Bài giảng Vi sinh môi trường - Trương Thị Thu Hương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Trương Thị Thu Hương, Nguyễn Hồng Mỹ, Lê Hồng Thía,
Nguyễn Thị Hàng, Nguyễn Khánh Hồng

BÀI GIẢNG

VI SINH MƠI TRƯỜNG
Trình độ: Đại học
Ngành: Kỹ thuật môi trường, Quản lý môi trường
Tài nguyên môi trường, Khoa học môi trường
Môn: Vi sinh môi trường
Thời lượng lý thuyết: 45 tiết
Thực hành: 60 tiết

TP. HỒ CHÍ MINH – 2016

LƯU HÀNH NỘI BỘ

i


Lời nói đầu
Vi sinh vật đóng vai trị vơ cùng quan trọng trong thiên nhiên cũng như trong cuộc sống
của con người. Vi sinh vật có vai trị quan trọng trong q trình tham gia vào tất cả các vịng
tuần hồn vật chất trong tự nhiên, là một mắt xích quan trọng trong chuỗi thức ăn của các hệ
sinh thái. Vi sinh vật cịn đóng vai trị quyết định trong q trình tự làm sạch mơi trường tự
nhiên.
Trong thiên nhiên ngồi những nhóm vi sinh vật có ích như trên, cịn có những nhóm
vi sinh vật gây hại. Ví dụ như các nhóm vi sinh vật gây bệnh cho người, động vật và
thực vật, các nhóm vi sinh vật gây ô nhiễm thực phẩm, ô nhiễm các nguồn nước, đất và

khơng khí. Sinh viên cần nắm vững cơ sở khoa học của tất cả các q trình có lợi hay có hại
của vi sinh vật từ đó đưa ra những biện pháp khoa học để phát huy những mặt có lợi và hạn
chế những mặt gây hại của vi sinh vật, đặc biệt là trong bảo vệ môi trường.
Tập bài giảng “Vi sinh môi trường” thể hiện đầy đủ những kiến thức bổ ích và những thơng
tin thiết thực phù hợp với đề cương chi tiết môn học giúp sinh viên nắm bắt những nội dung
môn học. Chúng tôi xin chân thành cám ơn sự cộng tác của các thành viên tham gia hồn
thiện tập bài giảng.

Nhóm tác giả

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH .............................................................................................. XI
PHẦN A. LÝ THUYẾT.................................................................................................................................. 1
Chương 1: Hình thái, cấu tạo của Vi sinh vật .............................................................................................................. 1
1.1. Lịch sử phát triển của vi sinh vật học .............................................................................................................................. 1
1.2 Đặc điểm chung của vi sinh vật trong sinh giới ............................................................................................................... 5
1.2.1 Đặc điểm chung của vi sinh vật .................................................................................................................................... 5
1.3 Vi sinh vật nhân sơ - PROKARYOTE ............................................................................................................................. 8
1.3.1 Định nghĩa .................................................................................................................................................................... 8
1.3.2. Vi khuẩn ....................................................................................................................................................................... 8
1.3.2.1 Định nghĩa và vai trò của vi khuẩn ............................................................................................................................ 8
1.3.2.2 Đặc điểm sinh sản ...................................................................................................................................................... 9
1.3.2.3 Đặc điểm trao đổi chất............................................................................................................................................. 10
1.3.2.4 Khả năng di động ..................................................................................................................................................... 11
1.3.2.5 Phân loại hình thái ................................................................................................................................................... 12
1.3.2.6 Cấu tạo tế bào vi khuẩn ........................................................................................................................................... 16
1.3.3. Hình thái, cấu tạo tế bào của Xạ khuẩn ..................................................................................................................... 27

1.3.3.1 Định nghĩa và vai trò của Xạ khuẩn......................................................................................................................... 27
1.3.3.2 Cấu tạo của xạ khuẩn............................................................................................................................................... 27
1.3.4 Hình thái, cấu tạo của vi khuẩn lam ........................................................................................................................... 29
1.3.4.1 Định nghĩa và vai trò của vi khuẩn lam ................................................................................................................... 29
1.3.4.2 Đặc điểm cấu tạo ..................................................................................................................................................... 29
1.4. Vi sinh vật nhân thật- EUKARYOTE ........................................................................................................................... 31
1.4.1 Định nghĩa .................................................................................................................................................................. 31
1.4.2. Hình thái, cấu tạo tế bào của Nấm men ..................................................................................................................... 32
1.4.2.1 Định nghĩa và vai trò của nấm men ......................................................................................................................... 32
1.4.2.1 Đặc điểm cấu tạo ..................................................................................................................................................... 32
1.4.2.2 Phân loại nấm men................................................................................................................................................... 38
1.4.2.3 Đặc điểm sinh sản .................................................................................................................................................... 39
1.4.3. Hình thái, cấu tạo tế bào của Nấm mốc ..................................................................................................................... 40
1.4.3.1 Đặc điểm hình thái của nấm mốc ............................................................................................................................. 40
1.4.3.2 Cấu tạo của nấm mốc............................................................................................................................................... 41
1.4.4. Hình thái, cấu tạo tế bào của Tảo và Động vật nguyên sinh ..................................................................................... 46
1.4.4.1 Tảo ........................................................................................................................................................................... 46

iii


1.4.4.2 Động vật nguyên sinh ............................................................................................................................................... 49
1.5. Hình thái, cấu tạo của Virus .......................................................................................................................................... 52
1.5.1 Lịch sử nghiên cứu virus ............................................................................................................................................. 52
1.5.2 Cấu tạo của virus ........................................................................................................................................................ 53
1.5.2.1 Vỏ capsid .................................................................................................................................................................. 53
1.5.2.2 Vỏ ngoài ................................................................................................................................................................... 55
1.5.2.3 Lõi acid nucleic (genome) ........................................................................................................................................ 55
Chương 2: Các quá trình sinh lý của Vi sinh vật ....................................................................................................... 57
2.1. Thành phần hóa học của tế bào vi sinh vật.................................................................................................................... 57

2.1.1 Nước ............................................................................................................................................................................ 58
2.1.2 Vật chất khơ ................................................................................................................................................................ 59
2.1.2.1 Muối khống ............................................................................................................................................................ 59
2.1.2.2 Chất hữu cơ .............................................................................................................................................................. 59
2.2. Qúa trình dinh dưỡng của vi sinh vật ............................................................................................................................ 63
2.2.1. Các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật .......................................................................................................................... 63
2.2.2. Cơ chế hấp thụ chất dinh dưỡng của vi sinh vật ........................................................................................................ 65
2.2.2.1 Vận chuyển thụ động ................................................................................................................................................ 65
2.2.2.2 Vận chuyển chủ động ............................................................................................................................................... 67
2.3. Qúa trình trao đổi chất và năng lượng ........................................................................................................................... 67
2.3.1 Khái niệm .................................................................................................................................................................... 67
2.3.2 Quá trình trao đổi năng lượng .................................................................................................................................... 69
2.3.2.1 Quá trình đường phân .............................................................................................................................................. 70
2.3.2.2 Q trình hơ hấp hiếu khí ........................................................................................................................................ 72
2.3.2.3 Hơ hấp yếm khí - q trình lên men ......................................................................................................................... 74
2.4. Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật .................................................................................................................. 76
2.4.1. Lý thuyết về sự phát triển của vi sinh vật ................................................................................................................... 76
2.4.1.1 Khái niệm cơ bản ..................................................................................................................................................... 76
2.4.1.2 Sinh trưởng vi sinh vật trong điều kiện nuôi cấy tĩnh............................................................................................... 76
2.4.1.3 Hiện tượng sinh trưởng kép ..................................................................................................................................... 78
2.4.1.4 Tăng trưởng vi sinh vật trong điều kiện nuôi cấy liên tục ........................................................................................ 79
2.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật ........................................................................ 80
2.4.2.1 Các tác nhân vật lý................................................................................................................................................... 80
2.4.2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố hóa học .......................................................................................................................... 83
2.4.2.3 Ảnh hưởng của yếu tố sinh học – kháng sinh ........................................................................................................... 85
Chương 3. Phân giải, chuyển hóa vật chất và các chu trình sinh địa hóa ................................................................. 88
3.1.1. Vi sinh vật phân giải các hợp chất hữu cơ chứa C .................................................................................................... 88

