skkn hệ thống kiến thức phần dinh dưỡng chuyển hóa vật chất vànănglượng ở vi sinh vật bồi dưỡng học sinh giỏi

Thông thường, bổ sung vào môi trường các chấthữu cơ như cao nấm men, cao thịt, dịch đun động thực vật nhộng, giá đỗ… là cóthể đáp ứng được nhu cầu về nhân tố sinh trưởng.Nhân tố sinh trư

MẪU 4

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐƠN ĐỀ NGHỊ CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN

Kính gửi1: Hội đồng sáng kiến trường THPT chuyên Bắc Giang

Số

TT Họ và tên Ngày tháng

năm sinh

Nơi công tác Chức danh Trình độ

chuyên môn

Tỷ lệ (%) và nội dung đóng góp vào việc tạo ra sáng kiến

(nếu là nhóm tác giả SK)

Tỷ lệ (%) Nội dung đóng góp

vào việc tạo ra sáng kiến (ghi rõ

nội dung công việc

cụ thể tham gia của đồng tác giả sáng kiến “nếu có”)

Là tác giả (nhóm tác giả) đề nghị xét công nhận sáng kiến:

1 Tên sáng kiến: Hệ thống kiến thức phần dinh dưỡng, chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật bồi dưỡng học sinh giỏi.

Điện thoại liên hệ của tác giả sáng kiến (hoặc đại diện nhóm tác giả sáng kiến)

Nguyễn Thị Hải Yến Điện thoại: 0978580152.

Email: nthyen.cbg@bacgiang.edu.vn

Phạm Thị Ngọc Khánh Điện thoại:0984156676.

Email: ptnkhanh.cbg@bacgiang.edu.vn

2 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến 3 : Giáo dục và đào tạo.

3 Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: 09-12/2022.

4 Các tài liệu kèm theo:

4.1 Thuyết minh mô tả giải pháp và kêt quả thực hiện sáng kiến: 01 cuốn

4.2 Quyết định công nhận sáng kiến: Quyết định số / ngày / /

của Hội đồng sáng kiến cấp

4.3 Biên bản họp Hội đồng sáng kiến cấp:…

Bắc Giang, ngày 01 tháng 03 năm 2023

Đại diện nhóm tác giả sáng kiến

Nguyễn Thị Hải Yến Phạm Thị Ngọc Khán

1 1 Hội đồng sáng kiến trường/trung tâm (SK đề nghị công nhận cấp cơ sở); Hội đồng sáng kiến ngành Tôi (chúng tôi) ghi tên dưới đây2:

MẪU 5

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THUYẾT MINH MÔ TẢ GIẢI PHÁP

VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN SÁNG KIẾN

1.Tên sáng kiến : Hệ thống kiến thức phần dinh dưỡng, chuyển hóa vật chất vànăng lượng ở vi sinh vật bồi dưỡng học sinh giỏi

2.Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: 09-12/2022.

3.Các thông tin cần bảo mật (nếu có): không

4.Mô tả các giải pháp cũ thường làm (Nêu rõ tên giải pháp, tình trạng và nhược

điểm, hạn chế của giải pháp cũ):

Nhược điểm, hạn chế của giải pháp cũ:

+ Tài liệu phục vụ giảng dạy như sách giáo khoa và sách tham khảo còn hạn chế.+ Chưa có hệ thống lý thuyết chi tiết, chuyên sâu về vấn đề nghiên cứu.+ Nội dung kiến thức, câu hỏi chưa đầy đủ, chưa cập nhật

5 Sự cần thiết phải áp dụng giải pháp sáng kiến:

Nội dung kiến thức trong sách giáo khoa và sách tham khảo còn sơ sài, không có hệthống, không đáp ứng cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi của lớp chuyên và độituyển HSGQG Nhằm mục đích giúp các em học sinh có kiến thức chuyên sâu hơn

về phần này, qua đó để các em có nền tảng tốt theo học đội tuyển HSG Chúng tôibiên soạn chuyên đề theo cấu trúc mới một cách chi tiết, cơ bản, tổng hợp vàchuyên sâu, cùng một số dạng bài tập và câu hỏi mà các em sẽ gặp phải khi làm đềthi HSG các cấp với hy vọng làm tài liệu đọc và ôn tập cho các em học sinh trongđội tuyển học sinh giỏi

6.Mục đích của giải pháp sáng kiến (Nêu rõ mục đích khắc phục các nhược điểm

của giải pháp cũ hoặc mục đích của giải pháp mới do mình tạo ra):

Là tư liệu giảng dạy lớp chuyên và bồi dưỡng học sinh giỏi tham gia các kỳ thi, đặcbiệt là kỳ thi HSGQG

7. Nội dung:

Thuyết minh giải pháp mới hoặc cải tiến

PHẦN I: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

A KIẾN THỨC CƠ BẢN

I Các chất dinh dưỡng của vi sinh vật

1 Các chất dinh dưỡng cần thiết

1.1 Nguyên tố đa lượng

C, H, O, N, P, S và K Các nguyên tố này có mặt trong tất cả các hợp chất (nhưprotein, axit nucleic…) cấu tạo nên các chất vô cơ và hữu cơ của tế bào, cơ thể visinh vật Riêng các nguyên tố C, H, O, N chiếm tới 90% đến 96% toàn bộ chất khôcủa tế bào

