưởng đối với một loại vi sinh vật khác..

(107) Thông thường các chất được coi là các chất sinh trưởng đối với một loại vi sinh vật nào đó có thể là một trong các chất sau đây: các gốc kiềm purin, pirimidin và các dẫn xuất của chúng, các acid béo và các thành phần của màng tế bào, các vitamin thông thường....

(108) 4.1.2 Các hình thức dinh dưỡng Căn cứ vào dạng năng lượng sử dụng vi sinh vật có thể được chia làm 2 loại: Vi sinh vật quang dưỡng (Phototroph) hay quang tổng hợp. Những cơ thể có thể lấy năng lượng từ các tia sáng dù trong trao đổi chất của mình. Những vi sinh vật hóa dưỡng (Chemotroph) sử dụng năng lượng oxi hóa của các sản phẩm hữu cơ hay vô cơ (muối vô cơ) trong trao đổi chất của mình. Các vi khuẩn quang dưỡng có thể cần các hợp chất vô cơ hay hữu cơ làm nguồn cho điện tử, do đó người ta gọi là những vi khuẩn quang dưỡng vô cơ (Photolitotroph).

(109) và quang dưỡng hữu cơ (Photoorganotrph). Các cơ thể quang dưỡng vô cơ hay quang tự dưỡng (Photoautotroph) chuyển năng lượng ánh sáng thành năng lượng chuyển hóa vật chất (ATP) và chất có tính khử (NADPH). CO2 là nguồn carbon chủ yếu, H2O hay H2S là chất cho electron: ở đây có thể là những vi khuẩn quang hợp thải oxi giống như cây xanh như nhiều loại vi khuẩn lam (Gloeocapsa, Spirulina, Anabaena, Nostoc và Prochloron), các tảo đơn bào hoặc là quang hợp không thải oxi như các vi khuẩn lục thuộc họ.

(110) Chlorobacteriaceae (Chlorobium, Thiosulfatophilum… đây là những vi khuẩn quang dưỡng vô cơ kị khí với sự có mặt H2S hoặc S2O3-, chúng không có khả năng quang dị dưỡng).Các vi khuẩn lưu huỳnh màu tía thuộc bộ Thiordobacteriales như Chromatium, những vi khuẩn này có khả năng phát triển trên môi trường muối vô cơ như nhiều loại cây xanh, đây là những vi khuẩn kị khí quang dưỡng vô cơ khi có mặt trong môi trường S hoặc H2S. Các vi khuẩn quang dưỡng hữu cơ hay.

(111) quang dị dưỡng (Photoheterotroph) dùng ánh sáng làm nguồn năng lượng và hợp chất hữu cơ làm nguồn carbon cơ bản, như các vi khuẩn màu tía không lưu huỳnh thuộc bộ Athorhodobacteriles, họ Athiorhodaceae, các loài thuộc giống Rhodospirillum. Những vi khuẩn này thiên về vi hiếu khí (Microaerophile), là những vi khuẩn quang dưỡng hữu cơ, không có khả năng phát triển với H2S là chất cho electron độc nhất; chất cho electron của chúng là acetat, succinat hay hidrogen..

(112) Các vi khuẩn hóa dưỡng vô cơ hay hóa tự dưỡng (Chemolithotroph) sử dụng năng lượng hóa học và CO2 . Năng lượng có được là nhờ oxi hóa các hợp chất vô cơ khử NH4+ ,NO3,H2,H2S, S,S2O3-,CO, Fe2+,Mn2+. Chúng hính thành một nhóm rất hạn chế tham gia vào các chu trình vật chất sống ở trong đất và nước, như Hydrogenomonas oxi hóa hydrogen, Nitrosomonas oxi hóa NH3, Nitrobacter oxi hóa nitrite, Thiobacillus oxi háo các hợp chất khử của lưu huỳnh… Các cơ thể hóa dưỡng hữu cơ hay hóa dị dưỡng (Chemoheterotroph) bao gồm các vi khuẩn, nấm,.

(113) động vật nguyên sinh, động vật, những cơ thể sử dụng năng lượng hóa học và một cơ chất hữu cơ làm nguồn carbon chủ yếu. Một nhóm lớn các vi khuẩn hóa dưỡng hữu cơ là những vi sinh vật gây bệnh hoặc rất được chú ý trong y học, các vi khuẩn tạp nhiễm vào thức ăn, các vi khuẩn được sử dụng trong công nghiệp để tổng hợp các chất kháng sinh, các loại vitamin, các acid amin… Vi khuẩn kí sinh là những vi sinh vật sống trong tế bào chủ như các loài Rickettsia, Chlamydia… chúng lấy năng lượng và các chất từ cơ thể chủ nhờ kí sinh bắt buộc..

(114) Tùy thuộc vào nguồn carbon, những vi sinh vật được chia thành 2 nhóm lớn: vi sinh vật tự dưỡng và vi sinh vật dị dưỡng. Các vi sinh vật tự dưỡng (autotroph) có thể sinh trưởng phát triển trên môi trường vô cơ chứa CO2 là nguồn carbon duy nhất. Các vi sinh vật dị dưỡng (heterotroph) đòi hỏi các hợp chất hữu cơ để phát triển. Các vi sinh vật dị dưỡng có thể phân giải vô số các hợp chất hidrate carbon khác nhau: Một số dùng các phản ứng đơn giản như rượu cồn. Acid acetic và acid lactic; một số khác phân giải các hợp chất phức tạp hơn như các loại đường, các polysacharide..

(115)

(116) 4.1.3. Các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng và vi lượng A.Các nguyên tố đa lượng: Gồm C, H, O, N, S, P, K, Ca, Fe, chiếm 95% sinh khối khô của vi sinh vật. Các chất này được vi sinh vật sử dụng để xây dựng nên glucid, lipit, protein và acid nucleic (6 nguyên tố đầu chiếm khoảng 10-2 mol/l, 4 nguyên tố còn lại tồn tại dưới dạng cation và được thực hiện vào các chức năng khác nhau):.

(117) + K: Rất cần để hoạt hóa nhiều loại enzyme,trong đó có enzyme tổng hợp protein. + Ca: Giúp cho nội bào phân tửu bền nhiệt + Mg: Là cofactor của nhiều enzyme, nó hình thành một phức chất với ATP làm bền vững các ribosome và màng tế bào. + Fe: Tổng hợp citochrom và là cofactor của nhiều loại enzyme và các protein vận chuyển electron..

(118) B.Các nguyên tố vi lượng (vi chất dinh dưỡng): Gồm Mn, Zn, Co, Mo, Ni, Cu được vi sinh vật sử dụng với lượng rất nhỏ (10-5-10-6) nhưng không thể thiếu được. + Zn: Có mặt trong phần hoạt tính của một số enzyme tham gia vào tổ hợp các tiểu phần điều chỉnh và xúc tác aspartate transcacbamylaza của E.coli..

(119) + Mn: Cần thiết để tạo nên enzyme xúc tác vận chuyển nhóm phosphate. + Mo: Cần thiết để tạo nên enzyme cố định nito phân tử. + Co: Là thành phần của vitamin B12. + Các nguyên tố này thường có sẵn trong nước, trong môi trường sống tự nhiên của vi sinh vật..

(120) 4.1.4. Các nhân tố sinh trưởng Một số vi sinh vật đã mất đi hoặc hoàn toàn không có khả năng tổng hợp một số hợp chất hữu cơ ( acid amin, nucleotide, purin, pyrimidin, vitamin…) rất cần thiết cho hoạt động sống cũng như cho việc xây dựng vật chất của tế bào. Có những vi sinh vật (auxotroph) cần những nhân tố xác dịnh phải có trong môi trường để sống, ngược lại có những vi sinh vật (Prototroph) lại không cần thiết hợp chất đó..

(121) Muốn biết một loài vi sinh vật cần nhân tố sinh trưởng nào để sống thì người ta nuôi dưỡng chúng trên môi trường thích hợp, với những vi sinh vật đó chỉ cho thêm hoặc không có hợp chất cần nghiên cứu. Nhân tố sinh trưởng là những hợp chất bắt buộc cần phải bổ sung cho vi sinh vật vì chúng không có khả năng tổng hợp. Có những hợp chất bản thân vi sinh vật tự tổng hợp được một phần, cần bổ sung vào như là tác nhân kích thích..

(122) Nhu cầu về nhân tố sinh trưởng đối với vi sinh vật luôn luôn bị thay đổi theo điều kiện nuôi cấy (Muccor rouxii cần vitamin, biotin và tiamin chỉ trong điều kiện kị khí). Vitamin nhóm B là loại nhân tố sinh trưởng đầu tiên phát hiện thấy ở vi sinh vật. Hầu hết các vitamin của nhóm này giữ vai trò cofecmen hoặc tham gia vào thành phần fecmen. Có khoảng 15 loại vitamin mà các vi sinh vật cần dến với mức độ khác nhau. Ở động vật nguyên sinh và vi khuẩn lactic cần 5-6 loại vitamin (rất cần biotin và taamin). Đối với các loài tảo thì nhu cầu B12 thể hiện rất rõ..

(123) 4.2. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT 4.2.1. Các tác nhân lý học: a. Nhiệt độ: Nhiệt độ có ảnh hưởng sâu sắc không những đối với sự sinh sản của vi sinh vật mà còn đối với sự trao đổi chất của chúng (ảnh hưởng đến tốc độ của các phản ứng hóa học và sinh hóa học). Căn cứ vào nhiệt độ tối ưu của sự phát triển, người ta phân biệt thành các loại vi sinh vật sau:.

(124) Những vi sinh vật ưa ấm sống ở nhiệt độ trung bình khoảng 20 và 400C(tối ưu ở 30-370C). Những vi sinh vật ưa lạnh có nhiệt độ tối ưu cho sự sinh trưởng và phát triển ở khoảng 100C, nhưng chúng có thể phát triển ở 00C. Các vi sinh vật ưa nhiệt sinh sản tốt nhất ở nhiệt độ khoảng 45 - 550C. Những vi sinh vật ưa (nóng) nhiệt độ cao có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu ở khoảng 700C hay hơn nữa (ví dụ nhiều loại vi sinh vật cổ ưa nóng)..

(125) Sự phân định các nhóm trên không phải là tuyệt đối mà thường giới hạn giữa các nhóm có phần xen cài lên nhau. Phần lớn các vi sinh vật là ưa ấm trung bình. Nấm mốc và nấm men là những vi sinh vật ưa mát, nhưng có một số nấm men có thể phát triển được ở 450C và một số khác ở 10C (nhóm ưa lạnh). Các vi khuẩn gây bệnh trên người và động vật, hệ vi khuẩn bình thường trên da hoặc niêm mạc, các vi sinh vật hoại sinh ở môi trường quanh ta tham gia vào quá trình phân giải các chất hữu cơ, thuộc về những cơ thể ưa ấm..

(126) Các vi khuẩn ưa nhiệt thường gặp ở các loài của giống Bacillus và Clostridium. Đôi khi có ngoại lệ: gần đây khoa học đã phát hiện được các vi sinh vật cổ sống ở đáy biển, ở nguồn nước nóng có thể chịu được nhiệt độ đến 2500C, với áp suất 256 atm (ví dụ: Pyroditium occultum).Những loài này có thể chịu được áp suất đặc biệt cao như vậy gọi là những vi sinh vật ưa áp.Những vi sinh vật ưa mát hay ưa lạnh phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Đó thường là những trực khuẩn Gram âm không sinh bào tử thuộc các giống Pseudomonas, Cytophaga, Flavobacterium, Acinetobacter, Aeromonas..

(127) Chúng có thể tập nhiễm và làm biến chất rất nguy hiểm đối với các sản phẩm sinh học (máu hay các chất từ máu) được lưu giữ lâu ở nhiệt độ thấp, cũng như thức ăn ướp lạnh quá hạn sử dụng. Những điều kiện độ cần phải chú ý trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm là rất quan trọng đối với dời sống..

(128) b. PH Độ PH được đo bằng nồng độ các H+ và OH- trong dung dịch. Hoạt tính PH được thể hiện ở 3 mức độ: tại môi trường, tính dễ thấm qua màng và hoạt động trao đổi chất. Khi sử dụng một số chất dinh dưỡng (nhất là có cac ion kim loại) có bị thay đổi do sự cân bằng ion, sự tổng hợp ATP phụ thuộc nhiều vào dòng ion, hoạt tính enzym rất nhạy cảm với sự thay đổi PH.

(129) Các nấm mốc và nấm men ưa sống trong PH axit (PH 3-6), có một số loài (Sac. Bailii) sống ở PH 1,5-2. Các vi khuẩn sinh trưởng tốt nhất ở môi trường trung tính (PH 6,5-7,5).Đối với nhiều vi khuẩn, giới hạn PH tương đối rộng ( ví dụ: E. coli có thể phân chia từ PH 4,4 đến PH 9;T. thiooxydans có PH tối ưu gần 2 để sinh trưởng lại có thể phát triển ngay cả khi PH = 0..

(130) Các vi khuẩn Lactobacillus cần PH khoảng 6, vì vậy chaung1 là những vi khuẩn ưa axit. Các Vibrio phát triển ở PH tối ưu khoảng 9, đó cũng là tính chất rất có lợi để phân lập tuyển chọn chúng từ các môi trường rất dễ bị nhiễm tạp như nước phân, nước ao tù… Đó là những vi khuẩn ưa kiềm..

(131) Để tránh sự thay đổi đột ngột nồng độ H+ người ta sử dụng dung dịch đệm hoặc các loại canxicacbonat (CaCO3) không hào tan, các dung dịch đệm photphat (K2HPO4 hoặc KH2PO4) được bổ sung vào môi trường, bởi vì chúng có thể điều chỉnh được một biên độ rất rộng PH quanh giá trị trung tính. Các loại canxicacbonat dưới dạng bột phấn hay bột đá được dung trong nhiều loại môi trường; chúng trung hòa các chất trao đổi có tính axit bằng cách hình thành các loại muối canxi..

(132) c. Oxi Tùy theo khả năng sử dụng oxi phân tử (O2)mà người ta phân biệt vi sinh vật thành các nhóm: Các vi sinh vật hiếu khí đòi hỏi oxi tự do để phát triển. Các vi sinh vật kị khí bắt buộc chỉ có thể phát triển trong điều kiện không có oxi không khí (bởi vì chúng không có catalaza, superoxit dismutaza) do đó không có thể loại bỏ được các sản phẩm oxi hóa độc hại cho tế bào như nước nặng (H2O2) và các ion superoxit..

(133) Các vi sinh vật hiếu khí- kị khí (aeroanaerobes) hoặc kị khí không bắt buộc (anaerobes facultative) có thể sinh trưởng, phát triển khi có hoặc không có oxi tự do. Các vi sinh vật vi hiếu khí chỉ có thể phát triển trong môi trường có nồng độ oxi phân tử thấp. Các loại nấm, tảo, thực vật và động vật là những cơ thể phát triển trong điều kiện hiếu khí. Một số nấm men có thể sinh trưởng và phát triển chậm trong môi trường gần như kị khí, khi đó chúng tiến hành lên men..

