Bài giảng vi sinh vật môi trường (TS lê quốc tuấn) chương 3

Chương SINH TRƯỞNG NG VÀ PHÁT TRIỂN Ở VI SINH VẬT TS Lê Quốc Tuấn Khoa Môi trường ng Taiø nguyên Đaiï hoc ï Nông Lâm TP Hồ Chí Minh Khái niệm ™ Sinh trưởng ng tăng kích thước khối lượng ng tế bào ™ Phát triển (sinh sản) tăng số lượng ng tế bào Số lượng (log) Sinh trưởng ng phát triển VSV Pha ổn đònh Pha log Pha suy vong Pha lag Thời gian Mẫu lý thuyết sinh trưởng ng phát triển vi khuẩn ™ Nếu số tế bào ban đầu N0, sau n lần phân chia, số tế bào là: N = N0 x 2n n gọi số hệ tính ng logN = logNo + n.log2 n= (logN - logNo) log ™ Gọi t thời gian sau n lần phân chia, thời gian hệ (g) tính ng g= t t − t1 = log2 n log N − log No ™ Giá trò đão ngược g gọi ng số phân chia (C), ng số phân chia phụ thuộc vào: - Loài vi khuẩn - Nhiệt độ nuôi cấy - Môi trường ng nuôi cấy Số lượng tế bào Pha lũy thừa Pha lag Số lượng (log) Sinh trưởng ng phát triển Vi khuẩn môi trường ng nuôi cấy tónh Pha ổn đònh Pha suy vong Thời gian Pha ổn đònh Pha log Pha suy vong Pha lag Thời gian Đường ng cong sinh trưởng ng Pha lag ¾ Tính từ lúc nuôi cấy đến lúc đạt sinh trưởng ng cực đại ¾ Trong pha lag vi khuẩn chưa phân chia thể tích khối lượng tế bào tăng lên đáng kể ¾ Enzyme dùng ng hợp hình ng cho trình tổng thành nh pha ¾ Độ dài pha lag phụ thuộc vào giống ng môi trường ng ¾ Pha lag trình thích nghi vi khuẩn với môi trường ng μ= log X − log X log e(t − t1 ) Pha log ¾ Tế bào sinh trưởng ng phát triển theo lũy thừa ¾ Sinh khối số lượng tế bào tính theo phương trình: N = N0 2ct hay X = X0 2μt c: ng số tốc độ phân chia; μ: ng số tốc độ sinh trưởng ng ¾ Các ng số c μ tính theo công thức log X − log X μ= log e(t − t1 ) ¾ Các ng số tùy thuộc vào loạt yếu tố môi trường ng, đặc biệt chất dinh dưỡng môi trường ng nuôi cấy ¾ Thực tế, quần thể vi khuẩn có số tế bào không phân chia μ= log X − log X log e(t − t1 ) Pha log ¾ Sự sinh trưởng ng VSV thường ng xem xét dựa số yếu tố hạn chế nhiệt độ, pH, chất dinh dưỡng ¾ Vì Monod nêu lên cách tương tự mối quan hệ số c μ với nồng độ chất dinh dưỡng hạn chế qua phương trình: c = c max [S ] K s + [S ] μ = μ max [S ] K s + [S ] ¾ Ở cmax μmax ng số tốc độ phân chia ng số bão hoà ng số tốc độ sinh trưởng ng cực đại, Ks [S] nồng ng độ chất dinh dưỡng hạn chế ¾ Hằng ng số bảo hòa Ks thường ng có giá trò thấp Một số ng số bão hòa Vi sinh vật Chất dinh dưỡng hạn chế Ks E coli E coli E coli E coli E coli E coli M tuberculosis A aerogenes B megatherium E coli glucose mannitol lactose glucose tryptophan tryptophan glucose phosphate O2 O2 O2 4mg/l 2mg/l 20mg/l 7,5mg/l 0,2 đến 1,0 μg/l 0,4 μg/l 3, 9μg/l 0,6mmol/l 3,1 10-8 mol/l 6,0 107 mol/l 2,2 10-8 mol/l Các phương pháp xác đònh số lượng ng ¾Đếm trực buồng ng đến tiếp ng ¾Đếm tế bào tổng ng (sống ng chết) Các phương pháp xác đònh số lượng ng ¾ Nhuộm tế bào trước đếm: Sự bắt /không bắt màu tế bào sống/che ng/chết; bắt màu khác ¾Nuôi cấy đếm khuẩn lạc tế bào sống ¾Nếu vi khuẩn khó tạo khuẩn lạc dùng phương pháp số lượng khả ¾Lọc qua màng vi lọc, cho vào MT dinh dưỡng, kiểm tra khuẩn lạc Phương pháp xác đònh số lượng ng E coli Phương pháp xác đònh số lượng ng E coli Các phương pháp xác sinh khối Phương pháp trực tiếp ¾ Xác đònh