LINK TẢI LUẬN VĂN MIỄN PHÍ CHO AE KET-NOI
Chương 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT VI SINH VẬT
1.1. NHỮNG KIẾN THỨC TỔNG QUÁT VỀ CÁC LĨNH VỰC VI SINH VẬT VÀ
PHÂN LOẠI
Vi sinh vật (từ tiếng Hy Lạp mikros - nhỏ, bios - cuộc sống, logos - học thuyết) là
một phần của ngành khoa học sinh học nghiên cứu hình thái, sinh hoá và sinh lý, các
tính chất có lợi và có hại của vi sinh vật nhằm sử dụng hiệu quả chúng trong hoạt động
thực tiển của con người. Quá trình phát triển ngành vi sinh học có liên quan chặt chẽ với
hoạt động con người, đã hình thành nên những lĩnh vực vi sinh học độc lập với những
định hướng và nhiệm vụ đa dạng. Những lĩnh vực sinh học bao gồm: đại cương, kỹ
thuật, y tế, thú y, nông nghiệp, nước, vũ trụ v.v. Trong đó vi sinh đại cương và kỹ thuật
vi sinh có tầm quan trọng lớn lao trong đời sống xã hội.
Sinh học đại cương nghiên cứu sự phát triển và hoạt động sống của vi sinh vật, vai
trò của chúng trong tự nhiên. Những hiểu biết này rất cần thiết khi nghiên cứu các lĩnh
vực khác nhau có liên quan đến vi sinh vật.
Kỹ thuật vi sinh là sự hoàn thiện các phương pháp thu nhận sinh khối vi sinh vật
dạng công nghiệp và các quá trình nuôi cấy chúng. Các phương pháp hợp lý nhằm tổng
hợp sản phẩm vi sinh cần thiết cho hoạt động thực tiễn của con người. Việc nghiên cứu
các tính chất khác nhau của vi sinh vật đã đẩy mạnh và khám phá ra những loài trước
đây chưa biết đến, số lượng các loài ngày càng nhiều dẫn đến sự cần thiết phải phân loại
một cách khoa học và có cơ sở.
Hiện nay có hai cách phân loại vi sinh vật. Cách thứ nhất theo hệ thống, cách thứ
hai dựa theo cấu tạo của nhân vi sinh vật.
Theo cách phân loại thứ nhất thì vi sinh vật được xếp trong ngành protophyta.
Nó gồm ba lớp Schizomycetes (lớp vi khuẩn), Schizophycecace (lớp thanh tảo),
Microtatobiotes (lớp ricketsia và vi rút).
Hệ thống phân loại đã được đưa ra như sau:
6
Lớp (Class) Giống (Genus)
Bộ (Order) Loài (Species)
Bộ phụ (Suborder) Thứ (Variety)
Họ (Family) Dạng (Forma, Type)
Tộc (Tribe) Nòi (Strain)
Nòi là tên gọi vi sinh vật mới phân lập thuần khiết.
Năm 1979 nhà sinh vật học Trung Quốc Trần Thế Tương đưa ra hệ thống phân
loại 6 giới và 3 nhóm giới sinh vật như sau:
I- Nhóm giới sinh vật phi bào:
1- Giới virut.
II- Nhóm giới sinh vật nhân nguyên thuỷ:
2- Giới vĩ khuẩn.
3- Giới vi khuẩn lam (hay tảo lam).
III- Nhóm giới sinh vật nhân thật:
4- Giới thực vật.
5- Giới nấm.
6- Giới động vật.
Đáng chú ý là vi sinh vật tuy rất đơn giản về hình thái nhưng bao gồm các nhóm
có đặc điểm sinh lý khác biệt nhau rất xa (hiếu khí, kỵ khí, dị dưỡng, tự dưỡng, hoại
sinh, ký sinh, cộng sinh...). Trong khi đó ở các sinh vật bậc cao (thực vật, động vật) tuy
có hình thái khác nhau rất xa nhưng lại rất gần gũi với nhau về đặc điểm sinh lý.
1.2. VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN VÀ TRONG NỀN
KINH TẾ QUỐC DÂN
Vi sinh vật sống khắp mọi nơi trên Trái đất, ngay cả nơi mà điều kiện sống tưởng
chừng hết sức khắc nghiệt vẫn thấy có sự phát triển của vi sinh vật (ở đáy đại dương, ở
nhiệt độ 85 ÷ 900 C, ở môi trường có pH = 10 ÷11, trong dung dịch bão hoà muối, đồng
hoá dầu mỏ, phenol, khí thiên nhiên...).
Trong 1 g đất lấy ở tầng canh tác thường có khoảng 1 ÷ 22 tỉ vi khuẩn; 0,5 ÷ 14
7
triệu xạ khuẩn; 3 ÷ 50 triệu vi nấm; 10 ÷ 30 nghìn vi tảo... Trong 1 m 3 không khí phía
trên chuồng gia súc thường có 1 ÷ 2 triệu vi sinh vật, trên đường phố có khoảng 5000,
nhưng trên mặt biển chỉ có khoảng 1 ÷ 2 vi sinh vật mà thôi.