(134) Có vài loài nấm mốc như: P. requeforti là những cơ thể hiếu khí nhưng có thể chịu sống trong môi trường có hàm lượng oxi thấp. Các vi khuẩn gồm nhiều loại, trải ra từ kị khí, đến hoàn toàn hiếu khí. d. Áp suất: Phần lớn hầu như vi khuẩn không chịu ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất. Chúng được bảo vệ nhờ thành cứng, nếu thành cứng này bị phá hủy (ví dụ bởi lyzozyme), thì giải phóng thể nguyên sinh yếu ớt..

(135) Áp suất bên trong tế bào thường cao hơn bên ngoài, vì vậy thể nguyên sinh này cần phải được giữ trong môi trường ngoài cân bằng về áp suất, như đưa nó vào dung dịch đường saccharose khoảng 20%, nếu không thì thể nguyên sinh bị nổ vỡ. Mối quan hệ thờ ơ của nhiều vi sinh vật đối với áp suất thẩm thấu không đúng với nhiều loại vi khuẩn ở biển thích nghi với môi trường chứa đến 35g NaCl/1l nước biển. Tùy theo sự mẫn cảm của chúng đối với áp suất thẩm thấu mà người ta chia thành các nhóm:.

(136) Những vi khuẩn không ưa mặn phát triển trong môi trường có nồng độ NaCl dưới 0,2M như vi khuẩn Enterrobacteri. Pseudomonas… Những vi khuẩn ưa mặn cần nồng độ muối 0,2M đối với các loài ưa mặn trung bình (Ps. Mariana); 5,2M đối với những loài ưa rất mặn như Halococcus morrhueae, Halobactorium salinarium…(một số Archaea). Các vi sinh vật chịu mặn như Staphylococcus, một số nấm men và nấm mốc, một số Lactobacillus. e. Độ ẩm: Aw.

(137) Nước được vi sinh vật sử dụng theo 2 cách: dung môi của các chất dinh dưỡng vận chuyển các chất này để tế bào sử dụng khi cần và như một tác nhân hóa học và các phản ứng thủy phân. Aw (hoạt tính nước), là lượng nước sử dụng được, có giá trị 0 < Aw < 1, tính bằng tỉ số của số phân tử dung môi trên tổng số phân tử dung môi và dung chất: n Aw = n1 là số phân tử. n1  n 2. dung chất, n2 là dung môi. Aw cũng có thể được tính theo áp suất của hơi nước của môi trường trên áp suất của hơi nước nguyên chất đo ở cùng một nhiệt độ:.

(138) Aw =. P P0. Mỗi loại vi sinh vật cần một ngưỡng độ ẩm. Khi độ ẩm thấp, chúng phát triển chậm. Khi giảm Aw dẫn đến sự thủy phân bào tương và làm giảm hoạt tính của các enzyme. Chẳng hạn Staphylococcus aureus giảm tốc độ sinh trưởng đến 10% khi Aw = 0,9. Một số vi sinh vật có thể thích nghi với điều kiện Aw tăng giảm nhất định, như các loài của.

(139) Staphylococus, Micrococcus, Sarcina. Đa số vi khuẩn thuộc loại ưa nước, chỉ có một số loại xạ khuẩn ưa khô vì chúng có thể sử dụng được cá nước ở trên bề mặt các hạt đất và ở dạng phân tử. Bào tử vi khuẩn chịu được điều kiện khô hạn cao gấp nhiều lần tế bào sinh dưỡng. Nếu làm lạnh tế bào vi khuẩn đồng thời làm khô trong chân không, có thể bảo quản được sự sống của tế bào trong thời gian dài..

(140) Sự tiêu dùng nước là một yếu tố cần tính toán khi nuôi cấy vi sinh vật, để thiết lập các môi trường cấy, để tạo các sản phẩm sử dụng dài ngày tránh dễ dàng tạp nhiễm (các thức ăn sấy khô, đông khô…) f. Ánh sáng và các mức năng lượng: Ánh sáng chỉ có tác dụng gây những biến đổi hóa học có trong tế bào một khi ánh sáng đó được tế bào hấp thụ, cón mức độ gây hại thì phụ thuộc vào mức năng lượng trong lượng tử của ánh sáng được hấp thụ..

(141) Mức năng lượng trong lượng tử lại phụ thuộc gián tiếp vào chiều dài bước sóng của tia chiếu. Các lượng tử bức xạ gây nên những biến đổi hóa học của các nguyên tử và phân tử có chiều dài bước sóng khoảng 10.000A0 ,trong đó có ánh sáng mặt trời, tia tử ngoại, tia X, tia gamma, tia vũ trụ. Các tia vụ trụ, tia gamma, và tia X có năng lượng rất lớn; khi được vật chất hấp thụ, chúng có thể làm bắn ra các electron từ các nguyên tử của các vật chất đó..

(142) Vì vậy, Các tia nói trên được gọi là tia bức xạ ion hóa. Những bức xạ có chiều dài sóng lớn hơn thì có năng lượng quá nhỏ không đủ gây nên những biến đổi hóa học như tia hồng ngoại. Ánh sáng mặt trời là nguồn tia chiếu tự nhiên, đó là phổ ánh sáng trắng có độ dài bước sóng từ 400-800A0. Nhiều loại vi sinh vật có sắc tố quang hợp (diệp lục, khuẩn diệp lục và các loại carotonoit), như vi khuẩn lam, vi khuẩn lưu huỳnh, tảo và động vật nguyên sinh… lại sử dụng ánh sáng mặt trời để quang hợp. Ánh sáng mặt trời còn có tác dụng đến sự hình thành bào tử, tổng hợp sắc tố, sự chuyển động hướng sáng ở một số vi sinh vật..

(143) Ảnh hưởng của tia sáng mặt trời lên vi khuẩn được tăng cường khi xử lí tế bào bằng một số thuốc nhuộm. Bên cạnh những tác dụng có lợi, ánh sáng mặt trời gây ra nhiều hiện tượng có hại phá hủy tế bào (ví dụ: sức nóng làm khô tế bào)..

(144) Tia hồng ngoại có bước sóng lớn hơn 8000A0. Khi được các chất trong tế bào hấp thụ thì phần lớn biến thành năng lượng. Tia tử ngoại ó độ dài bước sóng từ 136-4000A0, có năng lượng nhỏ hơn các bức xạ ion hóa. Khi vật chất trong tế bào hấp thụ, tia tử ngoại không gây hiện tượng iopn hóa nhưng kích thích các phân tử, nghĩa là chuyển các electron đến mức năng lượng cao..

(145) Tác dụng mạnh nhất của tia tử ngoại là ở vùng có bước sóng từ 2500-2600A0, nghĩa là vùng hấp thụ cực đại của axit nucleic và nucleoprotein. Dưới tác động của tia tử ngoại, các nhánh timin gần nhau trong chuỗi AND xuất hiện các liên kết cộng hoá tri, ức chế sự nhân đôi của ADN và làm cho vi khuẩn đột biến hoặc chết. Sau khi chiếu tia tử ngoại, nếu cho vi khuẩn chịu tác động của ánh sáng mặt trời thì nhiều loại vi khuẩn có khả năng sống sót (hiện tượng quang tái hoạt).

(146) Và có khả năng tổng hợp nên enzyme sửa chữa. Tia X, tia gamma và tia vũ trụ là những tia có độ dài bước sóng nhỏ hơn 1000A0. Đó là những bức xạ ion hóa có thể gây chết hoặc đột biến ở vi sinh vật. Những hư hại gây ra là do tác dụng trực tiếp của buc xạ lên các phân tử nhạy cảm nào đo bên trong tế bào hoặc do ảnh hưởng gián tiếp của các phản ứng hóa học diễn ra với sự tham gia của các gốc tự do tạo thành khi chiếu xạ. Sau khi AND biến tính, chúng mất khả năng nhân đôi..

(147) Hiện tượng ion hóa thường được áp dụng trong việc khử trùng thực phẩm, dược phẩm và gây đột biến để tạo các chủng vi sinh vật hữu ích mới. Người ta còn sử dụng tia X để chữa một số bệnh khối u..

(148) 4.2.2. Các tác nhân hóa học a.Các chất diệt khuẩn (sát trùng): Phenol: được dùng ở dạng dung dịch nước để sát trùng các dụng cụ bị nhiễm bẩn. Tùy theo nồng độ mà phenol có tác dụng diệt khuẩn hay ức khuẩn. Hoạt tính của phenol bị giảm trong môi trường kiềm và có mặt chất hữu cơ, tăng lên khi có mặt muối. Bào tử của vi sinh kháng với tác dụng của phenol.Phenol và crezol tác dụng chủ yếu lên lớp màng tế bào, phá hoại tính thấm của màng tế bào chất và làm biến tính protein..

(149) Etanol: thường dùng để sát trùng da, không có tác dụng với bào tử. Các ancohol lại có tác dụng mạnh hơn, tác dụng diệt khuẩn của nó tăng theo sự tăng khối lượng phân tử. Các ancohol có khối lượng phân tử cao hơn nữa thường khó hỗn hợp với nước nên không dùngđể sát trùng. Ancohol tác dụng bằng cách gây đông tụ protein nhưng ancohol với nồng độ cao khử nước mạnh,do đó rút nước khỏi tế bào, cản trở sự xâm nhập ancohol vào tế bào vì vậy chỉ có tác dụng ức khuẩn..

(150) Các halogen: tác dụng độc đối với vi khuẩn. Khí clo được dùng để sát trùng nước. Iot có tác dụng sát trùng lên tất cả các loài vi khuẩn và bào tử, thường được dùng để sát trùng da, tẩy uế nước và không khí. Các kim loại nặng: dù ở dạng nguyên chất hay hợp chất đều độc đối với vi khuẩn + Bạc: có tác dụng diệt khuẩn mạnh do giải phóng ion vào môi trường, dùng làm sạch nước uống, điềuchế các chế phẩm kháng khuẩn.

(151) + Thủy ngân: có thể giết chết các tế bào sinh dưởng ở nồng độ 1:1000, kìm hãm các enzim chứa nhóm -SH và kết tủa protein tế bào. +Đồng và các muối đồng :cũng có tác dụng diệt khuẩn mạnh +Arsn: dùng làm chất diệt khuẩn chủ yếu ở dạng các chất hữu cơ, các hợp chất này ít độc đối với sinh vật bậc..

(152) +H2O2 KMNO4 là những chất oxi hóa mạnh, có tác dụng kìm hãm các nhóm –SH trong phân tử enzim. Xà phòng: diệt khuẩn yếu. Các Pneumococcus và một số Streptococcus tương đối mẫn cảm với xà phòng, trái lại các trực khuẩn Gram âm, vi khuẩn axit, tụ cầu khuẩn, có khả năng kháng với xà phòng. Các muối amon bậc 4 tác dụng bằng cách phá hủy thành tế bào và màng tế bào chất, rồi làm vỡ tế bào. Mặt khác do ảnh hưởng của các muối này protein trong sinh chất bị biến tính, hàm lượng các chất chứa nito và photpho bị giảm..

(153) 2. Các chất hóa trị liệu: Đó là các chất hóa học có tác dụng độc lên vi khuẩn gây hại cho cơ thể bậc cao( khác với chất sát trùng). Cơ chế tác dụng dựa vào sự tương tự về cấu trúc của các chất này với các hợp chất mà vi khuẩn cần để tạo thành các coenzim,protein và các axit nucleic. Các chất hóa trị liệu cạnh tranh vị trí với các hợp chất đó trên phân tử enzim và kìm hãm nhiều phản ứng sinh hóa quan trọng. Các chất hóa trị liệu quan trọng nhất là các sunphonamit. Tác dụng của sunphonamit là ức khuẩn và có thể bị loại trừ khi nồng độ APAB dư thừa. Ngoài sunphonamit, hidrazit của axit izonicotinic cũng có tác dụng cạnh tranh..

(154) 3.Chất ức chế: Là những chất chỉ làm ngừng quá trình sinh trưởng, phát triển, vi sinh vật không bị giết chết mà ở trạng thái tiềm tàng. 4.Lysozyme Lysozyme có trong nước mắt, nước mũi, trong âm đạo có thể phân giải thành tế bào vi khuẩn..

(155) 5. Chất kháng sinh: Các chất kháng sinh có thể tác động lên tế bào các vi sinh vật mẫn cảm. Các chất kháng sinh cản trở việc tổng hợp màng tế bào vi khuẩn. Các chất kháng sinh ảnh hưởng việc tổng hợp protein (ảnh hưởng đến quá trình sao mã, phiên mã và dịch mã) Các chất kháng sinh còn tác động lên quá trình phosphoryl oxy hóa ở ti thể..

(156) 4.3. CÁC THÔNG SỐ SINH TRƯỞNG 4.3.1. Sinh trưởng cấp số mũ ở vi sinh vật Thể nhiễm sắc của vi khuẩn nhân đôi dẫn đến sự hình thành vách ngăn và sự phân thành hai tế bào con, những tế bào này có thể tách nhau (Micrococcus) hoặc không (liên cầu khuẩnStreptococcus, liên trực khuẩn – Streptobacillus, diplococcus, diplobacillus…) nhưng về hình dạng, cấu tạo tính chất lí hóa và sinh lí giống như tế bào mẹ..

(157) Sự sinh trưởng thường được hiểu là sự tăng số lượng vật chất sống kèm theo sự lớn lên của tế bào về kích thước và khối lượng. Tuy nhiên ở vi khuẩn có khi trong quá trình sinh trưởng, chúng hình thành bào tử khi đó khối lượng và kích thước tế bào giảm đi so với tế bào sinh dưỡng, ta gọi hiện tượng này là sinh trưởng âm. Sự phát triển có thể hiểu là sự tăng kích thước tế bào dẫn đến sự phân chia, làm tăng số lượng cá thể trong quẩn thể..

(158) Ở cơ thể đơn bào cần phân biệt sự tăng số lượng và khối lượng tế bào. Để xác định số lượng vi khuẩn hoặc khối lượng vi khuẩn, người ta dung huyền phù tế bào thuần chủng và xác định “ nồng độ vi khuẩn’’ (số lượng tế bào trong 1ml) hoặc “ tỉ khối vi khuẩn” (mg/ml)..

(159) Nếu bắt đầu từ một tế bào vi sinh vật, sau thời gian của một lứa (g) sẽ có 2 tế bào tiếp theo có 4 tế bào… Nên số lượng của chúng tăng theo cấp số mũ: 1(20) 21 22 (4) 23 (8) 24 (16)…..2n Trong điều kiện thích hợp thời gian của một lứa đối với: V: parahaemolyticus là 10 phút. E: coli là 20 phút. L: acidophilus – 100 phút..

(160) Có thể xác định số lần phân chia trong một đơn vị thời gian (1 giờ), tức là số đảo ngược (1/g), ứng với các sinh vật kế trên ta có: 6 đối với V.parahaemolyticus. 3 đối với E. coli. 0,6 đối với L. acidophilus. Nếu trong một đơn vị thể tích lúc đầu có N0 tế bào thì sau n lần phân chia số tế bào sẽ là: N = N0.2n. Số lần phân chia : n=.

(161) Số lần phân chia trong 1 giờ hay tốc độ sinh trưởng trung bình: µ ==Nếu các giá trị N1-t1, N2-t2 lấy trong pha log thì µ là cực đại và là hằng số. Nếu thời gian của 1 lứa () càng ngắn thì vi khuẩn sinh trưởng và phát triển càng nhanh. Hằng số tốc độ phân chia phụ thuộc vào loài vi sinh vật và điều kiện nuôi cấy..

