Dinh dưỡng của vi sinh vật

Dinh dưỡng vi sinh vật Dinh dưỡng vi sinh vật Bởi: Ngô Tự Thành Mở đầu Tế bào vi sinh vật thực thể vật chất nguyên tố hóa học Tuy nhiên, thực thể sống (cơ thể sống), chúng có trình trao đổi vật chất lượng với môi trường để tồn sinh trưởng Quá trình trao đổi vật chất lượng bao gồm thu nhận vật chất từ bên vào để phân hủy chúng nhằm tạo lượng cho tế bào (nếu không lấy lượng ánh sáng), tổng hợp lại (mới) thành hợp phần tế bào Như thể cần phải cung cấp nguyên liệu tho hay gọi chất dinh dưỡng Các chất dinh dưỡng (nutrients) chất dùng cho sinh tổng hợp và/ để tạo lượng cho tế bào, có nghĩa chúng cần thiết cho sinh trưởng tế bào thể Có thể hiểu theo nghĩa rộng, dinh dượng (nutrition) toàn trình hấp thụ chất vô hữu từ môi trường vào tế bào, đào thải cặn bã chuyển hóa khỏi tế bào Quá trình chuyển hóa (metabolism) gồm phân hủy chất hấp thụ để giải phóng lượng tổng hợp chất tế bào tiêu tốn lượng Sự hấp thụ thải bỏ chất tiêu tốn lượng Tế bào cần phải hấp thụ tất chất dinh dưỡng chứa nguyên tố mà tế bào vốn có Nói cách khác, nhu cầu dinh dưỡng phản ánh thành phần nguyên tố tế bào Trong nghiên cứu sản xuất, người ta nuôi vi sinh vật môi trường dinh dưỡng, nơi chứa chất cần thiết mà chúng hấp thụ để tồn sinh sống Trên môi trường dinh dưỡng, vi sinh vật nuôi thành dạng khiết (chủng khiết) để nghiên cứu đặc tính chúng, để thu nhận thêm sản phẩm chúng nhờ trình sản xuất công nghiệp Thông thường phân tử chất dinh dưỡng vào tế bào theo chế khuếch tán thụ động, chúng phải vận chuyển vào tế bào nhờ ba chế khác, theo protein vận chuyển nằm màng tế bào đóng vai trò quan trọng Về phần vi sinh vật cucaryot chúng sử dụng chế nhập nội bào (endocytosis) Câu hỏi : Định nghĩa chất dinh dưỡng (nutrients) dinh dưỡng (nutrition) 1/15 Dinh dưỡng vi sinh vật Khái niệm chất dinh dưỡng dinh dưỡng dùng riêng cho vi sinh vật hay cho thực vật, động vật? Vì tế bào cần thực dinh dưỡng? Hiểu sơ môi trường dinh dưỡng vi sinh vật? Việc nuôi vi sinh vật môi trường dinh dưỡng nhằm mục đích thực tiễn gì? Các protein vận chuyển thành phần màng tế bào có vai trò dinh dưỡng tế bào? Thành phần nguyên tố yế bào liên quan đến nhu cầu dinh dưỡng Thành phần nguyên tố tế bào Mọi tế bào chứa 10 – 12 nhuyên tố đa lượng nhiều nguyên tố vi lượng Các nguyên tố đa lượng cần cung cấp với lượng lớn, chúng tham gia vào hợp chất hóa học chiếm lượng lớn tế bào, cacbohydrat, lipit, protein, bà axit nucleic Những nguyên tố vi lượng cần cung cấp với lượng nhỏ, chũng tham gia vào hợp phần hóa học chiếm lượng nhỏ tế bào, enzym cofacto Trong [link] có nêu tỷ lệ % nguyên tố đa lượng nguyên tố vi lượng so với sinh khối khô vi sinh vật Thành phần nguyên tố sinh khối vi sinh vật % trọng lượng khô b Trung bình Phạm vi Nguồn điển hình dùng cho vi sinh vật môi trường 50 45c – CO2, chất hữu 58d Oxy 21 18e – H2O, O2, chất hữu 31f Nitơ 12 5g – 17h NH3, NO3- , chất hữu Hydro 6g – 8h H2O, chất hữu Cacbon 2/15 Dinh dưỡng vi sinh vật Photpho 1,2i – PO43- , P hữu 10 Lưu huỳnh 0,3 – 1,3 SO42-, H2S, S hữu Kali 0,2k – 5l K+ ( thường thay Rb+) Natri Canxi Clo 0,5 Sắt 0,5 Magie Tồng nguyên tố vi lượng (Mo, Ni, Co, 0,5 Mn, Zn, W, Se, v.v…) Na+ 0,02 – 2,0 Ca2+ Cl- 0,01 – 0,5 Fe3+, Fe2+, phức chất hữu sắt Mg2+ Được hấp hụ dạng ion vô Theo số liệu Tempest (1969), Pirt (1975), Herbert (1976), phòng thí nghiệm T Egli – The Desk Encyclopedia of Microbiology (2004), H.G.Schlege; (2007) Các tế bào chứa nước tới 70% vật chất khô 30%, theo trọng lượng Các số liệu trung bình tế bào gram âm sinh trưởng nuôi gián đoạn với dư thừa chất dinh dưỡng, µmax Các tế bào nuôi với giới hạn nguồn