BÀI GIẢNG VI SINH ĐẠI CƯƠNG pdf

PHÂN LOẠI TỔNG QUÁT VI SINH VẬT Giới nguyên sinh vật được chia ra làm các nhóm chính như sau : 1 Vi sinh vật nhân thực Giới Nhân Thực Eukaryota còn gọi là giới Chân Hạch : Gồm những vi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA NUÔI TRỒNG THỦY SẢN

BÀI GIẢNG

VI SINH ĐẠI CƯƠNG

Giáo viên: Phạm Thị Thúy Nga

Bộ môn: Sinh học nghề cá

- 2008 -

CHƯƠNG I ĐỐI TƯỢNG VÀ LƯỢC SỬ NGÀNH VI SINH HỌC

****

I ĐỐI TƯỢNG NGÀNH VI SINH HỌC :

Vi sinh học là ngành khoa học nghiên cứu về cấu tạo và đời sống của vi sinh vật

Vi sinh vật là những sinh vật rất nhỏ, đơn bào hoặc đa bào nhưng rất kém phân hóa Trong hệ thống phân loại tổng quát, vi sinh vật được xếp vào các nhóm vi sinh vật nhân nguyên (prokaryotic) gồm vi khuẩn, xạ khuẩn, mycoplasma, vi khuẩn lam (tảo lam), vi sinh vật nhân thực (eukaryotic) gồm nấm, tảo, và sau này thêm nhóm virút là các vi sinh vật có mức độ tiến hóa thấp nhất

Vi sinh học hiện đại nghiên cứu từng nhóm đối tượng riêng biệt như : virút học (virology), vi khuẩn học (bacteriology), khuẩn học hay nấm học (mycology), tảo học (algology)

Về mặt ứng dụng ngành vi sinh học gồm có: vi sinh học công nghiệp, vi sinh học thực phẩm, vi sinh học y học, vi sinh học thú y, bệnh lý thực vật (plantpathology), vi sinh vật đất, vi sinh học nước, vi sinh học không khí, vi sinh học dầu hỏa

II ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT Các loài vi sinh vật có chung những đặc điểm sau đây:

- Kích thước nhỏ bé

- Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh

- Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh

- Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị

- Phân bố rộng, chủng loại nhiều III VỊ TRÍ CỦA VI SINH VẬT TRONG SINH GIỚI Việc phân loại các nhóm vi sinh vật được bắt đầu bởi Các Linê (Carl Linne), về sau vi sinh vật được phân trong các giới sinh vật như sau (theo Trần Thế Tương):

1.Nhóm giới sinh vật phi bào

2.Nhóm giới sinh vật nhân nguyên thủy

b Giới Vi khuẩn

c Giới Vi khuẩn lam (Tảo lam)

3 Nhóm giới sinh vật nhân thực

e Giới Thực vật

f Giới Động vật IV.VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT

Vi sinh vật tham gia tích cực vào quá trình phân giải các chất hữu cơ, biến chúng thành CO2 và các hợp chất vô cơ, cung cấp dinh dưỡng cho tảo, cây trồng Các vi sinh vật

cố định nitơ thực hiện quá trình biến khí nitơ trong không khí thành hợp chất nitơ cho thực

vật.Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất khó tan chứa P, K, S, tạo ra các vòng

tuần hoàn trong tự nhiên Các vi sinh vật sống trong đất tham gia hình thành mùn cho cây Một số loài vi sinh vât tham gia tích cực vào việc phân giải các phế thải nông nghiệp, công nghiệp và đô thị, góp phần bảo vệ môi trường

Trong nuôi trồng thủy sản, vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước do tham gia phân giải chất hữu cơ, tham gia các vòng tuần hoàn vật chất, và còn tham gia vào chuỗi dinh dưỡng của thủy vực

Ngoài ra vi sinh vật có vai trò quan trọng trong ngành năng lượng Vi sinh vật còn là yếu tố quan trọng trong ngành công nghiệp lên men

V SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN NGÀNH VI SINH HỌC : Gồm có 3 giai đoạn chính

1 Giai đoạn phát hiện ra vi sinh vật :

Lơ-ven-húc (Leeuvenhook, 1632-1723), người Hà Lan, là người đầu tiên chế tạo ra những chiếc kính hiển vi thô sơ với độ phóng đại từ 270-300 lần Ông xuất bản quyển

"Phát hiện của Lơvenhúc về những bí mật của giới tự nhiên" và năm 1695, mô tả toàn bộ các quan sát của Ông về vi sinh vật

Hình 1.1: Kính hiển vi đầu tiên của nhân loại

Linê (Carl Linne, 1707-1778), nhà phân loại thực vật nổi tiếng trên thế giới đã xếp

vi sinh vật vào một chi (genus) gọi là "Chaos"

2 Giai đoạn vi sinh học thực nghiệm với Pasteur :

Pasteur(1822-1895), người Pháp là người đã khai sinh ra ngành vi sinh học thực nghiệm

Qua quá trình nghiên cứu và thực nghiệm, Pasteur đã chứng minh vi sinh vật không thể "tự sinh" hay "ngẫu sinh" như nhiều nhà bác học cùng thời chủ trương Ông làm thí nghiệm với bình cổ cong có uốn khúc hình chữ U, trong chứa nước canh thịt đã đun sôi (hình 1.2) Bình này để yên lâu ngày vẫn không hư thối, nhưng nếu đập vỡ cổ bình thì ít lâu sau nước canh thịt sẽ hư thối vì nhiễm vi khuẩn có sẵn trong không khí

Pasteur có công rất lớn vì đã giải quyết được phương pháp tẩy độc rượu vang (đun đến 60oC và giữ trong chai đậy kín), đưa đến phương pháp tẩy độc sữa, thực phẩm vẫn còn

áp dụng đến nay… Ngoài ra ông giải quyết được dịch bệnh tằm gai (bệnh Pébrine)

Ông còn chứng minh dịch bệnh than ở cừu là do vi khuẩn gây ra và lan truyền từ con bệnh sang con mạnh Ông tìm ra được vaccin ngừa bệnh cho cừu để chống lại bệnh than này

Ngoài ra, ông còn chế được các loại vaccin tụ huyết trùng gà, bệnh heo bị đóng dấu

Hình 1.2: Hình các loại bình cổ cong mà Pasteur đã dùng để bác bỏ thuyết tự sanh

Công lao lớn nhất của Pasteur đối với nhân loại là việc chế ra vaccin ngừa và trị bệnh chó dại là bệnh nan y lúc bấy giờ

3 Giai đoạn sau Pasteur và vi sinh học hiện đại :

Robert Koch (1843-1910), là người có công lớn trong việc phát triển các phương pháp nghiên cứu vi sinh vật Ông đề ra phương pháp chứng minh vi sinh vật là nguyên nhân gây ra bệnh truyền nhiễm

Juliyes Richard Petri (1852-1921) chế ra các dụng cụ để nghiên cứu vi sinh vật mà đến nay còn dùng tên của ông để đặt tên cho dụng cụ ấy: đĩa Pêtri Ông cũng nêu ra các biện pháp nhuộm nàu vi sinh vật

Năm 1882, Koch công bố công trình khám phá ra vi trùng bệnh lao và gọi nó là

Mycobacterium tuberculosis, nguyên nhân gây bệnh lao là một bệnh nan y của thời đó.Ông

đưa ra 4 nguyên tắc về tác nhân gây bệnh Khám phá này cho đến nay vẫn còn được áp dụng, là nguyên tắc chuẩn để chứng minh khả năng gây bệnh đặc trưng của một loài vi sinh vật nào

-.Tác nhân gây bệnh phải luôn được tìm thấy trên sinh vật bị nhiễm bệnh nhưng không có ở sinh vật khỏe

-.Tác nhân gây bệnh phải được nuôi trong điều kiện thực nghiệm bên ngoài cơ thể sinh vật

-.Tác nhân gây bệnh phải có khả năng gây bệnh khi gây nhiễm vào con vật mẫn cảm -.Tác nhân gây bệnh phải được xác định từ kết quả tái phân lập

Vinogradxki S.I (1856-1953), người Nga và M.W.Beijerinck (1851-1931), người

Hà Lan là những nhà vi sinh học có công lớn trong việc phát triển ngành vi sinh học đất

Ivanopxki (1892) và Beijerrinck (1896) là những người phát hiện ra virút 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

CHƯƠNG II CÁC NHÓM VI SINH VẬT

****

I PHÂN LOẠI TỔNG QUÁT VI SINH VẬT Giới nguyên sinh vật được chia ra làm các nhóm chính như sau :

1 Vi sinh vật nhân thực (Giới Nhân Thực) (Eukaryota) (còn gọi là giới Chân

Hạch) : Gồm những vi sinh vật có nhân thực sự, nhân có màng nhân bao bọc phân biệt rõ với tế baò chất của tế bào Gồm có 3 nhóm :

1.1 Nhóm nguyên sinh động vật (Prôtôzoa) : Đơn bào, di động theo lối biến hình trùng (amib) gần với động vật

1.2 Nhóm tảo hay rong (Algae) : Đơn bào, hoặc kết hợp thành khối đa bào, nhưng chưa chuyên hóa, có khả năng quang hợp

1.3 Giới Nấm (Eumycetes) : Đơn bào hoặc kết hợp thành khối đa bào, nhưng các tế bào chưa chuyên hóa, không quang hợp

2 Vi sinh vật nhân nguyên (Giới Nhân Nguyên) (Prokaryota)(còn gọi là giới Tiền

Hạch): Gồm các vi sinh vật không có nhân thực sự, các chuỗi DNA tập trung thành vùng nhân nhưng không có màng nhân bao bọc, nên không phân biệt với tế bào chất của tế bào 2.1 Vi khuẩn (Schizomycetes) : Bao gồm vi khuẩn, vi khuẩn nguyên thủy

(rickettsias, mycoplasma, clamydia), xạ khuẩn (actinomycetes), dạng L của vi khuẩn (L - form) và vi khuẩn lam (Tảo Lam)

2.2.Vi khuẩn cổ: gồm có vi khuẩn mê tan, vi khuẩn ưa mặn và vi khuẩn ưa nhiệt

3 Các nhóm khác : Gồm có :

3.1 Nhóm siêu vi khuẩn hay vi rút (virus) : cấu tạo đơn giản, không có dạng tế bào,

là dạng sống thấp và đơn giản nhất của vi sinh vật 3.2 Nhóm gồm các tế bào thưc vật hoặc động vật được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm (invitro) (cấy mô ) qua nhiều thế hệ đã trở nên đơn bào, có khả năng sống tự lập trong môi trường nuôi cấy

Tóm lại, chúng ta có thể sắp xếp vi sinh vật theo các nhóm từ thấp đến cao, theo mức độ tiến hóa, như sau:

- Virút chưa có cấu tạo tế bào

- Giới Nhân Nguyên: vi khuẩn, dạng L của vi khuẩn, Mycoplasma, Ritkettsia, Chlamydia, Xạ khuẩn, Tảo Lam

- Giới Nhân Thực, prôtôzoa, tảo và nấm

- Giới Thực Vật

- Giới Động Vật II.VI SINH VẬT NHÂN NGUYÊN

Vi sinh vật Nhân Nguyên (Tiền Hạch) (Prokaryotic microorganisms) bao gồm các vi sinh vật đơn bào, không có nhân thực sự Tất cả vi sinh vật tiền hạch được xếp chung vào một nhóm, Vi Khuẩn Lam hay Tảo Lam hay Thanh Thực Vật (Cyanophyta) cũng là vi sinh vật nhân nguyên nhưng tự dưỡng

1 VI KHUẨN

1.1 HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC :

Vi khuẩn có ba hình dạng chính: cầu khuẩn (coccus), trực khuẩn (bacille, monas) và xoắn khuẩn (spira) Giữa ba loại này thường có những dạng trung gian Thí dụ như dạng cầu trực khuẩn (coccobacille) hoặc dạng phẩy khuẩn (vibrie)

a/ Cầu khuẩn : Là loại vi khuẩn có hình cầu, hình ngọn nến, hình hạt cà phê Kích

thước trong khoảng 0,5 - 1μ Trong cầu khuẩn có một số chi như sau

- Chi Micrococus : Hình cầu đứng riêng rẽ, sống hoại sinh trong đất, nước, không khí

- Chi Diplococcus : Hình cầu dính nhau từng đôi một (do phân cắt theo một mặt phẳng xác

định), có một số loài có khả năng gây bệnh cho người Thí dụ : Neisseria gonorrhocae

Hình 2-1: Hình dạng một số chi vi khuẩn thuộc dạng cầu khuẩn

- Chi Streptococcus : Hình cầu và dính với nhau thành chuỗi dài; Streptococcus lactis lên

men lactic

- Chi Sarcina: Phân cắt theo ba mặt phẳng trực giao với nhau và tạo thành khối gồm 8 , 16

tế bào hoặc nhiều hơn Hoại sinh trong không khí Sarcina urea có khả năng phân giải urê

khá mạnh

-Chi Staphilococcus : Phân cắt theo các mặt phẳng bất kỳ và dính với nhau thành từng đám như chùm nho, hoại sinh hoặc ký sinh gây bệnh cho người và gia súc

Nói chung, cầu khuẩn không có roi (roi) nên không có khả năng di động

b/ Trực khuẩn: Có hình que, đường kính 0,5 -1, dài 1 - 4 , gồm các giống (Hình 2-2)

- Chi Bacillus : Trưc khuẩn gram dương, có nha bào, không thay đổi hình dạng khi sinh nha bào (endospore)

- Các trực khuẩn gram âm không sinh nha bào, có roi gồm các chi Pseudomonas có 1 - 7roi, Xanthomonas có 1 roi, Erwinia có nhiều roi mọc chung quanh,

- Chi Corynebacterium : Hình chùy, không có nha bào, hình dạng và kích thước có thay đổi nhiều khi nhuộm màu, tế bào thường tạo thành các đoạn nhỏ bắt màu khác nhau

- Chi Clostridium : Trực khuẩn gram dương, 0,4 - 1μ x 3 - 8μ , có sinh nha bào, nha bào

to hơn chiều ngang tế bào nên khi có nha bào, tế bào thường phình ra ở giữa hay ở một đầu

Có thể gây bệnh như Clostridium tetani gây bệnh uốn ván, hoặc có lợi như Clostridium

pasteurianum là vi khuẩn cố định đạm trong đất

c/ Phẩy khuẩn: Có hình que hơi uốn cong giống như dấu phẩy Chi thường gặp là

Vibrio Phần lớn hoại sinh, có một số gây bệnh cho người và động vật nuôi ( Vibrio harveyi gây bệnh trên tôm, Vibrio cholerae gây bệnh tiêu chảy cấp ở người.) (Hình 2-3)

d/ Xoắn khuẩn: ( Spira: xoắn ) Có từ hai vòng xoắn trở lên, gram dương, di động

được nhờ một hay nhiều roi mọc ở đỉnh Kích thước 0,5 - 3μ x 5 - 40μ Chi Spirillum thuộc nhóm hình dạng nầy (Hình 2-3)

Hình 2-3: Hình dạng một số chi vi khuẩn có dạng xoắn khuẩn và phẩy khuẩn

B Hình cầu (coccus) tạo thành chuỗi (strepto-) - liên cầu khuẩn (Streptococcus)

C Hình cầu tạo đám (staphylo-) - tụ cầu khuẩn (Staphylococcus)

D Hình tròn sóng đôi (diplo-) - song cầu khuẩn (Diplococcus)

E Hình xoắn - xoắn khuẩn (Spirillum, Spirochete)

F Phẩy khuẩn (Vibio)

1.2 CẤU TẠO TẾ BÀO VI KHUẨN

Vi khuẩn có cấu tạo dạng tế bào, tức có bộ phận bao che và nguyên sinh chất bên trong Bộ phận bao che gồm có vách (cell wall) cùng các phụ bộ của vách và màng nguyên sinh chất (plasmalemma) Nguyên sinh chất bao gồm tế bào chất (cytoplasm) và thành phần của nhân là DNA Trong tế bào chất có chứa nhiều cơ quan con giữ các vai trò khác nhau trong tiến trình sống của vi khuẩn Một cách tổng quát, vi khuẩn có hai lớp màng chính, từ ngoài vào trong lần lượt là vách tế bào và màng nguyên sinh Ngoài ra ở một số chi, vi khuẩn còn được bọc bên ngoài một lớp vỏ nhày hoặc một lớp dịch nhày

1.2.1 Vỏ nhày và lớp dịch nhày ( capsule và slime )

Vỏ nhày (còn gọi màng nhày) có hai loại, vỏ nhày lớn (macrocapsule) và vỏ nhày nhỏ (microcapsule) Vỏ nhày lớn có chiều dày lớn hơn 0,2μ nên thấy được dưới kính hiển

vi thường Còn vỏ nhày nhỏ có chiều dày dưới 0,2μ, chỉ quan sát được qua kính hiển vi điện tử

Một số vi khuẩn khác không có vỏ nhày nhưng được bao phủ một lớp dịch nhày không giới hạn xác định và không cấu trúc rõ ràng Thí dụ: Chi Xanthomonas

Công dụng của vỏ nhày là để bảo vệ tế bào vi khuẩn và là nơi tích lũy chất dinh

dưỡng của vi khuẩn Thí dụ: Phế cầu khuẩn Streptococcus pneumoniae khi có vỏ nhày sẽ

không bị bạch huyết cầu thực bào, còn nếu mất vỏ nhày sẽ bị thực bào mau lẹ

Nhuộm vỏ nhày là phương pháp làm tiêu bản âm bằng cách trộn vi khuẩn với mực tàu

Ở một số vi khuẩn, khi môi trường nuôi cấy cạn dần chất dinh dưỡng vi khuẩn tiêu thụ đến chất dinh dưỡng trong vỏ nhày, làm cho vỏ nhày tiêu biến dần đi

Phần lớn thành phần hóa học của lớp vỏ nhày hoặc dịch nhày là nước (98%) và polysaccarit

Vi khuẩn có vỏ nhày hoặc dịch nhày sẽ cho khuẩn lạc ướt, láng, trơn; còn vi khuẩn không vỏ nhày hoặc dịch nhày sẽ tạo thành những khuẩn lạc khô, xù xì Còn các vi khuẩn

có lớp dịch nhày rất nhày nhớt sẽ tạo thành những khuẩn lạc nhày nhớt

1.2.2 Vách tế bào hay thành tế bào: ( cell wall )

Vách tế bào vi khuẩn có kích thước khác nhau tùy loại Nói chung, vi khuẩn gram dương có vách tế bào dày hơn, khoảng 14 - 18 nm, trọng lượng có thể chiếm10 - 20% trọng lượng khô của vi khuẩn Vi khuẩn gram âm có vách tế bào mỏng hơn, thường khoảng 10nm (1nm (nanômét) = 10-3μ = 10-6mm = 10-9m)

Chức năng của vách là để bao bọc, che chở cho khối nguyên sinh chất bên trong và giúp cho vi khuẩn có hình dạng nhất định

Các vi khuẩn không có vách như dạng L của vi khuẩn và mycoplasma thì không có hình dạng nhứt định

Hỗ trợ sự chuyển động của tiên mao Giúp tế bào đề kháng với các lực tác động bên ngoài

Cần thiết cho quá trình phân cắt bình thường của tế bào

độc tố, tính mẫn cảm vớí thực khuẩn thể)

Hinh 2-4: Sơ đồ cấu tạo của vi khuẩn

Phần A (bên trái vạch giữa hình) là vi khuẩn có vỏ nhầy lớn Phần B (bên phải) là vi khuẩn có vỏ nhầy nhỏ

Hình 2-5: Sơ đồ cho thấy sự khác biệt trong cấu tạo vách của vi khuẩn gram dương (bên trái) và vi khuẩn gram âm (bên phải)

Như Vibrio harveyi gây bệnh trên tôm thuộc nhóm gram âm

Cấu tạo hóa học của vách tế bào vi khuẩn gồm hai chất dị cao phân tử (heteropolymer) là glycôpeptit và nhóm pôlysaccarit Hàm lượng của glycopeptit biến động trong khoảng 95% ở vách tế bào vi khuẩn gram dương và 5 - 20% ở vách vi khuẩn gram

âm

Các vi khuẩn trong nhóm ưa mặn không chứa glycôpeptit Glycôpeptit coin gọi là mucôpeptit, peptidôglycăn

Do có lớp pepticoglycan dày hơn, thành (vách) tế bào vi khuẩn gram dương khỏe hơn vi khuẩn gram âm

Nhóm pôlysaccarit đặc biệt của vách tế bào gram dương là acid têchoic Vi khuẩn gram âm không có acid têchoic

Vách tế bào gram âm phức tạp hơn, chứa ít glycôpeptit hơn đồng thời có sự hiện

diện của lipid và prôtêin và được xếp thành nhiều lớp Thí dụ: Ở vi khuẩn Escherichia coli

