Ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến vi sinh vật và sự phân bố của vi sinh vật trong tự nhiên

Nếu bất lợi  ức chế sinh trưởng và tiêu diệt sự sống của VSV - Các yếu tố ngoại cảnh tác động đến VSV gồm có 3 loại.. - Cơ chế: Ơ nhiệt độ thấp, nước tự do trong tế bào VSV bị đóng băng

CHƯƠNG 4

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ NGOẠI CẢNH ĐẾN VSV VÀ SỰ PHÂN BỐ CỦA VSV

TRONG TỰ NHIÊN

I Ảnh hưởng của yếu tố ngoại cảnh đến vi sinh vật

- VSV cũng như mọi sinhvật khác đều tuân theo qui luật: Cơthể và môi trường là một khối thống nhất

- Sự sinh trưởng và phát triển của VSV chịu ảnh hưởng rất lớn của các yếu tố ngoại cảnh

Nếu thuận lợi  đẩy mạnh VSV sinh trưởng

Nếu bất lợi  ức chế sinh trưởng và tiêu diệt sự sống của VSV

- Các yếu tố ngoại cảnh tác động đến VSV gồm có 3 loại

Yếu tố lý học Yếu tố hoá học Yếu tố sinh vật học

1 Ảnh hưởng của yếu tố vật lý:

a Độ ẩm:

Mọi hoạt động sống của VSV đều liên quan đến nước

Trong tế bào VSV, nước chiếm tỷ lệ cao: 80 - 90%

Ví dụ: Nấm men nước có 73 - 82%

Vi khuẩn 75 - 85%

Nấm mốc 84 - 90%

Thiếu nước VSV khó có thể tồn tại.

Ở trạng thái khô sinh trưởng của VSV bi ức chế

Sức đề kháng của VSV với trạng thái khô phụ thuộc vào :

- Nguồn gốc của VSV: VSV trong không khí >VSV đất > VSV nước

- Loại VSV: Xạ khuẩn > vi khuẩn > nấm mốc

- Trạng thái tế bào: Nha bào > vi khuẩn

Mỗi loài VSV có độ ẩm tối thiểu:mốc 15%,vi khuẩn 20 - 30%

.Ứng dụng: Bảo quản nông sản, nguyên liệu: phơi, sấy khô.

Trong phòng bệnh cho gia súc, giữ chuồng trại khô ráo

b Nhiệt độ:

- Hoạt động sống của VSV gắn liền với các phản ứng hoá học

Các phản ứng này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ

- Phạm vi nhiệt độ để VSV có thể tồn tại là từ 00C - 900C

- Mỗi loại VSV có một khoảng nhiệt độ cho hoạt động sống của

nó gọi là giới hạn nhiệt độ sinh trưởng

Dựa vào mối quan hệ của VSV với nhiệt độ chia VSV làm 4 nhóm:

- Vi sinh vật ưa lạnh: Sinh trưởng ở nhiệt độ 00C - 300 C

Nhiệt độ thích hợp 200C Nhóm VSV này sống ở hồ sâu, đáy biển, suối nước lạnh, vùng địa cực, hoặc trong phòng lạnh bảo quản thực phẩm

- Vi sinh vật ưa ấm: Sinh trưởng ở nhiệt độ 200C - 400C

Nhiệt độ thích hợp 370CChiếm đại đa số các VSV, nhóm này chủ yếu sống hoại sinh và

những VSV ký sinh gây bệnh cho người, động vật

- Vi sinh vật ưa nóng: Sinh trưởng ở nhiệt độ 350 C - 800 C

Nhiệt độ thích hợp 500 C - 600 CNhóm VSV này chủ yếu là xạ khuẩn, vi khuẩn có nha bào

Thường gặp ở bãi rác, đống phân ủ, suối nước nóng, sa mạc

- Vi sinh vật chịu nhiệt :

Sinh trưởng được trên nhiệt độ sôi của nước.

