Giáo trình Vi sinh vật học đại cương và ứng dụng

Vi sinh vật học đại cương ứng dụng NHỮNG HIỂU BIẾT CHUNG VỀ VI SINH VẬT I ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ NHIỆM VỤ MÔN HỌC Khái niệm vi sinh vật Là sinh vật có kích thước nhỏ bé, khơng thể nhìn thấy mắt thường Có cấu tạo đơn bào, đa bào khơng có cấu tạo tế bào Đối tượng nghiên cứu a Vi khuẩn - Bacteria b Nấm men - Ascomycetes c Nấm mốc - Fungi d Xạ khuẩn - Actinomyces e Siêu vi khuẩn - Virus f Thực khuẩn thể - Bacteriophage Ngồi vi sinh vật học cịn nghiên cứu tảo đơn bào nguyên sinh động vật Nhiệm vụ môn học Môn vi sinh vật môn khoa học, ngành sinh vật học chuyên nghiên cứu sinh trưởng chức khác thể vi sinh vật điều kiện thống với môi trường Vi sinh vật học phát triển nhanh, phân chia thành lĩnh vực khác nhau: Vi khuẩn học (Bacteriology), Nấm học (Micology), Tảo học (Algologi), Virus học (Virology)… Hiện nay, việc phân chia lĩnh vực dựa vào phương hướng ứng dụng như: Y vi sinh vật học, Thú y vi sinh vật học, Vi sinh vật học công nghiệp, Vi sinh vật học nông nghiệp, … Những lĩnh vực nghiên cứu ngành thú y thuỷ sản, - Nghiên cứu đặc điểm hình thái, cấu tạo, sinh lý, sinh hố nhóm vi sinh vật thường gặp tự nhiên để tìm hiểu quy luật phát sinh, phát triển tiến hoá chúng, … - Nghiên cứu vai trò to lớn nhiều mặt nhóm vi sinh vật tự nhiên thuỷ sản, tìm cách khai thác cách đầy đủ tác động tích cực vi sinh vật tìm cách ngăn chặn cách hiệu tác động có hại chúng - Trên sở nghiên cứu đặc điểm sinh thái học sinh vật học nhóm vi sinh vật, nhà khoa học xây dựng sở cho việc tìm kiếm Vi sinh vật học đại cương ứng dụng kỹ thuật ni trồng có lợi hoạt động vi sinh vật nhằm nâng cao không ngừng sản lượng phẩm chất hàng hoá thuỷ sản II LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MƠN HỌC Những tri thức cảm tính trước phát vi sinh vật Trước nhận thức có mặt vi sinh vật trái đất, tổ tiên tích luỹ nhiều kinh nghiệm việc sử dụng vi sinh vật có lợi tiêu diệt vi sinh vật có hại Vào kỷ thứ trước cơng ngun, “Ký thăng chi thư” Trung Quốc ghi lại: muốn cho tốt phải bón phân tằm, khơng có phân tằm tinh dùng phân tằm lẫn tạp Cũng Trung Quốc, cách 4000 năm đề cập đến kỹ thuât nấu rượu thấy q trình nấu rượu có tham gia loại mốc vàng Trong nông nghiệp: người ta khống chế hoạt động vi sinh vật để làm mục nát chất hữu ủ phân, cầy lật, vun xới Trong công nghiệp thực phẩm: người ta khống chế hoạt động vi sinh vật để nấu rượu, làm đường, muối dưa, ướp muối, làm mứt Trong y học: người ta khống chế hoạt động vi sinh vật để chủng đậu đề phịng bệnh đậu mùa, cống hiến to lớn y học cổ đại Trung Quốc Tất điều nói cho biết đời sống sản xuất, người biết sử dụng tác dụng vi sinh vật nhiều mặt Con người biết tận dụng cách có ý thức quy luật tác dụng vi sinh vật rút kinh nghiệm thực tế Giai đoạn phát vi sinh vật Giữa kỷ XVII chủ nghĩa tư bắt đầu phát triển mạnh Do yêu cầu ngành hàng hải, kỹ thuật quang học ý nhiều Trên sở phát triển quang học, kính hiển vi xuất Leeuwenhock A.V (1632 – 1723) người chế tạo kính hiển vi với độ phóng đại 160 lần lần phát giới vi sinh vật Quan sát nước ao tù, dung dịch nước ngâm chất hữu cơ, bựa răng… Leeuvenhock thấy đâu có vơ số sinh