Vi sinh vật sống trong đất và trong nước tham gia tích cực vào quá trình phân giải
các xác hữu cơ biến chúng thành CO2 và các hợp chất vô cơ khác dùng làm thức ăn cho
cây trồng. Các vi sinh vật cố định nitơ thực hiện việc biến khí nitơ (N2 ) trong không khí
thành hợp chất nitơ (NH3 , +
4NH ) cung cấp cho cây cối. Vi sinh vật có khả năng phân
giải các hợp chất khó tan chứa P, K, S và tạo ra các vòng tuần hoàn trong tự nhiên.
Vi sinh vật còn tham gia vào quá trình hình thành chất mùn.
Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc phân giải các phế phẩm công nghiệp, phế
thải đô thị, phế thải công nghiệp cho nên có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi
trường. Các vi sinh vật gây bệnh thì lại tham gia vào việc làm ô nhiễm môi trường nơi
có điều kiện vệ sinh kém.
Vi sinh vật có vai trò quan trọng trong năng lượng (sinh khối hoá thạch như dầu
hoả, khí đốt, than đá). Trong các nguồn năng lượng mà con người hy vọng sẽ khai thác
mạnh mẽ trong tương lai có năng lượng thu từ sinh khối. Sinh khối là khối lượng chất
sống của sinh vật.
Vi sinh vật là lực lượng sản xuất trực tiếp của ngành công nghiệp lên men bởîi
chúng có thể sản sinh ra rất nhiều sản phẩm trao đổi chất khác nhau. Nhiều sản phẩím đã
được sản xuất công nghiệp (các loại axit, enzim, rượu, các chất kháng sinh, các axit
amin, các vitamin...).
Hiện tại người ta đã thực hiện thành công công nghệ di truyền ở vi sinh vật. Đó là
việc chủ động chuyển một gen hay một nhóm gen từ một vi sinh vật hay từ một tế bào
của các vi sinh vật bậc cao sang một tế bào vi sinh vật khác.Vi sinh vật mang gen tái tổ
hợp nhiều khi mang lại những lợi ích to lớn bởi có thể sản sinh ở quy mô công nghiệp
những sản phẩm trước đây chưa hề được tạo thành bởi vi sinh vật.
Trong công nghiệp tuyển khoáng, nhiều chủng vi sinh vật đã được sử dụng để hoà
tan các kim loại quý từ các quặng cùng kiệt hay từ các bãi chứa xỉ quặng.
Vi sinh vật có hại thường gây bệnh cho người, cho gia súc, gia cầm, tôm cá và cây
trồng. Chúng làm hư hao hay biến chất lương thực, thực phẩm, vật liệu, hàng hoá.
Chúng sản sinh các độc tố trong đó có những độc tố hết sức nguy hiễm. Chỉ riêng sự tấn
công của virut HIV cũng đủ gây ra ở cuối thế kỷ XX khoảng 30 ÷ 50 triệu người nhiễm
HIV.
8
1.3. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM VỀ HÌNH THÁI VÀ SINH LÝ CỦA CÁC NHÓM
GIỚI VI SINH VẬT.
1.3.1. Hình thái và cấu tạo tế bào các vi sinh vật nhân nguyên thuỷ
Vi sinh vật nhân nguyên thuỷ bao gồm: Vi khuẩn thật (Eubacteria) và vi khuẩn cổ
(Archaebacteria). Trong vi khuẩn thật lại gồm rất nhiều nhóm khác nhau, chủ yếu là vi
khuẩn (Bacteria), xạ khuẩn (Actinomycetes), vi khuẩn lam (Cyanobacteria) và nhóm vi
khuẩn nguyên thuỷ Micoplatma (Micoplasma), Ricketxi (Ricketsia), Clamidia
(chlamydia).
1.3.1.1. Vi khuẩn
Vi khuẩn có nhiều hình thái, kích thước và sắp xếp khác nhau. Đường kính của
phần lớn vi khuẩn thay đổi trong khoảng 0,2 ÷ 2,0 μm, chiều dài cơ thể khoảng 2,0 ÷
8,0 μm. Những hình dạng chủ yếu của vi khuẩn là hình cầu, hình que, hình dấu phẩy,
hình xoắn, hình có ống, hình có sợi...
Ở vi khuẩn hình cầu (cầu khuẩn - coccus) tuỳ theo hướng của mặt phẳng phân cắt
và cách liên kết mà ta có: song cầu khuẩn (Diplococcus), liên cầu khuẩn (Strepto-
coccus), tứ cầu khuẩn (Graffkya), tụ cầu khuẩn (Staphylococcus).
Ở vi khuẩn hình que- trực khuẩn (Bacillus); Bacterium có thể gặp dạng đơn, dạng
đôi, dạng chuỗi...
Ở vi khuẩn hình xoắn có dạng hình dấu phẩy: phẩy khuẩn (Vibrio), hình xoắn thưa
(Xoắn khuẩn- Spirillum) , hình xoắn khít (Xoắn thể- Spirochaetes).
