bài giảng QUÁ TRÌNH SINH lý của VI SINH vật

Q TRÌNH SINH LÝ CỦA VI SINH VẬT Q TRÌNH DINH DƯỠNG I Q TRÌNH DINH DƯỠNG  Nguồn dinh dưỡng vi sinh vật • Nitơ: nitơ hữu cơ, nitơ vơ • Carbon: chất hữu cơ, CO2 • Các chất khác: chất khóang, chất sinh trưởng Ngun tố Cacbon Nitơ Lưu huỳnh Phơtpho ơxi Vai trò cần thiết Các bon yếu tố dinh dưỡng quan trọng Chiếm 50% khối lượng khơ tế bào vi khuẩn Cần thiết cho tổng hợp pr,ADN, ARN Nitơ chiếm 14% khối lượng khơ tế bào vi khuẩn Cần thiết cho tổng hợp axit amin chứa huỳnh Cần thiết cho tổng hợp ATP,Tổng hợp ADN, ARN phốtpholipit Phốtpho chiếm 4% khối lượng khơ tế bào vi khuẩn Nhiều vi khuẩn sinh trưởng có ơxy,Một số vi khuẩn khác sử dụng ơxy tuỳ loại Nguồn dinh dưỡng cacbon Tự dưỡng cacbon : Các vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng có khả đồng hố CO2 muối cacbonat để tạo nên hợp chất cacbon hữu thể Một số lồi vi khuẩn nitrat hố sống nguồn cacbon vơ CO2 muối cacbonat gọi tự dưỡng bắt buộc Một số có khả sống nguồn cacbon vơ hữu gọi tự dưỡng khơng bắt buộc Dị dưỡng cacbon Các vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng khơng có khả đồng hố hợp chất cacbon vơ CO2, muối cacbonat Nguồn dinh dưỡng cacbon bắt buộc chúng phải hợp chất hữu cơ, thường loại đường đơn Nguồn dinh dưỡng nitơ : Tự dưỡng amin Các vi sinh vật thuộc nhóm tự dưỡng amin có khả tự tổng hợp axit amin thể từ nguồn nitơ vơ hữu cơ, muối amon axit hữu thích hợp muối amơn axit vơ Dị dưỡng amin Các vi sinh vật thuộc kiểu dinh dưỡng khơng có khả tự tổng hợp axit amin cho thể mà phải hấp thụ axit amin có sẵn từ mơi trường Dinh dưỡng ngun tố vơ cơ: • Phospho tham gia vào thành phần quan trọng tế bào, nucleoproteic, acid nucleic, polyphosphate, phospholipid,… • Lưu huỳnh thành phần số acid amin phân tử protein nhóm phụ (-SH) số enzyme CoA Bởi vậy, khơng có mặt lưu huỳnh mơi trường trao đổi chất tế bào bị vi phạm khơng tổng hợp protein Dinh dưỡng chất sinh trưởng: • Những chất kích thích sinh trưởng vitamin, base purin pyrimidin • Những nhân tố sinh trưởng nấm men khơng có sắc tố vitamin nhóm B: inozit (B8), biotin (B7 hay H), acid pantotenic (B3), tiamin (B1), pyridoxine (B6), acid nicotinic (B5 hay PP) • Đối với nấm men có sắc tố đỏ cần chất sinh trưởng tiamin, ngồi có acid paraaminobenzic  Thiết bị ni cấy liên tục có khả trì tốc độ ST VK hệ số pha lỗng (µ = D)  Nhờ đó, tốc độ sinh trưởng riêng quần thể VK đạt mức cao điều kiện cụ thể dễ kiểm sốt So sánh ni cấy tĩnh ni cấy liên tục Ni cấy tĩnh  Thành phần MT khơng đổi  Chất dinh dưỡng cạn dần theo thời gian  Thời gian pha log ngắn  Tốc độ sinh trưởng riêng, trạng thái sinh lý, sinh hóa tế bào ln thay đổi Ni cấy liên tục  MT ln đổi ổn định  Chất dd ổn định dư thừa  Thời gian pha log dài  Tốc độ sinh trưởng riêng, trạng thái sinh lý, sinh hóa tế bào ln ổn định Ni cấy tĩnh Ni cấy liên tục  Sinh khối TB đạt mức khơng cao  Sinh khối TB đạt mức cao  Sự ST quần thể theo pha phụ thuộc vào thời gian  Sự ST theo lũy thừa thường xun mật độ khơng đổi theo thời gian  Việc điều khiển tự động khó thực  Việc điều khiển tự động thực dễ dàng  Ý nghĩa ni cấy liên tục  NCLT xem hệ thống mở có khuynh hướng dẫn đến cân động học Nhờ điều khiển tự động, quần thể VK cung cấp MT ổn định nên ST PT tối đa  Trong CN để thu sinh khối VK, thu sản phẩm TĐC chất có hoạt tính sinh học phục vụ đời sống III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT - Yếu tố vật lý Sự sinh trưởng  Nhiệt độ III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT - Yếu tố vật lý  Nhiệt độ Thường gặp tomin toopt tomax Vi sinh vật ưa lạnh (psychrophyle) Vi sinh vật sống biển phía bắc, đất bắc cực 0oC –10oC 20 –30oC Vi sinh vật ưa ấm ( mesophyle) Đại đa số loại vi khuẩn, nấm nơi 3oC 20 –35oC 45 –50oC Vi sinh vật ưa nóng (thermophyle) Thường