vật bé nhỏ Rất ngạc nhiên với mà ơng quan sát ông lên: “tôi thấy bựa miệng tơi có nhiều sinh vật tí hon hoạt động, chúng nhiều so với dân số Vương quốc hợp lúc giờ” Với quan sát phát mình, năm 1695 Leeuvenhock xuất “Bí mật giới tự nhiên’’ Trong tác phẩm ông ghi chép lại tất mà ơng quan sát vi sinh vật Trong khoảng 100 năm tiếp sau đó, phát thấy vi sinh vật có trái đất chưa nắm quy luật sống, tác dụng chúng Vi sinh vật học đại cương ứng dụng tuần hồn vật chất Cơng tác nghiên cứu giai đoạn chủ yếu miêu tả hình thái phân loại cách đơn giản Giai đoạn hình thành phát triển môn học Giữa kỷ 19, với phát triển công nghiệp tư chủ nghĩa, ngành khoa học kỹ thuật nói chung ngành vi sinh vật nói riêng phát triển mạnh Nhiều nhà khoa học tiến hành quan sát nghiên cứu số vi sinh vật gây bệnh đề số phương pháp để nghiên cứu vi sinh vật Những đóng góp xây dựng cho phát triển vi sinh vật giai đoạn tập trung cơng trình nghiên cứu nhà bác học người pháp Louis Pasteur (1822 – 1895) ông người khai sinh vi sinh vật học đại Các cơng trình nghiên cứu ơng có giá trị lớn lý thuyết thực tiễn Những cơng trình L Pasteur nhằm giải vấn đề vai trị vi sinh vật q trình lên men Thơng qua loạt thí nghiệm, ơng chứng minh trình lên men kết hoạt động số vi sinh vật đặc biệt Ông nghiên cứu nhận thấy trình chuyển biến nước nho thành rượu nhờ tác dụng nấm men ơng tìm cách phịng ngừa hoá chua rượu xác định hoá chua rượu thành dấm kết hoạt động vi khuẩn Nghiên cứu ơng có tác dụng lớn đến kỹ thuật nấu rượu mà giải cách trình sinh lý quan trọng - q trình hơ hấp Ơng rõ lên men q trình hơ hấp hiếu khí Sau ơng chuyển sang lĩnh vực nghiên cứu bệnh truyền nhiễm người động vật, chủ yếu bệnh dại bệnh tả Đồng thời ông đề phương pháp phòng trừ bệnh, chế loại vacxin bại liệt, đậu mùa, thương hàn Bên cạnh đó, giới có nhiều nhà bác học có nhiều cống hiến to lớn cho cơng nghiên cứu vi sinh vật như: Robekok (người Đức): ông phát nhiều phương pháp nghiên cứu vi sinh vật có phương pháp ni cấy phân lập vi sinh vật Metsnhicop (người Nga): Nghiên cứu sức đề kháng thuyết miễn dịch Vinogradxki: nghiên cứu vi sinh vật làm tăng độ phì nhiêu đất Với ngành thuỷ sản: Nikitinski (Nga) nghiên cứu sử dụng vi sinh vật chế biến thực phẩm, đề phương pháp bảo quản để giữ gìn độ tươi cá Vai trò vi sinh vật tự nhiên đời sống người Vi sinh vật có kích thước nhỏ bé có cấu trúc thể tương đối đơn giản chúng có tốc độ sinh sơi nảy nở nhanh chóng hoạt động trao đổi chất vô mạnh mẽ Vi sinh vật có khả phân giải hầu hết loại vật chất trái đất bao gồm chất khó phân giải chất gây độc Vi sinh vật học đại cương ứng dụng hại đến nhóm sinh vật khác Ngồi ra, vi sinh vật cịn có khả tổng hợp nhiều hợp chất hữu điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thường Vi sinh vật phân bố rộng rãi tự nhiên: đất, nước, khơng khí, thể sinh vật khác, loại lương thực, thực phẩm loại hàng hoá khác Chúng phân bố theo hệ sinh thái vô đa dạng: từ lạnh đến nóng, từ chua đến kiềm, từ hiếu khí đến yếm khí… Do phân bố rộng rãi hoạt động mạnh mẽ nên vi sinh vật có tác dụng lớn việc tham gia vào vịng tuần hồn vật chất trái đất Trong thiên nhiên, chúng giữ vai trò chủ yếu luân chuyển liên tục vật chất