1.2 Nguyên tố vi lượng

Gồm các nguyên tố mà vi sinh vật cần với hàm lượng rất nhỏ nhưng không thểthiếu cho sự tăng trưởng, sinh sản của vi sinh vật Các nguyên tố đó tham gia vàocấu tạo enzim, hoạt hóa enzim…đóng vai trò quan trọng trong các quá trình chuyểnhóa Ví dụ như: Mo, Mn

Bước 1: Yêu cầu học sinh tự nghiên cứu lý thuyết về nội dung

chuyên đề

Bước 2: Giáo viên giảng dạy, tương tác với HS về lý thuyết nội dung

chuyên đề

Bước 3: Giáo viên giao bài tập về nhà cho HS dựa trên nội dung câu

hỏi, bài tập đã xây dựng

Bước 4: HS làm bài tập, báo cáo trước lớp; GV chữa và hoàn chỉnh

các câu hỏi bài tập cần trả lờiBước 5: GV kiểm tra, đánh giá HS

Lượng các nguyên tố cần ở các vi sinh vật khác nhau là không giống nhau Trongcác điều kiện nuôi cấy khác nhau, tương ứng với các giai đoạn phát triển khác nhau,lượng các nguyên tố cần trong cùng một loài vi sinh vật cũng không giống nhau.1.3 Nhu cầu về chất sinh trưởng của vi sinh vật

Một số vi sinh vật muốn phát triển cần phải được cung cấp những chất sinh trưởngnhất định gọi là nhân tố sinh trưởng Nhân tố sinh trưởng là những chất hữu cơ cầnthiết cho hoạt động sống của một loài vi sinh vật nào đó mà chúng không tự tổnghợp được từ các chất khác Như vậy những chất được coi là nhân tố sinh trưởng củaloại vi sinh vật này hoàn toàn có thể không phải là nhân tố sinh trưởng đối với mộtloại vi sinh vật khác

Vi sinh vật tự dưỡng và một số vi sinh vật dị dưỡng (như Escherichia coli) thậm

chí có thể sinh trưởng mà không cần bất kỳ nhân tố sinh trưởng nào Mặt khác,cùng một loài vi sinh vật nhưng nhu cầu đối với nhân tố sinh trưởng cũng thay đổi

tuỳ theo điều kiện môi trường Ví dụ Mucor rouxii khi sinh trưởng trong điều kiện

kị khí thì cần thiamin (B1) và biotin (H), nhưng trong điều kiện hiếu khí thì lại tựtổng hợp được các vitamin này Thông thường, bổ sung vào môi trường các chấthữu cơ như cao nấm men, cao thịt, dịch đun động thực vật (nhộng, giá đỗ…) là cóthể đáp ứng được nhu cầu về nhân tố sinh trưởng

Nhân tố sinh trưởng đối với một loại vi sinh vật nào đó có thể là một trong các chấtsau đây: các gốc kiềm purin, pirimidin và các dẫn xuất của chúng, các axit amin,các vitamin thông thường

2 Các nguồn dinh dưỡng thường sử dụng trong nuôi cấy vi sinh vật

2.1 Nguồn thức ăn cacbon của vi sinh vật

Căn cứ vào nguồn thức ăn cacbon người ta chia sinh vật thành các nhóm tự dưỡng

và dị dưỡng Tuỳ nhóm vi sinh vật mà nguồn cacbon được cung cấp có thể là cácchất vô cơ (CO2 ) hoặc chất hữu cơ (C6H12O6…)

Thường sử dụng cacbohydrat làm nguồn cacbon khi nuôi cấy phần lớn các vi sinhvật dị dưỡng

Ví dụ: Xenlulo được đưa vào các môi trường nuôi cấy vi sinh vật phân giải xenlulodưới dạng giấy lọc, bông hoặc các dạng xenlulo; Trong công nghiệp lên men, rỉđường là nguồn cacbon rẻ tiền và rất thích hợp cho sự phát triển của nhiều loại visinh vật khác nhau

Ngoài ra, người ta có thể sử dụng các nguồn hữu cơ khác như lipit, protein làmnguồn cacbon.

Ví dụ: Khi sử dụng lipit, parafin, dầu mỏ làm nguồn cacbon nuôi cấy một số loài

vi sinh vật, phải thông khí mạnh để tạo từng giọt nhỏ có thể tiếp xúc được vớithành tế bào của vi sinh vật

Các hợp chất hữu cơ chứa cả C và N (pepton, nước thịt, nước chiết ngô, nước chiếtnấm men, nước chiết đại mạch, nước chiết giá đậu ) có thể sử dụng vừa làm nguồn

C vừa làm nguồn N đối với vi sinh vật

2.2 Nguồn thức ăn nitơ của vi sinh vật

Nguồn nitơ dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật là NO3- và NH +4NH4+ sau khi được

tế bào hấp thu có thể được trực tiếp sử dụng, còn NO3- sau khi được hấp thụ cầnkhử thành NH4+rồi mới được vi sinh vật sử dụng

Muối nitrat là nguồn thức ăn nitơ thích hợp đối với nhiều loại tảo, nấm sợi và xạkhuẩn nhưng ít thích hợp đối với nhiều loại nấm men và vi khuẩn Thường sử dụngmuối NH4NO3để làm nguồn nitơ cho nhiều loại vi sinh vật