iv

3.1.2. Chu trình C ................................................................................................................................................................ 91
3.2. Chu trình N ................................................................................................................................................................... 92
3.2.1. Vi sinh vật chuyển hóa các dạng hợp chất chứa N .................................................................................................... 92
3.2.1. Chu trình N ................................................................................................................................................................ 92
3.3. Chu trình P .................................................................................................................................................................... 96
3.3.1. Vi sinh vật phân giải các hợp chất P hữu cơ và P vô cơ ............................................................................................ 96
3.3.2. Chu trình P ................................................................................................................................................................. 97
3.4. Chu trình S .................................................................................................................................................................... 98
3.4.1. Vi sinh vật chuyển hóa hợp chất chứa S..................................................................................................................... 98
3.4.2. Chu trình S ................................................................................................................................................................. 99
Chương 4. Vi sinh vật trong mơi trường nước, đất và khí ....................................................................................... 101
4.1. Hệ vi sinh vật trong môi trường .................................................................................................................................. 101
4.1.1. Vi sinh vật trong môi trường nước ........................................................................................................................... 101
4.1.1.1. Vi sinh vật trong nước ngọt bề mặt trong đất liền................................................................................................. 102
4.1.1.2. Vi sinh vật trong nước biển ................................................................................................................................... 106
4.1.1.3. Vi sinh vật trong nước thải .................................................................................................................................... 111
4.1.2. Hệ vi sinh vật trong môi trường đất ......................................................................................................................... 113
4.1.3. Hệ vi sinh vật trong mơi trường khí ......................................................................................................................... 115
4.2. Vi sinh vật có lợi trong mơi trường ............................................................................................................................. 116
4.2.1.Vi sinh vật có lợi trong mơi trường đất ..................................................................................................................... 116
4.2.2. Vi sinh vật có lợi trong môi trường nước ................................................................................................................. 118
4.2.3. Ứng dụng vi sinh vật trong xử lý môi trường ........................................................................................................... 120
4.2.4. Vi sinh vật chỉ thị môi trường nước.......................................................................................................................... 122
4.3. Vi sinh vật gây bệnh trong môi trường nước .............................................................................................................. 126
4.3.1. Vi khuẩn gây bệnh .................................................................................................................................................... 126
4.3.2. Virus gây bệnh ......................................................................................................................................................... 127
4.3.3. Ký sinh trùng gây bệnh ............................................................................................................................................ 128
Chương 5. Công nghệ Vi sinh vật trong xử lý nước thải .......................................................................................... 130
5.1. Phân loại và thành phần nước thải .............................................................................................................................. 130

5.2. Cơ sở sinh học trong xử lý nước thải .......................................................................................................................... 139
5.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học ........................................................................................................... 139
5.2.1.1. Q trình phân hủy hiếu khí.................................................................................................................................. 142
5.2.1.2. Q trình phân hủy kỵ khí ..................................................................................................................................... 144
5.2.2. Vai trị của vi sinh vật trong quá trình làm sạch nước thải...................................................................................... 149
5.2.2.1. Hệ vi sinh vật trong nước thải ............................................................................................................................... 149
5.2.2.2. Hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải ................................................................................................... 151

v


5.3. Các phương pháp sinh học xử lý nước thải ................................................................................................................. 153
5.3.1. Xử lý nước thải bằng bể hiếu khí (Aerotank) ........................................................................................................... 153
5.3.1.1. Đặc điểm và nguyên tắc hoạt động ....................................................................................................................... 153
5.3.1.2. Q trình hình thành bùn hoạt tính ....................................................................................................................... 154
5.3.1.3. Các nhóm vi sinh vật có trong bùn hoạt tính......................................................................................................... 156
5.3.1.4. Một số cải tiến của q trình bùn hoạt tính .......................................................................................................... 157
5.3.2. Xử lý nước thải bằng màng lọc sinh học .................................................................................................................. 158
5.3.3. Xử lý nước thải bằng hồ sinh học............................................................................................................................. 160
5.3.3.1. Hồ tùy tiện ............................................................................................................................................................. 160
5.3.3.2. Các loại hồ sinh học khác ..................................................................................................................................... 161
5.3.4. Xử lý nước thải bằng phương pháp lên men kỵ khí .................................................................................................. 162
5.3.4.1. Q trình sinh học kỵ khí ...................................................................................................................................... 163
5.3.4.2. Các yếu tố kiểm sốt q trình kỵ khí ................................................................................................................... 164
5.3.4.3. Một số phương pháp xử lý kỵ khí nước thải .......................................................................................................... 164
Chương 6. Công nghệ Vi sinh vật trong xử lý rác thải............................................................................................. 167
6.1. Phân loại và thành phần rác thải.................................................................................................................................. 167
6.2. Vi sinh vật tham gia xử lý rác thải .............................................................................................................................. 169
6.3. Các phương pháp sinh học xử lý rác thải .................................................................................................................... 171
6.3.1. Các phương pháp xử lý kỵ khí rác thải .................................................................................................................... 171

6.3.1.1. Phương pháp ủ rác làm phân compost.................................................................................................................. 171
6.3.1.2. Phương pháp chôn lấp .......................................................................................................................................... 174
6.3.2. Các phương pháp xử lý hiếu khí rác thải ................................................................................................................. 178
6.3.2.1. Phương pháp ủ hiếu khí ........................................................................................................................................ 179
6.3.2.2. Phương pháp ủ rác khơng đảo trộn ...................................................................................................................... 179
Chương 7. TINH SẠCH MƠI TRƯỜNG KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC VÀ THU NHẬN KHÍ SINH
HỌC .......................................................................................................................................................................... 180
7.1. Đặc trưng của khí thải ................................................................................................................................................. 181
7.2. Ngun lý của q trình tinh sạch khí thải .................................................................................................................. 183
7.2.1. Hấp thụ khí ............................................................................................................................................................... 183
7.2.2. Hấp phụ khí .............................................................................................................................................................. 183
7.2.3. Đốt cháy khí thải ...................................................................................................................................................... 184
7.2.4. Sử dụng thực vật xử lý khí thải ................................................................................................................................. 184
7.2.5. Sử dụng vi sinh vật xử lý khí thải ............................................................................................................................. 184
7.2.6. Phương pháp khác ................................................................................................................................................... 185
7.3. Một số phương pháp tinh sạch khí thải ....................................................................................................................... 186
7.3.1. Phương pháp lọc sinh học ........................................................................................................................................ 186

vi


7.3.2. Phương pháp khử H2S trong môi trường nhờ Vi sinh vật ........................................................................................ 188
7.4. Phương pháp thu nhận khí sinh học ............................................................................................................................ 190

PHẦN B: THỰC HÀNH ........................................................................................................................... 192
CHƯƠNG 1: CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG THỰC HÀNH VI SINH. ............................ 192
BÀI 1: KỸ THUẬT CHUẨN BỊ MÔI TRƯỜNG. ................................................................................................... 192
1.1. Mục đích thí nghiệm ................................................................................................................................................... 192
1.2.

Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa ...................................................................................................................................... 193

1.3. Các bước tiến hành chuẩn bị môi trường. ................................................................................................................... 196
1.4. Câu hỏi ....................................................................................................................................................................... 204
BÀI 2: KỸ THUẬT PHÂN LẬP BẰNG PHƯƠNG PHÁP CẤY TRÊN ĐĨA PETRI VÀ PHƯƠNG PHÁP PHA
LOÃNG KẾT HỢP VỚI ĐỔ ĐĨA. ........................................................................................................................... 205
2.1. Mục đích thí nghiệm ................................................................................................................................................... 205
2.2. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa........................................................................................................................................... 207
3.3. Tiến hành thí nghiệm .................................................................................................................................................. 208
2.3.1. Kỹ thuật phân lập bằng phương pháp cấy trên đĩa petri. .......................................................................................... 208
2.3.2. Một số cách cấy phân lập. ........................................................................................................................................ 212
2.3.3. Kỹ thuật phân lập bằng phương pháp pha loãng kết hợp với đỗ đĩa. ....................................................................... 215
2.4. Câu hỏi ........................................................................................................................................................................ 218
CHƯƠNG 2: CÁC PHẢN ỨNG SINH HÓA ........................................................................................................... 219
BÀI 3: THỬ NGHIỆM SINH HÓA TSI (TRIPLE SUGAR IRON AGAR TEST). ................................................ 219
3.1. Mục đích thí nghiệm. .................................................................................................................................................. 219
3.2. Chuẩn bị thí nghiệm. ................................................................................................................................................... 219
3.3. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa........................................................................................................................................... 219
3.4. Tiến hành thí nghiệm. ................................................................................................................................................. 225
3.5. Câu hỏi ........................................................................................................................................................................ 226
BÀI 4: THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI TINH BỘT. .............................................................................. 227
4.1. Mục đích. .................................................................................................................................................................... 227
4.2. Chuẩn bị của sinh viên. ............................................................................................................................................... 227
4.3. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa........................................................................................................................................... 227
4.4. Cách tiến hành. ............................................................................................................................................................ 228
4.5. Những điều cần lưu ý. ................................................................................................................................................. 229
4.6. Câu hỏi ........................................................................................................................................................................ 229
BÀI 5: THỬ NGHIỆM CÁC PHẢN ỨNG IMVIC .................................................................................................. 230

