Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Vi sinh đại cương phần 1 cung cấp cho người học những kiến thức như: Đại cương về vi sinh vật học; Hình thái, cấu tạo các nhóm vi sinh vật; Sinh lý học của vi sinh vật; Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự sinh trưởng của vi sinh vật;...Mời các bạn cùng tham khảo!
UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƯỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VI SINH ĐẠI CƯƠNG - CNTY NGÀNH, NGHỀ: DỊCH VỤ THÚ Y TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định Số:…./QĐ-CĐCĐ-ĐT ngày… tháng… năm 2017 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Đây giáo trình nội Trường Cao đẳng Cộng Đồng Đồng Tháp nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Nội dung giáo trình xây dựng sở thừa kế nội dung giảng giảng dạy nhà trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ cho đội ngũ giáo viên học sinh – sinh viên nhà trường Mọi mục đích lệch lạc sử dụng với ý đồ kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm i LỜI GIỚI THIỆU Để nâng cao nhu cầu đào tạo, nâng cao chất lượng giảng dạy học tập, việc biên soạn giáo trình cho mơn học yêu cầu cấp thiết Trên sở chương trình khung Bộ Lao Động Thương Binh Xã Hội ban hành kinh nghiệm rút từ thực tế đào tạo, Trường Cao Đẳng Cộng Đồng Đồng Tháp tổ chức biên soạn chương trình, giáo trình cách khoa học, hệ thống cập nhập kiến thức thực tiễn phù với đối tượng ngành nghề đào tạo Giáo trình Vi sinh đại cương môn khoa học nghiên cứu quy luật chung vi sinh vật có liên quan đến ngành nghề chăn ni thú y Giáo trình cung cấp kiến thức cho làm sở để sinh viên tiếp thu kiến thức môn học chuyên ngành Vi sinh thú y, Chẩn đoán, Bệnh truyền nhiễm Trong q trình thực khơng thể tránh khỏi sai sót Chúng tơi mong nhận ủng hộ đóng góp ý kiến đọc giả để xuất lần sau hoàn thiện tốt Nội dung giáo trình gồm chương: Chương Đại cương vi sinh vật học Chương Hình thái, cấu tạo nhóm vi sinh vật Chương Sinh lý học vi sinh vật Chương Ảnh hưởng yếu tố môi trường đến sinh trưởng vi sinh vật Chương Virus học Chương Di truyền học vi khuẩn Chương Sự phân bố vi sinh vật tự nhiên Chúng xin chân thành cảm ơn tác giả (phần tài liệu tham khảo) có cơng trình nghiên cứu, biên soạn giáo trình, sách, báo tài liệu quý giá lĩnh vi sinh vật học Cảm ơn Sở Lao Động Thương Binh Xã Hội, Trường CĐCĐ Đồng Tháp khoa Nông Nghiệp Thủy Sản, Bộ môn CNTY hướng dẫn, giúp đỡ để hoàn thành nhiệm vụ Đồng Tháp, ngày… tháng năm 2017 Chủ biên Nguyễn Thị Mỹ Linh ii MỤC LỤC NỘI DUNG Trang LỜI GIỚI THIỆU ii CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT HỌC 1 Đối tượng vi sinh vật học Vai trò vi sinh vật tự nhiên đời sống 2.1 Vai trò vi sinh vật tự nhiên 2.2 Vi sinh vật đời sống 3 Tính chất chung vi sinh vật 3.1 Kích thước nhỏ bé 3.2 Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh 3.3 Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh 3.4 Có lực thích ứng mạnh dễ dàng phát sinh biến dị 3.5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều 3.6 Là sinh vật xuất trái đất Lịch sử phát triển vi sinh vật 4.1 Giai đoạn sơ khai vi sinh vật 4.2 Giai đoạn sau phát minh kính hiển vi (Phát KHV) 4.3 Giai đoạn vi sinh vật học thực nghiệm với Pasteur 4.4 Giai đoạn sau Pasteur vi sinh học đại CHƯƠNG HÌNH THÁI, CẤU TẠO CỦA CÁC NHĨM VI SINH VẬT Nhóm vi khuẩn 1.1 Hình thái kích thước vi khuẩn 1.2 Cấu trúc tế bào vi khuẩn 14 Một số nhóm vi khuẩn đặc biệt 24 2.1 Xạ khuẩn 24 2.2 Mycoplasma dạng L vi khuẩn 25 Nấm men 27 3.1 Hình thái nấm men 27 3.2 Cấu tạo nấm men 27 Nấm mốc 31 4.1 Hình thái nấm mốc 31 4.2 Cấu tạo nấm mốc 32 iii Thực hành (xem 1, 2, phần hướng dẫn thực hành) 34 CHƯƠNG SINH LÝ HỌC CỦA VI SINH VẬT 35 Dinh dưỡng vi sinh vật 35 1.1 Nước 35 1.2 Các chất hữu 36 1.3 Các chất vơ (khoáng) 38 Nguồn thức ăn vi sinh vật 38 2.1 Nhu cầu thức ăn vi sinh vật 38 2.2 Nguồn dinh dưỡng Nitơ 40 2.3 Nguồn dinh dưỡng khoáng 40 Sự sinh trưởng phát triển vi sinh vật 41 3.1 Sinh trưởng, sinh sản phát triển vi khuẩn 41 3.2 Phương pháp nghiên cứu phát triển vi khuẩn 41 3.3 Các phương pháp định lượng