cacbon, chúng không chứa chất dự trữ Các tế bào nuôi với ự giới hạn nguồn nitơ dư thùa nguồn cacbon, chúng tích lũy PHA glycogen Các tế bào sinh trưởng với giới hạn nguồn nitơ tích lũy lipit trung tính Các tế bào sinh trưởng với gới hạn nguồn nitơ tích lũy glycogen Như mục d Những tế bào sinh trưởng với µ cao, chúng chứa nhiều ARNr Những tế bào sinh trưởng với giới hạn P 10 Những tế bào tích lũy chất dự trữ polyphotphat 11 Báo tử Bacillus gram dương 12 Các trực khuẩn gram dương 13 Các tế bào nuôi với giới hạn magie, có tốc độ sinh trưởng thấp 3/15 Dinh dưỡng vi sinh vật Câu hỏi Hiểu nguyên tố đa lượng, vi lượng vi sinh vật? Hãy đưa tỷ lệ phần trăm gần nói lên lượng nước lượng vật chất không chứa nước tế bào vi sinh vật Với tế bào thể khavs sao? Hãy kể nguyên tố chiếm lượng nhiều tế bào vi sinh vật theo thứ tự giảm dần Hãy kể ra, nhiều tốt, chất loại chất hay dùng để cung cấp nguyên tố cho vi sinh vật Phân tích lượng cacbon tế bào phạm vi đó; có thể, đưa số cụ thể Hãy làm tương tự cho vài nguyên tố đa lượng khác Nhu cầu dinh dưỡng vi sinh vật Môi trường dinh dưỡng Để sinh trưởng điều kiện phòng thí nghiệm, vi sinh vật cần cung cấp nguyên tố tham gia vào vật chất tế bào, nghĩa phải cung cấp chất nguồn nguyên tố dạng sử dụng được, phải cung cấp môi trường dinh dưỡng (nutrient medium), hay gọi môi trường nuôi (culture medium) Thành phần môi trường dinh dưỡng đơn giản dung dịch gốc nguyên tố vi lượng nêu [link] [link] Như thấy thông qua bảng này, đa số nguyên tố đưa vào môi trường dạng muối chúng Thành phần dung dịch dinh dưỡng tổng hợp đơn giản Chất Lượng Glucozơ 5,0 g NH4Cl 1,0 g KH2PO4 0,5 g MgSO4.7H2O 0,2 g FeSO4.7H2O 0,01 g CaCl2.2H2O 0,01 g Nước 1000 ml Dung dịch gốc nguyên tố vi lượng (bảng 4.3) 1,0 ml 4/15 Dinh dưỡng vi sinh vật Dung dịch gốc nguyên tố vi lượng Chất Lượng CoCl2.6H2O 200 mg MnCl 4H2O 100 mg ZnCl2 70 mg NaMoO4.2H2O 50 mg NiCl2.6H2O 25 mg NaSeO3.5H2O mg CuCl2.2H2O mg HCl (25%) mg Nước cất 1000 ml Với số vi sinh vật cần bổ sung vào dung dịch đây:NaVO3.H2O 10 mg H3BO3 mg NaWO4.2H2O mg Nhu cầu dinh dưỡng nhu cầu dinh dưỡng bổ sung Để sinh trưởng vi sinh vật cần cung cấp nguồn cacbon (thường nguồn lượng), nguồn nitơ (vô hữu cơ), nguồn chất kháng khác (đa lượng vi lượng) Nhu cầu chất coi nhu cầu dinh dưỡng bản, từ “bộ ba” chất vật, nhiều vi sinh vật tổng hợp chất tế bào Những vi sinh vật gọi vi sinh vật nguyên dưỡng, hay thể nguyên dưỡng (prototropho) Trong đó, số vi sinh vật khác tổng hợp số chất, thuộc loại axit amin, bazơ nitơ purin pyrimidin, hay thuộc loại vitamin, từ chất dinh dưỡng Những chất mà chúng không tổng hợp thuộc loại ba nhóm chất vừa nêu, gọi chất dinh dưỡng bổ sung, hay chất bổ sung hay gọi nhân tố sinh trưởng (growth factions) Những vi sinh vật cần bổ sung nhân tố sinh trưởng vào môi trường chứa chất dinh dưỡng bản, để chúng sinh trưởng, gọi thể trợ dưỡng, hay thể khuyết dưỡng (auxotrophs) Các axit amin bazơ nitơ hợp phần protein axit nucleic, theo thứ tự, nhu cầu vi sinh vật chất lớn Trái lại, vitamin hợp phần coenzym nhóm thêm enzym, nên tế bào đòi 5/15 Dinh dưỡng vi sinh vật hỏi với lượng nhỏ Một ví dụ nhu cầu vitamin số nhóm vi sinh vật nêu [link] Dung dịch vitamin cần cho vi khuẩn đất vi khuẩn nước Vitamin Lượng Pyridoxamin 5,0 mg Axit nicotinic 2,0 mg Cyanocobakamin 2,0 mg Thiamin 1,0 mg 4- aminibenzoat 1,0 mg Pantotenat 0,5 mg Biotin 0,2 mg Nước cất 100 ml – ml dung dịch vitamin đưa vào 100ml dung dịch dinh dưỡng Câu hỏi : Môi trường dinh dưỡng vi sinh vật gì? Vì để chế tạo môi trường dinh dưỡng cần phải dùng đến nước? Hãy nói rõ vai trò chất môi trường dinh dưỡng nêu bảng 4.2 làm tương tự cho bảng 4.3 đọc câu mục 4.2.2.2 để trả lời: a) Một nguồn cacbon, thông thường nguồn lượng cho tế bào, vậy: - thông thường vậy, tế bào lấy lượng từ cách (đọc thêm 4.2.4 để gợi ý) - trường hợp không thông thường, tế bào phải giải nhu cầu lượng sao? b) Giải thích ý “và nguồn chất khoáng khác” 6/15 Dinh dưỡng vi sinh vật Có thể có khái niệm “các chất dinh dưỡng bản” vi sinh vật không? Nếu có đólà gì? Tại chúng có tính bản? Cũng hỏi cho thực vật động vật Các vi sinh vật nguyên dưỡng gì? a) Thế chất dinh dưỡng bổ sung hay nhân tố sinh trưởng? b) Có loại nhân tố sinh trưởng, vai trò loại sinh trưởng 10 Hãy chỗ sai lầm đoạn viết sau: “Nếu dùng môi trường dnh dưỡng có thành phần nêu bảng 4.2, bỏ glucose để nuôi vi sinh vật vi sinh vật không sinh trưởng Do glucose nhân tố sinh trưởng vi sinh vật ấy” 11 a) Thế thể trợ dưỡng hay thể khuyết dưỡng ? b) Trong tiếng Việt, nói “trợ dưỡng” có hàm ý nói “khuyết dưỡng” có hàm ý gì? 12 Vì nhu cầu vitamin vi sinh vật (nếu có) nhỏ nhiều so với nhu cầu axit amin bazơ nitơ (nếu có) Phân loại môi trường dinh dưỡng Phân loại dựa theo trạng thái vật lý Theo tính chất vật lý, phân biệt: - Môi trường lỏng, chất dinh dưỡng hòa tan dung dịch Trong môi trường lỏng, trạng thái khuấy động, vi sinh vật sinh trưởng tạo thành huyền dịch (suspenion) tế bào tự - Môi trường đặc (hay rắn) có chứa thêm thạch (agar) chất tạo đông đặc sau bị đun nóng chảy để nguội đến nhiệt độ phòng Trên bề mặt môi trường đặc, từ hay vài tế bào đứng cạnh (do cấy vào hay nhiễm vào ngẫu nhiên), vi sinh vật sinh trưởng thành khuẩn lạc (colony) tập hợp tế bào nhìn thấy mắt thường sũng nhìn thấy kính hiển vi (vi khuẩn lạc, microcolony) Phân loại theo thành phần dinh dưỡng Dựa theo thành phần dinh dưỡng, phân biệt loại môi trường sau đây: 7/15 Dinh dưỡng vi sinh vật - Môi trường tổng hợp(synthetic medium), môi trường có thành phần xác định (defined medium): Một ví dụ môi trường tổng hợp đơn giản nêu bảng 4.2 Qua thấy có thành phần định tính định lượng hoàn toàn xác định Những môi trường đề dựa việc nghiên cứu nhu cầu dinh dưỡng nhóm vi sinh vật định Tuy nhiên, trng nhiều trường hợp, không cần thiết phải dùng môi trường có thành phần xác định vậy, mà chỏ cần dùng môi trường phức hợp (được mô tả đây) - Môi trường phức hợp (complex medium) Công thức môi trường phức hợp thông dụng, nêu [link] Những môi trường thuộc loại chứa chất dinh dưỡng chất chiết từ nấm men, từ thịt, từ thực vật, sản phẩm phân hủy protein từ nguồn khác nhau, Thành phần hóa học xác chất chiết sản phẩm phân hủy thay đổi chút qua lần chiết phân hủy, thường biết thành phần hóa học gần môi trường phức hợp Do vậy, đặc tính dinh dưỡng xác môi trường phức hợp sử dụng Công thức thạch dinh dưỡng môi trường phức hợp cho vi khuẩn dị dưỡng Hợp phần Lượng Pepton 5,0 g Cao thịt bò 3,0 g Natri clorua 8,0 g Thạch 15,0 g Nước 1000 ml Trong môi trường phức hợp, nguồn cacbon (các chất hữu vừa nguồn cacbon, vừa nguồn lượng), nguồn nitơ, lưu huỳnh, chủ yếu protein Tuy nhiên, phân tử protein lớn, tương đối khó tan, nên số vi sinh vật sử dụng trực tiếp Do vậy, người ta thường dùng pepton để thay cho protein Đó sản phẩm thủy phân protein không hoàn toàn, chứa peptit ngắn dễ tan nên vo sinh vật sử dụng Về phần nhân tố sinh dưỡng hữu cơ, chúng cung cấp từ cao thịt (meat extract) cao nấm men (yeast extract) Những sản phẩm gọi 8/15 Dinh dưỡng vi sinh vật cao chế cách dùng nước để chiết rút vitamin chất khoáng từ thịt nấm men, cho bay nước để cô đặc chất chiết Riêng cao nấm men giàu vitamin nhóm B Trong cao chứa nitơ hữu hợp chất cacbon Trong nhiều trường hợp, mục đích việc nuôi vi sinh vật đơn giản thu lấy sinh khối chúng; việc dùng môi trường phức hợp dễ dàng hoặc/ nhanh so với dùng môi trường tổng hợp Thường môi trường phức hợp không cần chứa hóa chất tinh khiết, ởi hợp phần chứa đủ lượng chất dinh dưỡng cần thiết, kể nguyên tố vi lượng Một môi trường phức hợp dạng lỏng gọi nước xuýt dinh dưỡng, hay nước dùng dinh dưỡng (nutrient broth), dạng đặc (có thêm thạch) gọi thạch dinh dưỡng (nutrient agar) Thuật ngữ sau nghe “không khoa học” vifbanr thân thạch giá trị dinh dưỡng vi sinh vật (và ocn người) Tuy vậy, thuật ngữ quen dùng - Môi trường tối thiểu (minimal medium) môi trường đầy đủ (complete medium): “Tối thiểu” có nghĩa môi trường chứa yếu tố thiếu (nguồn cacbon, nguồn nitơ, nguồn chất khoáng), mà không chứa hay nhiều nhân tố sinh trưởng mà vi sinh vật trợ dưỡng cần cung cấp Ngược lại, “đầy đủ” có hàm ý có thêm hay nhiều nhân tố sinh trưởng Môi trường tối thiểu sử sụng kết hợp với môi trường đầy đủ tương ứng, phép nhận dạng thể độtt biến trợ dưỡng để dễ dàng phân lập Khi ấy, huyền dịch hỗn hợp chứa thể hoang dại thể đột biến cấy trải đĩa petri chứa môi trường đầy đủ (đĩa 1); toàn khuẩn lạc xuất chuyển sang đĩa khác chứa môi trường tối thiểu tương ứng (đĩa 2), phép “đóng dấu” (“in sao” khuẩn lạc từ đĩa sang đĩa “con dấu”, theo vị trí tương đối chúng không thay đổi) Một số vi khuẩn lạc đĩa không xuất đĩa 2, khuẩn lạc thể đột biến trợ dưỡng nhân tố sinh trưởng liên quan Câu hỏi: Hãy nhấn mạnh đối lập (về tính chất vật lý, thành phần hóa học công dụng) loại môi trường sau thành cặp: môi trường đầy đủ; môi trường lỏng; môi trường tổng hợp; môi trường tối thiểu; môi trường đặc; môi trường phức hợp 9/15 Dinh dưỡng vi sinh vật Các kiểu dinh dưỡng vi sinh vật Cách thứ để phân biệt kiểu dinh dưỡng Vi sinh vật, sinh vật khác, phải tổng hợp chất hữu cho mình, nghĩa phải cung cấp cacbon, hydro oxy – nguyên tố có mặt chất hữu Ngoài ra, để tổng hợp chất hữu để thực chức khác chúng cần cung cấp lượng tạo điều kiện để tự tạo lượng Muốn tạo lượng, chúng phải thực tách điện tử proton khỏi chất (nguồn điện tử), vận chuyển đến loạt chất nhận trung gian, đến chất nhận điện tử cuối Như vậy, nều dựa việc vi sinh vật sử dụng nguồn cacbon nguồn lượng nào, nguồn điện tử nào, phân biệt cặp kiểu dinh dưỡng sau: - Tự dưỡng (auto trophy) dị dưỡng (hetero trophy) Đó hai kiểu dinh dưỡng sử dụng CO2 làm nguồn cacbon chủ yểu, sử dụng nguồn cacbon hữu cơ, theo thứ tự Tương ứng với hai kiểu dinh dưỡng thể tự dưỡng (autotrophs) thể dị dưỡng (heterotrophs) Thuộc thể tự dưỡng gồm có: thể procaryot vi khuẩn lam, vi khuẩn lưu huỳnh màu lục, màu tím, vi khuẩn không lưu hunhf màu lục, màu tím; thể eucaryot thực vật Thuộc thể dị dưỡng có: phần lớn vi sinh vật, vi sinh vật quanh chũng ta (trong đất, nước) thể chúng ta; động vật (bao gồm người) - Quang dưỡng (phototrophy) hóa dưỡng (chemotrophy) Đó hai kiểu dinh dưỡng mà thể sử dụng lượng ánh sáng sử dụng lượng hóa học, theo thứ tự Năng lượng hóa học sinh oxi hóa hợp chất hữu vô Tương ứng với hai kiểu dinh dưỡng thể quang dưỡng (phototrophs) thể hóa dưỡng (chemotrophs) Những thể quang dưỡng bao gồm: thể procaryot vi khuẩn lam (trước gọi tảo lam – lục), vi khuẩn lưu huỳnh màu lục, vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục, vi khuẩn lưu huỳnh màu tím, vi khuẩn không lưu huỳnh màu tím prochloron; thể eucaryot thực vật bậc cao, tảo đa bào màu lục, màu nâu màu đỏ, tảo đơn bào (ví dụ eugenoid, dinoflugellate, diatom) Những thể hóa dưỡng bao gồm: thể procaryot vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh, vi khuẩn oxy hóa sắt, vi khuẩn sử dụng hydro, vi khuẩn nitrat hóa; thể eucaryot động vật nguyên sinh, nấm, hầ hết vi khuẩn không quang dưỡng có hầu hết vi khuẩn gây bệnh tất động vật kể người - Dinh dưỡng vô (lithotrophy) dinh dưỡng hữu (organotrophy) 10/15 Dinh dưỡng vi sinh vật Đó hai kiểu dinh dưỡng thể sử dụng chất vô có tính khử sử dụng chất hữu làm nguồn điện tử để sinh lượng, theo thứ tự Điện tử tách từ nguồn vận chuyển qua loạt chất nhận trung gian đến chất nhận cuối để sinh lượng Tương ứng với hai kiểu cuối để sinh lượng Tương ứng với hai kiểu dinh dưỡng hai nhóm thể: thể dinh dưỡng vô (lithotrophs) thể dinh dưỡng hữu (organotrophs) Các thể dinh dưỡng vô gồm số thể procaryot (vi khuẩn), vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh, vi khuẩn oxy hóa sắt, vi khuẩn sử dụng hydro, vi khuẩn nitrat hóa Trong thuộc thể sinh dưỡng hữu có thể procaryot eucaryot, động vật nguyên sinh, nấm, hầu hết vi khuẩn không quang dưỡng (trong có hầu hết vi khuẩn gây bệnh) tất động vật (kể người) Như vậy, phân loại kiểu dinh dưỡng dựa vào nguồn cacbon, nguồn lượng, nguồn điện tử, cho thấy rõ nét tương phản theo cặp tính chất dinh dưỡng Tuy nhiên, ranh giới cặp tính chất không rõ ràng: nhóm thể có mặt hai tính chất (ví dụ tảo có mặt cặp tự dưỡng – dị dưỡng, cặp quang dưỡng – hóa dưỡng; động vật chí có mặt ba cặp tính chất dinh dưỡng nêu Mặt khác, không xét đến dinh dưỡng động vật bậc cao xét đến dinh dưỡng vi sinh vật thì, vi sinh vật gồm thể procaryot eucaryot, nên chúng có sinh vật thuộc nhóm tự dưỡng có nhóm khác dị dưỡng; điều tương tự thấy cặp phạm trù quang dưỡng – hóa dưỡng dinh dưỡng vô – dinh dưỡng hữu Nói cách khác, dường ranh giới hai phạm trù cặp không rõ ràng vi sinh vật Đương nhiên, điều vừa đề cập đoạn phản ánh đa dạng dinh dưỡng vi sinh vật so với động vật bậc cao thực vật bậc cao Cách thứ hai để phân biệt kiểu dinh dưỡng Một góc độ khác, không dựa đơn nguồn cacbon nào, nguồn lượng nào, nguồn điện tử cho vi sinh vật, mà xét gắn liền tất ba yếu tố vi sinh vật có bốn kiểu dinh dưỡng sau đây: - Tự dưỡng vô quang (photolithotrophic autotrophy, photolithoautotrophy) kiểu dinh dưỡng có sử dụng nguồn cacbon CO2, nguồn điện tử vô nguồn lượng ánh sáng Những vi sinh vật có kiểu dinh dưỡng gọi thể tự dưỡng vô quang (photolithotrophic autotrophs) thể tự dưỡng quang (photoautotrophs, photolithoautotrophs) Ví dụ: • Tảo vi khuẩn lam dùng nước làm chất cho điện tử, giải phóng oxy • Vi khuẩn lưu huỳnh màu tím màu lục sử dụng chất cho điện tử khác hydro, sulfua hydro (H2S) sulfua nguyên tố (S) 11/15 Dinh dưỡng vi sinh vật - Dị dưỡng hữu hóa (chemoordanotrophic heterotrophy), theo có sử dụng nguồn cacbon hữu cơ, nguồn điện tử hữu nguồn lượng hóa học (từ chất hữu cơ) Những vi sinh vật có kiểu dinh dưỡng gọi thể dị dưỡng hữu hóa (chemoorganotrophic heterotrophs) Thông thường, chất hữu vừa nguồn cacbon, nguồn điện tử nguồn lượng Dễ nhận thấy nhiều vi sinh vật, vi sinh vật quanh chúng ta, có vi sinh vật gây bệnh thuộc kiểu dinh dưỡng Ví dụ: động vật nguyên sinh, nấm, hầu hết vi khuẩn không quang dưỡng kể vi khuẩn gây bệnh Một thiểu số vi sinh vật thuộc hai kiểu dinh dưỡng có ý nghĩa sinh thái sau - Dị dưỡng hữu quang (photoorganotrophic heterotrophy photoorganohetrotrophy) Theo kiểu này, vi sinh vật sử dụng nguồn cacbon hữu (đôi CO2 nữa), nguồn điện tử hữu nguồn lượng ánh sáng Tương ứng với kiểu dinh dưỡng thể dị dưỡng hữu quang (photoorganotrophic heterotrophs photoorganoheterotrophs), chúng thường sống hồ cà suối ô nhiễm hữu Một số vi khuẩn nhóm thể tự dưỡng quang (photo autotrophs) – nghĩa có khả dùng nguồn điện tử hydro phân tử Những đại diện kiểu dị dưỡng hữu quang gồm: vi khuẩn không lưu huỳnh màu tím vi khuẩn không lưu huỳnh màu lục - Tự dưỡng vô hóa (chemolithotrophic autotrophy, chemolithoautotrophy) Vi sinh vật có kiểu dinh dưỡng sử dụng nguồn cacbon CO2, nguồn điện tử vô cơ, nguồn lượng hóa học từ chất vô Chúng gọi thể tự dưỡng vô hóa (chemolithotrophic autotrophs chemolithoautotrophs , chí chemolithotrophs) Chúng oxy hóa chất vô có tính khử sắt, nitơ, lưu huỳnh để tạo điện tử lượng, dùng cho sinh tổng hợp chất hữu cơ, với CO2 nguồn cacbon Đặc biệt số chemolithotrophs thu nhận cacbon từ chất hữu cơ, chúng thể dị dưỡng (heterotrophs) Vai trò sinh thái quan trọng nhóm thể tự dưỡng vô hóa chỗ chúng tham gia tích cực vaofnhuwngx biến đổi hóa học nguyên tố vốn luôn diễn hệ sinh thái, chuyển hóa amôn thành nitrat lưu huỳnh thành sulfat Có thể kể vài đại diện nhóm tự dưỡng vô hóa như: • Vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh • Vi khuẩn oxy hóa sắt 12/15 Dinh dưỡng vi sinh vật • Vi khuẩn sử dụng hydro • Vi khuẩn nitrat hóá Như đề cập, xét đồng thời ba yếu tố (nguồn cacbon, nguồn điện tử, nguồn lượng) vi sinh vật thuộc bốn kiểu dinh dưỡng nêu Tuy nhiên, có ngoại lệ Một số vi sinh vật có tính mềm dẻo dễ trao đổi chất, chuyển từ kiểu dinh dưỡng sang kiểu khác tùy theo điều kiện môi trường Dưới dẫn hai ví dụ chuyển từ kiểu dinh dưỡng sang kiểu dinh dưỡng khác phạm vi bốn kiểu đề cập • Vi khuẩn không lưu huỳnh màu tím: chúng thể dị dưỡng hữu quang môi trường oxy, lại trở thành thể dị dưỡng hữu hóa môi trường có nồng độ oxy bình thường Thậm chí, vừa có tính quang dưỡng vừa có tính hóa dưỡng môi trường có nồng độ oxy thấp, tức vừa thu nhận lượng từ ánh sáng, vừa tạo lượng cho từ oxy hóa chất hữu Ngoài ra, nều điều kiện ánh sáng, oxy số loài vi khuẩn có khả lên men kỵ khí Oxy ức chế tổng hợp bacterioclorophy carotenoid đến mức số loài sinh trưởng hiếu khí bóng tối trở nên màu tím vốn có chúng • Vi khuẩn Beggiatoa: chúng sử dụng nguồn cacbon hữu (đôi khu CO2) có nguồn điện tử hữu cơ, dụng lượng vô Như vậy, chúng không thuộc kiểu bốn kiếu dinh dưỡng nêu, mà thể “lai” bọn tự dưỡng vô hóa bọn dị dưỡng hữu hóa Cụ thể là, chúng oxy hóa hydro sulfua (H2S) thành hạt sulfua lớn nằm túi màng tế bào lõm vào tạo nên Sau chúng oxy hóa sulfua thành sulfat Các điện tử vận chuyển theo chuối vận chuyển điện tử để tạo lượng Một số chủng có khả dị dưỡng, sử dụng nguồn cacbon hữu axetat; số chủng khác có tính tự dưỡng, sử dụng CO2 Tính “mềm dẻo” hay “linh hoạt” trao đổi chất vi sinh vật gọi tính tạp dưỡng (mixotrophy) Nó cho thấy tính đa dạng phức tạp tranh dinh dưỡng trao đổi chất vi sinh vật so với thực vật động vật Dưới góc độ sinh thái học si sinh vật học môi trường, đặc tính lợi cạnh tranh to lớn vi sinh vật điều kiện thường xuyên thay đổi môi trường Câu hỏi: Có cách để phân biệt kiểu dinh dưỡng Theo cách có kiểu dinh dưỡng nào, định nghĩa kiểu dinh dưỡng ấy; nêu hay vài đại diện vi sinh vật cho kiểu dinh dưỡng Nhận xét, phê phán cách phân biệt 13/15 Dinh dưỡng vi sinh vật Động vạt thực vật xếp vào kiểu dinh dưỡng theo cách phân biệt câu Tính tạp dưỡng (mixotrophy) gì? Ý nghĩa nó? Sự vận chuyển chất vào tế bào vi sinh vật Khái quát Tùy theo loại chất dinh dưỡng, tùy loại vi sinh vật, tùy điều kiện môi trường mà vận chuyển vào tế bào xảy theo chế khác nhau: khuếch tán làm dễ dàng, vận chuyển tích cực, chuyển nhóm Các vi sinh vật eucaryot dường không sử dụng chế chuyển nhóm mà sử dụng nhập bào Sự khuếch tán thụ động (passive diffusion) Cơ chế có tên gọi khuếch tán đơn giản hay gọn khuếch tán Theo quy luật vật lý va hóa học, phân tử