vii

5.1. Mục đích thí nghệm. .................................................................................................................................................. 230
5.2. Chuẩn bị của sinh viên. ............................................................................................................................................... 230
5.3. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa........................................................................................................................................... 230
5.4.Cách tiến hành. ............................................................................................................................................................. 233
5.5. Câu hỏi ........................................................................................................................................................................ 235
BÀI 6: XÁC ĐỊNH HOẠT TÍNH CỦA ENZYME CATALASE ............................................................................. 236
6.1. Mục tiêu bài học. ......................................................................................................................................................... 236
6.2. Chuẩn bị của sinh viên. ............................................................................................................................................... 236
6.3. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa........................................................................................................................................... 236
6.4. Tiến hành thí nghiệm. ................................................................................................................................................. 237
6.6. Câu hỏi ........................................................................................................................................................................ 238
CHƯƠNG 3: VI SINH VẬT TRONG ĐẤT. ............................................................................................................ 239
Bài 7: XÁC ĐỊNH VÒNG ĐỜI CỦA VI SINH VẬT CÁC PHƯƠNG PHÁP PHA LOÃNG VÀ ĐỔ ĐĨA. ........... 239
7.1. Mục tiêu thí nghiệm. ................................................................................................................................................... 239
7.2. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa........................................................................................................................................... 239
7.3. Tiến hành thí nghiệm. ................................................................................................................................................. 240
7.4. Những kinh nghiệm cần nắm bắt. ............................................................................................................................... 243
7.5. Thí dụ và tính toán. ..................................................................................................................................................... 244
7.6. Câu hỏi. ....................................................................................................................................................................... 244
Bài 8: NẤM SỢI........................................................................................................................................................ 246
8.1. Mục tiêu thí nghiệm. ................................................................................................................................................... 246
8.2. Cở sở lý thuyết và ý nghĩa........................................................................................................................................... 246
8.3. Tiến hành thí nghiệm. ................................................................................................................................................. 248
8.4. Kỹ năng. ...................................................................................................................................................................... 250
8.5. Tính tốn. .................................................................................................................................................................... 251
8.6. Câu hỏi. ....................................................................................................................................................................... 253
BÀI 9: QUAN SÁT VI SINH VẬT CÓ TRONG ĐẤT QUA KÍNH HIỂN VI......................................................... 254
9.1. Mục tiêu thí nghiệm. ................................................................................................................................................... 254

9.2. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa........................................................................................................................................... 254
9.3. Tiến hành thí nghiệm. ................................................................................................................................................. 255
9.4. Câu hỏi. ....................................................................................................................................................................... 258
Bài 10: VI KHUẨN VÀ XẠ KHUẨN ....................................................................................................................... 259
10.1. Mục tiêu thí nghiệm. ................................................................................................................................................. 259
10.2. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa......................................................................................................................................... 259

viii


10.3. Tiến hành thí nghiệm. ............................................................................................................................................... 263
10.4. Kỹ năng ..................................................................................................................................................................... 266
10.5. Câu hỏi. ..................................................................................................................................................................... 267
Bài 11: XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG TẢO: BẢNG LIỆT KÊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP MPN. .................................... 268
11.1. Mục tiêu thí nghiệm. ................................................................................................................................................. 268
11.2. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa......................................................................................................................................... 268
11.3. Tiến hành thí nghiệm. ............................................................................................................................................... 269
11.4. Tính tốn. .................................................................................................................................................................. 270
11.5. Câu hỏi. ..................................................................................................................................................................... 273
CHƯƠNG 4: VI SINH VẬT TRONG NƯỚC. ......................................................................................................... 275
BÀI 12: XÁC ĐỊNH SỐ COLIFORM TRONG NƯỚC BẰNG THỬ NGHIỆM MPN. ......................................... 275
12.1. Mục tiêu thí nghiệm. ................................................................................................................................................. 275
12.2. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa......................................................................................................................................... 275
12.3. Tiến hành thí nghiệm. ............................................................................................................................................... 276
12.4. Câu hỏi. ..................................................................................................................................................................... 279
Bài 13: ĐỊNH LƯỢNG VI SINH VẬT BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÀNG LỌC. ..................................................... 280
13.1. Mục tiêu thí nghiệm. ................................................................................................................................................. 280
13.2. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa......................................................................................................................................... 280
13.3. Tiến hành thí nghiệm. ............................................................................................................................................... 280
13.4. Tính tốn. .................................................................................................................................................................. 281

13.5. Câu hỏi. ..................................................................................................................................................................... 281
CHƯƠNG 5: SỰ BIẾN ĐỔI CÁC CHẤT CỦA VI SINH VẬT. ............................................................................. 282
BÀI 14: SỰ OXI HÓA CÁC HỢP CHẤT SUNFUR CÓ TRONG ĐẤT. ................................................................ 282
14.1. Mục tiêu thí nghiệm. ................................................................................................................................................. 282
14.2. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa......................................................................................................................................... 282
14.3. Tiến hành thí nghiệm. ............................................................................................................................................... 284
14.4. Tính tốn. .................................................................................................................................................................. 286
14.5. Câu hỏi. ..................................................................................................................................................................... 286
BÀI 15: NITRITE HĨA VÀ SỰ KHỬ NITRITE HÓA........................................................................................... 287
15.1. Mục tiêu và nhiệm vụ. ............................................................................................................................................... 287
15.2. Cơ sở lý thuyết và ý nghĩa......................................................................................................................................... 287
15.3. Tiến hành thí nghiệm. ............................................................................................................................................... 288
15.4. Những điều cần lưu ý. ............................................................................................................................................... 289
15.5. Câu hỏi. ..................................................................................................................................................................... 289

ix


TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................................ 291

x


DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH
1.Danh mục bảng
BẢNG 1. 1 THÀNH PHẦN CẤU TẠO THÀNH TẾ BÀO VI KHUẨN GRAM ÂM VÀ GRAM DƯƠNG ........................................................................................................ 17
BẢNG 1. 2 SO SÁNH CẤU TẠO KHUẨN LAM VỚI VI KHUẨN....................................................................................................................................................... 29
BẢNG 1. 3 THÀNH PHẦN CẤU TẠO VÁCH TẾ BÀO MỘT SỐ LOẠI NẤM MỐC ................................................................................................................................ 42

BẢNG 2.

BẢNG 2.
BẢNG 2.
BẢNG 2.
BẢNG 2.

1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA TẾ BÀO VI SINH VẬT .................................................................................................................................................. 57
2 THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA MỘT TẾ BÀO VI KHUẨN ............................................................................................................................................. 59
3 PHÂN LOẠI ENZYME ............................................................................................................................................................................................ 61
4 CÁC NHÓM VI KHUẨN THEO NHIỆT ĐỘ ................................................................................................................................................................. 81
5 PHÂN LOẠI KHÁNG SINH THEO NGUỒN GỐC ......................................................................................................................................................... 86

BẢNG 4. 1 SINH VẬT NHÂN SƠ THƯỜNG GẶP Ở MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VÀ NƯỚC NGỌT. ...................................................................................................... 102
BẢNG 4. 2 LƯỢNG VI KHUẨN TRONG ĐẤT XÁC ĐỊNH THEO CHIỀU SÂU ĐẤT ........................................................................................................................... 113
BẢNG 4. 3. LƯỢNG VI SINH VẬT TRONG 1M3 KHƠNG KHÍ ..................................................................................................................................................... 116
BẢNG 4. 4 VI SINH VẬT CHỈ THỊ DỰA TRÊN MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG CỦA NGUỒN NƯỚC ............................................................................................................... 124
BẢNG 4. 5 SỐ LƯỢNG CÁC VI SINH VẬT CHỈ THỊ TRÊN CÁ THỂ ............................................................................................................................................... 125
BẢNG 4. 6 TÁC NHÂN VI KHUẨN GÂY BỆNH THƯỜNG GẶP TRONG NƯỚC THẢI ........................................................................................................................ 126
BẢNG 4. 7 TÁC NHÂN NẤM GÂY BỆNH THƯỜNG GẶP TRONG NƯỚC THẢI ............................................................................................................................... 127
BẢNG 4. 8 VI RUS GÂY BỆNH THƯỜNG GẶP TRONG NƯỚC THẢI ............................................................................................................................................. 127
BẢNG 4. 9 ĐỘNG VẬT NGUYÊN SINH GÂY BỆNH THƯỜNG GẶP TRONG NƯỚC THẢI .................................................................................................................. 128
BẢNG 4. 10 TÁC NHÂN GIUN SÁN GÂY BỆNH THƯỜNG GẶP TRONG NƯỚC THẢI ...................................................................................................................... 128

