đặc điểm và vai trò của các loài xạ khuẩn

bài này giúp ta biết được xạ khuẩn là gì? những loại xạ khuẩn thường gặp trong đất, vai trò và những đặc điểm của chúng. Hiểu biết những đặc tính cũng như ứng dụng của nó giúp con người có thể dễ dàng nuôi cấy, thí nghiệm để giúp ích cho cuộc sống con người như sản xuất các loại kháng sinh, sản xuất .

• Đặt vấn đề

Xạ khuẩn (Actinomycetes) là một trong những nhóm vi sinh vật đất,

chúng là những vi sinh vật đơn bào thuộc nhóm Procaryota (nhân giả), cơ thể hình sợi, người ta còn xạ khuẩn là vi khuẩn – nấm Kích thước của chúng trong khoảng (0,2 – 0,5) * (0,4 – 100) µm Sự phân bố của xạ khuẩn phụ thuộc vào khí hậu thành phần đất, mức độ canh tác và thảm thực vật Theo ước tính trong 1g đất có khoảng 29000 - 2400000 mầm xạ khuẩn chiếm tới 9,45% tổng số vsv, một trong những đặc tính quan trọng của xa khuẩn là khả năng hình thành chất kháng sinh, 60 – 70% xạ khuẩn được phân lập từ đất có khả năng sinh chất kháng sinh Cho tới nay khoảng hơn

8000 chất kháng sinh hiện biết trên thế giới thì có tới 80% là do xạ khuẩn sinh ra, điều đáng chú ý là các xạ khuẩn hiếm đã cung cấp nhiều chất kháng sinh có giá trị đang dùng cho y học như: getamixin, vacomixin, roxamixi… Ngoài ra xạ khuẩn tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hóa nhiều hợp chất trong đất nước Dùng để sản xuất nhiều ezim như: proteaza, amylaza, xeluloza, một số axit amin và axit hữu cơ Một số xạ khuẩn có thể gây bệnh cho người và động vật Và để hiểu rõ hơn về vai trò, chức năng của xạ khuẩn trong đất, nhóm chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Vai trò của một số giống xạ khuẩn chính trong đất”

• Nội dung.

• Đặc điểm chung của xạ khuẩn.

• Xạ khuẩn có cấu trúc tế bào tương tự như vi khuẩn Gram dương, có thành phần G+C trong DNA trên 55%, toàn bộ cơ thể chỉ coi là 1 TB bao gồm các thành phần chính: Thành tế bào, màng sinh chất, chất nhân và các thể ẩn nhập

• Thành TB của xạ khuẩn có kết cấu dạng lưới dày 10-20nm có tác dụng duy trì hình dáng của khuẩn ti, bảo vệ TB

• Dưới lớp thành TB là màng sinh chất dày khoảng 50nm được cấu tạo chủ yếu bởi 2 thành phần là photpholipit và protein Chúng có vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình hình thành bào tử của xạ khuẩn Nguyên sinh chất và nhân TB không có gì đặc biệt so với TB vi khuẩn

• Xạ khuẩn có hệ sợi rất phát triển, phân nhánh và không có vách ngăn (trừ cuống bào tử khi hình thành bào tử) Hệ sợi xạ khuẩn có đường kính thay đổi trong khoảng (0,2-1) * (2-3) µm, chiều dài có thể đạt tới một vài

cm Xạ khuẩn phát triển theo kiểu mọc chồi

• Khuẩn ty xạ khuẩn bắt màu gram +, hiếu khí, hoại sinh, không hình

thành nha bào, không có lông và giáp mô, đa hình thái như dạng hình chùy, dạng phân nhánh hay dạng sợi dài,…Kích thước và khối lượng khuẩn ty thường không ổn định và phụ thuộc vào điều kiện nuôi cấy

Khuẩn lạc, khuẩn ty và bào tử xạ khuẩn.

