MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHỔ BIẾN SỬ DỤNG TRONG BẢO QUẢN CÁC NHÓM VI SINH VẬT CỤ THỂ .... Vi khuẩn: là nhóm vi sinh vật có nhân nguyên thủy, cơ thể đơn bào, sinh sản chủ yếu bằng hình thức trự
Trang 1VI SINH VẬT ĐẠI CƯƠNG
Trang 2MỤC LỤC
CHƯƠNG I MỞ ĐẦU VỀ VI SINH VẬT HỌC 9
1 ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA VI SINH VẬT HỌC 9
1.1 Đối tượng của vi sinh vật học đại cương 9
1.2 Sự phân bố của vi sinh vật 10
1.3 Vai trò của vi sinh vật 10
1.4 Nhiệm vụ của vi sinh vật học đại cương 11
2 KHÁI LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC 12
2.1 Giai đoạn trước khi phát minh ra kính hiển vi 12
2.2 Giai đoạn sau khi phát minh ra kính hiển vi (Phát hiện ra vi sinh vật) 12
2.3 Giai đoạn vi sinh vật học thực nghiệm với Pasteur 13
2.4 Giai đoạn sau Pasteur và vi sinh học hiện đại 15
3 CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT 17
3.1.Kích thước nhỏ bé 17
3.2 Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh 18
3.3 Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh 18
3.4 Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị 19
3.5 Phân bố rộng, chủng loại nhiều 20
3.6 Là sinh vật xuất hiện đầu tiên trên trái đất 20
CHƯƠNG II VI SINH VẬT NHÂN NGUYÊN THỦY 22
1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HÌNH THÁI VÀ CẤU TẠO TẾ BÀO VI SINH VẬT 22
1.1 Kính hiển vi 22
1.1.1 Kính hiển vi quang học 22
1.1.2 Kính hiển vi điện tử 23
1.2 Phương pháp làm tiêu bản hiển vi 24
1.2.1 Phương pháp làm tiêu bản soi tươi (giọt ép, giọt treo) 24
1.2.2 Phương pháp làm tiêu bản nhuộm và soi kính hiển vi quang học 25
1.2.3 Phương pháp quan sát dưới kính hiển vi điện tử 26
2 VI KHUẨN 27
2.1 Hình dạng và kích thước 27
2.1.1 Cầu khuẩn (Coccus) 27
Trang 32.1.2 Trực khuẩn (Bacillus, Bacterium) 29
2.1.3 Cầu trực khuẩn (Cocco-Bacillus) 31
2.1.4 Phẩy khuẩn (Vibrio) 31
2.1.5 Xoắn thể (Spirillum) 31
2.1.6 Xoắn khuẩn (Spirochaeta) 32
2.2 Cấu tạo tế bào vi khuẩn 33
2.2.1 Thành tế bào (Cell wall) 34
2.2.2 Màng tế bào chất 37
2.2.3 Tế bào chất (Cytoplasm) 39
2.2.4 Mesosom 39
2.2.5 Ribosom 40
2.2.6 Các hạt dự trữ 41
2.2.7 Thể nhân (nuclear body) 42
2.2.8 Bao nhầy (capsula) 44
2.2.9 Tiêm mao (Flagella) và nhung mao (pilus hay fimbria) 45
2.2.10 Nha bào và sự hình thành nha bào (spore) 49
3 MỘT SỐ NHÓM VI KHUẨN ĐẶC BIỆT 53
3.1 Xạ khuẩn 53
3.2 Mycoplasma và dạng L của vi khuẩn 56
3.3 Rickettsia 57
4 SỰ SINH SẢN Ở VI KHUẨN 58
4.1 Sinh sản vô tính 58
4.2 Sinh sản hữu tính 58
CHƯƠNG III VI SINH NHÂN THẬT 61
1 NẤM MEN 61
1.1 Hình thái, cấu tạo nấm men 61
1.1.1 Hình thái, kích thước nấm men 61
1.1.2 Cấu tạo tế bào nấm men 62
1.2 Sinh sản của nấm men 70
1.2.1 Sinh sản vô tính 70
1.2.2 Sinh sản hữu tính: Sinh sản bằng bào tử túi 73
1.3 Vai trò của nấm men 75
1.4 Phân loại nấm men 76
2 NẤM MỐC (NẤM SỢI) 76
2.1 Hình thái nấm mốc 76
2.2 Cấu tạo của nấm mốc 78
2.2.1 Khuẩn ty 78
2.2.2 Bào tử 84
Trang 43 TẢO 88
3.1 Ngành Tảo đỏ (Rhodophyta) 89
3.2 Nhóm Tảo nâu 90
