Đại cương vi sinh học môi trường doc

07/10/2011 1 LOG O CHƯƠNG II ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG II ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG NỘI DUNGNỘI DUNG Đại cương về VSV học  Đặc điểm chung của vi sinh vật  Giới thiệu một số nhóm vi sinh vật chủ yếu  Dinh dưỡng vi sinh vật  Sự tăng trưởng của vi sinh vật trong môi trường Sự phân bố của VSV trong môi trường  Môi trường đất và sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường đất  Môi trường nước và sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường nước  Môi trường không khí và sự phân bố của vi sinh vật trong không khí Đặc điểm chung của vi sinh vật Kích thước nhỏ bé Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh Sinh trưởng và phát triển nhanh Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị Phân bố rộng, chủng loại nhiều Có vai trò quan trọng đối với hệ sinh thái Kích thước nhỏ bé Đặc điểm chung của vi sinh vật 07/10/2011 2 Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh - Vi khuẩn lactic có thể phân hủy lượng đường lactose nặng hơn 1000 – 10.000 lần khối lượng của chúng trong vòng 1 giờ. Đặc điểm chung của vi sinh vật Đặc điểm chung của vi sinh vật µl CHẤT KHÔCHẤT KHÔ (mg)(mg) 0,5 – 4,0 10 - 20 110 1200 2000 Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh E. Coli cứ khoảng 12 – 20 phút sẽ phân cắt 1 lần. Nếu lấy thời gian thế hệ (generation time) là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt 3 lần, 24 giờ phân cắt 72 lần, từ một tế bào ban đầu sẽ sinh ra 4.722.366.500.000.000.000.000 tế bào (nặng 4711 tấn!) Đặc điểm chung của vi sinh vật Năng lực thích ứng mạnh, dễ phát sinh biến dị Đặc điểm chung của vi sinh vật VI SINH VẬT Nhiệt độ khắc nghiệt như Nitơ lỏng Hydro lỏng Nồng độ muối cao 32% NaCl Điều kiện pH: Acid (0,5),Kiềm (10,7) Chịu được cường độ bức xạ cao (750.000 rad) Chịu được áp lực nước lớn (1103,4 atm) Thiobacillus thioxidans Thiobacillus denitrificans Micrococcus radiodurans 07/10/2011 3 Năng lực thích ứng mạnh, dễ phát sinh biến dị Biến dị có lợi (Penicillium chrysogenum) Đặc điểm chung của vi sinh vật Biến dị có hại (Staphylococcus aureus) Mutation Penicillin (20 đơn vị/ml) Penicillin 100.000 đơn vị/ml Sử dụng kháng sinh Mutation MRSA Phân bố rộng, chủng loại nhiều Vi sinh vật phân bố khắp mọi nơi trên trái đất  Chúng có mặt trên cơ thể người, động vật, thực vật, trong đất, trong nước, trong không khí, trên mọi đồ dùng, vật liệu, từ biển khơi đến núi cao, từ nước ngọt, nước ngầm cho đến nước biển  Trong đường ruột của người thường có không dưới 100 - 400 loài sinh vật khác nhau, chiếm tới 1/3 khối lượng khô của phân.  Ở độ sâu 10.000 m của Đông Thái Bình Dương, nơi hoàn toàn tối tăm, lạnh lẽo và có áp suất rất cao người ta vẫn phát hiện thấy có khoảng 1 triệu - 10 tỉ vi khuẩn/ml (chủ yếu là vi khuẩn lưu huỳnh). Đặc điểm chung của vi sinh vật Vai trò của vi sinh vật đối với hệ sinh thái - Vi khuẩn và vi nấm là sinh vật phân giải các chất hữu cơ thành các chất vô cơ trong chu trình chuyển hoá vật chất của hệ sinh thái. - Một số vi khuẩn, vi nấm cũng như một số động vật nguyên sinh là những tác nhân gây nhiều bệnh cho cây trồng, vật nuôi cũng như con người. - Một số vi khuẩn và vi nấm phá huỷ lương thực thực phẩm, vật liệu xây dựng, kiến trúc, công nghiệp, mỹ thuật. - Vi sinh vật mang lại lợi ích cho con người trong nhiều lĩnh vực công nghệ chế biến thực phẩm, dược phẩm, công nghệ sinh học và môi trường. Đặc điểm chung của vi sinh vật Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu Virus Vi khuẩn Vi nấm 07/10/2011 4 Virus Cấu trúc chung của virus Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của virus Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu Đặc điểm cấu trúc chung - Bên trong