Ngoài ra, còn có thể gặp các hình dạng khác của vi khuẩn (hình khối vuông, khối
tam giác, khối hình sao...). Chi Beggiatoa và Saprospira có tế bào nối dài dạng sợi, chi
Caryophanon có tế bào hình đĩa xếp lồng vào nhau như một xâu các đồng xu.
Tế bào vi khuẩn đều rất nhỏ và rất nhẹ. Một tỉ trực khuẩn đại tràng Escherichia
coli mới có 1 mg.
Tiên mao (hay lông roi) là những sợi lông dài, uốn khúc, mọc ở mặt ngoài của một
số vi khuẩn có tác dụng giúp các vi khuẩn này có thểí chuyển động trong môi trường lỏng.
Vi khuẩn di động trong môi trường lỏng theo kiểu nào phụ thuộc vào nhiều lý do
khác nhau, nhiều khi hoàn toàn là ngẫu nhiên. Cũng không ít trường hợp là do tìm đến
hay tránh khỏi một số yếu tố nào đó. Ví dụ tìm đến nguồn thức ăn, tìm tới chỗ có ánh
sáng, tránh chỗ có hoá chất độc hại.
Vi khuẩn Gram âm (G− ) thường có khuẩn mao, giúp vi khuẩn bám vào giá thể
(màng nhầy của đường hô hấp, đường tiêu hoá...). Rất nhiều vi khuẩn G− có khuẩn mao
là các vi khuẩn gây bệnh.
9
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc tế bào vi khuẩn:
a- Cấu trúc tế bào vi khuẩn; b- Vi khuẩn G+; c- Vi khuẩn G−
So với các sinh vật khác, vi khuẩn có tốc độ sinh sản cao và ở điều kiện tối ưu, sự
phát triển nhân đôi tế bào xảy ra trong vòng 20 ÷ 30 phút.
Vi khuẩn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vi sinh khi sản xuất axit amin,
vitamin, chất bảo vệ thực vật, làm sạch dòng nước thải bằng phương pháp sinh học.
Dùng vi khuẩn để sản xuất các chế phẩm protein từ metan và hydro là một trong những
hướng có triển vọng.
1.3.1.2. Xạ khuẩn
Xạ khuẩn được phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên. Trong mỗi gam đất nói chung
thường có trên một triệu xạ khuẩn. Phần lớn xạ khuẩn là tế bào Gram dương, hiếu khí,
c)
VI KHUẨN Gram dương (G + )
(Arthrobacter crystlopoietes)
VI KHUẨN Gram âm (G − )
(Lewthrix mucor)
Thê ú nhân
Khuẩn nan
Riboxom
Thể ẩn nhập
Tiên mao
Plasmit Màng tế bào chất Thân tế bào
Bao nhầy
a)
b)
Peptidoglican
Màng tế bào chất
Peptidoglican
Màng tế bào chất
Lipopoll saccarit
và chu chất
10
hoại sinh, có cấu tạo dạng sợi phân nhánh (khuẩn ti). Trong số 8000 chất khoáng sinh
hiện đã được biết đến trên thế giới thì trên 80% là do xạ khuẩn sinh ra. Xạ khuẩn còn
được dùng để sản xuất nhiều loại enzim, một số vitamin và axit hữu cơ. Một số ít xạ
khuẩn kỵ khí hay 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 một số cây
không thuộc họ đậu và có khả năng cố định nitơ.
Hệ sợi của xạ khuẩn chia ra thành khuẩn ti cơ chất và khuẩn ti khí sinh.
Đường kính khuẩn ti xạ khuẩn thay đổi trong khoảng 0,2 ÷ 1,0 μm đến 2 ÷ 3 μm.
Đa số xạ khuẩn có khuẩn ti không có vách ngăn và không tự đứt đoạn. Màu sắc của
khuẩn ti của xạ khuẩn hết sức phong phú. Có thể có các màu trắng, vàng, da cam, đỏ ,
lục, lam, tím, nâu, đen...
Khuẩn ti cơ chất phát triển một thời gian thì dài ra trong không khí thành những
khuẩn ti khí sinh.
Hình 1.2. Cấu trúc khuẩn ti ở xạ khuẩn:
cp- Tế bào chất; pm- Màng tế bào châtú; cw- Thành tế bào;
me- Mezoxom; se- Vách ngăn; ri- Riboxom; re: Chất dự trữ
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 nhiều loại hình dạng khác nhau: thẳng, lượn sóng, xoắn, mọc
đơn, mọc vòng...Một số xạ khuẩn có sinh nang bào tử bên trong có chứa các bào tử
nang.
Khuẩn lạc của xạ khuẩn rất đặc biệt, nó không trơn ướt như ở vi khuẩn hay nấm
men mà thường có dạng thô ráp, dạng phấn, không trong su
Vì C = n nên n = Ct (1.5)
t
Thay giá trị của n vào phương trình (1.1), ta có:
N=N ⋅2Ct (1.6) o
Hằng số tốc độ phân chia C phụ thuộc vào một số điều kiện: loài vi khuẩn, nhiệt độ nuôi cấy, môi trường nuôi cấy.