gặp suối nước nóng 0oC 50 –60oC 80oC Nhóm vi sinh vật III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT - Yếu tố vật lý  Nhiệt độ C o F Tác động đến vi sinh vật o 121 250 Nhiệt nước tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật bào tử vòng 15 – 20 phút 116 240 Nhiệt nước tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật bào tử vòng 30 – 40 phút 110 230 Nhiệt nước tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật bào tử vòng 60 – 80 phút 100 212 Nhiệt độ sôi nước có khả tiêu diệt tế bào dinh dưỡng không tiêu diệt bào tử 82 – 93 179 – 200 Tế bào phát triển vi khuẩn, nấm men, nấm mốc bò tiêu diệt hoàn toàn 62 – 82 151 – 180 Các vi sinh vật ưa nhiệt phát triển 60 – 77 140 – 171 Pasteur hóa, tiêu diệt phần lớn vi sinh vật gây bệnh sữa, nước quả, trừ bào tử chúng 16 – 38 61 – 100 Các loài nấm men, nấm sợi, vi khuẩn phát triển mạnh 10 – 16 50 – 61 Các loài ưa lạnh phát triển mạnh 32 Các loài vi sinh vật ngừng phát triển – 18 Vi khuẩn trạng thái chết – 251 – 420 Rất nhiều loài vi sinh vật không bò chết hydrogen lỏng III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT - Yếu tố vật lý  Tia xạ Lọai xạ Bước sóng Tác dụng Tia tử ngọai 136 – 3200Ao - Vi sinh vật chết đột biến Tia xạ ion hóa (X, R) 136 – 1000Ao - Vi sinh vật chết đột biến Tia diệt khuẩn 2000 – 2950Ao - Diệt khuẩn phòng bảo quản nh sáng ban ngày 4000 – 8000Ao -Là lượng VSV có màu -Tiêu diệt phần VSV không màu III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT - Yếu tố vật lý  Áp suất thẩm thấu - Ưa mặn: Halococcus morrhueae, Staphylococcus, - Khơng ưa mặn: Enterobacteria, Pseudomonas,… III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT - Yếu tố vật lý  Độ ẩm STT Nhóm vi sinh vật Aw Phần lớn vi khuẩn G- 0,97 Phần lớn vi khuẩn G+ 0,90 Phần lớn nấm men 0,88 Phần lớn nấm sợi 0,80 Vikhuẩn ưa mặn 0,75 Một số nấm sợi khác 0,60 III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT - Yếu tố hóa học  pH III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT - Yếu tố hóa học  pH pH Vi sinh vật thực phẩm Nấm mốc Nấm men Vi khuẩn lactic Staphyloccocus aureus Acetobacer sp E Coli Clostridium botulinum Bacillus cereus Vibrio sp 10 III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT - Yếu tố hóa học  Chất độc chất diệt khuẩn Ester, alcol, dd NaOH yếu Muối kim loại nặng, Zn, acid, formalin HNO3, Cl2, KMnO4,… Glycerin, đường, muối (tăng nồng độ) III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT - Yếu tố sinh học  Hiện tượng cộng sinh : hai sinh vật chung sống hòa bình, sinh vật hữu ích cho sinh vật lại  Hiện tượng đối kháng (hoại sinh) : hai sinh vật tiêu diệt lẫn  Hiện tượng ký sinh: sinh vật sống dựa vào sinh vật kia, hút chất dinh dưỡng sinh vật để nuôi sống [...]... ADP+P i Q TRÌNH DINH DƯỠNG - Sơ đồ trao đổi chất của vi sinh vật CHẤT DỰ TRỮ CÁC CHẤT DINH DƯỢNG Sự dinh dưỡng Trao đổi xây dựng TẾ BÀO VI SINH VẬT Sự trao đổi năng lượng SỰ TĂNG SINH KHỐI Tái tổng hợp Sự dò hóa CÁC SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NĂNG LƯNG CÁC SẢN PHẨM DỊ HÓA Q TRÌNH HƠ HẤP - Hơ hấp yếm khí - Hơ hấp hiếu khí - Vi sinh vật Clostridium • Yếm khí • Yếm khí tùy tiện • Hiếu khí • Vi hiếu... thay đổi, nhịp điệu sinh trưởng, hình thái, sinh lý TB ln thay đổi Sự sinh trưởng của quần thể VK tn theo quy luật nhất định và phụ thuộc vào thời gian  Ý nghĩa của vi c nghiên cứu sinh trưởng của VK trong ni cấy tĩnh  Nghiên cứu q trình sinh trưởng của quần thể VSV  Nghiên cứu sự tạo thành các sản phẩm TĐC,các chất có hoạt tính sinh học, sinh khối TB Hiện tượng sinh trưởng kép và sinh trưởng thêm... hiếu khí Bacillus Sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Sinh trưởng là biểu thị sự tăng trưởng các thành phần của tế bào Q TRÌNH SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN Colony forming units colony 1.Các khái niệm và các thơng số sinh trưởng  Ở SV có kích thước lớn, sự sinh trưởng là sự tăng có thứ tự thành phần cấu tạo tế bào  Trong vi sinh học, sự sinh trưởng được hiểu là sự tăng số lượng TB của quần thể  Thời... Tốc độ sinh trưởng riêng của VSV (µ) là số lần phân chia trong một đơn vị thời gian của một chủng trong đk ni cấy cụ thể µ = n/ t Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn 3.1 Ni cấy tĩnh Là ni cấy trong dụng cụ chứa MT lỏng khơng được bổ sung chất dd mới và khơng lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất • Sinh trưởng của quần thể VK tn theo những quy luật nhất định và được biểu thị bằng đường cong sinh trưởng... thường trong tự nhiên, sự sinh trưởng của VSV trong pha logarit chỉ xảy ra định kỳ, phụ thuộc vào thức ăn 3.1.3 Pha cân bằng • Quần thể VK ở trạng thái cân bằng động học (số TB mới sinh ra bằng số TB cũ chết đi) • Hiệu suất sinh trưởng giảm do chất dinh dưỡng cạn dần, chất độc hại tăng lên, pH mơi trường thay đổi • Sinh khối VK đạt cực đại, khơng đổi theo thời gian (số TB mới sinh ra bằng số TB cũ chết...Q TRÌNH DINH DƯỠNG - Cơ chế hấp thụ chất dinh dưỡng • Khuếch tán bị động Màng ngoài Màng trong Q TRÌNH DINH DƯỠNG - Cơ chế hấp thụ chất dinh dưỡng • Khuyếch tán xúc tiến Màng ngoài Màng trong Q TRÌNH DINH DƯỠNG - Cơ chế hấp thụ chất dinh dưỡng • Chuyển vận chủ động Màng ngoài Màng trong ATP ADP+Pi Q TRÌNH DINH DƯỠNG - Cơ chế hấp thụ chất dinh dưỡng Thẩm... ngượclại 3.1.2 Pha logarit • Quần thể VK sinh trưởng và phân chia theo lũy thừa thường xun, ở tốc độ khơng đổi • Sinh khối TB tăng theo thời gian, tăng theo cấp số mũ và được tính theo cơng thức X = X0 2 µt  Trong pha log: µ là cực đại và ln là một hằng số đối với một chủng VK nhất định trong điều kiện ni cấy cụ thể  Kích thước, TP hố học, trạng thái sinh lý TB khơng thay đổi theo thời gian -> TB... cacbon dễ đồng hố trước.Sau mới tổng hợp tiếp enzim phân giải hợp chất thứ 2  Khi đó đồ thị ST sẽ có 2 pha lag, 2 pha log (đồ thị sinh trưởng kép) Đồ thị sinh trưởng kép Nếu 2 hợp chất cacbon có tỷ lệ khác nhau thì đồ thị sinh trưởng kép có độ dài từng pha khác nhau Đồ thị sinh trưởng thêm Glucoza/sorbitol (1/3), (2/2), (3/1) ... cấy VK vào MT cho đến khi đạt tốc độ sinh trưởng cực đại  VK làm quen và thích nghi với MT mới  Sự tổng hợp mạnh mẽ các thành phần TB (Protein, axit nucleic) các enzim TĐC (proteaza, amylaza) và tích lũy các chất cần thiết hình thành TB mới  TB ở trạng thái hoạt động mạnh nhất nhưng số lượng (X= Xo) TB chưa tăng  Các yếu tố ảnh hưởng đến pha lag a Đặc điểm của giống cấy - Giống ở pha log được... thu sinh khối nên dừng ở pha này  Trong tự nhiên, các VSV thường nằm trong pha cân bằng 3.1.4 Pha suy vong + Số TB có khả năng sống giảm dần theo luỹ thừa dẫn đến sự chết hàng loạt các cá thể + Chất độc hại tích lũy khá nhiều Chất dinh dưỡng cạn kiệt dưới mức cần thiết + Số TB bị tự phân bởi enzim, sự phân hủy các chất dự trữ cùng tăng lên  Nếu mục đích để thu các sản phẩm TĐC thì nên dừng vi c ... HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT - Yếu tố vật lý  Nhiệt độ Thường gặp tomin toopt tomax Vi sinh vật ưa lạnh (psychrophyle) Vi sinh vật sống biển phía bắc, đất bắc cực 0oC –10oC 20 –30oC Vi sinh vật ưa ấm... thu sinh khối VK, thu sản phẩm TĐC chất có hoạt tính sinh học phục vụ đời sống III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI SINH VẬT - Yếu tố vật lý Sự sinh trưởng  Nhiệt độ III CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VI. .. Bacillus Sinh trưởng phát triển vi sinh vật Sinh trưởng biểu thị tăng trưởng thành phần tế bào Q TRÌNH SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN Colony forming units colony 1.Các khái niệm thơng số sinh trưởng