cùng là vật chất di truyền - Có một lõi nucleocapsid – chứa vật chất di truyền - Bên ngoài được bao bọc bởi một vỏ protein Cấu trúc virus Đặc điểm cấu trúc chung - Một số capsid có cấu trúc khối 20 mặt (icosahedral) – là một khối đa diện với 20 mặt hình tam giác bằng nhau và 12 đỉnh - Một số có cấu trúc xoắn ốc (helical) với trụ protein rỗng không cứng hay mềm - Các virus phức tạp có capsid đối xứng. Chúng có thể có đuôi hay các cấu trúc khác hay có lớp vách bao quanh … Cấu trúc virus 07/10/2011 5 Nucleic acid - Thường có 4 kiểu vật chất di truyền: DNA sợi đơn, DNA sợi đôi, RNA sợi đơn, RNA sợi đôi Cấu trúc virus - Hầu hết DNA virus là mạch đôi: thẳng và dạng vòng Cấu trúc virus - Hầu hết RNA virus là dạng thẳng, gồm 2 loại: - Sợi (+): có trình tự giống với mRNA virus - Sợi (-): có trình tự bổ sung với mRNA virus Cấu trúc virus Vỏ virus và enzyme - Là lớp màng bên ngoài của virus - Vỏ của virus chứa 2 thành phần:  Từ nhân tế bào chủ  lipid và carbohydrate  Từ gene của virus  spike  gắn kết trên tế bào chủ (liên quan đến sự gắn lên tế bào chủ) - Lớp vỏ mềm  virus này có thể thay đổi hình dạng - Đóng vai trò trong quá trình xâm nhập của virus vào tế bào chủ Cấu trúc virus 07/10/2011 6 Cấu trúc virus Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của virus Ý nghĩa khoa học Virus có cấu tạo vô cùng đơn giản, điển hình cho sự sống ở mức độ dưới tế bào. Bởi thế mà nó trở thành mô hình lý tưởng của sinh học phân tử và di truyền học hiện đại. Rất nhiều thành tựu của sinh học phân tử và di truyền học hiện đại dựa trên mô hình virus. Ví dụ như việc dùng virus để chuyển các gen cần thiết từ tế bào này sang tế bào khác, tạo nên các đặc tính di truyền mong muốn Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của virus Ý nghĩa thực tiễn - Ứng dụng hiện tượng Interference để tạo vaccine chống lại virus gây bệnh. - Thuốc trừ sâu sinh học từ virus (ví dụ như virus NPV – nuclear polyhedrosis virus) Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu Interference Là hiện tượng khi gây nhiễm một loại virus cho tế bào thì việc gây nhiễm virus khác bị hạn chế. Hiện tượng này khong có tính đặc hiệu đối với virus nhưng lại có tính đặc hiệu theo loài thuộc tế bào chủ Ở tế bào vật chủ sau khi nhiễm virus sẽ sinh ra interferon  ức chế quá trình tổng hợp RNA của virus  virus lạ không phát triển được Cường độ phụ thuộc vào số lượng virus gây nhiễm lần 1, thời gian gây nhiễm từ lần 1 đến lần 2. Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu 07/10/2011 7 Vi khuẩn  Vi khuẩn chiếm đa số trong các vi sinh vật, có những mẫu đất vi khuẩn chiếm tới 90%, bởi vậy nó đóng vai trò quyết định trong các quá trình chuyển hoá vật chất.  Vi khuẩn tham gia vào hầu hết các vòng tuần hoàn vật chất trong đất và trong thiên nhiên. Tuy vậy, rất nhiều vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật, thực vật, gây nên những tổn thất nghiêm trọng về sức khoẻ con người cũng như sản xuất nông nghiệp.  Ngày nay với những thành tựu của khoa học hiện đại, người ta đã tìm ra những biện pháp hạn chế tác hại do vi khuẩn gây ra, ví dụ như việc chế vaccine phòng bệnh, sử dụng chất kháng sinh v.v Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu Xạ khuẩn Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong đất, chúng tham gia vào các quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ trong đất như cellulose, tinh bột v.v góp phần khép kín vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Đặc tính này còn được ứng dụng trong quá trình chế biến phân huỷ rác v.v Nhiều xạ khuẩn có khả năng sinh chất kháng sinh. Đặc điểm này được sử dụng trong nghiên cứu sản xuất các chất kháng sinh dùng trong y học, nông nghiệp và bảo quản thực phẩm. Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu Vi nấm Nấm men  Nấm men là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong thiên nhiên, nó tham gia vào các quá trình chuyển hoá vật chất, phân huỷ chất hữu cơ trong đất.  Hoạt tính sinh lý của nhiều loài nấm men được ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, nông nghiệp và các ngành khác. Đặc biệt trong quá trình sản xuất các loại rượu, cồn, nước giải khát lên men, làm thức ăn gia súc  Ngoài hoạt tính sinh lý, bản thân tế bào nấm men có rất nhiều loại vitamin và các acid amin, đặc biệt là acid amin không thay thế.  Đặc tính này được dùng để chế tạo thức ăn gia súc từ nấm men, thậm chí thức ăn dùng cho người cũng có thể chế tạo từ nấm men. Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu Vi nấm Nấm mốc Nấm mốc (hay nấm sợi) là một nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi trong thiên nhiên. Chúng tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hoá vật chất, khép kín các vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên. Khả năng chuyển hoá vật chất của chúng được ứng dụng trong nhiều ngành, đặc biệt là chế biến thực phẩm (làm rượu, làm tương, nước chấm v.v ). Mặt khác, có nhiều loại nấm mốc mọc trên các nguyên, vật liệu, đồ dùng, thực phẩm phá hỏng hoặc làm giảm chất lượng của chúng. Một số loài còn gây bệnh cho người, động vật thực vật (bệnh lang ben, vẩy nến ở người, nấm rỉ sắt ở thực vật v.v ). Giới thiệu một số nhóm VSV chủ yếu 07/10/2011 8 Dinh dưỡng vi sinh vật 1. Yêu cầu dinh dưỡng chung 2. Các yếu tố tăng trưởng 3. Môi trường nuôi cấy vi sinh vật 4. Phân lập VSV thuần khiết Yêu cầu dinh dưỡng chung C O H N S P K Ca Mg Fe Phân tích 95% Chất khô Thành phần đa lượng Dinh dưỡng vi sinh vật Cần cho hoạt động của enzyme Yêu cầu dinh dưỡng chung C C OO HH NN SS PP KK ++ CaCa 22++ MgMg 22++ FeFe 22+/+/33++ Giúp bào tử chịu nhiệt - Là một cofactor - Tạo phức với ATP - Ổn định ribosome - Ổn định màng tế bào Thành phần: - Cytochrome - Cofactor - Protein v/c electron Mn Zn Co Mo Cu Ni Yêu cầu dinh dưỡng chung Thành phần vi lượng - Cấu trúc của enzyme và cofactor - Giúp xt cho các phản ứng - Duy trì cấu trúc protein Chức năng 07/10/2011 9 Zn 2+  hiện diện ở vị trí hoạt động của một số enzyme; điều hòacác tiểu đơn vị xúc tác của aspartate carbamoyl transferase ở E. Coli Mn 2+  giúp enzyme thực hiện phản ứng chuyển nhóm phosphat Mo 2+  quá trình cố định đạm Co  thành phần của vitamin B12 Yêu cầu dinh dưỡng chung Yếu tố tăng trưởng Amino acid Purine và pyrimidine Vitamin Dinh dưỡng vi sinh vật Yếu tố tăng trưởng Vitamin: - Là những phân tử hữu cơ cấu trúc nên tất cả hoặc một phần các enzyme hay cofactor - Cần số lượng nhỏ để duy trì sự tăng trưởng 07/10/2011 10 Môi trường nuôi cấy VSV Gồm có 2 loại: - Môi trường xác định - Môi trường phức hợp Dinh dưỡng vi sinh vật Môi trường đơn giản Là môi trường chứa các thành phần xác định Môi trường này được sử dụng rộng rãi trong nuôi cấy vi sinh vật Môi trường phức hợp Là môi trường chứa một số thành phần có cấu tạo hóa học chưa được xác định Đáp ứng đầy đủ các nhu cầu dinh dưỡng của các VSV khác nhau. Chứa các thành phần như peptone, cao thịt, cao nấm men [...]... đất Đất là một môi trường thích hợp nhất đối với vi sinh vật, vì trong đất có một lượng lớn các chất hữu cơ Đó là nguồn thức ăn cho các nhóm vi sinh vật dị dưỡng Các chất vô cơ có trong đất cũng là nguồn dinh dưỡng cho các nhóm vi sinh vật tự dưỡng Môi trường đất và sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường đất Môi trường nước và sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường nước Môi trường không khí... thích hợp với đa số vi sinh vật 18 07/10/2011 Sự phân bố của VSV trong môi trường đất Sự phân bố của VSV trong môi trường đất Trong đất là nơi tồn tại rất nhiều vi sinh vật so với