vi khuẩn 44 3.4 Đường cong sinh trưởng vi sinh vật 45 Thực hành (xem phần hướng dẫn thực hành) 48 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN SỰ SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT 49 Yếu tố vật lý 49 1.1 Độ ẩm 49 1.2 Nhiệt độ 50 1.3 Ấp suất thẩm thấu 51 1.4 Sóng siêu âm 51 1.5 Tia xạ 52 Yếu tố hóa học 52 2.1 pH môi trường 52 2.2 Oxy 53 2.3 Các chất diệt khuẩn (sát trùng) 53 Ảnh hưởng yếu tố sinh học 54 3.1 Chất kháng sinh 54 3.2 Kháng thể 57 3.3 Các chất tiêu độc khử trùng 57 Thực hành (xem 6, phần hướng dẫn thực hành) 59 CHƯƠNG 5: VIRUS HỌC 60 Đặc tính chung virus 60 iv Hình dạng cấu tạo virus 61 2.1 Hình dạng kích thước virus 61 2.2 Cấu tạo virus 64 2.3 Các dạng đối xứng virus 68 Hệ thống phân loại virus 70 3.1 Hệ thống phân loại theo thứ bậc 70 3.2 Hệ thống phân loại Baltimore 72 Sự nhân lên virus 73 4.1 Sự chép nhân lên virus 73 4.2 Sự chép thể thực khuẩn (phage) 74 Ứng dụng thực khuẩn thể đời sống 76 Thảo luận: Phương pháp chẩn đoán virus học 77 CHƯƠNG DI TRUYỀN HỌC CỦA VI KHUẨN 80 Đặc điểm chung di truyền vi sinh vật 80 Sinh sản vi sinh vật 83 2.1 Sự sinh sản vi sinh vật nhân nguyên (vi khuẩn) 83 2.2 Sự sinh sản vi sinh vật nhân thật (vi nấm) 86 Đột biến vi sinh vật 90 3.1 Định nghĩa 90 3.2 Tính vơ hướng đột biến 90 3.3 Nguyên nhân đột biến 90 3.4 Tần số đột biến thiên nhiên 90 3.5Tác nhân gây đột biến vi sinh vật 90 3.6 Sự biểu tính trạng đột biến 91 3.7 Lợi ích đột biến 91 CHƯƠNG SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN 92 Hệ vi sinh vật đất 92 Hệ vi sinh vật nước 94 2.1 Sự phân bố vi sinh vật môi trường nước 94 2.2 Vi sinh vật gây bệnh nước 95 Hệ vi sinh vật khơng khí 96 Tác động yếu tố sinh vật học 98 4.1 Quan hệ cộng sinh 98 4.2 Quan hệ tương hỗ 98 v 4.3 Quan hệ đối kháng 99 4.4 Quan hệ ký sinh 99 Thực hành: (xem 5, phần hướng dẫn thực hành) 99 PHẦN HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 100 BÀI CÁC QUY TẮC AN TỒN TRONG PHONG THÍ NGHIỆM VI SINH 100 BÀI TRANG THIẾT BỊ - DỤNG CỤ - CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ TRÙNG 102 BÀI PHA CHẾ MÔI TRƯỜNG DINH DƯỠNG 107 BÀI CÁC PHƯƠNG PHÁP QUAN SÁT TẾ BÀO VI SINH VẬT 112 BÀI CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LẬP VI SINH VẬT 121 Bài PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA SỐ LƯỢNG TẾ BÀO VI SINH VẬT 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO 132 vi GIÁO TRÌNH MƠN HỌC VI SINH ĐẠI CƯƠNG - CNTY Tên môn học: Vi sinh đại cương - CNTY Mã môn học: CNN260 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí mơn học: môn học sở Nội dung môn học bao gồm kiến thức mơ tả hình dạng cấu trúc, đặc điểm biến dưỡng, đặc điểm di truyền vi sinh vật Các tính chất sử dụng làm sở cho phân loại định danh, cho trình phân lập chẩn đốn vi sinh vật Vai trị chúng trình sinh bệnh cho người động thực vật, lợi ích vi sinh vật môi trường sinh vật vật khác giải thích - Tính chất: Đây mơn học kỹ quan trọng làm tảng cho mơn học chun mơn: Chẩn đốn xét nghiệm Bệnh truyền nhiễm - Ý nghĩa vai trị mơn học: Giáo trình có ý nghĩa giảng dạy học tập, cung cấp cho sinh viên kiến thức vi sinh vật học, góp phần quan trọng chương trình ngành nghề đào tạo Mục tiêu môn học/mô đun: Sau học xong học phần sinh viên trang bị: - Về kiến thức: + Hiểu rõ vai trò vi sinh vật trái đất, môi trường, sống người sinh vật khác; + Kiến thức vững đặc điểm tính vi sinh vật: hình dạng cấu trúc vi sinh vật, đặc điểm tính chất sinh trưởng, biến dưỡng di truyền vi sinh vật; + Trình bày cấu tạo, đặc điểm sinh trưởng phát triển, đặc điểm sinh lý di truyền vi sinh vật; + Vận dụng kiến thức để giải thích chế sinh bệnh vi sinh vật bệnh; ni cấy, phân lập, chẩn đốn vi sinh vật; +Các từ chuyên ngành tiếng Anh, hiểu tên vi sinh vật (cấu trúc theo tiếng La tinh); - Về kỹ năng: + Có kỹ thực hành nghiên cứu vi sinh vật vii + Nêu đặc điểm hình thái, cấu tạo nhóm vi sinh vật + Xác định nhu cầu dinh dưỡng, nguồn thức ăn cho loài vi sinh vật Ứng dụng vi sinh vật đời sống + Đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng vi sinh vật + Có kỹ xác định tính di