Nguồn nitơ dự trữ nhiều nhất trong tự nhiên chính là nguồn khí nitơ tự do (N2)trong khí quyển

Vi sinh vật còn có khả năng đồng hoá rất tốt nitơ chứa trong các thức ăn hữu cơ

Nguồn nitơ hữu cơ thường được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật là pepton loại chếphẩm thuỷ phân không triệt để của một nguồn protein nào đấy

2.3 Nguồn thức ăn khoáng của vi sinh vật

Khi tạo các môi trường tổng hợp (dùng nguyên liệu là hoá chất) bắt buộc phải bổsung đủ các nguyên tố khoáng cần thiết Nhu cầu khoáng của vi sinh vật cũngkhông giống nhau đối với từng loài, từng giai đoạn phát triển

II Phân loại môi trường nuôi cấy vi sinh vật

Kiểu nuôi cấy chỉ chứa một loại vi sinh vật được gọi là nuôi cấy thuần khiết, cònnuôi cấy hỗn hợp là kiểu nuôi cấy chứa nhiều hơn một loại vi sinh vật Các bướccần thiết cho nuôi cấy vi sinh vật như sau:

- Chuẩn bị môi trường nuôi cấy phù hợp với vi sinh vật, giúp cho sự sinh trưởng tốtnhất

- Tiệt trùng môi trường nuôi trước đó để loại bỏ các sinh vật sống không mongmuốn có sẵn trong môi trường nuôi cấy

- Cấy vi sinh vật vào môi trường đã chuẩn bị.

Thông thường môi trường nuôi cấy được chuẩn bị trong các bình nuôi phổ biến nhưống nghiệm, bình tam giác, đĩa petri, nồi lên men… Môi trường dinh dưỡng thườngkhác nhau về tỷ lệ thành phần các chất dinh dưỡng Ngoài ra về trạng thái môitrường nuôi cấy có hai dạng phổ biến là dạng rắn và dạng lỏng, dạng lỏng thườngđược áp dụng cho hệ thống nuôi cấy liên tục trong công nghiệp

* Căn cứ vào thành phần môi trường ta có 3 loại môi trường nuôi cấy: môi trường

tự nhiên, môi trường tổng hợp, môi trường bán tổng hợp Các loại môi trường nàykhác nhau rất nhiều về hình thức và thành phần tùy theo loài vi sinh vật cần nuôicấy cũng như tùy thuộc vào mục đích của công tác nuôi cấy

1 Môi trường nuôi cấy tự nhiên

Môi trường thuộc nhóm này được phân lập ra dựa trên kinh nghiệm hơn là dựa vào

sự hiểu biết về thành phần dinh dưỡng đối với vi sinh vật nuôi cấy Các môi trường

tự nhiên được dùng phổ biến là: sữa, nước thịt bò, nước các loại rau củ hoặc ngũcốc … Các loại môi trường này thường chứa đựng nhiều chất hữu cơ và vô cơ tantrong nước có thể đáp ứng yêu cầu về dưỡng chất của một số lớn vi sinh vật (khôngphải là tất cả)

Ưu điểm: Dễ chuẩn bị và có thể sử dụng cho nhiều mục đích thông thường trongnghiên cứu vi sinh vật

Nhược điểm của loại môi trường tự nhiên là không biết chính xác thành phần dinhdưỡng cũng như thành phần dinh dưỡng của những lần chuẩn bị khác nhau sẽ rấtkhác nhau Do đó kết quả nuôi cấy của các lần chuẩn bị môi trường khác nhau cóthể sẽ không giống nhau

2 Môi trường nuôi cấy tổng hợp

Để khắc phục nhược điểm của môi trường nuôi cấy tự nhiên, người ta đã thiết lậpcác môi trường nuôi cấy tổng hợp, trong đó các thành phần dinh dưỡng của môitrường được xác định rõ về số lượng và chất lượng

Ưu điểm của các loại môi trường nuôi cấy tổng hợp là ta có thể biết rõ cũng nhưđiều khiển thành phần dinh dưỡng của môi trường một cách dễ dàng Với biện pháptăng thêm hoặc bỏ bớt chất dinh dưỡng trong môi trường, chúng ta có thể biết rõtác động của chất dinh dưỡng đối với vi sinh vật Ngoài ra, đây là loại môi trườngrất chính xác nhờ đó tránh được sự thay đổi trong các lần chuẩn bị môi trường,

cũng như sẽ là môi trường rất tốt cho các loại vi sinh vật đã được biết rõ nhu cầudinh dưỡng của chúng.