Ví dụ: Vi khuẩn Pyrodictium occultum

sinh trưởng ở 80-1050C Nếu nhiệt độ nằm ngoài giới hạn nhiệt độ sinh trưởng sẽ ảnh hưởng đến VSV

+ ảnh hưởng của nhiệt độ thấp:

- Nhiệt độ thấp sinh trưởng và phát triển của VSV bị ức chế

- Hoạt động sinh lý giảm, VSV chuyển sang trạng thái ngủ tiềm sinh

- Cơ chế:

Ơ nhiệt độ thấp, nước tự do trong tế bào VSV bị đóng băng

thành những tinh thể nhỏ li ti

Nên không phá vỡ màng tế bào,VSV sống cầm chừng

Nếu loại bỏ yếu tố nhiệt độ thấp  VSV hoạt động trở lại

- Sức đề kháng của VSV với nhiệt độ thấp phụ thuộc vào:

Loại hình vi sinh vật Trạng thái sinh lý của vi sinh vật (non hay già) Thành phần môi trường

ứng dụng:

Sử dụng nhiệt độ thấp để bảo quản giống VSV, thức ăn, nguyên vật liệu + Bảo quản giống VSV:

- Với vi khuẩn, nấm men, nấm mốc thường giữ ở 2 - 8 0 C

- Với virus giữ ở nhiệt độ âm ( - 86 0 C)

- Phương pháp đông khô

Làm lạnh huyễn dịch VSV nhanh xuống nhiệt -70 0 C

Rồi nâng nhiệt độ trong điều kiện chân không sẽ làm các tinh thể

băng thăng hoa, tế bào tách khỏi nước mà không tiếp xúc với không khí sẽ tồn tại lâu mà không bị chết

Phương pháp này dùng để bảo quản giống VSV, vacxin

- Bảo quản VSV trong nitơ lỏng có nhiệt độ -190 0 C.

+ Bảo quản thức ăn, nguyên vật liệu:

Ví dụ: Rau, hoa quả 4 0 C - 8 0 C

ảnh hưởng của nhiệt độ cao:

- Nhiệt độ cao sẽ gây hại cho VSV

- Làm biến tính protein, enzym bất hoạt  TĐC bị đình chỉ

- Hầu hết VSV ở thể dinh dưỡng bị bất hoạt ở 650C/30 phút

- Tác động của nhiệt độ cao với VSV có quan hệ với các yếu tố khác như: thời gian tác động, sức chịu nhiệt của VSV, lượng nước trong tế bào

Đây là cơ sở cho việc xác định biện pháp khử trùng bằng nhiệt

Ví dụ:

Hấp Pasteur chậm: 630 C/ 30 phút

Hấp hơi nước cao áp: 1200 C/ 15 - 30 phút

Sấy khô : 1800 C/ 30 phút

c Không khí:

- Oxy là chất có vai trò quan trọng trong sinh trưởng của VSV

- Oxy cần cho một số nhóm VSV nhưng lại gây độc cho một số nhóm khác

- Xét trên cơ sở thích ứng với oxy,VSV chia làm 3 nhóm:

+ VSV hiếu khí

+ VSV kỵ khí

Vi khuẩn hiếu khí, có enzim catalaza, peroxydaza phân huỷ H2O2

Vi khuẩn yếm khí không có 2 enzim này nên nếu có oxy, lập tức H2O2 được tạo thành và giết chết chúng.

+ VSV tuỳ tiện:

- Năng lượng của tia tỷ lệ nghịch với chiều dài bước

sóng nên tia có bước sóng càng ngắn thì tác dụng càng mạnh.

+ánh sáng mặt trời:

- Đa số các VSV sinh trưởng không cần ánh sáng và bị ánh sáng mặt trời ức chế hoặc tiêu diệt

Trừ nhóm VSV có sắc tố quang hợp

Ví dụ: Vi khuẩn Azotobacter chrococcus

- Cơ chế của ánh sáng mặt trời :

Trực tiếp phá huỷ tế bào

Hoặc gián tiếp tạo ra peroxit ( H202) trong môi trường có tác dụng diệt khuẩn

- Trong ánh sáng mặt trời, tia tử ngoại có tác dụng mạnh nhất

- Ưng dụng:

Sử dụng ánh sáng mặt trời để làm khô, tiêu độc vật dụng nguyên liệu bằng cách phơi nắng

+Tia tử ngoại (UV - utralviolet):

- Có bước sóng 1000 - 3000 A0 , diệt khuẩn mạnh ở 2600 A 0

- Tác dụng của tia là gây kìm hãm sự sinh trưởng, đột biến gen đối với

VSV.

- Cơ chế:

Tia tử ngoại gây quang oxy hoá trong NSC

Tác động đến axit nucleic, nucleoproteit, gây chuyển hoá các bazơ

pyrimidin tạo ra hydrat pyrimidin hoặc dime - pyrimidin do đó gây đột biến hoặc giết chết tế bào.

- Lực đâm xuyên của tia tử ngoại kém, chỉ xuyên qua được lớp nước trong hoặc thuỷ tinh mỏng nên được sử dụng:

Khử trùng không khí phòng mổ, buồng cấy VSV

Khử trùng nước uống

Điều trị lao da.