(162) 4.3.2. Đồ thị sinh trưởng trong hệ “kín” ( nuôi cấy không liên tục) Hệ kín ở đây nghĩa là trong môi trường không được đổi mới; ta biết trên môi trường đặc( thạch đĩa), một tế bào vi khuẩn sau 24-48 giờ sẽ được tạo thành một khuẩn lạc. Khi cấy vi khuẩn vào môi trường dinh dưỡng, chúng sẽ sinh sôi nảy nở cho đến lúc hàm lượng một chất nào đó cần thiết cho chúng ở môi trường giảm đến mức thấp nhất,.

(163) khi đó sự sinh trưởng phát triển chậm dần và đình trệ, mặc dù tế bào vẫn tiến hành vài lần phân chia tiếp theo,nhưng cho các tế bào bé hơn và khối lượng nhỏ hơn. Nếu trong cả thời kì đó ta không bổ sung chất dinh dưỡng và loại bỏ các sản phẩm trao đổi chất thì ta có quần thể tế bào trong không gian sống có giới hạn. Sự sinh trưởng trong hệ “kín”như vậy phải tuân theo những qui luạt chi phối không chỉ đối với cơ thể đơn bào mà còn đối với cơ thể đa bào nữa..

(164) Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của loga số tế bào với thời gian gọi là đồ thị sinh trưởng. Đồ thị có thể chia làm 6 pha liên tiếp: + Pha tiềm phát(lag): Ở pha này số lượng tế bào (X) không tăng, tức là bằng Xo, đặc trưng khi μx=0, khi đó dx/dt=x. μx=0 + Pha tăng tốc: Số lượng tế bào tăng dần, do đó mx tăng dần. + Pha cấp số mũ(pha log): Ở pha này x tăng theo thời gian theo cấp số mũ và lnx tỉ lệ thuận theo t; ở số pha này mx là không đổi và là cực đại đối với điều kiện nuôi cấy cụ thể và với một chủng vi sinh vật nhất định, ta cóμx là cực đại..

(165) + Pha giảm tốc: Ở pha này, sự tăng số lượng vi sinh vật trong quần thể x bị chậm dần, μx giảm dần, tốc độ sinh trưởng riêng chậm dần. + Pha cân bằng động: Số lượng vi sinh vật x đạt đến cực đại và không đổi theo thờ gian, chính ở pha này μx=0, tốc độ sinh trưởng riêng bằng 0, vì có một số tế bào tự thủy phân cung cấp một số chất dinh dưỡng để một số tế bào tiếp tục phân chia, nên số lượng tế bào trong quần thể(N) không đổi. + Pha suy vong: Ở đây x giảm dần, tế bào tự phân giải do các enzym nội bào và các chất ngoại bào..

(166) 4.3.3. Hiện tượng sinh trưởng kép và sinh trưởng thêm Trong pha suy vong, các vi khuẩn không phân chia nữa, rất nhiều vi khuẩn chết và tự thủy phân chính bởi các enzym do chúng giải phóng ra. Một số nhỏ sống sót có thoát chết và lại có thêm vài làn nhân lên nữa phụ thuộc vào các cơ chất do những tế bào tự thủy phân giải phóng ra. Hiện tượng này gọi là hiện tượng sinh trưởng..

(167) Nếu trong môi trường tổng hợp hỗn hợp gồm hai loại cư chất cacbon, thì có thể thấy được đường cong không bình thường. Lúc đầu vi khuẩn tổng hợp loại enzim đều phân giải hợp chất dễ đồng hóa hơn, sau đó khi chất này đã cạn, vi khuẩn lại được chất thứ hai cảm ứng để tổng hợp loại enzim phân giải hợp chất cacbon thứ hai này. Trên đồ thị sinh trưởng có hai pha tiềm phát, hai pha tăng tốc, hai pha cấp số, hai pha giảm tốc rồi mới đến pha cân bằng động. Hiện tượng này được Monod mô tả là hiện tượng sinh trưởng kép..

(168) Những thực nghiệm chứng minh rằng trong giai đoạn một(A) chỉ có fructozo được sử dụng và cạn kiệt, arabinozo chỉ được tham gia trao đổi chất ở pha thứ hai(C). Có thể thu được hiện tượng sinh trưởng kép với các loại hợp chất theo hai nhóm sau: + Nhóm 1: Glucozo, saccarozo, fructozo, mantozo. + Nhóm 2: Maltozo, sorbitol,arabinozo, inositol..

(169) 4.3.4. Sinh trưởng liên tục trong môi trường luôn đổi mới Khi nuôi cấy vi sinh vật trong hệ “kín”, tức là môi trường không được đổi mới, điều kiện môi trường sống bị thay đổi, hàm lượng chất dinh dưỡng bị cạn kiệt dần, sự tích lũy các sản phẩm đã qua trao đổi tăng lên không ngừng. Đó là nguyên nhân chính làm cho pha sinh trưởng cấp số nhân chỉ kéo dài trong một thời gian ngắn, nguyên nhân làm thay đổi tốc độ sinh trưởng riêng, hình thái và các đặc điểm sinh lí sinh hóa.

(170) Điều này rất bất lợi cho quá trình công nghệ vi sinh, sản xuất công nghiệp. Để tránh sự “già” của giống, để giữ giống nuôi cấy ổn định trong một trạng thái Ví dụ: Ở pha log bằng cách đưa liên tục các dung dịch dinh dưỡng vào và đồng thời bỏ một lượng tương đương dịch huyền phù nuôi cấy ra. Đó là nguyên tắc cơ bản cho quá trình nuôi cấy liên tục trong các hệ nồi lên men kiểu Chemostat vàTurbidostat..

(171) Ưu điểm cơ bản của nuôi cấy liên tục là làm cho tốc độ sinh trưởng riêng của vi sinh vật ở cao nhất trong điều liện cụ thể và kiểm soát được, do đó thu được lượng sinh khối cao nhất. D=f/v.

(172) THAM KHẢO Chemostat Ta cho chảy liên tục vào bình một môi trường mới có thành phần không thay đổi. Thể tích bình nuôi cấy giữ ổn định. Dòng môi trường đi vào bù đắp cho dòng môi trường đi ra với cùng một tốc độ. Ta gọi thể tích của bình là v (lit), tốc độ dòng môi trường đi vào là f (lít/ giờ). Tốc độ (hay Hệ số) pha loãng được gọi là D (f/v).

(173) Đại lượng D biểu thị sự thay đổi thể tích sau 1 giờ. Nếu vi khuẩn không sinh trưởng và phát triển thì chúng sẽ bị rút dần ra khỏi bình nuôi cấy theo tốc độ: ν= dX/dt = D.X X là sinh khối tế bào Người ta thường dùng hai loại thiết bị nể nuôi cấy liên tục vi sinh vât. Đó là Chemostatbởi vì lúc đó nhịp độ pha loãng cao hơn tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật. Nồng độ các chất dinh dưỡng hạn chế tăng lên khi nhịp độ pha loãng tăng cao vi có ít vi sinh vật sử dụng chúng..

(174) Khi nhịp độ pha loãng rất thấp thì nếu tăng nhịp độ pha loãng sẽ làm cho cả mật độ tế bào và tốc độ sinh trưởng đều tăng lên. Đó là do hiệu ứng của nồng độ chất dinh dưỡng đối với nhịp độ sinh trưởng (growth rate). Trong điều kiện nhịp độ pha loãng thấp , chỉ có ít ỏi chất dinh dưỡng được cung cấp thì tế bào phải dùng phần lớn năng lượng để duy trì sự sống chứ không dùng để sinh trưởng, phát triển.

(175) Lúc nhịp độ pha loãng tăng lên, chất dinh dưỡng tăng lên, tế bào có nhiều năng lượng được cung cấp, không những để duy trì sự sống mà còn có thể dùng để sinh trưởng, phát triển, làm tăng cao mật độ tế bào. Nói cách khác, khi tế bào có thể sử dụng năng lượng vượt quá năng lượng duy trì (maintenance energy) thì nhịp độ sinh trưởng sẽ bắt đầu tăng lên..

(176) Turbidostat Turbidostat là loại hệ thống nuôi cấy liên tục thứ hai. Thông qua tế bào quang điện (photocell) để đo độ hấp thụ ánh sáng hay độ đục trong bình nuôi cấy để tự động điều chỉnh lưu lượng môi trường dinh dưỡng, làm cho độ đục hay mật độ tế bào giữ ở mức độ như dự kiến..

(177) Turbidostat và Chemostat có nhiều điểm khác nhau. Trong hệ thống Turbidostat môi trường không chứa các chất dinh dưỡng hạn chế, nhịp độ pha loãng không cố định. Turbidostat hoạt động tốt nhất khi nhịp độ pha loãng cao Trong khi Chemostat lại ổn định nhất và hiệu quả nhất khi nhịp độ pha loãng tương đối thấp..

(178) Hệ thống nuôi cấy liên tục là rất có lợi vì các tế bào luôn ở trạng thái sinh trưởng thuộc giai đoạn logarit. Hơn nữa có thể dùng làm mô hình để nghiên cứu sự sinh trưởng của vi sinh vật trong điều kiện nồng độ chất dinh dưỡng thấp tương tự như ở môi trường tự nhiên. Hệ thống nuôi cấy liên tục rất có ích trong việc nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác..

(179) Chẳng hạn, để nghiên cứu tác dụng tương hỗ giữa các loài vi sinh vật trong điều kiện môi trường tương tự như môi trường nước ao hồ nước ngọt. Hệ thống nuôi cấy liên tục đã được sử dụng trong các ngành vi sinh vật học công nghiệp và thực phẩm.

(180) CHƯƠNG 5 – CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT Ở VI SINH VẬT.

(181) 5.4 Các con đường phân giải glucid chủ yếu ở. vi sinh vật: 5.4.1 Con đường E.M.P:. Trong điều kiện có hay vắng mặt O2, glucose đều được chuyển thành piruvat qua 10 phản ứng trong đó 3 phản ứng (1,3 và 10) là phản ứng 1 chiều còn lại là phản ứng 2 chiều. Trừ chất đầu (glucose) và chất cuối (pyruvat) các chất trung gian đều ở dạng phosphoryl hóa. Gốc phosphoryl ở đây có 3 chức năng:.

(182) - Giúp cho chất trung gian mang điện tích âm cao không thể thoát ra ngoài. - Là vị trí gắn enzyme. - Là vị trí cung cấp liên kết phosphat cao năng (~. ℗). Cân bằng chung: Glucose→2 pyruvat + 2ATP + 2NADH2 ở đây được tạo thành từ 2 phản ứng 7 và 10. Phản ứng 7 là phản ứng oxy hóa. 3 - ℗ - glyceraldehit + NAD+ + Pi → 1,3 - di - ℗ glycerat + NADH2 Sau đó: 1,3 - di - ℗ - glycerat + ADP → 3 - ℗ glycerat + ATP.

(183) Enzyme xúc tác chứa nhóm SH, do đó bị kiềm hãm bởi các kim loại nặng. Mặt khác, 1,3 - di -. ℗-. gliycerat chứa 1 ~ ℗ ở C1. Trong sự có mặt của asenat, gốc AsO4, do tương tự với gốc PO43-, đã liên kết cạnh tranh với ~P ở C1. Kết quả là sự tạo thành ATP ở đây bị kìm hãm. Phản ứng 10 là phản ứng loại nước: 2 - ℗ - glixerat → PEP+ + H2O Sau đó : PEP + ADP → pyruvat + ATP.

(184) Sự tạo thành ATP ở 2 phản ứng trên gọi là phosphoryl hóa ở mức độ cơ chất vì phosphat cao năng (~ ℗) trước đó là 1 phần của phân tử chất trao đổi (1,3 -. ℗ - glixerat và PEP). Khi có mặt ADP chất trao đổi sẽ chuyển ~ ℗ cho ADP : X ~ ℗ + ADP → X + ADP di -. Đường phân cũng cung cấp cho tế bào 6 trong số 12 tiền chất dùng tổng hợp các đơn vị kiến trúc : glucose- 6 - ℗, 3 - ℗ - glyceraldehit, 3 - ℗ - glycerat, PEP, pyruvat, ribose - 5 - ℗, eritrose - 4 - ℗, acetyl – CoA, α – ketoglutarat, oxalacetat (AOA) và succinyl – CoA..

(185)

(186) 5.4.2 Con đường H.M.P Con đường này giúp cho nhiều vi khuẩn chuyển hóa glucose thành pyruvat không qua con đường EMP (do bị đột biến ở ≥ 1 enzyme của con đường này) đồng thời cung cấp cho tế bào 2 tiền chất khác là ribose - 5 ℗ (dùng tổng hợp acid nucleic) và đường PP còn cung cấp NADPH cần cho các phản ứng tổng hợp khử: Con đường PP diễn ra như sau:.

(187)

(188) Giai. đoạn 1.

(189) Giai. đoạn 2.

(190) Qua 2 phản ứng oxy hóa xúc tác bởi glucose – 6 -. ℗ và 6 - ℗ - gluconat – dehydrogenaza, glucose được tách thành ribulose - 6 - ℗ và CO2. Quá trình oxy hóa kết thúc tại đây. Các phản ứng tiếp theo chỉ là sự chuyển hóa qua lại giữa pentose - ℗ và hexose. ℗, từ đó con đường đóng kín thành chu trình nhờ sự xúc tác của 2 enzyme: TK và TA. Nếu 3 - ℗ -. glyceraldehit đi vào con đường EMP và chuyển hóa thành pyruvat ta sẽ có: Glucose→Pyruvat +3CO2+ 6NADPH2+ NADH2 + ATP.

(191) Như vậy con đường Pentozo phospho oxy hóa mang tính chất đồng hóa là chủ yếu, về năng lượng cho 1 ATP, nghĩa là chỉ bằng ½ con đường EMP 5.4.3 Con đường E.D Trước hết 6 - ℗ được chuyển thành 6 - ℗ gluconat như con đường PP. Sau đó chất này bị loại nước nhờ P – gluconat – dehydraza thành KDPG. KDPG bị phân giải thành pyruvat và 3 - ℗ glyceraldehit nhờ 1 đoạn adolaza đặc hiệu. Cuối cùng, 3 - ℗ - glyceraldehit lại đi vào con đường EMP để cho pyruvat. Do đó cân bằng chung của con đường KDPG là: Glucose → 2pyiruvat + ATP + NADH2 + NADPH2.

(192) Con đường này chỉ gặp ở 1 số vi sinh vật. Các vi sinh vật khác nhau ở mức độ sử dụng 1 trong 3 con đường trên. Con đường EMP và PPO phổ biến ở mọi vi sinh vật. Con đường KDPG giúp cho nhiều vi sinh vật sử dụng gluconat. Chẳng hạn E.coli và nhiều loài của Clostridium chuyển hóa glucose qua con đường EMP nhưng phân giải gluconat qua con đường KDPG. Các Clostrium và 1 số vi khuẩn hiếu khí chuyển hóa gluconat qua con đường KDPG cải biến: gluconat được chuyển hóa thành 2- keto- 3- deoxygluconat nhờ gluconat-dehydrataza và phosphoryl hóa với ATP chỉ ở bước này nhờ ketodeoxygluconokitanaza; KDPG bộ phận giải nhờ ℗-2-keto-3-deoxygluconat-aldozo.

