Ví dụ nấm + Ký sinh : nguồn Cacbon là chất hữu cơ nguồn năng lượng lấy từ cac tổ chức hoặc dịch thể của một cơ thể sống Giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ các nguồn thức ăn cacbon kh[r]
(1)Một số chuyên đề dùng để ôn thi hsg và đhcđ – môn sinh học MỘT SỐ CHUYÊN ĐỀ SINH HỌC Chuyên đề: VI SINH VẬT I ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT Vi sinh vật là tên gọi chung để các sinh vật có hình thể nhỏ bé, muốn thấy rõ người ta phải sử dụng tới kinh hiển vi Vi sinh vật không phải là nhóm riêng biệt sinh giới Chúng chí thuộc nhiều giới sinh vật khác Giữa các nhóm có thể không có quan hệ mật thiết với Vi sinh vật bao gồm: vi khuẩn (giới khởi sinh), động vật nguyên sinh và vi tảo (thuộc giới nguyên sinh), vi nấm (thuộc giới nấm) và virut Đặc điểm chung vi sinh vật là: - Kích thước nhỏ bé: kích thước vi sinh vật nhỏ bé thường đo micromet, virut thường đo nanomet Do kích thước nhỏ bé nên diện tích bề mặt tập đoàn vi sinh vật là lớn Ví dụ số lượng cầu khuẩn chiếm thể tích 1cm3 có diện tích bề mặt là 6m2 - Hấp thụ nhiều chuyển hóa nhanh: vi sinh vật có kích thước nhỏ bé sinh giới lực hấp thụ và chuyển hóa chúng có thể vượt xa các sinh vật bậc cao Ví dụ vi khuẩn Lactic (Lactobacillus) có thể phân giải lượng đường Lactose nặng 1000 – 10.000 lần khối lượng chúng Chính nhờ đặc điểm này mà vi sinh vật có tác dụng to lớn thiên nhiên hoạt động sống người - Sinh trưởng nhanh, phát triển nhanh: So với các sinh vật khác thì vi sinh vật có tốc độ sinh trưởng và sinh sôi nảy nở lớn Vi khuẩn E coli điều kiện thuận lợi 12 – 20 phút lại phân cắt lần Nếu thời gian hệ (generation time) là 20 phút thì phân cắt lần, 24 phân cắt 72 lần, từ tế bào ban đầu se sinh 4.722.366.500 x 1012 tế bào (năng 4722 tấn) Tuy nhiên thực tế không thể tạo các điều kiện lý tưởng nên số lượng vi khuẩn thu 1ml dịch nuôi cấy thường đạt mức 108 – 109 tế bào Thời gian hệ nấm men Saccharomyces cerevisiae là 120 phút - 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 hóa lâu dài vi sinh vật dã tạo cho mình chế điều hòa trao đổi chất để thích ứng với các điều kiện sông Giáo viên : Đậu Đình Sanh Lop12.net – thpt nghi lộc sanhhp@gmail.com Trang (2) Một số chuyên đề dùng để ôn thi hsg và đhcđ – môn sinh học bất lợi Số lượng enzym thích ứng chiếm tới 10% lượng chứa protein tế bào vi sinh vật 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 và dẫn đến biến đổi hình thái, cấu tạo, kiểu trao đổi chất, sản phẩm trao đổi chất, tính kháng nguyên, tính đề kháng, Ví dụ tìm thuốc kháng sinh Penicillin nấm Penicillium chrysogenum người ta đạt sản lượng 20 đơn vị penicillin 1ml dịch lên men, ngày người ta có thể đạt đến sản lượng 100.000 đơn vị/ml Bên cạnh các biến dị có lợi, vi sinh vật phát sinh nhiều biến dị có hại nhân lợi biến dị tính kháng nguyên - Phân bố rộng chủng loại nhiều: vi sinh vật phân bố khắp nơi trên Trái Đất Ví dụ đường ruột người thường có không 100 – 400 loài vi sinh vật khác nhau, chúng chiếm