Nhưng không phải bao giờ sinh trưởng cũng diễn ra song song với sinh sản, vì vậy khi nghiên cứu động học trong quá trình nuôi cấy liên tục thường theo dõi sinh trưởng và sinh sản của quần thể vi khuẩn bằng một tiêu chuẩn khác.
Thay cho hằng số tốc độ phân chia (C) ở đây chúng ta dùng hằng số tốc độ sinh trưởng (μ). Như vậy trong một khoảng thời gian dt đã có một sự tăng dX của sinh khối vi khuẩn tỷ lệ với X và μ. Nghĩa là:
dX =μ⋅X dt
dt= 1 ⋅dX μ⋅X
Tích phân phương trình trong giới hạn (Xo, X) và (0, t), ta có: X =Xo⋅eμt
Ở đây Xo là lượng sinh khối ban đầu.
Vì μ=lnX −lnXo
t μ=2,302(lgX −lgXo)
t2 −t1
(1.7)
(1.8)
(1.9)
Và chuyển sang logarit thập phân
Nếu lượng sinh khối (Xo, X) biểu thị bằng số tế bào (No, N) ta sẽ xác định được mối quan hệ qua lại giữa hằng số tốc độ sinh trưởng (μ) , hằng số tốc độ phân chia (C) và thời gian thế hệ (g).
Kết hợp các phương trình (1.4) và (1.9), ta có :
μ = 0,69C = 0,69 (1.10)
g
1.5.1. Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong điều kiện nuôi cấy tĩnh
Phương pháp nuôi cấy mà trong suốt thời gian đó người ta không bổ sung thêm
21
chất dinh dưỡng và cũng không loại bỏ sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi chất gọi là nuôi cấy tĩnh (quần thể tế bào bị giới hạn trong một khoảng thời gian nhất định). Sự sinh trưởng trong một “hệ thống động” như vậy tuân theo những quy luật bắt buộc [theo các pha lag (pha mở đầu), pha log, pha ổn định và pha tử vong].
1.5.1.1. Pha lag
Pha này tính từ lúc bắt đầu cấy
đến khi vi khuẩn đạt được tốc độ sinh trưởng cực đại. Trong pha lag vi khuẩn chưa phân chia nhưng thể tích và khối lượng tế bào tăng lên rõ rệt do quá trình tổng hợp các chất trước hết là các hợp chất cao phân tử (protein, enzim, axit nucleic) diễn ra mạnh mẽ.
Độ dài của pha lag phụ thuộc trước hết vào tuổi của ống giống và thành phần môi trường. Thường tế bào càng già thì pha lag càng dài.
log2N
log2Ni
= log2Nr
1 2
ti tr
Việc tìm hiểu độ dài của pha lag
là cần thiết trong việc phán đoán đặc
tính của vi khuẩn và tính chất của môi trường. Để thuận tiện cho việc tính toán người ta chuyển các phương trình này thành các phương trình đường thẳng bằng cách sử dụng logarit:
lnN =Ctln2+lnNo = = μt + lnN o
Và log2N =μlog2e+log2No= =Ct +log2No
Pha lag được coi như là khoảng cách thời gian giữa đường thẳng thực nghiệm (hay thực tế) và đường thẳng lý tưởng song song với nó khi mà vi khuẩn, giả dụ không phải trải qua pha lag. Gọi thời gian của pha lag là TL, ta có :
TL =tr −ti = =t1 −to
Phương trình của đường thẳng lý tưởng là:
logNi =Cti +logN0
22
(1.11)
to t1
h
Hình 1.8 .Đồ thị biểu diễn pha lag: 1- Đường thẳng lý tưởng;
2- Đường thẳng thực tế;
(r- Thực tế; i- Lý tưởng)
Vì:
Có thể viết:
logN i = logN r
logNr =Cti +logNo
logNr −logNo =Cti ti =logNr −logNo
C
Thay giá trị của ti vào phương trình (11), ta có :
TL =tr −logNr −logNo C
Như vậy trong vùng sinh tưởng logarit ,chỉ cần chọn một giá trị tr thích hợp và nếu biết được giá trị Nr tương ứng cùng với hằng số tốc độ phân chia C, ta có thể tính được độü dài của pha lag TL .