Về mặt cấu trúc vật lý, vách của tế bào vi khuẩn được cấu tạo ở dạng sợi đan với nhau thành nhiểu lớp, rắn chắc nhưng có nhiều lỗ nhỏ cho phép các phân tử vật chất nhỏ chui qua được Nhờ đó có sự trao đổi chất (nước, acid amin, glucôz, acid béo và cả các chất hữu cơ thích nghi khác) với bên ngoài

1.2.3 Màng nguyên sinh chất: (Cytoplasmic membrane)

Bên dưới lớp vách tế bào là lớp màng nguyên sinh chất (protoplasmic membrane, plasma membrane, plasmalemma, cytoplasmic membrane) Màng nguyên sinh chất dày 5 -

Hình 2-6: Sơ đồ cấu tạo vách tế bào vi khuẩn gram âm (Escherichia coli)

Hình 2-7: Sơ đồ mô hình cấu tạo màng nguyên sinh chất của vi khuẩn theo 3 lớp

Màng này đảm nhiệm 4 chức năng:

- Duy trì áp suất thẩm thấu bình thường bên trong tế bào

- Đảm bảo việc chủ động tích lũy các chất dinh dưỡng trong tế bào và thải các sản phẩm trao đổi chất ra ngoài tế bào

- Là nơi xảy ra quá trình sinh tổng hợp một số thành phần của tế bào và các polime của vỏ nhầy

- Là nơi tổng hợp nhiều loại enzym, các protein của chuỗi hô hấp

- Cung cấp năng lượng cho sự vận động của tiên mao Màng nguyên sinh chất có cấu tạo 3 lớp Ngoài cùng và trong cùng là hai lớp prôtêin, ở giữa là lớp phospholipid Lớp phospholipid lại gồm hai lớp phân tử, một lớp có gốc quay vào trong và một lớp có gốc quay ra ngoài

Hình 2.8 Mô hình màng nguyên sinh chất

Vùng không gian giữa màng sinh chất và màng ngoài ở vi khuẩn gram âm là khoang chu chất; và đôi khi một khoảng trống tương tự nhưng nhỏ hơn giữa màng sinh chất và thành

ở vi khuẩn gram dương Các chất chứa trong khoang chu chất (các protein tham gia vào sự thu nhận chất dinh dưỡng, các enzim…) gọi là chu chất

Chức năng

- Là nơi tạo ra các phần tử ban đầu hoặc các chất liệu kiến trúc cần thiết cho quá trình tổng hợp của tế bào

- Là nguồn năng lượng của tế bào (thí dụ: glucôz hoặc các chất ôxyd hóa khác)

- Chứa đựng các chất bài tiết của tế bào để thải ra bên ngoài Trong tế bào chất của vi khuẩn trưởng thành, người ta quan sát thấy nhiều cơ quan con khác nhau như mêzôxôm (mesosomes), ribôxôm (ribosomes), không bào, các hạt chất

dự trữ, các hạt sắc tố và các cấu trúc của nhân a/ Mêzôxôm :

Mêzôxôm (Mesosomes, Plasmalemmosomes, Chondriols, Peripheralbodies) là thể hình cầu trông giống cái bong bóng, nằm ở gần vách ngăn ngang và chỉ xuất hiện khi vi khuẩn phân cắt

Mêzôxôm có đường kính khoảng 250nm, gồm nhiều lớp màng bện chặt lại với nhau, giữ vai trò quan trọng trong quá trình phân cắt tế bào vi khuẩn và hình thành vách ngăn ngang

Hình 2-9: Hạt mêxôxôm xuất hiện ở vùng hình thành vách ngăn phân căch hai tế bào trong quá trình phân cắt tế bào

b/ Ribôxôm:

Ribôxôm của vi khuẩn chứa 40 - 60% RNA và 35 - 60% prôtêin và một ít lipid, một số men như ribônuclêaz và một ít khoáng chất (nhiều Mg và ít Ca) Phần prôtêin của ribôxôm làm thành một mạng lưới bao quanh phần RNA Trong tế bào vi khuẩn, phần lớn ribôxôm nằm tự do trong tế bào chất, phần ít hơn bám trên màng nguyên sinh chất

Ribôxôm là trung tâm tổng hợp protein của tế bào Các ribosom tự do gắn vào một đầu của mARN, được hoạt hóa và chuyển dịch dọc theo sợi mARN này Chuỗi polypeptid liên kết với ribosom được dài dần ra, do tuần tự được lắp thêm các acid amin mới Khi đọc xong một sợi mARN và giải phóng ra một chuỗi polypeptid mới thì ribosom lại tách khỏi đầu cuối của tập hợp, sau đó tham gia vào một mARN khác

c/ Các hạt khác:

- Các hạt hydrat carbon: Các hạt này chứa tinh bột hoặc glycôgen hoặc các chất tương tự nằm trong tế bào chất như những chất dự trữ Khi thiếu thức ăn vi khuẩn sẽ lấy các hạt này làm nguồn năng lượng và nguồn thức ăn carbon

- Hạt volutin: Trong một số vi khuẩn đặc biệt hoặc trong một số điều kiện đặc biệt

tế bào chất vi khuẩn có chứa các hạt volutin Đó là những hạt hình cầu Nó là một phức chất cấu tạo bởi pôlyphốtphat, lipôprôtêin, RNA và Mg++

-Giọt mỡ: Xuất hiện khi nuôi cấy vi khuẩn trên các môi trường chứa nhiều đường, glycerin hoặc các hợp chất carbon dễ đồng hóa khác

-Giọt lưu huỳnh: Một số vi khuẩn lưu huỳnh có chứa thường xuyên các giọt lưu huỳnh trong tế bào, do kết quả oxyt hóa H2S sinh ra Giọt lưu huỳnh được dùng làm nguồn năng lượng khi đã sử dụng hết H2S của môi trường chung quanh

H2S + 1/2 O2 → S + H2O + Q 2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 + Q

- Các tinh thể: Trong một vài vi khuẩn có thể chứa thêm một tinh thể đặc biệt có khả năng giết hại một số côn trùng

1.2.5 Nhân của vi khuẩn:

Vi sinh vật nhân nguyên khác với vi sinh vật nhân thực ở điểm là không có nhân rõ ràng Nhìn qua kính hiển vi có thể nhìn thấy được vùng tập trung chất nhân vi khuẩn có DNA là thành phần chính yếu của nhân, tuy nhiên không có nhân rõ rệt vì DNA hoặc phân tán rải rác trong các tế bào chất, hoặc tập trung lại thành vùng, nhưng không có màng nhân

và tiểu hạch như ở tế bào nhân thực Vi khuẩn chỉ có thể nhân hoặc vùng nhân mà thôi

Thể nhân của vi khuẩn được xem như nhiễm sắc thể, cấu tạo bởi sợi DNA xoắn kép, rất dài Thể nhân là cơ sở vật chất chứa đựng thông tin di truyền của vi khuẩn

Nhiễm sắc thể của vi khuẩn đảm nhiệm mọi chức năng như nhân của vi sinh vật nhân thực Ngoài nhiễm sắc thể nhiều vi khuẩn còn chứa ADN ngoài nhiễm sắc thể Đó là những sợi ADN kép dạng vòng kín, có khả năng sao chép độc lập, gọi là plasmit

1.2.6 Tiên mao (hay roi) và khuẩn mao: (flagellum )

khuẩn di động một cách chủ động

Vị trí của roi trên vi khuẩn:

+Không có roi: vi khuẩn vô mao (atrichate), không di động một cách chủ động được

+ Một roi mọc ở một đỉnh (đơn mao: monotrichate), như vi khuẩn Xanthomonas

Tốc độ và kiểu di động của vi khuẩn không giống nhau tùy loài và tùy vị trí của roi Các loài vi khuẩn có roi ở một đầu có tốc độ di chuyển mạnh mẽ nhất, các loài vi khuẩn khác di chuyển chậm hơn

Vi khuẩn có roi ở một đầu di động theo một hướng rõ rệt, nhưng vi khuẩn roi chu mao thì lại di chuyển theo một kiểu quay lung tung Tuy nhiên, điều kiện môi trường và thời gian nuôi cấy có thể ảnh hưởng rất nhiều đến khả năng di động của các loài vi khuẩn

có roi Vi khuẩn di động trong môi trường lỏng theo kiểu nào phụ thuộc vào nhiều lý do khác nhau, do tìm đến hoặc tránh một yếu tố nào đó (tìm nguồn thức ăn, tới chỗ có ánh sáng, tránh chỗ có axit, tránh chỗ nóng, tránh hóa chất độc hại )

Đối với vi khuẩn không có roi, trong môi trường lỏng chúng vẫn có thể chuyển động hỗn loạn do hiện tượng va chạm không ngừng của các phân tử vật chất trong chất lỏng (chuyển động Brown)

Sự chuyển dời về phía các chất dẫn dụ và thoát khỏi các chất xua đuổi hóa học được gọi là hóa ứng động Trong hóa ứng động dương, lông roi chỉ quay theo một chiều, ngược chiều kim đồng hồ lâu hơn khi tiến vào chất dẫn dụ

Ngoài roi, một số loài vi khuẩn còn có sợi pili (nhung mao hay khuẩn mao) Pili không

là cơ quan di động mà là phương tiện giúp vi khuẩn bám được tốt trên bề mặt cơ chất Pili còn có thể tham gia vào quá trình dinh dưỡng của vi khuẩn, giúp cho tế bào tăng bề mặt hấp thu chất dinh dưỡng lên rất nhiều lần

Trong nhung mao có các sợi pili đặc biệt, gọi là Pili giới tính, làm kênh để chuyển AND giữa các tế bào, trao đổi tín hiệu di truyền giữa 2 tế bào( Hình 2-10)

Hình 2-10 Trao đổi tín hiệu di truyền giữa 2 Pili giới tính

1.2.7 Nha bào (endospore) và sự hình thành nha bào:

Nha bào là một bộ phận lưu tồn đặc biệt của một số loài vi khuẩn, được hình thành bên trong tế bào vi khuẩn trong những giai đoạn phát triển nhất định của vi khuẩn Thường gặp nha bào ở hai chi trực khuẩn gram dương là Bacillus và Clostridium Một số loài trong phẩy khuẩn, cầu khuẩn, xoắn khuẩn cũng có khả năng sinh nha bào

Nha bào không giữ nhiệm vụ sinh sản như bào tử ở các ngành vi sinh vật khác mà chỉ giữ chức năng lưu tồn mà thôi Nha bào có khả năng lưu tồn tốt trong những điều kiện khó khăn của môi trường sống cũng như nha bào có khả năng sống rất lâu Người ta phát hiện

có nha bào vi khuẩn trong xác sinh vật cổ đại (1000 năm) hoặc dưới đáy băng hà (3000 năm) hoặc trong quặng mỏ (250 triệu năm) đến nay vẫn còn sống Ở nhiệt độ 100 oC , nha bào của một số loài của chi Bacillus có thể chịu được từ 2,5 - 1200 phút (20 giờ)

SO SÁNH TIÊN MAO, KHUẨN MAO (NHUNG MAO) VÀ PILI GIỚI TÍNH Điểm so sánh Tiên mao Khuẩn mao Pili giới tính

1 Đại diện Vibrio, Bacillus… Neisseria gonorrhoeae 2.Thành phần Protein tiên mao Protein khuẩn mao Protein pili

5 Nơi sinh ra Thể gốc nằm trong

thành tế bào

Tế bào chất 6.Chuyển động Theo kiểu vặn nút

chai

7 Chức năng Vận động Giúp vi khuẩn bám giữ

vào giá thể Tiếp hợp 2tế bàokhác giới

Làm kênh để chuyển AND giữa các tế bào Giúp vi khuẩn bám giữ tốt

Nha bào vi khuẩn chịu nóng có thể chịu được 100oC trong 5 ngày liền Muốn tiêu diệt hết nha bào của vi khuẩn phải thanh trùng ở 121 oC trong 15 – 30 phút với nhiệt ướt hoặc 165 -

170 oC trong 2 giờ với nhiệt khô Ngoài việc chịu được nhiệt khô cao, nha bào còn có thể chịu được khô hạn cũng như tác động của nhiều loại hóa chất, cũng như các loại tia sáng

Quá trình hình thành nha bào:

- Hình thành những búi chất nhiễm sắc

- Tế bào bắt đầu phân cắt không đối xứng, tạo ra vùng nhỏ gọi là tiền bào tử

- Tiền bào tử hình thành hai lớp màng, tăng cao tính kháng bức xạ

- Lớp vỏ sơ khai hình thành giữa hai lớp màng của bào tử.Tính chiết quang tăng cao

- Kết thúc việc hình thành áo bào tử

- Kết thúc việc hình thành vỏ bào tử Bào tử bắt đầu thành thục, bắt đầu có tính kháng nhiệt Bào nang vỡ ra, bào tử thoát ra ngoài

Hình 2-11: Cấu tạo của vi khuẩn

2 NHÓM XẠ KHUẨN (Actinomycetes) (Hình 2-12):

Xạ khuẩn có nhiều nét khác với nấm nhưng giống với vi khuẩn:

- Có giai đoạn đa bào và giai đoạn đơn bào

-Kích thước rất nhỏ, tương tự vi khuẩn, có cấu tạo sợi sợi phân nhánh (khuẩn ti)

- Nhân giống với vi khuẩn, không có màng nhân và tiểu hạch

- Vách tế bào không chứa celluloz hoặc kitin, giống với vi khuẩn

- Phân chia tế bào, giống với vi khuẩn Bào tử trần là cơ quan sinh sản chủ yếu, được hình thành theo 2 phương thức:

+Vách ngăn hình thành từ bên trong của màng tế bào chất và tiến dần vào trong tạo

+ Thành tế bào và tế bào chất đồng thời xuất hiện vách ngăn tiến dần vào phía trong, làm sợi bào tử phân cách đồng thời tạo thành một chuỗi bào tử trần

- Xạ khuẩn không có giới tính (không có tế bào đực, cái)

- Hoại sinh và ký sinh

Xạ khuẩn sống trong đất, tham dự vào quá trình chuyển hóa tự nhiên của nhiều hợp chất trong đất

Đặc tính của xạ khuẩn là khả năng tiết ra kháng sinh (antibiotic), dùng làm thuốc trị bệnh cho người, động vật nuôi và cây trồng

Xạ khuẩn còn có khả năng sinh ra các vitamin thuộc nhóm B (B1, B2 ,B6 , B12 , ) một

số acid amin và các acid hữu cơ (như acid glutamic tức bộ ngọt, do xạ khuẩn sản xuất) Xạ khuẩn còn có khả năng tiết ra enzym (proteaz, amylaz, ) và trong tương lai có thể dùng xạ khuẩn để chế biến thực phẩm thay cho nấm vì nấm có thể sinh ra aflatoxin độc cho người

và gia súc Tuy nhiên cũng có một số xạ khuẩn có thể gây hại cho người, vât nuội và cây trồng

Hinh 2-12: Các hình dạng khác nhau của xạ khuẩn:

A: Actinomycetes; B: Nocardia; C: Microbispora; D: Dermatophilus;

E: Micromonospora; F,G,H Streptomyces; I:Actinoplanes; J:Amorphosporangium

3.VI KHUẨN LAM (Cyanobacteria ):

Tảo Lam hay còn được gọi là vi khuẩn lam ,có khả năng hấp thu năng lượng qua quá trình quang hợp

Trong số các cơ thể tự dưỡng thì Tảo lam được xem là nhóm nguyên thủy nhất Di tích hóa thạch của chúng phát hiện được cách nay khoảng 3,8 tỷ năm Chúng được xếp liền sau các vi khuẩn, riêng với các nhóm khác vì ngoài những đặc điểm như chưa có nhân thật, chưa có lạp, chỉ chứa diệp lục tố a, sắc tố phụ trội bản tính protein thường làm cho chúng

có màu lam (có khả năng tự dưỡng) ra thì chúng cũng chưa có sự sinh dục hữu phái, và tản

có cấu tạo đơn giản, đơn tế bào hay hình sợi Tảo lam không có tiên mao, di chuyển chủ yếu bằng cách trượt trên bề mặt Hầu hết được tìm thấy trong nước ngọt và đất ẩm ướt, một

số ít loài được tìm thấy trong nước mặn

a Sơ lược về cấu tạo tế bào của tảo lam:

Vi khuẩn lam thường có dạng đơn bào, tập đoàn, dạng sợi chuỗi Một vài tế bào trong chuỗi có hình dạng khác được gọi là dị bào nang (heterocysts) có khả năng cố định nitơ và một dạng khác được gọi là tế bào nghỉ (ankinetes)

- Tế bào dinh dưỡng

+ Hình dạng: Tế bào dinh dưỡng của Tảo lam có thể có hình cầu, hình êlíp rộng, hình êlíp kéo dài, hình quả lê, hình trứng, hình kéo dài về một phía, hình thoi, hình ống Có tế bào đường kính chỉ khoảng 1 micromet (như giống Synechococcus) nhưng cũng có tế bào chiều ngang của sợi vượt quá 30 micromet (như giống Oscillatoria)

+ Vách tế bào: Vách tế bào Tảo lam khá dầy, gồm 4 lớp, bên ngoài thường hóa nhầy, có khi tạo thành bao chuyên hóa, bao xung quanh tế bào hoặc nhóm tế bào hay toàn bộ sợi Vách tế bào của Tảo lam chủ yếu do hợp chất murein - là một glucosaminoprotein (Salton, 1964) Ngoài ra có thể còn có cellulose, bắt màu gram-âm

+ Chất nguyên sinh: Chất nguyên sinh ở Tảo lam được phân biệt thành 2 vùng:

- Vùng ngoài có màu (vùng sắc bào chất, chromatoplasme), tập trung các phiến thylakoids, thể ri bô và các thể hạt khác

- Vùng trong (vùng trung bào chất, centroplasme) chứa ADN Ở giữa ranh giới giữa 2 vùng không rõ ràng chỉ nhận ra khi dùng phẩm Feulgen nhuộm trung bào chất chứa ADN Trong chất tế bào còn có các hạt nhỏ thường sắp thành hàng dài theo vách ngang, đó là những hạt cyanophycin

Những hạt glicogen (tinh bột) là chất dự trữ chính của Tảo lam do quang hợp tạo ra, nó rất nhỏ, nhuộm màu đỏ nâu với iod

+ Các túi khí (không bào khí): Dưới kính hiển vi (KHV) ở độ phóng đại nhỏ (x10) túi có màu đen, ở độ phóng đại lớn hơn có màu tím đỏ Có khi chiếm cả tế bào ở một vị trí nào đó như trên vách ngăn ngang Ðôi khi chỉ xuất hiện ở điều kiện sinh lý nào đó ( khi chuyển vào môi trường có ánh sáng cao )

Cơ cấu của không bào khí dưới kính hiển vi điện tử là những ống hình trụ (đường kính 70

nm, dài gấp nhiều lần rộng) Khác với màng tế bào, màng của không bào khí chứa 95% protein (Jones & Jost, 1970) và theo Smith & CSV (1969) thì protein này giống với protein của siêu khuẩn, màng không có một sắc tố nào cả Không bào nầy được thành lập từ những hạt rất nhỏ, lớn lên rồi khí khuếch tán qua màng Không bào khí có ba vai trò: chứa khí, làm phao và che ánh sáng (light shielding)

+ Sắc tố: Trong bào chất ta gặp các sắc tố sau đây:

- Chỉ có diệp lục tố a (có màu lục), nhóm carotenoids có màu vàng, cam hoặc đỏ

- Các sắc tố phụ trội gọi là phycobiliprotein (không nằm trên thylakoids như diệp lục tố mà trong các khoang giữa các lớp màng) gồm c-phycocianin và c-phycoerythrin hiện diện với nồng độ cao

Hai sắc tố ấy đi đôi theo thành phần thay đổi tùy loài và tùy môi trường nên màu của Tảo lam rất thay đổi: Tảo lam có thể biến màu để thích ứng vào môi trường

+ Dị bào

Dị bào là tế bào đặc biệt có ở tảo lam sợi chúng có khả năng cố định đạm, chúng cố định nitơ trong không khí bởi enzyme nitrogenase Nitrogenase bị bất hoạt bởi oxy nên tảo lam chỉ cố định nitơ trong môi trường kị khí

b Môi trường sống của tảo lam

sống cộng sinh trong bèo hoa dâu, các rễ cây, với nấm trong địa y

c Sự dinh dưỡng của tảo lam

Vài tảo lam có thể sống dị dưỡng (nhưng tương đối ít) Khi ta cấy tảo trong môi trường

có chất hữu cơ đặt nơi tối, có những tảo chịu sống dị dưỡng như vậy, có nhiều tảo không sống được (tự dưỡng bắt buộc)