sinh khối tươi khô (kém xác) ¾ Xác đònh hàm lượng ng nitrogen tổng ng, NH3, hay carbon tổng ng (có độ xác cao) ¾ Xác đònh hàm lượng ng protein vi khuẩn Các phương pháp xác sinh khối Phương pháp gián tiếp ¾ Đo độ đục dòch treo tế bào ¾Lập đường ng chuẩn ¾Giá trò OD phụ thuộc vào giai đoạn phát triển vi khuẩn ¾ Đo số cường ng độ trao đổi chất hấp thu O2, tạo thành nh CO2 hay acid Tác dụng ng yếu tố bên lên sinh trưởng ng phát triển vi khuẩn Ngưỡng tác dụng ng ¾Tối thiểu: vi khuẩn bắt đầu sinh trưởng ng mở đầu trình trao đổi chất ¾Tối thích: vi khuẩn sinh trưởng, phát triển cực đại ¾Cực đại: ngừng sinh trưởng thường chết Các yếu tố tác dụng ng ¾Yếu tố vật lý: nhiệt độ, độ ẩm ¾Yếu tố hóa học: pH, oxy hóa khử ¾Yếu tố sinh học: kháng sinh Cơ chế tác dụng ng ¾ Phá hủy tế bào: số chất lizozyme có khả phân hủy thành nh tế bào; penicillin phá hủy màng ng tế bào ¾Thay đổi tính thấm màng tế bào: chất có tính oxi hóa cao H2O2, halogen, rượu, phenol, triton… ¾Thay đổi đặc tính keo NSC: nhiệt độ cao làm biến tính protein Cơ chế tác dụng ng ¾ Kìm hãm hoạt tính: kìm hãm hoạt tính enzyme, gây tổn hại đến trình trao đổi chất ¾Hủy hoại trình tổng hợp: làm bất hoạt enzyme trao đổi chất cách gắn vào trung tâm hoạt động Các yếu tố vật lý ¾ Độ ẩm: thiếu nước làm chậm trình trao đổi chất, gây nên chết tế bào ¾Nhiệt độ: nhiệt độ thấp làm giảm trình trao đổi chất, nhiệt độ cao gây biến tính protein ¾Âm thanh: sóng siêu âm ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng vi khuẩn Các yếu tố vật lý ¾ Sức căng bề mặt: sức căng bề mặt thấp làm cho NSC tách ch khỏi tế bào ¾Các tia xạ: gây nên biến đổi hóa học phân tử protein, DNA ¾Ánh sáng mặt trời: tia tử ngoại gây đột biến gây chết tế bào Các yếu tố hóa học ¾ pH môi trường ng: sức căng bề mặt thấp làm cho NSC tách ch khỏi tế bào ¾Thế oxi hóa khử: thể mức độ thoáng khí môi trường, liên quan đến Oxy (có vai trò lớn vi khuẩn) ¾Các chất diệt khuẩn ¾Các chất hóa trò liệu Các yếu tố sinh học „ „ Kháng ng thể: phân tử immunoglobulin, giúp hệ miễn dòch nhận biết vô hiệu hóa tác nhân lạ Kháng sinh: chất tiêu diệt hay kìm hãm phát triển vi khuẩn, penicillin [...]... bào được cung cấp những điều kiện môi trường ng nhất đònh ¾ Khó điều khiển tự động ng ¾ Điều khiển tự động ng Làm đồng ng bộ sự phân chia tế bào ¾Gây sốc nhiệt: hạ hoặc tăng nhiệt độ đột ngột ¾Thay đổi thành phần môi trường: gây đó acid amin ¾Chọn lọc cơ học: soi kính hiển vi để chọn những tế bào vừa mới sinh ra (TB nhỏ) Các phương pháp xác đònh sinh trưởng ng của vi khuẩn Các phương pháp xác đònh... protein của vi khuẩn Các phương pháp xác sinh khối Phương pháp gián tiếp ¾ Đo độ đục của dòch treo tế bào ¾Lập đường ng chuẩn ¾Giá trò OD phụ thuộc vào giai đoạn phát triển của vi khuẩn ¾ Đo chỉ số cường ng độ trao đổi chất như hấp thu O2, tạo thành nh CO2 hay acid Tác dụng ng của các yếu tố bên ngoài lên sinh trưởng ng và phát triển của vi khuẩn Ngưỡng tác dụng ng ¾Tối thiểu: vi khuẩn bắt đầu sinh trưởng... giải Đường ng cong sinh trưởng ng của một số loài vi sinh vật Một số phương pháp bảo quản VSV ¾ Cấy chuyển thường ng xuyên, giữ ở 40C ¾Bảo quản dưới dầu vô trùng ¾ Bảo quản trong cát hoặc sét vô trùng ng ¾ Đông khô: là PP hoàn thiện và