Nếu khơng có vi sinh vật hay lý mà hoạt động vi sinh vật tự nhiên ngừng lại dù thời gian ngắn làm ngừng hoạt động sống khác trái đất a Quan hệ với ngành công nghiệp Sản xuất rượu Etylic, Butyric Chế biến nước mắm, mì chính, sữa chua, làm bánh mì, làm mứt Chế biến thực phẩm, giữ gìn thực phẩm ướp lạnh, ướp muối, sấy khô Áp dụng kỹ thuật thuộc da, ngâm gai thăm dò mỏ Sản xuất thuốc kháng sinh, vitamin, vacxin b Quan hệ với ngành nông nghiệp Chế biến phân vi sinh vật Chế biến thức ăn cho gia súc, cá Vơ hố chất hữu cơ, chuyển hố chất vơ khó tan thành dễ tan c Quan hệ với ngành nuôi trồng thuỷ sản - Chế biến thức ăn cho động vật thuỷ sản - Làm ao ni - Quản lí chất lượng nước cho ni trồng thuỷ sản d Quan hệ với y học thú y Nghiên cứu số vi sinh vật gây bệnh cho người động vật, từ người ta biết cách chuẩn đốn bệnh, đề phương pháp phịng trị bệnh sản xuất nhiều loại thuốc kháng sinh Câu hỏi ôn tập Câu 1: Khái niệm vi sinh vật ? Đối tượng nghiên cứu nhiệm vụ môn học ? Câu 2: Lịch sử phát triển vi sinh vật ? Câu : Ứng dụng vi sinh đời sống sản xuất ? Vi sinh vật học đại cương ứng dụng CHƯƠNG I: HÌNH THÁI, CẤU TẠO VI SINH VẬT I VI KHUẨN – BACTERIA Vi khuẩn sinh vật mà thể gồm tế bào, chúng có kích thước vơ nhỏ bé thay đổi tuỳ lồi, chiều dài từ - 8m chiều ngang từ 0,2 -2m Vi khuẩn có hình thái, đặc tính sinh vật riêng Chúng có khả gây bệnh cho người, động vật thực vật Một số chúng có khả tiết chất kháng sinh (Bacillum subtilis,…) Đa số vi khuẩn sống hoại sinh tự nhiên Vi khuẩn có hình thái định, hình thái màng vi khuẩn định, trừ số vi khuẩn màng nên khơng có hình thái định Hình dạng Dựa theo hình thái bên ngồi vi khuẩn người ta chia làm loại sau: cầu khuẩn, trực khuẩn, xoắn khuẩn, phẩy khuẩn a Nhóm cầu khuẩn (Coccaceae) Là loại vi khuẩn có hình cầu khoặc elíp Tuy nhiên, có nhiều loại khơng thật giống với hình cầu, tế bào đứng riêng rẽ dính lại với Kích thước cầu khuẩn thay đổi khoảng 0,5 - 1m Tuỳ theo đường kính mặt phẳng phân cắt đặc tính rời dính với sau phân cắt mà cầu khuẩn có số hình dạng sau : Đơn cầu khuẩn (monococcus) Thường đứng riêng rẽ tế bào một, đa số sống hoại sinh đất, nước khơng khí Micrococcus roseus, Micrococcus luteus Song cầu khuẩn (diplococcus) Cầu khuẩn phân cắt theo mặt phẳng xác định dính với thành đôi Tứ cầu khuẩn (tetracoccus) Cầu khuẩn phân cắt theo hai mặt trực giao sau dính với thành nhóm tế bào Tứ cầu khuẩn thường sống hoại sinh, song có lồi có khả gây bệnh Tetracoccus homari Bát cầu khuẩn (sarcinacus) Cầu khuẩn phân cắt theo ba mặt phẳng trực giao (thẳng góc) tạo thành khối gồm 16 tế bào dính liền nhau.Trong khơng khí thường gặp số lồi Sarcinacus lutea cấy vào môi trường đặc chúng phát triển thành khuẩn lạc có màu vàng Liên cầu khuẩn (streptolococcus) Vi sinh vật học đại cương ứng dụng Cầu khuẩn phân cắt theo mặt phẳng xác định dính với thành chuỗi dài Tụ cầu khuẩn (staphylococcus) Cầu khuẩn phân cắt theo mặt phẳng bất kỳ, sau dính lại với thành chùm nhỏ Đa số sống hoại sinh, số gây bệnh cho người động vật Staphyloccoccus aureus Cầu khuẩn nói chung khơng có tiên mao, khơng có khả di động b Nhóm trực khuẩn: (bacillaceae – bacteriaceae) Trực khuẩn tên chung lồi vi khuẩn có