4 NHÓM VI KHUẨN NGUYÊN THỦY 4.1 NHÓM RICKETXIA (Ritkettsias) :

Ricketxia được phát hiện đầu tiên năm 1909 do nhà khoa học người Mỹ H.T Ricketts Ricketxia gồm các vi sinh vật nhỏ hơn vi khuẩn và lớn hơn virút, kích thước khoảng 0,3 - 0,6μ, có hình que ngắn, que dài, hình cầu hoặc hình sợi (dài đến 5μ), thường

là ở dạng que ngắn

Ký sinh bắt buộc nên phải nuôi cấy trên mô còn sống, thường là cấy trên mô trứng gà lộn, trong chuột bạch Khi ký sinh, một số loài lại nằm trong tế bào chất của tế bào

ký chủ, còn một số loài lại ký sinh trong nhân của tế bào ký chủ

Ricketxia sinh sản bằng cách phân cắt làm hai phần bằng nhau, giống như vi khuẩn Không sinh ra nha bào, có gram âm và không di động Rất khó nhuộm màu so với

vi khuẩn Có thể nhuộm màu Giemsa hoặc màu Machiavelli Cấu tạo gần giống với vi khuẩn tuy nhiên vách của ricketxia đươc cấu tạo bởi chất mucopolysaccarid Màng nguyên sinh chất và nguyên sinh chất của ritketxia có ribôxôm và các thành phần của thể nhân như ở vi khuẩn

Ricketxia có một số điểm giống và khác với vi khuẩn như sau :

- Quan sát được dưới kính hiển vi quang học (X1500)

- Sinh sản theo lối phân cắt

- Tổng hợp prôtêin do enzym của chính mình

- Chứa cả ADN và ARN

- Vách tế bào do mucopoly saccarid

- Nội ký sinh bắt buộc

- Cấy được trên môi trường nhân tạo

+ + + +

-

- +

+ + + + + +

-

Ricketxia dễ bị nhiệt độ cao giết chết, thường ở 50oC chúng có thể chết trong vòng

15 phút, 80oC sau 1 phút, 100oC chết sau 30 giây Trong khi đó ở nhiệt độ thấp, ricketxia giữ được sức sống khá lâu, nhất là đông khô Rất mẫn cảm với pH, ở pH thấp từ 4,1 trở xuống Ricketxia bị bất động

nguyên sinh chất có ribôxôm và sợi nhân

Mycoplasma sinh sản theo lối hình thành vách ngăn đôi tuy nhiên không có sự hiện diện của mêsôxôm trong lúc thành lập vách ngăn Có hai hình thức sinh sản khác nhau: có trường hợp, từ một thể hình cầu có thể phát triển thành những thể hình sợi hay thành những sợi có hình dạng bất định Ở trường hợp khác từ thể hình cầu chúng phát triển thành thể bất định Thể sau này sẽ phình to ra, bên trong xuất hiện một hạt nhuộm màu rất sậm, tiếp

đó hạt này phân cắt ra thành nhiều hạt nhỏ Về sau mỗi hạt được bọc quanh với một ít tế bào chất và được phóng thích ra bên ngoài tạo thành những cá thể mới

Các cá thể hình cầu cũng có khả năng nảy chồi, các chồi về sau tách khỏi cơ thể mẹ nhưng vẫn nối với cơ thể mẹ bằng những sợi nhỏ do đó chúng có hình dạng là một thể có hình dạng phân nhánh Trong các sợi này, nguyên sinh chất thường kết lại thành khối về sau các khối này tách ra thành những cơ thể mới

Mycoplasma rất nhạy cảm với nhiệt độ cao Ở 45 - 55oC chúng bị tiêu diệt trong vòng 15 phút Ở nhiệt độ thấp hơn 30oC chúng không phát triển được Nhiệt độ tối hảo là

37oC , pH tối hảo 7 - 8 Mycoplasma cũng rất nhạy cảm đối với khô hạn, tia tử ngoại, chất sát trùng và một

số chất kháng sinh như Clotetracyclin, Oxytetracylin, Streptomycin và Chloromycetin Đặc biệt là chúng không có vách nên rất nhạy cảm đối với áp suất thẩm thấu của môi trường 1.3 SINH SẢN CỦA VI KHUẨN

Vi khuẩn sinh sản chủ yếu bằng hình thức nhân đôi tế bào Từ một tế bào mẹ phân cắt thành 2 tế bào con Tế bào con được hình thành sau một thời gian sinh trưởng nhất định lại tiến hành phân cắt Về sinh sản hữu tính ở vi khuẩn, người ta chỉ mới phát hiện ra hình thức tiếp hợp giữa 2 tế bào

Hình 2-13: Sơ đồ sinh sản ở vi khuẩn

5 NHÓM VI KHUẨN CỔ 5.1 Nhóm vi khuẩn ưa nhiệt (Thermophilic, Thermolerant),

Sinh trưởng tốt ở nhiệt độ 55oC (80-105oC), một số không sinh trưởng được ở nhiệt

độ 30o C Trong nhóm này có nhóm siêu ưa nhiệt chúng có thể có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn Các enzim và các mang chất ở nhóm này đều được cân bằng ở nhiệt độ cao; hầu hết còn đòi hỏi nguyên tố lưu huỳnh để phát triển

Phân bố : ở suối nước nóng, sa mạc, miệng núi lửa, vùng xích đạo … 5.2 Nhóm vi khuẩn mê tan

Vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, có khả năng sử dụng H2 làm nguồn năng lượng và CO2 làm nguồn cacbon để thực hiện quá trình trao đổi chất, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, điển hình nhất là trong các công nghệ xử lý chất thải giầu hữu cơ, chuyển hoá chất hữu cơ thành mêtan và CO2

Do khả năng sử dụng cơ chất hạn hẹp nên cổ khuẩn sinh mê tan ít được đưa vào các qui trình xử lý ở dạng chủng đơn mà thường ở dạng hỗn hợp với các loài dị dưỡng có khả năng chuyển hoá chất hữu cơ trong chất thải thành nguồn cơ chất thích hợp cho chúng

Các loài vi sinh vật được sử dụng đồng thời với cổ khuẩn sinh mêtan trong các qui trình xử

lý chất thải hữu cơ thường là các loài có khả năng lên men đường, protein, như

Lactobacillus, Eubacterium, Clostridium, Klebsiella hay Leuconostoc

Ngoài ra, cổ khuẩn sinh mê tan còn được sử dụng để phân huỷ các hợp bền vững làm ô nhiễm môi trường như các hợp chất thơm và cao phân tử mạch thẳng chứa halogen Cùng với vi khuẩn khử sulfat, cổ khuẩn sinh mê tan còn là tác nhân gây ăn mòn kim loại ở điều kiện không có oxygen

5.3 Vi khuẩn ưa mặn

Trong thực tế vi khuẩn có thể chịu được nồng độ muối rất cao, đó là bọn vi khuẩn ưa

muối (Halophilic) với nồng độ muối 0,2M thích hợp với loài ưa mặn trung bình; 5,2M thích hợp với loài ưa rất mặn.Thành tế bào, ribosom và các enzim của nhóm này đều được cân bằng bởi ion Na +

Phân bố : ở các đại dương, biển, nơi có nồng độ muối cao

III.VI SINH VẬT NHÂN THỰC (Eukaryotic microorganism)

1.CẤU TẠO TẾ BÀO VI SINH VẬT NHÂN THƯC:

Vi sinh vật Nhân Thực gồm các vi sinh vật có nhân rõ rệt Cấu tạo của nhóm vi sinh vật này phức tạp hơn vi sinh vật Nhân Nguyên

1.1 Kích thước và hình dạng:

Kích thước của vi sinh vật Nhân Thực thay đổi nhiều hơn ở vi sinh vật Nhân Nguyên Một số tế bào Nhân Thực nhỏ hơn tế bào Nhân Nguyên lớn nhất, số khác thì lớn hơn tế bào Nhân Nguyên nhiều

Hình dạng của vi sinh vật Nhân Thực rất khác nhau từ giống này sang giống khác và thường rất phức tạp Chúng có thể có dạng đơn bào, cũng như có thể do nhiều tế bào kết hợp lại với nhau thành hình dạng nhất định

1.2 Vách tế bào

Tế bào của phần lớn vi sinh vật Nhân Thực có vách vững chắc như nấm, rong, Thường vách tế bào vi sinh vật Nhân Thực dày và chắc hơn vách tế bào vi sinh vật Nhân Nguyên

- Ở rong và một vài nấm hạ đẳng, vách tế bào được cấu tạo bởi vách celluloz đa phân tử

- Ở nấm, một số nấm hạ đẳng và hầu hết nấm thượng đẳng, vách tế bào được cấu tạo cơ bản bởi cellulôz đa phân tử

Sau đây là thành phần hóa học của vách tế bào của một số nấm:

Lớp Thành phần hóa học của vách tế bào Chytridiomycetes Cellulôz + Chitin Hyphochytridiomycetes Cellulôz

Basidiomycetes Cellulôz + Chitin

- Ở nguyên sinh động vật (protozoa): Hầu như protozoa không có vách tế bào, tuy nhiên ở một số loài người ta tìm thấy có thể có chất pseudo-chitin, hoặc carbonat calcium hoặc hợp chất của silic Các chất này ở dạng sợi đàn hồi được nhờ đó vừa có tính vững chắc để che chở tế bào chất bên trong vừa có thể đảm nhiệm vai trò đưa đẩy giúp cho sự di chuyển của

tế bào

1.3 Màng nguyên sinh chất

Màng nguyên sinh chất của tề bào vi sinh vật Nhân Thực giống với màng nguyên sinh chất ở vi sinh vật Nhân Nguyên Chỉ có khác biệt đôi chút ở loại prôtêin và phosphorit ở màng mà thôi, khác biệt này còn tuỳ thuộc chi vi sinh vật Phần lớn vi sinh vật Nhân Thực

có chất sterol trong màng nguyên sinh chất trong khi ở vi sinh vật Nhân Nguyên không có chất nầy

1.4 Hệ thống nôi mạc (endoplasmic reticulum):

Phần lớn vi sinh vật Nhân Thực đều có hệ thống nội mạc (màng ở bên trong tế bào chất: endoplasmic reticulum)

1.5 Bộ Golgi:

Có nhiệm vụ tổng hợp ra các chất cấu tạo nên vách của tế bào Các sợi celluloz và các chất khác được các thể của bộ Golgi tạo ra, được các thể tiểu không bào (Golgivacuole) chuyển dần ra ngoài, xuyên qua màng nguyên sinh chất và cung cấp cho vách của tế bào

1.6 Không bào

Là những thể gồm một lớp màng kín chứa dung dịch muối khoáng đậm đặc, các acid amin, đường và các chất khác Ở tảo, không bào còn chứa màu nhờ đó tế bào có mang màu sắc rõ rệt Thông thường không bào xuất hiện vào lúc tế bào đã trưởng thành Tuy nhiên trong lúc tế bào đang phân cắt, không bào biến mất Không bào giúp điều hòa áp suất trong thủy vực