truyền nhóm vi sinh vật + Xác định hệ vi sinh vật tự nhiên - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Có ý thức lợi ích việc học tập, từ có thái độ học tập đắn; ý thức tự học hỏi nâng cao trình độ + Có khả thích ứng với mơi trường làm việc phịng thí nghiệm; ý thức nguy rủi ro công việc liên quan vi sinh vật học, xử lý/giải vấn đề phát sinh III Nội dung môn học: Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Thời gian (giờ) SốTT Tên chương, mục Tổng số Chương Đại cương vi1 sinh vật học Chương Hình thái, cấu tạo 12 nhóm vi sinh vật Chương Sinh lý học vi sinh 10 vật Chương 4: Ảnh hưởng các6 yếu tố môi trường đến sinh trưởng vi sinh vật Chương Virus học Chương 6: Di truyền biến dị vi khuẩn Chương Sự phân bố vi sinh vật tự nhiên Ôn thi Thi kết thúc mơn học viii Thực hành, thí nghiệm,Kiểm tra Lýthuyết thảo luận, tập 8 2 4 1 Cộng 45 ix 14 28 hai tiểu giao tử tiếp hợp tạo thành hợp tử có màng dầy bao bọc gọi bào tử tiếp hợp Hình 2.15: Cấu trúc quan sinh sản bào tử đính nấm mốc Aspergillus Bào tử túi: Trên khuẩn ty đơn bội sinh sinh hai quan sinh sản túi giao tử đực hình ống-hùng khí túi giao tử hình thành đầu khuẩn ty, phía thể sinh túi có ống dài gọi sợi thụ tinh Bào tử đảm (basidiospore): Khi hai khuẩn ty đơn bội khác tính tiếp cận khuẩn ty xuất ống nối với khuẩn ty kia, nhân nguyên sinh chất qua ống nối chuyển qua khuẩn ty để tạo thành khẩn ty thứ cấp có chứa hai nhân Thực hành (xem thực hành 1,2,4 phần thực hành) Câu hỏi ôn tập Trình bày hình thái, cấu tạo nhóm vi sinh vật Phân biệt nhóm vi khuẩn gram dương, gram âm? Cho biết hoạt động nhóm vi sinh vật có bào tử khơng có bào tử Phân biệt nhóm vi sin vật nhân nguyên vi sinh vật nhân thật Phân biệt nấm nem nấm mốc? Ứng dụng vi khuẩn, vi nấm tự nhiên 34 CHƯƠNG SINH LÝ HỌC CỦA VI SINH VẬT MH11-03 Giới thiệu: Vi sinh vật tất động thực vật khác, chúng cần thức ăn dinh dưỡng cung cấp cho thể để sinh trưởng phát triển Các chất dinh dưỡng vi sinh vật chất vi sinh vật hấp thu từ môi trường xung quanh Mục tiêu: - Kiến thức: Trình bày đặc tính dinh dưỡng, nguồn thức ăn, phát triển yếu tố ảnh hưởng đến trình sinh trưởng phát triển vi sinh vật - Kỹ năng: Xác định nhu cầu dinh dưỡng, nguồn thức ăn cho loài vi sinh vật - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Có ý thức lợi ích việc học tập, từ có thái độ học tập đắn; ý thức tự học hỏi nâng cao trình độ Dinh dưỡng vi sinh vật Thành phần hóa học tế bào vi sinh vật định nhu cầu dinh dưỡng chúng Thành phần hóa học tế bào vi sinh vật gồm có nước (nước tự nước liên kết) vật chất khơ (muối khống hợp chất hữu cơ) Lượng chứa nguyên tố vi sinh vật khác không giống Các điều kiện nuôi cấy vi sinh vật khác nhau, giai đoạn khác nhau, lượng chứa nguyên tố lồi vi sinh vật khơng giống 1.1 Nước Nước thành phần thiếu thể sống Nước chiếm khoảng 70-90% khối lượng thể vi sinh vật Tất phản ứng xẩy tế bào vi sinh vật đòi hỏi có tồn nước Trong vi khuẩn lượng chứa nước thường 70 - 85%, nấm sợi 85 - 90% Nước tham gia vào tất trình sống xảy tế bào Nước tế bào thường tồn hai trạng thái khác nhau: nước tự nước liên kết Nước khơng tham gia vào hợp chất hố học tế bào nên dễ dàng bay sấy khô Nước liên kết tham gia vào cấu tạo hợp chất hữu tế bào Nước liên kết khó tách 35 1.2 Các chất hữu Các chất hữu tế bào vi sinh vật bao gồm: protein, axit nucleic, hydratcacbon, lipid, chất sinh trưởng chất khác - Protein Là thành phần chủ yếu chất ngyên sinh Nó chiếm khoảng 50 – 80% chất khô tế bào Protein tham gia vào cấu trúc tế bào chất, nhân, màng nguyên sinh chất thành tế bào Thành phần protein axit amin Khi thuỷ phân protein đơn giản thu axit amin Ngồi protein đơn giản tế bào vi sinh vật có protein phức tạp Khi thuỷ phân protein phức tạp ngồi axit amin cịn thu nhóm phi protein nhóm ngoại - Axit nucleic Axit nucleic có loại: axit ribonucleic (ARN) axit dezoxiribonucleic (AND) Axit nucleic có trọng lượng phân tử lớn Nucleotit este photphorit nucleozit Về chức sinh học, axit nucleic có hai chức quan trọng sau: + Trực tiếp tham gia trình tổng hợp protein + Mang mật mã di truyền-một đặc điểm quan trọng