CHƯƠNG 2 SINH TRƯỞNG ở VI SINH vật image marked image marked

CHƯƠNG SINH TRƯỞNG Ở VI SINH VẬT A KIẾN THỨC TRỌNG TÂM VÀ CHUYÊN SÂU Sinh trưởng vi sinh vật tăng số lượng tế bào quần thể vi sinh vật Sự tăng số lượng tế bào quần thể vi sinh vật phụ thuộc vào giống vi khuẩn điều kiện môi trường nuôi cấy Sinh trưởng quần thể vi sinh vật nuôi cấy không liên tục Nuôi cấy không liên tục kiểu ni cấy mà suốt q trình nuôi, người ta không bổ sung chất dinh dưỡng khơng lấy sản phẩm chuyển hóa vi sinh vật Trong nuôi cấy không liên tục, đường cong sinh trưởng quần thể vi sinh vật trải qua pha: - Pha tiềm phát (pha lag): pha tính từ lúc bắt đầu ni cấy đến vi khuẩn đạt tốc độ sinh trưởng cực đại Trong pha lag vi khuẩn chưa phân chia (nghĩa chưa có khả sinh sản) thể tích khối lượng tế bào tăng lên rõ rệt trình tổng hợp chất, trước hết đại phân tử (protein, enzym, acid nucleic ) diễn mạnh mẽ Sự tổng hợp mạnh mẽ chất chuẩn bị cần thiết để bước vào pha phân chia liên tục Độ dài pha lag phụ thuộc vào tuổi ống giống thành phần môi trường Các tế bào sinh có tốc độ sinh trưởng nhanh tế bào già; môi trường lạ với vi sinh vật thời gian pha lag lâu, vi khuẩn cần có thời gian để thích ứng với điều kiện môi trường - Pha lũy thừa (pha log): pha này, số lượng tế bào vi khuẩn tăng theo cấp số nhân Tốc độ phân chia tế bào đạt cực đại ổn định Số lượng tế bào quần thể tăng theo phương trình: N t  N 2n Trong đó: (1) Nt số lượng tế bào thời điểm t N0 số lượng tế bào thời điểm ban đầu n số lần phân chia tế bào Đặt mua file Word link sau https://tailieudoc.vn/phankhacnghe/ Trang Khi quần thể vi sinh vật bước vào pha log, tốc độ phân chia tế bào khơng đổi đạt cực đại, đó, gọi khoảng thời gian hai lần phân chia liên tiếp thời gian hệ thời gian hệ pha ngắn nhất, không đổi tính theo cơng thức: g  Trong đó: t (2) n g thời gian hệ t khoảng thời gian tế bào phân chia n số lần phân chia tế bào thời gian t Người ta sử dụng số tốc độ phân chia μ để số lần phân chia tế bào vi khuẩn Nó tính theo cơng thức:   g (1) Khi thay công thức (2) (3) vào phương trình (1), ta công thức: t g N t  N  N t Từ công thức này, ta tính giá trị n, g, μ biết N0 Nt n - lg N t  lg N lg N t  lg N t.lg ;g  ; lg lg N t  lg N t.lg Pha cân (pha ổn định): pha quần thể vi khuẩn trạng thái cân động học, số tế bào sinh số tế bào cũ chết Kết số tế bào sống không tăng không giảm Nguyên nhân tồn pha ổn định tích lũy sản phẩm độc trao đổi chất (các loại rượu, acid hữu cơ) việc cạn chất dinh dưỡng (thường chất dinh dưỡng có nồng độ thấp nhất) Nguyên nhân thứ phức tạp khó phân tích, ngun nhân thứ hai nghiên cứu kĩ - Pha suy vong: pha số lượng tế bào có khả sống giảm theo lũy thừa (mặc dù số lượng tế bào tổng cộng khơng giảm) Đơi tế bào bị tự phân hủy nhờ enzym thân Ở vi khuẩn sinh bào tử trình phức tạp hình thành bào tử Nguyên nhân pha tử vong chưa thật rõ ràng, có liên quan đến điều kiện bất lợi môi trường Khi nồng độ chất độc hại môi trường tăng cao, chất dinh dưỡng cạn kiệt, tế bào buộc phải phân giải chất dự trữ, dẫn đến tử vong Trang Sinh trưởng quần thể vi khuẩn điều kiện nuôi cấy không liên tục * Sinh trưởng kép: Khi nuôi cấy vi khuẩn mơi trường có hai nguồn dinh dưỡng khác nhau, đường cong sinh trưởng quần thể có hai pha lag, hai pha log Người ta gọi tượng sinh trưởng kép Nguyên nhân sinh trưởng kép sinh trưởng môi trường có hai nguồn cacbon khác nhau, tế bào đồng hóa trước tiên nguồn cacbon mà chúng “ưa thích” Đồng thời chất thứ kìm hãm enzym cần cho việc đồng hóa chất thứ hai Chỉ sau nguồn cacbon thứ cạn nguồn cacbon thứ hai cảm ứng tổng hợp nên enzym cần việc chuyển hóa E.coli mơi trường hỗn hợp glucozơ - sorbitol Sinh trưởng kép tượng phổ biến giải thích chế kiềm chế nói chung đặc biệt hiệu ứng glucozơ * Sinh trưởng thêm: Trong pha suy vong, nhiều tế bào bị chết tự phân hủy nhờ enzym tế bào Sự phân hủy làm giải phóng chất dinh dưỡng cung cấp cho số tế bào sống sót tiếp tục sinh