(193) Con. đường. KDPG. (hay ED).

(194) 5.4.4 Oxyd hóa không hoàn toàn rượu ethylic thành acid acetic và lên men aetic Acid acetic có khoảng 3% trong giấm. Giấm được tạo thành từ 1 dung dịch rượu vang để tĩnh,người ta cho sự biến đổi này là 1 quá trình lên men nên gọi là lên men acetic. Đây là 1 quá trình oxy hóa được thực hiện bởi 1 nhóm vi khuẩn gọi là vi khuẩn acetic (thuộc chi Acetobacter) Quá trình này có thể biểu thị như sau:.

(195) C2H5OH + O2. CH3COOH + H2O. (ΔG0 = -45kJ/mol) Vi khuẩn acetic là những vi khuẩn hình que, hiếu khí, G-. Chúng thuộc chi Acetobacter, thuộc họ Acetobacteriaceae. Họ này ngoài chi Acetobacter còn có chi Gluconobacter. Hai chi này đều có thể sinh trưởng ở pH = 4,5 , đều có thể oxy hóa etanol thành acid acetic ở pH = 4,5 nhưng Acetobacter có tiên mao kiểu chu mao còn Gluconobacter có tiên mao kiểu cực mao, không có chu trình ATC đầy đủ trong hô hấp hiếu khí (do đó không oxy hóa được acetat). Nói chung Acetobacter thường phát triển tốt ở 25300C..

(196) Có thể trình bày tóm tắt quá trình oxy hóa etanol thành acid acetic như sau:. ATP NAD+ CH3CH2OH Etanol. O2 NADH. NAD+. NADH. CH3CHO. CH3COOH. Acetaldehit. Acid acetic. Có 3 phương pháp khác nhau để sản xuất giấm (hay dung dịch acid acetic nồng độ thấp): 1- Phương pháp chậm (phương pháp chum hở, phương pháp Orleans hay phương pháp Pháp): +Ở Pháp: “ lên men” rượu vang trong các thùng gỗ..

(197) + Ở Việt Nam: người ta vẫn sản xuất giấm bằng phương pháp này trong các chum sành. Đổ giấm tươi vào 1/5 chum, sau cho dịch lên men (dung dịch chứa 2-4% etanol, 1-2% acid acetic) đến khoảng 1/2 chum. Vi khuẩn Acetobacter sẽ phát triển trên bề mặt (tạo thành “cái giấm”). Sau 1 tuần lại bổ sung thêm dịch lên men cho đến đầy chum. Quá trình oxy hóa thường kéo dài (khoảng 35 ngày), nồng độ acid acetic thường đạt 3-5%. Giấm được lọc trong và khử trùng Pasteur..

(198) 2- Phương pháp nhanh (phương pháp chảy nhỏ giọt hay phương pháp Đức): Người ta tạo ra bề mặt tiếp xúc lớn giữa vi khuẩn Acetobacter với không khí để thúc đẩy nhanh hơn quá trình oxy etanol. Bề mặt lớn được tạo ra bằng cách dùng vỏ bào, lõi ngô…xếp đầy trong 1 thùng lên men giấm hình trụ hay hình côn, hình nón cụt, thường làm bằng gỗ với kích thước 2,5-6 x 1,2-3m. Dịch lên men (thường chứa 6% acid acetic và 3% etanol) cho chảy từ từ qua cột.Giấm thu được thường có chứa 8-9% acid acetic. Với phương pháp này thời gian sản xuất giấm rút lại chỉ còn 5-6 ngày..

(199) Tuy nhiên, vì etanol và acid acetic đều dễ bay hơi nên lượng thất thoát còn tới 2-6%. 3- Phương pháp chìm ( phương pháp bọt khí hay phương pháp dùng acetato): Người ta tạo ra các nồi lên men đặc biệt (gọi là acetato) và cho lên men có thổi khí nhỏ một dịch lên men ( chứa 6-12% etanol và 1-3% acid acetic) Quá trình oxy hóa hoàn thành sau 40-96 giờ, sản phẩm chứa 7-13% acid acetic. Kunitatsu và cộng sự (1981) đã cải tiến quy trình lên men thành 2 giai đoạn, giai đoạn đầu lên men ở 27-30 0C, giai đoạn sau lên men ở 18-240C..

(200) Sản phẩm thu được có nồng độ acid acetic vượt quá 20%. Ngoài 3 phương pháp nói trên còn có những phương pháp cải tiến. Chẳng hạn phương pháp phối hợp giữa phương pháp nhanh và phương pháp chìm (phần trên theo phương pháp nhanh, phần dưới khi dịch lên men chảy qua cột vật liệu xốp rồi, sẽ được thổi khí bổ sung như trong acetato)..

(201) 5.4.5 sự tạo thành acid citric và ứng dụng: Acid citric là 1 loại acid hữu cơ không độc, được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân. Trong thực tế sản xuất, khi lên men citric người ta thường dùng rỉ đường đã được xử lý. Điều chỉnh để sao cho nồng độ đường saccarose trong môi trường lên men ở trong khoảng 14-22% (W/V). Nguồn nito bổ sung là amon sulphate hay amon nitrate. Nồng độ thích hợp là 0,3-1,5g NH4+/1. Còn cần bổ sung 1 lượng nhất định phosphate nhưng luôn khống chế ở 1 nồng độ rất thấp. Cần kiểm tra chặt chẽ để loại trừ sự có mặt của 1 số cation kim loại trong môi trường, đặc biệt là đối với Mn2+, Fe2+ và Zn2+. Muốn loai bỏ Mn2+ , Fe2+ trong rỉ đường người ta phải sử dụng tới.

(202) kali hexaxianoferat – K4[Fe(CN)6]. Việc bổ sung metanol (khoảng 3%) vào môi trường có khả năng làm tăng rõ rệt việc tích lũy acid citric, trong khi đó lại làm giảm việc tích lũy sinh khối (sợi nấm). Một số tác giả đã đề xuất hiệu quả của việc bổ sung 1 số hợp chất khác đối với việc tích lũy acid citric. Có thể kể đến việc bổ sung tinh bột, cetylpiridinium clirit,….. Việc điều chỉnh cơ chế sản sinh acid citric khi lên men rỉ đường bằng nấm sợi Aspergillus niger có thể biểu thị như sao:.

(203) Phương trình chung của sự chuyển hóa đường thành acid citric có thể biểu thị như sau: H2C - C – COOH C12H22O11 C6H12O6. I HO – C – COOH + 2H2O + x kcal I H2C - COOH. Saccarose glucose acid citric Khi sử dụng nấm sợi A.niger để lên men citric có thể sử dụng phương pháp lên men bề mặt hay lên men chìm:.

(204)

(205) - Các khay dùng trong lên men bề mặt thường có kích thước từ 2 x 2,5 x 0,15m tới 2,5 x 4 x 0,15m. Độ dầy lớp dịch thường là 0,08-0,12m. Mỗi khay chứa 0,4-1,2 tấn môi trường và được xếp trong các ngăn chồng lên nhau xếp ở 1 tủ vô trùng có thổi khí (vô trùng) lên bề mặt dịch lên men. Trong lên men bề mặt lượng đường thường được khống chế trong khoảng 15-20%, pH được điều chỉnh bằng H 3PO4 đến 6,0-6,5, lượng HCF (kali hexaxianoferat) thường được dùng trong trường hợp rỉ đường mía là 10-200 HCF-ion/lit. Lượng bào tử được thổi vào bề mặt khay với số lượng khoảng 100-150 mg/m2. nếu lên men tốt có thể thu được tới 200-250g acid citric/lit..

(206) - Khi lên men chìm người ta dùng các nồi lên men 200-950m3. nồng độ đường ban đầu là 15-27% (w/v). Khử trùng đợi nguội đến 500C mới bổ sung chất dinh dưỡng. Độ pH được điều chỉnh bằng NH3 hay NH4OH. Số lượng bào tử A.niger được cấy vào là 5-25 triệu/lit. tỉ lệ thổi khí là 0,1-0,4 VVm. Nhiệt dộ lên men là 28350C. Độ pH thay đổi trong khoảng 2,2 -2,6. nồng độ Fe phải thấp hơn 200µg/l và nồng độ Mn phải thấp hơn 5µg/l. quá trình lên men thường kéo dài 10-12 ngày. Sau khi kết thúc lên men phải tách hệ sợi nấm rồi kết tủa canxi oxalat bằng nước vôi, sau đó bổ sung tiếp nước vôi để kết tủa canxi citrate bằng than hoạt tính và bằng phương pháp trao đổi ion. Sau khi cho bay hơi để cô đặc lại sẽ tiến hành kết tinh và tách sản phẩm ra, sấy khô và đóng gói..

(207) Trong những năm gần đây người ta có xu thế chuyển đổi cơ chất và chủng loại vi sinh vật trong sản xuất acid citric. Người ta đã nghiên cứu thành công qui trình lên men chìm với cơ chất là n-alkan và với vi sinh vật là nấm men Saccharomycopsis (Candida) lipolytica. Gần đây loài nấm men này lại được đổi tên thành Yarrowia lipolytica. Cơ chế chuyển hóa có thể biểu thị như sau:.

(208) n-alkan oxy hóa acid béo β-oxy hóa acetyl-coA citrate. citrate oxaloacetat. izocitrate. malat. succinat. fumarat glyocylat.

(209) Acid citric rất hay được dùng trong công nghiệp làm nước giải khát, đồ hộp, mứt, kẹo… acid citric còn được dùng trong công nghiệp sợi tổng hợp. Các chủng khác nhau của loài Aspergillus niger là những vi sinh vật chủ yếu được dùng trong công nghiệp sản xuất axit citric trên thế giới. Acid citric là một acid hữu cơ yếu. Nó là một chất bảo quản tự nhiên và cũng được sử dụng để bổ sung vị chua cho thực phẩm hay các loại nước ngọt. Nó cũng được coi là tác nhân làm sạch tốt về mặt môi trường và đóng vai trò của chất chống oxy hóa.. Acid citric thường được thêm vào nước ngọt,bia, nước seltzer và xuất hiện tự nhiên trong nhiều loại nước quả..

(210) Khả năng của acid citric trong chelat các kim loại làm cho nó trở thành hữu ích trong xà phòng và các loại bột giặt. Bằng sự chelat hóa các kim loại trong nước cứng, nó làm cho các chất tẩy rửa này tạo bọt và làm việc tốt hơn mà không cần phải làm mềm nước. Theo kiểu tương tự, acid citric được dùng để tái sinh các vật liệu trao đổi ion, dùng trong các chất làm mềm nước bởi nó kết tủa các ion kim loại đã tích lũy như là các phức chất citrat..

(211) 5.4.6.Sự phân giải các hợp chất cellulose: a) Các vi sinh vật phân giải cellulose: -Vi sinh vật háo khí: +Niêm vi khuẩn: Cytophaga, Sporocytophaga, Cellulomonas… +Vi khuẩn: Các giống Bacillus, giống Clostridium… +Xạ khuẩn: Streotomyces… +Nấm mốc: Aspergillus, Penicillium….

(212) +Nấm mốc:Aspergillus, Penicillium… -Vi sinh vật yếm khí: +Vi sinh vật yếm khí sống tự do:Baciluus cellulosase hidrogenicus… +Vi khuẩn ưa nóng:Bacillus cellulosae thermophicus… +Vi khuẩn dạ cỏ:giống Ruminococcus. b) Cơ chế của quá trình phân giải: Muốn phân giải được cellulose, các vi sinh vật phải tiết ra men cenlulaza. Men này là men ngoại bào và cơ chế chung của quá trình phân giải này là: Cellulose Disaccharide Monosaccharide (glucose).

(213) 5.5 SỰ TỔNG HỢP CÁC HỢP CHẤT: 5.5.1 Sự tổng hợp các hợp chất polysaccharide và ứng dụng: Tương tự như các thực vật bậc cao, vi sinh vật có khả năng tổng hợp các hợp chất polysaccharide. Lượng polysaccharide nội bào đạt tới 60% khối lượng khô của tế bào, còn polysaccaride ngoại bào có thể vượt nhiều lần khối lượng của vi sinh vật. Thành tế bào cũng chứa 1 lượng lớp polysaccharide. Tất cả các polysaccharide được tổng hợp bằng cách kéo dài chuỗi saccharide có trước nhờ việc thêm đơn vị monosaccharide (X). Đơn vị monosaccharide này tham gia vào phản ứng ở dạng nucleotide – monosaccharide được hoạt hóa,thường là dẫn xuất của uridin – diphosphat (UDP.X) nhưng đôi khi cùng với các nucleotide purin và pirimidin khác. Sự tổng hợp diễn ra.

(214) theo phản ứng chung như sau: …X.X.X.X.X.X + UDP – X = …X.X.X.X.X.X.X. + UDP (n nhánh) (n + 1 nhánh) Trong trường hợp polysaccharide bao gồm hai loại monosaccharide liên tiếp (X và Y) phản ứng chung xảy ra qua 2 bước: Bước 1: …X.Y.X.Y.X.Y.X.Y + UDP – X = = …X.Y.X.Y.X.Y.X.Y.X. + UDP Bước 2: …X.Y.X.Y.X.Y.X.Y.X + UDP = = …X.Y.X.Y.X.Y.X.Y.X.Y +UDP Con đường tổng hợp chuỗi polysaccharide phân nhánh ta còn biết rất ít. Trong dịch chiết tế bào của 1 số loài nấm sợi có chứa enzyme kitin-syntheaza xúc tác phản ứng chuyển các nhánh N-acetylglucozamin đến phân tử nhận..

(215) Một cách tương tự việc tổng hợp mannan của thành tế bào nấm men cũng bao gồm việc chuyển các nhánh mannoza từ DGP-mannoza đến chất nhận. Trong việc tổng hợp tinh bột ở Chlorella và glycogen ở Arthrobacter có sự tham gia của ADP-glucose..

(216) ATP. GLYCOLYSIS Glucose. ADPG. Glycogen (ở vi khuẩn). UDPG. Glycogen (ở động vật). UDPNAc. Peptidoglycan (ở vi khuẩn). Glucose 6 - photphat. UTP. Glucose 6 - photphat. Axit piruvic UTP. Sơ đồ sinh tổng hợp polysaccharide.

(217) - Con người sử dụng enzyme ngoại bào như amylaza để thủy phân tinh bột sản xuất bánh kẹo, xiro, rượu….

(218) 5.5.2 sự tổng hợp các amino acid, protein và ứng dụng: a.Sinh tổng hợp một số acid amin Con đường sinh tổng hợp 20 acid amin của vi sinh vật đã được nghiên cứu. B khjung carbon của các loại acid amin là những sản phẩm trung gian của các quá trình trao đổi năng lượng như acid pyruvic, acid cetoglutaric, acid oxaloacetic hoặc acid furamic. Nhóm amin được dưa thêm vào là nhờ các quá trình amin hóa hoặc chuyển amin trực tiếp. R-CH2-CH2-COOH NH2 Công thức acid amin.

(219) Các nito vô cơ muốn chuyển thành hợp chất nito hữu cơ bao giờ cũng thông qua sự khử thành NH4+. Các amin nhận nhóm amin từ NH4+ vô cơ gọi là acid amin sơ cấp. Các acid amin nhận nhóm amin từ sự chuyển amin trực tiếp( từ chất hữu cơ) gọi là acid amin thứ cấp..

(220) Acetoglutamic+NADH2. NO3-. L-glutamat pyruvic+NADH2. L- nalanin NH4+ Fumaric+a.oxaloacetic+ATP. L-asprtat. L- glutamat+ATP L-glutamin. N2.

(221) Các cetoacid (R-CO-COOH) kết hợp với NH4+ tạo thành acid amin sau đó nhóm imin (=NH) bị khử thành nhóm amin( H2N-). Sự tổng hợp một số acid amin thứ cấp như sau: một số acid amin sơ cấp được biến đổi qua hàng loạt các chất khác nhau và do quá trình chuyển amin thành các acid amin thứ cấp..

(222) Aspartate. +NH2. a. diaminopymeli. Homoserin. lysine. +NH2. Methionin Threonin. izoleucin n phản ứng. +Acetyl CoA. L-glutamat. N-acetyglutamat. Prolin. Chuyển amin.

(223) Ngày nay người ta đã sinh tổng hợp được một số acid amin sơ cấp và thứ cấp nhờ sự lên men vi sinh vật. Các acid amin này (acid glutamic trong sản xuất bột ngọt, lysin, methionin, prolin…) dùng trong công nghiệp thực phẩm, y học và chăn nuôi thú y. * Sinh tổng hợp acid glutamic: có nhiều giống vi sịnh vật cso khả năng tổng hợp acid glutamic như: Streptomyces, Brevibacterium flavum…. Nhưng hiện nay công nghiệp sản xuát bột ngọt ở Nhật Bản dùng chủng Corynebacterium glutamicum. Đây là loại vi khuẩn Gram dương, không bào tử, không di động. Trong sản xuất dùng tỉ lệ đường 10%, ure 0,5-2% sao cho tỉ lệ C/N thích hợp nhất là 100/11-21..

(224) Ta có thể dùng cả hai loại ure và (NH4)2SO4 theo tỉ lệ 1,2/2, pH luôn duy trì môi trường trung tính hay kiềm, nhiệt độ lên men 30- 40oC và thông khí liên tục. Thời gian lên men 24-48 giờ. Năng xuất sản phẩm phụ thuộc nhiều vào chủng vi sinh vật nhất là tính thẩm thấu của tế bào vi khuẩn và điều kiện môi trường. Trong điều kiện tối ưu giống Corynebacterium glutamicum có thể cho năng suất trên 100g/l. Acid glutamic tích lũy trong tế bào vi khuẩn. Do đó sau khi kết thúc quá trình lên men cần tiến hành cô đặc dịch lên men, điều chỉnh pH dịch lên men đến điểm đẳng điện của acid glutamic. Đợi cho acid glutamic kết tinh xong, tiến hành li tâm thu nhận sản phẩm kết tinh..

(225) Sự tổng hợp lysin: lysin được sản suất theo quy mô công nghiệp với khối lượng lớn nhằm cung cấp nguồn aicd amin cho thực phẩm gia súc. Vi khuẩn sử dụng là thể đột biến của chủng Corynebacteriumglutamicum ( dùng sản xuất glutamic), chủng đột biến này cần homoserin. Dưới điều kiện lên men thích hợp chủng này có thể sản xuất tới 50g lysin trong một lit môi trường. Nguyên liệu sản xuất glucose hay rỉ mật với nồng độ 100g/l-150g/l,(NH4)2SO4 15g/l(1,5%), K2HPO4 1g/l, MgSO4.H2O 0,3g/l,Threonin 40g/l, biotin 7,5mg/l. Nhiệt độ lên men 28-32oC, thời gian lên men 72 giờ( 3 ngày), thổi khí cà quấy đều liên tục. Lysin sau khi được vi khuẩn tích lũy trong môi trường do đó sau khi kết thúc lên men, tách sinh khối vi khuẩn. Dịch lên men được dùng để tách lysin ở dạng clorit sau đó kết tinh và làm sạch..

(226) Với lysin dùng trong chăn nuôi, sau khi tách sinh khối, dịch được cô đặc và sấy khô ta được dung dịch dạng khô. Sơ đồ sản xuất lysin ở thể đột biến của C. glutamicum:.

(227) Glucose EMP Pyruvat Oxaloacetat Aspartat. Aspartylphosphat Diaminopymelic Homoserin. Lysin.

(228) b.Sinh tổng hợp protein Sự tổng hợp protein diễn ra trên các hạt ribosome. Các acid amin trong tế bào được hoạt hóa và liên kết với ARN vận chuyển(ARNt) chuyển đến phức hợp ribosome- ARNm. Sự hoạt hóa acid amin: trước khi tham gia vào sự tổng hợp protein, các acid amin được hoạt hóa. Quá trình hoạt hó acid amin diễn ra qua 2 bước: - Acid amin kết hợp với ATP và enzyme codaze tạo ra phức chất cao năng aminoacyl≈AMP≈men. - Phức hợp cao năng trên sẽ chuyển đến ARN t tương đương để đưa vào ribosome.. - Thường acid amin được đưa vào đầu trên là Methionin..

(229) * Sự tổng hợp protein: khuôn mẫu tổng hợp protein là AND, sao chép mã di truyền là quá trình tổng hợp ARN chủ yếu là ARN thông tin(ARNm). Ngay khi sợi ARNm đang còn sinh trưởng trên sợi khuôn AND và chưa tách ra khỏi sợi khuôn thì hạt ribosome 30S đã lần lượt gắn vào ARNm, mở đầu cho sự tổng hợp protein. Ở vi khuẩn sự liên kết của ribosome 30S vào ARNm được kích thích bởi 2 yếu tố IF2 và IF3( Initiation factor). Kisch thích sự tạo thành phức hợp ARNm -30S còn IF3 giúp ribosome nhận ra sợi ARNm tự nhiên không tham gia tổng hợp protein. Tiếp theo có một aminoacyl-ARN t đặc biệt được đưa vào vị trí A( ở hạt 30S) của phức hợp ARNm -30S tương ứng với codon( một bộ ba bazo nito trên ARNm). Thường mở đầu là codon AUG. Tương ứng với codon trên ARN sẽ là anticodon trên ARN ..

(230) Aminoacyl-ARNt sau khi đưa aminoacyl sang vị trí P( trên hạt 50S). ARNt sau khi đưa aminoacyl sang vị trí P sẽ bị đẩy ra ngoài, cứ như vậy chuỗi polipeptid sẽ được hình thành. Toàn bộ quá trình diễn ra sau đó đều lặp lại các bước trên. Như vậy cứ thêm một acid amin mới vào polypeptid đang sinh trưởng cần các bước sau: Sự liên kết của aminoacyl- ARNt vào ribosome. Sự tạo thành liên kết peptid. Sự chuyên chở chuỗi peptid-ARNt từ vị trí A sang vị trí P. Quá trình tổng hợp chuỗi polipeptid sẽ kết thúc khi ribosome trong lúc trượt trên ARNm gặp trong ba codon vô nghĩa ( codon không đọc mã cho một acid amin nào) ở vị trí A là UAG, UAA, UAG..

(231) * Ứng dụng: Protein của nhiều loài vi sinh vật có giá trị dinh dưỡng cao: chứa nhiều acid amin không thay thế. Ngày nay trong công nghệ vi sinh người ta đã ứng dụng sự tổng hợp protein ở vi sinh vật để sản suất men bánh mì, nấm men dạng sợi, vi khuẩn tảo đơn bào. Nấm men thường dùng cho sản xuất men bánh mì là Saccharomyces cerevisiae. Nấm men dạng sợi dùng sản xuất protein: Candida utilis. Nấm men dạng sợi dùng sản xuất protein: Trichodema, Geotrichum, Endomycopsis. Vi khuẩn dùng sản xuất protein Flavobaterium, Nocardia… Tảo dùng sản xuất protein Spirulina, Chlorella, Scendesmus..

(232) Nguyên liệu dùng nuôi cấy các loại vi sinh vật này là các nguồn hyrat carbon rẻ tiền: rỉ mật, tinh bột, cellulose hay carbur hydro, cần bổ sung thêm khoáng chất như ure, supephosphat, độ thông thoáng khí, nhiệt độ thích hợp, pH môi trường..

(233) 5.5.3 sự tổng hợp các acid nucleic và ứng dụng:.

(234) 1.Sinh tổng hợp AND ở tế bào prokaryot Cần có khuôn mẫu AND, ARN mồi, 4 loại deoxyribonucleosit_5’_triphosphat(d ATP, d GTP, dCTP, dTTP); AND_polymeraza;một số nhân tố có bản chất protein. Các giai đoạn của sinh tổng hợp AND Giai đoạn mở đầu: Phân tử AND tháo xoắn, sinh tổng hợp ARN mồi. Protein B, nhóm enzim Topoisomeraza( gyraza, helicaza), một số phân tử protein đính kết vào sợi đơn AND. :.

(235)

(236) Hai sợi AND sao chép liên tục hoặc không liên tục trên khuôn mẫu 3’-5’ hoặc 5’-3’.các deoxyribonucleotic gắn vào đầu 3’-OH tự do của chuỗi polynucleotic theo nguyên tắc cặp bazo nitơ bổ sung với khuôn mẫu ADN (A_T;G_C). phương trình kéo dài chuỗi polydeoxyribonucleotic: Khuôn mẫu ADN (NMP)n + dNTP d(NMP)n+1 +PPi Mg++, AND_polymeraza.

(237) • Giai đoạn kết thúc: quá trình sao chép trên khuôn mẫu AND kết thúc, AND_polymeraza I biểu hiện hoạt tính, thủy phân liên kết phosphodieste, loại bỏ ARN mồi tạo nên các khoảng trống, tạo các đoạn Okazaki sau đó dưới tác dụng của AND_polymeraza III các nucleotic được ghép bổ sung lắp đầy các khoảng trống, AND_ligaza nối các đoạn Okazaki với nhau kết quả phân tử AND mới được hình thành gồm: một mạch khuôn mẫu và một mạch mới tổng hợp..

(238)

(239) 2.Sinh tổng hợp AND ở tế bào eukaryot Tương tự như tế bào prokaryot, nhưng phức tạp hơn, tốc độ sao chép chậm. Phân tử and của eukaryot dạng thẳng gồm nhiều điểm xuất phát, tạo nên nhiều đơn vị sao chép.Còn prokaryot dạng vòng,có một điểm xuất phát, tạo nên một đơn vị sao chép. Các enxim xúc tác: phức hợp enzim AND_polymeraza α, β..

(240) Enzyme tham gia xúc tác.

(241) ADN.

(242) 3.Sinh tổng hợp ARN ở tế bào prokayot AND polymeraza_nhận biết vị trí khởi động, mở xoắn AND, lựa chọn đuhngs phân tử ribonucleosit triphosphat, xúc tác cho phản ứng tạo kết phosphodieste, nhận biết dấu hiệu kết thúc.. Giai đoạn mở đầu: Tiểu phần ARN_polymeraza sigma gắn vào vị trí khởi động trên khuôn mẫu AND.di chuyển dọc theo phn tử đến điểm mở đầu , tháo xoắn phân tử AND.ribonucleic đầu tiên có A hoặc G gắn vào chuỗi polyribonucleic, do vậy đầu 5’ là pppA hoặc pppG..

(243) Giai đoạn kết thúc: Khi trên phân tử AND xuất hiện dấu hiệu kết thúc rô hay một đoạn nucleotit đặc biệt ngăn cản phức hệ enzim di động.phân tử ARN mới được hình thành, phức hệ enzim tách khỏi khuôn mẫu AND, sợi đơn xoắn AND trở lại như cấu trúc xoắn đôi ban đầu..

(244)

(245) 4.Sinh tổng hợp ARN ở tế bào eukaryot. Tương tự prokayot nhưng có độ chính xác cao và có cơ chế bảo vệ. Enzim xúc tác có 3 dạng ARN_polymeraza I,II,III định vị ở các vị trí khác nhau(nhân, hạch nhân)..

(246) mARN của tế bào eukayot khi mới tổng hợp ở dạng không hoạt động có đầu 4’ gắn với 7 methyl_guanin, đuôi 3’ gắn với poly A. Khi hoạt động, mARN phải trải qua quá trình gọt giũa tạo thành mARN trưởng thành, điều khiển quá trình sinh tổng hợp protein..

(247)

(248)

(249) 4.Ứng dụng công nghệ AND Đối với trồng trọt, kết quả của kĩ thuật chuyển gen đã tạo ra 1 loạt cây trồng chuyển gen có những đặc tính quý. Đối với chăn nuôi: sử dụng phương pháp chuyển gen, tạo ra các giống vật nuôi gia cầm, gia súc, thủy sản có sức sống mạnh, khả năng kháng bệnh tốt, cho sản phẩm chất lượng cao, phù hợp với nhu cầu dinh dưỡng của con người. => Tạo ra được một số giống cây trồng vật nuôi có đặc tính quí, sản xuất “thực phẩm công nghệ sinh học..

(250) CHƯƠNG 6 CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN.

(251) 6.4. Lêmen hỗn hợp các acid hữu cơ gây ra bởi họ vi khuẩn đường ruột Enterrobacteriaceae: Lên men hỗn hợp acid hữu cơ chủ yếu do vi sinh vật đường ruột gây ra. Họ vi khuẩn đường ruột (Enterobacteriaceae) theo Brenner (1992) gồm 29 giống, 107 loài và khoảng 50 loài đang đựơc định loại. Ở đây chia thành 2 nhánh: những vi khuẩn acetoin- (âm) và những vi khuẩn acetoin+ (dương).

(252) 6.4.1 Vi khuẩn axetoin- : E. coli Đặc điểm của lên men do vi khuẩn đường ruột acetoin – (như E. coli) là hình thành một số lớn các acid hữu cơ và không hình thành hoặc rất ít butanediol..

(253) » Glucose CH3-C-O-COOH Pyruvat +CoA-SH. » CH3-CO-SCoA Acetyl-CoA » CH3-COOH » Acid acetic.

(254) 6.4.2 Vi khuẩn axetoin+ : Enterobacter aerogenes Đặc điểm của lên men do vi khuẩn Enterobacter earogenes hình hành rất ít các acid và rất nhiều butanediol và acetoin, do đó gọi chúng là vi khuẩn acetoin +. Như vậy, E.coli hướng về sự hình thành acetat + lactat, Aerobacter aerogenes lại có thiên hướng hình thành CO2 + butanediol. Đối với các vi khuẩn đường ruột khác như Serratia, ở PH 6,5 thì tỉ lệ các sản phẩm sẽ là:.

(255) 10glucoza → 6butanediol + 6ethanol + 5format + 1lactat + 1succinat + 12CO2 Chúng ta thấy PH quan trọng thế nào đối với quá trình lên men: hình thành rất nhiều CO2 trong môi trường acid, không tạo thành bọt khí trong môi trường kiềm. Các quá trình lên men này có thể kèm theo sự hình thành các sản phẩm khác:.