thể sống - Lipit Chất béo tế bào vi sinh vật dạng lipit- este glyxerin axit béo bậc ao, dạng lipoit giống với lipit số đặc tính vật lý Loại lipit điển hình đơn giản dầu mỡ Lipit nói chung khơng hồ tan nước, rượu, hoá tan dung môi hữu Lipit thường làm nhiệm vụ chất dự trữ tế bào vi sinh vật - Gluxit Tế bào vi khuẩn thường có chứa số lượng gluxit, khoảng 12 – 18% trọng lượng chất khô Các dạng gluxit thường gặp gồm dạng đường đơn, đường kép, đa đường Các loại đa đường thường gặp vi sinh vật là: glucan, dextran, manna, amilo, kitin, xenlulo… Gluxit tham gia vào cấu tạo axit nucleic, vào cấu trúc thành tế bào vào vỏ nhầy vi sinh vật Vỏ nhầy việc hình thành vỏ nhầy có liên quan đền độc lực q trình bảo vệ vi khuẩn Một số polysaccarit phối hợp với protein để hình thành gluco – protein Gluco – protein kháng nguyên thể polysaccarir đóng vai trị bán kháng ngun Một số polysaccarit vi sinh vật 36 có khả kích thích thể để tạo thành kháng thể Gluxit nguồn dự trữ lượng sản phẩm trung gian trình trao đổi lượng tế bào vi sinh vật - Vitamin Rất nhiều vi sinh vật có khả tổng hợp loại vitamin Phần lớn loại coenzyme vitamin dẫn xuất vitamin Vitamin cần thiết cho vi sinh vật, với lượng nhỏ vitamin giúp cho vi sinh vật phát triển bình thường Vitamin xem chất xúc tác sinh học số lớn vitamin nguyên liệu để cấu tạo men Nhiều vitamin có vai trị quan trọng q trình oxy hố khử q trình hoạt hố axit amin Trong tự nhiên có số vi sinh vật muốn phát triển bình thường phải cần cung cấp nhiều vitamin khác Có số nịi có mức độ phát triển tỷ lệ thuận với nồng độ vitamin định môi trường - Enzym Cũng sinh vật khác, vi sinh vật ln ln có q trình trao đổi vật chất Enzym có nguồn gốc protein hay nói cách khác enzyme có chất protein Dựa vào vị trí tác dụng enzyme thể vi sinh vật người ta chia làm loại enzyme: enzyme nội enzyme ngoại Enzym nội tế bào vi khuẩn phát huy tác dụng xúc tác chuyển hoá tế bào Enzym ngoại phát huy tác dụng xúc tác thể vi sinh vật Trong thể vi khuẩn có hàng trăm loại enzyme chúng hoạt động nhịp nhàng Kết hoạt động chúng giúp cho vi sinh vật hoạt động sống bình thường Ngược lại lý enzyme khơng hoạt động xúc tác bình thường thể bị ảnh hưởng, trình sống vi sinh vật bị đình trệ đảo lộn, vi khuẩn bị tê liệt bị chết - Sắc tố Khuẩn lạc nhiều vi sinh vật có nhiều màu sắc rỏ rệt Màu sắc có xuất khuẩn lạc (tức tế bào vi sinh vật), có hồ tan nước khuếch tàn môi trường xung quanh Việc tạo thành màu sắc đặc điểm thường sử dụng phân loại vi sinh vật Ngồi sắc tố quang hợp cịn có nhiều sắc tố khác Sắc tố vi sinh vật thuộc nhóm hợp chhất rắn khác nhau: carotenoit, phenazim, piaron… Khi có mặt sắc tố carotenoit khuẩn lạc có màu đỏ da cam (micrococcus, mycobacterium) Các sắc tố carotenoit phân bố màng nguyên sinh chất tế bào Sắc tố carotenoit giúp vi khuẩn tránh khỏi ảnh hưởng có hại ánh sáng 37 thường ánh sáng tử ngoại Các sắc tố với bacteriochlorophin có hoạt tính quang hợp Sắc tố puncherimin tạo thành nấm men Candida Sắc tố mơi trường có chứa Fe tạo nên màu đỏ tối Một số sắc tố có tính chất kháng sinh Chính nên nhiều vi sinh vật có màu sắc có khả sinh chất kháng sinh 1.3 Các chất vơ (khoáng) Lượng chất khoáng tế bào vi sinh vật thường thay đổi tuỳ loại, tuỳ giai đoạn điều kiện sinh trưởng phát triển vi sinh vật Mỗi nguyên tố có tác dụng định sinh trưởng phát triển tế bào vi sinnh vật mà nguyên tố khác thay Các nguyên tố đa lượng gồm: P, K, Ca, S, Mg… Các nguyên tố vi lượng gồm: Mn, Cu, Co, B… Nguyên tố P chiếm tỷ lệ cao nguyên tố khoáng tế bào (thường chiếm 50% so với tổng nguyên tố khoáng Nguồn thức ăn vi sinh vật Dù nhỏ bé vi sinh vật thể sống độc lập đòi hỏi đa dạng chất dinh dưỡng cho hoạt động sống Chất dinh dưỡng chất vi sinh vật hấp thụ, tham gia vào trình trao đổi chất nội bào vi sinh vật 2.1 Nhu cầu thức ăn vi sinh vật Nhu cầu dinh dưỡng vi sinh vật lớn Nếu người cần lượng thức ăn khoảng 1/10 so với khối lượng thể, vi sinh vật cần lượng chất dinh dưỡng khối lượng chúng Những nhóm chất dinh dưỡng mà vi sinh vật cần thiết bao gồm nguồn carbon, nguồn nitơ, chất khoáng chất sinh trưởng - Căn vào