1.7 Lyxôxôm và các vi thể (lysosome and microbodies):

Lyxôxôm là thể gồm các enzym tiêu hóa và được một lớp màng bọc kín lại, có nhiệm

vụ tiêu hóa thức ăn

1.8 Ty thể: (mitochondria)

Ty thể sản xuất ra adenosine triphosphate (ATP), chất cơ bản sinh ra năng lượng của tế bào

Hình 2-15: Mô hình một ty thể của vi sinh vật Nhân Thực

1.9 Lục lạp: (Chloroplasts)

Lục lạp là cơ quan đặc biệt của tế bào sinh vật quang tổng hợp Ở vi sinh vật Nhân Thực, nhóm quang hợp như tảo, cũng có lục lạp trong tế bào chất Nhiệm vụ của lục lạp là tổng hợp nhờ các sắc tố, nhất là diệp lục tố Lục lạp là nơi duy nhất trong tế bào tích lũy tinh bột

1.10 Các cách di động của vi sinh vật Nhân Thực:

Hầu hết các prôtôzoa (nguyên sinh động vật), phần lớn tảo và nhiếu nấm có trang bị cho các chuyển động cơ học dưới nhiều hình thức khác nhau

Có 2 loại vận chuyển căn bản : vận chuyển dưới hình thức dòng tế bào chất (cytoplasmic streaming) trong đó tế bào chất chuyển động bên trong tế bào và sự di chuyển của tế bào, trong đó tế bào di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác nhờ bởi roi (flagellum) hoặc tế bào tạo ra dòng nước ở chung quanh nó, trong môi trường sống nhờ bởi nhiều tiêm mao

1.11 Nhân và sự phân cắt nhân của vi sinh vật Nhân Thực (sinh sản vô tính):

a) Cấu tạo của nhân :

Nhân của tế bào chân hạch gồm có, từ ngoài vào trong :

Màng nhân cấu tạo phức tạp hơn màng nguyên sinh chất

Màng nhân gồm 2 lớp : lớp ngoài có nhiều nơi nối liền với nội mạc, lớp trong là một bọc đơn giản, bao bọc chất nhân ở bên trong Trên màng nhân có nhiều lỗ hổng, nơi đó có 2 lớp màng của nhân dính liền với nhau Các lỗ hổng này là nơi thông thương giữa các chất bên trong nhân với tế bào chất bên ngoài

Tiểu hạch hay nhân con (nucleolus) : Tiểu hạch hay nhân con thường xuất hiện trong nhân vào những lúc tế bào không phân cắt

Nhiễm sắc thể(Chromosomes) : DNA của tế bào Nhân Thực hiện diện trong thể rất phức tạp, đó là nhiễm sắc thể Gọi là nhiễm sắc thể vì thể này dễ nhuộm màu bởi chất histôn trong chuỗi DNA

Hình 2.16: Sơ đồ cấu tạo vi sinh vật Nhân Thực

DNA của tế bào Nhân Nguyên tạo thành một chuỗi phân tử đơn giản, trong khi DNA của tế bào Nhân Thực nằm trong nhiễm sắc thể phức tạp Đồng thời DNA của tế bào Nhân Nguyên không có histone trong khi tế bào Nhân Thực có

Nhiễm sắc thể còn chứa một ít RNA

b) Sự phân cắt của tế bào Nhân Thực:

Vì là một tế bào có nhân nên sự phân cắt của tế bào (sinh sản vô tính) trải qua 4 giai đoạn :

- Giai đoạn tổng hợp nên chất DNA, trong giai đoạn này sợi DNA của tế bào mẹ được tổng hợp và tăng cường thêm và tạo thành gấp đôi lúc bình thường

- Giai đoạn phân cắt nhân còn gọi là giai đoạn gián phân (mitosis)

- Giai đoạn phân cắt tế bào, ở giai đoạn này màng và vách được thành lập để phân chia tế bào mẹ thành 2 tế bào con

- Giai đoạn sau cùng là lúc 2 tế bào con tách ra thành 2 cá thể độc lập

Trong 4 giai đoạn trên giai đoạn gián phân là phức tạp và đặc sắc

Giai đoạn gián phân :

- Tiền kỳ (prophase): Các cặp nhiễm sắc thể thun ngắn lại và trở nên dày hơn và dễ quan sát Đồng thời cặp nhiễm sắc thể có khuynh hướng tiến về màng của nhân Bó sợi được thành lập bên ngoài tế bào chất Màng nhân lần lần biến mất

-Biến kỳ (metaphase)màng nhân hoàn toàn biến mất.Bó sợi nối liền 2 điểm centriole ở 2 cực tế bào Nhiễm sắc thể di chuyển về phần giữa của bó sợi và các centromere dính vào bó sợi

- Tiến kỳ (anaphase): centromere và nhiễm sắc thể tách 2, mỗi 1/2 tiến về một cực

- Chung kỳ (telophase): nhiễm sắc thể ở mỗi cực nới lỏng và kéo dài ra; màng nhân được tái tạo bao phủ nhóm nhiễm sắc thể ở mỗi cực tạo thành nhân mới Mỗi tế bào bây giờ có chứa 2 nhân mới Số nhiễm sắc thể trong mỗi nhân mới bằng với số nhiễm sắc thể của tế bào

mẹ

Hình 2-17: Sơ đồ các giai đoạn trong quá trình phân cắt tế bào vi sinh vật Nhân Thực

Hình 2-18: Sơ đồ các bước trong giai đoạn gián phân của tế bào Nhân Thực ( sinh sản vô tính)

2 SỰ SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT NHÂN THỰC

Sinh sản vô tính là hiện tượng phân cắt nhân xảy ra rất thường xuyên để vi sinh vật phát triển Phân cắt nhân cho ra hai tế bào mang tín hiệu di truyền hoàn toàn giống nhau

Nói cách khác, các tế bào mới được thành lập giống hệt tế bào mẹ về các đặc tính sinh

lý và di truyền Tế bào dinh dưỡng của vi sinh vật Nhân Thực có số lượng nhiễm sắc thể là một n Các bào tử vô tính do sinh sản vô tính cũng chỉ có một n nhiễm sắc thể

Sinh sản hữu tính là sự trao đổi và san sẻ nguồn vật liệu di truyền của hai cá thể cha và

mẹ, giúp cho các tế bào con thay đổi đặc tính nhờ có thêm những đặc tính mới do vật liệu

di truyền mới nhận được Sự sinh sản hữu tính xảy ra giữa 2 tế bào khác nhau Hai tế bào tiến tới sinh sản hữu tính có thể từ 2 cá thể độc lập nhau, nhưng cũng có thể từ 2 tế bào trên cùng một cá thể

3 ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT NHÂN THỰC

1 NẤM 1.1 Vai trò của Nấm trong thiên nhiên:

Nấm có trong tất cả mọi nơi: trong không khí, trong đất, trong nước, cả trong biển Nấm sống hoại sinh và cả ký sinh lên các sinh vật khác gây nên nhiều bệnh quan trọng cho người, động vật nuôi, các động vật hoang dại và cả cho thực vật

Trong đất, nấm giữ vai trò rất quan trọng trong việc phân hủy các chất hữu cơ để chuyển hoá thành các chất dinh dưỡng cho thực vật, cấu trúc nên lớp mùn mầu mỡ của đất Nấm còn góp phần trong sự chuyển hoá các chất vô cơ trong nước, đất

Nấm còn sản sinh ra chất kháng sinh dùng làm thuốc như Penicillium sp tiết ra

penicilline

Tuy nhiên, nấm cũng đem lại không ít tai hại cho chúng ta Các bệnh nấm hạt ở cá, ếch, hội chứng lở loét ở cá nấm thủy my, nấm mang cá, nấm ấu trùng giáp xác

Trong tồn trữ nông sản, nấm là tác nhân gây hư hỏng đáng kể (Aspergillus spp., Penicillium

spp., Mucor spp ) Trong tồn trữ thực phẩm, nấm làm hư hỏng thực phẩm (Aspergillus

spp., Penicillium spp.)

Nấm gây bệnh cho người (Candida albicans) và động vật Ngoài ra, không ít loại nấm còn tiết ra các chất độc làm chết người và động vật.như Aspergillus flavus

Hình 2-19: Sợi nấm không có vách ngăn ngang và sợi nấm có vách ngăn ngang

Nấm là sinh vật dị dưỡng nên cần lấy năng lượng từ môi trường chung quanh Nguồn cung cấp năng lượng tốt nhứt cho nấm là các chất hữu cơ chứa cacbon (C) Ngoài ra, nấm còn cần N để tổng hợp thành prôtêin cần cho sự sinh trưởng và phát triển của chúng Nấm phải lấy N từ các chất hữu cơ chứa N mà không thể cố định N của khí quyển được Bên cạnh đó nấm cũng còn cần P, K, S, Mg …và các vi lượng khác từ các chất hữu cơ hoặc vô

cơ

Các yếu tố khác có ảnh hưởng đến sự phát triển và sinh sản của nấm là pH (pH : 6,5 -

(subtrate) và ẩm độ Giá môi đủ ẩm và không khí có độ ẩm cao

1.2.Cấu tạo của nấm:

1.2.1 Tế bào nấm:

a Vách tế bào: Hầu hết nấm đều có vách Vách của nấm được cấu tạo từ cellulôz không

ở dạng vi sợi Chất dự trữ của nấm không phải là tinh bột (như thực vật) mà là glicogen như ở động vật

b Lục lạp: Nấm không có lục lạp

c Roi và lông tơ: Phần lớn nấm không có roi, chỉ có giai đoạn bào tử động của lớp Nấm Roi (Mastigomycetes) mới có roi

1.2.2 Tản của nấm (fungal thallus):

a Nấm đơn bào: Phụ lớp Nấm Roi Sau (Chytridiomycetidae) bao gồm các nấm đơn

bào, như nấm Synchytrium endobioticum gây bệnh sần sùi ở củ khoai tây Ngoài ra, nấm men Saccharomyces cerevisiae (bộ Endomycetales thuộc lớp Nấm Nang Ascomycetes)

cũng là nấm đơn bào Tuy nhiên, trong một số điều kiện, chúng có thể kết dính thành chuỗi như dạng đa bào hoặc họp thành khối tế bào đa bào, nhưng các dạng nầy thường không bền như các sợi nấm của các nấm khác

b Nấm đa bào: Các nấm còn lại ở dạng đa bào Các tế bào nối tiếp nhau thành sợi nấm Sợi nấm có thể có vách ngăn ngang (làm cho cho sợi nấm được cấu tạo bởi nhiều tế bào nối tiếp nhau) hoặc không có vách ngăn hình thành một ống dài trong chứa tế bào chất và nhiều nhân