Tuy nhiên thời gian vật lý (h) không phải là giá trị đo thích hợp của pha lag. Vì vậy người ta thường đo pha lag bằng đơn vị thời gian sinh học như thời gian tăng gấp đôi, thời gian thế hệ, hằng số tốc độ sinh trưởng. Biết thời gian thế hệ (g) ta có thể xác định độ dài thời gian của pha lag (TL) gấp mấy lần thời gian thế hệ. Đại lượng này gọi là lag sinh trưởng.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến pha lag, nhưng ba yếu tố đáng chú ý nhất gồm: tuổi cấy giống, lượng cấy giống (trong công nghiệp lên men, tỷ lệû cấy giống thường
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Chương 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT VI SINH VẬT
1.1. NHỮNG KIẾN THỨC TỔNG QUÁT VỀ CÁC LĨNH VỰC VI SINH VẬT VÀ
PHÂN LOẠI
Vi sinh vật (từ tiếng Hy Lạp mikros - nhỏ, bios - cuộc sống, logos - học thuyết) là
một phần của ngành khoa học sinh học nghiên cứu hình thái, sinh hoá và sinh lý, các
tính chất có lợi và có hại của vi sinh vật nhằm sử dụng hiệu quả chúng trong hoạt động
thực tiển của con người. Quá trình phát triển ngành vi sinh học có liên quan chặt chẽ với
hoạt động con người, đã hình thành nên những lĩnh vực vi sinh học độc lập với những
định hướng và nhiệm vụ đa dạng. Những lĩnh vực sinh học bao gồm: đại cương, kỹ
thuật, y tế, thú y, nông nghiệp, nước, vũ trụ v.v. Trong đó vi sinh đại cương và kỹ thuật
vi sinh có tầm quan trọng lớn lao trong đời sống xã hội.
Sinh học đại cương nghiên cứu sự phát triển và hoạt động sống của vi sinh vật, vai
trò của chúng trong tự nhiên. Những hiểu biết này rất cần thiết khi nghiên cứu các lĩnh
vực khác nhau có liên quan đến vi sinh vật.
Kỹ thuật vi sinh là sự hoàn thiện các phương pháp thu nhận sinh khối vi sinh vật
dạng công nghiệp và các quá trình nuôi cấy chúng. Các phương pháp hợp lý nhằm tổng
hợp sản phẩm vi sinh cần thiết cho hoạt động thực tiễn của con người. Việc nghiên cứu
các tính chất khác nhau của vi sinh vật đã đẩy mạnh và khám phá ra những loài trước
đây chưa biết đến, số lượng các loài ngày càng nhiều dẫn đến sự cần thiết phải phân loại
một cách khoa học và có cơ sở.
Hiện nay có hai cách phân loại vi sinh vật. Cách thứ nhất theo hệ thống, cách thứ
hai dựa theo cấu tạo của nhân vi sinh vật.
Theo cách phân loại thứ nhất thì vi sinh vật được xếp trong ngành protophyta.
Nó gồm ba lớp Schizomycetes (lớp vi khuẩn), Schizophycecace (lớp thanh tảo),
Microtatobiotes (lớp ricketsia và vi rút).
Hệ thống phân loại đã được đưa ra như sau:
6
Lớp (Class) Giống (Genus)
Bộ (Order) Loài (Species)
Bộ phụ (Suborder) Thứ (Variety)
Họ (Family) Dạng (Forma, Type)
Tộc (Tribe) Nòi (Strain)
Nòi là tên gọi vi sinh vật mới phân lập thuần khiết.
Năm 1979 nhà sinh vật học Trung Quốc Trần Thế Tương đưa ra hệ thống phân
loại 6 giới và 3 nhóm giới sinh vật như sau:
I- Nhóm giới sinh vật phi bào:
1- Giới virut.
II- Nhóm giới sinh vật nhân nguyên thuỷ:
2- Giới vĩ khuẩn.
3- Giới vi khuẩn lam (hay tảo lam).
III- Nhóm giới sinh vật nhân thật:
4- Giới thực vật.
5- Giới nấm.
6- Giới động vật.
Đáng chú ý là vi sinh vật tuy rất đơn giản về hình thái nhưng bao gồm các nhóm
có đặc điểm sinh lý khác biệt nhau rất xa (hiếu khí, kỵ khí, dị dưỡng, tự dưỡng, hoại
sinh, ký sinh, cộng sinh...). Trong khi đó ở các sinh vật bậc cao (thực vật, động vật) tuy
có hình thái khác nhau rất xa nhưng lại rất gần gũi với nhau về đặc điểm sinh lý.
1.2. VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN VÀ TRONG NỀN
KINH TẾ QUỐC DÂN
Vi sinh vật sống khắp mọi nơi trên Trái đất, ngay cả nơi mà điều kiện sống tưởng
chừng hết sức khắc nghiệt vẫn thấy có sự phát triển của vi sinh vật (ở đáy đại dương, ở
nhiệt độ 85 ÷ 900 C, ở môi trường có pH = 10 ÷11, trong dung dịch bão hoà muối, đồng
hoá dầu mỏ, phenol, khí thiên nhiên...).
Trong 1 g đất lấy ở tầng canh tác thường có khoảng 1 ÷ 22 tỉ vi khuẩn; 0,5 ÷ 14
7
triệu xạ khuẩn; 3 ÷ 50 triệu vi nấm; 10 ÷ 30 nghìn vi tảo... Trong 1 m 3 không khí phía
trên chuồng gia súc thường có 1 ÷ 2 triệu vi sinh vật, trên đường phố có khoảng 5000,
nhưng trên mặt biển chỉ có khoảng 1 ÷ 2 vi sinh vật mà thôi.