trưởng thêm vài lần Hiện tượng gọi sinh trưởng thêm Sinh trưởng quần thể vi sinh vật điều kiện nuôi cấy liên tục Trang Nuôi cấy liên tục kiểu ni cấy mà suốt q trình nuôi, người ta thường xuyên bổ sung chất dinh dưỡng vào dịch nuôi cấy lấy khỏi dịch nuôi cấy chất độc, thu lấy sinh khối vi sinh vật Trong điều kiện nuôi cấy liên tục, quần thể sinh trưởng pha log, làm cho q trình sinh trưởng diễn liên tục Kiểu ni cấy có ưu điểm làm cho tốc độ sinh trưởng vi sinh vật cao điều kiện cụ thể kiểm sốt được, thu lượng sinh khối cao Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng vi sinh vật Sinh trưởng nói chung sinh trưởng vi sinh vật nói riêng chịu ảnh hưởng nhân tố môi trường Tác động môi trường đến sinh trưởng vi sinh vật theo hai hướng: ức chế kích thích Có hai nhóm nhân tố môi trường tác động đến sinh trưởng vi sinh vật là: Các nhân tố hóa học nhân tố vật lí a Ảnh hưởng nhân tố hóa học đến sinh trưởng vi sinh vật Các chất hóa học ảnh hưởng đến sinh trưởng vi sinh vật chia thành nhóm sau đây: - Các chất dinh dưỡng: chất dinh dưỡng có vai trò cung cấp đầy đủ nguyên tố cần thiết cho sinh trưởng tế bào vi sinh vật Các chất dinh dưỡng cung cấp cho vi sinh vật chia làm nhóm sau: + Nguồn cacbon: Vi sinh vật sử dụng cacbon để làm khung cấu trúc, cấu tạo nên hợp chất hữu Do vậy, cacbon ngun tố khơng thể thiếu chúng Các nhóm vi sinh vật khác lấy cacbon từ nhiều nguồn khác Vi sinh vật dị dưỡng thu nhận cacbon từ chất hữu cơ, vi sinh vật tự dưỡng thu nhận cacbon từ CO2 Khác với động vật thực vật, vi sinh vật có khả đồng hóa nhiều nguồn cacbon khác Một số loài sống tự dưỡng có nguồn cacbon hữu cơ, chúng chuyển sang dị dưỡng Ngay loài vi sinh vật dị dưỡng, chúng sử dụng nguồn cacbon đặc biệt dầu mỏ, nguồn cacbon phổ biến cacbonhydrat Tính đa dạng dinh dưỡng mặt khả thích nghi cao với điều kiện môi trường, vốn coi lợi tuyệt đối vi sinh vật + Nguồn nitơ, photpho lưu huỳnh: nguyên tố tham gia cấu tạo nên axít nucleic, protein chất khác tế bào Vì thế, nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu vi sinh vật Một số loài thu nhận nguyên tố từ chất vô ( NH , NO3 , N , SO42 , PO43 ) từ chuyển hóa sang dạng hữu Số khác lấy nguyên tố trực tiếp từ chất hữu môi trường (axit amin, bazơ nitơ, ) Trang + Oxi: Oxi phân tử chất dinh dưỡng vi sinh vật Tuy nhiên chất lại đóng vai trò quan trọng chúng Dựa vào nhu cầu oxi, người ta chia vi sinh vật thành nhóm: * Vi sinh vật hiếu khí bắt buộc: vi sinh vật sống mơi trường có oxi Các lồi thuộc nhóm thu nhận lượng theo đường hơ hấp hiếu khí, lấy oxi làm chất nhận electron cuối Hầu hết loài vi sinh vật thuộc nhóm (nấm, vi khuẩn, tảo, động vật nguyên sinh) * Vi sinh vật kị khí bắt buộc: Nhóm sống mơi trường khơng có oxi Oxi chất ức chế sinh trưởng chúng Nguyên nhân oxi xâm nhập vào tế bào, tiến hành oxi hóa chất, tạo hợp chất peroxit (H2O2, O2 ) Các chất gây độc tế bào, đó, tế bào lồi khơng có enzym phân giải H2O2 (peroxidaza, SOD - Superoxit-Dismutaza, catalaza) nên tồn mơi trường hiếu khí Nhóm vi sinh vật thu nhận lượng lên men hô hấp kị khí Các lồi vi khuẩn sống dày trâu bò thuộc nhóm * Vi sinh vật kị khí khơng bắt buộc: nhóm sống mơi trường có khơng có oxi Trong mơi trường có oxi, chúng thu nhận lượng theo đường hơ hấp hiếu khí, mơi trường khơng có oxi, chúng lên men hơ hấp kị khí Thuộc nhóm có số vi sinh vật nấm men rượu, vi khuẩn E.coli * Vi sinh vật vi hiếu khí: Đây lồi vi sinh vật hiếu khí đòi hỏi nồng độ oxi thấp (2 - 10%) Nếu nồng độ oxi cao 20% chúng bị chết Nguyên nhân chúng có enzym phân giải H2O2 với hàm lượng thấp, mơi trường có nồng độ oxi cao, enzym phân giải khơng hết, H2O2 dư gây chết tế bào Ví dụ: vi khuẩn giang mai, vi khuẩn tả * Vi sinh vật kị khí chịu oxi: vi sinh vật sống mơi trường có oxi khơng sử dụng oxi làm chất nhận electron cuối Điển hình cho nhóm số lồi vi khuẩn lactic - Các nhân tố sinh trưởng: Nhân tố sinh trưởng chất hữu có vai trò khơng thể thiếu sinh trưởng vi sinh vật số vi sinh vật không tự tổng hợp được, phải lấy từ mơi trường bên ngồi Nhân tố sinh trưởng bao gồm vitamin, axit amin bazơ nitơ Dựa vào khả tổng hợp nhân tố sinh trưởng, người ta chia vi sinh vật thành nhóm: Trang + Vi sinh vật nguyên dưỡng: vi sinh vật có khả tự tổng hợp nhân tố sinh trưởng Chúng sống mơi trường có nguồn cacbon, nguồn lượng phù hợp chất khoáng cần thiết khác (môi trường tối thiểu) + Vi sinh vật khuyết dưỡng: vi sinh vật khơng có khả tự tổng hợp số nhân tố sinh trưởng Chúng sống mơi trường có nhân tố sinh trưởng Vì thế, vi sinh vật khuyết dưỡng dùng làm sinh vật thị xác định có mặt chất + Trong số trường hợp, hai loài vi sinh vật khuyết dưỡng ni riêng rẽ mơi trường tối thiểu không sinh trưởng nuôi chung với chúng lại sinh trưởng tốt Điều có loài khuyết dưỡng nhân tố sinh trưởng nhân tố lại tổng hợp từ loài ngược lại Do vậy, sống chung với nhau, chúng cộng sinh với tồn Hiện tượng gọi tượng đồng dưỡng - Các chất ức chế sinh trưởng: chất hóa học có khả kìm hãm sinh trưởng gây chết vi sinh vật Thuộc nhóm có nhiều chất khác với chế tác động khác Tuy nhiên, tùy theo đặc tính ức chế, chia chất ức chế thành nhóm: + Chất ức chế khơng chọn lọc: chất ức chế vi sinh vật khơng có tính chọn lọc, tác động theo kiểu gây chết Thuộc nhóm có chất như: etanol, andehit, chất oxi hóa mạnh, halogen Bảng 2: Các chất ức chế sinh trưởng theo kiểu không chọn lọc Chất ức chế sinh trưởng Cơ chế tác động Ứng dụng Phenol alcohol Biến tính protein Dùng làm chất tẩy uế, sát trùng Halogen (I2, Cl2, Br2 ) Biến tính protein Dùng làm chất tẩy uế nước Chất oxi hóa (H2O2, O3 ) Biến tính protein -Làm chất tẩy uế, sát trùng vết thương - Làm nước - Khử trùng thiết bị y tế thiết bị chế biến thực phẩm Chất hoạt động bề mặt Giảm sức căng bề mặt Dùng làm chất tẩy rửa nước hư hại Trang màng sinh chất Các kim loại nặng Gây biến tính protein Dùng để tẩm vật liệu băng bó phẫu thuật Anđêhit Gây biến tính làm Dùng làm tất tẩy uế, ướp xác bất hoạt protein + Chất ức chế có chọn lọc: Có tác dụng ức chế sinh trưởng vi sinh vật cách đặc hiệu, tác động đến một nhóm lồi mà khơng tác động đến lồi khác Thuộc nhóm có chất kháng sinh Kháng sinh chất hữu vi sinh vật tổng hợp nên, có tác dụng ức chế sinh trưởng vi sinh vật khác Các chất kháng sinh ức chế sinh trưởng vi sinh vật theo chế sau: * Ức chế tổng hợp thành tế bào: penicilin, ampicilin * Phá hoại màng sinh chất: polimixinB * Ức chế tổng hợp protein: streptomixin, gentamixin, chloramphenicol, tetraxilin * Ức chế tổng hợp axit nucleic: ciprofloxaxin, kháng sinh quinolone, rifampin Kháng sinh sử dụng rộng rãi việc điều trị bệnh truyền nhiễm vi khuẩn gây nên b Ảnh hưởng nhân tố vật lí đến sinh trưởng vi sinh vật Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng vi sinh vật gồm: - Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt động enzym protein khác tế bào, vậy, coi nhiệt độ nhân tố quan trọng sinh trưởng vi sinh vật Mỗi loài vi sinh vật sinh trưởng khoảng giá trị nhiệt độ định Dựa vào ảnh hưởng nhiệt độ, chia vi sinh vật thành nhóm: + Nhóm ưa lạnh: sinh trưởng tốt nhiệt độ khoảng 15°C thấp Trong nhóm có loại chịu lạnh, sinh trưởng tốt nhiệt độ từ 20 - 40°C, sống điều kiện nhiệt độ 0°C Nhóm phân bố chủ yếu vùng cực đại dương + Nhóm ưa ấm: thích hợp với nhiệt độ 25 - 37°C, sinh trưởng nhiệt độ 10°C Đa số vi sinh vật sống đất, nước kí sinh thể người động vật có vú vi sinh vật ưa ấm Trang + Nhóm ưa nhiệt: sống khoảng nhiệt độ từ 55 - 65°C, thích hợp nhiệt độ 45°C Thuộc nhóm có lồi vi khuẩn sống đống phân ủ, cỏ khô tự đốt nóng, vi khuẩn suối nước nóng + Nhóm ưa siêu nhiệt: sinh trưởng tối ưu nhiệt độ từ 85 - 110°C, ví dụ loại cổ khuẩn sống vùng nóng bỏng biển đáy biển Ở loài này, màng tế bào cấu trúc khác ADN, protein có đặc điểm đặc biệt để hoạt động tốt điều kiện nhiệt độ cao - pH: pH thang biểu thị nồng độ H+ dung dịch pH tính theo cơng thức: pH   lg[ H  ] Dựa