tới 1/3 khối lượng khô phân Toàn giới động vật có khoảng 1,5 triệu loài, thực vật có khaongr 0,5 triệu loài, Vi sinh vật có khoảng 100 nghìn loài bao gồm 30 nghìn loài động vật nguyên sinh, 69 nghìn loài nấm, 23 nghìn loài vi tảo, 2,5 nghìn loài vi khuẩn lam, 1,5 nghìn loài vi khuẩn, 1,2 nghìn loài virut,… II VI KHUẨN Hình thái, kích thước và nhuộm màu Vi khuẩn có nhiều hình thái khác nhau, kích thước và cách xếp khác Đường kính vi khuẩn khoảng 0,2 – 2,0 micromet, chiều dài thể khoảng – micromet Hình dạng chủ yếu vi khuẩn là hình cầu, hình que, hình dấu phẩy, hình xoắn,… Tế bào vi khuẩn nhỏ, suốt nên soi kính hiển vi thấy đại thể hình dạng và tình trạng di động Muốn quan sát kỹ phải tiến hành nhuộm màu Có nhiều phương pháp nhuộm màu đó đáng chú ý là phương pháp nhuộm Gram Hans Christian Gram tìm năm 1884 * Phương pháp nhuộm vi khuẩn sống Phương pháp nhuộm Gram nhà vi khuẩn học Đan Mạch Hans christian Gram (1853 – 1938) phát minh từ đầu năm 1884 Nhờ phương pháp này có thể phân biệt vi khuẩn thành hai nhóm lớn: Vi khuẩn Gram dương (Gram – positive) và vi khuẩn Gram âm (Gram – negative) Phương pháp nhuộm Gram tiến hành sau: Giáo viên : Đậu Đình Sanh Lop12.net – thpt nghi lộc sanhhp@gmail.com Trang (3) Một số chuyên đề dùng để ôn thi hsg và đhcđ – môn sinh học - Cố định tiêu vi khuẩn lửa - Nhuộm thuốc dung dịch tím tinh thể (crystal violet) khoảng phút sau đó rửa nước cất - Nhuộm tiếp dung dịch Iot (dung dịch Lugol) khoảng phút sau đó rửa lại nước cất - Phủ lên vết bôi dung dịch etanol 95% : axeton (1:1) khoảng phút sau đó rửa lại nước cất - Nhuộm tiếp thuốc nhuộm màu đỏ (như safranin hay Fuchsin Ziehl) khoảng 30 đến 60 giây sau đó rửa nước cất - Để khô và soi kính Kết sau: Nhóm Gram dương có đặc tính không bị dung môi hữu Etanol, Axeton tẩy phức chất màu tím kết tinh và Iot Kết là màu tím Nhóm Gram âm bị dung môi hữu tẩy màu thuốc nhuộm ban đầu đó bắt màu với thuốc nhuộm bổ sung (đỏ vàng với Safranin, đỏ tía với Fuchsin) Thành tế bào (cell wall) Lớp cấu trúc ngoài cùng có vai trò: - Duy trì ngoại hình tế bào - Hỗ trợ chuyển động tiên mao - Giúp tế bào vi khuẩn đề kháng với các tác động từ bên ngoài áp suất thẩm thấu - Cần thiết cho quá trình phân cắt bình thường tế bào - Cản trở xâm nhập vào tế bào số chất có hại - Liên quan mật thiết với tính kháng nguyên, tính gây bệnh, chẳng hạn khả sinh nội độc tố, tính mẫn cảm với thể thực khuẩn Thành phần cấu tạo thành tế bào phức tạp Giữa Gram dương và Gram âm có nhiều khác Hai nhóm vi khuẩn Gram dương và Gram âm có các đặc điểm khác Tỉ lệ % khối lượng khô thành tế bào vi khuẩn Thành phần G+ G- Peptidoglican 30 – 95 – 20 Axit teicoic Cao Giáo viên : Đậu Đình Sanh Lop12.net – thpt nghi lộc sanhhp@gmail.com Trang (4) Một số chuyên đề dùng để ôn thi hsg và đhcđ – môn sinh học Lipoit Hầu không có 20 Protein Không có ít cao Trong quá trình nhuộm Gram tế bào trước hết xử lý với tím tinh thể (crystal violet) với Iot Kết là có tạo thành phức chất tím tinh thể - Iot bên tế bào Khi phủ lên dung môi hữu Etanol, Axetol thì vi khuẩn Gram âm bị tẩy, lipit lớp màng ngoài bị tan làm tăng tính thấm màng dẫn đến rửa trôi phức chất tím tinh thể - Iot và làm cho vi khuẩn màu Khi nhuộm bổ sung chúng bắt màu với thuốc nhuộm này (màu đỏ vàng với Safranin, đỏ tía với Fuchsin).