Nhược điểm của môi trường tổng hợp là giá thành cao, chuẩn bị khá phức tạp vàmất thời gian hơn đối với môi trường tự nhiên và chỉ sử dụng cho từng loài vi sinhvật xác định được nhu cầu dinh dưỡng Trường hợp vi sinh vật chưa xác định,không thể nuôi cấy trên môi trường loại này một cách bảo đảm

Kiểu môi trường này thích hợp sử dụng trong phạm vi phòng thí nghiệm

3 Môi trường nuôi cấy bán tổng hợp

Môi trường nuôi cấy bán tổng hợp là môi trường nuôi cấy tự nhiên được bổ sungthêm với một số chất dinh dưỡng được xác định

Ví dụ: khi nuôi cấy vi khuẩn Xanthomonas campestris pv oryzae người ta thườngdùng môi trường tự nhiên Tuy nhiên trong lúc cần phân lập và tách dòng vi khuẩn

từ một tế bào thì vi khuẩn này mọc không được tốt trên môi trường đó Để thựchiện công tác này người ta phải thêm vào môi trường một số lượng rất nhỏ Fe Vikhuẩn sẽ mọc thành các khuẩn lạc rất tốt trên môi trường mới này

* Căn cứ vào trạng thái của môi trường, người ta chia thành môi trường đặc và môitrường lỏng

- Môi trường đặc: là loại môi trường được làm đông đặc lại nhờ có bổ sung thêmthạch (agar), gelatin hay silica gel

- Môi trường lỏng là các môi trường không bổ sung các chấy làm đông đặc môitrường Để thông khí phải dùng tới máy lắc hay các nồi lên men có hệ thống thổikhí vô trùng và hệ thống khuấy đảo làm tan đều bọt khí Môi trường lỏng ngoàiviệc sử dụng trong nghiên cứu tại phòng thí nghiệm còn được sử dụng rộng rãitrong sản xuất lớn tại các nhà máy lên men công nghiệp

III Các kiểu dinh dưỡng ở vi sinh vật

Vi sinh vật có thể được chia thành các loại khác nhau về kiểu dinh dưỡng Các

cơ thể hấp thu năng lượng từ ánh sáng được gọi là quang dưỡng và các cơ thể hấpthu năng lượng từ các hợp chất hóa học được gọi là hóa dưỡng Các cơ thể chỉ cầncác hợp chất vô cơ như CO2làm nguồn cacbon được gọi là tự dưỡng Trái lại các cơthể dị dưỡng đòi hỏi ít nhất một chất dinh dưỡng hữu cơ như glucô để hình thành cáchợp chất hữu cơ khác Kết hợp các khả năng trên về nguồn năng lượng và nguồn

cacbon người ta chia các hình thức dinh dưỡng thành 4 kiểu được tóm tắt ở sơ đồdưới đây:

CO2

TỰ DƯỠNG

1 Các con đường trao đổi chất cơ bản ở vi sinh vật tự dưỡng

1.1 Quang tự dưỡng (quang hợp):

Quang hợp là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ

từ các nguyên liệu vô cơ

Quá trình quang hợp ở vi khuẩn tương tự như ở thực vật, cũng gồm hai pha:pha sáng (pha quang photphoril hóa) và pha tối (pha cố định CO2)

Ở pha sáng: năng lượng ánh sáng được truyền sang ATP; electron từ nguồn vô

cơ (chất cho e) truyền sang NADP+, khử NADP+thành NADPH Tuy nhiên vi khuẩnquang hợp được chia thành hai loại: vi khuẩn quang hợp thải oxi và vi khuẩn quanghợp không thải oxi Sự khác nhau giữa hai loại quang hợp này được thể hiện trongbảng sau:

Quang hợp thải oxi Quang hợp không thải oxi

vi khuẩn sắt, vikhuẩn oxi hóalưu huỳnh

Vi khuẩnkhông chứalưu huỳnhmàu lục, màutía

Vi khuẩn lam, tảođơn bào, vi khuẩnlưu huỳnh màulục, màu tía

màu tía

Quang hợp thải oxi ở vi khuẩn lam và tảo lục giống như ở thực vật, phươngtrình tổng quát có dạng như sau: CO2+ H2O (ánh sáng)  (CH2O) + O2

Quang hợp không thải oxi đã được Van Niel chứng minh năm 1931 và đưa raphương trình chung: CO2+ 2H2A (ánh sáng)  (CH2O) + H2O + 2A

Trong đó: H2A là chất cho điện tử, ở vi khuẩn lưu huỳnh là H2S, do đó khi oxi hóa

Hóa tự dưỡng là quá trình sử dụng năng lượng hóa học từ các chất vô cơ như

H2S, NH3, Fe2+ để tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ là CO2 (Vi khuẩn hóa tựdưỡng dùng chu trình Canvin để cố định CO2tạo ra chất hữu cơ nhờ năng lượng củacác phản ứng oxi hóa)

Kiểu dinh dưỡng này chỉ có ở một số sinh vật nhân sơ ( vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩnoxi hóa hidro, vi khuẩn oxi hóa S, vi khuẩn mêtan…)

* Vi khuẩn nitrat hóa gồm 2 nhóm chủ yếu: Nitrosomonas và Nitrobacter

- Nhóm vi khuẩn Nitrosomonas oxi hóa NH3thành nitrit

NH3+ O2-> HNO2+ 2H2O + 158 kcal

( 6% năng lượng được VK sử dụng để tổng hợp Glucozo từ CO2)

- Các vi khuẩn Nitrobacter oxi hoá nitrit thành nitrat

HNO2+ O2-> HNO3 + 38 kcal

( 7 % năng lượng được VK sử dụng để tổng hợp Glucozo từ CO2)

* VK nitrat hóa có vai trò quan trọng trong tự nhiên: Chuyển hóa N thành dạng dễtiêu cung cấp cho cây trồng