+ Tia X, tia phóng xạ (tia g):

- Là các tia có bước sóng ngắn, W lớn

Tia X: 0,06 - 136 A0, Tia g: 0,006 - 1,6 A0

- Tác dụng của tia:

Trực tiếp phá huỷ các thành phần của tế bào: ADN, protein

Gián tiếp tạo ra các gốc oxy hoá mạnh: H 2 0 2, 0-

- Lực đâm xuyên của các tia này cao, nên được sử dụng:

Khử trùng nguyên liệu ( độ dày 20 - 30 cm)

Gây đột biến tế bào

Muốn giữ nguyên được hình dạng, kích thước: Pmt = Ptb

.Nếu Pmt > Ptb  Tế bào VSV bị teo NSC  TĐC bị ảnh hưởng

Nếu Pmt < Ptb  NSC bị chương  TĐC bị ảnh hưởng

- ứng dụng:

Dùng muối,đường trong bảo quản, chế biến thực phẩm

Ví dụ: Bảo quản thịt dùng muối 30 %, cá 20 %

ảnh hưởng của NaCl:

Bình thường VSV thích ứng ở nồng độ muối < 2 %

Nồng độ muối 3 - 5 %  VSV chậm phát triển

Nồng độ muối 10 - 12 %  VSV ngừng hoạt động

Khi nồng độ muối cao  VSV bị teo NSC

Tuy nhiên vẫn có VSV thích ứng ở nồng độ muối, đường cao:

VSV ở biển, mỏ muối

- Tuy nhiên nhiều loại VSV chịu được áp lực cao

Ví dụ: VSV sống ở đáy biển, mỏ dầu

2 ảnh hưởng của các yếu tố hoá học:

a Độ pH:

- Là chỉ số ion H +

- Một thay đổi nhỏ về nồng độ H+  TĐC ảnh hưởng

Cơ chế:

pH cần cho hoạt động của nhiều enzym

pH ảnh hưởng độ hoà tan của một số muối:K,Na

pH thay đổi ảnh hưởng đến điện tích màng NSC, tính thấm

của màng > ảnh hưởng đến vận chuyển các chất qua màng tế bào trong quá trình TĐC

- Mỗi loại VSV có một giới hạn pH sinh trưởng:

+ + +

pH cực tiểu pH thích pH cực đại

hợp

- Mỗi nhóm VSV có giới hạn pH sinh trưởng khác nhau Nhìn chung:

pH cực tiểu pH thích hợp pH cực đại Vi khuẩn 4 6,8 - 7,2 10

Nấm men 2 - 2,5 4 - 6 8

Nấm mốc 1,5 - 2 4 - 6 8 - 10

- Mỗi loài VSV có giới hạn pH sinh trưởng khác nhau:

.Vi sinh vật ưa pH trung tính: pH từ 5 - - 7,5 - 8,5

Vi sinh vật ưa pH kiềm : 6 -8, - 9,5 Vi sinh vật chịu kiềm : pH tối thích > 9,5

Ví dụ: Vibrio cholera pH thích ứng = 9

Vi sinh vật ưa axit nhẹ : 3 - 6,5 -8,5 Vi sinh vật ưa axit : 2 - 5 - 7 Vi sinh vật chịu axit : 1 - 2 -5

ứ ng dụng:

- Trong nuôi cấy VSV:

Cần tạo môi trường nuôi cấy ban đầu có pH thích hợp Cần duy trì độ pH thích hợp của môi trường bằng cách

bổ sung muối của axit yếu: carbonat, axetat

- Trong chế biến, bảo quản thực phẩm sử dụng axít hữu cơ: axit axetic, axit lactic để hạn chế sự phá hoại của VSV gây thối (axit axetic 3%)

- Trong nông nghiệp bón vôi cho đất chua là biện pháp điều chỉnh pH cho VSV đất hoạt động tốt

b ảnh hưởng của chất khử trùng tiêu độc

+ Khái niệm:

Là những chất hoá học gây hại cho VSV nhưng cũng gây hại cho động vật

+ Căn cứ vào mức độ tác dụng của chúng với VSV mà tên gọi

của các chất như sau:

- Chất sát trùng hay chất tiêu độc:

Chỉ các chất có tác dụng tiêu diệt được VSV nhưng không

diệt được nha bào của chúng.

- Chất ức chế:

Là những chất chỉ làm ngừng quá trình sinh trưởng và phát

triển của VSV, tế bào VSV không bị diệt mà ở trạng thái tiềm

tàng.

- Chất kháng khuẩn:

Là những chất làm ngừng quá trình sinh trưởng và phát triển của VSV, nhưng tế bào VSV có thể bị tiêu diệt.