Vi sinh vật sống trong đất và trong nước tham gia tích cực vào quá trình phân giải
các xác hữu cơ biến chúng thành CO2 và các hợp chất vô cơ khác dùng làm thức ăn cho
cây trồng. Các vi sinh vật cố định nitơ thực hiện việc biến khí nitơ (N2 ) trong không khí
thành hợp chất nitơ (NH3 , +
4NH ) cung cấp cho cây cối. Vi sinh vật có khả năng phân
giải các hợp chất khó tan chứa P, K, S và tạo ra các vòng tuần hoàn trong tự nhiên.
Vi sinh vật còn tham gia vào quá trình hình thành chất mùn.
Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc phân giải các phế phẩm công nghiệp, phế
thải đô thị, phế thải công nghiệp cho nên có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi
trường. Các vi sinh vật gây bệnh thì lại tham gia vào việc làm ô nhiễm môi trường nơi
có điều kiện vệ sinh kém.
Vi sinh vật có vai trò quan trọng trong năng lượng (sinh khối hoá thạch như dầu
hoả, khí đốt, than đá). Trong các nguồn năng lượng mà con người hy vọng sẽ khai thác
mạnh mẽ trong tương lai có năng lượng thu từ sinh khối. Sinh khối là khối lượng chất
sống của sinh vật.
Vi sinh vật là lực lượng sản xuất trực tiếp của ngành công nghiệp lên men bởîi
chúng có thể sản sinh ra rất nhiều sản phẩm trao đổi chất khác nhau. Nhiều sản phẩím đã
được sản xuất công nghiệp (các loại axit, enzim, rượu, các chất kháng sinh, các axit
amin, các vitamin...).
Hiện tại người ta đã thực hiện thành công công nghệ di truyền ở vi sinh vật. Đó là
việc chủ động chuyển một gen hay một nhóm gen từ một vi sinh vật hay từ một tế bào
của các vi sinh vật bậc cao sang một tế bào vi sinh vật khác.Vi sinh vật mang gen tái tổ
hợp nhiều khi mang lại những lợi ích to lớn bởi có thể sản sinh ở quy mô công nghiệp
những sản phẩm trước đây chưa hề được tạo thành bởi vi sinh vật.
Trong công nghiệp tuyển khoáng, nhiều chủng vi sinh vật đã được sử dụng để hoà
tan các kim loại quý từ các quặng cùng kiệt hay từ các bãi chứa xỉ quặng.
Vi sinh vật có hại thường gây bệnh cho người, cho gia súc, gia cầm, tôm cá và cây
trồng. Chúng làm hư hao hay biến chất lương thực, thực phẩm, vật liệu, hàng hoá.
Chúng sản sinh các độc tố trong đó có những độc tố hết sức nguy hiễm. Chỉ riêng sự tấn
công của virut HIV cũng đủ gây ra ở cuối thế kỷ XX khoảng 30 ÷ 50 triệu người nhiễm
HIV.
8
1.3. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM VỀ HÌNH THÁI VÀ SINH LÝ CỦA CÁC NHÓM
GIỚI VI SINH VẬT.
1.3.1. Hình thái và cấu tạo tế bào các vi sinh vật nhân nguyên thuỷ
Vi sinh vật nhân nguyên thuỷ bao gồm: Vi khuẩn thật (Eubacteria) và vi khuẩn cổ
(Archaebacteria). Trong vi khuẩn thật lại gồm rất nhiều nhóm khác nhau, chủ yếu là vi
khuẩn (Bacteria), xạ khuẩn (Actinomycetes), vi khuẩn lam (Cyanobacteria) và nhóm vi
khuẩn nguyên thuỷ Micoplatma (Micoplasma), Ricketxi (Ricketsia), Clamidia
(chlamydia).
1.3.1.1. Vi khuẩn
Vi khuẩn có nhiều hình thái, kích thước và sắp xếp khác nhau. Đường kính của
phần lớn vi khuẩn thay đổi trong khoảng 0,2 ÷ 2,0 μm, chiều dài cơ thể khoảng 2,0 ÷
8,0 μm. Những hình dạng chủ yếu của vi khuẩn là hình cầu, hình que, hình dấu phẩy,
hình xoắn, hình có ống, hình có sợi...
Ở vi khuẩn hình cầu (cầu khuẩn - coccus) tuỳ theo hướng của mặt phẳng phân cắt
và cách liên kết mà ta có: song cầu khuẩn (Diplococcus), liên cầu khuẩn (Strepto-
coccus), tứ cầu khuẩn (Graffkya), tụ cầu khuẩn (Staphylococcus).
Ở vi khuẩn hình que- trực khuẩn (Bacillus); Bacterium có thể gặp dạng đơn, dạng
đôi, dạng chuỗi...
Ở vi khuẩn hình xoắn có dạng hình dấu phẩy: phẩy khuẩn (Vibrio), hình xoắn thưa
(Xoắn khuẩn- Spirillum) , hình xoắn khít (Xoắn thể- Spirochaetes).