BẢNG 5. 1 TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA NƯỚC THẢI VÀ NGUỒN GỐC PHÁT SINH .................................................................................................................... 131
BẢNG 5. 2 MỘT SỐ CHẤT HỮU CƠ CĨ ĐỘC TÍNH CAO THƯỜNG GẶP ...................................................................................................................................... 134
BẢNG 5. 3 CÁC CHẤT Ô NHIỄM CẦN LOẠI BỎ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC ................................................................................. 140
BẢNG 5. 4 CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC CHỦ YẾU ĐƯỢC ÁP DỤNG ................................................................................................................................. 141
BẢNG 5. 5 VI SINH VẬT TẠO ACID HỮU CƠ ........................................................................................................................................................................... 147
BẢNG 5. 6 VI KHUẨN SINH METHANE .................................................................................................................................................................................. 147
BẢNG 5. 7 SẢN PHẨM TẠO THÀNH TỪ CÁC NGUỒN CHẤT HỮU CƠ ......................................................................................................................................... 148

BẢNG 6. 1THÀNH PHẦN CÁC NGUYÊN TỐ TRONG MỘT SỐ LOẠI RÁC THẢI .............................................................................................................................. 167
BẢNG 6. 2 PHÂN LOẠI THÀNH PHẦN RÁC THẢI THEO KHẢ NĂNG PHÂN GIẢI SINH HỌC ............................................................................................................ 168
BẢNG 6. 3 TỶ LỆ C/N CỦA MỘT SỐ CHẤT THẢI ..................................................................................................................................................................... 171
BẢNG 6. 4 CHỈ TIÊU PHÂN TÍCH CỦA RÁC SAU THỜI GIAN CHÔN LẤP .................................................................................................................................... 177

BẢNG 7. 1 THÀNH PHẦN KHƠNG KHÍ KHƠ, KHƠNG BỊ Ơ NHIỄM ............................................................................................................................................ 181
BẢNG 7. 2 SO SÁNH CÁC CƠNG NGHỆ KIỂM SỐT CHẤT GÂY Ô NHIỄM DẠNG KHÍ ................................................................................................................... 187
BẢNG 7. 3 TÍNH CHẤT VÀ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CỦA MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU ĐỆM TRONG LỌC SINH HỌC....................................................................................... 188

2.Danh mục hình
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.

1 MARCUS VITRUVIUS POLLIO.................................................................................................................................................................................. 1
2 ANTONI VAN LEEUVENHOOK (1632-1723) VÀ CHIẾC KÍNH HIỂN VI QUANG HỌC ĐẦU TIÊN ....................................................................................... 2
3 LOUIS PASTEUR (1822 - 1895) .............................................................................................................................................................................. 2
4 THÍ NGHIỆM BÁC BỎ THUYẾT TỰ SINH .................................................................................................................................................................... 3
5 CÁC NHÀ VI SINH VẬT HỌC GIAI ĐOẠN SAU PASTEUR ............................................................................................................................................... 4
6 KÍCH THƯỚC VI SINH VẬT TRONG SINH GIỚI ............................................................................................................................................................ 6
7 TỐC ĐỘ SINH TRƯỞNG CỦA MỘT SỐ LOÀI VI SINH VẬT ............................................................................................................................................. 7
8 QUÁ TRÌNH TRỰC PHÂN ......................................................................................................................................................................................... 9
9 CÁC LOẠI CẦU KHUẨN ......................................................................................................................................................................................... 12

10 CÁC LOẠI TRỰC KHUẨN ..................................................................................................................................................................................... 14

xi


HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.

HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.
HÌNH 1.

11 CẦU TRỰC KHUẨN VÀ PHẨY KHUẨN .................................................................................................................................................................... 15
12 XOẮN THỂ VÀ XOẮN KHUẨN ............................................................................................................................................................................... 15
13. VỎ NHẦY CỦA VI KHUẨN ACETOBACTER XYLINUM .............................................................................................................................................. 16
14 CẤU TRÚC THÀNH TẾ BÀO VI KHUẨN GRAM (+) VÀ GRAM (-) ............................................................................................................................... 17
15 CẤU TRÚC MÀNG TẾ BÀO ................................................................................................................................................................................... 19
16 VỊ TRÍ CỦA MESOSOME TRONG TẾ BÀO................................................................................................................................................................ 20
17 CẤU TRÚC RIBOSOME CỦA PROKARYOTE VÀ EUKARYOTE .................................................................................................................................... 21
18 THỂ NHÂN VÀ PLASMID TRONG TẾ BÀO VI KHUẨN ESCHERICHIA COLI .................................................................................................................. 23
19 CÁC DẠNG VÀ CẤU TRÚC TIÊM MAO Ở VI KHUẨN. ................................................................................................................................................ 24
20 CẤU TẠO VÀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH NHA BÀO Ở VI KHUẨN ................................................................................................................................ 26
21. CẤU TẠO CỦA XẠ KHUẨN .................................................................................................................................................................................. 28
22 KHUẨN LẠC VÀ VÒNG ĐỜI CỦA XẠ KHUẨN .......................................................................................................................................................... 28
23 CẤU TẠO TẾ BÀO VI KHUẨN LAM ......................................................................................................................................................................... 30
24 CẤU TẠO TẾ BÀO PROKARYOTE VÀ EUKARYOTE .................................................................................................................................................. 31
25 CẤU TẠO TẾ BÀO NẤM MEN ................................................................................................................................................................................ 33
26 CẤU TRÚC VÁCH TẾ BÀO NẤM MEN ..................................................................................................................................................................... 33

27 CẤU TRÚC MÀNG TẾ BÀO NẤM MEN .................................................................................................................................................................... 34
28 CẤU TRÚC TY THỂ TẾ BÀO NẤM MEN ................................................................................................................................................................... 35
29 CẤU TẠO MẠNG LƯỚI NỘI CHẤT TẾ BÀO NẤM MEN ............................................................................................................................................... 36
30 CẤU TRÚC BỘ GOLGI ........................................................................................................................................................................................ 36
31 HOẠT ĐỘNG KẾT HỢP CỦA GOLGI VÀ LYSOSOME TRONG TẾ BÀO ......................................................................................................................... 37
32 CẤU TRÚC NHÂN VÀ LỖ MÀNG NHÂN CỦA TẾ BÀO NẤM MEN ................................................................................................................................. 38
33 SINH SẢN THEO PHƯƠNG THỨC NẢY CHỒI Ở NẤM MEN ........................................................................................................................................ 39
34 SINH SẢN THEO PHƯƠNG THỨC PHÂN CẮT Ở NẤM MEN ........................................................................................................................................ 40
35 KHUẨN LẠC NẤM MỐC ....................................................................................................................................................................................... 41
36 CẤU TRÚC VÙNG NGỌN SỢI NẤM. ....................................................................................................................................................................... 42
37 HAI LOẠI KHUẨN TY CỦA NẤM MỐC .................................................................................................................................................................... 42
38 CẤU TẠO TẾ BÀO SỢI NẤM .................................................................................................................................................................................. 43
39 CÁC LOẠI BÀO TỬ VƠ TÍNH Ở NẤM MỐC .............................................................................................................................................................. 44
40 Q TRÌNH SINH SẢN HỮU TÍNH Ở NẤM MỐC RHYZOPUS VÀ ASPERGILLUS ........................................................................................................... 45
41 MỘT VÀI LOẠI TẢO ĐỎ ....................................................................................................................................................................................... 46
42 NHÓM TẢO NÂU................................................................................................................................................................................................. 47
43 NHÓM TẢO LỤC................................................................................................................................................................................................. 49
44 CÁC NHÓM ĐỘNG VẬT NGUYÊN SINH .................................................................................................................................................................. 51
45 TIÊU HĨA Ở ĐỘNG VẬT NGUN SINH ................................................................................................................................................................. 52
46. KÍCH THƯỚC VÀ HÌNH THÁI CỦA MỘT SỐ VIRUS ĐIỂN HÌNH................................................................................................................................. 54
47 CẤU TRÚC ĐỐI XỨNG XOẮN Ở VIRUS ................................................................................................................................................................... 54
48 CẤU TRÚC KHỐI ĐA DIỆN CỦA VIRUS .................................................................................................................................................................. 55

HÌNH 2.
HÌNH 2.
HÌNH 2.
HÌNH 2.
HÌNH 2.
HÌNH 2.
HÌNH 2.

HÌNH 2.
HÌNH 2.
HÌNH 2.
HÌNH 2.
HÌNH 2.
HÌNH 2.

1 VẬN CHUYỂN THỤ ĐỘNG Ở TẾ BÀO VI SINH VẬT ..................................................................................................................................................... 66
2 CƠ CHẾ THẨM THẤU............................................................................................................................................................................................ 66
3 CÁC KÊNH VẬN CHUYỂN CHỦ ĐỘNG..................................................................................................................................................................... 67
4 CẤU TẠO PHÂN TỬ CAO NĂNG ATP ...................................................................................................................................................................... 69
5 CON ĐƯỜNG ĐƯỜNG PHÂN EMPDEN – MEYEHOF- PASNAS ................................................................................................................................... 70
6 CON ĐƯỜNG ĐƯỜNG PHÂN PENTOSE PHOSPHAT .................................................................................................................................................. 71
7 CON ĐƯỜNG ĐƯỜNG PHÂN ENTER – DOUDOROFF ............................................................................................................................................... 72
8 CHU TRÌNH KREB (CHU TRÌNH ATC) ................................................................................................................................................................... 73
9 KHẢ NĂNG LÊN MEN CỦA MỘT SỐ LOÀI VI SINH VẬT .............................................................................................................................................. 74
10 SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT TRONG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY TĨNH .................................................................................................... 77
11 ĐƯỜNG CONG SINH TRƯỞNG KÉP CỦA VI SINH VẬT ............................................................................................................................................. 79
12 SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT TRONG ĐIỀU KIỆN NUÔI CẤY LIÊN TỤC ................................................................................................................ 79
13 HỆ THỐNG NUÔI CẤY LIÊN LỤC CHEMOSTAT VÀ BIOREACTOR .............................................................................................................................. 80

HÌNH 3. 1 MỘT SỐ LOẠI VI SINH VẬT ..................................................................................................................................................................................... 88
HÌNH 3. 2 CHU TRÌNH CHUYỂN HĨA CARBON........................................................................................................................................................................ 91
HÌNH 3. 3 CHU TRÌNH PHOSPHOR ........................................................................................................................................................................................ 98

HÌNH 4. 1 NGUỒN CHẤT HỮU CƠ Ở SÔNG VÀ SUỐI. .............................................................................................................................................................. 104
HÌNH 4. 2 ĐƯỜNG CONG OXI HỊA TAN. .............................................................................................................................................................................. 104
HÌNH 4. 3 HỒ NGHÈO DINH DƯỠNG VÀ HỒ GIÀU DINH DƯỠNG. ........................................................................................................................................... 106

xii

HÌNH 4. 4 SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT VÀ ÁP SUẤT Ở MƠI TRƯỜNG BIỂN. ........................................................................................................................... 107
HÌNH 4. 5 CHU TRÌNH CACBON Ở ĐẠI DƯƠNG. .................................................................................................................................................................... 108
HÌNH 4. 6 VI SINH VẬT TRONG LỚP BĂNG Ở BIỂN.THỎI BĂNG LẤY TỪ NAM CỰC TIẾP GIÁP VỚI NƯỚC BIỂN. DẢI TỐI (MŨI TÊN) LÀ QUẦN XÃ VI SINH VẬT. (THEO
PRESCOTT-HARLEY-KLEIN, 2002) ........................................................................................................................................................................... 109
HÌNH 4. 7 TẢO PSEUDO-NITZSCHIA. ................................................................................................................................................................................... 110
HÌNH 4. 8 TẢO PFIESTERIA PISCICIDA ................................................................................................................................................................................ 110
HÌNH 4. 9 THƯƠNG TÍCH Ở CÁ DO PFIESTERIA GÂY NÊN. ..................................................................................................................................................... 111

HÌNH 5. 1 PHÂN HỦY CHẤT HỮU CƠ TRONG ĐIỀU KIỆN KỴ KHÍ............................................................................................................................................. 145
HÌNH 5. 2 SƠ ĐỒ Q TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH ...................................................................................................................................................................... 153
HÌNH 5. 3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BỂ AEROTANK........................................................................................................................................................ 154
HÌNH 5. 4 MỘT SỐ VI KHUẨN DẠNG SỢI TRONG BÙN HOẠT TÍNH .......................................................................................................................................... 157
HÌNH 5. 5 MÀNG LỌC SINH HỌC MBR ................................................................................................................................................................................ 159
HÌNH 5. 6 BỂ LỌC SINH HỌC NHỎ GIỌT............................................................................................................................................................................... 159
HÌNH 5. 7 ĐĨA QUAY SINH HỌC (ROTATING BIOLOGICAL CONTACTORS)................................................................................................................................ 160
HÌNH 5. 8 MƠ HÌNH BỂ TỰ HOẠI ......................................................................................................................................................................................... 165
HÌNH 5. 9 MƠ HÌNH BỂ UASB ............................................................................................................................................................................................ 166

HÌNH 7. 1 CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN ........................................................................................................................................................................................ 180
HÌNH 7. 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ ỨNG DỤNG SINH HỌC .......................................................................................................................................... 185
HÌNH 7. 3. THIẾT BỊ LỌC SINH HỌC XỬ LÝ KHÍ ..................................................................................................................................................................... 186
HÌNH 7. 4 THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ H2S SỬ DỤNG VI KHUẨN SOB (NGUỒN: NGUYỄN KHÁNH HỒNG) ........................................................................................ 189
HÌNH 7. 5 Q TRÌNH LÊN MEN CỦA CÁC CHẤT HỮU CƠ DO CÁC VI SINH VẬT YẾM KHÍ .......................................................................................................... 190

xiii


PHẦN A. LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1: HÌNH THÁI, CẤU TẠO CỦA VI SINH VẬT
1.1. Lịch sử phát triển của vi sinh vật học
Xét qua lịch sử phát triển, ngành vi sinh vật học trải qua 4 giai đoạn chính:
A. Giai đoạn sơ khai
* Học thuyết về sự tự sinh: Từ thời xa xưa, con người ta luôn tin vào học thuyết về sự
tự sinh. Theo đó, các sinh vật sống trên Trái đất được tự nhiên sinh ra mà không cần đến các
sinh vật có kết cấu tương đồng. Ví dụ như giòi được sinh ra từ đất, hay các sinh vật sống do
Mặt trời và nước tạo nên chứ không cần đến cha mẹ chúng. Một ví dụ điển hình là kiến trúc
sư người La Mã cổ đại Marcus Vitruvius Pollio (80 - 15 TCN)
cho rằng, những con mọt sách được gió thổi đến từ hướng Nam
hoặc hướng Tây, do đó thư viện nên quay mặt về phía Đơng.
Thậm chí cho đến cuối thế kỷ XIX, rất nhiều người vẫn tin vào
học thuyết tưởng chừng như rất vô lý này. Họ tin rằng gió là
một yếu tố trong việc kiến tạo sự sống. Một số người khác nghĩ,
sâu và ếch tự sinh ra từ bùn, còn giòi là do thịt thối phân hủy ra
mà thành.
Hình 1. 1 Marcus Vitruvius Pollio
* Chế tạo ra kính hiển vi: Người đầu tiên nhìn thấy và mô tả vi sinh vật là Antoni Van
Leeuvenhook (1632-1723), người Hà Lan. Ơng là một thương nhân bn vải, muốn tìm hiểu
cấu trúc của sợi vải ơng đã chế tạo ra các thấu kính và lắp ráp chúng thành kính hiển vi đầu
tiên có độ phóng đại 160 lần. Ơng đã quan sát và mơ tả thế giới nhỏ bé của vi sinh vật từ
những mẫu nước sông hồ, nước ao tù, nước cống và ngay cả chính trong bựa răng của ông.
Cho đến cuối đời, Leeuvenhook đã chế tạo được những chiếc kính hiển vi thơ sơ với độ
phóng đại từ 270 – 300 lần. Năm 1695, ông đã xuất bản quyển “Phát hiện của Leeuvenhook
về những bí mật của thế giới tự nhiên”.

1


Hình 1. 2 Antoni Van Leeuvenhook (1632-1723) và chiếc kính hiển vi quang học đầu tiên

B. Giai đoạn vi sinh vật học Pasteur
Louis Pasteur (1822 - 1895), nhà hóa học, nhà vi sinh vật học người Pháp, với những phát
hiện về các nguyên tắc của tiêm chủng, lên men vi sinh. Ông được xem là một trong 3 người thiết
lập nên lĩnh vực vi sinh vật học, cùng với Ferdinand Cohn và Robert Koch, và được gọi là "cha đẻ
của vi sinh vật học
Năm 1856, ông đã công bố Quy luật tạo sinh cho rằng,
sự sống phải bắt nguồn sự sống, hay con cái phải có
bố mẹ sinh ra. Một sinh vật có ý thức dù là một tế bào
nhỏ nhất, đơn giản nhất không thể được tạo ra từ sự
kết hợp của những ngun tử hóa học vơ cơ. Học
thuyết của Pasteur đưa ra dựa trên vô số thực nghiệm,
vậy nên ta đã có thể bác bỏ được học thuyết tự sinh
lâu đời kéo dài hàng ngàn năm.
Hình 1. 3 Louis Pasteur (1822 - 1895)
Vào thời của Hoàng đế Napoléon III, Louis Pasteur tiến hành các nghiên cứu về sự
biến đổi của rượu vang trong quá trình lên men nước ép của nho. Ông phát hiện rằng tất cả các
biến đổi này đều do các sinh vật "kí sinh" vì chúng phát triển nhiều hơn các vi sinh cần thiết
cho q trình lên men rượu bình thường. Ơng đã hướng dẫn những người làm rượu chỉ nên sử
dụng nguồn vi sinh vật sạch, không lẫn các sinh vật ký sinh để tránh các trường hợp sản phẩm
bị hư hỏng. Trong khi cố gắng tìm ra một phương thuốc hữu hiệu để điều trị chứng bệnh mà
ơng đã tìm ra nguyên nhân, Pasteur lại phát minh ra một kỹ thuật nhằm giảm thiểu sự tạp
nhiễm môi trường nuôi cấy bằng cách đun nóng mơi trường này lên đến khoảng 55-60 °C
trong điều kiện khơng có khơng khí. Kỹ thuật này sau đó được đặt tên là phương pháp khử
2


khuẩn Pasteur (pasteurisation), một phương pháp được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp chế

tạo và bảo quản rượu vang.

Hình 1. 4 Thí nghiệm bác bỏ thuyết tự sinh
Từ năm 1878 đến 1880, ông đã khám phá ra ba chủng vi khuẩn: liên cầu khuẩn
(streptococcus), tụ cầu khuẩn (staphylococcus) và phế cầu khuẩn (pneumococcus). Xuất phát từ
quan niệm rằng một loại bệnh được gây nên do một loại vi sinh vật nhất định do nhiễm từ
mơi trường bên ngồi, Pasteur đã thiết lập nên những nguyên tắc quan trọng trong vô khuẩn.
Tỉ lệ tử vong hậu phẫu cũng như hậu sản giảm xuống một cách ngoạn mục nhờ áp dụng
những nguyên tắc này.
Mặc dầu L. Pasteur là người đầu tiên chứng minh cơ sở khoa học của việc chế tạo
vaccin nhưng thuật ngữ vaccin lại do một bác sĩ nông thơn người anh Edward Jenner (17491823) đặt ra. Ơng là người đầu tiên nghĩ ra phương pháp chủng đậu bằng mủ đậu mùa bò cho
người lành, để phòng bệnh đậu mùa, một căn bệnh hết sức nguy hiểm cho tính mạng thời bây
giờ.
Vaccine ngừa bệnh dại đầu tiên trên cơ sở virus giảm độc lực này đã được Pasteur, sau
nhiều đắn đo suy tính, sử dụng vào ngày 6 tháng 7 năm 1885 ở một bé trai tên là Joseph

Meister, người bị chó dại cắn trước đó. Đây là một thành công vang dội của Pasteur cũng như
của nền y khoa thế giới. Kết quả cơng trình nghiên cứu về bệnh dại được Pasteur trình bày
trước Viện Hàn lâm Khoa học Pháp vào ngày 1 tháng 3 năm 1886. Nhân dịp này ông cũng đề
nghị thành lập một cơ sở nhằm sản xuất vaccine chống bệnh dại. Năm 1887 lời kêu gọi này
được công bố rộng rãi và nhận được 2 triệu Franc Pháp quyên góp. Nhờ đó vào năm 1888,
Tổng thống Sadi Carnot cho tiến hành xây dựng Viện Pasteur đầu tiên tại Pháp. Các Viện
Pasteur khác sau đó cũng được thành lập ở những nới khác trên thế giới nhờ ảnh hưởng của
các nhà vi sinh vật học như Albert Calmette và Alexandre Yersin. Tôn chỉ của Viện Pasteur từ
3


đó đến nay khơng thay đổi: tiến hành các nghiên cứu chế tạo vaccine và các chiến dịch tiêm
phòng chống lại các bệnh truyền nhiễm
C. Giai đoạn vi sinh vật học sau Pasteur
Tiếp theo sau Pasteur là Koch (Robert Koch 1843-1910), là người có cơng trong việc
phát triển các phương pháp nghiên cứu vi sinh vật. Ông đề ra phương pháp chứng minh một

vi sinh vật là nguyên nhân gây ra bệnh truyền nhiễm mà ngày nay mọi nhà nghiên cứu bệnh
học phải theo và gọi là quy tắc Koch.

Hình 1. 5 Các nhà vi sinh vật học giai đoạn sau Pasteur
Ngày 24-3-1882, Koch cơng bố cơng trình khám phá ra vi trùng gây bệnh lao và gọi
nó là Mycobacterium tuberculosis, là một bệnh nan y thời đó. Khám phá này mở đường cho
việc chữa trị bệnh ngày nay.
Kế đó học trò của Koch là Petri (Juliyes Richard Petri, 1852-1921) chế ra các dụng cụ
nghiên cứu vi sinh vật mà ngày nay cịn dùng tên của ơng để đặt cho dụng cụ ấy: đĩa Petri.
Ông cũng nêu ra các biện pháp nhuộm màu vi sinh vật.

4


Ivanopxki, 1892 và Beijerrinck, 1896 là những người phát hiện ra virus đầu tiên trên
thế giới khi chứng minh vi sinh vật nhỏ hơn vi khuẩn, qua được lọc bằng sứ xốp, là nguyên
nhân gây bệnh khảm cây thuốc lá.
D. Giai đoạn vi sinh vật học hiện đại
Ngày nay vi sinh vật đã phát triển rất sâu với hàng trăm nhà bác học có tên tuổi và
hàng chục ngàn người tham gia nghiên cứu, các nghiên cứu đã đi sâu vào bản chất của sự
sống ở mức độ phân tử và dưới phân tử, đi sâu vào kỹ thuật cấy mô và tháo lắp gen ở vi sinh
vật và ứng dụng kỹ thuật tháo lắp này để chữa bệnh cho người, gia súc, cây trồng và đang đi
sâu vào để giải quyết bệnh ung thư ở loài người.
Vi sinh học hiện đại cũng đi sâu nghiên cứu những tính chất riêng biệt của vi sinh vật
và hình thành các chuyên ngành như: Tế bào học, Phân loại học, Sinh lý học, Hóa sinh học,
Di truyền học của vi sinh vật.
Về mặt ứng dụng ngành vi sinh học gồm có các chuyên ngành như: Vi sinh vật học
công nghiệp, Vi sinh vật học thực phẩm, Vi sinh vật học y học, Vi sinh vật học thú y,
Vi
sinh vật đất, Vi sinh vật học nước, Vi sinh vật học khơng khí, Vi sinh vật học dầu mỏ, Vi

sinh vật học ngoài trái đất ….
1.2 Đặc điểm chung của vi sinh vật trong sinh giới
1.2.1 Đặc điểm chung của vi sinh vật
Kích thước nhỏ bé
Vi sinh vật thường được đo kích thước bằng đơn vị micromet (1mm= 1/1000mm hay
1/1000 000m). virus được đo kích thước đơn vị bằng nanomet (1nn=1/1000 000mm hay
1/1000 000 000m).

5


Hình 1. 6 Kích thước vi sinh vật trong sinh giới
Kích thước càng bé thì diện tích bề mặt của vi sinh vật trong 1 đơn vị thể tích càng
lớn. Chẳng hạn đường kính của 1 cầu khuẩn (Coccus) chỉ có 1mm, nhưng nếu xếp đầy chúng
thành 1 khối lập nhưng có thể lích là 1cm3 thì chúng có diện tích bề mặt rộng tới ...6 m2 !
Hấp thu nhiều, chuyển hố nhanh
Tuy vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé nhưng chúng lại có năng lực hấp thu và
chuyển hoá vượt xa các sinh vật khác. Chẳng hạn 1 vi khuẩn lactic (Lactobacillus) trong 1
giờ có thể phân giải được một lượng đường lactose lớn hơn 100-10 000 lần so với khối lượng
của chúng. Tốc độ tổng hợp protein của nấm men cao gấp 1000 lần so với đậu tương và gấp
100 000 lần so với trâu bò.
Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh
Nhờ kích thước nhỏ bé nên tốc độ trao đổi chất của vi sinh vật nhanh hơn các lồi có
kích thước lơn. Chẳng hạn, 1 trực khuẩn đại tràng Escherichia coli trong các điều kiện thích
hợp chỉ sau 12-20 phút lại phân cắt một lần. Nếu lấy thời gian thế hệ là 20 phút thì mỗi giờ
phân cắt 3 làn, sau 24 giờ phân cắt 72 lần và tạo ra 4 722 366 500 000 000 000 000 000 tế bào
(4 722 366. 1017), tương đương với 1 khối lượng 4722 tấn. Trong nồi lên men với các điều
kiện ni cấy thích hợp từ 1 tế bào có thể tạo ra sau 24 giờ khoảng 100 000 000- 1 000 000
000 tế bào. Thời gian thế hệ của nấm men dài hơn, ví dụ với men rượu (Saccharomyces
cerevisiae) là 120 phút. Với nhiều vi sinh vật khác cịn dài hơn nữa, ví dụ với tảo Tiểu cầu

(Chlorella) là 7 giờ, với vi khuẩn lam Nostoc là 23 giờ...

6


Hình 1. 7 Tốc độ sinh trưởng của một số lồi vi sinh vật
Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị
Trong q trình tiến hố lâu dài vi sinh vật đã tạo cho mình những cơ chế điều hồ
trao đổi chất để thích ứng được với những điều kiện sống rất khác nhau, kể cả những điều
kiện hết sức bất lợi mà các sinh vật khác thường khơng thể tồn tại được. Có vi sinh vật sống
được ở mơi trường nóng đến 1300C, lạnh đến 0-50C, mặn đến nồng độ 32% muối ăn, ngọt đến
nồng độ mật ong, pH thấp đến 0,5 hoặc cao đến 10,7, áp suất cao đến trên 1103 at. hay có độ
phóng xạ cao đến 750 000 rad. Nhiều vi sinh vật có thể phát triển tốt trong điều kiện tuyệt đối
kỵ khí, có lồi nấm sợi có thể phát triển dày đặc trong bể ngâm tử thi với nồng độ Formol rất
cao...
Vi sinh vật đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực
tiếp với mơi trường sống ... do đó rất dễ dàng phát sinh biến dị. Tần số biến dị thường ở mức
10-5-10-10. Chỉ sau một thời gian ngắn đã có thể tạo ra một số lượng rất lớn các cá thể biến dị
ở các thế hệ sau. Những biến dị có ích sẽ đưa lại hiệu quả rất lớn trong sản xuất. Nếu như khi
mới phát hiện ra penicillin hoạt tính chỉ đạt 20 đơn vị/ml dịch lên men (1943) thì nay đã có
thể đạt trên 100 000 đơn vị/ml. Khi mới phát hiện ra acid glutamic chỉ đạt 1-2g/l thì nay đã
đạt đến 150g/ml dịch lên men.
Phân bố rộng, chủng loại nhiều
Vi sinh vật có mặt ở khắp mọi nơi trên Trái đất, trong khơng khí, trong đất, trên núi
cao, dưới biển sâu, trên cơ thể, người, động vật, thực vật, trong thực phẩm, trên mọi đồ vật...
Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc thực hiện các vịng tuần hồn sinh-địa-hố học như
vịng tuần hồn C, N, P, S, Fe...
Trong nước vi sinh vật có nhiều ở vùng duyên hải, vùng nước nông và ngay cả ở vùng
nước sâu, vùng đáy ao hồ. Trong khơng khí thì càng lên cao số lượng vi sinh vật càng ít. Số
lượng vi sinh vật trong khơng khí ở các khu dân cư đơng đúc cao hơn rất nhiều so với khơng

khí trên mặt biển và nhất là trong khơng khí ở Bắc cực, Nam cực... Hầu như khơng có hợp
7


chất carbon nào mà không là thức ăn của những nhóm vi sinh vật nào đó. Vi sinh vật có rất
phong phú các kiểu dinh dưỡng khác nhau: quang tự dưỡng, quang dị dưỡng, hoá tự dưỡng,
hoá dị dưỡng, tự dưỡng chất sinh trưởng, dị dưỡng chất sinh trưởng…
Là sinh vật xuất hiện đầu tiên trên trái đất
Trái đất hình thành cách đây 4,6 tỷ năm nhưng cho đến nay mới chỉ tìm thấy dấu vết
của sự sống từ cách đây 3,5 tỷ năm. Đó là các vi sinh vật hố thạch cịn để lại vết tích trong
các tầng đá cổ. Vi sinh vật hoá thạch cổ xưa nhất đã được phát hiện là những dạng rất giống
với Vi khuẩn lam ngày nay. Chúng được J.William Schopf tìm thấy tại các tầng đá cổ ở miền
Tây Australia. Chúng có dạng đa bào đơn giản, nối thành sợi dài đến vài chục mm với đường
kính khoảng 1-2 mm và có thành tế bào khá dày. Trước đó các nhà khoa học cũng đã tìm thấy
vết tích của chi Gloeodiniopsis có niên đại cách đây 1,5 tỷ năm và vết tích của chi
Palaeolyngbya có niên đại cách đây 950 triệu năm.
1.3 Vi sinh vật nhân sơ - PROKARYOTE
1.3.1 Định nghĩa
Prokaryote hay sinh vật nhân sơ là các sinh vật có cấu tạo tế bào đơn giản, chưa có
màng nhân và nhân hồn chỉnh. Prokaryote bao gồm vi khuẩn thật (Eubacteria) và vi khuẩn
cổ (Archaebacteria). Trong vi khuẩn thật bao gồm rất nhiều nhóm khác nhau: vi khuẩn
(Bacteria), xạ khuẩn (Actinomycetes), vi khuẩn lam (Cyanobacteria), nhóm vi khuẩn nguyên
thủy Mycoplasma, Ricketsia và Clamidia.
1.3.2. Vi khuẩn
1.3.2.1 Định nghĩa và vai trò của vi khuẩn
Vi khuẩn - tiếng Anh và tiếng La Tinh là bacterium (số nhiều bacteria) là những vi sinh
vật mà cơ thể chỉ gồm một tế bào (sinh vật đơn bào), có kích thước nhỏ (kích thước hiển vi)
thay đổi tùy theo từng loại, chiều dài khoảng 1-10 m chiều ngang khoảng 0,2 - 10 m; có
cấu trúc tế bào đơn giản khơng có màng nhân, bộ khung tế bào (cytoskeleton) và các bào quan
như ty thể và lục lạp.

Vi khuẩn là nhóm hiện diện đơng đảo nhất trong sinh giới. Người ta ước tính có
khoảng 40 triệu tế bào vi khuẩn trong một gram đất và hàng triệu tế bào trong một mm nước
30
ngọt. Ước tính có khoảng 5×10 vi khuẩn trên Trái Đất, tạo thành một lượng sinh khối vượt
hơn tất cả động vật và thực vật. Vi khuẩn có thể có ích hoặc có hại cho mơi trường, và động
vật, bao gồm cả con người. Một số là tác nhân gây bệnh và gây ra bệnh uốn ván, sốt thương hàn,
giang mai, tả, bệnh lây qua thực phẩm và lao. Một số khác lại có lợi như các vi sinh vật sống
trong nốt rễ có khả năng cố định Nitơ, các vi khuẩn sống cộng sinh trong cơ thể người hay các
8


sinh vật khác giúp ngăn cản sự phát triển của các vi sinh vật có hại. Một số nhóm vi sinh
"chun hóa" đóng một vai trị rất quan trọng trong việc hình thành các khống chất từ một số
nhóm hợp chất hữu cơ. Các vi khuẩn có khả năng phân hủy hydrocarbon trong dầu mỏ thường
được dùng để làm sạch các vết dầu loang.
Cùng với nấm men và nấm mốc, vi khuẩn được dùng để chế biến các thực phẩm lên
men như phô-mai, dưa chua, nước tương, dưa cải bắp, giấm, rượu, và yoghurt. Sử dụng công nghệ
sinh học, các vi khuẩn có thể được "thiết kế" để sản xuất thuốc trị bệnh như insulin, hay để cải
thiện sinh học đối với các chất thải độc hại
1.3.2.2 Đặc điểm sinh sản
a. Sinh sản vơ tính
Hình thức sinh sản chủ yếu của vi khuẩn là sinh sản bằng
phương thức nhân đôi hay còn gọi là trực phân. Đầu tiên các DNA
được nhân lên, ở khoảng giữa tế bào hình thành mezosom, sau đó
hình thành vách ngăn tế bào và DNA được phân đôi, tách khỏi
mezosom đi về hai tế bào con. Khi phân cắt tế bào thường chia
làm hai phần bằng nhau, chỉ trong một số rất ít trường hợp tế bào
mới chia làm hai phần không bằng nhau lúc này được gọi là: dị
hình. Kiểu phân cắt dị hình thường chỉ thấy trong mơi trường cũ
đã cạn thức ăn.

Hình 1. 8 Quá trình trực phân

Cách phân cắt của tế bào vi khuẩn phụ thuộc vào từng loài:
- Với trực khuẩn và xoắn khuẩn, vách ngăn hình thành theo bề ngang của tế bào. Rất
ít trường hợp vách ngăn có thể hình thành theo chiều dọc của tế bào.
- Với cầu khuẩn, vách ngăn có thể hình thành theo một hoặc hai, ba mặt phẳng. Tùy
theo vị trí của vách ngăn mà các dạng khác nhau của vi khuẩn hình thành
Đa số các vi khuẩn sau khi phân chia các tế bào con tách khỏi nhau, ở một số vi
khuẩn tế bào con không tách ra mà xếp lại thành chuỗi dài ngắn khác nhau.

9


Quá trình sinh sản này xảy ra rất nhanh. Bằng phương thức này, tế bào vi khuẩn được
nhân lên theo cấp số nhân. Tùy từng loài vi khuẩn, cứ khoảng 10 đến 30 phút lại cho ra một
thế hệ.
b. Sinh sản hữu tính
Mặc dù khơng có sinh sản hữu tính, những biến đổi di truyền hay đột biến vẫn xảy ra
trong từng tế bào vi khuẩn thông qua các hoạt động tái tổ hợp di truyền. Do đó, tương tự như
ở các sinh vật bậc cao, kết quả cuối cùng là vi khuẩn cũng có được một tổ hợp các tính trạng
từ hai tế bào mẹ. Có ba kiểu tái tổ hợp di truyền đã được phát hiện ở vi khuẩn:

Biến nạp (transformation): chuyển DNA trần từ một tế bào vi khuẩn sang tế bào
khác thông qua môi trường lỏng bên ngoài, hiện tượng này gồm cả vi khuẩn chết.

Tải nạp (transduction): chuyển DNA của virus, vi khuẩn, hay cả virus lẫn vi
khuẩn, từ một tế bào sang tế bào khác thông qua thể thực khuẩn (bacteriophage).

Giao nạp (conjugation): chuyển DNA từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác thông
qua cấu trúc protein gọi là pilus (lơng giới tính).

Sau khi nhận được DNA từ một trong những cách trên, vi khuẩn sẽ tiến hành phân
chia và truyền bộ gene tái tổ hợp cho thế hệ sau. Nhiều vi khuẩn còn có plasmid chứa DNA
nằm ngồi nhiễm sắc thể có khả năng di truyền độc lập với DNA trong vùng nhân.
1.3.2.3 Đặc điểm trao đổi chất
Các vi khuẩn có rất nhiều kiểu trao đổi chất khác nhau. Vi khuẩn dị dưỡng
(heterotroph) phải dựa vào nguồn cacbon hữu cơ bên ngoài, và tất cả các vi khuẩn gây bệnh
đều là các vi khuẩn dị dưỡng. Trong khi các vi khuẩn tự dưỡng (autotroph) có khả năng tổng
hợp chất hữu cơ từ CO2 và nước. Các vi khuẩn tự dưỡng thu nhận năng lượng từ phản ứng
ơxy hóa các hợp chất hóa học gọi là vi khuẩn hóa dưỡng (chemotroph), và những nhóm thu
năng lượng từ ánh sáng, thơng qua q trình quang hợp, được gọi là vi khuẩn quang dưỡng
(phototroph). Ngoài ra, các vi khuẩn còn được phân biệt nhờ vào nguồn chất khử mà chúng
sử dụng. Những nhóm sử dụng hợp chất vơ cơ (như nước, khí hiđrơ, sulfua và ammonia) làm
chất khử được gọi là vi khuẩn vô cơ dưỡng (lithotroph) và những nhóm cần hợp chất hữu cơ
(như đường, axit hữu cơ) được gọi là vi khuẩn hữu cơ dưỡng (organotroph). Những kiểu trao
đổi chất dựa vào nguồn năng lượng (quang dưỡng hay hóa dưỡng), nguồn chất khử (vơ cơ
dưỡng hay hữu cơ dưỡng) và nguồn cácbon (tự dưỡng hay dị dưỡng) có thể được kết hợp
khác nhau trong từng tế bào, và nhiều lồi có thể thường xun chuyển từ kiểu trao đổi chất
này sang kiểu trao đổi chất khác.

10


Vi khuẩn quang vô cơ tự dưỡng bao gồm vi khuẩn lam (cyanobacteria), là một trong
những loài cổ nhất được biết đến từ hóa thạch và có lẽ đã đóng một vai trị quan trọng trong
việc tạo ra nguồn ơxy cho khí quyển Trái Đất. Chúng là những tiên phong trong việc sử dụng
nước như là nguồn electron vô cơ (lithotrophic) và là sinh vật đầu tiên dùng bộ máy quang
hợp để phân rã nước. Những vi khuẩn quang hợp khác dùng các nguồn electron khác nên
không tạo ra ôxy. Những vi khuẩn quang dưỡng không tạo ôxy nằm trong bốn nhóm phân
loại: vi khuẩn lục lưu huỳnh, vi khuẩn lục khơng dùng lưu huỳnh, vi khuẩn tía và heliobacteria.
Những chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển bình thường gồm nitơ, lưu hùynh,

phôtpho, vitamin và các nguyên tố kim loại như natri, kali, canxi, ma-nhê, mangan, sắt, kẽm,
côban, đồng, nikel... Vài loài cần thêm một số nguyên tố vết khác như selen, tungsten, vanađi
hay bo.
Dựa vào phản ứng với ơxy, hầu hết các vi khuẩn có thể được xếp vào 3 nhóm: một số
chỉ có thể mọc khi có sự hiện diện của ơxy được gọi là vi khuẩn hiếu khí (aerobe); một số khác
chỉ có thể mọc khi khơng có ơxy được gọi là vi khuẩn kị khí (anaerobe); và một số lại có thể
sống cả khi có hay khơng có sự hiện diện của ơxy thuộc nhóm vi khuẩn kị khí tùy ý (facultative
anaerobe). Các vi khuẩn khơng sử dụng ơxy nhưng vẫn có thể mọc khi có sự hiện diện của
ơxy gọi là vi khuẩn chịu oxy (aerotolerant). Những vi khuẩn có thể mọc tốt trong môi trường
khắc nghiệt đối với con người được gọi là extremophile (vi khuẩn chịu cực hạn). Một số vi
khuẩn sống trong suối nước nóng được gọi là vi khuẩn chịu nhiệt (thermophile); một số khác
sống trong hồ nước rất mặn gọi là vi khuẩn chịu mặn (halophile); trong khi đó có lồi lại sống
trong mơi trường acid hay kiềm gọi là vi khuẩn chịu axit (acidophile) hay vi khuẩn chịu kiềm
(alkaliphile) và còn một số sống trong các băng hà trong dãy núi Alps gọi là vi khuẩn chịu hàn
(psychrophile)
1.3.2.4 Khả năng di động
Vi khuẩn di động nhờ vào tiên mao, trượt hay thay đổi sức nổi. Một nhóm vi khuẩn
đặc biệt, nhóm spirochaete, có các cấu trúc tương tự như tiên mao, gọi là sợi trục, nằm giữa hai
màng trong vùng chu chất. Chúng có một thể xoắn ốc đặc biệt quay tròn khi di chuyển.
Tiên mao của vi khuẩn được sắp xếp theo nhiều cách. Vi khuẩn có thể có một tiên
mao ở mỗi cực của tế bào, hay có thể có một nhóm nhiều tiên mao ở một đầu. Peritrichous là
nhóm vi khuẩn có tiên mao nằm rải rác khắp tế bào. Nhiều vi khuẩn (như E. coli) có hai kiểu
di động khác nhau: di động tiến tới (bơi) và quay vòng. Di động quay vòng giúp chúng tái
định hướng và là một nhân tố qua trọng tạo ra tính định hướng bất kì cho di động tiến tới.
Vi khuẩn di động bị thu hút hay đẩy ra bởi một số kích thích, hoạt động này được gọi
là tính hướng động chẳng hạn như hóa hướng động, quang hướng động, cơ hướng động và từ
11


hướng động. Khi đó, các tế bào vi khuẩn có thể dính lại với nhau để tạo thành đám và có thể

biệt hóa tạo thành thể quả.
1.3.2.5 Phân loại hình thái
Dựa vào hình thái bên ngồi của vi khuẩn, người ta chia vi khuẩn ra làm 6 loại hình thái khác
nhau: cầu khuẩn, trực khuẩn, cầu trực khuẩn, phẩy khuẩn, xoắn khuẩn, xoắn thể.
A. Cầu khuẩn (Coccus)
Cầu khuẩn (Coccus, số nhiều là cocci), có nghĩa là loại vi khuẩn này có hình thái giống như
quả mọng, là những vi khuẩn có dạng hình cầu, tuy nhiên có loại khơng thật giống với hình
cầu, thường có hình bầu dục. Kích thước của cầu khuẩn thay đổi trong khoảng 0,5 - 1 m (1
m =10-3 mm).
Tùy theo vị trí của mặt phẳng phân cắt và đặc tính rời hay dính nhau sau khi phân cắt mà cầu
khuẩn được chia thành các loại sau đây:
Đơn cầu khuẩn (Micrococcus): Thường đứng riêng rẽ từng tế bào một, đa số sống hoại sinh
trong đất, nước, khơng khí như: M. agillis, M. roseus, M. luteus.
Song cầu khuẩn (Diplococcus): Cầu khuẩn được phân cắt theo một mặt phẳng xác định và
dính với nhau thành từng đơi một, một số loại có khả năng gây bệnh như lậu cầu khuẩn
gonococcus.

Hình 1. 9 Các loại cầu khuẩn
Liên cầu khuẩn (Streptococcus): Cầu khuẩn phân cắt bởi một mặt phẳng xác định và dính với
nhau thành một chuỗi dài. Streptococcus lactis vi khuẩn lên men lactic, Streptococcus
pyogenes liên cầu khuẩn sinh mủ. Trong chi này cịn có loại liên song cầu khuẩn, tức là song
cầu khuẩn tập trung từng đôi một thành chuỗi dài.

12