+ Chất diệt khuẩn:

Là những chất có thể diệt được toàn bộ VSV, kể cả nha bào

+Các chất khử trùng, tiêu độc:

@ Axit:

Tác dụng của axit đến VSV phụ thuộc vào nồng độ ion H+, thường các axit

vô cơ có tác dụng mạnh hơn axit hữu cơ.

@ Kiềm :

Tác dụng sát trùng là do ion OH - nhưng yếu hơn H+.

Các loại kiềm có độc với VSV là: KOH, NaOH, Ba(OH)2, NH4OH

Độ độc của kiềm phụ thuộc vào sự phân ly ion OH-.

@ Halogen và các hợp chất của nó

+ Clo (Cl 2 ):

Clo và hợp chất của nó có tác dụng khử trùng mạnh là do:

- Clo và hợp chất của nó có sự hình thành axit pecloric

(HOCl)

Axit này rất hoạt động, phân huỷ tiếp cho ra Oxy

Oxy mới sinh ra có khả năng oxy hoá mạnh làm phá huỷ

màng tế bào

Cl2 + H2O  HOCl + HClHOCl  HCl + O

- Clo còn thay thế Hydro trong nhóm amin của protein tạo thành cloramin  cấu trúc protein thay đổi tế bào bị phá huỷ

Cl2 + R2 = NH  R2 = NCl + HCL

tiêu độc chuồng trại, các chất thải, nhà vệ sinh

+Iod ( I 2 ):

- Iod có tác dụng diệt khuẩn mạnh

- Iod là tác nhân oxy hoá mạnh Phá huỷ TĐC, bất hoạt enzym

- Iod hoà tan trong cồn và dung dịch KI,

ứng dụng:

Iod được dùng pha với cồn thành nồng độ 3% - 5% để sát trùng da.

Hợp chất của iod như CHI3 (iodofor), HgI3, AgI3 có tác dụng diệt khuẩn mạnh.

@ Kim loại nặng và các hợp chất của nó:

- Đa số kim loại nặng và hợp chất của nó đều rất độc với VSV (do độ độc của ion kim loại )

- Độ độc kim loại theo thứ tự: Hg, Pb, Ag, Cu, As(Acsen).

.HgCl2 : 0,02% đã tiêu diệt nhiều loại vi khuẩn,1% có thể

tiêu diệt được các nha bào.

.AgNO3 : 2% có tác dụng diệt khuẩn.

.CuSO4 : 0,001% ức chế được vi khuẩn và diệt được tảo

.Hợp chất As hữu cơ như Neosalvacsan điều trị giang mai

@ Phenol và các dẫn xuất của nó:

- Phenol (C6H5OH) và dẫn xuất của nó là cresol, lysol

@ Cồn (Alcohol)

- Có tác dụng khử trùng mạnh

-Cơ chế:

Hoà tan lipit màng tế bào và làm đông vón protein NSC

-Tác dụng khử trùng của cồn liên quan tới trọng lượng phân tử vànồng độ

Tác dụng sát trùng : Metylic < Etylic < Butylic < Propyolic Nồng độ có hiệu quả sát trùng cao của Etylic : 70 – 90 %

Propyolic : 40 - 80%-ứng dụng:

.Dùng cồn Etylic 70% để sát trùng da, 90% sát trùng dụng cụ mổ

- Formaldehyt sử dụng ở dạng lỏng gọi là formol (formalin)

Dung dịch này có thêm 10-15% metylic để ngăn sự trùng hợp của formaldehyt thành paraformaldehyl chất rắn

- ứng dụng:

Formol : 1% - 5% để tiêu độc, sát trùng

10% khử khuẩn và ngâm xác chết 4 %0 / 1 tháng để giảm độc tố của vi khuẩn uốn ván

Phun vào nước ao, bể 15 - 25 ppm

Tắm động vật thuỷ sản 200 - 250 ppm /30 - 60phút

Dùng 35ml formol + 17,5g KMnO4/1m3

khử trùng không khí phòng mổ, máy ấp.

@ CaO (vôi củ, vôi nung)

- Vôi nung dạng cục màu trắng tro

- Vôi nung khi bón xuống ao , trong nước oxy hoá thành

Ca (OH)2, và toả nhiệt, sau chuyển thành CaCO3

- Để trong không khí hút ẩm chuyển thành Ca (OH)2

- Ca (OH)2 có tác dụng sát trùng,

- CaCO3 làm xốp đáy ao, tạo độ thoáng khí, tăng phân giải chất hữu

cơ của VSV, ổn định pH hơi kiềm thích hợp cho động vật thuỷ sản

- ứng dụng:

Tiêu độc chuồng trại máng ăn: nước vôi bão hoà10 - 12%

Khử trùng đáy ao : CaO 1000Kg/ ha.