Khác với thực vật và các vi khuẩn quang hợp, nấm không chứa trong tế bào các sắc tố quang hợp vì vậy không có khả năng quang hợp, không khả năng sống tự dưỡng Nấm có đời sống hoại sinh (trên chất hữu cơ chết), ký sinh (trên cơ thể sống) hoặc cộng sinh (với tảo hoặc vi khuẩn lam trong địa y, với rễ cây)

1.3.Sinh sản của nấm:

Nấm có hai cách sinh sản: sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính

1.3.1 Sinh sản vô tính: Sự sinh sản nầy được tiến hành từ một sợi nấm Các tế bào của

sợi nấm ấy phân cắt và hình thành một cơ quan sinh sản Cơ quan sinh sản nầy mang trọn vẹn các tín hiệu di truyền của sợi nấm mẹ, không có bất kỳ sự thay đổi di truyền nào (ngoại trừ trường hợp bị đột biến) Đây là sự sinh sản vô tính của nấm Cơ quan sinh sản vô tính của nấm thường có hình dạng nhất định của từng chi nấm Hình dạng của cơ quan sinh sản

vô tính của nấm là một trong các tiêu chuẩn dùng trong phân loại nấm đến chi Cơ quan sinh sản của nấm thường là bào tử vô tính

1.3.2 Sinh sản hữu tính:

Sinh sản hữu tính do sự phối hợp nhiễm sắc thể của hai nhân mang hai tính khác nhau

ở trên cùng một sợi nấm hoặc trên hai sợi nấm khác nhau Sinh sản hữu tính của nấm thường trải qua bốn giai đoạn

a- Giai đoạn bào phối: trong giai đoạn này có sự phối hợp tế bào chất của hai tế bào mang tính âm và dương Sự bào phối có thể do đẳng giao hoặc dị giao

b- Giai đoạn hạch phối: hai nhân của hai cơ quan + và - (mỗi cơ quan chứa n nhiễm

thể ) phối hợp lại thành một nhân chứa 2n nhiễm thể c- Giai đoạn gián phân: nhân lần lượt trải qua nhiều lần gián phân:

Lần đầu: gián phân giảm nhiễm cho ra hai nhân, mỗi nhân chứa n nhễm thể

Các lần kế tiếp, gián phân đẳng nhiễm.bào tử

Hình 2-20: Sơ đồ cấu tạo một tế bào vi sinh vật Nhân Thực:

phần trên: có roi và không vách (prôtôzôa);

phần dưới: có vách và không roi (nấm, tảo)

Hình 2-22: Bào tử chồi

Hinh 2-21: Bào tử đính của nấm Pyricularia oryzae

Hình 2-23

Hình 2-24: Nang và bào tử nang Hình 2-25: Đảm và bào tử đảm

2 TẢO:Tảo là một ngành riêng biệt trong nhóm vi sinh vật Nhân Thực Chúng là

những vi sinh vật có khả năng quang hợp nhờ có lục lạp Chúng có thể đơn bào hoặc đa bào Tảo đa bào có thể ở dạng phiến như lá hoặc phân nhánh và có thể bám vào một nền rắn bằng chân bám (holdfast) Cơ thể của tảo không có các bộ phận đã phân hóa (như rễ,

thân lá, hoa và hạt như cây xanh) Các tế bào của tảo là những tế bào hoàn toàn chưa phân hóa thành tế bào chuyên biệt, do đó từ bất cứ tế bào nào của tảo cũng có thể tái tạo thành

cấu trúc tảo hoàn chỉnh qua quá trình nuôi cấy nhân tạo

Có hàng ngàn loài tảo Có thể là những tảo đa bào to, to lớn hoặc đơn bào nhỏ bé phải quan sát với kính hiển vi Các ngành của tảo gồm có:

1.1.Tảo Nâu (Phaeophyta) có hình lá cao hằng trăm mét và nặng hằng nhiều tấn cho

mỗi cá thể (phiến tảo) Chúng có chứa sắc tố nâu fucoxanthin Fucoxanthin che án màu lục của diệp lục tố có trong chúng

1.2.Tảo Hồng (Rhodophyta) là tảo đa bào, cơ thể phân nhánh, bên cạnh diệp lục tố,

chúng còn chứa sắc tố đỏ phycoecythrin Phycoecythrin có khả năng hấp thu tia tím Do đó chúng có thể sống ở độ sâu hằng trăm mét dưới đáy biển, nơi có rất ít sinh vật sống được (Hình 6-34) Một số lớn tảo Hồng có thể ăn được và có thể dùng trong công nghệ chế biến như chi Gelidium, là tảo có chứa một loại polysaccharid ở dạng thạch đông (jelly), đó là thach hay rau câu (agar) Agar là chất có công dụng trong các phòng thí nghiệm vi sinh, y khoa và cho việc bếp núc cũng như trong công nghệ chế biến thực phẩm

1.3.Tảo Lục (Chlorophyta) là tảo đa bào hoặc đơn bào có chứa diệp lục tố

(chlorophyll) nên có màu lục Tảo Lục cũng có rất nhiều loài và sống trong nước biển và trong nước ngọt

Trong ngành Tảo Lục có chi Chlorella, là một tảo rất được sử dụng trong nghiên cứu

Tảo Chlorella không di động, có chứa diệp lục tố, có nhiều trong nước gọt Chúng quang hợp tốt và là tác nhân hấp thu CO2 và phóng thích O2 cao trong quá trình quang hợp của chúng

Đặc biệt chi Chlorella rất dễ nuôi cấy vì chúng có thể lấy dinh dưỡng từ nước thải nhiều hữu cơ (như nước cống rãnh), trong khi chúng cung cấp nhiều ôxy và prôtêin

SO SÁNH VI SINH VẬT NHÂN NGUYÊN VÀ NHÂN THẬT

Đặc điểm so sánh VSVnhân nguyên VSVnhân thực VSV điển hình Vi khuẩn Protista, nấm, Kích thước điển hình ∼1-10μm ∼10-100μm Mức độ tổ chức Đơn bào Đơn bào, tập đoàn& các

cơ thể đa bào với các tb được biệt hóa rõ rệt Vận động tế bào Tiên mao được tạo

thành từ các hạt flagellin

Tiên mao và tiêm mao cấu tạo từ tubulin

Cấu trúc nội bào Rất ít cấu trúc(đơn

giản)

Được tổ chức phức tạp & riêng biệt bởi hệ thống màngnội bào và bộ khung tế bào

Hệ thống di truyền

Vị trí Cấu trúc nhân -Màng nhân -Số lượng NST -NST chứa histon -Phân bào giảm nhiễm

Thể nhân

-

1

- (poliamin)

-

Nhân,ti thể ,lục lạp

+

>1 + +

SS hữu tính

Cơ chế hợp tử -Bản chất hợp tử

- Tiếp hợp, biến nạp tải nạp

Lưỡng bội 1 phần

+ Tiếp hợp

Lưỡng bội

Hệ thống tổng hợp protein

70S Cấu trúc trong tế bào chất:

Ti thể Lục lạp

Lizoxom Thể Golgi Mạng lưới nội chất

Không bào thật có màng bao bọc

Cấu trúc phức ngoài củaT Màng tế bào chứa Sterol -Chứa một phần bộ máy

hô hấp và quang hợp Thành tế bào -Mức độ gặp -Peptidoglican, murein

- (Trừ VK Lam &

Mycoplasma )

- (không có ở vi khuẩnmàu lục)

Hầu hết phổ biến +

+ +

Chỉ một số nhóm

-

Cơ quan vận chuyển:

-Tiên mao chứa 9+2 ống nhỏ (trung tử)

-Tiên mao không như trên(chân giả)

-

-

+

(một số nhóm) + (một số nhóm)

CHƯƠNG III SINH LÝ HỌC VI SINH VẬT

****

I.THÀNH PHẦN HÓÁ HỌC CỦA VI SINH VẬT

Vi sinh vật cần 2 nhóm vật chất cho sự sống : nước và các nguyên tố

vi sinh vật Một đặc tính của nước được dùng để tính đặc tính ngoại hấp và yếu tố hòa tan trên là hoạt tính của nước (water activity)

Hoạt tính của nước được tính bởi công thức: aw= RH / 100

a w: Hoạt tính của nước

RH : ẩm độ tương đối của không khí

Hoạt tính của nước là mối tương quan giữa nước và ẩm độ tương đối của không khí, hay hơn nữa, theo nhiệt độ không khí vào lúc ấy Ngoài ra hoạt tính của nước còn tùy thuộc vào chất hòa tan trong nước ấy Hoạt tính của nước sông và nước biển tương đối cao (lớn hơn 0,9) còn ở các dung dịch càng đậm đặc hoạt tính của nước trong dung dịch ấy càng thấp Trong một dung dịch có hoạt tính của nước thấp, vi sinh vật phải làm việc nhiều để hấp thu nước ấy từ dung dịch Vì vậy thông thường dung dịch có hoạt tính nước thấp ảnh hưởng làm chậm sư tăng trưởng của vi sinh vật so với dung dịch có hoạt tính của nước cao hơn

aw của vi khuẩn: 0.91~ 0.88

aw của nấm men: 0.73

aw của nấm mốc: 0.63

2 Các chất hữu cơ trong tế bào vi sinh vật

2.1.Protein: Chiếm từ 50~80% trọng lương chất khô của tế bào; nằm ở các phần khác nhau cùa tế bào và đảm nhận nhiều chức năng như tham gia cấu trúc màng tế bào, màng nguyên sinh chất, tế bào chất, nhân và enzyme

Lượng protein khác nhau tùy nhóm vi sinh vật :Vi khuẩn: 50~80%, nấm men: 40~60%, nấm mốc: 15~40%

Gồm protein đơn (Albumin, globulin, prolamin ) và protein phức (Lipoprtein, Glucoprotein, Photphoprotein)

Nếu pH thay đổi sẽ làm phần protein trên màng nguyên sinh chất tích điện khác nhau sẽ ảnh hưởng đến quá trình dinh dưỡng của vi sinh vật

2.2 Axit nucleic: Có 2 loại: ADN và ARN

Là hợp phần nhiều đơn vị mononucleic, mỗi đơn vị gồm: Bazơ dị vòng, axit photphoric và pentoza

Có 2 chức năng: trực tiếp tham gia tổng hợp protein và mang mật mã di truyền

2.3.Gluxit: Chiếm từ 10%~30%

Gồm hai loại chính: đường đơn (đường pentoza và đường hexoza) và đường đa (glucan, dextran, cellulose )