• Xạ khuẩn thuộc nhóm sinh vật dị dưỡng, chúng sử dụng đường, rượu, axit hữu cơ, lipt, protein và một số hợp chất hữu cơ khác để làm nguồn C, muối nitrat, muối amon, ure, amino axit, pepton để làm nguồn N Tuy nhiên khả năng hấp thụ các chất này không giống nhau ở các loài, các chủng khác nhau

• Phần lớn xạ khuẩn thuộc nhóm ôn hòa, là nhóm VSV hiếu khí, ưa ẩm, nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng là 25 – 300C, một số ít ưa nhiệt, có nhiệt độ phát triển tối ưu ở 45 – 550C Tuy nhiên nhiệt độ tối ưu cho sinh tổng hợp chất kháng sinh thường từ 18-280C Độ ẩm thích hợp khoảng 40-50%, giới hạn pH từ 6,8-7,5, một số loài ưa acid có thể phát triển ở khoảng

pH 3,5 đến pH 6,5

• Đa số xạ khuẩn đã được phân lập có nguồn gốc từ đất Chúng thường hiện diện trong mùn, rác, phân với mật độ cao, có thể lên đến trên bốn triệu CFU/g Ngoài ra xạ khuẩn cũng có thể được phân lập từ nước ngọt, nước biển và trầm tích biển, hay hiện diện ở dạng cộng sinh trong hệ đường ruột các động vật trong đất, giữ vai trò quan trọng trong quá trình tiêu hóa ở mối nhưng mật độ hiện diện thấp Xạ khuẩn có khả năng hình thành enzym

và chất kháng sinh nên được ứng dụng vào trong nhiều lĩnh vực đời sống

• Vai trò chung của xạ khuẩn:

• Xạ khuẩn có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành đất và tạo ra

độ phì nhiêu cho đất

• Tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hóa và phân giải nhiều hợp chất hữu cơ phức tạp

• Một số giống xạ khuẩn có khả năng hình thành chất kháng sinh

• Một số xạ khuẩn có khả năng sinh ra nhiều loại enzim như proteinaza, amylaza, xenlulaza, kitinaza

• Một số còn có khả năng tạo thành những chất kích thích sinh trưởng thực vật

• Đặc điểm và vai trò của 1 số giống xạ khuẩn thường gặp trong đất.

• Streptomyces

• Là chi lớn nhất của ngành Atinobacteria và là một chi thuộc nhánh

Streptomycetaceae Là giống xạ khuẩn bậc cao được tìm thấy chủ yếu

trong đất và thảm thực vật mục nát

• Streptomyces có cấu trúc giống nấm Nhánh của chúng có sự sắp xếp

của các TB hình sợi thành 1 mảng lưới gọi là sợi nấm

• Đặc điểm:

• Gram (+), hiếu khí, dị dưỡng các chất hữu cơ, có bộ gen tỉ lệ %

(Guamin + Sytosin) cao Thành phần chính của thành TB là axit L-2,6 diaminopimelic (L-ADP) và Glyxin Nhiệt độ tối thường là 25-30oC,

pH tối ưu 6,5-8,0 Một số loài có thể phát triển ở nhiệt độ cao hoặc thấp hơn

• Sinh sản: xạ khuẩn Streptomyces sinh sản vô tính bằng bào tử, tạo mùi

đặc trưng Hệ sợi khí sinh và hệ sợi cơ chất phát triển phân nhánh Trên thành sợi khí sinh hình thành cuống sinh bào tử và chuỗi bào tử Cuống sinh bào tử có nhiều dạng khác nhau tùy loài: thẳng, lượn sóng xoắn, có móc, vòng…

• Vai trò:

• Streptomyces có ưu điểm là sinh enzym có tác dụng phân hủy mạnh các

chất hữu cơ trong chất thải như rác thải sinh hoạt, rơm rạ, phân gia súc gia cầm…ở nhiệt độ cao(từ 50-60oC trở lên) thành phân bón hữu cơ Góp phần khép kín vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên

• Chúng có thể chuyển hóa các hợp chất khác nhau bao gồm: đường, rượu, axit amin, và các hợp chất thơm bằng cách sản xuất các enzym thủy phân ngoại bào

• Tham gia vào quá trình nitrat hóa giúp chuyển hóa các hợp chất chứa N trong đất

• Có khả năng amon hóa protein như S.griseus.

• Phân giải xilan

• Chuyển hóa lân hữu cơ trong đất

• Xử lý phế thải hữu cơ và làm giàu dinh dưỡng

• Một vai trò quan trọng của Streptomyces là sản xuất kháng sinh như:

Streptomycin, Neomycin, Tetracylin, Cloramphenicol, Erythromycin,…

Streptomyces

• Actinomyces

- Đặc điểm:

• Là vi khuẩn hiếu khí, Gram dương, có tỷ lệ G+C cao, khuẩn ty phân nhánh, hình thành bào tử vô tính Là loại xạ khuẩn ưa nóng

• Sinh sản bằng bào tử Bào tử được hình thành bằng phương pháp cắt đoạn hoặc phân khúc trên các nhánh của sợi gọi là cành bào tử thẳng, lượn sóng, uống cong hay xoắn lò xo Chỉ có khuẩn ty khí sinh

• Vai trò:

• Phân hủy, chuyển hóa các chất hữu cơ trong đất như xenlulozo

• Sinh kháng sinh Neomycin

• Actinoplanes

• Đặc điểm:

• Là loại xạ khuẩn Gram dương, nhưng một phần sợi dinh dưỡng có thể là Gram âm Phát triển dưới dạng sợi phân nhánh, không đứt đoạn Rất ít sợi khí sinh hoặc không có Tạo nhiều loại sắc tố có khả năng khuếch tán

• Hiếu khí, hóa dị dưỡng hữu cơ, ưa ẩm hoặc ưa nhiệt vừa phải Hầu hết các chủng đều không cần các nhân tố sinh trưởng hữu cơ

• Thành phần chính của thành tế bào là axit meso 2,6 – ADP và glyxin

Tỷ lệ mol GC trong ADN là 72-73%

• Chúng sinh sản bằng bào tử Bào tử chứa trong túi bào tử, sinh trên cuống sinh bào tử hoặc không cuống, ít khi trong thạch Dưới điều kiện nhất định, nhiều chủng có hệ sợi sắp xếp dạng que (palisade) Khi đó, túi bào tử chủ yếu được sinh ở đầu các sợi Bào tử hình cầu hoặc que ngắn, sắp xếp theo nhiều cách khác nhau bên trong túi bào tử, được hình thành bằng cách đứt đoạn sợi bên trong túi bào tử trực tiếp hoặc sau vài lần phân nhánh

• Vai trò: phân hủy các chất hữu cơ

Actinoplanes

• Actinopolyspora

• Đặc điểm:

• Là xạ khuẩn Gram +, hiếu khí, hóa dị dưỡng hữu cơ Hình đốt xoắn dày, đốt xoắn sao

• Thành tế bào chứa meso-DAP, arabinose và galactose Không chứa acid

mycolic.Tỷ lệ mol GC trong ADN là 64,2%.

• Hệ sợi phân nhánh, hình thành rất nhiều sợi khí sinh có đường kính khoảng 1 μm Sợi cơ chất hầu hết không đứt đoạn Cuống sinh bào tử m Sợi cơ chất hầu hết không đứt đoạn Cuống sinh bào tử chứa 20 hoặc hơn bào tử dạng que ngắn hoặc dạng cầu với vỏ nhẵn hình thành trên sợi khí sinh theo chiều hướng gốc Sợi cơ chất không sinh bào tử

• Vai trò:

• Phân hủy, chuyển hóa chất hữu cơ

• Được ứng dụng để sản xuất phân bón vi sinh

Actinopolyspora

• Actinosynoema

• Đặc điểm:

• Là nhóm xạ khuẩn Gram + Khuẩn ty gồm hai loại là khuẩn ty cơ chất hình thành bó sợi (synnemata) trên bề mặt thạch và khuẩn ty khí sinh hình thành từ bó sợi Khuẩn ty sinh ra các chuỗi bào tử Các bào tử có khả năng hình thành tiên mao trong môi trường nước

• Thành tế bào chứa meso-DAP, acid glutamic, alanin, glucosamin và

acid muramic

• Tế bào không chứa thành phần đường đặc trưng Hiếu khí Ưa ấm Hóa

dị dưỡng hữu cơ Hầu hết các chủng được phân lập trực tiếp từ mô thực vật như lá cỏ bên bờ sông Tỷ lệ mol GC trong ADN là 73%

• Vai trò: Có vai trò trong việc chuyển hóa, phân hủy các chất hữu cơ trong đất

• Cellulomonas

• Đặc điểm:

• Là giống xạ khuẩn Gram +, hảo

khí, hình xoắn, đốt xoắn chùm

• Có khả năng sản sinh nhiều loại

enzim cellulase và xylanase trên

cơ chất bã mía, và có thể sử dụng

nhiều loại cơ chất cellulose khác

• Vai trò:

• Có tác dụng phân hủy, chuyển hóa

chất hữu cơ, được ứng dụng trong

sản xuất enzym cellulase, phân

giải rơm rạ và các chế phẩm

cellulose khác giúp xử lý rác thải

sinh hoạt, sản phẩm dư thừa trong

nông nghiệp hay sản xuất phân

hữu cơ

Cellulomonas

• Dermatophilus

• Đặc điểm:

• Gram +, hảo khí, hình đốt xoắn sao hoặc đốt xoắn chùm, ưa ẩm

• Nhiệt độ thích hợp 25-30 C.Độ ẩm thích hợp dao động từ 40-50 %, pH từ

6,8- 7,5

• Có khuẩn ty thật phân cắt tạo ra khỏi tế bào giống hình cầu.Tính hay di động: trong môi trường nước được đẩy bằng 1 chùm thiết bị đầu cuối của lông roi Nang bào tử nhiều múi

• Vách tế bào chứa meso-diaminopimelic

• Vai trò: phân hủy, chuyển hóa chất hữu cơ

• Frankia

• Đặc điểm:

• Gram dương hoặc Gram không cố định (variable)

• Không sinh sợi khí sinh Túi bào tử thường sinh trên cuống sinh bào tử Bào tử không có khả năng di động với hình dạng không cố định, từ không màu đến màu đen

• Hiếu khí hoặc vi hiếu khí Ưa ấm Hóa dị dưỡng hữu cơ Thường mọc rất chậm (thời gian giữa hai lần phân đôi tế bào là 1-7 ngày)

• Thành tế bào chứa meso-DAP, acid glutamic, alanin, acid muramic,

và glucosamine Hầu hết cộng sinh với một số thực vật hạt kín nhất định, tạo các nốt sần trên rễ ở vật chủ thích hợp Có thể tìm trong đất

Tỷ lệ mol GC trong ADN là 66-71%

• Vai trò:

• Phân hủy, chuyển hóa chất hữu cơ

• Có thể tạo nốt sần trên rễ một số cây không thuộc họ đậu và có khả năng

cố định nitơ

• Microbispora

Microbispora

• Đặc điểm:

• Là xạ khuẩn Gram +, hình đốt xoắn sao, sinh sản bằng bào tử

• Khuẩn ty khí sinh phân nhánh, hình thành từng cặp hai bao tử gắn với nhau Bào tử mọc trực tiếp hoặc trên cuống sinh bào tử ngắn, hình cầu hoặc oval, đường kính trung bình 1,2-1,6μm Sợi cơ chất hầu hết không đứt đoạn Cuống sinh bào tử m và không có khả năng di động

• Thành tế bào chứa acid muramic, meso-DAP nhưng không chứa đường

đặc trưng

• Hiếu khí, hóa dị dưỡng hữu cơ Ưa ẩm và ưa nhiệt Hầu hết các loài để sinh trưởng đều cần các vitamin nhóm B, đặc biệt là thiamin Trong tự nhiên thường tồn tại trong dầu Tỷ lệ mol GC trong ADN là 71-73%

• Vai trò: chuyển hóa các chất hữu cơ, tăng độ phì nhiêu cho đất Sản xuất

kháng sinh (vd: kháng sinh Microbisporicin do Microbispora Corallina

sản xuất)

• Micromospora

• Đặc điểm:

• Gram +, có khuẩn ty cơ chất phân nhánh, thường không có khuẩn ty khí sinh, không kháng axit, đường kính khuẩn ty từ 0,2 – 0,6 µm

• Bào tử không có khả năng di động mọc trực tiếp hoặc từ cuống sinh bào

tử Thành tế bào bào chứa meso-DAP, và acid 3-hydroxy

diaminopimelic, glycin

• Hiếu khí đến vi hiếu khí Hóa dị dưỡng hữu cơ Nhạy cảm với pH dưới 6,0 Có khả năng sinh trưởng ở nhiệt độ từ 20-400C Tỷ lệ mol

GC trong ADN là 71-73%

Micromospora

• Vai trò:

• Phân hủy chuyển hóa chất hữu cơ trong đất

• Có khả năng tạo kháng sinh thuộc nhiều nhóm khác nhau về mặt hóa học như: amynoglycosid, macrolid, polypeptid, ansamycin Vd: kháng sinh: gentamycin

• Có khả năng gây bệnh cho người và động vật, tuy nhiên khả năng gây bệnh có hạn chế và chưa rõ ràng

• Mycobacterium

Mycobacterium

• Đặc điểm:

• Gram +, hảo khí, hình xoắn chùm quả, đốt xoắn ốc

• Kích thước (0,2-0,6) * (1-10) µm

• Thành phần chính của thành tế bào là axit meso – 2,6 – diaminopimelic, arabinose và galactose

• Nhiệt độ tăng trưởng tối ưu khác nhau theo loài và khoảng từ 25 °C đến

50 °C

• Vai trò:

• Phân hủy, chuyển hóa chất hữu cơ

• Phân giải các hợp chất lân vô cơ khó tan (vd: M.cyaneum)

• Tổng hợp acid amin

• Nocardia

• Đặc điểm:

• Gram +, hảo khí, hình đốt xoắn dày, đốt xoắn sao

• Sợi sơ cấp phân nhánh trên bề mặt, sau đó xâm nhập vào trong thạch rồi đứt đoạn thành dạng que hay cầu hay không đều Sợi khí sinh có thể thưa thớt, phân nhánh hoặc không sau đó cũng đứt thành những mẩu ngắn hoặc dạng que Những mẩu này sẽ là nguồn gốc của những sợi mới Không có tế bào di động Khuẩn lạc nhão Hóa dị dưỡng hữu cơ Mọc dễ dàng trên các môi trường tiêu chuẩn

• Thành phần chính của tế bào là axit meso – 2,6 – diaminopimelic,

arabinose và galactose

• Tỷ lệ mol G+C trong ADN từ 66,1-72,7% Có nhiều trong đất

Nocardia

• Vai trò:

• Phân hủy, chuyển hóa chất hữu cơ

• Tham gia quá trình nitrat hóa

• Oxh sinh học Mn trong đất

• Pseudonocardia

• Đặc điểm:

• Gram +, hình đốt xoắn chùm, đốt xoắn cong

• Sợi khí sinh và sợi cơ chất đều sinh bào tử dạng chuỗi Sợi phân đoạn, thường có dạng zich-zac với xu hướng phồng lên ở ngọn hoặc ở giữa Sợi kéo dài bằng cách nảy chồi Các đoạn sợi có chức năng của bào tử hoặc biến đổi thành bào tử Thành sợi có hai lớp

• Hiếu khí Sinh trưởng trên nhiều loại môi trường hữu cơ hoặc tổng hợp

Ưa ấm hoặc ưa nhiệt

• Thành phần chính của thành tế bào là axit meso – 2,6 – diaminopimelic, arabinose và galactose

• Khả năng chuyển hóa trong đất: sử dụng axit humic và các chất hữu cơ khó phân hủy trong đất

• Vai trò: chuyển hóa các chất hữu cơ trong đất

• Streptosporangium

• Đặc điểm:

• Là nhóm xạ khuẩn hiếu khí, gram +, hóa năng dị dưỡng

• Hệ sợi xạ khuẩn phân nhánh ổn định và các túi bào tử hình cầu được sinh ra từ khuẩn ty khí sinh Các túi bào tử có thể dạng đơn hoặc dạng chùm, đường kính trung bình của chúng khoảng 7µm đến 20µm, có khi lên đến 40µm Túi bào tử được hình thành bằng sự chia thành ngăn của khuẩn ty không phân nhánh, cuộn tròn trong túi bào tử Bào tử có dạng hình cầu, hình oval hay hình que ngắn, thường có bề mặt trơn láng hoặc đôi khi có bề mặt hơi gợn sóng

• Đường kính các bào tử khoảng 0,2-1,3x0,2-3,5µm nhưng thường là 1,2x1,5µm Vách tế bào chứa acid muramic , meso-DAP nhưng không

có đường điển hình Thành phần G+C của DNA của chủng xạ khuẩn Streptosporangium khoảng 69,1-71 %

• Ưa ẩm, một số loài có khả năng chịu được nhiệt độ cao Một số loài cần các vitamin nhóm B cho sinh trưởng, khác nhau về hình thái khuẩn ty khí sinh như có cuống bào tử ngắn hoặc dài, túi bào tử đơn hay dạng chùm

• Streptosporangium thường hiện diện trong thảm mục cũng như trong đất Số lượng Streptosporangium trong các loại đất với mật độ ở

khoảng 104 đến 106 CFU/g đất khô Môi trường sống ưa thích của chúng là đất vườn giàu mùn và hơi acid Ngoài ra còn được phân lập từ