Khử trùng nước ao : CaO 15 - 20 g/ m3 nước

C Các chất hoá học trị liệu

- Các chất hoá học trị liệu là những chất hoá học Có tác dụng độc đối với

VSV nhưng hầu như không gây độc cho động vật.

- Thành phần, cấu trúc biết rõ, có thể tổng hợp được bằng phương pháp hoá học

- Đặc điểm của các chất này là có cấu trúc tương tự chất của tế bào VSV

Các chất hoá học trị liệu chống vi khuẩn gồm:

- Do hoạt chất của sulfamid cao nên chiếm chỗ của

PABA làm axit folic không được tạo thành, quá trình sinh tổng hợp protein không xảy ra, sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn bị ngừng.

- Sulfamid tác dụng rõ lên

Cầu khuẩn : Streptococcus, song cầu khuẩn, tụ cầu

Trực khuẩn: bạch hầu, trực khuẩn đường ruột,

Không có tác dụng với vi khuẩn lao , virus

- Khi sử dụng sulfamid trong điều trị cần chú ý:

+Isonicotinic hydrat(I.N.H) ,Rimifon:

Là chất đối kháng với vitamin B6 (Pyridoxin)

CH2OH O = C – NHNH2

HO CH2OH

H3C

N N Pyridoxin Rimifon

+ Para amino salixilic (P.A.S):

.Là chất đối kháng với axit salixilic

Axit salixilic yếu tố sinh trưởng của vi khuẩn lao.Dùng Para amino salixilic trong điều trị bệnh lao

OH H2N OH

COOH COOH Axit salixilic P.A S

d Chất kháng sinh (Antibiotic)

+ Khái niệm:

.Chất kháng sinh là những hợp chất hoá học được chiết ra từ sinh vật, ở nồng độ thấp cũng có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt các VSV một cách chọn lọc.

+ Các loại kháng sinh:

Căn cứ vào nguồn gốc: Kháng sinh có 3 nhóm chính:

- Kháng sinh từ VSV:

Từ vi khuẩn: Bacitraxin do Bacillus licheniformi

Polimixin do Bac polymyxa Subtilin do Bacillus subtilis Từ xạ khuẩn:Streptomycin do Actinomyces streptomycin

Neomycin do Actinomyces fradiae Kanamycin do Actinomyces kanamycetius Tetracyclin do Actinomyces aureofaciens Erythromycin do Actinomyces erythreus

- Nấm mốc: Penicillin do Penicillin notatum

+ Cơ chế tác dụng:

Các kháng sinh có thành phần hoá học rất khác nhau

Vì vậy kháng sinh tác động lên vi khuẩn ở 3 hướng chủ yếu:

- Làm ngừng tổng hợp màng tế bào hoặc phá huỷ màng tế bào, gây rối loạn chức năng của màng NSC, đặc biệt là chức năng thẩm

thấu chọn lọc  làm ngừng quá trình TĐC

.Thuộc hướng tác động này:

Penicillin,Baxitraxin,Xefalosporin, Vancomycin

- Làm ngừng tổng hợp protein hoặc xúc tiến tổng hợp protein

không có quan hệ đến tế bào VSV

Thuộc hướng tác động này: Cloramphenicol, Kanamycin,

Tetracyclin, Neomycin, Erythromycin

- Gây ức chế tổng hợp axit nucleic, ngăn cản sự sao chép ADN,

ngăn cản sự tổng hợp ARN polymetaza

Các kháng sinh này gồm có:

Actinomycin, Novobioxin,Mitomixin

+ Tính kháng thuốc của vi sinh vật:

Sau khi sử dụng rộng rãi một loại kháng sinh nào đó trong một thời gian dài,

Có hiện tượng ngày càng nhiều loại vi khuẩn xuất hiện khả

năng chống lại tác dụng trị liệu của loại kháng sinh đó

Hiện tượng này gọi là tính kháng thuốc của VSV

* Cơ chế gây nên tính kháng thuốc:

- Do những biến đổi ở bộ máy di truyền của VSV:

Cấu trúc ADN nhân tế bào VSV có thể thay đổi do sự tác động của kháng sinh

Làm xuất hiện chức năng khác thường của tế bào tạo nên tính kháng thuốc

Vídụ: Staphylococcus aureus chủng gây bệnh

có thể có enzym Penicilinaza