3.2.1 Ngành Khuê tảo hay Tảo cát (Bacillariophyta) 90
3.2.2 Ngành Tảo giáp (Pyrrophyta) 91
3.2.3 Ngành Tảo nâu (Phaeophyta) 91
3.3 Nhóm Tảo lục 92
3.3.1 Ngành Tảo lục (Chlorophyta) 93
3.3.2 Ngành Tảo vòng (Charophyta) 94
3.3.3 Ngành Euglenophyta (Tảo mắt) 94
CHƯƠNG IV SINH LÝ HỌC VI SINH VẬT 98
1 DINH DƯỠNG Ở VI SINH VẬT 98
1.1 Thành phần hóa học tế bào vi khuẩn 98
1.1.1 Nước 98
1.1.2 Vật chất khô 99
2 CÁC KIỂU DINH DƯỠNG Ở VI SINH VẬT 106
2.1 Nhu cầu về thức ăn của vi sinh vật 106
2.2 Nguồn thức ăn nitơ của vi khuẩn 110
2.3 Nguồn thức ăn khoáng đối với vi sinh vật 112
2.4 Nhu cầu về chất sinh trưởng của vi sinh vật 114
3 CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT DINH DƯỠNG VÀO TẾ BÀO VI SINH VẬT 115
3.1 Khuếch tán thụ động 116
3.2 Vận chuyển nhờ permease 116
4 TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 120
4.1 Quá trình trao đổi năng lượng 120
4.1.1 Bản chất của sự hô hấp vi sinh vật 121
4.1.2 Các loại hô hấp 121
4.2 Sự phân giải các hợp chất hữu cơ 129
4.2.1 Phân giải các hợp chất không chứa Nitơ 129
4.2.2 Phân giải các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ 140
4.3 Tổng hợp các hợp chất hữu cơ 144
4.3.1 Tổng hợp các hợp chất hữu cơ có Nitơ 144
4.3.2.Tổng hợp các hợp chất hữu cơ không chứa Nitơ 147
5 SỰ SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 148
5.1 Sinh trưởng, sinh sản và phát triển của vi khuẩn 148
5.2 Phương pháp nghiên cứu sự phát triển của vi sinh vật 148
5.2.1 Nuôi cấy vi sinh vật 148
Trang 55.2.2 Nuôi cấy vi khuẩn 150
5.3 Các phương pháp định lượng vi khuẩn 151
5.3.1 Đếm trực tiếp dưới kính hiển vi 151
5.3.2 Đếm số tế bào sống (khuẩn lạc trên đĩa thạch) 153
5.3.3 Phương pháp đo độ đục của huyền phù vi khuẩn 154
5.4 Lý thuyết về sự phát triển của vi khuẩn 156
5.5 Biểu đồ phát triển của vi khuẩn 158
5.5.1 Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong điều kiện nuôi cấy tĩnh 158
5.5.2 Hiện tượng sinh trưởng kép 161
5.5.3 Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong điều kiện nuôi cấy liên tục 162
CHƯƠNG V ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN SỰ SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT 165
1 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TÁC NHÂN VẬT LÝ 165
1.1 Độ ẩm 165
1.2 Nhiệt độ 165
1.2.1 Nhiệt độ thấp 166
1.2.2 Nhiệt độ cao 167
1.3 Áp suất thẩm thấu 168
1.4 Sóng siêu âm 168
1.5 Sức căng bề mặt 169
1.6 Tia bức xạ 169
1.6.1 Ánh sáng mặt trời 170
1.6.2 Tia tử ngoại (tia cực tím -UV) 170
2 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ HÓA HỌC 171
2.1 Ảnh hưởng của pH môi trường 171
2.2 Thế oxi hóa khử (Eh) 172
2.3 Các chất diệt khuẩn (sát trùng) 173
2.3.1 Phenol 173
2.3.2 Ethanol 173
2.3.3 Các halogen tác dụng độc với vi khuẩn 174
2.3.4 Kim loại nặng 174
3 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ SINH HỌC HAY TƯƠNG TÁC GIỮA VI SINH VẬT VỚI VI SINH VẬT VÀ VỚI VI SINH VẬT KHÁC 176
3.1 Kháng sinh 176
3.1.1 Khái niệm và phân loại chất kháng sinh 176
Trang 63.1.2 Một số vấn đề về kháng sinh 179
- Cơ chế tác động của kháng sinh 179
- Hiện tượng kháng thuốc của vi sinh vật 180
- Cơ chế hình thành tính kháng thuốc của vi sinh vật 181
3.2 Tế bào diệt tự nhiên và các yếu tố hòa tan 183
3.3 Kháng thể 184
3.4 Tiêu độc và khử trùng 184
3.4.1 Tiêu độc và phương pháp tiêu độc 184
3.4.2 Khử trùng và phương pháp khử trùng 185
CHƯƠNG VI DI TRUYỀN HỌC VI SINH VẬT 190
1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG 190
2 CƠ SỞ VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA VI KHUẨN 191
2.1 ADN nhiễm sắc thể, ARN và protein 191
2.1.1 Sao chép (tự sao) 191
2.1.2 Phiên mã 193
2.1.3 Dịch mã 194
2.2 Khái niệm và phân loại Plasmid 197
2.3 Biến dị ở vi khuẩn 199
2.3.1 Sự thích nghi 199
2.3.2 Các loại biến dị 200
3 VẬN CHUYỂN VÀ TÁI TỔ HỢP THÔNG TIN DI TRUYỀN 204
3.1 Chuyển nạp 205
3.1.1 Những thí nghiệm của F Griffith về sự chuyển nạp 1928 206
3.1.2 Thí nghiệm in vitro về hiện tượng chuyển nạp 207
3.1.3 Bản chất của nhân tố chuyển nạp 208
3.1.4 Điều kiện để có chuyển nạp 209
3.1.5 Các giai đoạn của quá trình chuyển nạp 210
3.1.6 Ứng dụng chuyển nạp trong nghiên cứu di truyền học 212
3.2 Tải nạp 214
3.2.1 Khái niệm về phage của vi khuẩn và vi khuẩn sinh tan 215
3.2.2 Các kiểu tải nạp 219
3.2.3 Cơ chế chung của tải nạp 221
3.2.4 Ứng dụng của quá trình tải nạp 221
3.3 Giao nạp (tiếp hợp) 222
3.3.1 Chứng minh có hiện tượng lai ở vi khuẩn 222
3.3.2 Sự phân hóa giới tính 223
3.3.3 Episome và plasmid 223
Trang 73.3.4 Nhân tố F/ 223
3.3.5 Tái tổ hợp 224
4 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT DI TRUYỀN TRONG CHẨN ĐOÁN BỆNH TRUYỀN NHIỄM 224
4.1 Quy trình thường quy để chẩn đoán bệnh do vi sinh vật 224
4.2 Những trở ngại trong chẩn đoán vi khuẩn học 225
4.3 Phương pháp nhân bản ADN (PCR: polymerase chain reaction) 225
CHƯƠNG VII KỸ THUẬT BẢO QUẢN GIỐNG VI SINH VẬT 229
1 PHIẾU THÔNG TIN VỀ CHỦNG VI SINH VẬT BẢO QUẢN 229
2 CHỨC NĂNG CỦA BỘ SƯU TẬP VI SINH VẬT 230
3 MỘT SỐ ĐIỂM LƯU Ý ĐỐI VỚI MỘT BỘ SƯU TẬP GIỐNG VI SINH VẬT 231
3.1 Duy trì khả năng sống của vi sinh vật bảo quản 231
3.2 Quan tâm đến số lượng tế bào khi tiến hành bảo quản 231
3.3 Duy trì đặc tính di truyền ổn định của chủng vi sinh vật bảo quản 231
3.4 Tính thuần chủng của vi sinh vật bảo quản 231
3.5 Kinh phí cần cho Bộ sưu tập vi sinh vật 231
3.6 Bảo quản các chủng có giá trị 232
3.7 Cung cấp chủng giống cho khách hàng 232
3.8 Cung cấp các thông tin liên quan đến chủng bảo quản 232
3.9 Kiểm tra chất lượng chủng vi sinh vật bảo quản 233
3.10 Cơ sở dữ liệu của Bộ sưu tập vi sinh vật 233
4 GIỚI THIỆU CHUNG MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN GIỐNG VI SINH VẬT 233
4.1 Phương pháp cấy truyền vi sinh vật 233
4.2 Phương pháp đông khô vi sinh vật và phương pháp đông khô trực tiếp 235
4.2.1 Phương pháp đông khô 235
4.2.2 Phương pháp đông khô dịch thể trực tiếp (L-drying) 236
4.2.3 Phương pháp bảo quản lạnh sâu 237
5 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHỔ BIẾN SỬ DỤNG TRONG BẢO QUẢN CÁC NHÓM VI SINH VẬT CỤ THỂ 238