Đối với nhóm gram dương dung môi hữu Etanol, Axetol làm cho các lỗ Peptidoglican co lại đó phức chất tím tinh thể - Iot bị giữ lại tế bào./ Vai trò các thành phần trên sau - Peptidogican là loại polime xốp, không tan, khá cứng và bền vững bao quanh tế bào mạng lưới Cấu trúc peptidoglican gồm thành phần: + N – axetylglucozamin + Axit N – axetylmuramic + Tetrapeptit chứa L và D axit amin Để tạo thành mạng lưới cứng, Tetrapeptit trên chuỗi peptidoglican (PG) liên kết chéo với các Tetrapeptit trên chuỗi khác Đồng thời các thành phần lưới phải liên tục mở các enzym autolizin để polime có thể lắp thêm vào và tế bào có thể sinh trưởng và phân cắt Ở vi khuẩn Gram âm lớp ngoài cùng thành tế bào là lớp lipopolisaccarit đan xen với các phân tử protein có chức chống lại công các vi khuẩn khác Thành tế bào có thể cho các chất dinh dưỡng qua lại có thể ngăn cản các chất độc hại Thành tế bào vi khuẩn Gram dương có thể bị phá hủy hoàn toàn để trở thành thể nguyên sinh chịu tác động Lizozim Thành tế bào Gram âm có sức đề kháng tốt với lizozim nên bị phá hủy ít với lizozim Vi khuẩn Gram dương có tới 50% khối lượng khô thành tế bào là peptidoglican đó Gram âm tỷ lệ này khoảng – 10% - Axit teicoic : thành phần đặc trưng thành tế bào vi khuẩn Gram dương Là polime ribitol và glixerol photphat liên kết với PG màng tế bào chất Do tích điện âm axit teicoic giúp cho việc vận chuyển các ion dương vào, tế bào và giúp tế bào Giáo viên : Đậu Đình Sanh Lop12.net – thpt nghi lộc sanhhp@gmail.com Trang (5) Một số chuyên đề dùng để ôn thi hsg và đhcđ – môn sinh học dự trữ photphat Ngoài teicoic còn liên quan đến kháng nguyên bề mặt và tính gây bệnh số vi khuẩn Gram dương (gọi là thụ thể hấp thụ biệt số thể thực khuẩn) - Lipoit : Vi khuẩn Gram âm có thành phần LPS (lipopolisaccrit) dày khoảng – 10nm và cấu tạo thành phần : + Lipit A : phân tử N – axetylglucozamin, chuỗi dài axit béo + polisaccarit lõi gồm vùng lõi là phân tử KDO (ketodexyoctulosomic acid), phân tử Hep (L – Glixerin – D – heptose) và vùng lõi ngoài là các phân tử hexose (gồm glucozamin, galactose, glucose) + Kháng nguyên O : phần polisaccarit vươn khỏi màng vào môi trường gồm các phân tử Hexose Phần Lipit A là nội độc tố vi khuẩn gây sốt, tiêu chảy, phá hủy hồng cầu và dẫn đến sốc Kháng nguyên O định nhiều đặc tính huyết vi khuẩn có chứa LPS và là thụ thể thể thực khuẩn - Protein : gồm các loại sau + Protein chất porin vi khuẩn E.coli còn gọi là protein lỗ nằm xuyên suốt qua màng ngoài và cho phép qua chúng số loại phân tử đường, axit amin, dipeptit, các ion vô cơ, + Protein màng ngoài chức vận chuyển chuyên biệt số phân tử khá lơn và đưa chúng qua màng ngoài vitamin B12, nucleotit,… + Lipoprotein có vai trò liên kết PG bên với lớp màng ngoài III DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT Nguồn thức ăn Cacbon vi sinh vật Căn vào nguồn thức ăn Cacbon chia vi sinh vật thành các nhóm sinh lí sau - Nhóm tự dưỡng gồm : + Tự dương quang : nguồn Cacbon là CO2 nguồn lượng là ánh sáng + Tự dưỡng hóa : nguồn Cacbon là CO2 nguồn lượng là số hợp chất vô đơn giản - Nhóm dị dưỡng gồm : + Dị dưỡng quang : nguồn Cacbon là chất hữu cơ, nguồn lượng là ánh sáng ví dụ vi khuẩn Lưu Huỳnh màu tía Giáo viên : Đậu Đình Sanh Lop12.net – thpt nghi lộc sanhhp@gmail.com Trang (6) Một số chuyên đề dùng để ôn thi hsg và đhcđ – môn sinh học + Dị dưỡng hóa : nguồn Cacbon là chất hữu nguồn lượng là từ chuyển hóa trao đổi chất chất nguyên sinh thể khác ví dụ động vật nguyên sinh, nấm + Hoại sinh : nguồn Cacbon là chất hữu nguồn lượng là từ trao đổi chất chất nguyên sinh các xác hữu Ví dụ nấm + Ký sinh : nguồn Cacbon là chất hữu nguồn lượng lấy từ cac tổ chức dịch thể thể sống Giá trị dinh dưỡng và khả hấp thụ các nguồn thức ăn cacbon khác phụ thuộc vào hai yếu tố : Một là thành phần hóa học và tính chất sinh lý nguồn thức ăn, hai là đặc điểm sinh lý loại vi sinh vật Nguồn thức ăn Nitơ vi sinh vật Nguồn Nitơ dễ hấp thụ vi sinh vật là NH3 và NH4+ , tất các vi sinh vật có khả sử dụng muối amoni Trường hợp loại vi sinh vật không phát triển trên các môi trường chứa muối amoni nguyên nhân không phải thân gốc NH4+ mà là độ chua sinh lý các muối này tạo Sau đồng hóa gốc NH4+ muôi trường tích lúy nhiều các anion vô (SO42- , HPO42-, Cl-,…) và vì mà làm hạ thấp trị số pH môi trường Muối amoni các axit hữu ít làm chua môi trường đó sử dụng nhiều Ure là nguồn thức ăn Nitơ trung tính mặt sinh lý Khi bị phân giải Ureaza, ure giải phóng thành NH3 và CO2 Phần NH3 vi sinh vật sử dụng không làm chua môi trường Nhiều để nuôi cấy vi sinh vật nguồn Nitơ là Ure người ta phải bổ sung thâm muối amoni (như amoni sunphat) Sở dĩ làm vì phải có nguồn Nitơ dễ hấp thụ cho vi sinh vật sinh trưởng phát triển thì có thể sản sinh ureaza để thủy phân Ure Ngoài số vi sinh vật không thể phát triển trên môi trường có thức ăn Nitơ là muối amoni không phải không đồng hóa muối này mà chúng đòi hỏi phải cung cấp thêm vài các axit amin không thay nào đó Nguồn Nitơ dự trữ nhiều là nguồn khí Nitơ tự có khí Tuy nhiên đa số vi sinh vật không có khả đồng hóa Nitơ không khí Chỉ số ít các vi sinh vật có thể chuyển hóa N2 thành NH3 nhờ hoạt động enzym nitrogenaza người ta gọi vi sinh vật này là vi xinh vật cố định Nitơ còn quá trình này gọi là quá trình cố định Nitơ Giáo viên : Đậu Đình Sanh Lop12.net – thpt nghi lộc sanhhp@gmail.com Trang (7) Một số chuyên đề dùng để ôn thi hsg và đhcđ – môn sinh học Qúa trình khử Nitơ xúc tác nitrogenaza có thể biểu thị vắn tắt sau : Nitrogenaza N2 + 6e + 12ATP + 12H2O 2NH4+ + 12ADP + 12Pi + 4H+ Giáo viên : Đậu Đình Sanh Lop12.net – thpt nghi lộc sanhhp@gmail.com Trang (8)