* Vi sinh vật cổ dinh dưỡng mêtan

CH4+ O2-> CO2+ H2O + Q

* Vi khuẩn oxi hóa Fe: oxi hóa Fe2+thành Fe3+

FeCO3+ O2+ H2O -> Fe( OH)3+ 4CO2+ Q

Một phần NL được VK sử dụng để tổng hợp chất hữu cơ Nhờ hoạt động của nhóm

vi khuẩn này mà Fe(OH)3 kết tủa dần dần tạo ra các mỏ sắt

* Vi khuẩn oxi hóa hidro

* Hoạt động của nhóm vi khuẩn này đã phần làm sạch môi trường nước

2 Các con đường trao đổi chất cơ bản ở vi sinh vật dị dưỡng

2.1 Hóa dị dưỡng

Là kiểu dinh dưỡng mà cơ thể dị dưỡng thu nhận nguồn cacbon từ các phân

tử hữu cơ như đường, protein, chất béo Chúng oxi hóa các chất hữu cơ để thu nhậnnăng lượng và cacbon xây dựng tế bào

Oxi hóa các chất hữu cơ để thu nhận năng lượng và các sản phẩm hữu cơtrung gian được tiến hành thông qua quá trình hô hấp hiếu khí hoặc hô hấp kị khíhoặc lên men tùy từng nhóm sinh vật.

 Có O2: hô hấp hiếu khí: Quá trình vận chuyển e- và photon qua màng, chất nhậnđiện tử cuối cùng là oxi

+ Nguyên liệu: Đường Glucozo C6H12O6, NAD+, Pv

+ Sản phẩm: 2 a pyruvic, 2ATP, 2 NADH

+ Vị trí xảy ra: TBC

- Chu trình Crep ( Chu trình axit tricacboxylic):

+ 1Axit pyruvic biến đổi thành 1 axetyl-CoA tạo 1CO2và 1 NADH

+ Axetyl- CoA đi vào chu trình Crep tạo 2 CO2, 3NADH, 1FADH, 1ATP

=> Tính từ 2 a pyruvic đi vào chu trình Crep tạo 6CO2, 8 NADH, 2FADH, 2ATP+ Vị trí xảy ra: Chất nền của ty thể

- Chuỗi truyền e và photphorin hóa oxi hóa

+ Nguyên liệu: 10NADH, 2FADH, O2

+ Sản phẩm: H2O, NAD +, FAD+, 34ATP

+ Vị trí xảy ra: Màng trong của ty thể

Hiệu quả năng lượng: TB thu 38 ATP

b Hô hấp kỵ khí

- Các giai đoạn: Đường phân, chu trình Crep, chuỗi truyền điện tử

-Trong hô hấp kỵ khí chất nhận e cuối cùng không phải là O2mà là các hợp chất củaoxi

- Nếu chất nhận e cuối cùng là NO3-: Hô hấp nitrat ( xảy ra ở VK phản nitrat hóa)+ NO3-bị khử thành NO2-: NO3- +2e-+ 2H+-> NO2-+ H2O

- Lên men rượu

- Lên men lactic

Hiệu quả năng lượng: TB thu 2ATP

* Định nghĩa lên men theo nghĩa rộng và nghĩa hẹp

- Theo nghĩa rộng:Là quá trình phân giải các chất để thu năng lượng nhờ hoạt độngsống của VSV

- Theo nghĩa hẹp:Là quá trình phân giải kỵ khí các chất để thu năng lượng, trong đóhidro được tách ra từ một cơ chất và được vận chuyển đến chất nhận điện tử cuốicùng là chất hữu cơ

* Bản chất của quá trình lên men

+ Giai doạn 1: Đường phân  axit pyruvic

+ Giai doạn 2: Axit pyruvic  chất hữu cơ đơn giản +CO2+ Q

Tuỳ theo sản phẩm lên men  phân chia thành các loại lên men khác nhau

* Lên men rượu

 Khái niệm: Là quá trình phân giải kỵ khí glucozơ thành rượu etylic nhờ nấmmen hoặc một số VSV khác theo PTTQ: C6H12O6 C2H5OH +CO2+ Q

 Nguyên liệu: tinh bột, đường

 Tác nhân: nấm sợi, nấm men, một số VK

 Các giai đoạn của quá trình lên men:

TB - Đường - Rượu -  Rượu uống

 Cơ chế của quá trình lên men rượu

đường phân

Glucoza -axit pyruvic

Etylic < -axetaldehyt

alcoolđehydrogena

 Hiệu ứng Pasteur: Là sự ức chế quá trình lên men rượu khi có oxi

Nguyên nhân: Khi có O2, O2sẽ lấy mất NADH  Enzym alcoolđehydrogena bị bấthoạt  lượng etanol giảm, TB nấm men tăng sinh khối

 Một số vấn đề cần chú ý trong quá trình lên men rượu: pH 4- 4,5, kỵ khí ,nhiệt độ ổn định và không quá cao

 Ứng dụng của quá trình lên men rượu ( SX rượu, bia, nước giải khát, làm nởbột mỳ…)

*Lên men tạo axit lactic

 Khái niệm: Là quá trình phân giải kỵ khí đường thành axit lactic dưới tác dụngcủa VK lactic theo PTTQ:

C6H12O6 - CH3CHOHCOOH + Q

 Nguyên liệu: Đường

 Tác nhân: VK lactic: VK G+, không sinh nội bào tử, không di động, sống hiếukhí hoặc kỵ khí, hình que, cầu, khuyết dưỡng nhiều loại vitamin

NADH 2 NAD

CO 2

VK lactic

 Các loại lên men lactic :

+ Lên men lactic đồng hình: Sản phẩm là axit lactic(95% năng lượng/gluco)

-> Cơ chế của quá trình lên men lên men lactic đồng hình( Con đường đường phân)Gluco - axit pyruvic

+ Lên men lactic dị hình: Sản phẩm là axit lactic, rượu etylic, axit axetic,

CO2 ( 60% năng lượng /gluco)

- > Cơ chế của quá trình lên men lên men lactic dị hình: gluco được phân giải theocon đường glucozơ 6- photphat

 Ứng dụng của quá trình lên men : Muối chua rau quả, ủ chua thức ăn , làmsữa chua… )

* Lên men sinh metan (khí sinh học)

 Nguyên liệu: chất hữu cơ

 Tác nhân: VSV hoại sinh sinh CH4

 Cơ chế của quá trình lên men: hợp chất cao phân tử-> chất hữu cơ đơn giản ->axit cacboxylic + rượu -> axit axetic -> CO2+ CH4+ H2O

 Ứng dụng của quá trình lên men: Xử lý chất thải thành khí đốt sinh học

* Lên men thối

 Nguyên liệu: Cá

 Tác nhân: Enzym trong ruột cá, VK ưa mặn

 Cơ chế: Protein cá -> peptit -> aa -> nước mắm

Axit lactic

Lactacdehydrogena

VK thối Enzym cá

Nấu, lọc đường phân

Một số VSV thu nhận C và năng lượng bằng con đường oxi hóa không hoàn chấthữu cơ tạo ra những sản phẩm thải nhưng lại có ý nghĩa đối với con người

* Ôxi hoá rượu etylic thành axit axetic (giấm)

 Nguyên liệu: Rượu

 Tác nhân: VK axetic thuộc các giống Acetobacter, Gluconobacter

Đặc điểm: VK G-, hình que, elip, không sinh nội bào tử, sống hiếu khí bắt buộc

 Cơ chế: C2H5OH + O2 - CH3COOH +H2O

 Một số vấn đề cần chú ý:

+ Dung dịch lên men luôn đạt 0,3- 0,5 % độ rượu

+ Có oxi

+ Bổ sung muối vô cơ, gluxit, hợp chất có nitơ

* Ôxi hoá tạo axit glutamic

 Nguyên liệu: Rỉ đường, tinh bột sắn

 Tác nhân: VK Corynebacterium glutamicum

 Cơ chế: Theo con đường đường phân và chu trình Crep

 Một số vấn đề cần chú ý: Bổ sung urê ( N) vitamin H( Biotin)

* Ôxi hoá đường sacaroza thành axit citric ( axit chanh)

 Nguyên liệu: đường saccaroza, mantoza từ rỉ đường, tinh bột, bột sắn

 Tác nhân: Nấm sợi Aspegilus Niger ( nấm mốc đen)

 Cơ chế: Con đường đường phân và chu trình Crep

(trong môi trường nhiều đường nhưng thiếu các nguyên tố vi lượng đường khôngđược phân giải triệt để mà chỉ dừng lại ở axit xitric)

 Một số vấn đề cần chú ý: Có oxi

 Ứng dụng của quá trình: dùng trong công nghiệp thực phẩm, y học, chất tẩy rửa.Ngoài nguồn năng lượng khởi đầu cho hô hấp và lên men là glucozo, TB còn sửdụng năng lượng từ lipit và protein

* Dị hóa lipit

VK axetic

VSV có enzym lipaza để thủy phân lipit thành a béo và glyxerin Glyxerin đượcchuyển hóa thành các chất trung gian là cơ sở của đường phân Axit béo bị oxi hóatheo con đường - oxi hóa chuyển thành axety- CoA đi vào chu trình Crep.

* Dị hóa protein

VSV có enzym proteaza phân giải protein thành các aa Các aa bị khử amin để loại

bỏ nhóm amin nhờ các phản ứng chuyển vi amin Các a hữu cơ được tạo ra từ khửamin chuyển hóa thành a pyruvic, axetyl- CoA đi vào chu trình Crep

2.2 Quang dị dưỡng

Là kiểu dinh dưỡng mà cơ thể vi sinh vật có thể sử dụng năng lượng ánhsáng nhưng bắt buộc phải thu cacbon từ dạng hữu cơ Kiểu dinh dưỡng này chỉ có ởmột số sinh vật nhân sơ biển và ưa mặn

Tuy nhiên, một số vi sinh vật có thể thay đổi loại hình dinh dưỡng khi sinhtrưởng trong những điều kiện khác nhau Ví dụ vi khuẩn không chứa lưu huỳnhmàu tía, khi không có chất hữu cơ có thể đồng hóa CO2 và thuộc loại vi sinh vật tựdưỡng, nhưng khi có chất hữu cơ tồn tại thì chúng lại có thể sử dụng chất hữu cơ đểsinh trưởng và lúc đó chúng là các vi sinh vật dị dưỡng Hơn nữa, vi khuẩn khôngchứa lưu huỳnh màu tía trong điều kiện kỵ khí và có chiếu sáng có thể sinh trưởngnhờ năng lượng của ánh sáng và thuộc loại dinh dưỡng quang năng; nhưng trongđiều kiện hiếu khí và không chiếu sáng thì chúng lại sinh trưởng nhờ năng lượngsinh ra từ quá trình oxy hóa chất hữu cơ và thuộc loại dinh dưỡng hóa năng Tínhbiến đổi loại hình dinh dưỡng ở vi sinh vật rõ ràng là có lợi cho việc nâng cao nănglực thích ứng của chúng đối với sự biến đổi của điều kiện môi trường

Khuẩn diệp lục

B HỆ THỐNG CÂU HỎI KIỂM TRA- ĐÁNH GIÁ

Câu 1: Thế nào vi sinh vật nguyên dưỡng, vi sinh vật khuyết dưỡng Làm thế nào

để nhận ra được vi sinh vật khuyết dưỡng Hiểu về vi sinh vật khuyết dưỡng có ứngdụng gì trong thực tiễn

Trả lời:

- Khái niệm

+ Vi sinh vật nguyên dưỡng là vi sinh vật có khả năng tự tổng hợp các nhân tố sinhtrưởng cho chu kỳ sống của chúng

+ Vi sinh vật khuyết dưỡng là vi sinh vật không có khả năng tổng hợp được nhân

tố sinh trưởng (1 hoặc nhiều) cho chu trình sống của chúng

Câu 2 Nuôi vi khuẩn lactic trên các môi trường tổng hợp khác nhau chứa một

dung dịch cơ sở (CS), rồi bổ sung thêm các thành phần, người ta thu được các kếtquả sau:

Môi trường 1: CS + axit folic + piridoxin: không mọc

Môi trường 2: CS + riboflavin + piridoxin: không mọc

Môi trường 3: CS + axit folic + riboflavin + piridoxin: mọc

Môi trường 4: CS + axit folic + riboflavin: không mọc

a.Cho biết các chất thêm vào môi trường cơ sở có vai trò như thế nào với vi khuẩn

lactic?

b Người ta muốn định lượng hàm lượng axit folic trong cao nấm men bằng cách sử

dụng chủng vi khuẩn trên Có thể sử dụng môi trường nào?

Trả lời:

a Các chất thêm vào môi trường CS là nhân tố sinh trưởng của vi khuẩn lactic, vìthiếu 1 trong 3 hợp chất trên vi khuẩn lactic không thể phát triển được.

b Vì trong cao nấm men có axit folic nên có thể sử dụng môi trường 2 khi đó môitrường nuôi cấy có đủ các nhân tố sinh trưởng thì vi khuẩn sẽ phát triển

Câu ( Đề HSGQG 2015)

1 Phân lập từ dưa chua thu được vi khuẩn Steptococcus faecalis Nuôi vi khuẩn

này trên môi trường cơ sở ( MTCS) gồm các chất sau: 1 g NH4Cl, 1 g K2HPO4,0,2g MgSO4, 0,1g CaCl2, 5g Glucozo và các nguyên tố vi lượng Mn, Mg, Cu, Co,

Zn ( mỗi loại 2 10-5g) và thêm nước vừa đủ 1 lít Thêm vào môi trường cơ sở cáchợp chất khác nhau trong các thí nghiệm 1 đến 3 dưới đây, sau đó đưa vào tử ấm

370C và giữ trong 24h, kết quả thu được như sau:

TN1: MTCS + axit folic → không sinh trưởng

TN2: MTCS + pyridoxin → không sinh trưởng

TN3: MTCS + axit folic + pyridoxin → có sinh trưởng

a Dựa theo nguồn cung cấp năng lượng; nguồn C; chất cho e; các chất thêm vào

MTCS thì vi khuẩn Steptococcus faecalis có kiểu dinh dưỡng nào?

b Các chất thêm vào MTCS có vai trò gì đối với vi khuẩn Steptococcus faecalis?

Trả lời

a Hóa dị dưỡng hữu cơ

b Nhân tố sinh trưởng

Câu 3 Để nghiên cứu tác động của tryptophan lên sinh trưởng của vi trùng thương

hàn, người ta cấy song song dịch huyền phù vi sinh vật này lên môi trường dinhdưỡng không chứa tryptophan và môi trường dinh dưỡng có chứa 30mg/ltryptophan Sau 24 giờ nuôi ở nhiệt độ phù hợp người ta chỉ thấy có sự sinh trưởngcủa vi khuẩn trên môi trường có chứa tryptophan

a Tryptophan là loại hợp chất gì đối với trùng thương hàn?

b Từ vi khuẩn thương hàn bằng cách chiếu tia tử ngoại (UV) với liều lượng hạn chếngười ta thu được chủng 2 có khả năng tự tổng hợp được tryptophan Vì sao?

c Để xác định nhu cầu tryptophan đối với vi trùng thương hàn có người nói nên sửdụng chủng 2 có đúng không?

Trả lời:

a Tryptophan là nhân tố sinh trưởng của vi trùng thương hàn, vì thiếu hợp chất nàychúng không phát triển được

b Đã tạo chủng đột biến có khả năng tự tổng hợp được tryptophan

c Không nên sử dụng chủng 2 mà phải dùng chủng 1 là chủng khuyết dưỡng vớitryptophan

Câu 5 : Một chủng tụ cầu vàng (Staphylococus aureus) được cấy trên 3 môi trường

như sau:

- Môi trường a: Chứa nước, muối khoáng và nước thịt

- Môi trường b: Chứa nước, muối khoáng, glucôzơ và vitamin B1

- Môi trường c: Chứa nước, muối khoáng và glucôzơ

Sau khi nuôi ở tủ ấm 370C thấy các môi trường a, b trở lên đục, trong khi môitrường c vẫn trong suốt

a Môi trường a, b, c là loại môi trường gì?

b.Hãy giải thích kết quả thí nghiệm

c Glucôzơ, vitamin và nước thịt có vai trò gì đối với vi khuẩn?

Trả lời:

a

- Môi trường a là môi trường bán tổng hợp vì có nước thịt và muối khoáng

- Môi trường b là môi trường tổng hợp vì có glucôzơ và vi tiamin

- Môi trường c là môi trường tổng hợp vì có muối khoáng và glucôzơ

b Kết quả cho thấy tụ cầu vàng này là VSV không sống được trên môi trường tốithiểu vì nó đòi hỏi VTM B1và các hợp chất phức tạp trong nước thịt để phát triển

c Vai trò:

- Glucôzơ là hợp chất cung cấp C và năng lượng

- Vitamin hoạt hoá các enzim

- Nước thịt là nguồn cung cấp nitơ hữu cơ cho vi khuẩn

Câu 4

a Vi khuẩn lactic chủng 1 tự tổng hợp được axit folic và không tự tổng hợp được

pheninalanin, còn vi khuẩn lactic chủng 2 thì ngược lại Có thể nuôi 2 chủng nàytrên môi trường thiếu axit folic và pheninalanin nhưng đủ các chất dinh dưỡng khácđược không? vì sao?

b Để vi khuẩn của chủng tụ cầu vàng sinh trưởng phát triển bình thường cần có

nhân tố sinh trưởng là tiamin (VTM B1) Khi nuôi chủng tụ cầu vàng trong môitrường gồm nước, muối khoáng và nước thịt, chúng vẫn sống được Hãy cho biếtmôi trường trên là môi trường gì? Giải thích tại sao chủng tụ cầu vàng lại sốngđược trên môi trường đó

Trả lời:

a Hai chủng vi khuẩn lactic 1 và 2 là chủng vi khuẩn khuyết dưỡng Khi nuôi trong

cùng một môi trường không có nhân tố sinh trưởng là axit foclic và pheninalanin,chúng có thể phát triển được vì chúng có thể tiếp hợp với nhau tạo ra chủng nguyêndưỡng mới

b Môi trường nuôi chủng tụ cầu vàng là môi trường bán tổng hợp vì thành phần

của môi trường này gồm có muối khoáng và nước thịt

- Tiamin là nhân tố sinh trưởng của tụ cầu vàng, tuy nhiên trong nước thịt đã cónhân tố sinh trưởng nên chủng tụ cầu vàng này vẫn sống được trong môi trườnggồm có muối khoáng và nước thịt

Câu 6 Người ta cấy vi khuẩn Proteus vulgaris trên các môi trường lỏng có thành

phần tính theo đơn vị g/l:

NH4Cl – 1; FeSO4.7H2O - 0,01 ; K2HPO4 – 1; CaCl2 - 0,01; MgSO4.7H2O - 0,2;

H2O - 1 lít; Các nguyên tố vi lượng (Mn, Mo,Cu, Zn): mỗi loại 2 10-5

Bổ sung thêm vào mỗi loại môi trường:

Chất bổ sung Các loại môi trường

Sau 24h nuôi trong tủ ấm ở nhiệt độ phù hợp, người ta thấy có sự sinh trưởng của

vi khuẩn trên các môi trường M3, M4 còn trên môi trường M1 và M2 không có vikhuẩn phát triển

- Các môi trường M1, M2, M3 và M4 thuộc loại môi trường gì?

- Nêu vai trò của axit nicotinic đối với vi khuẩn Proteus vulgaris?

- Vai trò của cao nấm men trong môi trường nuôi cấy là gì?

Câu 5 Làm thế nào để nuôi cấy vi sinh vật trên môi trường đặc?

Trả lời:

- Để nuôi cấy VSV trên môi trường đặc, người ta thêm vào môi trường lỏng1.52% thạch – aga Đây là loại polisaccarit phức tạp chiết rút từ tảo đỏ ở biển và

có một số ưu điểm phù hợp với việc nuôi cấy VSV

- Thạch không bị VSV phân giải, nóng chảy ở 100oC, đông đặc khi để nguội

40-40oC

Câu 7 (Đề QG 2013)

a) Trong các kiểu dinh dưỡng cơ bản của sinh vật, những kiểu dinh dưỡng nào chỉ

có ở vi khuẩn? Những kiểu dinh dưỡng này có đặc điểm gì về nguồn năng lượng vànguồn cacbon?

b) Giả sử có một loài vi khuẩn mới được phát hiện và có tên khoa học là

Lactobacillus vietnamensis Dựa vào tên khoa học, có thể biết được kiểu dinh

dưỡng của loài vi khuẩn này không? Giải thích

Trả lời: