Chương 1 – Hình thái, cấu tạo và các đặc tính cơ bản của vi sinh vật

Thể nhân vi khuẩn chỉ gồm một nhiễm sắc thể hình vòng do một phân tử AND cấu tạo nên dính một đầu vào màng tế bào chất không có thành phần protein như chứa hydratcacbon, đầu háo nước của[r]

Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG PHẦN I ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG I HÌNH THÁI, CẤU TẠO VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA VI SINH VẬT 1.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT Vi sinh vật là giới sinh vật vô cùng nhỏ bé mà ta không thể quan sát thấy mắt thường Nó phân bố khắp nơi, đất, nước, không khí, thực phẩm Nó có mặt độ sâu tăm tối đại dương Bào tử nó tung bay trên tầng cao bầu khí quyển, chu du theo đám mây Nó sống trên kính, trên da, trên giấy, trên thiết bị kim loại Vi sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng thiên nhiên sống người Nó biến đá mẹ thành đất trồng, nó làm giàu chất hữu đất, nó tham gia vào tất các vòng tuần hoàn vật chất tự nhiên Nó là các khâu quan trọng chuỗi thức ăn các hệ sinh thái Nó đóng vai trò định quá trình tự làm các môi trường tự nhiên Từ xa xưa, người đã biết sử dụng vi sinh vật đời sống hàng ngày Các quá trình làm rượu, làm dấm, làm tương, muối chua thực phẩm ứng dụng đặc tính sinh học các nhóm vi sinh vật Khi khoa học phát triển, biết rõ vai trò vi sinh vật, thì việc ứng dụng nó sản xuất và đời sống ngày càng rộng rãi và có hiệu lớn Ví dụ việc chế vacxin phòng bệnh, sản xuất chất kháng sinh và các dược phẩm quan trọng khác Đặc biệt bảo vệ môi trường, người ta đã sử dụng vi sinh vật làm môi trường, xử lý các chất thải độc hại Sử dụng vi sinh vật việc chế tạo phân bón sinh học, thuốc bảo vệ thực vật không gây độc hại cho môi trường, bảo vệ mối cân sinh thái Trong thiên nhiên ngoài nhóm vi sinh vật có ích trên, còn có nhóm vi sinh vật gây hại Ví dụ các nhóm vi sinh vật gây bệnh cho người, động vật và thực vật, các nhóm vi sinh vật gây ô nhiễm thực phẩm, ô nhiễm các nguồn nước, đất và không khí Nếu nắm vững sở sinh học tất các Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG quá trình có lợi hay có hại trên, ta đưa biện pháp khoa học để phát huy mặt có lợi và hạn chế mặt gây hại vi sinh vật, đặc biệt là bảo vệ môi trường Vi sinh vật (microorganisms) là tên gọi chung để tất các sinh vật có hình thể bé nhỏ, muốn thấy rõ người ta phải sử dụng tới kính hiển vi Virut (Virus) là nhóm vi sinh vật đặc biệt, chúng nhỏ bé tới mức có thể quan sát qua kính hiển vi điện tử (eletron microscope) Virut chưa có cấu trúc tế bào Các vi sinh vật khác thường là đơn bào đa bào có cấu trúc đơn giản và chưa phân hoá thành các quan sinh dưỡng (vegetative organs) Vi sinh vật không phải là nhóm riêng biệt sinh giới Chúng chí thuộc nhiều giới (kingdom) sinh vật khác Giữa các nhóm có thể không có quan hệ mật thiết với Chúng có chung đặc điểm sau đây: Kích thước nhỏ bé Mắt người khó thấy rõ vật nhỏ 1mm Vậy mà vi sinh vật thường đo micromet (µm, micrometre), virut thường đo nanomet (nm, nanometre) µm = 10-3 mm; nm = 10-6 mm, 1A (angstrom) = 10-7 mm Vì vi sinh vật có kích thước nhỏ bé cho nên diện tích bề mặt tập đoàn vi sinh vật lớn Chẳng hạn số lượng cầu khuẩn chiếm thể tích cm3 có diện tích bề mặt là 6m2 Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh Vi sinh vật nhỏ bé chất sinh giới lực hấp thu và chuyển hoá chúng có thể vượt xa các sinh vật bậc cao Chẳng hạn vi khuẩn lactic (Lactobacillus) có thể phân giải lượng đường lactozơ nặng 1000 - 10000 lần khối lượng chúng Nếu tính số µl O2 mà mg chất khô thể sinh vật tiêu hao (biểu thị là - QO2) thì mô lá mô rễ thực vật là 0,5 - 4, tổ chức gan và thận động vật là 10 - 20, còn nấm men rượu (Sacharomyces cerevisiae) là 110, vi khuẩn thuộc chi Pseudomonas là 1200, vi khuẩn thuộc chi Azotobacter là 2000 Năng lực chuyển hoá sinh hoá mạnh mẽ vi sinh vật dẫn đến tác dụng lớn lao chúng thiên nhiên hoạt động sống người Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh So với các sinh vật khác thì vi sinh vật có tốc độ sinh trưởng và sinh sôi nảy nở lớn Vi khuẩn Escherichia coli các điều kiện thích hợp khoảng 12 - 20 phút lại phân cắt lần Nếu lấy thời gian hệ (generation time) là 20 phút thì phân cắt lần, 24 phân cắt 72 lần, từ tế bào ban đầu sinh 4.722.366.500.000.000.000.000 tế bào (nặng 4711 tấn!) Tất nhiên thực tế không thể tạo các điều kiện sinh trưởng lý tưởng cho nên số lượng vi khuẩn thu 1ml dịch nuôi cấy thường đạt tới mức độ 108 109 tế bào Thời gian hệ nấm men Saccharomyces cerevisiae là 120 phút Khi nuôi cấy để thu nhận sinh khối (biomass) giàu protein phục vụ chăn nuôi người ta nhận thấy tốc độ sinh tổng hợp (biosynthesis) nấm men này cao bò tới 100.000 lần Thời gian hệ tảo Chlorella là giờ, vi khuẩn lam Nostoc là 23 Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị Năng lực thích ứng vi sinh vật vượt xa so với động vật và thực vật Trong quá trình tiến hoá lâu dài vi sinh vật đã tạo cho mình chế điều hoà trao đổi chất để thích ứng với điều kiện sống bất lợi Người ta nhận thấy số lượng enzim thích ứng chiếm tới 10% lượng chứa protein tế bào vi sinh vật Sự thích ứng vi sinh vật nhiều vượt quá trí tưởng tượng người Phần lớn vi sinh vật có thể giữ nguyên sức sống nhiệt độ nitơ lỏng (-1960C), chí nhiệt độ hydro lỏng (- 2530C) Một số vi sinh vật có thể sinh trưởng nhiệt độ 2500C, chí 3000C Một số vi sinh vật có thể thích nghi với nồng độ 32% NaCl (muối ăn) Vi khuẩn Thiobacillus thioxidans có thể sinh trưởng pH = 0,5 vi khuẩn Thiobacillus denitrificans có thể sinh trưởng pH = 10,7 Vi khuẩn Micrococus radiodurans có thể chịu cường độ xạ tới 750.000 rad Ở nơi sâu đại dương (11034 m) nơi có áp lực tới 1103,4 atm thấy có vi sinh vật sinh sống Nhiều vi sinh vật thích nghi với điều kiện sống hoàn toàn thiếu oxi (vi sinh vật kị khí bắt buộc - obligate anaerobes) Một số nấm sợi có thể phát triển thành váng dày bể ngâm xác có nồng độ phenol cao Vi sinh vật dễ phát sinh biến dị vì thường là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh, số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống Tần số biến dị vi sinh vật thường là 10-5 - 10-10 Hình thức biến dị thường gặp là đột biến gen VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång (genemutation) và dẫn đến thay đổi hình thái, cấu tạo, kiểu trao đổi chất, sản phẩm trao đổi chất, tính kháng nguyên, tính đề kháng Chẳng hạn tìm thấy khả sinh chất kháng sinh nấm sợi Penicillium chrysogenum người ta đạt tới sản lượng 20 đơn vị penixilin 1ml dịch lên men Ngày các nhà máy sản xuất penixilin người ta đã đạt tới suất 100.000 đơn vị/ml Bên cạnh các biến dị có lợi, vi sinh vật thường sinh biến dị có hại nhân loại, chẳng hạn biến dị tính kháng thuốc Năm 1946 tỷ lệ các chủng Staphylococcusaureus kháng thuốc phân lập bệnh viện là khoảng 14%, năm 1996 đã tăng lên đến trên 97% Người ta tiêm cho bệnh nhân ngày khoảng 100.000 đơn vị penixilin, ngày có lúc phải tiêm đến 10.000.000 - 200.000.000 đơn vị Phân bố rộng, chủng loại nhiều Vi sinh vật phân bố khắp nơi trên trái đất Chúng có mặt trên thể người, động vật, thực vật, đất, nước, không khí, trên đồ dùng, vật liệu, từ biển khơi đến núi cao, từ nước ngọt, nước ngầm nước biển Trong đường ruột người thường có không 100 - 400 loài sinh vật khác nhau, chúng chiếm tới 1/3 khối lượng khô phân Chiếm số lượng cao đường ruột người là vi khuẩn Bacteroides fragilis, chúng đạt tới số lượng 1010 - 1011/g phân (gấp 100 - 1000 lần số lượng vi khuẩn Escherichia coli) Ở độ sâu 10.000 m Đông Thái Bình Dương, nơi hoàn toàn tối tăm, lạnh lẽo và có áp suất cao người ta phát thấy có khoảng triệu - 10 tỉ vi khuẩn/ml (chủ yếu là vi khuẩn lưu huỳnh) Vi khuẩn (Tế bào nhân sơ) Động vật nguyên sinh Vi tảo Vi nấm (Tế bào nhân chuẩn) VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång Vi sinh vật nguyên thuỷ Hình 1.1 Sơ đồ phát sinh các nhóm vi sinh vật Vi sinh vật có vai trò to lớn hệ sinh thái đời sống người - Vi khuẩn và vi nấm là sinh vật phân giải các chất hữu thành các chất vô chu trình chuyển hoá vật chất hệ sinh thái - Một số vi khuẩn, vi nấm số động vật nguyên sinh là tác nhân gây nhiều bệnh cho cây trồng, vật nuôi người - Một số vi khuẩn và vi nấm phá huỷ lương thực thực phẩm, vật liệu xây dựng, kiến trúc, công nghiệp, mỹ thuật - Vi sinh vật mang lại lợi ích cho người nhiều lĩnh vực công nghệ chế biến thực phẩm, dược phẩm, công nghệ sinh học và môi trường 1.2 CÁC NHÓM VI SINH VẬT CHÍNH Vi sinh vật vô cùng phong phú thành phần và số lượng Chúng bao gồm các nhóm khác có đặc tính khác hình dạng, kích thước, cấu tạo và đặc biệt khác đặc tính sinh lý, sinh hoá Dựa vào đặc điểm cấu tạo tế bào, người ta chia làm nhóm lớn: - Nhóm chưa có cấu tạo tế bào bao gồm các loại virus - Nhóm có cấu tạo tế bào chưa có cấu trúc nhân rõ ràng (cấu trúc nhân nguyên thuỷ) gọi là nhóm Procaryotes, bao gồm vi khuẩn, xạ khuẩn và tảo lam - Nhóm có cấu tạo tế bào, có cấu trúc nhân phức tạp gọi là Eukaryotes bao gồm nấm men, nấm sợi (gọi chung là vi nấm) số động vật nguyên sinh và tảo đơn bào 1.2.1 Virus 1.2.1.1 Đặc điểm chung Virus là nhóm vi sinh vật chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước vô cùng nhỏ bé, có thể chui qua màng lọc vi khuẩn Nhờ có phát triển nhanh chóng kỹ thuật hiển vi điện tử, siêu ly tâm, nuôi cấy tế bào thành tựu nghiên cứu virus đã đẩy mạnh, phát triển thành ngành khoa học gọi là virus học Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Virus không có khả sống độc lập mà phải sống ký sinh các tế bào khác từ vi khuẩn tế bào động vật, thực vật và người, gây các loại bệnh hiểm nghèo cho các đối tượng mà chúng ký sinh Ví dụ bệnh AIDS Virus là nhóm vi sinh vật phát sau cùng các nhóm vi sinh vật chính vì kích thước nhỏ bé và cách sống ký sinh chúng Người phát virus lần đầu tiên là nhà bác học người Nga - Ivanôpski Ông là chuyên gia nghiên cứu bệnh khảm cây thuốc lá Khi nghiên cứu bệnh này ông đã phát rằng: Dịch lọc lá cây bị bệnh cho qua màng lọc vi khuẩn có khả gây bệnh Từ đó ông rút kết luận: Nguyên nhân gây bệnh đốm thuốc lá phải là loại sinh vật nhỏ vi khuẩn Phát này công bố năm 1892, năm sau, năm 1898, nhà khoa học người Hà Lan Beijerinck nghiên cứu bệnh khảm thuốc lá và có kết tương tự, ông đặt tên mầm gây bệnh khảm thuốc lá là virus Tiếp đó người ta phát số virus khác gây bệnh cho động vật và người Đến năm 1915 đã phát virus ký sinh trên vi khuẩn, gọi là thực khuẩn thể (Bacteriophage) 1.2.1.2 Hình thái và cấu trúc virus 1.2.1.2.1 Hình thái và kích thước Virus có kích thước nhỏ bé, có thể lọt qua màng lọc vi khuẩn, có thể quan sát chúng qua kính hiển vi điện tử Kích thước từ 20 x 30 đến 150 x 300 nanomet (1 nm = 10-6 mm) Nhờ kỹ thuật hiển vi điện tử, người ta phát loại hình thái chung virus Đó là hình cầu, hình que và hình tinh trùng Hình que điển hình là virus đốm thuốc lá (virus VTL), chúng có hình que dài với cấu trúc đối xứng xoắn Các đơn vị cấu trúc xếp theo hình xoắn quanh trục, đơn vị gọi là capxome Loại hình cầu điển hình là số virus động vật Các đơn vị cấu trúc xếp teo kiểu đối xứng mặt, mặt 20 mặt Loại có hình dạng tinh trùng phổ biến là các virus ký sinh trên vi khuẩn gọi là thực khiẩn thể Phage Loại hình dạng này phần đầu có cấu trúc đối xứng khối phần đuôi là có cấu trúc đối xứng xoắn 1.2.1.2.2 Cấu trúc điển hình virus VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång Kiểu cấu trúc phức tạp virus là cấu trúc thực khuẩn thể (Phage) Sau đây ta nghiên cứu cấu trúc thực khuẩn thể T4 ký sinh trên vi khuẩn E Coli Thực khuẩn thể T4 có phần: đầu, cổ và đuôi Đầu có dạng lăng kính cạnh, đường kính 65 nm dài 95 nm, cấu tạo protein tạo thành capsit, vỏ capsit cấu tạo 212 đơn vị capsome Bên phần đầu có chứa phân tử AND sợi có phân tử lượng 1,2.108 Cổ là đĩa cạnh đường kính 37,5 nm có sợi tua gọi là tua cổ Đuôi là ống rỗng bao bọc bao đuôi, bao đuôi có cấu tạo protein tạo thành vỏ Capxit, kích thước x 95 nm Phần rỗng đuôi gọi là trụ có đường kính 2,5 - 3,5 nm Hình 1.2 Cấu trúc đơn thực khuẩn thể (Phage) Phần cuối cùng đuôi là đĩa gốc hình cạnh giống đĩa cổ từ đó mọc sợi gai gọi là chân bám Hình trên là cấu trúc điển hình thực khuẩn thể T4 Dựa trên cấu trúc đó, thiên nhiên đã tạo hàng trăm hàng nghìn loại virus khác Ví dụ phần lõi không phải là tất các virus chứa AND, có nhiều loại chứa ARN, chủ yếu là các virus thực vật Chính từ loại này người ta đã phát quá trình chép ngược thông tin di truyền : ARN - AND Sau đây là đặc điểm kích thước và cấu trúc số virus điển hình: Bảng 1.1 Virus Axit nucleic Kiểu đối xứng Kích thước (nm) VR đậu mùa AND Khối 230 x 300 VR cúm ARN Xoắn 80 x 200 VR đốm thuốc lá ARN Xoắn 200 x 300 VR khoai tây ARN Xoắn 480 x 500 VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång TKT T4 AND Khối và xoắn Đầu : 65 x 95 Đuôi : x 95 Trong thành phần Protein virus có loại - Protein cấu trúc và Protein men Protein cấu trúc cấu tạo nên vỏ capxit từ các đơn vị hình thái capxome và vỏ số loại virus có vỏ Protein men bao gồm men ATP - aza và men Lizozym ATP - aza có chức phân huỷ ATP giải phóng lượng cho virus co rút lúc xâm nhập vào tế bào chủ Lizozym có chức phân huỷ màng tế bào vật chủ Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.3 So sánh kích thước virut với phân tử sống và vi khuẩn hồng cầu Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.4 : Cấu trúc các loại vi sinh khác 10 VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång 1.2.4 Một số virus điển hình Dựa vào hình thái ngoài virus người ta chia virus làm loại: hình trụ xoắn, hình khối đa điện và dạng phối hợp Riêng hình khối đa diện chúng ta xét đại diện virus Ađênô và virus trần là HIV là dạng virus có vỏ bọc Còn virus hình trụ xoắn chúng ta nghiên cứu đại diện là virus khảm thuốc lá và dạng phối hợp là phagơ T2 là loại phagơ E.Coli Hình 1.5 Virus khảm thuốc lá (TMV) Hình 1.6 Hình thái và cấu trúc phân tử HIV Hinhg 1.7 c Virut E coli (Phagơ) 11 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG 1.2.1.3 Quá trình hoạt động virus tế bào chủ Virus không có khả sống độc lập, chúng sống ký sinh tế bào sống Kết quá trình ký sinh có thể xảy khả năng: Khả thứ là phá vỡ tế bào làm tế bào chết và tiếp tục xâm nhập phá vỡ các tế bào lân cận Khả thứ là tạo thành trạng thái tiềm tan tế bào chủ, nghĩa là tạm thời không phá vỡ tế bào mà hoạt động sinh sản cùng nhịp điệu với tế bào chủ Ở điều kiện môi trường định, trạng thái tiềm tan có thể biến thành trạng thái tan phá vỡ tế bào Những virus có khả phá vỡ tế bào gọi virus độc, virus có khả tạo nên trạng thái tiềm tan gọi là virus không độc 1.2.1.3.1 Quá trình hoạt động virus độc Quá trình virus độc chia làm giai đoạn: - Giai đoạn hấp thụ hạt virus tự trên tế bào chủ: Các hạt virus tự tồn ngoài tế bào không có khả hoạt động, chúng trạng thái tiềm sinh gọi là hạt Virion Khi gặp tế bào chủ, phụ thuộc vào tần số va chạm hạt virion và tế bào, va chạm càng nhiều càng có khả tìm các điểm thụ cảm trên bề mặt tế bào gọi là các receptor Lúc đó điểm thụ cảm tế bào chủ và gốc đuôi virus kết hợp với theo chế kháng nguyên - kháng thể nhờ có thành phần hoá học phù hợp với Kết là virus bám chặt lên bề mặt tế bào chủ Mỗi loại virus có khả hấp thụ lên vài loại tế bào định Điều này giải thích loại virus gây bệnh cho vài loại định - Giai đoạn xâm hập virus vào tế bào chủ: Quá trình xâm nhập virus vào tế bào chủ xảy theo nhiều chế khác phụ thuộc vào loại virus và tế bào chủ Ở thực khuẩn thể T4 sau virus bám vào điểm thụ cảm tế bào chủ, nó tiết men Lizozym thuỷ phân thành tế bào vi khuẩn Sau đó tác dụng ATP - aza bao đuôi phage co rút làm cho trụ đuôi xuyên qua thành tế bào và phân tử ADN bơm vào bên tế bào chủ Vỏ capxit nằm ngoài Người ta chứng minh chế trên nhờ phương pháp nguyên tử đánh dấu Ngoài chế trên còn có số chế khác: số virus động vật, sau tiết men phân huỷ thành tế bào chủ, toàn hạt virion lọt vào tế bào, sau đó các men bên tế bào tiến hành phân huỷ vỏ Capxit giải phóng 12 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG ADN Người ta gọi là quá trình này là quá trình “cởi áo” Một số tế bào chủ lại có khả bao bọc virion “nuốt” theo kiểu thực bào Sau đó có quá trình “cởi áo” giải phóng ADN virus - Giai đoạn sinh sản virus tế bào chủ (sao chép và nhân lên) Quá trình sinh sản virus còn gọi là nhân lên chúng Đây là vấn đề hấp dẫn sinh học phân tử thời gian gần đây Bằng các phương pháp đại người ta đã làm sáng tỏ quá trình nhân lên virus Sau phân tử ADN virus lọt vào tế bào chủ, quá trình tổng hợp ADN tế bào chủ bị đình Sau đó quá trình tổng hợp protein tế bào ngừng và bắt đầu quá trình tổng hợp các enzym này còn gọi là protein sớm vì nó là protein tổng hợp đầu tiên sau quá trình xâm nhập Khi các enzym này hoàn thành, bắt đầu xúc tác cho quá trình tổng hợp ADN virus nguyên liệu ADN tế bào chủ bị phân huỷ Sau các phân tử ADN virus tổng hợp đến số lượng định quá trình này ngừng và bắt đầu quá trình tổng hợp Protein muộn bao gồm vỏ Capxit virus và các enzym có thành phần virus trưởng thành Các quá trình này tiến hành điều khiển gen virus Như vậy, phần vỏ và lõi virus tổng hợp riêng biệt - Giai đoạn lắp ráp hạt virus và giải phóng chúng khỏi tế bào: Giai đoạn này còn gọi là chín virus Sau các phận virus tổng hợp riêng biệt (axit nucleic, vỏ capxit, bao đuôi, đĩa gốc, lông đuôi) các thành phần lắp ráp lại với thành hạt virus trưởng thành, kết thúc thời kỳ tiềm ẩn, tức là thời kỳ tế bào chưa xuất virus trưởng thành Thời kỳ tiềm ẩn kéo dài bao lâu tuỳ thuộc loại virus/ Trong nhiều trường hợp các virus trưởng thành tiết men lizozym phân huỷ thành tế bào và ngoài, tế bào bị phá vỡ Các virus tiếp tục xâm nhập vào các tế bào xung quang và phá vỡ chúng Ở số virus, virus trưởng thành không phá vỡ tế bào mà chui qua lỗ liên bào sang tế bào bên cạnh phóng thích nhờ quá trình đào thải tế bào Trong tế bào đầu tiên tiếp tục quá trình tổng hợp virus Ở chế, tế bào chủ sớm muộn bị chết hàng loạt Đó là quá trình hoạt động virus độc Sau đây ta nghiên cứu quá trình hoạt động virus không độc 13 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG 1.2.1.3.2 Quá trình hoạt động virus không độc Virus không độc còn gọi là virus ôn hoà, hoạt động nó không làm chết tế bào chủ mà gây nên trạng thái tiềm tan, gọi là trạng thái Lyzogen Virus sống chung với tế bào chủ, sinh sản cùng nhịp điệu với nó Hiện tượng Lyzogen phát trên vi khuẩn, các phage này gọi là phage ôn hoà prophage Tế bào có chứa prophage có khả miễn dịch với các phage khác Nguyên nhân tượng này là prophage có khả tổng hợp nên các protein có tác dụng kìm hãm nhân lên virus lạ vản thân prophage Một số tác nhân đột biến làm hoạt tính làm ngừng tổng hợp chất kìm hãm trên, dẫn đến thay đổi trạng thái Lyzogen, tức là biến trạng thái tiềm tan thành trạng thái tan Lúc đó phage ôn hoà biến thành phage độc và tế bào chủ bị phá vỡ Quá trình này ngoài tác nhân đột biến còn phụ thuộc vào hệ gen prophage và trạng thái sinh lý tế bào đặc điểm nuôi cấy Bởi vậy, cùng loài vi khuẩn, có chủng cảm ứng với phage, có chủng không Khi nuôi chung hai chủng với trên môi trường thạch đĩa có thể thấy rõ vệt bị tan thảm vi khuẩn không bị tan Trong điều kiện tự nhiên, tần số biến trạng thái tiềm tan thành trạng thái tan là 10-2 - 10-5 14 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG SỰ NHÂN LÊN CỦA VIRUS TRONG TẾ BÀO CHỦ Hình 1.8 Các giai đoạn xâm nhiễm và phát triển phagơ 15 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG 1.2.1.4 Hiện tượng Interference và ứng dụng nó Interference là tượng gây nhiễm loại virus cho tế bào thì việc gây nhiễm virus khác bị ức chế Hiện tượng ức chế này không có tính đặc hiệu virus Các virus hoàn toàn khác có thể ức chế nhau, ví dụ virus AND có thể ức chế xâm nhiễm virus ARN và ngược lại Một virus đã bị làm bất hoại tia cực tím có khả gây tượng Interference virus sống Song tượng này lại có tính đặc hiệu loài thuộc tế bào chủ Chất ức chế gọi là Interferon sinh tế bào thuộc loài nào thì có tác dụng các tế bào thuộc loại Ví dụ Interferon sinh tế bào gà thì không có tác dụng ức chế tế bào bò lợn Interferon là loại protein đặc biệt sinh tế bào sau bị nhiễm virus Chính nó đã ức chế quá trình tổng hợp ARN virus lạ, từ đó không thể có quá trình tổng hợp AND hay protein Bởi mà virus lạ có thể xâm nhập vào tế bào không phát triển nhân lên Cường độ tượng này phụ thuộc vào số lượng virus gây nhiễm lần thứ và thời gian từ lúc đó đến lúc gây nhiễm lần thứ 2, thường khoảng thì có tác dụng Người ta đã ứng dụng tượng Interference việc phòng chống bệnh virus gây nên Chất Interferon có thể ức chế rộng rãi nhiều loại virus khác vì nó không có tính đặc hiệu virus mà có tính đặc hiệu tế bào chủ 1.2.1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn virus - Ý nghĩa khoa học Virus có cấu tạo vô cùng đơn giản, điển hình cho sống mức độ tế bào Bởi mà nó trở thành mô hình lý tưởng sinh học phân tử và di truyền học đại Rất nhiều thành tựu sinh học phân tử và di truyền học đại dựa trên mô hình virus Ví dụ việc dùng virus để chuyển các gen cần thiết từ tế bào này sang tế bào khác, tạo nên các đặc tính di truyền mong muốn 16 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG - Ý nghĩa thực tiễn Rất nhiều bệnh tật người, động vật, thực vật mà nguyên nhân gây là virus Đặc điểm sống virus là ký sinh trên tế bào, chữa bệnh virus gây là khó khăn và phức tạp Đối với người bệnh nguy hiểm là AIDS virus HIV gây Loại virus này làm suy giảm khả miễn dịch làm cho người bị bệnh AIDS có thể chết bệnh thông thường nào khác mà bình thường thể có thể chống chịu Đối với nông nghiệp, hầu hết các bệnh nguy hiểm cho cây trồng virus gây làm giảm suất mùa màng, nhiều bị thất thu hoàn toàn Tuy nhiên, có thể ứng dụng tượng Interference để chế các vacxin chống virus gây bệnh Vacxin này ưu việt vacxin chế từ vi khuẩn chỗ loại vacxin có thể phòng nhiều bệnh virus khác Ngoài ra, người ta còn dùng các virus gây bệnh côn trùng để tiêu diệt côn trùng có hại mà giữ các loại côn trùng khác mối cân sinh thái Đó là ưu điểm đáng kể so với các thuốc hoá học diệt côn trùng có khả tiêu diệt nhiều loại côn trùng lúc, có ích lẫn có hại Điều đó ảnh hưởng không nhỏ đến cân sinh thái thiên nhiên 1.2.2 Vi khuẩn (Bacteria) Vi khuẩn là nhóm vi sinh vật có cấu tạo tế bào chưa có cấu trúc nhân phức tạp, thuộc nhóm Prokaryotes Nhân tế bào gồm chuỗi AND không có thành phần protein không có màng nhân 1.2.2.1 Hình thái và kích thước Vi khuẩn có nhiều hình thái khác nhau: hình cầu, hình que, hình xoắn, hình dấu phẩy, hình sợi Kích thước thay đổi tuỳ theo các loại hình và loại hình kích thước khác So với virus, kích thước vi khuẩn lớn nhiều, có thể quan sát vi khuẩn kính hiển vi quang học Dựa vào loại hình có thể chia số nhóm sau: 17 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.9 Các hình dạng chính vi khuẩn - Cầu khuẩn 1, 2, 3, 4, - Trực khuẩn 6, 7, 8, - Xoắn khuẩn 10, 11, 12 Cầu khuẩn (Coccus - từ tiếng Hy Lạp Kokkos - hạt quả): là loại vi khuẩn có hình cầu Nhưng có nhiều loại không hẳn hình cầu thí dụ hình nến phế cầu khuẩn Diplococcus pneumoniae hạt cà phê (lậu cầu khuẩn Neisseria gonorrhoeae) 18 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Kích thước vi khuẩn thường thay đổi khoảng 0,5 (1µ = 10-3 mm) Tuỳ theo loài mà chúng có dạng khác Đặc tính chung cầu khuẩn: - Tế bào hình cầu có thể đứng riêng rẽ hay liên kết với - Có nhiều loài có khả gây bệnh cho người và gia súc - Không có quan di động - Không tạo thành bào tử Giống Monococcus Thường đứng riêng lẻ tế bào một, đa số chúng thuộc loại hoại sinh Thường thấy chúng sống đất, nước và không khí (Thí dụ Micrococcus agilis, M roseus, M luteus) Giống Diplococcus Giống Diplococcus (Từ tiếng Hy Lạp - Diplos - thành đôi) phân cách theo mặt phẳng xác định và dính thành đôi Trong số này có số có khả gây bệnh giống Neisseria - Lậu cầu khuẩn N meningitidis gonorrhoeae - Não mô cầu khuẩn) Giống Tetracoccus Thường liên kết với thành nhóm tế bào Chúng thường gây bệnh cho người và số có thể gây bệnh cho động vật Giống Streptococcus Từ tiếng Hy Lạp (Streptos - chuỗi) chúng phân cách theo mặt phẳng xác định và dính với thành chuỗi dài Thí dụ Streptococcus lactic Streppyogenes 19 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Giống Sarcina Từ tiếng Hy Lạp Saricio - gói hàng Phân cách theo mặt phẳng trực giao với nhau, tạo thành khối từ - 16 tế bào (hoặc nhiều nữa) Trong không khí chúng ta thường gặp số loài Sarcinalutea, Sarcina auratiaca Chúng thường nhiễm vào các môi trường để phòng thí nghiệm và tạo thành màu vàng Giống Staphilococcus Từ tiếng Hy Lạp Staphile - chùm nho Thường chúng liên kết với thành đám trông chùm nho Chúng phân cách theo mặt phẳng và sau đó dính lại với thành đám hình chùm nho Bên cạnh các loài hoại sinh còn có số loài gây bệnh người và động vật (Staph Curcreus, Staph Emidermidis ) Trực khuẩn Là tên chung tất các vi khuẩn có hình que Kích thước chúng thường từ 0,5 - 1,0 x - µ Thường gặp các loài trực khuẩn sau đây: Bacterium (Viết tắt là Bact) Bacillus (Viết tắt là Bac) trực khuẩn gram dương, sinh bào tử Chiều ngang bào tử không vượt quá chiều ngang tế bào Vì tạo thành bào tử tế bào không thay đổi hình dạng chúng thường thuộc loài hiếu khí kị khí không bắt buộc Trực khuẩn gram âm không sinh Pseudomonas (Viết tắt là P.s) bào tử Thường có tiên mao mọc xung quanh tế bào người ta gọi là chu mao Các giống Salmonella, Shigella, Erwina, 20 VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång Serratia có hình thái giống Bacterium `Trực khuẩn gram ân, không sinh bào tử, có tiên mao (hoặc chùm tiên mao) đầu Chúng thường sinh sắc tố Các giống Xanthomonas Photobacterium, Azotomonas, Aeromonas, Zymononas, Protaminobacter, Alginomonas, Mycoplazma, Halobacterium, Methanomonas, Hydroginomonas, Carloxydomonas, Acetobater, Nitrosomonas, Nitrobacter có hình thái giống Pseudomonas Corynebacterium Không sinh bào tử, hình dạng và kích thước thay đổi khá nhiều Khi nhuộm màu tế bào thường tạo thành các đoạn nhỏ bắt màu khác Trực khuẩn bạch cầu (Corynebacterium diphtheriae) có bắt màu hai đầu làm tế bào có hình dạng giống tạ Một số khác có hình thái giống Corynebacterium gồm có Listeria, Erysipelothric, Microbacterium, Cellulomonas, Arthrobacter Clostridium (Viết tắt là Cl, tiếng Hy Lạp Kloster - thoi) Thường là trực khuẩn gram dương Kích thước thường vào khoảng 0,4 - x3- Sinh bào tử, chiều ngang bào tử thường lớn chiều ngang tế bào, đó làm tế bào có hình thoi hay hình dùi trống Chúng thường thuộc loại kỵ khí bắt buộc, có nhiều loài có ích Thí dụ các loài cố định nitơ Một số loài khác gây bệnh Thí dụ vi khuẩn uốn ván Cl Botulium Phẩy khuẩn Là tên chung các vi khuẩn hình que uốn cong giống dấu phẩy Giống điển hình là giống Vibro (Từ chữ La tinh Vibrare - dao động nhanh) Một số giống 21 VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång phẩy khuẩn có khả phân giải xenluloza (Cellvibrio, Cellfalcicula) có khả khử sunfat (Desulfovibrio) Xoắn khuẩn Spirillum - Từ chữ Spira - Hình cong, xoắn gồm tất các vi khuẩn có hai vòng xoắn trở lên Là loại gram dương, di động nhờ có hay nhiều tiên mao mọc đỉnh Đa số chúng thuộc loại hoại sinh, số ít có khả gây bệnh (SP Minus) có kích thước thay đổi 0,5 - 3,0 - - 40µ Hình 1.10 Các loại vi khuẩn 22 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.11 Các loại vi khuẩn 23 VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång Thành tế bà Màng tế bào chất Thể nhân Mezoxom Chất dự trữ Tế bào chất Bào tử Tiêm mao Khuẩn mao 10 Khuẩn mao giới tính 11 Bao nhầy 12 Tầng dịch nhầy - Cấu tạo chung + cấu tạo đặc biệt Hình 1.13 Mô hình cấu trúc tế bào vi khuẩn G+ GOMP (Protein màng ngoài) Lipoprotein Protein chất Protein lỗ Khoảng nguyên Peotidoglican Axit teicoic thành tế bào Axit teicoic màng tế bào Lớp không gian chu chất LPS (lipopoliSaccarit - Phot pholipit Không gian chu chất Petidoglican Không gian chu chất Màng tế bào chất Hình 1.12 Mô hình cấu thành té bào vi khuẩn G+ và vi khuẩn G- 24 VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång 1.2.2.2 Cấu tạo tế bào Thành tế bào Thành tế bào là lớp ngoài cùng bao bọc vi khuẩn, giữ cho chúng có hình dạng định, chiếm 15 - 30% trọng lượng khô tế bào Thành tế bào có chức sinh lý quan trọng trì hình thái tế bào và áp suất thẩm thấu bên tế bào, bảo vệ tế bào trước tác nhân vật lý, hoá học môi trường, thực việc tích điện bề mặt tế bào Thành tế bào chính là nơi bám Phage và chứa nội độc tố số vi khuẩn có độc tố Có số vi khuẩn không có thành tế bào (Micoplasma), số trường hợp vi khuẩn bị phá vỡ thành tế bào mà sống (Protoplast ) Thành phần hoá học thành tế bào vi khuẩn phức tạp, bao gồm nhiều hợp chất khác Peptidoglycan, Polisaccarit, Protein, Lipoprotein, Axit tecoic, Lipoit v.v Dựa vào tính chất hoá học thành tế bào và tính chất bắt màu nó, người ta chia làm loại Gram + và Gram - Với cùng phương pháp nhuộm nhau, đó có hai loại thuốc nhuộm Cristal Violet màu tím và Fushsin màu hồng, vi khuẩn gram + bắt màu tím, vi khuẩn gram - bắt màu hồng Nguyên nhân là cấu tạo thành tế bào hai loại khác Ngoài hai loại trên, còn có loại gram biến đổi (gram variable) có khả biến đổi từ gram + sang gram - và ngược lại Sau đây là sơ đồ cấu tạo thành tế bào vi khuẩn E.coli Lớp Lipoproteit Lớp Lipopolisaccarit Các phân tử protein Lớp Glycoproteit Màng nguyên sinh chất Hình 1.13 Cấu tạo thành tế bào vi khuẩn Vỏ nhầy (Capsul) Nhiều loại vi khuẩn bên ngoài thành tế bào còn có lớp vỏ dày hay lớp dịch nhày Kích thước lớp vỏ nhày khác tuỳ theo loài vi khuẩn Ở vi khuẩn Azotobacter chroococum phát triển trên môi trường giàu hydrat cacbon có thể hình thành lớp vỏ nhày dày chính thân tế bào 25 VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång Vỏ nhày có tác dụng bảo vệ vi khuẩn tránh tác dụng thực bào bạch cầu Chính vì mà số vi khuẩn gây bệnh có lớp vỏ nhày có khả gây bệnh Khi lớp vỏ nhày, bị bạch cầu tiêu diệt xâm nhập vào thể chủ Vi khuẩn có vỏ nhày tạo thành khuẩn lạc trơn bóng mọc trên môi trường thạch gọi là dạng S, ngược lại dạng R có khuẩn lạc xù xì Hình 1.14 Vỏ nhày Klebsialla pneumoniae suốt Rõ trên đen mực đỏ Vỏ nhày còn là nơi dự trữ các chất dinh dưỡng Khi nuôi cấy vi khuẩn có vỏ nhày trên môi trường nghèo dinh dưỡng, lớp vỏ nhày bị tiêu biến dần bị sử dụng làm chất dinh dưỡng Ở số vi khuẩn vỏ nhày dùng để bám vào giá thể Các chất vỏ nhày là thành tế bào tiết ra, thành phần nó tuỳ thuộc vào loại vi khuẩn Đa số trường hợp vỏ nhày cấu tạo polysaccarit, đôi có cấu tạo polypeptit Thành phần hoá học vỏ nhày định tính kháng nguyên vi khuẩn Màng tế bào chất (Cell membran) Màng tế bào chất còn gọi là màng nguyên sinh chất là lớp màng nằm thành tế bào, có độ dày khoảng - nm, chiếm 10 - 15% trọng lượng tế bào vi khuẩn Màng tế bào chất có nhiều chức quan trọng: Duy trì áp suất thẩm thấu tế bào, đảm bảo việc chủ động tích luỹ chất dinh dưỡng và thải các sản phẩm trao đổi chất khỏi tế bào Màng tế bào chất là nơi sinh tổng hợp số thành phần tế bào, đặc biệt là thành phần thành tế bào và vỏ nhày, là nơi chứa số men quan trọng Permeaza, ATP-aza v.v Màng tế bào chất còn là nơi tiến hành quá trình hô hấp và quang hợp (ở vi khuẩn quang dưỡng) 26 VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång Thành phần hoá học màng tế bào chất đơn giản thành tế bào nhiều Bao gồm photpholipit và protein và protein xếp thành lớp: lớp là photpholipit bao gồm hai lớp phân mồi phân tử gồm đầu chứa gốc photphat háo nước và đầu enzym phân huỷ chất kháng sinh Penixilinaza sinh từ Mexozom Riboxom Riboxom là nơi tổng hợp protein tế bào, chứa chủ yếu là ARN và protein Ngoài có chứa ít lipit, và số chất khoáng Riboxom có đường kính khoảng 200A, cấu tạo tiểu thể - lớn, nhỏ Tiểu thể lớn có số lắng là 50S, tiểu thể nhỏ 30S (1S = 1-13 cm/giây) 200 A 50 S 30 S 70 S Mỗi tế bào vi khuẩn có trên 1000 riboxom, thời kỳ phát triển mạnh nó, số lượng riboxom tăng lên Không phải tất các riboxom trạng thái hoạt động Chỉ khoảng - 10% riboxom tham gia vào quá trình tổng hợp protein Chúng liên kết thành chuỗi gọi là polyxom nhờ sợi ARN thông tin Trong quá trình tổng hợp protein, các riboxom trượt dọc theo sợi ARN thông tin kiểu đọc thông tin Qua bước đọc, axit amin lại gắn thêm vào chuỗi polypeptit Thể nhân (Nuclear body) Vi khuẩn thuộc loại procaryotic, cấu tạo nhân đơn giản, chưa có màng nhân Thể nhân vi khuẩn gồm nhiễm sắc thể hình vòng phân tử AND cấu tạo nên dính đầu vào màng tế bào chất không có thành phần protein chứa hydratcacbon, đầu háo nước hai lớp phân tử photpholipit quay ngoài, đây chứa các men vận chuyển Pecmeaza Hai lớp ngoài và và Protein 27 VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång Hình 1.13 Cấu tạo màng tế bào chất vi khuẩn Màng tế bào chất còn là nơi gắn nhiễm sắc thể Ngoài hai thành phần chính trên, màng tế bào chất còn chứa số chất khác hydratcacbon, glycolipit, v.v Tế bào chất (Cytoplast) Tế bào chất là thành phần chính tế bào vi khuẩn, đó là khối chất keo bán lỏng chứa 80 - 90% nước, còn lại là protein, hydratcacbon, lipit, axit nucleic v.v Hệ keo có tính chất dị thể, trạng thái phân tán, luôn luôn biến đổi phụ thuộc vào điều kiện môi trường Khi còn non tế bào chất có cấu tạo đồng chất, bắt màu giống Khi già xuất không bào và các thể ẩn nhập, tế bào chất có trạng thái lổn nhổn, bắt màu không Tế bào chất là nơi chứa có quan quan trọng tế bào như: nhân tế bào, Mezoxom, Riboxom và các hạt khác Mezoxom Mezoxom là thể hình cầu giống cái bong bóng gồm nhiều lớp màng cuộn lại với nhau, có đường kính khoảng 250 nm Mezoxom xuất tế bào phân chia, nó có vai trò quan trọng việc phân chia tế bào và hình thành vách ngăn ngang Ở nhiều loài vi khuẩn, Mezoxom là thành phần màng tế bào chất phát triển ăn sâu vào tế bào chất Một số nhân tế bào bậc cao Chiều dài phân tử AND thường gấp 1000 lần chiều dài tế bào, mang toàn thông tin di truyền tế bào vi khuẩn Ngoài nhiễm sắc thể, số vi khuẩn còn có Plasmic, đó là phân tử AND hình vòng kín kích thước nhỏ, mang thông tin di truyền, có khả chép độc lập Ở vi khuẩn kháng thuốc, đặc tính kháng thuốc thường quy định các gen nằm trên các plasmic này 28 VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång Các hạt khác tế bào Trong tế bào vi khuẩn ngoài các cấu trúc nói trên còn có số hạt mà số lượng và thành phần nó không định Sự có mặt chúng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và vào giai đoạn phát triển vi khuẩn Nhiều loại hạt có tính chất chất dự trữ, hình thành tế bào tổng hợp thừa các chất đó và tiêu hao tế bào cần đến Các hạt này bao gồm hạt hydratcacbon, hạt polyphotphat vô cơ, các giọt lipit, lưu huỳnh, các tinh thể Ca và các hạt sắc tố Đặc biệt, tế bào số vi khuẩn gây bệnh cho côn trùng (Bacillus thurigiensis) còn có các tinh thể diệt côn trùng có hình thoi hình khối Sự có mặt các tinh thể này liên quan đến khả gây bệnh côn trùng vi khuẩn Người ta đã lợi dụng đặc tính này nghiên cứu, sản xuất chế phẩm diệt côn trùng gây hại Tiên mao và nhung mao Tiên mao là quan di động vi khuẩn, không phải tất các vi khuẩn có tiên mao Tiên mao thường có chiều rộng 10 - 25 µm, chiều dài thay đổi tuỳ theo loài vi khuẩn Số lượng tiên mao phụ thuộc vào loài vi khuẩn Loại có tiên mao gọi là đơn mao, mọc cực tế bào, loại có gọi là song mao mọc từ cực tế bào, loại có nhiều gọi là chùm mao mọc từ cực tế bào, có loại mọc từ hai cực tế bào Loại mọc quanh mình thành vành đai thắt lưng có lông gọi là chu mao Các vi sinh vật khác có số lượng và xếp các tiên mao trên tế bào khác Hình 1.14 Các kiểu tế bào vi khuẩn có tiên mao Đơn mao khuẩn: 1, 2, 4, 11 Chùm mao khuẩn: 3, 5, 6, 12, 13 Chu mao khuẩn: 7, 8, 9, 10 29 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Tiên mao có chất protein, bị phân giải nhiệt độ 600C môi trường axit Tuỳ theo kiểu tiên mao mà vi khuẩn có các kiểu di động khác Loại đơn mao di động theo hình sin, loại chùm mao di động theo kiểu xoáy trôn ốc v.v - Nhung mao: Khác với tiên mao, nhung mao không phải là quan di động vi khuẩn Chúng là sợi lông mọc khắp bề mặt số vi khuẩn, làm tăng diện tiếp xúc với thức ăn, ngoài còn dùng để bám vào giá thể Ở số vi khuẩn, nhung mao còn dùng làm cầu nối nguyên sinh chất quá trình tiếp hợp hai vi khuẩn 10 Bào tử (Spore) Bào tử là hình thức tiềm sinh vi khuẩn Khi gặp điều kiện khó khăn, vi khuẩn có khả hình thành bào tử Bào tử hình thành bên tế bào, có to kích thước tế bào làm tế bào phình so với bình thường Ví dụ Clostridium, hình thành bào tử, tế bào hình thành hình dùi trống hình thoi Bào tử có lớp vỏ bọc, lớp vỏ bọc này tránh cho bào tử tác động môi trường như: nhiệt độ, pH, tác động men, v.v Ở nhiệt độ 1000C các tế bào dinh dưỡng bị tiêu diệt thì bào tử Bacillus cereus có thể chịu 2,5 phút, Bacillus subtilis chí chịu 180 phút Bào tử vi khuẩn gây ngộ độc 1800C sống tới 10 phút Trong phenol 5% tế bào dinh dưỡng chết bào tử có thể sống đến 15 ngày Sở dĩ bào tử có thể có khả chịu điều kiện khó khăn vì nó có cấu tạo khác với tế bào Nước bào tử phần lớn trạng thái liên kết, đó nước tế bào trạng thái tự Các enzym tế bào phần lớn trạng thái không hoạt động Các thành phần hoá học khác bào tử khác với tế bào dinh dưỡng Thí dụ bào tử có hàm lượng ion Ca++ cao v.v Nguyên nhân việc hình thành bào tử còn có nhiều tranh luận Một số cho tế bào hình thành bào tử gặp điều kiện khó khăn nhằm tồn qua thời kỳ khó khăn đó Nhưng số người khác cho rằng: Sự hình thành bào tử là hình thức đổi tế bào kết hợp các phần nguyên sinh chất 30 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG quá trình hình thành bào tử mà tế bào đổi mới, ý kiến này dựa trên số thí nghiệm bác bỏ luận thuyết trên Ở số môi trường dinh dưỡng tốt bào tử lại hình thành nhiều môi trường nghèo dinh dưỡng Ở đa số vi sinh vật đất, điều kiện bất lợi không thấy hình thành bào tử Bào tử gặp điều kiện thuận lợi thì nảy mầm thành tế bào dinh dưỡng, bào tử thường nảy mầm cực, có nảy mầm hai phía Một số vi khuẩn điều kiện định có thể bị khả hình thành bào tử Hình 1.15 Hình dạng tế bào vi khuẩn mang bào tử 31 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.16 Bao nhày vi khuẩn 32 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.17 Riboxom vi khuẩn Hình 1.18 Thể nhân vi khuẩn (ảnh chụp qua kính hiển vi điện tử lát cắt mỏng qua tế bào E.coli) 33 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.19 Sơ đồ cấu trúc tế bào vi khuẩn Hình 1.20 Sự khác màng tế bào vi khuẩn Gr (-) và vi khuẩn Gr (+) 34 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.21 So sánh tế bào vi khuẩn G+ và G- 35 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.22 Chuyển động vi khuẩn theo hoá hướng động Hình 1.23 Bào tử vi khuẩn bacillus megatherium Áo bào tử Vỏ bào tử Màng ngoài Thành lõi (core wall) AND; Riboxom 36 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.24 Các giai đoạn quá trình hình thành bào tử 37 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.25 Sinh sản vi khuẩn 38 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG 1.2.2.3 Sinh sản vi khuẩn Vi khuẩn sinh sản chủ yếu hình thức nhân đôi tế bào Từ tế bào mẹ phân cắt thành tế bào Tế bào hình thành sau thời gian sinh trưởng định lại tiến hành phân cắt Bằng hình thức đó, số lượng tế bào tăng lên theo cấp số nhân Tuỳ loài vi khuẩn, khoảng 10 đến 30 phút lại cho hệ Về sinh sản hữu tính vi khuẩn, người ta phát hình thức tiếp hợp hai tế bào, hệ gen tế bào cho qua cầu nguyên sinh chất chuyển sang tế bào nhận, thường chuyển phần Tế bào nhận có thêm phần hệ gen thể cho phân cắt sinh tế bào mang đặc tính lai hai tế bào Có quan điểm cho rằng: bào tử là hình thức sinh sản và đổi tế bào vi khuẩn Vì lúc tế bào bình thường nảy mầm từ bào tử, nó đã đổi không còn trước 1.2.2.4 Ý nghĩa thực tiễn vi khuẩn Vi khuẩn chiếm đa số các vi sinh vật, có mẫu đất vi khuẩn chiếm tới 90%, nó đóng vai trò định các quá trình chuyển hoá vật chất Vi khuẩn tham gia vào hầu hết các vòng tuần hoàn vật chất đất và thiên nhiên Tuy vậy, nhiều vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật, thực vật, gây nên tổn thất nghiêm trọng sức khoẻ người sản xuất nông nghiệp Ngày với thành tựu khoa học đại, người ta đã tìm biện pháp hạn chế tác hại vi khuẩn gây ra, ví dụ việc chế vacxin phòng bệnh, sử dụng chất kháng sinh v.v 1.2.3 Xạ khuẩn (Actinomycetes) Xạ khuẩn thuộc nhóm Procaryotes, có cấu tạo nhân đơn giản giống vi khuẩn Tuy vậy, đa số tế bnào xạ khuẩn lại có cấu tạo dạng sợi, phân nhánh phức tạp và có nhiều màu sắc giống nấm mốc 1.2.3.1 Hình thái và kích thước Đa số xạ khuẩn có cấu tạo dạng sợi, các sợi kết với tạo thành khuẩn lạc có nhiều màu sắc khác nhau: trắng, vàng, nâu, tím, xám v.v Màu sắc xạ 39 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG khuẩn là đặc điểm phân loại quan trọng Đường kính sợi xạ khuẩn khoảng từ 0,1 - 0,5 µm Có thể phân biệt hai loại sợi khác Sợi khí sinh là hệ sợi mọc trên bề mặt môi trường tạo thành bề mặt khuẩn lạc xạ khuẩn Từ đây phát sinh bào tử Sợi chất là sợi cắm sâu vào môi trường làm nhiệm vụ hấp thu chất dinh dưỡng Sợi chất sinh sắc tố thấm vào môi trường, sắc tố này thường có màu khác với màu sợi khí sinh Đây là đặc điểm phân loại quan trọng Một số xạ khuẩn không có sợi khí sinh mà có sợi chất, loại sợi này làm cho bề mặt xạ khuẩn nhẵn và khó tách cấy truyền Loại có sợi khí sinh thì ngược lại, dễ tách toàn khuẩn lạc khỏi môi trường Khuẩn lạc xạ khuẩn thường rắn chắc, xù xì, có thể có dạng da, dạng phấn, dạng nhung, dạng vôi phụ thuộc vào kích thước bào tử Trường hợp không có sợi khí sinh khuẩn lạc có dạng màng dẻo Kích thước khuẩn lạc thay đổi tuỳ loài xạ khuẩn và tuỳ điều kiện nuôi cấy Khuẩn lạc thường có dạng phóng xạ (vì mà gọi là xạ khuẩn), số có dạng vòng tròn đồng tâm cách khoảng định Nguyên nhân tượng vòng tròn đồng tâm là xạ khuẩn sinh chất ức chế sinh trưởng, sợi mọc qua vùng này chúng sinh trưởng yếu đi, qua vùng có chất ức chế chúng lại sinh trưởng mạnh thành vòng tiếp theo, vòng này lại sinh chất ức chế sinh trưởng sát với nó khiến khuẩn ty lại phát triển yếu Cứ tạo thành khuẩn lạc có dạng các vòng tròn đồng tâm 1.2.3.2 Cấu tạo tế bào Khuẩn lạc xạ khuẩn có dạng sợi phân nhánh phức tap đan xen toàn hệ sợi là tế bào có nhiều nhân, không có vách ngăn ngang Giống vi khuẩn, nhân thuộc loại đơn giản, không có màng nhân Thành tế bào xạ khuẩn giống với thành tế bào vi khuẩn gram + Màng tế bào chất dày khoảng 50 nm và có cấu trúc tương tự màng tế bào chất vi khuẩn Nhân không có cấu trúc điển hình, là nhiễm sắc thể không có màng Khi còn non, toàn tế bào có nhiễm sắc thể sau đó hình thành nhiều hạt rải rác toàn hệ khuẩn ty (gọi là hạt Cromatin) 40 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG 1.2.3.3 Sinh sản Xạ khuẩn sinh sản sinh dưỡng bào tử Bào tử hình thành trên các nhánh phân hoá từ khuẩn ty khí sinh gọi là cuống sinh bào tử Cuống sinh bào tử các loài xạ khuẩn có kích thước và hình dạng khác Có loài dài tới 100 - 200 nm, có loài khoảng 20 - 30 nm Có loài cấu trúc theo hình lượn sóng, có loài lò xo hay xoắn ốc Sắp xếp các cuống sinh bào tử khác Chúng có thể xếp theo kiểu mọc đơn, mọc đôi, mọc vòng chùm Đặc điểm hình dạng cuống sinh bào tử là tiêu chuẩn phân loại xạ khuẩn Bào tử hình thành từ sinh bào tử theo kiểu kết đoạn (fragmentation) cắt khúc (segmentation) - Kiểu kết đoạn: Hạt cromatin cuống sinh bào tử phân chia thành nhiều hạt phân bố đồng dọc theo sợi cuống sinh bào tử Sau đó tế bào chất tập trung bao bọc quang hạt cromatin gọi là tiền bào tử Tiền bào tử hình thành màng tạo thành bào tử nằm trng cuống sinh bào tử Bào tử thường có hình cầu ôvan, giải phóng màng cuống sinh bào tử bị phân giải bị tách - Kiểu cắt khúc: Hạt cromatin phân chia phân bố đồng dọc theo cuống sinh bào tử Sau đó các hạt hình thành vách ngăn ngang, phần có tế bào chất Bào tử hình thành theo kiểu này thường có hình viên trụ hình que 41 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.26 hình dạng bào tử xạ khuẩn Strep.Griseus Ngoài hình thức sinh sản bào tử, xạ khuẩn còn có thể sinh sản khuẩn ty Các đoạn khuẩn ty gãy môi trường phát triển thành hệ khuẩn ty Thuộc nhóm Procaryotes ngoài xạ khuẩn và vi khuẩn còn có niêm vi khuẩn, xoắn thể, ricketsia và Mycoplasma Các nhóm này có cấu tạo nhân đơn giản Cấu tạo tế bào và hoạt tính sinh lý có nhiều sai khác Ví dụ Mycoplasma có kích thước nhỏ bé so với vi khuẩn, không có màng tế bào, vì hình dạng luôn biến đổi Ricketsia có kích thước nhỏ bé, sống ký sinh bắt buộc v.v 1.2.3.4 Ý nghĩa thực tiến xạ khuẩn Xạ khuẩn là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi đất, chúng tham gia vào các quá trình phân giải các hợp chất hữu đất xenluloza, tinh bột v.v góp phần khép kín vòng tuần hoàn vật chất tự nhiên Đặc tính này còn ứng dụng quá trình chế biến phân huỷ rác v.v Nhiều xạ khuẩn có khả sinh chất kháng sinh Đặc điểm này sử dụng nghiên cứu sản xuất các chất kháng sinh dùng y học, nông nghiệp và bảo quản thực phẩm 42 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.27 Các dạng bào tử xạ khuẩn Hình 1.28 Cấu trúc khuẩn ti xạ khuẩn cp: tế bào chất pm: màng tế bào chất cw: thành tế bào se:vách ngăn ri: riboxom re: chất dự trữ 43 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.29 Một số dạng bào tử xạ khuẩn - Bào tử đơn (monosporouss) Hình 1.30 Sự hình thành bào tử bao bào tử (Sporangia) xạ khuẩn 44 VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång 1.2.4 Vi nấm Vi nấm là nhóm nấm có kích thước hiển vi Vi nấm khác với vi khuẩn và xạ khuẩn, chúng có cấu tạo nhân điển hình, vì chúng xếp vào nhóm Eukaryotes Vi nấm gồm nhóm lớn - Nấm men và nấm sợi, nấm men có cấu trúc đơn bào, nấm sợi có cấu trúc đa bào Nấm sợi còn gọi là nấm mốc Vi nấm xếp loại giới nấm (Fungi) bao gồm các nấm lớn 1.2.4.1 Nấm men (Yeas) 1.2.4.1.1 Hình thái và kích thước Nấm men thường có hình cầu hình bầu dục, số loại có hình que và số hình dạng khác Kích thước trung bình nấm men là - x - 10µm Một số loài nấm men sau phân cắt phương pháp nảy chồi, tế bào không rời khỏi tế bào mẹ và lại tiếp tục mọc chồi Bởi nó có hình thái giống cây xương rồng quan sát kính hiển vi Hình 1.31 Nấm Saccharomyces Cerevisiea 1.2.4.1.2 Cấu tạo tế bào Khác với vi khuẩn và xạ khuẩn, nấm men có cấu tạo tế bào khá phức tạp, gần giống tế bào thực vật Có đầy đủ các cấu tạo thành tế bào, màng tế bào chất, tế bào chất, ty thể, riboxom, nhân, không bào và các hạt dự trữ - Thành tế bào Thành tế bào nấm men cấu tạo hai lớp phân tử bao gồm 90% là hợp chất glucan và mannan, phần còn lại là protein, lipit và glucozamin Glucan là hợp chất cao phân tử D - Glucoza, mannan là hợp chất cao phân tử D - Manoza 45 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Trên thành tế bào có nhiều lỗ, qua đó các chất dinh dưỡng hấp thu và các sản phẩm quá trình trao đổi chất thải - Màng nguyên sinh chất Màng nguyên sinh chất tế bào nấm men dày khoảng nm có cấu tạo tương tự màng nguyên sinh chất vi khuẩn Tế bào chất nấm men tương tự tế bào chất vi khuẩn, độ nhớt tế bào chất cao nước 800 lần Nhân tế bào nấm men là nhân điển hình, có màng nhân, bên là chất dịch nhân có chứa hạch nhân Cũng nhân tế bào vi sinh vật bậc cao, nhân tế bào nấm men ngoài AND còn có protein và nhiều loại men Hạch nhân tế bào nấm men không phải gồm phân tử AND vi khuẩn mà đã có cấu tạo nhiễm sắc thể điển hình và có quá trình phân bào nguyên nhiễm còn gọi là gián phân Quá trình gián phân gồm giai đoạn vi sinh vật bậc cao Số lượng nhiễm sắc thể tế bào nấm men khác tuỳ loại nấm men Ở Saccharomyces serevisiae là nhóm nấm men phân bố rộng rãi nhất, thể đơn bội nó có n = 17 nhiễm sắc thể, thể lưỡng bội có 2n = 34 Ngoài nhiễm sắc thể ra, nhân tế bào S serevisiae còn có từ 50 đến 100 plasmic có cấu tạo là phân tử AND hình vòng kín có kích thước µm, có khả chép độc lập, mang thông tin di truyền - Ty thể: Khác với vi khuẩn, nấm men đã có ty thể giống tế bào bậc cao, đó là quan sinh lượng tế bào Ty thể nấm men có hình bầu dục, bao bọc hai lớp màng, màng gấp khúc thành nhiều lược hợc nhiều ống nhỏ làm cho diện tích bề mặt màng tăng lên Cấu trúc hai lớp màng ty thể giống cấu trúc màng nguyên sinh chất Trên bề mặt màng có dính vô số các hạt nhỏ hình cầu Các hạt này có chức sinh lượng và giải phóng lượng ty thể Trong ty thể còn có phân tử AND có cấu trúc hình vòng, có khả tự chép Những đột biến tạo tế bào nấm men không có AND ty thể làm cho tế bào nấm men phát triển yếu, khuẩn lạc nhỏ bé Trong ty thể còn có các thành phần cần cho quá trình tổng hợp protein riboxom, các loại ARN và các loại enzym cần thiết cho tổng hợp protein Các thành phẩn này không giống với các thành phần tương tự tế bào nấm men lại giống vi khuẩn AND ty thể nhỏ nên có thể mang mật mã tổng hợp cho số 46 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG protein ty thể, số còn lại tế bào tổng hợp đưa vào ty thể Người ta đã chứng minh quá trình tự tổng hợp protein ty thể Quá trình này bị kìm hãm cloramfenicol giống vi khuẩn, đó chất kháng sinh này không kìm hãm quá trình tổng hợp protein tế bào nấm men - Riboxom tế bào nấm men có hai loại : loại 80S gồm tiểu thể 60S và 40S nằm tế bào chất, số khác gắn với màng tế bào chất Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng: các riboxom gắn với màng tế bào chất có hoạt tính tổng hợp protein cao loại 70S là loại riboxom có ti thể Ngoài các quan trên, nấm men còn có không bào và các hạt dự trữ hạt Volutin, hạt này không mang vai trò chất dự trữ mà còn dùng làm nguồn lượng cho nhiều quá trình sinh hoá học tế bào Ngoài hạt Volutin tế bào còn có các hạt dự trữ khác glycogen và lipit Một số nấm men có khả hình thành lượng lớn lipit - Bào tử: Nhiều nấm men có khả hình thành bào tử, đó là hình thức sinh sản nấm men Có loại bào tử: bào tử bắn và bào tử túi Bào tử túi là bào tử hình thành túi nhỏ còn gọi là nang Trong nang thường chứa từ 1-8 bào tử, đôi đến 12 bào tử Phương thức hình thành túi phụ thuộc vào hình thức sinh sản nấm men Bào tử bắn là bào tử úau hình thành nhờ lượng tế bào bắn mạnh phía đối diện Đó là hình thức phát tán bào tử Có thể quan sát bào tử bắn cách nuôi cấy nấm men trên đĩa petri, vài ngày sau thấy xuất trên nắp hộp phía đối diện thành lớp mờ mờ Đem nắp hộp soi kính hiển vi thấy rõ các bào tử 1.2.4.1.3 Sinh sản Ở nấm men có hình thức sinh sản - Sinh sản sinh dưỡng : là hình thức sinh sản đơn giản nấm men Có hình thức sinh sản sinh dưỡng: nảy chồi và hình thức ngang phân đôi tế bào vi khuẩn Ở hình thức nảy chồi, từ cực tế bào mẹ nảy chồi thành tế bào con, sau đó hình thành vách ngăn ngang hai tế bào Tế bào còn có thể tách khỏi tế bào mẹ có thể dính với tế bào mẹ và lại tiếp tục nảy chồi làm cho nấm men giống hình dạng cây xương rồng tai nhỏ - Sinh sản đơn tính: hai hình thức bào tử túi và bào tử bắn đã nói phần bào tử 47 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG - Sinh sản hữu tính: hai tế bào nấm men kết hợp với hình thành hợp tử Hợp tử phân chia thành các bào tử nằm nang, nang chín bào tử phát tán ngoài Nếu tế bào nấm men có hình thái kích thước giống tiếp hợp với thì gọi là tiếp hợp đẳng giao Nếu tế bào nấm men khác thì gọi là tiếp hợp dị giao Trong chu trình sống nhiều loài nấm men, có kết hợp các hình thức sinh sản khác Sau đây là quá trình sinh sản S serevisiae - loài nấm men phân bố rộng rãi thiên nhiên Chu trình sống nấm men này có giai đoạn đơn bội và lưỡng bội Đầu tiên tế bào sinh dưỡng đon bội (n) sinh sôi nảy nở theo lối nảy chồi Sau đó tế bào đơn bội kết hợp với nhau, có trao đổi tế bào chất và nhân hình thành tế bào lưỡng bội (2n) Tế bào lưỡng bội lại nảy chồi (sinh sản sinh dưỡng) thành nhiều tế bào lưỡng bội khác, cuối cùng hình thành hợp tử Nhân hợp tử phân chia giảm nhiễm thành nhân đơn bội Mỗi nhân đơn bội bao bọc nguyên sinh chất, hình thành màng, tạo thành bào tử nằm túi gọi là bào tử túi Khi túi vỡ, bào tử ngoài phát triển thành tế bào dinh dưỡng và lại phân chia theo lối này tiếp tục chu trình sống Ngoài hình thức sinh sản S serevisiae, số loài nấm men khác có hình thức sinh sản giống trên có số sai khác Ví dụ là Schizosaccharomyces octosporus hợp tử lưỡng bội phân chia lần, lần đầu giảm nhiễm sinh bào tử nằm nang Hình 1.32 Chu trình sinh sản nấm men 48 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.33 Các kiểu nảy chồi và các hình dạng tế bào, bào tử nấm men A Nảy chồi nhiều cực; B Nảy chồi đơn cực; C Nảy chồi lưỡng cực; D Phân cắt E Khuẩn ti già; F Khuẩn ti; G Bào tử đốt; H Nội bào tử; I Bào tử bắn; J Bào tử trần 49 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG 1.2.4.1.4 Ý nghĩa thực tiễn nấm men Nấm men là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi thiên nhiên, nó tham gia vào các quá trình chuyển hoá vật chất, phân huỷ chất hữu đất Hoạt tính sinh lý nhiều loài nấm men ứng dụng công nghiệp thực phẩm, nông nghiệp và các ngành khác Đặc biệt quá trình sản xuất các loại rượu, cồn, nước giải khát lên men, làm thức ăn gia súc Ngoài hoạt tính sinh lý, thân tế bào nấm men có nhiều loại vitamin và các axit amin, đặc biệt là axit amin không thay Đặc tính này dùng để chế tạo thức ăn gia súc từ nấm men, chí thức ăn dùng cho người có thể chế tạo từ nấm men 1.2.4.2 Nấm mốc (nấm sợi) Nấm mốc thuộc nhóm vi nấm, có kích thước hiển vi Khác với nấm men, có không phải là tế bào riêng biệt mà là hệ sợi phức tạp, đa bào có màu sắc phong phú 1.2.4.2.1 Hình thái và kích thước Nấm mốc có cấu tạo hình sợi phân nhánh, tạo thành hệ sợi chằng chịt phát triển nhanh gọi là khuẩn ti thể hay hệ sợi nấm Chiều ngang khuẩn ti thay đổi từ - 10 µm Nấm mốc có loại khuẩn ti: khuẩn ti khí sinh mọc trên bề mặt môi trường, từ đây sinh quan sinh sản Khuẩn ti chế mọc sâu vào môi trường Khuẩn lạc nấm mốc có nhiều màu sắc khuẩn lạc xạ khuẩn Khuẩn lạc nấm mốc khác với xạ khuẩn chỗ nó phát triển nhanh hơn, thường to xạ khuẩn chỗ nó phát triển nhanh hơn, thường to khuẩn lạc xạ khuẩn nhiều lần Dạng xốp kích thích khuẩn ti to Thường thì khuẩn lạc sau ngày phát triển có kích thước - 10 mm, đó khuẩn lạc xạ khuẩn khoảng 0,5 - mm 1.2.4.2.2 Cấu tạo tế bào Cũng nấm men, nấm mốc có cấu tạo tế bào điển hình sinh vật bậc cao Thành phần hoá học và chức các cấu trúc này tương tự nấm men Điều sai khác nấm mốc và nấm men là tổ chức tế bào Nấm men là tế bào riêng rẽ xếp với theo kiểu cây xương rồng đã nói phần trên Nấm mốc có tổ chức tế bào phức tạp hơn, trừ 50 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG số nấm mốc bậc thấp có cấu tạo đơn bào phân nhánh Ở nấm mốc bậc thấp này, thể là hệ sợi nhiều nhân không có vách ngăn Đa số nấm mốc có cấu tạo đa bào, tạo thành tổ chức khác sợi khí sinh, sợi chất Sợi chất nấm mốc không đơn giản xạ khuẩn mà phức tạp Có loài có sợi chất giống rễ chùm thực vật gọi là rễ giả, ví dụ Aspergillus niger Ở loài nấm mốc ký sinh trên thực vật, sợi chất tạo thành cấu trúc đặc biệt gọi là vòi hút Ở số loài nấm mốc, các sợi nấm nối với thông qua các cầu nối, các cầu nối hình thành các sợi nằm gần gọi là hợp nối có tượng khối nguyên sinh chất trộn lẫn với Đó có thể là hình thức lai dinh dưỡng Một số loài nấm mốc có cấu tạo gần giống mô thực vật gọi là mô giả Đó là các tổ chức sợi xốp gồm các sợi nấm xếp song song với tạo thành tổ chức sợi xốp Ngoài tổ chức sợi xốp còn có tổ chức màng mỏng giả gần giống màng mỏng thực vật bậc cao Chúng gồm tế bào có kích thước xấp xỉ hình bầu dục, xếp lại với Hai tổ chức trên có thể đệm và hạch nấm Thể đệm cấu tạo nhiều khuẩn ti kết lại với nhau, từ đó sinh các quan sinh sản nấm mốc Hạch nấm thường có hình tròn hình bầu dục không đều, kích thước tuỳ theo loài, từ mm đến vài cm Đặc biệt có loài có kích thước hạch nấm tới vài chục cm Hạch nấm là tổ chức giúp cho nấm sống qua điều kiện ngoại cảnh bất lợi Sợi nấm tồn hạch không phát triển Khi gặp điều kiện thuận lợi hạch nảy mầm và phát triển bình thường 1.2.4.2.3 Sinh sản Nấm mốc có hình thức sinh sản chính a Sinh sản dinh dưỡng - Sinh sản dinh dưỡng khuẩn ti: là hình thức từ khuẩn ti gây đoạn nhỏ, đoạn nhỏ này phát triển thành hệ khuẩn ti - Sinh sản dinh dưỡng hạch nấm: đã nói phần trên - Sinh sản dinh dưỡng bào tử dày: trên phần khuẩn ti phần đầu khuẩn ti hình thành tế bào có màng dầy bao bọc, bên chứa nhiều chất dự trữ Gặp điều kiện thuận lợi bào tử dầy nảy mầm thành hệ sợi nấm Bào tử dầy thường là đơn bào, đôi là nhiều tế bào 51 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG b Sinh sản vô tính Sinh sản vô tính nấm mốc có hai hình thức: - Bào tử kín: là bào tử hình thành nang kín Từ khuẩn ti mọc lên cuống nang, cuống nang thường có đường kính lớn đường kính khuẩn ti Cuống nang có loại phân nhánh và có loại không phân nhánh Trên cuống nang hình thành nang bào tử Cuống nang có phần ăn sâu vào nang gọi là nang trụ Nang trụ có hình dạng khác tuỳ loài Ở số loài, bào tử nằm nang có tiên mao, nang vỡ bào tử có khả di động nước gọi là động bào tử (Zoospore) Sự khác bào tử dày sinh sản dinh dưỡng và bào tử kín sinh sản vô tính: bào tử dầy chính là một vài tế bào sợi nấm hình thành màng dầy bọc lại Bào tử kín phức tạp hơn, có quan mang bào tử là nang, có nang trụ, cuống nang - Bào tử đính: là hình thức bào tử hình thành bên ngoài quan sinh bào tử không nằm nang kín Hình thức này có nhiều loại khác Có loại bào tử nằm hoàn toàn bên ngoài quan sinh bào tử Từ sợi nấm mọc lên cuống sinh bào tử, cuống sinh bào tử có thể phân nhánh không Từ đỉnh cuống sinh bào tử cách phân cắt cùng lúc từ sợi thành nhiều bào tử Có loại mọc chồi thành bào tử thứ bào tử thứ lại mọc chồi thành bào tử thứ hai, tạo thành chuỗi, chuỗi kiểu này bào tử cuối chuỗi non nhất, bào tử sát cuống sinh bào tử già nhất, gọi là chuỗi gốc già Có loại các bào tử liên tiếp mọc từ đỉnh cuống sinh bào tử đẩy dần thành chuỗi đó bào tử cuối chuỗi sinh đầu tiên gọi là chuỗi gốc non Ở số loài bào tử nằm thể bình, phương thức sinh bào tử tương tự chế trên (phân cắt cùng lúc, chuỗi gốc nhà, chuỗi gốc non) Đặc điểm khác là cuống sinh và bào tử nằm thể hinh bình, các bào tử sinh đẩy dần khỏi miệng bình Khác với bào tử kín, nang phải vỡ bào tử ngoài Ngoài các hình thức trên còn số hình thức khác Trên cùng loài nấm mốc có thể có nhiều hình thức sinh sản khác Ví dụ Fusarium có bào 52 VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Lã Xuán Phæång tử dày và bào tử đính Cách phát sinh bào tử khác có thể có cùng loại nấm c Sinh sản hữu tính Nấm mốc có hình thức sinh sản hữu tính - đẳng giao, di giao và tiếp hợp - Đẳng giao: Từ sợi khuẩn ti sinh các túi giao tử có chứa giao tử Các giao tử sau khỏi túi kết hợp với thành hợp tử Hợp tử phân chia giảm nhiễm thành các bào tử Mỗi bào tử giải phóng từ hợp tử có thể phát sinh thành sợi nấm Các giao tử và túi giao tử hoàn toàn giống thể “đực” và thể “cái” - Dị giao: là trường hợp các giao tử và túi giao tử thể “đực” và “cái” khác Ở lớp nấm noãn (Oomycestes) quan sinh sản cái gọi là noãn khí chứa noãn cầu Cơ quan sinh sản đực gọi là hùng khí có hình ống cong Có thể có nhiều hùng khí mọc hướng phía noãn khí, hùng khí chứa các tinh trùng Khi hùng khí mọc vươn tới noãn khí, từ hùng khí tạo thành các ống xuyên qua đó tinh trùng vào thụ tinh noãn cầu tạo thành noãn bào tử Noãn bào tử bao bọc màng dày, sau thời gian phân chia giảm nhiễm và phát triển thành sợi nấm mốc Hình 1.34 Sinh sản hữu tính: Dị giao 53 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG - Tiếp hợp: Hình thức sinh sản thường có nấm tiếp hợp Từ khuẩn ti khác gọi là sợi âm và sợi dương mọc mấu lồi gọi là nguyên phối nang Các nguyên phối nang mọc hướng vào hình thành màng ngăn với khuẩn ti sinh nó tạo thành tế bào đa nhân Hai tế bào đa nhân tiếp hợp với tạo thành hợp tử đa nhân gọi là bào tử tiếp hợp có màng dầy Hợp tử sau thời gian nảy mầm mọc thành ống mầm Đầu ống mầm sau phát triển thành nang vô tính chứa bào tử Ống mầm trở thành cuống nang giống trường hợp hình thành bào tử kín Sau thời gian nang vỡ giải phóng bào tử ngoài Mỗi bào tử phát triển thành sợi nấm Ngoài các hình thức sinh sản điển hình trên, nấm mốc còn có hình thức sinh sản phần nào phức tạp hơn, gần giống với thực vật Đó là số loài thuộc lớp nấm đảm (Basidiomycetes) 2.4.2.4 Ý nghĩa thực tiễn nấm mốc Nấm mốc (hay nấm sợi) là nhóm vi sinh vật phân bố rộng rãi thiên nhiên Chúng tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hoá vật chất, khép kín các vòng tuần hoàn vật chất tự nhiên Khả chuyển hoá vật chất chúng ứng dụng nhiều ngành, đặc biệt là chế biến thực phẩm (làm rượu, làm tương, nước chấm v.v ) Mặt khác, có nhiều loại nấm mốc mọc trên các nguyên, vật liệu, đồ dùng, thực phẩm phá hỏng làm giảm chất lượng chúng Một số loài còn gây bệnh cho người, động vật thực vật (bệnh lang ben, vẩy nến người, nấm rỉ sắt thực vật v.v ) Ngoài các nhóm vi sinh vật chính đã mô tả trên, thuộc các vi sinh vật có kích thước hiển vi có thể xếp vào đối tượng vi sinh vật học còn có các nhóm tảo đơn bào gọi là vi tảo, các nhóm nguyên sinh động vật trùng roi, amip v.v Tất sinh vật nhỏ bé nói trên tạo thành giới vi sinh vật vô cùng phong phú, chúng phân bố khắp nơi trên hành tinh chúng ta Chúng tham gia vào các quá trình chuyển hoá vật chất, khép kín các vòng tuần hoàn vật chất thiên nhiên, làm cho cân vật chất ổn định và từ đó bảo vệ cân sinh thái Người ta có thể sử dụng nhiều nhóm vi sinh vật vào mục đích bảo vệ môi trường Ví dụ nhóm vi sinh vật phân huỷ chất hữu rác thải, nhóm vi sinh vật phân huỷ các chất độc hại thành chất không độc Trong công nghệ xử lý chất thải phương pháp sinh học có sử dụng nhiều nhóm vi sinh vật khác 54 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Vi sinh vật còn ứng dụng nhiều ngành sản xuất chế tạo phân bón sinh học, thuốc bảo vệ thực vật sinh học nhằm mục đích thay các chất hoá học độc hại với môi trường Sự phân bố rộng rãi vi sinh vật các môi trường tự nhiên đóng vai trò định vào khả tự làm môi trường đó, cùng với yếu tố lý học, hoá học và sinh học khác Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng việc làm nên khả chịu tải môi trường, đó chính là khả tự làm môi trường, giữ cho môi trường tự nhiên không bị ô nhiễm Tuy nhiên, bên cạnh nhóm vi sinh vật có khả làm môi trường, lại có nhóm gây ô nhiễm môi trường Đó chính là nhóm các vi sinh vật gây các bệnh vô cùng nguy hiểm cho người, động vật và thực vật 55 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.35 Sự hình thành động bào tử và các kiểu động bào tử 56 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.36 Các loại bào tử túi 57 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.37 Các loại bào tử trần 58 Lã Xuán Phæång VI SINH VẬT HỌC MÔI TRƯỜNG Hình 1.38 Quá trình hình thành bào tử túi (từ A đến J) 59