(256) Như acetoin là loại hợp chất thường thấy ở bia, rượu, do diacetyl bị oxy hóa khi có không khí hoà tan mà tạo nên.diacetyl với hàm lượng trên 0,2 mg/l sẽ gây “sốc” cho người sử dụng bia: Acetoin là hợp chất tạo màu vàng, không độc. Hợp chất này tạo ra hương vị của bơ và làm “chín” krem. Như butanediol, nó có thể được chuyển thành butadien và được sử dụng trong tổng hợp cao su nhân tạo..

(257) 6.5 Lên men propionic: 6.5.1 Chi vi khuẩn Propionibacterium và Clostridium: Chi Propionibacterium: Chi vi khuẩn Propionibacterium được phân lập và miêu tả từ cuối thế kỉ thứ 19. đó là loại vi khuẩn kị khí không bắt buộc, Gram dương, không di động, không sinh bào tử. Khi nuôi cấy trong môi trường trung tính ở điều kiện kị khí chúng có hình cầu, xếp thành từng đôi hay có khi thành từng chuỗi. Khi nuôi cấy thoáng khí chúng có hình que hay hình phân nhánh. Trong tế bào có chứa các hemin (hệ thống citocrom, catalaza) Các vi khuẩn Propionibacterium có nhiều trong dạ cỏ và đường ruột của các động vật nhai lại, ở đó chúng tham gia vào sự tạo thành các acid béo..

(258) Không thể phân lập vi khuẩn Propionic từ sữa, đất hay nước, mà để phân lập các vi khuẩn này người ta phải làm phong phú chúng trên dịch dinh dưỡng lactat ( cao nấm men), trên đó đã được cấy 1 chút phomat. Có nhiều loài vi khuẩn Propionic trong đó nổi tiếng nhất là các loại P. freudenchii, P. shermanii và P. acidopropionici…...

(259) Chi Clostridium :. Chi Clostridium bao gồm các vi khuẩn G+, có khả năng di động nhờ các tiên mao mọc khắp quanh cơ thể, tế bào dinh dưỡng hình que nhưng vì bào tử có kích thước lớn hơn chiều ngang của tế bào dinh dưỡng nên khi mang bào tử tế bào sẽ có hình thoi hay hình dùi trống. Đa số các loài Clostridium là kị khí bắt buộc trừ (C. pectinovorum, C. histolyticum…).Đa số loài Clostridium có hàm lượng flavin đạt tới mức khá cao và không thấy chứa cytocrom,catalaza..

(260) Nhiều loài Clostridium có khả năng đồng hóa polysacharide (tinh bột, amilose) nên còn có tên là Amylobacter. Vì chúng thường chứa các hạt granulose trong cơ thể nên còn có tên là chi Granulobacter. Các loài Clostridium lên men kị khí với nhiều sản phẩm và con đường khác nhau tuỳ theo cơ chất sử dụng. Những sản phẩm và con đường phân giải này được dùng để phân loại đến loài của giống Clostridium. Ba nhóm sản phẩm được chú ý là : các acid (butyric, acetic, lactic), các loại rượu (ethanol, butanol, propanol), các acetol hoặc khí( anhydric cacbonic hay hidro)..

(261) Một số loài Clostridium ví dụ như C.histolyticum, C.botulinum… thuỷ phân protein và lên men các acid amine. Đặc điểm của quá trình lên men này đã được Stickland phát hiện khi nghiên cứu C. sporogenes loài này lên men hỗn hợp alanin và glycocolle, chúng không thể lên men riêng từng chất, alanin làm chất cho hidro còn glcocolle làm chất nhận hidro theo phản ứng tóm tắt như sau: CH3-CHNH2-COOH + 2H2O 2NH2CH2-COOH + 4H. CH3COOH +NH3+ CO2+4H2O 2CH3COOH + 2NH3.

(262) Một số loài Clostridium có khả năng lên men chất pectin, acid pectini Sự thuỷ phân pectin, acid pectini không sinh ra năng lượng, vì vậy một số sản phẩm của quá trình thuỷ phân này sẽ bị các vi sinh vật này tiếp tục oxi hoá hoặc lên men. Khi lên men các sản phẩm phân giải dở dang của pectin sẽ được chuyển hoá thành acid butyric và một số sản phẩm khác(CO2, H2O,H2). Để tiến hành phân giải pectin người ta sử dụng 2 phương pháp lên men tự nhiên: dầm sương và ngâm nước..

(263) 6.5.2 Sơ đồ của lên men Propionic: CH3 – CO – COOH 1 2[H]. HOOC – CH 2 – CO – COOH 3 2[H]. 2. CH3 – CHOH – COOH. CO2 - Biotin. Biotin. HOOC – CH 2 – CHOH – COOH 4 H2O 5 – CH = CH – COOH HOOC 2[H] 6 HOOC-CH 2-CH2-COOH. CH3 – CH2 – COOH 2. CH3 – CH2 – CO ~ SCoA. HOOC – CH 7 2 – CH2 B – 12CO ~ SCoA HOOC – CH – CO ~ SCoA CH3. CoA. Transferaza.

(264) 6.5.3 Ứng dụng của quá trình lên men propionic: Quá trình lên men propionic có vai trò quang trọng trong quá trình chế tạo phomat. Một số loài vi khuẩn Propioibacteriun (như Ptopionibacterium shermanii, P. freudenreichii) đang được chú ý vì nó có khả năng sản ra khá nhiều vitamin B .Công nghiệp chế tạo vitamin B nhờ vi khuẩn Propionibacterium đã được hình thành ở rất nhiều nước. Ngoài ra, chế phẩm vitamin B tinh khiết dùng trong y hoc, người ta còn sử dụng nhóm vi khuẩn này để chế tạo ra các sản phảm thô dùng trong chăn nuôi..

(265) 6.6. Lên men butyric và acetone-butanol: 6.6.1 Khái niệm lên men butyric và acetonebutanol: Quá trình lên men tạo acid butyric và một số sản phẩm khác được gọi là quá trình lên men butyric. Vi khuẩn được dùng để lên men butyric là loài Clostridium butyricum. Loài vi khuẩn này có hình que kích thước khoảng 0,5×4 - 12µm. Bào tử có hình bầu dục, nằm ở giữa hoặc ở một đầu của tế bào, bào tử có thể chịu đựng khá cao với điều kiện bất lợi của ngoại cảnh (trong nước sôi có thể sống được 1-2 phút)..

(266) Vi khuẩn lên men butyric thuộc loại kị khí bắt buộc. Chúng có khả năng lên men sinh acid đối với glucose, tinh bột, saccaro….Nhiệt độ thích hợp để phát triển là 30-370C Vi khuẩn C. acetobutyricum khi lên men glucose đầu tiên sẽ sinh ra acid butyric nhưng sau đó cùng với việc acid hóa môi trường, sẽ bắt đầu xảy ra việc tổng hợp một số enzyme (trong đó có cả enzyme axetoaxetatdecacboxilaza). Dưới tác dụng của các enzyme này acetone và butanone sẽ được tích lũy lại trong môi trường. Qúa trình lên men này thường được gọi là qúa trình lên men acetone-butyric.

(267) Vi khuẩn thường được dùng để lên men acetone-burylic là loài C. acetobutyricum hoặc loài C. saccharo-acetobutyricum. Đó là những vi khuẩn hình que kị khí có khả năng di động kích thước khoảng 0,6-0,72×2,64,7µm. Nhiệt độ thích hợp đối với loài đầu là 38 còn đối với loài thứ 2 là 30. Vi khuẩn acetone butyric phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên, nhất là ở bùn ruộng, bùn ao..

(268) 6.6.2 Chi Clostridium và khả năng lên men của chúng: Chi Clostridium bao gồm các vi khuẩn G+, có khả năng di động nhờ các tiên mao mọc khắp quanh cơ thể, tế bào dinh dưỡng hình que nhưng vì bào tử có kích thước lớn hơn chiều ngang của tế bào dinh dưỡng nên khi mang bào tử tế bào sẽ có hình thoi hay hình dùi trống. Đa số các loài Clostridium là kị khí bắt buộc trừ (C. pectinovorum, C. histolyticum…).Đa số loài Clostridium có hàm lượng flavin đạt tới mức khá cao và không thấy chứa citocrom,catalaza..

(269) Nhiều loài Clostridium có khả năng đồng hóa polisacarit (tinh bột, amilose) nên còn có tên là Amylobacter. Vì chúng thường chứa các hạt granulose trong cơ thể nên còn có tên là chi Granulobacter. Các loài Clostridium lên men kị khí với nhiều sản phẩm và con đường khác nhau tuỳ theo cơ chất sử dụng. Những sản phẩm và con đường phân giải này được dùng để phân loại đến loài của giống Clostridium. Ba nhóm sản phẩm được chú ý là : các acid (butyric, acetic, lactic), các loại rượu (ethanol, butanol, propanol), các acetol hoặc khí( anhydric cacbonic hay hidro). Sự lên men ở các loài Clostridium:.

(270) Loài 1. 2. 3. C. butyricum. Glucozo, tinh bột, dextrin. Butyrat, axetat,CO2, H2. C. tyrobutyricum. Glucozo, lactat hoặc glyxeral + axetat. Butyrat, axetat,CO2, H2. C. pasterurianum. Glucozo, tinh bột, mannozoinuline. Butyrat, axetat,CO2. C.pectinovorum. Pectine, tinh bột, glucogen, dextrine. Butyrat, axetat. C. butylicum. Glucozo. Butyrat, axetat, butanol, 2-propanol, CO2, H2. C. acetobutylicum. Glucozo, glycerol, pyruvat. Butyrat, axetat, butanol, axetol, axetoine,ethanol, CO2, H2. Alanine, threonine. Axetat, propionate, CO2. Ethanol+axetat+. Caproate, butyrat, H2. C. botulinum. Protein, axit amin. Axetat, lactat, NH3,H2. C. histolyticum. Protein, axit amin. Axetat, lactat, NH3,H2. C.sporogenes. Protein, axit amin. Axetat, lactat, NH3,H2. C. sticklandic. Protein, axit amin. Axetat, lactat, NH3,H2. Butanol. Axit propionic. Axit caproic C. kluyveri. 5. Sản phẩm. Axit butyric. C.propionicum. 4. Cơ chất. Phản ứng Stickland.

(271) Một số loài Clostridium ví dụ như C.histolyticum, C.botulinum… thuỷ phân protein và lên men các acid amine. Đặc điểm của quá trình lên men này đã được Stickland phát hiện khi nghiên cứu C. sporogenes loài này lên men hỗn hợp alanin và glycocolle, chúng không thể lên men riêng từng chất, alanin làm chất cho hidro còn glcocolle làm chất nhận hidro theo phản ứng tóm tắt như sau: CH3-CHNH2-COOH + 2H2O 2NH2CH2-COOH + 4H. CH3COOH +NH3+ CO2+4H2O 2CH3COOH + 2NH3.

(272) Một số loài Clostridium có khả năng lên men chất pectin, acid pectini Sự thuỷ phân pectin, acid pectini không sinh ra năng lượng, vì vậy một số sản phẩm của quá trình thuỷ phân này sẽ bị các vi sinh vật này tiếp tục oxi hoá hoặc lên men. Khi lên men các sản phẩm phân giải dở dang của pectin sẽ được chuyển hoá thành acid butyric và một số sản phẩm khác(CO2, H2O,H2). Để tiến hành phân giải pectin người ta sử dụng 2 phương pháp lên men tự nhiên: dầm sương và ngâm nước..

(273) 6.6.3 Cơ chế của quá trình lên men:.

(274) Trong sản xuất để lên men butyric người ta thường sử dụng rỉ đường, các nguyên liệu giàu tinh bột hoặc bã thải của các nhà máy bột, nhà máy sản xuất acid lactic. Để dùng làm nguồn thức ăn nitơ, người ta thường bổ sung bột đậu, khô đậu hoặc khô lạc. Qúa trình lên men được tiến hành với sự có mặt của CaCO3. Acid butyric sinh ra được trung hoà thành muối canxi, sau đó người ta thêm Na2SO4để chuyển thành muối Na của acid butyric: (CH2CH3CH2COO)2Ca + Na2SO4. CaSO3 + 2CH3CH2CH2CONa. Cuối cùng dùng H2SO4để tách axit butyric ra.

(275) Để lên men aceton-butyric người ta thường sử dụng môi trường chứa 5-6% tinh bột. Từ 100 kg tinh bột có thể thu được 37-40 kg dung môi. 6.6.4 Ứng dụng của quá trình lên men: Qúa trình lên men butyric và lên men aceton-butyric từ lâu đã được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Acid butyric được sử dụng trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo, nước giải khát, chất thơm, công nghiệp thuộc da… Aceton là một dung môi quan trọng được sử dụng nhiều trong các ngành sản xuất thuốc nổ, chất dẻo, tinh luyện dầu hoả,.

(276) chiết rút dầu thực vật, xử lý phim ảnh, chế tạo chất thơm…Được dùng nhiều trong phân tích hóa học và trong nghiên cứu khoa học. Butanol là một dung môi rất phổ biến để hoà tan chất sơn, chất màu, chất béo, nhựa, sáp… là nguyên liệu để tổng hợp butadien dùng trong tổng hợp cao su nhân tạo..

(277) 6.7 Lên men fomic: 6.7.1 Khái niệm lên men formic: Một số loài vi khuẩn, nhất là các vi khuẩn thuộc họ trực khuẩn đường ruột (Enterobacteriaceae) có khả năng lên men đường tạo thành acid formic (HCOOH) và một số sản phẩm khác..

(278) Acid formic sau sinh ra sẽ tích lũy lại trong môi trường hoặc chuyển hóa thành H2 và CO2 ( nếu môi trường có phản ứng acid) dưới tác dụng của men formiat hidrogenliaza: Fomiat hidrogenliaza. HCOOH. H 2 +CO2.

(279) 6.7.3 Vi khuẩn gây lên men: Các vi khuẩn đường ruột có khả năng lên men formic có hình thái rất giống nhau. Đó là những trực khuẩn Gram âm, chu mao, di động mạnh, không sinh bào tử, kị khí không bắt buộc, có thể phát triển được cả trên môi trường đơn giản không chứa đạm hữu cơ. Người ta thường phân biệt các chi này chủ yếu dựa trên đặc điểm lên men đường glucose,.

(280) lactose, và dựa trên một số phản ứng sinh hóa khác ( như khả năng phân giải protein, phản ứng Voges-Proskauer tức phản ứng kiểm tra khả năng sản sinh acetoin, khả năng đồng hóa citrate…). 6.7.3 Ứng dụng của quá trình lên men fomic: Sản phẩm của quá trình lên men formic bao gồm rất nhiều loại khác nhau: acid formic, acid.

(281) acetic, aid succinic, acid lactic, ethanol, glyceryl, acetol (acetyl metylcacbinol) 2,3butadiol, CO2 và H2. Tùy từng loại vi khuẩn đường ruột mà các sản phẩm lên men có thể khác nhau rất nhiều..

(282) 6.8.LÊN MEN METHANE 6.8.1.Khái niệm lên men methane: - Sự lên men methane là quá trình phân giải kị khí các chất hữu cơ trong nước thải, chất thối rửa, trong các hầm kín hay thiết bị xử lí nước thải để tạo chất khí methane, CO2 và một số acid hữu cơ bị oxi hóa không hoàn toàn..