nhu cầu thức ăn vi sinh vật: người ta chia thức ăn làm ba loại: + Thức ăn lượng: thức ăn sau hấp thu cung cấp cho vi sinh vật số lượng cần thiết cho hoạt động sống tế bào Các loại protein, glucid, lipid, thức ăn lượng thường gặp + Thức ăn kiến tạo: thức ăn loại sau hấp thụ tham gia xây dựng cấu trúc vi sinh vật Trong thực tế loại thức ăn vừa nguồn lượng vừa nguyên liệu để xây dựng cấu trúc 38 + Chất sinh trưởng: chất cần thiết cho hoạt động sống loại vi sinh vật mà khơng tự tổng hợp - Căn vào nguồn carbon: người ta chia vi sinh vật làm hai nhóm, dị dưỡng carbon tự dưỡng carbon + Dị dưỡng carbon: vi sinh vật dị dưỡng carbon loại vi sinh vật sử dụng nguồn carbon tự nhiên từ hợp chất hữu Từ hợp chất hữu ngồi nguồn carbon vi sinh vật cịn thu nguồn lượng cần thiết cho hoạt động sống Số lượng trình chuyển hóa hấp thu khác tùy loại vi sinh vật + Tự dưỡng carbon: nhóm vi sinh vật sử dụng nguồn bon từ chất vô CO2 muối carbonate Quá trình cần lượng, vi sinh vật sử dụng hai nguồn lượng như: sử dụng trực tiếp lượng ánh sáng mặt trời, sử dụng lượng hóa học nhờ oxi hóa hợp chất vơ - Căn vào nguồn lượng: chia vi sinh vật thành dinh dưỡng quang dinh dưỡng hóa + Dinh dưỡng quang năng: vi sinh vật nhờ có sắc tố quang hợp mà có khả hấp thu lượng từ ánh sáng mặt trời chuyển hóa thành lượng hóa học (tích lũy dạng ATP) + Dinh dưỡng hóa năng: vi sinh vật sử dụng lượng chứa hợp chất hóa học - Căn vào nguồn carbon nguồn lượng: người ta chia vi khuẩn thành kiểu dinh dưỡng sau: + Tự dưỡng Tự dưỡng quang năng: Nguồn C CO2, nguồn lượng ánh sáng Tự dưỡng hoá năng: Nguồn C CO2, nguồn lượng số hợp chất vô đơn giản + Dị dưỡng Dị dưỡng quang năng: Nguồn C chất hữu cơ, nguồn lượng ánh sáng Ví dụ: vi khuẩn khơng lưu huỳnh màu tía Dị dưỡng hố năng: Nguồn C chất hữu cơ, nguồn lượng từ chuyển hoá trao đổi chất chất nguyên sinh thể khác + Dị dưỡng hoại sinh: Nguồn C chất hữu cơ, nguồn lượng từ trao đổi chất chất nguyên sinh xác hữu 39 + Dị dưỡng kí sinh: Nguồn C chất hữu cơ, nguồn lượng lấy từ tổ chức dịch thể thể sống Ví dụ vi sinh vật gây bệnh cho người, thực vật, động vật Loại phát triển thể sống 2.2 Nguồn dinh dưỡng Nitơ Nguồn nitơ dễ hấp thụ Vi sinh vật NH3 NH4+ Muối amoni acid hữu thường sử dụng Muối nitrat nguồn dinh dưỡng nitơ thích hợp cho nhiều loại nấm sợi, xạ khuẩn tảo, nhiên, khơng thích hợp cho nấm men vi khuẩn Tuy nhiên, NH4+ thường hấp thụ trước đến NO- Một số vi sinh vật có khả khả chuyển hóa N thành NH3 nhờ hoạt động xúc tác hệ thống enzim có tên gọi nitrogenaza Người ta gọi sinh vật sinh vật cố định nitơ cịn q trình gọi q trình cố định nitơ như: Các Vi sinh vật thuộc chi Rhizobium, chi Bradyrhuzobium có khả tạo nốt sần họ đậu Một số xạ khuẩn thuộc chi Frankia có khả cố định nitơ họ đậu Xoắn khuẩn Azospirillum lipoferum, A brasilence, sống rễ số cỏ nhiệt đới có khả cố định nitơ tốt Vi khuẩn kỵ khí tự Clostridium pasteurianum, C acetobutilinum, C multifermentans, có khả cố định nitơ phân tử Một số vi khuẩn lam Anabaena azollae cộng sinh bèo hoa dâu có khả cố định nitơ Lợi dụng khả cố định nitơ Vi sinh vật nhằm tăng cường sản lượng trồng nỗ lực hữu ích nơng nghiệp Các vi khuẩn gây bệnh, vi khuẩn gây thối, vi khuẩn lactic sống sữa thường đòi hỏi phải cung cấp nhiều axit amin có sẵn Các lồi vi khuẩn sống đất thường có khả tự tổng hợp tất axit amin cần thiết chúng Nấm mốc, nấm men xạ khuẩn thường khơng địi hỏi axit amin có sẵn Tuy nhiên có mặt axit amin môi trường làm nâng cao tốc độ phát triển chúng 2.3 Nguồn dinh dưỡng khoáng Hàm lượng chất khoáng chứa nguyên sinh chất vi sinh vật thường thay đổi tùy loài, tùy giai đoạn phát triển tùy giai đoạn ni cấy Những ngun tố khống mà vi sinh vật đòi hỏi phải cung cấp với liều lượng lớn gọi nguyên tố đại lượng Còn nguyên tố khống mà vi sinh vật địi hỏi với liều lượng nhỏ gọi nguyên tố vi lượng Các nguyên tố khoáng đa lượng tế bào vi sinh vật bao gồm, P (chiếm tỉ lệ cao khoảng (50% so với tổng số chất khoáng), S, Fe, Mg, Zn Các nguyên tố khoáng vi lượng bao gồm Ca, Mn, Na, Cl, K Sự tồn cách dư thừa nguyên tố khoáng khơng cần thiết dẫn đến ảnh hưởng xấu 