hiệu quả, bảo quản được vài năm ¾ Bảo quản trong glycerin (10%) và giữ ở nhiệt độ – 600C hay – 800C, PP này bảo quản lâu nhất Sinh trưởng ng của vi khuẩn trong quá trình... đònh ¾Trong phòng TN thì cấy chuyền liên tục qua môi trường mới ¾ Trong sản xuất thì đưa dinh dưỡng vào liên tục và lấy sinh khối vi khuẩn ra với một lượng ng tương đương Thiết bò nuôi cấy liên tục chemostat Thiết bò chemostat Đường ng con sinh trưởng ng trong nuôi cấy liên tục Thiết bò nuôi cấy liên tục turbidostat 1, Dưỡng chất (200 L); 2, Bơm đònh lượng; 3, Bộ cảm biến (50 - 5 000 ohms); 4, Bộ bắt sáng... dụng ng ¾Tối thiểu: vi khuẩn bắt đầu sinh trưởng ng và mở đầu các quá trình trao đổi chất ¾Tối thích: vi khuẩn sinh trưởng, phát triển cực đại ¾Cực đại: ngừng sinh trưởng và thường chết Các yếu tố tác dụng ng ¾Yếu tố vật lý: nhiệt độ, độ ẩm ¾Yếu tố hóa học: pH, thế oxy hóa khử ¾Yếu tố sinh học: kháng sinh Cơ chế tác dụng ng ¾ Phá hủy tế bào: một số chất như lizozyme có khả năng phân hủy thành nh tế bào;... là số VSV sinh ra bằng ng số VSV chết đi ¾Số lượng tế vào và sinh khối không tăng, không giảm ¾ Tốc độ sinh trưởng ng phụ thuộc vào cơ chất ¾ Nguyên nhân tồn tại pha ổn đònh là do: ¾Sự tích lũy các sản phẩm gây độc ¾Sự cạn kiệt nguồn dinh dưỡng Pha tử vong ¾ Số lượng ng tế bào giảm theo lũy thừa ¾ Nguyên nhân của pha tử vong chưa rõ ràng, nhưng có liên quan đến điều kiện bất lợi của môi trường ¾ Một... lạc tế bào sống ¾Nếu vi khuẩn khó tạo khuẩn lạc thì dùng phương pháp số lượng khả năng nhất ¾Lọc qua màng vi lọc, cho vào MT dinh dưỡng, kiểm tra khuẩn lạc Phương pháp xác đònh số lượng ng E coli Phương pháp xác đònh số lượng ng E coli Các phương pháp xác sinh khối Phương pháp trực tiếp ¾ Xác đònh sinh khối tươi hoặc khô (kém chính xác) ¾ Xác đònh hàm lượng ng nitrogen tổng ng, NH3, hay carbon tổng ng... 5 000 ohms); 4, Bộ bắt sáng (ORP 12); 5, Bộ lọc (0.45 μm); 6, Cột tăng sinh (80 L); 7, Đèn huỳnh quang; 8, Bể chứa tảo (125 L) Tăng sinh tảo trong thực tế Đường ng con sinh trưởng ng của tảo lục trong nuôi cấy liên tục Sự khác nhau giữa nuôi cấy tónh và liên tục ¾ Hệ thống ng đóng ng ¾ Hệ thống ng mở ¾ Tế bào trải qua các pha sinh trưởng và phát triển ¾ Thiết lập được 1 cân bằng động học, yếu tố thời... enzyme trao đổi chất bằng cách gắn vào các trung tâm hoạt động Các yếu tố vật lý ¾ Độ ẩm: thiếu nước sẽ làm chậm hoặc mất quá trình trao đổi chất, gây nên sự chết của tế bào ¾Nhiệt độ: nhiệt độ thấp làm giảm quá trình trao đổi chất, nhiệt độ cao gây biến tính protein ¾Âm thanh: sóng siêu âm ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng của vi khuẩn ... chia phụ thuộc vào: - Loài vi khuẩn - Nhiệt độ nuôi cấy - Môi trường ng nuôi cấy Số lượng tế bào Pha lũy thừa Pha lag Số lượng (log) Sinh trưởng ng phát triển Vi khuẩn môi trường ng nuôi cấy tónh... thuộc vào giống ng môi trường ng ¾ Pha lag trình thích nghi vi khuẩn với môi trường ng μ= log X − log X log e(t − t1 ) Pha log ¾ Tế bào sinh trưởng ng phát triển theo lũy thừa ¾ Sinh khối số lượng... Tác dụng ng yếu tố bên lên sinh trưởng ng phát triển vi khuẩn Ngưỡng tác dụng ng ¾Tối thiểu: vi khuẩn bắt đầu sinh trưởng ng mở đầu trình trao đổi chất ¾Tối thích: vi khuẩn sinh trưởng, phát triển