di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp, tức thuận chiều gradient nồng độ Sự di chuyển không cần cung cấp lượng Đó khuếch tán Tốc độ khuếch tán chậm, phụ thuộc kích thước phân tử, tính lipit nó, độ lớn gradient bên bên tế bào (hính 5.1 – 31) Hình 5.1 – 31 Sự khuếch tán thụ động khuếch tán làm dễ dàng Trên đồ thị thấy rõ phụ thuộc khác tốc độ hai trình vào độ lớn gradient giá trị ngưỡng gradient mà chất vận chuyển (carrier) hoạt động Hiệu ứng bão hòa biểu protein vận chuyển có tham dự vào vận chuyển Chỉ nồng độ ngoại bào chất dinh dưỡng lớn so với nồng độ nội bào chất tế bào hấp thụ theo chế khuếch tán thụ động, tốc độ khuếch tán giảm xuống lượng lớn chất hấp thụ vào, tiêu dùng Một số chất glycerol chất có phân tử nhỏ H2O, O2, CO2 vận chuyển vào tế bào nhờ khuếch tán Ngoài ra, chất độc không phân cực, chất ức chế chất khác xa lạ tế bào xâm nhập tế bào nhờ khuếch tán Trong đó, đường không chứng minh khuếch tán vào tế bào, điều gần khẳng định 14/15 Dinh dưỡng vi sinh vật Sự khuếch tán làm dễ dàng (facilitated diffusion) Giống khếch tán thụ động, khuếch tán diễn thuận chiều gradient nồng độ, có “được làm dễ dàng” hay “được tăng cường” nhờ tham gia protein vận chuyển (carrie proteins) vốn thành phần màng tế bào Nó không phụ thuộc lượng trao đổi chất Tốc độ vận chuyển chất phụ thuộc nồng độ chất ấy, phạm vi rộng (hình 7.20 – 5) Hình 7.20 – Các đường cong bão hòa hấp hụ hai chất vào tế bào vi khuẩn nguyên vẹn.Các đường cong thiết lập dựa đo tốc độ hấp thụ O2 (tốc độ hô hấp) Vì chất A hấp thụ nhờ vận chuyển tích cực (chủ động) tích lũy tế bào, nên tốc độ hô hấp đạt đến cực đại nồng độ chất nhỏ Cơ chất B hấp thụ thụ động, tốc độ hô hấp đạt đến cực đại nồng độ chất tương đối cao (khoảng 10 – 20 mmol/l) Theo H.G.Schlegel, 1992 So với khuếch tán thụ động tốc độ khuếch tán làm dễ dàng tăng nhanh theo gradient nồng độ nồng độ thấp chất khuếch tán (hình 5.1 – 31) Trên hình ta nhận thấy đường biểu diễn khuếch đại tăng cường chuyển sang phần nằm ngang mức độ gradient nồng độ Đó phân tử protein vận chuyển bị bão hòa, nghĩa chúng bị liên kết với phân tử chát vận chuyển rồi, “không rồi” để hoạt động Đường cong có dạng giống đường cong enzym – chất, đáp ứng khuếch tán thụ động gradient nồng độ quan hệ tuyến tính Các protein vận chuyển với enzym tính đặc hiệu chúng vận chuyển: protein vận chuyển chất gần giống Chính giống với enzym Nên carrier gọi permease 15/15 [...]... trong cặp tự dưỡng – dị dưỡng, và trong cặp quang dưỡng – hóa dưỡng; động vật thậm chí có mặt trong cả ba cặp tính chất dinh dưỡng đã nêu trên đây Mặt khác, nếu không xét đến dinh dưỡng của động vật bậc cao chỉ xét đến dinh dưỡng của vi sinh vật thôi thì, vì vi sinh vật gồm cả các cơ thể procaryot và eucaryot, nên chúng có sinh vật này thuộc nhóm tự dưỡng nhưng có nhóm khác thì là dị dưỡng; điều tương... tính tự dưỡng, sử dụng CO2 Tính “mềm dẻo” hay “linh hoạt” về trao đổi chất của những vi sinh vật như trên đôi khi được gọi là tính tạp dưỡng (mixotrophy) Nó cho thấy tính đa dạng và phức tạp của bức tranh về dinh dưỡng và trao đổi chất ở vi sinh vật so với ở thực vật và động vật Dưới góc độ sinh thái học và si sinh vật học môi trường, đặc tính này là một lợi thế cạnh tranh to lớn của vi sinh vật trong... thường xuyên thay đổi của môi trường Câu hỏi: 1 Có những cách nào để phân biệt các kiểu dinh dưỡng 2 Theo mỗi cách ấy thì có những kiểu dinh dưỡng nào, định nghĩa mỗi kiểu dinh dưỡng ấy; nêu một hay vài đại diện vi sinh vật cho mỗi kiểu dinh dưỡng ấy 3 Nhận xét, phê phán mỗi cách phân biệt ấy 13/15 Dinh dưỡng của vi sinh vật 4 Động vạt và thực vật có thể