(283) Nguồn nguyên liệu sinh methane là những sản phẩm của nông nghiệp, các phế phẩm sinh hoạt, xác thực vật, động vật chết. Lên men methane nhờ vi sinh vật là nguồn sản xuất khí đốt, nó có vai trò lớn lao trong chu trình tuần hoàn cacbon ở tự nhiên, trong các đầm lầy, thủy vực..

(284) 6.8.2.Vi sinh vật cổ và vi khuẩn lên men methane: Vi sinh vật phân giải cellulose,vi sinh vật phân giải pectin, vi sinh vật phân giải protein, vi sinh vật phân giải các hidrat cacbon khác. Từ những sản phẩm của các loại vi sinh vật này một số loại vi sinh vật như:Methano bactereium sochngeni, Saricina methanica, Micrococcusnazei… có thể chuyển hóa thành CH4. Vi sinh vật lên men methane là vi sinh vật tuyệt đối yếm khí,ưa nhiệt độ trung bình, một số thích hợp nhiệt độ cao, pH trung tính hoăc hơi kiềm, cơ chất có thể là hợp chất hữu cơ..

(285) 6.8.3.Các con đường tạo thành methane ở vi sinh vật cổ: Những cơ thể sinh methane hóa dưỡng vô cơ bắt buộc,chúng sống trên cơ chất C02+H2 theo phản ứng: 4H2+C02-CH4+2H20, AGo = -136kj (-32,4kcal). Cơ thể dinh dưỡng methylen sinh methane (methylotrophic metanogene).Những cơ thể này sinh trưởng trên cơ chất có chứa nhóm methylen (metanol, methylanine, acetat).Phương trình của quá trình lên men acetat rất đơn giản:.

(286) CH3C00H-CH4+C02(AGo=37kj (-89kcal/mol metan).. Còn đối với Metanosarcina barkeri sinh trưởng trên metanol hoặc trên methylanine.Ở đây một phân tử cơ chất được oxi hóa đến C02 CH30H + H20 - C02 + 6H 3CH30H + 6H - 3CH4 + 3H20 4CH30H -3CH4 + C02 + 2H20, AGo =319,5kj(76,4kcal cho 1 phản ứng) Ở các cơ thể sinh metan người ta đã tìm thấy các coenzyme mới là coenzyme M và coenzyme F420.

(287) 6.8.4.Ứng dụng của quá trình lên men methane: Điều chế khí methane làm khí đốt ,vi khuẩn lên men methane có khả năng tích lũy khá nhiều vitamin B12. Do đó người ta đã sử dụng bã rượu hay bùn ao nuôi cấy các vi khuẩn này để sản xuất vitamin B12 thô dùng trong chăn nuôi..

(288) CHƯƠNG 7 VI SINH VẬT QUANG HỢP VÀ CỐ ĐỊNH NITO PHÂN TỬ.

(289) 7.1 Vi khuẩn quang hợp: 7.1.1. Các kiểu quang hợp ở vi khuẩn và vi sinh vật cổ: Tảo, cây xanh và một số vi khuẩn có khả năng quang hợp nghĩa là có khả năng chuyển hóa trực tiếp năng lượng của ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học tích lũy trong các dây nối cao năng của phân tử ATP..

(290) • Có hai kiểu quang hợp ở vi khuẩn và vi sinh vật cổ: • Tự dưỡng quang năng (photoautotroph):gồm họ vi khuẩn lưu huỳnh màu lục và họ vi khuẩn lưu huỳnh màu tía. • Chúng có khả năng dùng CO2 làm nguồn carbon duy nhất để phát triển, dùng nguồn hirdo là H2S đôi khi chúng sử dụng cả S làm nguồn cho electron. • Dị dưỡng quang năng: gồm họ phi vi khuẩn lưu huỳnh màu tía (Rhodospirillaccac), chúng cần chất hữu cơ để sinh trưởng..

(291) • *Vi khuẩn quang hợp có nhiều ở vùng nước ao hồ, sông suối, nước ngọt, mặn, lợ chúng thường sống chung với nhau và tham gia tích cực vào chu trình chuyển hóa lưu huỳnh trong tự nhiên bằng cách oxi hóa H2S thành S hay sulfat. Một số vi khuẩn quang hợp có khả năng cố định đạm( Cyanbacter). • * Vi khuẩn quang hợp có nhiều dạng khác: • Cầu, que, lượn sóng, đơn bào hay tập hợp thành chuỗi, di động hay không di động, bắt màu gram âm, thuộc nhóm Prokaryotae. • *Vi khuẩn quang hợp: CO2 + 2H2S as (CH2O) + H2O + 2S • Hoặc:2CO2 + H2S + 2H2O as 2(CH2O) + H2SO4.

(292) 7.1.2. Các sắc tố quang hợp ở vi khuẩn và vi sinh vật cổ: * Bằng phương pháp siêu li tâm phá vỡ tế bào Schachman và cộng sự đã thu được những tiểu phần, nơi tập trung có sắc tố quang hợp. Các tiểu phần có dạng hình đĩa, hình trứng nằm sát tế bào chất. * Sắc tố quang hợp có mang những màu sắc quang hợp khác nhau như: tím, hồng, đỏ, lục do vậy môi trường nuôi cấy thường có màu..

(293) * Sắc tố quang hợp gồm: Diệp lục tố: tất cả diệp lục tố ở vi khuấn đều có cấu tạo photphorin với nhân Mg ( tương tự diệp lục tố ở cây xanh) được gọi là bacterocllorophil. Bacteriocloophil gồm a, b, c, d trong đó a đựơc biết rõ nhất. Các diệp lục khác chủ yếu ở cấu trúc hóa học phần gốc R, khác nhau về sự hấp thụ ánh sóng ngắn ( xanh) và phần sóng dài ( đỏ) của quang phổ mặt trời..

(294) Carotenoid: Thành phần carotenoid ở vi khuẩn quang hợp không giống ở tảo và cây xanh. Vi khuẩn quang hợp màu lục thường chứa hai loại carotenoid là clorobacter và izorenraten ( còn gọi là leroten). Các loại carotenoid thường gặp ở vi khuẩn tía là licopen, glucozit, carolin, rodopxin, okenon, spiriloxantin,protein. Carotenoid có màu vàng da cam. • Sắc tố phicobiliproteid: là loại sắc tố protid hòa tan trong nước, huỳnh quang mạnh, màu xanh da trời hoặc đỏ đặc trưng cho Cyanobacteria ( Vi khuẩn lam). •.

(295) 7.1.3. Sự tiến hóa của các hình thức quang hợp và tổng hợp glucid Có thể nói tóm tắt sự tiến hóa của quá trình tổng hợp glucid trong 3 giai đoạn: 1 - Hóa tổng hợp được thực hiện nhờ các loài vi khuẩn lưu huỳnh và vi sinh vật cổ: H2S + O2 → H2O + 2S + năng lượng H2S + CO2 → (CH2O) + H2O + 2S 2 - Quang hợp không thải oxy được thực hiện bởi các vi khuẩn lưu huỳnh và không chứa lưu huỳnh 2H2S + CO2 → (CH2O) + H2O + 2S.

(296) Hoặc: 2S + 5H2O + 3CO3 → 3(CH2O) + 2H2SO4 Hoặc: 2H2 + CO2 → (CH2O) + H2O 3 - Quang hợp thải oxi diễn ra trong các cơ thể thực vật, tảo và vi khuẩn lam: 2H2O + CO2 → (CH2O) + O2 + H2O Xét sự tiến hóa của quá trình tổng hợp glucid trên 3 phương diện: - Chất cho điện tử (H2S, S, H2 chất hữu cơ hay H2O). - Giải phóng hay không giải phóng Oxi, từ đó làm biến đổi hàm lượng oxi của khí quyển, thúc đẩy sự tiến hóa của các cơ thể hiếu khí khác..

(297) - Nguồn năng lượng (hóa học hay ánh sáng), liên quang đến hệ thống các sắc tố là các bẫy năng lượng. Chúng ta biết ở thời kỳ tiến hóa quang hợp hiện nay, thì quang hợp và hô hấp có quan hệ chặt chẽ: - Sản phẩm của quang hợp là nguyên liệu của hô hấp và ngược lại. - Năng lượng sinh ra của quá trình này (dưới dạng vật chất hoặc ATP) được quá trình kia sử dụng. - Càng nhiều enzyme càng nhiều sản phẩm trung gian. Các mối quan hệ chính của quang hợp và hô hấp hiếu khí ở vi sinh vật được tóm tắt trong bảng dưới đây:.

(298) Quang hợp. Hô hấp hiếu khí. 1) Cần C và O (S, S) 2) Hấp thụ năng lượng ánh sáng nhờ sắc tố 3) Là quá trình khử 4) Là quá trình tổng hợp 5) Chỉ thực hiện khi có ánh sáng 6) Diễn ra ở lục lạp và sắc lạp. 1) Tạo ra C và O (S) 2) Giải phóng năng lượng dưới dạng hợp chất phân giải dở dang hoặc ATP và các hợp chất cao năng khác 3) Là quá trình Oxi hóa (chiếm ưu thế) 4) Là quá trình phân giải 5) Xảy ra ở mọi lúc, ở mức độ tế bào và cơ thể 6) Ở màng tế bào chất (cơ thể nhân sơ), ở màng trong ty thể (cơ thể nhân chuẩn).

(299) Các sắc tố (diệp lục, khuẩn diệp lục và các sắc tố khác) có khả năng hấp thụ năng lượng ở độ dài sóng khác nhau, các bước sóng càng ngắn càng tích được nhiều năng lượng. Vì vậy ta thấy sự phân bố các vi khuẩn thường gặp trong hồ ao là: - Lớp mặt là tảo đơn và tảo đa bào, vi khuẩn lam. - Lớp kế là các vi khuẩn hiếu khí như Pseudomonas, Caulobacter Cytophaga. Lớp trung gian là các vi khuẩn màu lục, màu tía. - Lớp đáy là các vi khuẩn khử sunfat, các cơ thể sinh metan và các loại Clostridium kỵ khí bắt buộc..

(300) 7.1.4.Chu trình carbon trong tự nhiên Carbon tồn tại dưới dạng oxi hóa như C, các hợp chất carbonate và hydrogenocarbonate dưới các đại dương, các ao hồ nước ngọt. Sự biến đổi C thành các hợp chất hữu cơ nhờ quá trình khử được thực hiện nhờ hoạt động quang hợp của cây xanh (phần chủ yếu) và của vi tảo, của vi khuẩn quang hợp. Sự biến đổi các hợp chất carbon hữu cơ trở về trạng thái vô cơ là nhờ quá trình oxi hóa, đó chính là quá trình hô hấp. Trên hành tinh, hàng năm các cơ thể quang hợp có thể chuyển đổi C thành hơn 230 tỉ tấn vật chất hữu cơ nhờ quang hợp..

(301)

(302) Trong chu trình này có vai trò quan trọng của vi sinh vật, các hợp chất hữu cơ trong cơ thể động vật, thực vật sau khi chết được tích lại ở đất. Phần chủ yếu của thực vật là xenlulozo hay lignin. Có rất nhiều vi sinh vật đặc biệt, cả các loài hiếu khí và kị khí có thể tham gia vào sự phân giải các hợp chất trên. Các sản phẩm của quá trình phân giải này là mùn và các hợp chất cần thiết làm giàu cho đất. Quá trình vô cơ hóa này cũng có thể xảy ra trong điều kiện kị khí nhờ lên men dưới các đại dương hay trong các lớp nước, bùn đáy các dòng sông.... Cũng cần nói thêm rằng sản phẩm metan nhờ các vi sinh vật sinh metan (đặc biệt là các vi sinh vật cổ), trong các ống tiêu hóa của động vật, ví dụ trong dạ dày động vật nhai lại của 1 con bò cho đến 500 lít metan 1 ngày đêm, tức là 130 kg /năm. Những nơi có nhiều phân có thể xây dựng các hầm chứa phân sinh khí metan (Biogas) nhờ vi sinh vật kị khí sinh metan..

(303) Người ta có thể sử dụng các vi khuẩn quang tự dưỡng để làm sạch môi trường nước bị nhiễm bẩn, đặc biệt là bị nhiễm S. Chúng ta biết nước thải công nghiệp làm ô nhiễm ao hồ, sông ngòi và mạch nước ngầm, trong các chất thải vào nước và sinh ra ở nước bẩn (phân, nước tiểu,...) thì S ảnh hưởng lớn và ngay lập tức đối với động vật thủy sinh. Các ao hồ ở các thành phố lớn của nước ta có hàm lượng S rất cao, các chất này rất độc cần được xử lý bằng phương pháp sinh học..

(304) Việc biến đổi S thành các gốc sunfate SO42là đặc điểm của 1 số nhóm vi khuẩn hóa tự dưỡng và quang tự dưỡng, chủ yếu gồm các loài Thiobacillus, Thioparus, T.thioxidans, T.denitrificans, Begiatoa minima,... Chúng là những vi sinh vật kỵ khí, có thể sống ở pH thấp, nhiều loài có thể quang hợp: S2O32- + 2H → SO32- + H2S 2H2S + CO2 → quang hợp → (CH2O) + H2O + 2S.

(305) CHƯƠNG 8 DI TRUYỀN VÀ BIẾN DỊ Ở VI SINH VẬT.

(306) 8.1 Một số khái niệm Ở các Tb nhân chuẩn, sự truyền thông tin di truyền đã được nghiên cứu tương đối kỹ, nó diễn ra trong quá trình sinh sản hữu tính. Từ 2 Tb giới tính đơn bội (giao tử) có thể hợp nhất thành tb lưỡng bội (hợp tử). Trái lại ở tb vi khuẩn sinh sản bằng cách phân đôi, hiện tượng hình thành hợp tử rất hiếm khi xảy ra, trong quá trình đó 1 phần hoặc gần như toàn bộ ADN của vi khuẩn A sẽ được chuyển sang cho vi khuẩn B.

(307) Hệ gen của vi khuẩn nhận B được gọi là hệ gen nội, trong khi 1 phần gen của vi khuẩn cho được gọi là gen ngoại. Bản chất và kích thước của gen ngoại rất khác nhau tùy theo từng loài vi khuẩn và tùy trường hợp, phương thức mà nó xâm nhập..

(308) Hiện tượng cận tính là hiện tượng kết hợp giới tính bình thường ở các tb nhân sơ và 1 số loại tb nhân chuẩn. Hiện tượng cận tính có thể được thực hiện bằng cách lai 2 tb, kết hợp giữa 2 bộ gen và hình thành tb lưỡng bội nếu có sự kết hợp nhân, đây trường hợp hay gặp nấm men hay nấm mốc. Hiện tượng cận tính cũng có thể thực hiện bằng cách xâm nhập của 1 tổ hợp vật chất di truyền vào 1 tb nhận đã có sẵng vật chất di truyền,.

(309) Và như vậy ở đây có sự kết hợp giữa 1 bộ gen hoàn chỉnh với chỉ 1 phần bộ gen ngoại lai và do đó hình thành cơ thể lưỡng bội từng phần đây là trường hợp thường gặp ở vi khuẩn cổ nhờ biến nạp. Tiếp hợp hoặc tải nạp..

(310) 8.2 Vật chất thông tin di truyền ở vi sinh vật 8.2.1 Vật chất di truyền ở các loại cơ thể Các tính trạng ở VSV thường được chia thành các nhóm chính: 1. Các đặc điểm hình thái ở từng cá thể như hình dạng kích trước tb, ở từng khuẩn lạc phát triển từ 1 tb, sự hình thành màng nhày, hình thức phân chia, cách phân bố cơ quan chuyển động... 2. Các đặc điểm sinh hóa như thành phần tb, tỉ lệ các bazơ nitơ, trật tự nucleotit trong rARN, sắc tố, chất chuyển hóa và chất trao đổi....

(311) 3.Các đặc điểm nuôi cấy như kiểu hô hấp, kiểu dinh dưỡng, phản ứng với các tác nhân vật lý của môi trường, bền vững với các phage... 4. Các đặc điểm miễn dịch như tính kháng nguyên, đặc điểm huyết thanh, khả năng gây bệnh... a. Vật chất di truyền ở vi khuẩn Tổ chức vật chất di truyền ở vi khuẩn lúc sắp phân chia chỉ là 1 phân tử vòng ADN mà người ta gọi là thể nhiễm sắc trần của vi khuẩn dài khoảng 1mm, với khối lượng phân tử khoảng 3.109 daltons, chứa khoảng 4.500.000 bp. Nó bao gồm 2 mạch polinucleotit có 2 cực ngược chiều nhau và được nhân lên nhờ các enzyme.

(312) ADN – polimeraza, ligaza... Bình thường thì 1 ADN gốc sẽ được tách ra và mạch mới được tổng hợp theo nguyên tắc bổ sung dựa vào mạch gốc để hình thành 2 ADN giống nha. Tuy nhiên trong những điều kiện nuôi cấy nhất định có thể có vài ADN được hình thành từ ADN gốc. Các ADN của vi khuẩn được tổ hợp với các ion Mg2+ và Ca2+ và với các protein. Một số protein (protein P) là protamin. Những hợp chất này trung hòa với các yếu tố âm tính của ADN, đây là những loại protein kiềm và bền nhiệt, rất gũi với histon ở các cơ thể nhân chuẩn..

(313) Ngoài ra phần lớn vi khuẩn còn mang các yếu tố ADN di truyền ngoài nhân mà người ta gọi là plasmid, hay các ADN của virut từ các phage chuyển vào. Các yếu tố ADN thể nhiễm sắc hay là ngoài thể nhiễm sắc dưới dạng vòng có khả năng nhân đôi độc lập và cách li trong quá trình nhân đôi của vi khuẩn, người ta gọi chúng là các bản sao (replicon). Các bản sao thể nhiễm sắc khác với các bản sao plasmid hoặc bản sao ADN của phage chủ yếu là về kích thước. Đặc biệt, các yếu tố di truyền ngoài thể nhiễm sắc đôi khi không được nhân lên và không được phân bố sang 2 tb con trong quá trình phân chia..

(314) Như vậy kiểu gen (genotype) của VSV là hệ thống ADN có khả năng tự tái sinh của tb, bao gồm hệ gen (genom) tức là các gen nằm trên thể nhiễm sắc , các gen nằm trong chất nguyên sinh (plasmome) và các lạp thể (plastidom) nếu có. Trong khi đó tổ chức di truyền ở virut chỉ là những phân tử trùng hợp axit nucleic. Kiểu hình ở VSV là tập hợp cụ thể của tất cả các tính trạng của VSV trong những điều kiện xác định của môi trường. Ở vi khuẩn người ta chỉ thấy khoảng 10% số gen của nhiễm sắc thể bị ức chế, còn đại bộ phận các gen có thể được biểu hiện khi có cơ hội.

(315) b. Vật chất di truyền ở VSV nhân chuẩn Vật chất di truyền ở VSV nhân chuẩn cấu tạo thành các nhiễm sắc thể và nằm trong nhân. Nhân tb nhân chuẩn có màng nhân và lỗ màng nhân, nơi cho đi qua các tổ hợp proteinARNm. Về nguyên tắc mỗi tb có 1 nhân , nhưng có 1 số trường hợp ngoại lệ ở VSV còn gặp những tb nhiều nhân tùy thuộc vào kết quả “chuyển” nhân trong quá trình hữu tính, ở trùng đế giày có 2 loại nhân với chức năng khác nhau, còn ở các loài Tetrahymena (đv nguyên sinh roi ngắn) hệ gen lưỡng bội lại nằm ở nhân bé, còn gen nhân riboxom lại nằm trong nhân lớn. Ở 1.

(316) số nấm có giai đoạn sợi cộng bào trong sợi lại có 2 hay nhiều nhân như ở lớp nấm nhày, nấm tiếp hợp, ở tảo ống người ta cũng thấy hiện tượng tương tự. Ngoài vật chất di truyền ở trong nhân, ở VSV nhân chuẩn còn thấy vật chất di truyền ngoài nhân, bao gồm vật chất di truyền ở ty thể, lục lạp, ở các plasmid... Các vật chất di truyền ngoài thể nhiễm sắc có thể chiếm từ 0.1 – 1% (đôi khi đến 10%) toàn bộ ADN của tb nhân chuẩn. Trong những năm gần đây khoa học còn phát hiện những yếu tố giới tính, các tác nhân hủy diệt... Một số yếu tố di truyền ngoài thể nhiễm sắc của tế bào nhân chuẩn có thể xâm nhập vào trong nhân, thậm chí trong thể nhiễm.

(317) sắc. Người ta các yếu tố này vào nhóm các yếu tố di truyền thay đổi, các yếu tố di truyền vận động và các yếu tố di truyền gia nhập cũng được gộp vào nhóm này..

(318) 8.2.2 Cơ sở sinh hóa của hiện tượng đột biến gen. Phân tử AND khi nhân đôi phụ thuộc khá nhiều vào các tác nhân lí - hóa của môi trường, có thể làm thay đổi, sai lệch các phân tử mang thông tin di truyền của cơ thể. Ở cùng một genotyp, sự biểu hiện đột biến của nó phụ thuộc vào môi trường. ở vi khuẩn môi trường tác dụng trực tiếp; đột biến cũng diễn ra ngẫu nhiên và không định hướng..

(319) Đột biến ngẫu nhiên. Do sai sót ngẫu nhiên khi liên kết nucleotic trong quá trình chuyển hóa tautome của các electron trong một bazo VD: T ở trạng thái keo keto ( =oxo) và ghép đôi với A, nhưng khi sao chép T chuyển sang dạng enol, ghép đôi với G. hậu quả GX chứ không phải AT..

(320) Đột biến yên lặng. Nhiều aa có >1 codon tương ứng nên cũng có >1 tARN tương ứng. Do “thoái hóa mã” này mà không phải mỗi đột biến đều được bểu hiện ở phenotyp. Nhiều bộ ba sự thay đổi ở bazo thứ ba không gây nên hậu quả gì.bazo thứ nhất, thứ hai cũng vậy. Dù cấu trúc bậc cao của một protein được quy định bởi cấu trúc bậc một nhưng từng acid riêng lẽ cũng có ý nghĩa khác nhau với cấu trúc của protein..

(321) VD: đột biến chuyển AUX (izoloxin)GUX (valin) thay thế 1 nhóm ưa lipit này bằng 1 nhóm lipit khác. XUU (lơxin) XXU(prolin)  chuỗi polypeptit bị sai lệch và có thể làm thay đổi cấu trúc bậc cao. Vì vậy với hàng loạt thể đột biến có cùng gen cấu trúc đối với 1enzyme bị thay đổi sẽ xuất hiện nhiều độ hoạt tính, từ mất hoạt tính không đáng kể đến mất hoạt tính hoàn toàn.

(322) • Hồi biến. • Đột biến có thể thuận nghịch. Có hai loại hồi biến: • Hồi biến cùng vị trí: đột biến phục hồi hoạt tính diễn ra ở vị trí đột biến ban đầu (nếu trở lại không những cùng vị trí mà còn dẫn đến thứ tự của typ hoang dại thì ta gọi đó là thể hồi biến thật) • Hồi biến khác vị trí: đột biến xảy ra ở 1 vị trí khác trong AND nhưng có thể phục hồi phenotyp của dạng hoang dại..

(323) *Còn có đột biến ác chế: • Đột biến ở một vị trí khác trong cùng 1 gen có thể phục hồi chức năng của enzyme như trong đột biến chuyển khung dọc. • Đột biến trong 1 gen khác có thể phục hồi phenotyp hoang dại • Đột biến dẫn đến tổng hợp 1 enzyme khác có thể thay thế enzyme đột biến nhờ vào 1 con đường trao đổi chất khác với con đường mà enzyme đột biến đã sử dụng..

(324) Đột biến cảm ứng. • Cảm ứng đột biến là gì?_Là sự nâng cao tần độ đột biến nhờ xử lí tế bào bằng các tác nhân gây đột biến. TB sinh ra là thể đột biến cảm ứng: • Một cặp bazo bị thay thế .bởi một cặp khác. • Một đoạn AND gồm nhiều bazo, thậm chí nhiều gen, bị loại đi, bị chuyển chỗ trên NST hoặc bị gián đoạn do sự xen vào của ADN lạ.

(325) • Lắp chất tương tự bazo • Đó là những chất kháng chất trao đổi như pirimidin, purin được TB hấp thu, lắp vào AND hoạt động như bazo bình thường.khi sao chép có khuynh hướng không chính xác. • Hai chất thường dùng gây đột biến • UB_brom-raxin tương tự T, dạng keto BU chiếm chỗ của T trong sợi AND và ghép đôi với A.do khuynh hướng dễ tautome hóa thnag enol nên vòng sao chép tiếp theo BU ghép đôi G.ATXG.

(326) • AP_2aminopurin.tác dụng tương tự BU.A ghép đôi X • Sự thay thế 1 puurin hay 1 pirimidin bàng 1 dẫn xuất purin(AG) hay pirimidin khác (XT) gọi là sự chuyển dịch. Thay đổi hóa học của bazo. Axit HNO2 khử amin của A,G hoặc X mà không làm biến đổi hay đứt sợi polinucleotit.do thay thế -NH2= -OH Etyl – và metyl- metasunphonat, dimetyl – và dietyl – sunphonat, etilenimin, iprit nitơ.

(327) hoặc iprit lưu huỳnh, N-metyl-N’-nitro-Nnitroso-guanidin là các tác nhân ankin hóa gây đột biến mạnh. Lắp vào hoặc loại đi một cặp bazơ. Phân tử acridin xen vào giữa các bazo canh nhau trên chuỗi AND, làm tăng khoảng cách giữa chúng. Điều này sẽ dẫn đến mất đi một nucleotit hoặc lắp thêm vào một cặp bazo và làm chuyển khung đọc tront tổng hợp protein..

(328) • Tia tử ngoại (UV) và bức xạ ion hóa. • Tia UV, tia rơnghen và các bức xạ ion hóa khác có tác dụng gây chết hoặc gây đột biến ở vi sinh vật. • Tia UV tác dụng chủ yếu lên axit nucleic, mạnh nhất là vùng 260nm, dẫn đến hiện tượng dime hóa timin,2 timin gần nhau được liên kết cộng hóa trị với nhau ở nguyên tử C thứ 5 và 6.hậu quả sao chép bị sai lầm vì AND-polimeraza dễ lắp 1nucleotic không chính xác vào vị trí trên..

(329) • Tác dụng tia UV trên sợi AND xuất hiện 1 dimepirimidin-pirimidin khác gọi là quang sản phảm 6-4, ở đây C-6 của pirimidin 5’(T hoặc X) được liên kết với C-4 của pirimidin3’(thường là X)..

(330) 8.2.3 đột biến hình thái của vi sinh vật: (thường biến) 1.Khái niệm : Thường biến là những biến đổi ở kiểu hình của cùng một kiểu gen phát sinh trong quá trình phát triển của cá thể dưới ảnh hưởng của môi trường.Hay nói cách khác thường biến là sự phản ứng của cùng một kiểu gen đối với những điều kiện môi trường khác nhau..

(331) 2.Đặc điểm của thường biến : - Biến đổi đồng loạt theo một hướng xác định tương ứng với điều kiện môi trường - Không liên quan đến biến đổi kiểu gen nên không di truyền.

(332) 3. Ý nghĩa của thường biến : - Đối với tiến hóa : Nhờ có thường biến mà sinh vật phản ứng một cách linh hoạt về kiểu hình và có thể tồn tại trước những thay đổi của môi trường. - Đối với chọn giống : Là cơ sở xác định lựa chọn các kiểu gen thích hợp có những thường biến phù hợp với nhu cầu thị hiếu của con người..

(333) 8.2.4 ĐỘT BIẾN KHÁNG LẠI CÁC TÁC NHÂN DIỆT KHUẨN VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP CHÚNG:.

(334) Đột biến đối kháng: kháng lại chất ức chế, chất kháng sinh, độc tố và phage Cấy huyền phù 106 TB trên môi trường chứa chất ức chế. Chủng đột biến không mẫn cảm hoặc vô độc hại đối với chất ức chế sẽ sống sót và phát triển thành khuẩn lạc..

(335) Đột biến khuyết dưỡng: không tổng hợp được một số vitamin, axit amin, axit nucleotic hoặc tác nhân sinh trưởng khác. Sử dụng phương pháp tuyển chọn penixillin để loại trừ TB hoang dại.cấy các TB sống sót trên môi trường chứa một ít hợp chất trao đổi mà các đột biến khuyết dưỡng không tổng hợp được. Các chủng đột biến phát triển thành vi khuẩn lạc..

(336) Đột biến không sử dụng được một loại cơ chất: thiếu hệ enzim phân giải, thiếu nguồn cacbon và năng lượng. Dùng phương pháp tăng cường bằng tuyển chọn qua tác nhân pinxillin. Dùng kĩ thuật tuyển chọn trực tiếp, sử dụng môi trường dinh dưỡng chứa chất chỉ thị(như xanh methylen, đỏ trung tính, tím kết tinh…) mà ở trên đó các axit do đột biến tiết sẽ làm thay đổi màu. Kĩ thuật tuyển chọn gián tiếp bằng nhận biết các Vk lạc.

(337) Các chủng đột biến phụ thuộc nhiệt độ: tác dụng nhiệt đối với sự hình thành hoặc kiến tạo các protein bị thay đổi thao con đường hoặc bền vững với nhiệt độ cao (đột biến bền nhiệt) hoặc rất mẫn cảm với nhiệt độ (đột biến mẫn cảm) Nuôi cấy tăng cường các chủng đột biến ở nhiệt độ mà các đột biến sinh trưởng tốt hơn các chủng hoang dại. Có thể sử dụng các phương pháp làm giàu thể đột biến bằng penixillin.

(338) Đột biến điều chỉnh: làm thay đổi tốc độ tổng hợp một hoặc nhiều enzyme tham gia trao đổi chất Các đột biến có thể nuôi cấy liên tục với cơ chất là tác nhân giới hạn sự sinh trưởng, thay đổi tốc độ sinh trưởng trên hai cơ chất cùng loại, cho sinh trưởng trên môi trường có chát chống trao đổi - chất ức chế sự sinh trưởng của các chủng hoang dại..

(339)

Vi sinh vat

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về