các môi trường khác Sự phân bố của vi sinh vật đất còn gọi là khu hệ vi sinh đất Các nhóm vi sinh vật chính cư trú trong đất bao gồm: vi khuẩn, vi nấm, xạ khuẩn, virus, tảo, nguyên sinh động vật Trong đó vi khuẩn là nhóm chiếm... suối thường nghèo vi sinh vật nhất do ở những nơi này nghèo chất dinh dưỡng 22 07/10/2011 Môi trường nước và sự phân bố của VSV Môi trường nước và sự phân bố của VSV Môi trường nước ngọt Môi trường nước ngọt Ở ao, hồ, sông Ở nơi có nước thải xả vào Môi trường không khí và sự phân bố VSV Sự phân bố của vi sinh vật trong không khí cũng khác nhau tuỳ từng vùng Nguồn gốc của những vi sinh vật này là từ... nhiều nhất về số lượng Vi khuẩn chiếm 90%, xạ khuẩn 8%, vi nấm 1%, tảo và nguyên sinh động vật 1% Phân bố theo chiều sâu Tập trung ở nhiều tầng canh tác Số lượng vi sinh vật giảm dần theo tầng đất, càng xuống sâu càng ít vi sinh vật Thành phần vi sinh vật cũng thay đổi theo tầng đất Vi khuẩn hiếu khí xạ khuẩn, vi nấm Vi khuẩn hiếu khí xạ khuẩn, vi nấm Vi khuẩn kỵ khí tùy nghi Vi khuẩn kỵ khí bắt buộc... canh tác đối với VSV Môi trường nước và sự phân bố của VSV Môi trường nước và sự phân bố của VSV Vi sinh vật có mặt ở khắp nơi trong các nguồn nước Sự phân bố của chúng hoàn toàn không đồng nhất và rất khác nhau tuỳ thuộc vào đặc trưng của từng loại môi trường Các yếu tố môi trường quan trọng quyết định sự phân bố của vi sinh vật là độ mặn, chất hữu cơ, pH, nhiệt độ và ánh sáng Môi trường nước ngọt Hệ... trong đất Quan hệ ký sinh Quan hệ cộng sinh Quan hệ ký sinh là hiện tượng vi sinh vật này sống ký sinh trên vi sinh vật khác, hoàn toàn ăn bám và gây hại cho vật chủ Là quan hệ hai bên cùng có lợi, bên này không thể thiếu bên kia trong quá trình sinh sống 20 07/10/2011 Mối quan hệ giữa các nhóm VSV trong đất Mối quan hệ giữa các nhóm VSV trong đất Quan hệ hỗ sinh Quan hệ kháng sinh Là quan hệ hai bên... phân bố của vi sinh vật trong môi trường không khí Các chất dinh dưỡng không những tập trung nhiều ở tầng đất mặt mà còn phân tán xuống các tầng đất sâu ở các tầng đất khác nhau, sự phân bố vi sinh vật khác nhau phụ thuộc và hàm lượng các chất dinh dưỡng Mức độ thoáng khí của đất cũng ảnh hưởng đến sự phân bố của vi sinh vật Độ ẩm và nhiệt độ trong đất cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật...07/10/2011 Dinh dưỡng vi sinh vật Các loại môi trường Môi trường cơ bản Môi trường phân lập Môi trường khẳng định Phương pháp cấy trang Phân lập chủng thuần Phương pháp cấy trải và cấy ria Phương pháp đổ đĩa Hình thái và sự tăng trưởng của khuẩn lạc Phương pháp... xảy ra mạnh VK hiếu khí phát triển tốt Vi khuẩn kỵ khí phát triển yếu 19 07/10/2011 Sự phân bố của VSV trong môi trường đất Phân bố theo cây trồng Vi sinh vật phát triển mạnh hơn ở vùng rễ vì: Cung cấp lượng lớn chất hữu cơ Làm đất thoáng khí, giữ được độ ẩm Mối quan hệ giữa các nhóm VSV trong đất Quan hệ ký sinh Quan hệ cộng sinh Quan hệ hỗ sinh Quan hệ kháng sinh Mối quan hệ giữa các nhóm VSV trong... tới hạn - Do các điều kiện bất lợi của môi trường như thiếu dinh dưỡng … VSV đi vào phase chết - Số lượng quần thể VSV giảm nhanh chóng Sự tăng trưởng của VSV trong môi trường Định lượng sự tăng trưởng của VSV 1 Định lượng số lượng tế bào 2 Định lượng sinh khối tế bào NGHÈO GIÀU 15 07/10/2011 Sự tăng trưởng của VSV trong môi trường Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sự tăng trưởng 1 2 3 4 Chất . 07/10/2011 1 LOG O CHƯƠNG II ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG II ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG NỘI DUNGNỘI DUNG Đại cương về VSV học  Đặc điểm. trong môi trường  Môi trường đất và sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường đất  Môi trường nước và sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường