4. CHUYEN DE VI SINH VAT

CHUYÊN ĐỀ VI SINH VẬT HỌC A- KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VI SINH VẬT 1- Khái niệm: VSV gồm nhiều nhóm phân loại khác nhau, thể đơn bào hay tập hợp đơn bào, có kích thước hiển vi 2- Đặc điểm chung: - Kích thước vơ nhỏ bé, đường kính TB khoảng 0,2 – µm ( SV nhân sơ) 10 – 100 µm ( SV nhân thực); cấu tạo đơn giản VK nano 0,05-0,2µm Mycoplasma 0,3 µm VK lam Oscillatoria 7µm - Có khả sinh trưởng phát triển nhanh ( TB nhỏ, diện tích bề mặt lớn → có lợi cho vận chuyển chất dinh dưỡng → sinh trưởng nhanh ) - Có khả hấp thụ nhiều, chuyển hóa chất dinh dưỡng nhanh, sinh tổng hợp mạnh mẽ chất có hoạt tính sinh học ( TB nhỏ, tỷ lệ S/V lớn → Bề mặt TĐC lớn → TĐC với MT hiệu hơn: 1cm3 VK có S = 6m2; 1kg nấm men phân giải 1000kg đường/ngày có nghĩa 1h phân giải lượng thức ăn gấp 110 lần khối lượng thể.) - Phân bố rộng rãi nhờ khả thích ứng với nhiều điều kiện khác môi trường ( Bào tử nhiều VK chịu 10% AgCl 2h, phênol 5% /15 ngày.) Sulfolobus (ưa nhiệt sống suối Natronobacterium(ưa mặn, sinh Bào tử Cl.Botulinum chịu o trưởng tối ưu pH 9,5 ) nước nóng nhiều S, pH 1- 180 C/10 phút - Dễ phát sinh biến dị ( Biến dị thường gặp đột biến gen) - Đa dạng chủng loại ( ĐV có 1,5 triệu lồi, TV có 0,5 triệu lồi, VSV có 100.000 lồi (1/10 số thực tư nhiên) Trong ruột người có 100 - 400 loại VSV, chiếm 1/3 khối lượng phân khơ người Hàng năm bổ sung thêm 1500 lồi mới.) Phương pháp nuôi cấy VSV: a Cơ sở: tạo chủng VSV thần khiết b Phương pháp: - Pha lỗng mẫu nước vơ trùng - Cấy dung dịch lên mơi trường đặc nhiệt độ thích hợp tạo khuẩn lạc - Cấy từ khuẩn lạc sang môi trường tạo chủng VSV thần khiết c Các loại môi trường nuôi cấy bản: MT tự nhiên MT nuôi cấy VSV - VSV phân bố rộng rãi đất, nước, đáy đại dương, thể người, động vật, thực vật, …Các yếu tố gọi MT tự nhiên ( nơi cung cấp chất cần thiết cho ST PT ) VSV - MT nuôi cấy VSV: người chủ động tạo để nuôi cấy VSV phịng thí nghiệm Dựa vào nguồn gốc nguyên liệu chia loại: + MT tự nhiên: Chứa chất tự nhiên sữa, thịt, trứng, huyết thanh, máu, …với số lượng thành phần không xác định + MT tổng hợp: Đã biết thành phần hóa học số lượng chất có MT: VD: (NH4)PO4-1,5; KH2PO4-1,0; MgSO4-0,2; CaCl2-0,1; NaCl – 5,0 ( g/l) ] + MT bán tổng hợp: chứa số chất tự nhiên số chất hóa học biết rõ thành phần số lượng  Vậy khơng khí có coi MT tự nhiên VSV không? - Khơng, khơng khí khơng có chất dinh dưỡng điều kiện khác cho ST PTcủa VSV - Khơng khí nơi phát tán VSV với bụi bẩn Các kiểu dinh dưỡng: VSV có kiểu dinh dưỡng đa dạng hẳn ĐV TV Kiểu dinh dưỡng cách thức VSV sử dụng lượng thức ăn MT Căn vào nguồn lượng( ánh sáng, chất vô cơ, chất hữu cơ) nguồn Cacbon( CO 2, chất vô cơ, chất hữu cơ) có kiểu dinh dưỡng: * Quang tự dưỡng: nguồn lượng AS; nguồn C chủ yếu CO2 Diệp lục CO2 + H2O ( CH2O ) n + O2 VK H pylori pH = 2-3 Khuẩn lục tố CO2 + H2S ( CH2O ) n + H2O + S * Hoá tự dưỡng : nguồn lượng chất vô cơ, nguồn C chủ yếu CO2 ( có VK nitrát, nitrit hố ) - Các vi khuẩn nitrít hóa: 2NH4 + + 3O2 → 2NO2- + 2H2O + 4H+ + 552,3KJ - Các vi khuẩn nitrát hóa: NO2- + 1/2O2 → NO3- + 75,7 KJ * Phản ứng tổng hợp chất hữu cơ: [H] + CO2 → C6 H12 O6 + H2 O (Q = 6% 158 kcal ; Q = 7% 38kcal ) VK sắt: 2Fe2+ + 1/2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + H2O + 88,7KJ VK lưu huỳnh: - 2H2S + O2 → 2H2O + 2S +209,6KJ - 2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 +626,8 KJ * Các VK tự dưỡng sử dụng đường khác để cố định CO2 chúng xuất sớm đa dạng hoá theo thời gian: - Con đường khử Axetyl – CoenzimA - Chu trình ATC( chu trình Krebs - Chu trình Calvin * Quang dị dưỡng : nguồn lượng AS, nguồn C chất hữu Khuẩn lục tố CO2 + C3H7OH (CH2O)n + H2O + CH3 – CO – CH3 * Hoá dị dưỡng: nguồn lượng chất hữu cơ, nguồn C chủ yếu chất hữu Phần lớn VSV: nấm, tất động vật nguyên sinh, VK lactic, Clostridium, Bacillus, Pseudomonas, VSV khử sunphat Vai trị vi sinh vật a Có lợi: - Sản xuất sinh khối, chất có hoạt tính sinh học + Sản xuất aa + Sản xuất chất xúc tác sinh học ( enzim ngoại bào : amilaza, prôteaza ) + Sản xuất gôm sinh học: + Sản xuất chất kháng sinh VD: - Sinh khối Spirulina giàu dinhdưỡng vitamin sử dụng làm thuốc, làm thức ăn bổ sung cho người động vật - Vi khuẩn Lam (Anabaena spiroides)Sống cộng sinh bèo hoa dâu đượcdùng để bón phân cho lúa làm giảm chi phí sử dụng phân hóa học - Tạo kháng sinh ampiciline chống cácVK kháng thuốc từ penicilium - Được sử dụng ngành công nghiệp lên men, nhiều sản phẩm lên men VSV đựoc sản xuất lớn qui mô công nghiệp VD: - Sử dụng coryneanbacterium glutamicum sản xuất mơnơnatriglutamat( mì chính) - Sử dụng vi khuẩn kị khí ruột cá để sản xuất nước mắm - Sử dụng nấm vàng hoa cau( Aspegillus oryzae) để sản xuất nước tương - Các sản phẩm trình lên men rượu - Sữa chua, nem chua sản phẩm trình lên men lactic - Bảo vệ mơi trường: + VSV tham gia tích cực vào q trình phân giải phế thải nơng nghiệp, phế thải công nghiệp, rác sinh hoạt + Sử dụng nấm mốc Rhizopus oryzae để xử lý rác thải sinh hoạt + Tham gia vào trình tạo mùn, trình phân giải xác hữu thành dạng đơn giản dùng làm thức ăn cho trồng - Có vai trò quan trọng trọng ngành lượng: VD: VSV chuyển hóa chất hữu thành cồn, gas … - Trong nghiên cứu di truyền: + Là đối tượng để nghiên cứu di truyền: số lượng nu ít, dễ phát sinh biến dị, số lượng biến dị/loài nhiều + Là đối tượng lí tưởng cơng nghệ di truyền, cơng nghệ sinh học… b.Có hại: - Gây bệnh cho người ĐV, TV VD: Mycoplasma gây bệnh viêm phổi, viêm khớp: Richketxi gây bệnh sốt phát ban - VSV nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm TĐC điều kiện cho sinh trưởng phát triển thể  Tại nói glucoza trung tâm đường TĐCở VSV? + Glucoza nguồn cung cấp n/lượng c/yếu cho hoạt động thể + VSV dễ đồng hóa Cung cấp tiền chất cho hầu hết trình sinh tổng hợp đại phân tử cho TB + Tồn dạng dự trữ góp phần trì ổn định tính chất sinh lý, áp suất thẩm thấu TB Axit piruvic Hơ hấp hiếu khí CO2 + H2O Hơ hấp kị khí Các hợp chất hữu Các hợp chất vơ Lên men A.Lactíc, A.propionic, rươu etylic Glucoza VSV phân giải theo đường sau: * Đường phân (EMP) - Diễn TBC, xuất sớm nhất, hầu hết VSV 1G axit piruvic + 2ATP ( Năng lượng 51%) * Con đường HMP hay PP - Phổ biến nhiều VSV, sản xuất tiền chất trao đổi dùng đồng hóa mà đường phân khơng tạo 1G axit piruvic + 1ATP ( Năng lượng 25,5%) * Con đường ED - Rất VSV tham gia trừ Pseu aeruginosa Enterococcus faecalis - Tạo tiền chất trao đổi mà đường phân không tạo 1G axit piruvic + 1ATP ( Năng lượng 25,5%) C6 H12 O6 KDPG NADH + H+ , NADPH + H+ + CH3 COCOOH + ATP ( KDPG : kêtô đêoxi phôtphoglucônat)  So sánh hô hấp lên men Hơ Hấp Lên men  Oxy hố hồn tồn hydratcacbon  Phân giải kị khí hydratcacbon  Oxy hố a.piruvic thành CO2 + H2O  A piruvic bị khử thành axit hữu dạng khử  Các VSV hiếu khí  VSV kị khí khơng bắt buộc  1Glucozầ 38ATP  Glucozaà2 ATP  Sử dụng chất nhận điện tử cuối từ bên  Tạo sp hữu dạng khử từ chất trung : nitrat, sunfat, oxy gian chất nhận điện tử cuối Qúa trình tổng hợp vi sinh vật ứng dụng a Tổng hợp axit nucleic protêin: Tương tự tế bào sinh vật b Tổng hợp polisaccarit: - Ở vi khuẩn tảo, việc tổng hợp tinh bột glycogen cần có hợp chất mở đầu ađenozin điphơtphat- glucôzơ ( ADP- Glucôzơ) - (Glucôzơ)n + (ADP – Glucôzơ) (Glucôzơ)n+1 + ADP c Tổng hợp lipit: Glyxêrol + axit béo lipit  Sư khác VK màu lục, VK lam, VK khơng S màu tía: VK S màu lục VK lam VK khơng S màu tía Về cấu trúc Cloroxom gồm túi liên kết với protein Tilacoit phicobilixom Các vùng lõm vào màng TBC máy quang hợp nằm màng TBC Sắc tố quang Là khuẩn diệp lục a,c, d, e Diệp lục a, caroten, phicoxianin, Là khuẩn diệp lục a,b hợp phicoeritrin Nơi phân bố Sống đáy ao giàu chất hữu phân giải Sống lớp nước bề mặt giàu Sống lớp nước nông oxy  Các sắc tố QH khác điểm nào? - Sắc tố QH phân tử hữu có khả hấp thụ AS - Diệp lục a bắt AS bước sóng 680nm tích nhiều lượng - Khuẩn diệp lục bắt AS bước sóng 710- 1250nm nên tích lượng B CÁC NHĨM VI SINH VẬT I VI KHUẨN Cấu tạo hình thái Cấu trúc a Màng nhầy - Có số vi khuẩn - Thành phần chủ yếu nước , polysaccarid, ngồi có polypeptid protein - Chức chính: bảo vệ Ngồi cịn có chức năng: + Cung cấp chất dinh dưỡng cho vi khuẩn thiếu thức ăn + Là nơi tích luỹ số sản phẩm trao đổi chất (dextran, xantan ) + Giúp vi khuẩn bám vào giá thể b.Thành tế bào, màng sinh chất, lông roi: * Thành tế bào: - Chức : + Thành tế bào giúp trì hình thái tế bào, + Hỗ trợ chuyển động tiên mao + Giúp tế bào đề kháng với áp suất thẩm thấu, hỗ trợ trình phân cắt tế bào , + Cản trở xâm nhập số chất có phân tử lớn, + Liên quan đến tính kháng nguyên, tính gây bệnh, tính mẫn cảm với Thực khuẩn thể VK gram – ( bắt màu hồng đỏ) Vk gram + ( bắt màu tím)  So sánh thành tế bào vk G+ GVK Gram dương: *Peptidoglycan loại polyme xốp, bền vững, cấu tạo thành phần: - N-Acetylglucosamin - Acid N-Acetylmuramic - Tetrapeptid chứa D- L- acid amin *Axit teichoic polime ribitol glixerol photphat : vận chuyển ion dương vào tế bào, giúp tế bào dự trữ phot phat có liên quan đến kháng nguyên bề mặt tính gây bệnh số vk gram dương VK Gram âm:có lớp: Màng : lipopolisaccarit( LPS): gồm thành phần : + LipitA : phân tử N acetyl glucozamin, chuỗi dài axit béo: lipit A nội độc tố vi khuẩn, gây sốt, tiêu chảy, phá hủy hồng cầu… + Polisaccarit lõi + Kháng nguyên O : phần polisccarit vươn khỏi màng vào môi trường: định nhiều đặc tính huyết vi khuẩn có chưa 1LPS vị trí gắn thụ thể thể thực khuẩn Màng ngồi cịn có số loại prôtein: prôtein chất: vd porin (protein lỗ)ở E coli, protein màng ngồi có lực vận chuyển chuyên biệt phân tử lớn lipoprotein : liên kết lớp peptiđơglican bên với màng ngồi Khơng gian chứa chất: + Chứa protein tham gia vào thu nhận chất dinh dưỡng: vd enzim proteinaza, ncleaza,các protein vận chuyển qua màng, protein thụ thể( làm hỗ bám thể thực khuẩn + Các vi khuẩn phản nitrát hóa hóa tự dưỡng vơ thường chứa protein chuỗi vận chuyển điện tử + Chứa enzim tham gia vào tổng hợp peptiđôglican cải biến hợp chất độc tố gây hại cho tế bào Các vi khuẩn gram dương khơng chứa khoang chu chất rõ rệt chúng tiết enzim ngoại bào ( giống với enzim chứa chất VK gram âm) Peptiđôglican mỏng Thành Phần Peptidoglycan Axit teicoic (Teichoic acid) Lipid Protein Tỷ lệ % khối lượng khô thành tế bào G+ G30 - 95 - 20 Cao Hầu khơng có 20 Khơng có có Cao * Lơng nhung roi: - Lơng: + Có chức thụ thể : tiếp nhận virut, tham gia vào trình tiếp hợp + Giúp vi khuẩn bám vào bề mặt tế bào chủ - Roi: Giúp vi khuẩn di chuyển *Tế bào chất: + Có ribôxôm loại 70S hạt dự trữ + Không có bao quan có màng hệ thống nội màng + Khơng có khung tế bào * Vùng nhân: Khơng có màng nhân, thường có phân tử ADN vịng → Kết luận: -Vi khuẩn có cấu trúc đơn giản gổm : + Màng sinh chất + Tế bào chất: có ribơxơm hạt dự trữ + Vùng nhân: khơng có màng nhân, thường có phân tử ADN vịng - Có kích thước nhỏ có tỉ lệ S/V lớn trao đổi chất mạnh mẽ, phân chia nhanh , vận chuyển chất tế bào nhanh Hoạt động sống sinh sản - Sinh sản: phân đôi, khoảng cách lần phân đôi ngắn - Khi gặp điều kiện bất lợi khối tế bào chất vi khuẩn co đặc lại, hình thành nhiều lớp màng ngồi bào tử - Muốn diệt bào tử : khử trùng nhiệt độ cao lớn 120oC * Bào tử vi khuẩn khơng có chức sinh sản Một số vi khuẩn đặc biệt a Xạ khuẩn - Hình sợi, khuẩn lạc có hình phóng xạ - Có loại khuẩn ti: + Khuẩn ti chất + Khuẩn ti khí sinh - Cấu trúc : tương tự vi khuẩn - Sống hoại sinh - Vai trò: phân giải chất hữu cơ, cố dịnh nitơ, dùng để sản xuất chất kháng sinh c Rickettxi( Gây sốt phát ban ) - Nhỏ vi khuẩn, lớn virut - Thường có hình cầu, hình que hình sợi - Không nuôi cấy môi trường nhân tạo - Richketxi gây bệnh sốt phát ban, sốt nốt b Micơplasma( Gây viêm phổi ) - Khơng có thành tế bào biến hình - Thường có hình cầu hình sợi phân nhánh - Ni cấy mơi trường nhân tạo - Mycoplasma gây bệnh viêm phổi, viêm khớp d Vi khuẩn lam: cắt đứt đoạn tế bào dị hình Cấu tạo tế bào: gần giống vi khuẩn ( Khác vi khuẩn: số điểm: - Vai trò: + Chứa sắc tố: diệp lục carơtenoit + Cố dịnh nitơ từ khơng khí: Anabaena azollae + Có khơng bào khí vi khuẩn mặt nước ) + Làm thức ăn cho động vật thủy sinh + Làm giàu chất mùn cho đất - Hoạt động sống: tự dưỡng + Cung cấp sinh khối giàu prôtêin vi tamin cho người động vật - Sinh sản: phân II NẤM Hình thái, cấu tạo a Hình thái: Thường đơn bào - Hình cầu, hình trứng, hình ống - Kích thước thay đổi từ 1,5 – 12 – 20 micrômet b Cấu tạo - Thành tế bào: Chủ yếu hợp chất: mannan – glucan mannan – kitin Chức năng: giông vi khuẩn Màng tế bào chất : giống vi khuẩn - Tế bào chất: chứa bào quan: Ribôxôm, ti thể, máy gôngi, lưới nội chất - Nhân: Cấu tạo : Màng nhân có lỗ, chất nhân chứa NST: ADN Chức năng: Mang truyền thông tin di truyền Điều khiển hoạt động tế bào 2.Sinh sản: Sinh sản vơ tính: = nảy chồi( phổ biến); = phân cắt; = bào tử - Sinh sản hữu tính = bào tử túi Hoạt động sống: Dị dưỡng hoại sinh, số kí sinh Vai trị: * Có lợi - Cung cấp sinh khối giàu prơtêin vitamin để làm thức ăn cho người, ĐV - Sử dụng rộng rãi công nghiệp thực phẩm : sản xuất rượu, bia , bánh mì… - Sản xuất thuốc chữa bệnh * Có hại: Gây bệnh cho người gia súc Gây hư hỏng thực phẩm III NẤM SỢI Hình thái, cấu tạo a Hình thái - Dạng sợi dài phân nhánh, có khơng có vách ngăn - Các sợi nấm 1phát triển thành hệ sợi khuẩn lạc * Nấm sợi có vách ngăn: gồm nhiều tế bào ngăn cách = vách ngăn Vách ngăn có nhiều lỗ Tế bào chất nhân tế bào thơng nấm sợi có vách ngăn có cấu tạo đa bào chưa hồn chỉnh b Cấu tạo: - Thành tế bào: + Khác nhóm nấm: kitin, xenlulơzơ – glucan hay kitin - glucan + Chức năng: giống nấm men - Màng tế bào chất : tương tự nấm men - Tế bào chất: chứa bào quan: Ribôxôm, ti thể, máy gôngi, lưới nội chất - Nhân: + Cấu tạo : Màng nhân có lỗ, chất nhân chứa NST: DNA + Chức năng: Mang truyền thông tin di truyền Điều khiển hoạt động tế bào 2.Sinh sản: Sinh sản vơ tính = đứt đoạn; = bào tử Sinh sản hữu tính = bào tử tiếp hợp Hoạt động sống: Dị dưỡng hoại sinh, số kí sinh, cộng sinh Vai trị: * Có lợi: - Sản xuất chất kháng sinh, vitamin - Trong công nghiệp thực phẩm: dùng nấm sợi để sản xuất tương, chao, nước tương, phomat, axit xitric… - Cung cấp sinh khối cho người, ĐV * Có hại: - Gây bệnh cho người gia súc: hắc lào, lang ben, nấm tóc… - Gây bệnh cho trồng: đạo ơn, đốm nâu - Gây hư hỏng thực phẩm IV VI TẢO Hình thái, cấu tạo a Hình thái: Gồm lồi tảo có kích thước hiển vi Có khả sinh sản vói tốc độ nhanh Có thể ni cấy b Cấu tạo - Thành tế bào: Chứa xenlulô sợi mảnh Chức năng: giống nấm men - Màng tế bào chất : tương tự nấm men - Tế bào chất: chứa bào quan: Ribôxôm, ti thể, máy gôngi, lưới nội chất Chứa sắc tố quang hợp: - Nhân: Cấu tạo : Màng nhân có lỗ, chất nhân chứa NST: ADN Chức năng: Mang truyền thông tin di truyền Điều khiển hoạt động tế bào 2.Sinh sản: Sinh sản vơ tính Sinh sản hữu tính Hoạt động sống: Tự dưỡng Vai trị: * Có lợi: Làm thức ăn cho động vật thủy sinh Cung cấp sinh khối cho người,ĐV Góp phần làm nguồn nước thải * Có hại: Tảo phát triền nhanh lùm tảo nước nở hoa( tảo nước ngọt) , thủy triều đỏ ( tảo nước mặn )à ô nhiễm nguồn nước Tranh chấp thức ăn với trồng Một số tảo có độc tính cao gây chết động vật thủy sinh C ỨNG DỤNG CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN CỦA VI SINH VẬT I Ứng dụng trình lên men truyền thống 1.Lên men rượu a Khái niệm: Là trình phân giải kị khí đường thành rượu êtilic với tham gia nấm men số vi sinh vật khác Nấm men b Cơ chế lên men C6H12O6 C2H5OH + CO2 + 113.4 Kcalo c Nhóm vi sinh vật thực hiện: Nấm men d Điều kiện lên men: Khơng có ơxi, nhiệt độ: 37 – 40oC e Ứng dụng: - Sản xuất rượu, bia, rượu vang, cồn - Thu sinh khối nấm men làm thức ăn - Sản xuất rượu nếp, rượu trắng, rượu cần Nấm mốc, VSV Giai đoạn 1: Đường hóa tinh bột nhờ nấm mốc (C6H12O6)n nC6H12O6 Giai đoạn 2: Lên men rượu C6H12O6 Nấm men, kị khí C2H5OH + CO2 + 113.4 Kcalo pH 4-5 - Sản xuất bia: + Nguyên liệu : Tinh bột, rỉ đường, hoa hublông ( hương bia) + Cơ chế : giống sản xuất rượu: - Sản xuất rượu vang: Nguyên liệu: trái ( đường trái cây) Nấm men Cơ chế: C6H12O6 C2H5OH + CO2 + 113.4 Kcalo 2.Lên men lactic a Khái niệm: Là trình phân giải kị khí đường thành axit lactic êtilic với tham gia vi khuẩn lactic VK Lactic b Cơ chế lên men: C6H12O6 CH3CHOH COOH c Nhóm vi sinh vật thực hiện: Vi khuẩn lactic d Điều kiện lên men: Không có ơxi, nhiệt độ: 37 – 400C, PH 500/ml Xuất số triệu chứng bệnh Số lượng lim phơ bào cịn >200 - 500/ml máu Xuất triệu chứng điển hình AIDS Số TB limphơ