được sắp xếp vào kiểu dinh dưỡng nào theo mỗi cách... Những vi sinh vật có kiểu dinh dưỡng này được gọi là các cơ thể dị dưỡng hữu cơ hóa năng (chemoorganotrophic heterotrophs) Thông thường, một chất hữu cơ vừa là nguồn cacbon, nguồn điện tử và nguồn năng lượng Dễ nhận thấy rằng rất nhiều vi sinh vật, nhất là những vi sinh vật quanh chúng ta, trong đó có vi sinh vật gây bệnh là thuộc kiểu dinh dưỡng này Ví dụ: động vật nguyên sinh, nấm, hầu hết vi khuẩn... với cặp phạm trù quang dưỡng – hóa dưỡng và dinh dưỡng vô cơ – dinh dưỡng hữu cơ Nói cách khác, dường như ranh giới giữa hai phạm trù trong từng cặp cũng không rõ ràng đối với vi sinh vật Đương nhiên, những điều vừa đề cập trong đoạn này cũng phản ánh sự đa dạng về dinh dưỡng của vi sinh vật so với động vật bậc cao và thực vật bậc cao Cách thứ hai để phân biệt các kiểu dinh dưỡng Một góc độ khác, nếu... nào cho vi sinh vật, mà xét gắn liền tất cả ba yếu tố ấy thì một vi sinh vật nào đó chỉ có thể có một trong bốn kiểu dinh dưỡng sau đây: - Tự dưỡng vô cơ quang năng (photolithotrophic autotrophy, hoặc photolithoautotrophy) là kiểu dinh dưỡng trong đó có sử dụng nguồn cacbon CO2, nguồn điện tử vô cơ và nguồn năng lượng ánh sáng Những vi sinh vật có kiểu dinh dưỡng này được gọi là các cơ thể tự dưỡng vô... các cơ thể dinh dưỡng vô cơ (lithotrophs) và các cơ thể dinh dưỡng hữu cơ (organotrophs) Các cơ thể dinh dưỡng vô cơ chỉ gồm một số cơ thể procaryot (vi khuẩn), như vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh, vi khuẩn oxy hóa sắt, vi khuẩn sử dụng hydro, vi khuẩn nitrat hóa Trong khi đó thuộc về các cơ thể sinh dưỡng hữu cơ thì có cả các cơ thể procaryot và eucaryot, như động vật nguyên sinh, nấm, hầu hết vi khuẩn không... trò sinh thái quan trọng của nhóm cơ thể tự dưỡng vô cơ hóa năng là ở chỗ chúng tham gia tích cực vaofnhuwngx biến đổi hóa học của các nguyên tố vốn luôn luôn diễn ra trong các hệ sinh thái, như sự chuyển hóa amôn thành nitrat hoặc lưu huỳnh thành sulfat Có thể kể vài đại diện của nhóm tự dưỡng vô cơ hóa năng như: • Vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh • Vi khuẩn oxy hóa sắt 12/15 Dinh dưỡng của vi sinh vật • Vi. .. quang dưỡng kể cả vi khuẩn gây bệnh Một thiểu số vi sinh vật thì thuộc về hai kiểu dinh dưỡng rất có ý nghĩa sinh thái sau đây - Dị dưỡng hữu cơ quang năng (photoorganotrophic heterotrophy hoặc photoorganohetrotrophy) Theo kiểu này, vi sinh vật sử dụng nguồn cacbon hữu cơ (đôi khi cả CO2 nữa), nguồn điện tử hữu cơ và nguồn năng lượng ánh sáng Tương ứng với kiểu dinh dưỡng này là các cơ thể dị dưỡng. . .Dinh dưỡng của vi sinh vật Đó là hai kiểu dinh dưỡng trong đó cơ thể sử dụng chất vô cơ có tính khử và sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn điện tử để sinh năng lượng, theo thứ tự Điện tử tách ra từ những nguồn ấy được vận chuyển qua một loạt chất nhận trung gian đến chất nhận cuối cùng để sinh ra năng lượng Tương ứng với hai kiểu cuối cùng để sinh ra năng lượng Tương ứng với hai kiểu dinh dưỡng .. .Dinh dưỡng vi sinh vật Khái niệm chất dinh dưỡng dinh dưỡng dùng riêng cho vi sinh vật hay cho thực vật, động vật? Vì tế bào cần thực dinh dưỡng? Hiểu sơ môi trường dinh dưỡng vi sinh vật? Vi c... môi trường đặc; môi trường phức hợp 9/15 Dinh dưỡng vi sinh vật Các kiểu dinh dưỡng vi sinh vật Cách thứ để phân biệt kiểu dinh dưỡng Vi sinh vật, sinh vật khác, phải tổng hợp chất hữu cho mình,... dưỡng – dị dưỡng, cặp quang dưỡng – hóa dưỡng; động vật chí có mặt ba cặp tính chất dinh dưỡng nêu Mặt khác, không xét đến dinh dưỡng động vật bậc cao xét đến dinh dưỡng vi sinh vật thì, vi sinh