5.1 Các phương pháp dùng cho bảo quản vi khuẩn và xạ khuẩn 238
5.1.1 Bảo quản vi khuẩn 238
5.1.2 Bảo quản xạ khuẩn: 241
5.2 Bảo quản vi tảo 242
Trang 85.3 Các phương pháp dùng cho bảo quản nấm sợi 242 5.4 Phương pháp bảo quản nấm men 248
Trang 9CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU VỀ VI SINH VẬT HỌC
1 ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA VI SINH VẬT HỌC
1.1 Đối tượng của vi sinh vật học đại cương
Xung quanh chúng ta, ngoài các sinh vật lớn mà chúng ta có thể
nhìn thấy được, còn có vô vàn vi sinh vật nhỏ bé, muốn nhìn thấy chúng
phải sử dụng kính hiển vi, người ta gọi chúng là vi sinh vật Môn khoa học nghiên cứu về hoạt động sống của các vi sinh vật được gọi là Vi
sinh vật học
Vi sinh vật học phát triển rất nhanh và đã dẫn đến việc hình thành các lĩnh vực khác nhau: vi khuẩn học (Bacteriology), nấm học (Mycology), tảo học (Algology) virus học (Virolory), Việc phân chia các lĩnh vực còn có thể dựa vào phương hướng ứng dụng Do đó chúng
ta thấy hiện nay còn có y sinh vi sinh vật học, vi sinh vật học thú y, vi sinh vật công nghiệp, vi sinh vật học nông nghiệp
Ngay trong vi sinh vật học nông nghiệp cũng có rất nhiều chuyên ngành: vi sinh vật lương thực, vi sinh vật thực phẩm, Mỗi lĩnh vực có đối tượng cụ thể riêng, cần đi sâu Tuy nhiên ở mức độ nhất định các chuyên ngành trên đều có những điểm cơ bản giống nhau
Vi sinh vật học đại cương, nghiên cứu những quy luật chung nhất
về vi sinh vật
Đối tượng nghiên cứu của vi sinh vật học là vi khuẩn, xạ khuẩn
(Actinomycetes), virus, Bacteriophage (thể thực khuẩn), nấm, tảo,
nguyên sinh động vật
Vi khuẩn: là nhóm vi sinh vật có nhân nguyên thủy, cơ thể đơn bào, sinh sản chủ yếu bằng hình thức trực phân, cơ thể nhỏ bé, muốn quan sát được phải sử dụng kính hiển vi quang học
Virus: là những sinh vật mà kích thước của chúng vô cùng nhỏ bé,
ký sinh nội bào tuyệt đối, muốn quan sát chúng phải sử dụng kính hiển
vi điện tử
Trang 10Nấm: trước đây được coi là thực vật bậc thấp nhưng không có diệp lục tố, thường đơn bào, có nhóm giả đa bào, cơ thể phân nhiều nhánh nhưng không có vách ngăn hoặc vách ngăn nhưng chính giữa có
lỗ thông, thuộc tế bào nhân thật
Vi sinh vật tuy có kích thước nhỏ bé và có cấu trúc cơ thể tương đối đơn giản nhưng chúng có tốc độ sinh sôi nẩy nở rất nhanh chóng và hoạt động trao đổi chất vô cùng mạnh mẽ Vi sinh vật có thể phân giải hầu hết tất cả các loại chất có trên thế giới, kể cả những chất rất khó phân giải, hoặc những chất gây hại đến nhóm sinh vật khác Bên cạnh khả năng phân giải, vi sinh vật còn có khả năng tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ phức tạp, trong điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thường
1.2 Sự phân bố của vi sinh vật
Vi sinh vật phân bố rộng rãi trong tự nhiên: trong đất, nước, không khí, trên cơ thể các sinh vật khác, trên lương thực, thực phẩm và các loại hàng hóa Chẳng những thế, sự phân bố của chúng còn theo một