vào giá trị pH, người ta chia môi trường thành loại: Môi trường axit, môi trường trung tính mơi trường kiềm Mơi trường pH = gọi mơi trường trung tính, mơi trường có pH < gọi môi trường axit, môi trường có pH > gọi mơi trường kiềm Ví dụ, dung dịch có nồng độ H+ 10-2 pH dung dịch  lg102  , giá trị nhỏ 7, nên môi trường gọi môi trường axit pH ảnh hưởng đến tính thấm ion qua màng tế bào, hoạt động chuyển hóa vật chất tế bào, hoạt tính enzym, trình tổng hợp ATP Do vậy, nhân tố quan trọng sinh trưởng vi sinh vật Dựa vào pH thích hợp, vi sinh vật chia thành nhóm: + Vi sinh vật ưa axit: sinh trưởng tốt mơi trường có pH từ - 6, số sinh trưởng môi trường pH = Đa số nấm thuộc nhóm này, ngồi có số loài vi khuẩn, vi khuẩn lactic + Vi sinh vật ưa kiềm: sinh trưởng tốt mơi trường pH > 9, chí có lồi sống môi trường pH= 11 + Vi sinh vật ưa trung tính: sinh trưởng tốt mơi trường pH từ đến Đa số vi khuẩn động vật nguyên sinh thuộc nhóm - Độ ẩm áp suất thẩm thấu: Lượng nước tự môi trường đại lượng ảnh hưởng đến sinh trưởng vi sinh vật Các vi sinh vật sống nước chịu tác động áp suất thẩm thấu Khi tế bào vi khuẩn sống mơi trường có áp suất thẩm thấu cao, tế bào bị nước, co nguyên sinh chết Nếu môi trường có áp suất thẩm thấu thấp, tế bào bị trương nước Tuy nhiên, nhờ có thành peptydoglycan mà tế bào không bị vỡ ra, vi khuẩn sinh trưởng phát triển bình thường Các lồi động vật ngun sinh sống nước ngọt, khơng có thành tế bào, thích nghi với mơi trường nhược trương nhờ hoạt động khơng bào co bóp Các khơng bào thu gom lượng nước Trang vào tế bào đẩy ngồi Nhờ vậy, tế bào khơng bị vỡ Nói chung, đa số vi sinh vật khơng sống mơi trường có áp suất thẩm thấu cao, trừ vi khuẩn ưa mặn Các loài vi sinh vật sống cạn chịu tác động độ ẩm Độ ẩm tỷ lệ phần trăm nước khơng khí Nói chung vi sinh vật khơng sống mơi trường khơ hạn (trừ số lồi nấm vi khuẩn ưa khô hạn ) - Bức xạ: tia xạ có mức lượng lớn, làm chết tế bào vi sinh vật gây đột biến Bức xạ bao gồm xạ ion hóa xạ khơng ion hóa + Bức xạ ion hóa (các tia gama, tia X): có tác dụng phá hủy ADN vi sinh vật Được dùng để khử trùng thiết bị y tế thiết bị phòng thí nghiệm, bảo quản thực phẩm + Bức xạ khơng ion hóa (tia tử ngoại): có tác dụng kìm hãm q trình nhân đơi ADN phiên mã, gây đột biến Được dùng để khử trùng bề mặt vật thể dung dịch suốt, khí Sinh sản vi sinh vật a Sinh sản vơ tính vi sinh vật Các hình thức sinh sản vơ tính vi sinh vật: - Phân đơi: hình thức sinh sản phổ biến vi khuẩn Trong hình thức này, thể mẹ phân thành hai phần nhau, phần phát triển thành thể Ở vi khuẩn, hình thành thể thực theo chế trực phân (phân bào không tơ) Khi tế bào đạt kích thước định, ADN tiến hành nhân đơi, phân tử ADN đính mesosom Sau đó, tế bào hình thành vách chia tế bào thành tế bào con, tế bào thể Ở nấm men (và vi sinh vật nhân thực khác), sinh sản phân đôi thực theo chế nguyên phân (phân bào có tơ) - Nảy chồi: thể mẹ hình thành chồi, chồi lớn dần phát triển thành thể mới, dính với thể mẹ tách Nảy chồi có vi sinh vật nhân sơ (vi khuẩn sống nước) vi sinh vật nhân thực, đặc biệt nấm men Sự khác biệt phân đôi nảy chồi nấm men chủ yếu khác thời điểm hình thành thoi vơ sắc chu kì tế bào Ở hình thức phân đơi, chu kì tế bào diễn bình thường tế bào nhân thực khác, thoi vơ sắc hình thành màng nhân, NST đưa hai cực sau hình thành vách ngăn tách thành tế bào riêng biệt Trong hình thức nảy chồi, thoi vơ sắc hình thành sớm (ở cuối pha S), đẩy phần tế bào chất tách ra, thành tế bào gấp lại nhân chưa hình thành Trang - Sinh sản bào tử: hình thức có xạ khuẩn Đỉnh sợi khí sinh phân cắt thành chuỗi bào tử, bào tử phát tán đến nơi khác Nếu gặp chất thuận lợi, bào tử phát triển thành thể Một số lồi vi khuẩn có khả hình thành nội bào tử Nội bào tử hình thành bên tế bào, vi khuẩn gặp điều kiện bất lợi môi trường nhiệt độ cao, khô hạn Về cấu tạo, bào tử bao gồm: màng cùng, bao ngoài, bao trong, vỏ corex, thành bào tử, màng