Vi sinh vật tự nhiên, đời sống, sản xuất người Vi sinh vật tự nhiên, đời sống, sản xuất người Bởi: Ngô Tự Thành Khái niệm mở đầu vi sinh vật Vi sinh vật thể nhỏ bé, mà đa số không nhìn thấy mắt thường Chúng bao gồm nhiều loại thể, khác mức độ tổ chức tế bào lịch sử tiến hóa, ý nghĩa thực tiễn Những nhóm vi sinh vật chủ yếu là: vi khuẩn (bacteria), cổ khuẩn (archaea), nấm (fungi), tảo (algae), động vật nguyên sinh (protozoa), virut (viruses) Riêng virut thực thể chưa có cấu tạo tế bào, vi sinh vật khác thuộc hai loại tế bào: tế bào chưa có nhân điển hình – hay tế bào procaryot (procaryotic cells) tế bào có nhân điển hình – hay tế bào eucaryot (eucaryotic cells) Trong phần chương, đề cấp vắn tắt đến số nhóm lớn nhóm nhỏ vi sinh vật hai phương diện khoa học thực tiễn Vi sinh vật chủng loại phát sinh chung sinh giới Trái đất có 4,6 tỉ năm tuổi Người ta tìm thấy hóa thạch procaryot có độ tuổi 3,5 – 3,8 tỉ năm Sự sống thể procaryot xuất thời gian ngắn sau trái đất nguội bớt Rất thể procaryot có lối sống kị khí Sau đó, tới cách khoảng 2,5 – tỉ năm xuất nhóm procaryot khác vi khuẩn lam (cyanobacteria) với quang hợp sản sinh oxy Từ đó, với có mặt oxy, vi sinh vật ngày đa dạng Dựa trình tự nucleotit ARN ribosom (ARNr), Carl Woese cộng cho thể procaryot tiến hóa thành hai nhóm khác từ sớm Trên hình 19.3–31 trình bày chủng loại phát sinh sinh giới theo ý tưởng Woese cách trình 1/6 Vi sinh vật tự nhiên, đời sống, sản xuất người bày Prescott Theo đó, chủng loại phát sinh chung chia thành ba cành đại diện cho ba nhóm nguyên thủy: vi khuẩn (bacteria), cổ khuẩn (Archaea), sinh vật có nhân thật (Eucarya) Vi khuẩn cổ khuẩn phân hóa tách khỏi trước, sau sinh vật có nhân thật xuất Ba nhóm nguyên thủy gọi ba lãnh giới (domain), lãnh giới gồm nhiều ngành (phylum), giới (kingdom) Theo cách xếp trước giới nằm ba lãnh giới Hình 19.3 – 31 Cây chủng loại phát sinh chung sinh giới Các mối quan hệ xác định dựa so sánh trình tự nucleotit ARN ribosom Cây xây dựng theo ý tưởng J Olsen C.R.Woese, với cách trình bày Prescott cộng Nguồn: 31 Một cách vắn tắt nhất, ba lãnh giới khác đặc điểm nhất, nhân, ARNr, lipit màng tế bào Tế bào vi khuẩn cổ khuẩn chưa có nhân thật mà có cấu trúc tương đương nhân, gọi thể nhân (nucleotit, nuclear body) thể màng bao quanh Trong sinh vật có nhân thật nhân có màng kép bao bọc ARNr lipit màng chúng khác Ngoài hang loạt khác khác ba lãnh giới Thuộc về… để vi khuẩn thật [BDGV, 126-128] Những đặc tính chung vi sinh vật Kích thước nhỏ bé Vi sinh vật thường thể đơn bào, nên nói kích thước vi sinh vật nói kích thước tế bào chúng Thông thường vi sinh vật có kích thước tế bào từ đến 10 micromet (1 μm=10-3mm), tùy theo chúng thuộc nhóm procaryot hay eucaryot, tế bào thực vật hay tế bào động vật có đường kính khoảng 100 μm (khoảng 1.1 – 40) Tuy nhiên với phát gần có tế bào procaryot nhỏ lớn – lớn tế bào eucaryot thong thường Dưới vài số liệu kích thước vi khuẩn Nhỏ và… Điều cần nhận kích thước nhỏ bé vi sinh vật có ý nghĩa quan trọng hình thái học, hoạt tính tính linh động trao đổi chất, phân bố sinh thái; phải có phương pháp làm việc đặc biệt với chúng phòng thí nghiệm Ở góc độ khác cần thấy kích thước nhỏ bé, vi sinh vật thực hữu hiệu chức mà thể đa bào thực hiện: hấp thụ tiêu hóa chất dinh dưỡng, thu nhận lượng, sinh tổng hợp, tích lũy chất dự trữ, tiếp nhận xử lý tác động môi trường, chuyển sang giai đoạn nghỉ điều kiện môi trường bất lợi 2/6 Vi sinh vật tự nhiên, đời sống, sản xuất người Vi sinh vật hợp phần môi trường sống Vi sinh vật có kích thước hiển vi có nhiều khả sinh học đặc biệt mà tồn hầu khắp nơi trái đất: xung quanh (đất, nước, không khí, đồ dung, thực phẩm), bề mặt thể, thể (trên da, xoang miệng, xoang ruột…) Trong tự nhiên, môi trường bình thường – nơi có điều kiện thuận lợi cho hầu hết thể sống (về chất dinh dưỡng, nhiệt độ, pH, oxi…) – có khu hệ vi sinh vật phong phú chủng loại đông đúc số lượng Ví dụ: 1gam đất tầng canh tác có tới khoảng 20 tỷ vi khuẩn, vài chục triệu vi nấm, vài chục nghìn vi tảo; thể chúng ta, 1cm2 da vùng trán có tới bốn mươi nghìn vi khuẩn Staphylococcus epidermidis, vùng ngón chân số vi khuẩn triệu; chưa kể vi sinh vật khác Đặc biệt, môi trường cực trị (extreme environments), nơi mà động vật thực vật tồn tại, có số vi sinh vật sinh trưởng Các môi trường cực trị nơi có hay nhiều điều kiện khắc nghiệt nhiệt độ cao thấp, pH axit kiềm, độ mặn cao, áp suất cao, nghèo dinh dưỡng, oxi… Riêng nhiệt độ, giới hạn nhiệt độ cổ khuẩn (Archaea), vi khuẩn (bacteria), vi sinh vật có nhân thật (eukaryotic microorganisms) 113, 95, 62oC, theo thứ tự, hầu hết động vật thực vật sinh trưởng 50oC Một vài ví dụ vi sinh vật sống môi trường cực trị nêu • Cổ khuẩn Pyrolobus fumari có khoảng nhiệt độ sinh trưởng từ 90 đến 113oC, nhiệt độ tối ưu 105oC, sống “cột khói đen” vùng biển sâu 1000m • Cổ khuẩn Cenarchacum symbiosum thuộc nhóm ưa lạnh (psychrophiles) sinh trưởng nhanh nhiệt độ 15oC thấp – phân lập khơi bờ biển California • Cổ khuẩn Thermoplasma volcanium sinh trưởng tối ưu 55oC pH 2, phân lập từ vùng có núi lửa nhiều nơi giới • Các loài cổ khuẩn Picrophilus oshimae P toridus thuộc nhóm ưa axit (extreme acidophile) – có pH tối ưu cho sinh trưởng thấp – phân lập từ vùng có núi lửa miền bắc Nhật Bản • Những vi sinh vật ưa kiềm (extreme alkalophiles) sinh trưởng tối ưu pH 10 cao Trong số này, nhiều chủng Bacillus phân lập từ môi trường sống pH>10, suối kiềm hồ giàu cacbonat 3/6 Vi sinh vật tự nhiên, đời sống, sản xuất người • • • • • • • Những chủng Bacillus sinh trưởng pH 11 Ngoài người ta quan sát thấy thể giống Bacillus ruột già loài mối ăn đất – nơi có điều kiện kiềm, pH tới 12, chưa biết rõ thể có hoạt tính trao đổi chất hay không Những vi sinh vật ưa mặn (extreme halophiles) sinh trưởng khoảng nồng độ muối 2,0 – 5,2 M, với nồng độ tối ưu 3M Trong số có loài cổ khuẩn Halobacterium lacusprofundi số loài tảo lục Dunaliella sinh trưởng Hồ Sâu (Deep Lake) thuộc Nam Cực – nơi có nồng độ muối 4,5M nhiệt độ 0oC tháng năm Với cực trị nhiệt độ, độ muối, lực ion suất sản xuất bậc (10og.C/m2/năm) Hồ Sâu coi môi trường sống khắc nghiệt trái đất Tại vùng biển sâu (sâu 1000m), áp suất nước lớn (khoảng 1100 atm), mà nhiệt độ lạnh ( ... điều kiện môi trường bất lợi 2/6 Vi sinh vật tự nhiên, đời sống, sản xuất người Vi sinh vật hợp phần môi trường sống Vi sinh vật có kích thước hiển vi có nhiều khả sinh học đặc biệt mà tồn hầu khắp.. .Vi sinh vật tự nhiên, đời sống, sản xuất người bày Prescott Theo đó, chủng loại phát sinh chung chia thành ba cành đại diện cho ba nhóm nguyên thủy: vi khuẩn (bacteria), cổ khuẩn (Archaea), sinh. .. để vi khuẩn thật [BDGV, 126-128] Những đặc tính chung vi sinh vật Kích thước nhỏ bé Vi sinh vật thường thể đơn bào, nên nói kích thước vi sinh vật nói kích thước tế bào chúng Thông thường vi sinh