hệ sinh thái vô cùng phong phú, đa dạng, từ lạnh đến nống, từ chua đến kiềm, từ háo khí đến kị khí,
Do sự phân bố rộng rãi và do hoạt động mạnh mẽ nên vi sinh vật
có tác dụng rất lớn trong việc tham gia các vòng tuần hoàn vật chất trên trái đất cũng như tham gia vào các quá trình sản xuất nông nghiệp
Vi sinh vật học đại cương, nghiên cứu những quy luật chung nhất
về vi sinh vật
1.3 Vai trò của vi sinh vật
Trong thiên nhiên, vi sinh vật giữ những mắt xích trọng yếu trong
sự chu chuyển liên tục và bất diệt của vật chất, nếu không có vi sinh vật hay vì một lý do nào đó mà hoạt động của vi sinh vật bị ngừng trệ dù chỉ trong thời gian ngắn, có thể nó sẽ làm ngưng mọi hoạt động sống trên trái đất
Thật vậy người ta đã tính toán nếu không có vi sinh vật hoạt động
cạn kiệt, lúc bây giờ cây xanh không thể quang hợp được, sự sống của các loài sinh vật khác không tiến hành bình thường được, bề mặt trái đất
sẽ trở nên lạnh lẽo
Trang 11Vi sinh vật còn là nhân tố tham gia vào việc giữ gìn tính bền vững của các hệ sinh thái trong tự nhiên
Đối với sản xuất nông nghiệp, vi sinh vật có vai trò rất lớn, vi sinh vật tham gia vào việc phân giải các hợp chất hữu cơ, chuyển hóa các chất khoáng, cố định nitơ phân tử để làm giàu thêm dự trữ nitơ của đất Trong quá trình sống, vi sinh vật còn sản sinh ra rất nhiều chất có hoạt tính sinh học cao có tác dụng trực tiếp đối với quá trình sinh trưởng, phát triển của cây trồng, vật nuôi Người ta nhận thấy nếu không có vi sinh vật tiêu thụ các sản phẩm trao đổi chất do cây trồng tiết ra quanh bộ
rễ thì một số sản phẩm này sẽ đầu độc trở lại cây trồng
Trong chăn nuôi và ngư nghiệp, vi sinh vật cũng có tác dụng rất
to lớn, trong cơ thể của các loài động vật đều có một hệ vi sinh vật rất phong phú, hệ vi sinh vật này giúp cho quá trình đồng hóa các chất dinh dưỡng và thải các chất cặn bã trong quá trình sống
Trong chăn nuôi một vấn đề lớn là làm thế nào để phòng chống được các bệnh truyền nhiễm, môn vi sinh vật thú y đã cùng môn dịch tễ học đã đề ra những biện pháp phòng dịch bệnh của súc vật và một số bệnh có thể lây sang người, như dại, lao, nhiệt thán,
Hiện nay vi sinh vật là một môn khoa học mũi nhọn trong cuộc cách mạng sinh học Nhiều vấn đề quan trọng của sinh học hiện đại như, nguồn gốc sự sống, cơ chế thông tin, cơ chế di truyền, cơ chế điều khiển học và các tổ chức sinh vật học, vi sinh vật học đang có những bước tiến
vĩ đại, đang trở thành vũ khí sắc bén trong tay con người để nhằm chinh phục thiên nhiên phục vụ đắc lực cho sản xuất và đời sống
1.4 Nhiệm vụ của vi sinh vật học đại cương
- Nghiên cứu các đặc điểm cơ bản về hình thái, cấu tạo, di truyền, hoạt động sinh lý hóa học, của các nhóm vi sinh vật
- Sự phân bố của vi sinh vật trong tự nhiên và mối quan hệ giữa chúng với môi trường và các sinh vật khác
- Nghiên cứu các biện pháp thích hợp để có thể sử dụng một cách
có hiệu quả nhất vi sinh vật có lợi cũng như các biện pháp tích cực nhằm ngăn ngừa các vi sinh vật có hại trong mọi hoạt động của đời sống con người