40 Sự sinh trưởng phát triển vi sinh vật 3.1 Sinh trưởng, sinh sản phát triển vi khuẩn Sinh trưởng phát triển thuộc tính sinh vật, động vật thực vật, vi sinh vật sinh trưởng phát triển - Sinh trưởng: tăng kích thước tế bào, biểu tăng trưởng có qui tắc tất thành phần tổ hợp vật chât1 tế bào - Phát triển (sinh sản): tăng số lượng tế bào Sinh trưởng phát triển vi sinh vật phụ thuộc vào: + Chất lượng dinh dưỡng cung cấp + Các yếu tố ngoại cảnh có liên hệ đến q trình đồng hố dị hố vi sinh vật như: pH, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, tồn chất ức chế Do thực tế sinh trưởng (tăng khối lượng) tế bào diễn song song với tăng số lượng tế bào Sinh trưởng phát triển có tính quy luật Trong phần đề cập đến sinh tưuởng phát triển vi khuẩn vì: - Sinh trưởng phát triển vi khuẩn nghiên cứu sâu rộng đến mức khái qt tốn học - Vi khuẩn vi sinh vật đơn bào kiến thức sinh trưởng phát triển vi khuẩn ứng dụng cho sinh vật đơn bào khác Ví dụ : Trong mơi trường dinh dưỡng ni cấy, ta cấy vào môi trường vi khuẩn Nếu phù hợp phát triển nhanh (2, 4, 8, 16 tế bào) ngược lại 3.2 Phương pháp nghiên cứu phát triển vi khuẩn 3.2.1 Nuôi cấy vi sinh vật a Phân loại môi trường nuôi cấy vi sinh vật Căn vào nguồn gốc, tính chất mà có nhiều cách phân loại mơi trường ni cấy vi sinh vật khác * Căn vào nguồn gốc môi trường: người ta chia môi trường nuôi cấy vi khuẩn làm loại: - Môi trường ni cấy có nguồn gốc tự nhiên: dùng phổ biến nước báng, nước trích thịt bị, nước trích loại rau, củ, Các loại môi trường thường chứa nhiều chất hữu vô tan nước, đáp ứng nhu cầu phát triển vi khuẩn 41 Môi trường tự nhiên dễ chuẩn bị, vừa rẻ tiền lại sử dụng cho nhiều mục đích nghiên cứu vi khuẩn Khuyết điểm loại mơi trường là, khơng biết xác thành phần dinh dưỡng, thành phần dinh dưỡng lần chuẩn bị khác khơng hồn tồn giống Do ni cấy vi khuẩn lần chuẩn bị mơi trường khác khơng giống - Mơi trường ni cấy có nguồn gốc tổng hợp Để bổ sung khuyết điểm môi trường nuôi cấy tự nhiên, người ta thiết lập mơi trường ni cấy tổng hợp, thành phần dinh dưỡng môi trường kiểm soát chặt chẽ số lượng chất lượng Tùy theo nhu cầu dinh dưỡng loại vi khuẩn mà người ta thiết lập thành phần dinh dưỡng khác loại mơi trường Ví dụ: mơi trường, MacConkey, Vinson Blai, SS (Salmonella-Shigella), KAI (Kligler -Iron -Agar), Ưu điểm loại môi trường nuôi cấy tổng hợp ta biết rõ ràng thành phần dinh dưỡng môi trường, để phù hợp với mục đích ni cấy loại vi khuẩn, biết rõ nhu cầu dinh dưỡng chúng Nhược điểm: đắt tiền, chuẩn bị phức tạp, sử dụng cho loài vi khuẩn thích hợp, trường hợp vi khuẩn chưa xác định, nuôi cấy môi trường cách bảo đảm * Căn vào tính chất vật lý Chia môi trường làm loại sau: + Môi trường rắn (thạch Agar môi trường chất dinh dưỡng có bổ sung thêm thạch cho dễ ni cấy vi khuẩn, môi trường loại dùng kiểm tra hình hình thái, màu sắc, kích thước khuẩn lạc), Mơi trường lỏng (nước thịt pepton, để xác định tính chất làm đục, cặn, khả sinh màng), môi trường bán cố thể (nửa rắn, nửa lỏng) (Manitol motility-xác định tính chất di động khả lên men đường mannis) * Phân loại theo mục đích sử dụng: mơi trường thông thường môi trường đặc biệt - Môi trường thông thường: môi trường mà thành phần môi trường đơn giản dùng phổ biến như: nước thịt - pepton, thạch thường 42 - Môi trường đặc biệt: mơi trường có chất định đến q trình phát triển vi khuẩn, có mặt hay vắng mặt thành phần vi khuẩn phát triển - Mơi trường tăng sinh: có chất kích thích phát triển vi khuẩn, máu, huyết thanh, acid amine, - Môi trường sinh hóa: mơi trường để kiểm tra số tính chất vi khuẩn, khả lên men đường glucose, lactose, mannitol, khả sinh H2S, sinh urea, indol, thủy phân gelatin, dung huyết, - Môi trường ưu tiên hay tuyển lựa: môi trường ức chế phát triển số loại vi khuẩn, lại kích thích vi khuẩn khác phát triển Chẳng hạn môi trường SS (Salmonella-Shigella) ức chế phát triển vi khuẩn E coli Môi trường Wilson, Blaire ngăn cản phát triển vi khuẩn Gram dương Môi trường pepton có chứa acid phenic 5% ni cấy 420C ưu tiên cho vi khuẩn E coli phát triển - Môi trường phân biệt: sử dụng tổng hợp ba loại mơi trường để phân biệt tính chất loại vi khuẩn trình phân lập * Yêu cầu môi trường nuôi cấy vi khuẩn: Môi trường phải đảm bảo yêu cầu vật lý (màu, trạng thái rắn, lỏng, bán lỏng), hoá học (thành phần dinh dưỡng), vi sinh vật học (đảm bảo vô trùng) Vô trùng môi trường cách hấp 1210C/15-20 phút Đối với thạch sau hấp vô trùng để nhiệt độ 45-500C đổ đĩa Petri, môi trường lỏng sau hấp cho vào ống nghiệm bảo quản vô trùng Đối với loại đường dễ bị phân hủy nhiệt độ cao sử dụng màng lọc vi khuẩn để lọc vô trùng 3.2.2 Nuôi cấy vi khuẩn Tùy loại vi khuẩn cần nuôi cấy mà yêu cầu thành phần dinh dưỡng, môi trường nuôi cấy khác Sau trình bày phương pháp ni cấy đơn giản - Cấy vào môi trường nước thịt: dùng que cấy lấy mẫu khuấy vào môi trường ủ 37ºC/24 quan sát màu sắc độ đục, cặn váng ống nước thịt - Phương pháp vạch mặt đĩa Petri: Môi trường dinh dưỡng thích hợp cho vi sinh vật muốn ni cấy, thêm 2-3% thạch cho cứng dễ vạch Hấp 1210C/15 phút để nguội 45ºC đổ đĩa Petri lớp mỏng (khoảng 20ml/đĩa có = 8cm) Cách vạch để có khuẩn lạc mọc từ tế bào, dùng que cấy lấy vi khuẩn sau 43 vạch lên mặt thạch theo đường cấy zic zắc theo đường cấy pha hay pha để mô tả, phân lập khiết khuẩn lạc - Sử dụng màng lọc vi khuẩn: Dùng mơi trường ni cấy trên, pha lỗng huyền phù vi khuẩn nhiều lần cho có khoảng 1-5 tế bào/1ml, cho qua màng lọc khoảng 5-10ml huyền phù pha loãng Lấy màng lọc đặt lên mặt đĩa thạch Petri ủ vào tủ ấm Sau ủ tủ ấm 24 kiểm tra hình dạng màu sắc, số lượng khuẩn lạc 3.3 Các phương pháp định lượng vi khuẩn Có nhiều phương pháp đếm số lượng vi khuẩn, tùy theo mục đích, phương tiện, tùy lồi vi khuẩn mà sử dụng phương pháp khác Sau số phương pháp phổ biến 3.2.1 Đếm trực tiếp kính hiển vi * Sử dụng buồng đếm hồng cầu (Neubauer, Thomas) để đếm tế bào vi khuẩn Nguyên tắc chung: Đếm số lượng tế bào vi khuẩn có đơn vị thể tích phịng đếm, từ suy số lượng tế bào có 1ml dung dịch, nhân với độ pha loãng để biết số tế bào có dung dịch ban đầu Buồng đếm Neubauer: Là phiến kính đặc biệt, bề mặt chia thành ô vuông nhỏ, cạnh ô vuông nhỏ 1/20mm, khoảng cách phiến kính kính 0,1 mm Ta nhỏ lên buồng để đếm giọt huyền phù chứa vi khuẩn muốn đếm, đậy kính lại ta tích nhỏ là: 1/10 x 1/20 x 1/20mm3=1/4000mm3= cm3 Gọi độ pha loãng dung dịch vi khuẩn cần đếm K, trung bình số vi khuẩn nhỏ A (ta đếm vài lớn, sau lấy trung bình số vi khuẩn nhỏ), số vi khuẩn có 1ml dung dịch N: N=A x x 106 x (số tế bào/1ml) Phương pháp cho kết nhanh, nhiên phân biệt tế bào vi khuẩn sống tế bào vi khuẩn chết Hơn tế bào vi khuẩn bé nên việc đếm kính hiển vi không dễ dàng (Phương pháp chủ yếu áp dụng cho tế bào không cần nhuộm màu) Đếm vi khuẩn nhuộm: Nhỏ thể tích định huyền phù muốn đếm lên diện tích định phiến kính, cố định nhuộm màu, thường 44 với xanh mtylen với màu phù hợp với vi khuẩn Sau đó, đếm số lượng tế bào đơn vị diện tích 3.2.2 Đếm số tế bào sống (khuẩn lạc đĩa thạch) * Phương pháp pha loãng Dùng dung dịch cần đếm vi khuẩn pha loãng độ liên tiếp nhau, theo số 10, thơng thường lấy vi khuẩn pha lỗng ba nồng độ liên tiếp thích hợp với loại vi khuẩn Đảm bảo đếm khuẩn lạc, có hai ống nhìn thấy khuẩn lạc Ví dụ: 10-6, 10-7 , 10-8, nồng độ pha loãng lấy 0,1 ml cấy lên đĩa thạch thích hợp (có thể dùng que gạt thủy tinh hay bi thủy tinh để dàn mỏng) sau ủ 370C/24 Đếm số khuẩn lạc mọc đĩa thạch Sau có số khuẩn lạc ta tính tốn sau: Số lượng tế bào/ml = a x x a: số khuẩn lạc trung bình đĩa thạch có độ pha lãng V: Thể tích dịch cấy đĩa thạch (ml) K: độ pha loãng tương ứng dịch cấy Phương pháp cho phép đếm số tế bào sống có 1ml dung dịch 3.4 Đường cong sinh trưởng vi sinh vật Nếu theo dõi sinh trưởng phát triển vi khuẩn điều kiện phịng thí nghiệm, người ta nhận thấy số lượng chúng tăng lên nhanh chống Điều dễ hiểu với điều kiện thích hợp thời gian hệ nhiều loài vi khuẩn khoảng 30 phút Rõ ràng trình sinh tổng hợp q trình dị hố, nhằm cung cấp lượng, nguyên liệu cho phản ứng tổng hợp diễn tế bào với tốc độ nhanh, hồn tồn khơng thấy sinh vật khác Phương pháp ni cấy mà suốt thời gian ta khơng thêm vào chất dinh dưỡng khơng loại bỏ sản phẩm trao đổi chất cuối gọi nuôi cấy tĩnh, phát triển vi khuẩn nuôi cấy tĩnh diễn qua pha: 45 Hình 3.1: Đường cong sinh trưởng vi khuẩn điều kiệm nuôi cấy tĩnh 3.3.1 Pha tiềm phát (Pha lag) Từ lúc bắt đầu cấy đến vi khuẩn đạt tốc độ sinh trưởng cực đại Ở giai đoạn vi khuẩn chưa phân chia (chưa gia tăng mật số) thể tích khối lượng tế bào tăng lên rõ rệt trình tổng hợp chất diễn mạnh mẽ Đây pha phát triển tiềm tàng để vi sinh vật thích nghi với mơi trường Độ dài pha lag phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Tuổi cấy giống: tuổi quần thể giống cấy tức chúng giai đoạn sinh trưởng Thực nghiệm chứng minh giống cấy pha lag pha lag ngắn Ngược lại giống cấy pha log hay pha tử vong pha lag kéo dài - Thành phần mơi trường: sai khác phần môi trường ban đầu làm cho vi sinh vật thích nghi làm cho pha lag dài Thông thường môi trường có thành phần dinh dưỡng phong phú (thường có mơi trường có chất thiên nhiên) cho pha lag ngắn - Lượng cấy giống: lượng cấy giống nhiều pha lag ngắn ngược lại 3.3.2 Pha lũy thừa (Pha log) Vi sinh vật bắt đầu nhân mật số lên theo cấp số nhân Kích thước tế bào, thành phần hóa học, hoạt tính sinh lý vi khuẩn không thay đổi theo thời gian Nhịp độ sinh trưởng chúng không thay đổi suốt giai đoạn này, tế bào phân đôi cách đặn Tế bào trạng thái động học gọi “những tế bào tiêu chuẩn” 3.1.3 Pha cân (Pha ổn định) 46 Trong giai đoạn số lượng tế bào sống không thay đổi, số lượng tế bào sinh cân với số lượng tế bào chết đi, tế bào ngừng phân cắt mà giữ nguyên hoạt tính trao đổi chất Kết tế bào sinh khối không tăng không giảm Tốc độ sinh trưởng phụ thuộc vào nồng độ chất Nếu giảm nồng độ chất tốc độ tăng trưởng Vi sinh vật giảm Có nhiều nguyên nhân làm cho quần thể vi sinh vật chuyển sang giai đoạn ổn định Trong nguyên nhân chủ yếu hạn chế chất dinh dưỡng Nếu chất dinh dưỡng thiết yếu bị thiếu hụt nghiêm trọng sinh trưởng chậm lại Vi sinh vật hiếu khí thường bị hạn chế nồng độ oxygen 3.1.4 Pha suy vong (Pha tử vong) Việc tiêu hao chất dinh dưỡng việc tích lũy chất thải độc hại làm tổn thất đến môi trường sống vi sinh vật, làm cho số lượng tế bào sống giảm xuống Trong pha số lượng tế bào có khả sống giảm theo lũy thừa (mặc dù số lượng tế bào sống tổng cộng không giảm) Đôi tế bào bị tự phân nhờ enzim tự thân Ở vi khuẩn sinh bào tử hình thành phức tạp qua trình hình thành bào tử Hiện tượng sinh trưởng kép Trong môi trường nuôi cấy tĩnh điều kiện môi trường thay đổi theo thời gian, mật độ vi khuẩn tăng lên nồng độ chất giảm xuống Vì vậy, để tránh tình trạng suy vong vi sinh vật q trình ni cấy người ta phải ni cấy liên tục Hình 3.2: Đường cong sinh trưởng nuôi cấy kép 47 Sinh trưởng phát triển vi khuẩn điều kiện nuôi cấy liên tục Là môi trường nuôi cấy bổ sung liên tục chất dinh dưỡng vào, đồng thời loại bỏ khơng ngừng chất thải để trì ổn định mơi trường Trong điều kiện nuôi cấy liên tục, kéo dài thời gian sinh trưởng, tức kéo dài pha thứ III Để trì pha log, kéo dài pha III- sử dụng thiết bị chermostat có khuấy trộn hồn tồn khơng hồn tồn, chất đưa vào liên tục Hình 3.3: Đường cong sinh trưởng điều kiện nuôi cấy liên tục Thực hành (xem phần hướng dẫn thực hành) Câu hỏi ôn tập Cho biết thành phần dinh dưỡng nguồn thức ăn vi sinh vật Quá trình sinh trưởng, sinh sản phát triển vi khuẩn Nếu phương pháp nghiên cứu phát triển vi khuẩn Trình bày phương pháp định lượng vi khuẩn Giải thích phát triển vi khuẩn qua đường cong sinh trưởng: nuôi cấy tĩnh, nuôi cấy liên tục (vẽ sơ đồ) 48 ... Chương Đại cương vi1 sinh vật học Chương Hình thái, cấu tạo 12 nhóm vi sinh vật Chương Sinh lý học vi sinh 10 vật Chương 4: Ảnh hưởng các6 y? ??u tố môi trường đến sinh trưởng vi sinh vật Chương Virus... THAM KHẢO 13 2 vi GIÁO TRÌNH MƠN HỌC VI SINH ĐẠI CƯƠNG - CNTY Tên môn học: Vi sinh đại cương - CNTY Mã mơn học: CNN260 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí mơn học: môn... TRUYỀN HỌC CỦA VI KHUẨN 80 Đặc điểm chung di truyền vi sinh vật 80 Sinh sản vi sinh vật 83 2 .1 Sự sinh sản vi sinh vật nhân nguyên (vi khuẩn) 83 2.2 Sự sinh sản vi sinh