sinh chất trung tâm bào tử, ADN + Màng nằm phần phần sót lại tế bào mẹ, có khơng, dày, xốp Màng ngồi gồm hai lớp, thành phần chủ yếu lipoprotein, chứa lượng nhỏ protein, hydratcacbon, + Lớp bao ngồi bao trong, có cấu tạo từ 3-15 lớp chủ yếu protein sừng (chiếm 5080% protein bào tử) photpholipoprotein, áo bào tử có sức đề kháng cao với lizozim, proteaza, chất hoạt động bề mặt, có tính thẩm thấu kép với cation, + Vỏ bào tử corex vỏ đặc trưng có mặt dipicolinat canxi Hợp chất chiếm tới 10-15% trọng lượng khơ bào tử Vai trò hợp chất làm cho bào tử chống chịu nhiệt độ cao (vỏ bào tử người ta tìm thấy hợp chất khác succinyl – glutamic, hợp chất mặt tế bào dinh dưỡng) + Dưới lớp vỏ bào tử lõi bào tử gồm thành, màng sinh chất, màng bào tử, chất ADN Lượng nước chứa lõi thấp, khơng thấy có axit tecoic, lại có axit dipicolinat canxi Còn thành phần khác lõi bào tử giống tế bào bình thường khác Trang 10 Cấu trúc nội bào tử (Nguồn: Nguyễn Thành Đạt - Mai Thị Hằng) Các giai đoạn hình thành bào tử: (1) Bắt đầu hình thành vách ngăn ADN chất nguyên sinh (2) Màng sinh chất bắt đầu bao ADN, chất nguyên sinh phần lại tạo vòng nhỏ gọi tiểu bào tử (3) Tiểu bào tử hình thành hai lớp màng, tăng cao tính kháng xạ (4) Lớp vỏ sơ khai hình thành hai lớp màng bào tử sau tích luỹ nhiều peptidoglican tổng hợp axit dipicolinat canxi có tính chiết quang cao (5) Vỏ bào tử hình thành (bào tử bắt đầu có tính kháng nhiệt) (6) Bào tử giải phóng Nội bào tử dạng tiềm sinh vi khuẩn, hình thành vi khuẩn gặp điều kiện bất lợi Nội bào tử bào tử sinh sản b Sinh sản hữu tính vi sinh vật Nhiều lồi nấm sinh sản hữu tính cách hình thành bào tử đơn bội, bào tử kết hợp với tạo thành tế bào lưỡng bội Tùy vào loài mà giai đoạn lưỡng bội đơn bội chiếm ưu B CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP ƠN LUYỆN Trang 11 Câu 1: Khi ni cấy vi khuẩn điều kiện nuôi cấy không liên tục, quần thể vi khuẩn trải qua pha tiềm phát (pha lag) Có thể coi pha lag pha tĩnh khơng? Vì sao? Hướng dẫn giải: Khơng thể coi pha lag pha tĩnh pha số lượng tế bào vi khuẩn khơng tăng lên Vì: - Đây pha cảm ứng tế bào vi khuẩn, tế bào cảm ứng chất mới, khởi động gen cần thiết, tổng hợp enzym chuẩn bị cho trình tăng trưởng - Trong pha này, diễn tăng trưởng tế bào vi khuẩn Tế bào tăng cường tổng hợp enzym, tổng hợp chất hữu khác, hình thành cấu trúc mới, tăng kích thước tế bào, chuẩn bị nguyên liệu cần thiết cho phân chia Về mặt sinh học, hồn tồn khơng phải pha tĩnh Câu 2: Ni cấy liên tục có lợi nhược điểm so với ni cấy khơng liên tục? Hướng dẫn giải: Khi nuôi vi sinh vật hệ liên tục (hệ mở), tức thường xuyên thêm chất dinh dưỡng vào môi trường loại chất độc hại khỏi dịch ni cấy, trì pha sinh trưởng cấp số mũ thời gian dài + Ưu điểm: - Ưu điểm nuôi cấy liên tục làm cho tốc độ sinh trưởng riêng vi sinh vật đạt cao thu lượng sinh khối cao - Nghiên cứu cụ thể thay đổi chất trình sinh trưởng - Sản xuất chất trao đổi với hoạt tính mong muốn - Tiết kiệm thời gian sản xuất (khơng có thời gian chết) - Làm tối ưu hố dễ dàng điều kiện ni cấy, cách thêm chất dinh dưỡng thay đổi thông số hoạt động + Nhược điểm: - Sản xuất chất trao đổi thứ cấp không luôn ổn định - Dễ bị tạp nhiễm - Sau thời gian dài dẫn đến biến số tính trạng giống nguyên thuỷ - Đối với vi sinh vật có hệ sợi dễ bị nhớt không đồng giống, thời gian hệ phụ thuộc vào chủng vi sinh vật điều kiện giống Câu 3: a Các chế tác động kháng sinh lên vi khuẩn? Trang 12 b Ở bò sau chữa bệnh penicilin mà vắt sữa sữa tồn dư kháng sinh Loại sữa dùng làm sữa chua khơng? Vì sao? Hướng dẫn giải: a Các chế tác động kháng sinh lên vi khuẩn: - Ức chế tổng hợp thành tế bào - Phá hủy màng sinh chất - Ức chế nhân đôi ADN, phiên mã dịch mã b Khơng làm vì: penicilin ức chế tổng hợp thành peptiđoglycan vi khuẩn lactic dẫn đến vi khuẩn không sinh trưởng Câu 4: Etanol (nồng độ 70%) penicilin thường dùng để diệt khuẩn y tế Hãy giải thích vi khuẩn khó biến