Ngoài ra, còn có thể gặp các hình dạng khác của vi khuẩn (hình khối vuông, khối
tam giác, khối hình sao...). Chi Beggiatoa và Saprospira có tế bào nối dài dạng sợi, chi
Caryophanon có tế bào hình đĩa xếp lồng vào nhau như một xâu các đồng xu.
Tế bào vi khuẩn đều rất nhỏ và rất nhẹ. Một tỉ trực khuẩn đại tràng Escherichia
coli mới có 1 mg.
Tiên mao (hay lông roi) là những sợi lông dài, uốn khúc, mọc ở mặt ngoài của một
số vi khuẩn có tác dụng giúp các vi khuẩn này có thểí chuyển động trong môi trường lỏng.
Vi khuẩn di động trong môi trường lỏng theo kiểu nào phụ thuộc vào nhiều lý do
khác nhau, nhiều khi hoàn toàn là ngẫu nhiên. Cũng không ít trường hợp là do tìm đến
hay tránh khỏi một số yếu tố nào đó. Ví dụ tìm đến nguồn thức ăn, tìm tới chỗ có ánh
sáng, tránh chỗ có hoá chất độc hại.
Vi khuẩn Gram âm (G− ) thường có khuẩn mao, giúp vi khuẩn bám vào giá thể
(màng nhầy của đường hô hấp, đường tiêu hoá...). Rất nhiều vi khuẩn G− có khuẩn mao
là các vi khuẩn gây bệnh.
9
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc tế bào vi khuẩn:
a- Cấu trúc tế bào vi khuẩn; b- Vi khuẩn G+; c- Vi khuẩn G−
So với các sinh vật khác, vi khuẩn có tốc độ sinh sản cao và ở điều kiện tối ưu, sự
phát triển nhân đôi tế bào xảy ra trong vòng 20 ÷ 30 phút.
Vi khuẩn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vi sinh khi sản xuất axit amin,
vitamin, chất bảo vệ thực vật, làm sạch dòng nước thải bằng phương pháp sinh học.
Dùng vi khuẩn để sản xuất các chế phẩm protein từ metan và hydro là một trong những
hướng có triển vọng.
1.3.1.2. Xạ khuẩn
Xạ khuẩn được phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên. Trong mỗi gam đất nói chung
thường có trên một triệu xạ khuẩn. Phần lớn xạ khuẩn là tế bào Gram dương, hiếu khí,
c)
VI KHUẨN Gram dương (G + )
(Arthrobacter crystlopoietes)
VI KHUẨN Gram âm (G − )
(Lewthrix mucor)
Thê ú nhân
Khuẩn nan
Riboxom
Thể ẩn nhập
Tiên mao
Plasmit Màng tế bào chất Thân tế bào
Bao nhầy
a)
b)
Peptidoglican
Màng tế bào chất
Peptidoglican
Màng tế bào chất
Lipopoll saccarit
và chu chất
10
hoại sinh, có cấu tạo dạng sợi phân nhánh (khuẩn ti). Trong số 8000 chất khoáng sinh
hiện đã được biết đến trên thế giới thì trên 80% là do xạ khuẩn sinh ra. Xạ khuẩn còn
được dùng để sản xuất nhiều loại enzim, một số vitamin và axit hữu cơ. Một số ít xạ
khuẩn kỵ khí hay 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 một số cây
không thuộc họ đậu và có khả năng cố định nitơ.
Hệ sợi của xạ khuẩn chia ra thành khuẩn ti cơ chất và khuẩn ti khí sinh.
Đường kính khuẩn ti xạ khuẩn thay đổi trong khoảng 0,2 ÷ 1,0 μm đến 2 ÷ 3 μm.
Đa số xạ khuẩn có khuẩn ti không có vách ngăn và không tự đứt đoạn. Màu sắc của
khuẩn ti của xạ khuẩn hết sức phong phú. Có thể có các màu trắng, vàng, da cam, đỏ ,
lục, lam, tím, nâu, đen...
Khuẩn ti cơ chất phát triển một thời gian thì dài ra trong không khí thành những
khuẩn ti khí sinh.
Hình 1.2. Cấu trúc khuẩn ti ở xạ khuẩn:
cp- Tế bào chất; pm- Màng tế bào châtú; cw- Thành tế bào;
me- Mezoxom; se- Vách ngăn; ri- Riboxom; re: Chất dự trữ
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 nhiều loại hình dạng khác nhau: thẳng, lượn sóng, xoắn, mọc
đơn, mọc vòng...Một số xạ khuẩn có sinh nang bào tử bên trong có chứa các bào tử
nang.
Khuẩn lạc của xạ khuẩn rất đặc biệt, nó không trơn ướt như ở vi khuẩn hay nấm
men mà thường có dạng thô ráp, dạng phấn, không trong su
Vì C = n nên n = Ct (1.5)
t
Thay giá trị của n vào phương trình (1.1), ta có:
N=N ⋅2Ct (1.6) o
Hằng số tốc độ phân chia C phụ thuộc vào một số điều kiện: loài vi khuẩn, nhiệt độ nuôi cấy, môi trường nuôi cấy.
Nhưng không phải bao giờ sinh trưởng cũng diễn ra song song với sinh sản, vì vậy khi nghiên cứu động học trong quá trình nuôi cấy liên tục thường theo dõi sinh trưởng và sinh sản của quần thể vi khuẩn bằng một tiêu chuẩn khác.
Thay cho hằng số tốc độ phân chia (C) ở đây chúng ta dùng hằng số tốc độ sinh trưởng (μ). Như vậy trong một khoảng thời gian dt đã có một sự tăng dX của sinh khối vi khuẩn tỷ lệ với X và μ. Nghĩa là:
dX =μ⋅X dt
dt= 1 ⋅dX μ⋅X
Tích phân phương trình trong giới hạn (Xo, X) và (0, t), ta có: X =Xo⋅eμt
Ở đây Xo là lượng sinh khối ban đầu.
Vì μ=lnX −lnXo
t μ=2,302(lgX −lgXo)
t2 −t1
(1.7)
(1.8)
(1.9)
Và chuyển sang logarit thập phân
Nếu lượng sinh khối (Xo, X) biểu thị bằng số tế bào (No, N) ta sẽ xác định được mối quan hệ qua lại giữa hằng số tốc độ sinh trưởng (μ) , hằng số tốc độ phân chia (C) và thời gian thế hệ (g).
Kết hợp các phương trình (1.4) và (1.9), ta có :
μ = 0,69C = 0,69 (1.10)
g
1.5.1. Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong điều kiện nuôi cấy tĩnh
Phương pháp nuôi cấy mà trong suốt thời gian đó người ta không bổ sung thêm
21
chất dinh dưỡng và cũng không loại bỏ sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi chất gọi là nuôi cấy tĩnh (quần thể tế bào bị giới hạn trong một khoảng thời gian nhất định). Sự sinh trưởng trong một “hệ thống động” như vậy tuân theo những quy luật bắt buộc [theo các pha lag (pha mở đầu), pha log, pha ổn định và pha tử vong].
1.5.1.1. Pha lag
Pha này tính từ lúc bắt đầu cấy
đến khi vi khuẩn đạt được tốc độ sinh trưởng cực đại. Trong pha lag vi khuẩn chưa phân chia nhưng thể tích và khối lượng tế bào tăng lên rõ rệt do quá trình tổng hợp các chất trước hết là các hợp chất cao phân tử (protein, enzim, axit nucleic) diễn ra mạnh mẽ.
Độ dài của pha lag phụ thuộc trước hết vào tuổi của ống giống và thành phần môi trường. Thường tế bào càng già thì pha lag càng dài.
log2N
log2Ni
= log2Nr
1 2
ti tr
Việc tìm hiểu độ dài của pha lag
là cần thiết trong việc phán đoán đặc
tính của vi khuẩn và tính chất của môi trường. Để thuận tiện cho việc tính toán người ta chuyển các phương trình này thành các phương trình đường thẳng bằng cách sử dụng logarit:
lnN =Ctln2+lnNo = = μt + lnN o
Và log2N =μlog2e+log2No= =Ct +log2No
Pha lag được coi như là khoảng cách thời gian giữa đường thẳng thực nghiệm (hay thực tế) và đường thẳng lý tưởng song song với nó khi mà vi khuẩn, giả dụ không phải trải qua pha lag. Gọi thời gian của pha lag là TL, ta có :
TL =tr −ti = =t1 −to
Phương trình của đường thẳng lý tưởng là:
logNi =Cti +logN0
22
(1.11)
to t1
h
Hình 1.8 .Đồ thị biểu diễn pha lag: 1- Đường thẳng lý tưởng;
2- Đường thẳng thực tế;
(r- Thực tế; i- Lý tưởng)
Vì:
Có thể viết:
logN i = logN r
logNr =Cti +logNo
logNr −logNo =Cti ti =logNr −logNo
C
Thay giá trị của ti vào phương trình (11), ta có :
TL =tr −logNr −logNo C
Như vậy trong vùng sinh tưởng logarit ,chỉ cần chọn một giá trị tr thích hợp và nếu biết được giá trị Nr tương ứng cùng với hằng số tốc độ phân chia C, ta có thể tính được độü dài của pha lag TL .
Tuy nhiên thời gian vật lý (h) không phải là giá trị đo thích hợp của pha lag. Vì vậy người ta thường đo pha lag bằng đơn vị thời gian sinh học như thời gian tăng gấp đôi, thời gian thế hệ, hằng số tốc độ sinh trưởng. Biết thời gian thế hệ (g) ta có thể xác định độ dài thời gian của pha lag (TL) gấp mấy lần thời gian thế hệ. Đại lượng này gọi là lag sinh trưởng.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến pha lag, nhưng ba yếu tố đáng chú ý nhất gồm: tuổi cấy giống, lượng cấy giống (trong công nghiệp lên men, tỷ lệû cấy giống thường
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links