Tồn tại 2 dạng: gluxit cấu tạo và gluxit dự trữ

Gluxit cấu tạo tham gia tạo màng nguyên sinh, giáp mạc, ADN, ARN, kháng guyên

Gluxit dự trữ là nguồn dự trữ năng lượng Thường tồn tại dưới dạng glucogen, tinh

bột Hàm lượng phụ thuộc vào các môi trường nuôi cấy và có thể chuyển thành gluxit cấu tạo khi môi trường nghèo gluxit

2.4 Lipid và lipoid Tồn tại dưới dạng các hạt trong màng tế bào trong các vật thể ẩn nhập Gồm 2 dạng: lipit cấu tạo và lipit dự trữ

Lipit cấu tạo tham gia cấu tạo màng tế bào, màng nguyên sinh chất, các protein phức tạp… Lipit dự trữ: nguồn cung cấp năng lượng và sẽ trở thành lipit cấu tạo khi môi trường thiếu lipit

Bảng 3.1 Thành phần hoá học của một tế bào vi khuẩn (F.C Neidhardt, 1987)

Phân tử % khối lượnkhô (1) Số phân tử/ tế bào Số loại phân tử

Tổng sốcác đại phân tử 96 24.609.802 khoảng 2500

Protein 55 2.350.000 khoảng 1850 Polisaccarit 5 4.300 2 (2) Lipit 9,1 22.000.000 4 (3) ADN 3,1 2,1 1

A RN 20, 5 255.500 khoảng 660 Tổng sốcác đơn phân tử 3,5 khoảng 350 Axit amin và tiền thể 0,5 khoảng 100

Nucleotic và tiền thể 0,5 khoảng 200

Tổng cộng 100

Chú thích : (1) Khối lượng khô của 1 tế bào vi khuẩn E.Coli đang sinh trưởng mạnh là 2,8.10-13 g (2) Peptidoglican và glicogen

(3) Đó là 4 loại photpholipit, mỗi loại có nhiều nhóm khác nhau phụ thuộc vào thành phần axit béo

2.5.Các chất hữu cơ khác

- Enzym : Nhiều vi sinh vật tổng hợp đựoc nhiều loại enzyme Để phục vụ quá trình sống của vi sinh vật, khi thừa enzyme có thể tiết ra ngoài môi trường hay tích luỹ lại trong tế bào -Vitamin : Cần để tế bào cấu tạo nên các coenzym

-Độc tố: Trong đời sống nhiều vi sinh vật có khả năng tổng hợp độc tố, tiết ra ngoài môi trường hoặc nằm trong tế bào

Độc tố là vũ khí là vũ khí của vi sinh vật của vi sinh vật gây bệnh chống lại vật chủ

- Sắc tố: Được vi sinh vật tổng hợp trong tế bào sống

Tồn đọng trong tế bào làm khuẩn lạc vi sinh vật có màu sắc

Giúp vi sinh vật tự dưỡng, tránh tác động của tia tử ngoại, một vài sắc tố có khả năng kháng khuẩn

2.6.Khoáng trong tế bào vi sinh vật chiếm 2~14%

Tham gia cấu tạo tế bào Duy trì trạng thái keo nguyên sinh chất Điều tiết áp suất thẩm thấu

Kích thích hoạt động của enzyme

II SỰ DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT :

1 Các chất dinh dưỡng cần thiết :

Có hai nhóm vật chất cần thiết cho sự sống của vi sinh vậtlà nước và các nguyên tố C, H,

O, N, P, S, K, Na, Ngòai ra vi sinh vật rất cần các nguyên tố vi lượng, các vitamin, các axit amin

2 Các cách dinh dưỡng :

Các vi sinh vật thuộc nhóm nguyên sinh động vật có thể tiêu thụ được các vật rắn khác, thí dụ như ăn vi khuẩn hoặc nguyên sinh động vật nhỏ hơn Lối dinh dưỡng này được gọi là dinh dưỡng theo lối động vật (holozoic nutrition) hay thực bào

Các vi sinh vật khác không thể ăn các vật rắn được, mà chỉ tiêu thụ được các phân tử tương đối nhỏ hòa trong nước, các chất này có thể chui qua màng tế bào bởi sự khuếch tán hoặc bởi các cơ nguyên khác; đây là cách dinh dưỡng theo lối thực vật (holophytic)

3 Cơ chế vận chuyển các chất dinh dưỡng:

3.1 Khuyếch tán đơn giản (khuyếch tán thụ động):Các phân tử đi qua màng nhờ sự chênh

lệch nồng độ hay chênh lệch điện thế ờ 2 phía của màng Ngòai nước ra rất ít hợp chất có thể qua nàng theo cơ chế trên

3.2: Khuyếch tán xúc tiến: Những phân tử vận chuyển sắp xếp trong màng liên kết với các

phân tử chất hòa tan rồi chuyển chúng vào bề mặt bên trong của màng; từ đây các phân tử chất hòa tan được chuyển vào tế bào chất Các chất mang liên kết màng được gọi là permeaza (protein vận chuyển)

Tốc độ vận chuyển phân tử nhanh hơn khuếch tán thụ động

Vận chuyển này không cần năng lương của tế bào

3.3 Vận chuyển nhóm: Là sự vận chuyển các phân tử chất theo nhóm có tính hệ thống, có

những biến đổi về mặt hoá học của cơ chất trong khi vận chuyển qua màng Tiết kiệm năng lượng hơn so với vận chuyển chủ động

Hình 3.1: Sơ đồ vận chuyển các chất dinh dưỡng

3.4 Vận chuyển chủ động: Được tiến hành ngược với gradien nồng độ, theo kiểu " ngược

dòng" P(protein vận chuyển) được di động thuận nghịch ở dạng đơn độc hoặc phức hợp với S(chất hòa tan ) Hướng di chuyển của S phụ thuộc vào nồng độ 2 phía màng tế bào ATP cung cấp năng lượng P bị chuyển thành P bất hoạt ở phía bên trong màng có ái lực rất thấp đối với S Sau khi S được tách khỏi phức hợp PS và được chuyển vào tế bào chất, P bất hoạt được chuyển thành P họat động ở phía ngòai của màng nhờ một phản ứng cung cấp năng lượng

Nồng độ của các phân tử được vận chuyển ở bên trong tế bào cao hơn rất nhiều so với bên ngoài tế bào Phải cần năng lượng của tế bào cho việc vận chuyển

Các nấm, vi khuẩn và một số rong tiêu hóa thức ăn do các enzym tiết ra bên ngoài môi trường sống của chúng, enzym tiếp xúc với thức ăn và phân giải chúng để có thể hấp thu được (hình 3.2)

Ngoài ra vách tế bào của vi sinh vật này có vô số các lỗ khuyết rất nhỏ, có công dụng như những cái miệng li ti, qua đó chất lỏng và các phân tử thức ăn đơn giản và nhỏ đi xuyên qua vách tế bào để vào trong tế bào chất Sau khi vào trong tế bào, các phân tử thức ăn được tế bào vi sinh vật sử dụng giống như ở tế bào động vật, thực vật và các nguyên sinh

Hình 3.2: Sơ đồ mô tả cách lấy chất dinh dưỡng từ bên ngoài môi trường của vi khuẩn

A Vi khuẩn tiết ra bên ngoài các loại enzym để thủy phân các chất dinh dưỡng

vào bên trong tế bào vi khuẩn qua các lỗ hổng ở vách tế bào

Các vi sinh vật thuộc nhóm nguyên sinh động vật có thể tiêu thụ được các vật rắn khác, thí

dụ như ăn vi khuẩn hoặc nguyên sinh động vật nhỏ hơn Lối dinh dưỡng này được gọi là dinh dưỡng theo lối động vật (holozoic nutrition) hay thực bào

4- Nguồn thức ăn cacbon

Dựa vào nguồn năng lượng và nguồn cung cấp C chủ yếu chúng ta có thể chia vi sinh vật ra các nhóm chính (Bảng 3.2)

a/ Vi sinh vật tự dưỡng (autotrophs) : gồm các vi sinh vật có khả năng tiết ra các

enzym làm xúc tác cho các phản ứng tổng hợp C từ CO2 thành ra một chất hữu cơ phức tạp đáp ứng được nhu cầu của tế bào Gồm một số vi sinh vật quan trọng trong nông nghiệp và công nghiêp Lối dinh dưỡng này giống như cây xanh

b/ Vi sinh vật dị dưỡng (heterotrophs): nhóm này không có khả năng tổng hợp

được chất hữu cơ từ nguyên tử C Nhóm này chiếm đại đa số trong vi sinh vật Cách dinh dưỡng này giống như ở động vật

c/ Vi sinh vật quang dưỡng (phototrophs):

Là các vi sinh vật cần được chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời (hoặc ánh sáng nhân tạo) mới sống được, chúng cần lấy năng lượng từ ánh nắng hoặc ánh sáng nhân tạo Nhóm vi sinh vật quang dưỡng còn có thể chia ra làm hai: vi sinh vật quang khoáng dưỡng

(photolithotrophs) khi lấy H từ nước trong quá trình quang hợp để khử O của CO2; và vi sinh vật quang hữu cơ dưỡng (photoorganotrophs) lấy H từ H2S thay vì từ nước

d/ Vi sinh vật hóa dưỡng (chemotrophs): Là các vi sinh vật không cần ánh sáng

vẫn sống được Chúng lấy năng lượng từ các phản ứng hóa học xảy ra bên trong tế bào

Các vi sinh vật trong nhóm hóa dưỡng, nếu phản ứng lấy năng lượng căn cứ trên các chất

vô cơ (thí dụ: oxyt hóa chất vô cơ để sinh ra năng lượng) được gọi là hóa khoáng dưỡng hóa năng vô cơ (chemolithotrophs) (litho = đá, chất vô cơ)

NaNO2 + 1/2 O2 → NaNO3 + năng lượng

H2S + 2 O2 → H2SO4 + năng lượng

CO + 1/2 O2 → CO2 + năng lượng Các sinh vật khác, lại lấy năng lượng từ phản ứng ôxyt hóa chất hữu cơ được gọi là hóa khoáng dưỡng năng hữu cơ (hóa hữu cơ dưỡng = chemoorganotrophs)

Sự khác biệt giữa quá trình quang tự dưỡng và hóa tự dưỡng là trao đổi chất ở sinh vật quang

tự dưỡng xảy ra chuyển hóa năng lượng bức xạ thành năng lượng hóa học nhưng hóa tự dưỡng lại không

e/ Vi sinh vật hoại sinh (saprophytes): Gồm các nấm dị dưỡng và các vi khuẩn,

chúng lấy carbon từ chất hữu cơ còn nguyên vẹn ở chung quanh nó hoặc từ nước cống rãnh

hoặc từ một vi sinh vật đã chết