đổi chống etanol, lại biến đổi chống penicilin Hướng dẫn giải: - Etanol (nồng độ 70%) có tác dụng gây biến tính protein; kiểu tác động khơng chọn lọc khơng cho sống sót - Penicilin ức chế tổng hợp PEG (peptidoglican) vỏ vi khuẩn Nhiều vi khuẩn mang gen kháng kháng sinh (thường plazmit) mã hoá enzym penicilinaza cắt vòng beta-lactam penicilin bất hoạt chất kháng sinh Câu 5: Người ta cấy vi khuẩn Proteus vulgaris mơi trường dịch thể có thành phần tính theo đơn vị g/l: NH4C1 - FeSO4.7H2O -0,01 K2HPO4 - CaCl2 - 0,01 MgSO4.7H2O -0,2 H2O - lít Các nguyên tố vi lượng (Mn, Mo,Cu, Zn): loại 2.10-5 Bổ sung thêm vào loại môi trường chất sau: Chất bổ sung Các loại môi trường M1 M2 M3 M4 Glucozơ 5g 5g 5g Axit nicotinic 0 0,1mg Cao nấm men 0 5g Sau 24h nuôi tủ ấm nhiệt độ phù hợp, người ta thấy có sinh trưởng vi khuẩn môi trường M3, M4 mơi trường M1 M2 khơng có vi khuẩn phát triển a Các mơi trường M1, M2, M3 M4 thuộc loại môi trường gì? b Axit nicotinic giữ vai trò vi khuẩn Proteus vulgaris? Trang 13 c Môi trường M3 lúc bắt đầu nuôi cấy chứa N0 = 102 vi khuẩn 1ml Sau 6h, môi trường pha cân chứa N= 106 vi khuẩn/ml Trong điều kiện nuôi cấy thời gian hệ 25 phút Hãy cho biết vi khuẩn có trải qua pha tiềm phát hay khơng? Nếu trải qua thời gian pha bao nhiêu? Hướng dẫn giải: a M1: môi trường tối thiểu M2, M3: môi trường tổng hợp M4: môi trường bán tổng hợp b Axit nicotinic nhân tố sinh trưởng thiếu (mơi trường M1, M2) vi khuẩn khơng phát triển c Có trải qua pha tiềm phát, pha lag xác định: n  [ lg106  lg102 ] / lg  13,3 ⇒ thời gian pha log: 13,3 x 25 = 332,5 phút ⇒ thời gian pha tiềm phát = x 60 - 332,5 = 27,5 phút Câu 6: a Khi trực khuẩn Streptococcus aureus phát triển môi trường lỏng, người ta thêm Lisosim vào dung dịch ni cấy Vi khuẩn có tiếp tục sinh sản khơng? Vì sao? b Vi khuẩn Lactic chủng I tổng hợp axit Folic (một loại vitamin) không tổng hợp pheninalamin (một loại axit amin) Còn vi khuẩn Lactic chủng II ngược lại Có thể ni chủng vi sinh vật môi trường thiếu axit folic axit pheninalamin không? Vì sao? Hướng dẫn giải: a Lizozim làm tan thành tế bào vi khuẩn, vi khuẩn thành tế bào biến thành tế bào trần → không phân chia → không sinh sản được; tế bào vi khuẩn dễ tan ảnh hưởng môi trường b.Hai chủng vi sinh vật khuyết dưỡng nuôi riêng khơng phát triển thiếu nhân tố sinh trưởng - Nếu nuôi chung lâu ngày xảy tượng đồng dưỡng chúng hình thành cầu tiếp hợp → bổ sung vật chất di truyền cho tạo chủng nguyên dưỡng phát triển mơi trường tối thiểu Câu 7: Nuôi cấy E coli môi trường có frutozơ sorbitol nguồn cacbon, thu kết sau: Trang 14 Giờ Số lượng tế bào vi khuẩn 102 102 104 106 108 108 109 1010 1011 Hãy vẽ đồ thị biểu diễn giải thích trình sinh trưởng quần thể vi khuẩn Hướng dẫn giải: - Đồ thị: - Giải thích: Đường cong thể hiện tượng sinh trưởng kép xảy mơi trường ni cấy có loại chất cacbon - Lúc đầu vi khuẩn tổng hợp loại enzym để phân giải loại hợp chất dễ đồng hóa fructozơ Sau đó, fructozơ cạn, vi khuẩn lại sorbitol cảm ứng để tổng hợp enzym phân giải sorbitol - Đồ thị có pha tiềm phát, pha lũy thừa Sau kết thúc pha lũy thừa thứ nhất, tế bào lại mở đầu pha tiềm phát thứ hai tiếp đến pha lũy thừa thứ hai Câu 8: Nuôi cấy vi khuẩn uốn ván ống nghiệm chứa 10ml nước thịt với thời gian 15 ngày nhiệt độ 30-35°C, sau đun nóng 80°C 10 phút Lấy dịch nuôi cấy trang đĩa thạch thấy vi khuẩn uốn ván xuất Giải thích Hướng dẫn giải: - Vi khuẩn uốn ván vi khuẩn có khả sinh nội bào tử Khi đun nóng nhiệt độ 80°C, vi khuẩn hình thành nội bào tử tồn dịch nuôi cấy - Khi trang dịch nuôi cấy (đã đun 80°C) lên đĩa thạch bào tử gặp điều kiện thuận lợi, nảy mầm phát triển thành khuẩn lạc Do vậy, thấy vi khuẩn xuất Câu 9: Hãy giải thích nấm men sống điều kiện có oxi lượng rượu tạo lên men giảm xuống rõ rệt? Hiện tượng có ý nghĩa tế bào nấm men? Hướng dẫn giải: - Khi môi trường có oxi phân tử, phần lớn NADH vào đường hơ hấp hiếu khí, alcoldehydrogenaza trở nên bất hoạt làm giảm lượng rượu acetaldehyd khơng thể nhận Trang 15 hyđro từ NADH Nhưng nấm men qua hơ hấp có nhiều lượng so với lên men, chúng sinh sản nhanh sinh khối tế bào quần thể tăng Hiện tượng oxi cảm ứng làm ức chế lên men gọi hiệu ứng paxtơ - Ý nghĩa tượng: hiệu ứng paxtơ giúp nấm men chuyển đổi đường thu nhận lượng từ lên men sang hô hấp hiếu khí có oxi Điều mặt làm tăng lượng ATP tạo ra, đồng thời giảm lượng glucozơ tiêu thụ Câu 10: Có ống nghiệm đựng dịch huyền phù chủng vi khuẩn khác (A, B, C) Lấy ống dịch huyền phù, cho vào ống nghiệm chứa dung dịch H2O2 Kết quan sát sau: - Nhỏ chủng A thấy bọt khí lên nhiều - Nhỏ chủng B thấy bọt khí lên - Nhỏ chủng C khơng thấy bọt khí lên Hãy xác định kiểu hơ hấp chủng A, B, C Giải thích Hướng dẫn giải: + Khi nhỏ chủng A vào dung dịch H2O2 thấy khí lên nhiều chứng tỏ chủng có đầy đủ enzym phân giải H2O2 → Đây vi sinh vật hiếu khí kị khí chịu oxi Kiểu hơ hấp hơ hấp hiếu khí lên men + Nhỏ chủng B vào dung dịch H2O2 thấy khí lên chứng tỏ chủng có enzym phân giải H2O2 không đầy đủ → Đây vi sinh vật vi hiếu khí Kiểu hơ hấp hơ hấp hiếu khí + Nhỏ chủng C vào dung dịch H2O2, khơng thấy khí lên chứng tỏ chủng khơng có enzym phân giải H2O2 → Đây vi sinh vật kị khí bắt buộc Kiểu hơ hấp hơ hấp kị khí lên men Câu 11: Nêu khái niệm vi sinh vật nguyên dưỡng, vi sinh vật khuyết dưỡng Làm để nhận vi sinh vật khuyết dưỡng Hiểu vi sinh vật khuyết dưỡng có ứng dụng thực tiễn Hướng dẫn giải: a Khái niệm - Vi sinh vật nguyên dưỡng vi sinh vật có khả tự tổng hợp nhân tố sinh trưởng cho chu kỳ sống chúng - Vi sinh vật khuyết dưỡng vi sinh vật khơng có khả tổng hợp nhân tố sinh trưởng (1 nhiều) cho chu trình sống chúng b Phương pháp Trang 16 - Tạo mơi trường ni cấy môi trường nuôi cấy thiếu nhân tố sinh trưởng Ở môi trường nuôi cấy mà không thấy xuất khuẩn lạc vi sinh vật biết vi sinh vật khuyết dưỡng nhân tố sinh trưởng c.Ứng dụng - Sử dụng vi sinh vật khuyết dưỡng người ta xác định loại thực phẩm giàu chất dinh dưỡng nghèo chất dinh dưỡng - Hiểu vi sinh vật khuyết dưỡng nhân tố sinh trưởng mà người ta tạo mơi trường ni cấy thích hợp cho vi sinh vật phục vụ cho sản xuất sinh khối vi sinh vật Câu 12: Nêu nguyên nhân dẫn đến sinh trưởng quần thể vi khuẩn pha khác nuôi môi trường nuôi cấy khơng liên tục Giải thích người ta lại phải nuôi cấy vi sinh vật môi trường Hướng dẫn giải: a Nguyên nhân - Pha tiềm phát: vi sinh vật nuôi cấy phải trải qua giai đoạn cảm ứng thích nghi với mơi trường, vi sinh vật phải tổng hợp loại enzym để phân giải chất dinh dưỡng môi trường nên số lượng cá thể quần thể không tăng - Pha lũy thừa: tế bào vi sinh vật đồng hóa hình thái; sinh lý, môi trường sống thuận lợi Vi sinh vật phân chia nhanh số lượng tăng theo cấp số mũ, tốc độ phân chia không thay đổi - Pha cân bằng: môi trường thiếu dinh dưỡng bị ô nhiễm sản phẩm sinh từ chuyển hóa Số lượng cá thể sinh bù lại số cá thể chết - Pha suy vong: nguồn dinh dưỡng môi trường cạn kiệt bị ô nhiễm nặng nên vi sinh vật bị chết hết nội bào tử dẫn đến suy vong quần thể b Giải thích Ni cấy vi sinh vật mơi trường ni cấy không liên tục để xác định thời gian phát triển giai đoạn từ người ta xác định thời điểm thu nhận sinh khối vi sinh vật hiệu nuôi cấy liên tục Câu 13: Thế tượng sinh trưởng kép? Ở nuôi cấy không liên tục, độ dài pha tiềm phát phụ thuộc vào yếu tố nào? Hướng dẫn giải: - Sinh trưởng kép sinh trưởng theo pha tiềm phát, pha lũy thừa, thường xảy mơi trường có hỗn hợp chất dinh dưỡng Trang 17 Ví dụ: mơi trường chứa glucozơ lactozơ, glucozơ cảm ứng tạo enzym sử dụng glucozơ trước kìm hãm tổng hợp enzym sử dụng lactozơ Khi sử dụng hết glucozơ enzym sử dụng lactozơ tổng hợp Vì nên xuất hai pha tiềm phát hai pha lũy thừa: pha cho glucozơ pha cho lactozơ - Độ dài pha tiềm phát phụ thuộc vào loài vi sinh vật, tuổi vi sinh vật nuôi cấy, thành phần dinh dưỡng môi trường + Nếu vi khuẩn nuôi cấy già (lấy từ pha cân bằng) phải kéo dài pha tiềm phát để vi khuẩn thích nghi thơng qua tổng hợp ARN, enzym, + Nếu cấy vi khuẩn vào mơi trường có nguồn cacbon (ví dụ lúc đầu vi khuẩn sống mơi trường có glucozơ, sau chuyển sang cấy vào mơi trường có saccarozơ), vi khuẩn cảm ứng tạo enzym sử dụng cho nguồn cacbon mới, enzym cũ khơng tạo thành Câu 14: a Từ nguồn nguyên liệu rỉ đường viết sơ đồ bước q trình tạo thành giấm VSV tham gia tương ứng? b Từ nguồn nguyên liệu rỉ đường, người ta nuôi cấy nấm mốc Apergilus niger sản phẩm thu gì? Giải thích? Hướng dẫn giải: a Từ nguồn nguyên liệu rỉ đường viết sơ đồ bước trình tạo thành giấm VSV tham gia tương ứng? - Rỉ đường (C6H12O6) → rượu etylic nhờ nấm men điều kiện khơng có oxi: C6H12O6 + CH3CH2OH + CO2 +Q Rượu etylic → axit axetic nhờ vi khuẩn axetic điều kiện có oxi CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + Q b Từ nguồn nguyên liệu rỉ đường, người ta nuôi cấy nấm mốc Apergilus niger sản phẩm thu axit citric - Giải thích: Nấm mốc VSV hiếu khí phân giải đường theo đường đường phân chu trình Krebs, rỉ đường thiếu số nguyên tố vi lượng cần thiết cho hoạt động enzym chu trình Krebs nên chu trình Krebs bị đình trệ dừng lại phản ứng tạo axit citric Câu 15: a Nhân tố sinh trưởng gì? Phân biệt vi sinh vật nguyên dưỡng vi sinh vật khuyết dưỡng? Trang 18 b Tại nói vi sinh vật khuyết dưỡng có ý nghĩa to lớn kiểm nghiệm thực phẩm? Lấy ví dụ minh họa? Hướng dẫn giải: a Nhân tố sinh trưởng: - Là chất hữu (acid amin, vitamin, bazơ nitơ) cần cho sinh trưởng vi sinh vật vi sinh vật không tự tổng hợp Vì vậy, để sinh trưởng vi sinh vật cần cung cấp chất hữu - Vi sinh vật nguyên dưỡng: vi sinh vật sinh trưởng môi trường tối thiểu, không cần nhân tố sinh trưởng - Vi sinh vật khuyết dưỡng: ngồi mơi trường tối thiểu, cần bổ sung nhân tố sinh trưởng cần thiết phát triển b Vi sinh vật khuyết dưỡng có ý nghĩa to lớn kiểm nghiệm thực phẩm vì: - Nguyên tắc: + VSV khuyết dưỡng phát triển có đầy đủ nhân tố sinh trưởng + Tốc độ sinh trưởng VSV tăng nồng độ nhân tố sinh trưởng tăng → Khi đưa VSV khuyết dưỡng nhân tố sinh trưởng vào thực phẩm, hàm lượng chất lớn VSV phát triển mạnh → người ta dựa vào số lượng VSV so với số lượng VSV sinh trưởng môi trường chuẩn (đối chứng) với hàm lượng chất kiểm định xác định → từ xác định hàm lượng chất thực phẩm Ví dụ: Khi muốn kiểm tra hàm lượng riboflavin thực phẩm, ta sử dụng VSV khuyết dưỡng với axit riboflavin Nuôi cấy môi trường thực phẩm sau xác định lượng VSV từ mơi trường ni cấy → đối chiếu với mức chuẩn để xác định nồng độ riboflavin thực phẩm → sử dụng chủng VSV khuyết dưỡng để xem xét hàm lượng chất dinh dưỡng thực phẩm (hoặc chất có hại thực phẩm) Câu 16: Khi dùng xạ khuẩn, vi khuẩn tả, vi khuẩn lactic, vi khuẩn sinh metan cấy chích sâu ống nghiệm chứa mơi trường thạch đứng bán lỏng thấy tượng gì? Vì sao? Hướng dẫn giải: - Ống nghiệm cấy xạ khuẩn: chúng mọc lớp trên; xạ khuẩn vi sinh vật hiếu khí bắt buộc - Ống nghiệm cấy vi khuẩn tả: chúng mọc cách lớp bề mặt ít; vi khuẩn tả vi sinh vật vi hiếu khí - Ống nghiệm cấy vi khuẩn lactic: chúng mọc suốt chiều sâu ống nghiệm; vi khuẩn lactic vi sinh vật kị khí khơng bắt buộc Trang 19 - Ống nghiệm cấy vi khuẩn sinh metan: chúng mọc đáy; vi khuẩn sinh metan vi sinh vật kị khí bắt buộc Trang 20 ... amin, vitamin, bazơ nitơ) cần cho sinh trưởng vi sinh vật vi sinh vật không tự tổng hợp Vì vậy, để sinh trưởng vi sinh vật cần cung cấp chất hữu - Vi sinh vật nguyên dưỡng: vi sinh vật sinh trưởng. .. sinh vật cao điều kiện cụ thể kiểm sốt được, thu lượng sinh khối cao Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng vi sinh vật Sinh trưởng nói chung sinh trưởng vi sinh vật nói riêng chịu ảnh hưởng nhân... vậy, nhân tố quan trọng sinh trưởng vi sinh vật Dựa vào pH thích hợp, vi sinh vật chia thành nhóm: + Vi sinh vật ưa axit: sinh trưởng tốt môi trường có pH từ - 6, số sinh trưởng môi trường pH = Đa