dạng que, hình gậy, kích thước trực khuẩn khoảng 0,5-1  1- 4m Những trực khuẩn thường gặp thuộc giống sau: a Trực khuẩn khơng có nha bào ( bacterium) b Trực khuẩn có nha bào (bacilllus) Dạng đầu vng: trực khuẩn nhiệt thán Dạng đầu tròn: trực khuẩn thương hàn Dạng đầu phình to tạ: trực khuẩn bạch hầu Dạng phình to trực khuẩn uốn ván c Nhóm xoắn khuẩn: (spirillaceae) Là loại vi khuẩn có hay nhiều vịng xoắn: có dạng: Phẩy khuẩn (Vibrio) có vịng xoắn Xoắn khuẩn (Spirillum) có nhiều vịng xoắn Cấu tạo tế bào vi khuẩn a Màng tế bào vi khuẩn (thành tế bào) Màng tế bào nằm lớp vỏ nhầy hay giáp mơ bên ngồi màng ngun sinh chất Trong điều kiện bình thường, màng tế bào nằm sát liền màng nguyên sinh chất Cấu tạo: Màng tế bào chiếm từ 25 - 30% khối lượng khô vi khuẩn, màng có nhiều lớp, cấu tạo chủ yếu glycopeptit (mucopeptit, peptidoglycal, murein) Hàm lượng glycopeptit màng tế bào vi khuẩn chiếm tới 95% Chức năng: - Là khung để giữ cho tế bào vi khuẩn có hình thái định - Hỗ trợ vận chuyển tiên mao - Cần thiết cho trình phân cắt bình thường tế bào Vi sinh vật học đại cương ứng dụng - Màng có cấu trúc cứng chịu áp suất nội tế bào (áp suất khoảng 25 atm) nên giúp cho vi khuẩn chống lại tác nhân vật lý hoá học có hại bên ngồi - Có liên quan mật thiết đến tính kháng nguyên, tính gây bệnh (khả sinh nội độc tố, tính mẫn cảm với thẻ thực khuẩn) Hình Hình thái tế bào vi khuẩn Hình Cấu tạo vi khuẩn Vi sinh vật học đại cương ứng dụng b Màng tế bào chất: Dưới lớp màng tế bào lớp màng tế bào chất (Cytoplasmic membrane), lớp màng bao bọc toàn lớp nguyên sinh chất nhân Cấu tạo: Màng tế bào dày khoảng 50-100A0 (1A0 = 10-1nm = 10-4 m = 10-7 mm), màng có cấu tạo lớp: lớp lớp hai lớp protein, lớp photpholipid, lớp photpholipid lại gồm hai lớp phân tử, lớp có gốc quay vào (kỵ nước), lớp có gốc quay ngồi (ưa nước) Chức năng: - Khống chế vận chuyển trao đổi ra, vào tế bào chất dinh dưỡng sản phẩm trao đổi chất - Duy trì áp suất thẩm thấu tế bào - Tham gia vào trình trao đổi chất - Là nơi xảy trình sinh tổng hợp số thành phần tế bào, thành phần màng tế bào giáp mô - Là nơi tiến hành q trình photphoryl oxy hố photphoryl quang hợp - Cung cấp lượng cho hoạt động tiên mao c Tế bào chất Cấu tạo: Là thành phần tế bào vi khuẩn Đây khối dịch thể keo, suốt, không đồng nhất, chứa 80 - 90% nước, thành phần lại lipoprotein Khi cịn non tế bào chất có cấu tạo đồng nhất, bắt mầu giống nhuộm mầu Khi già, xuất không bào thể ẩn nhập (thể vùi, granlulosse) mà tế bào chất trở nên có dạng lổn nhổn, bắt mầu khơng có tính chiết quang khác Tế bào chất tế bào vi khuẩn khác tế bào chất tế bào thực vật Trong tế bào chất tế bào thực vật có cấu trúc phức tạp với trung thể (centroxome), ty thể (mitochrondla), máy golgi, lạp thể, có chuyển động dòng nội bào vi khuẩn, cấu trúc tế bào chất đơn giản Trong tế bào chất vi khuẩn trưởng thành, người ta quan sát thấy có nhiều quan khác nhau: mezosome, ribosome (40 -60%), không bào, hạt dự trữ Chức năng: - Tổng hợp protein đóng vai trị quan trọng trình dinh dưỡng vi khuẩn Vi sinh vật học đại cương ứng dụng - Ngoài tế bào chất chứa lipit, glucid protein Chúng thường kết hợp với tạo thành phức hợp: gluxit – lipit – protit kim loại mạnh Mg Có thể phân biệt lồi vi khuẩn nhờ cách nhuộm tế bào chất loại thuốc nhuộm khác Ví dụ: Dùng phương pháp nhuộm gram vi khuẩn để xác định vi khuẩn thuộc dạng vi khuẩn nào: vi khuẩn gram (+), vi khuẩn gram (-) d Nhân Cấu tạo: Nhân phận tế bào vi khuẩn chứa đựng máy di truyền (ADN) (chiếm - 2% trọng lượng khô tế bào) ADN chất đặc trưng vi khuẩn, có nhiều acid nên nhân có tính ưa kiềm đối vối thuốc nhuộm kiềm tế bào động vật thực vật, tế bào chất ưa kiềm nên dễ dàng phân biệt với nhân Nhân tế bào vi khuẩn không phân chia thành khối rõ rệt tế bào nhiều vi sinh vật khác (nấm men, nấm mốc, ) Trước có ý kiến cho vi khuẩn khơng có nhân hình thức tương tự nhân, có ý kiến cho nhân chưa phải nhân thực mà hạt nhiễm sắc phân tán tế bào chất, có ý kiến khác lại cho vi khuẩn chưa phải nhân thực mà nhiễm sắc thể riêng biệt Với nghiên cứu di truyền học, người ta thấy cấu trúc chứa ADN vi khuẩn chưa phải nhân thực mà thể nhân Thể nhân coi nhiễm sắc thể cấu tạo chủ yếu axít Digoxyribonucliec (AND) xoắn kép dài - Thể nhân khơng có màng nhân giới hạn thể nhân nguyên sinh chất - Thể nhân cấu tạo môt sợi nhiễm sắc thể tế bào, sợi ADN xoắn, sợi ADN trịn phân tử ADN khép kín - Ngồi nhiễm sắc thể, nhiều vi khuẩn có chứa ADN ngồi nhiễm sắc thể plasmid (sợi ADN xoắn kép dạng vịng kín), có khả chép độc lập Chức năng: Đóng vai trị quan trọng q trình sinh sản vi khuẩn điều khiển việc tổng hợp protid vi khuẩn khác nhau, số lượng nhân vị trí đứng nhân có khác e Giáp mạc (vỏ nhầy lớp dịch nhầy) Cấu tạo: Giáp mạc phát triển phình to lớp keo nhầy màng tế bào, chất nhầy nhiều đặc hình thành giáp mạc Chức Vi sinh vật học đại cương ứng dụng - Dùng để chống đỡ với điều kiện ngoại cảnh bất lợi Ví dụ: Bọn phế cầu nhờ có lớp giáp mạc mà khơng bị bạch cầu tiêu diệt - Sự hình thành giáp mạc chức sinh lý thể đòi hỏi - Dự trữ thức ăn - Tích luỹ số sản phẩm trao đổi chất - Giúp vi khuẩn bám vào bề mặt số giá thể g Nha bào Một số loài vi khuẩn, thường vi khuẩn Gram dương giống trực khuẩn Bacillus Clostridium giai đoạn phát triển định hình thành tế bào thể hình trịn hay hình bầu dục gọi bào tử hay nha bào (spore) Nha bào hình thức tiềm sinh vi khuẩn, giúp vi khuẩn vượt qua điều kiện bất lợi ngoại cảnh, nha bào thường sinh điều kiện khó khăn mơi trường nghèo nàn, chất dinh dưỡng thiếu, nhiệt độ, pH khơng thích hợp, mơi trường tích luỹ nhiều sản phẩm trao đổi chất bất lợi Sự hình thành nha bào: Đầu tiên tế bào chất chất nhân tập trung lại vị trí định tế bào, sau hình thành màng bắt đầu màng tế bào chất Màng ngăn cách khối nhân phần tế bào chất với phần lại vi khuẩn, tế bào chất tiếp tục đặc lại Đó giai đoạn tiền nha bào, tiền nha bào bao bọc lớp màng chuyển thành nha bào Thời gian hình thành nha bào tuỳ vào lồi vi khuẩn từ 18 - 20 Nha bào có sức đề kháng cao nhân tố vật lý hố học nhiệt độ, tia cực tím, áp suất chất sát trùng Với nhiệt độ: số vi khuẩn ưa nhiệt sau đun sôi ngày diệt nha bào, nhiệt độ 1800C nha bào Clostridium botolinum chịu 10 phút Trong điều kiện nhiệt độ thấp khơ cạn, nha bào sống thời gian dài Nha bào vi khuẩn nhiệt thán Bacillus anthracis sống tới 18 năm lâu trạng thái tiềm sinh Dưới tác động loại hoá chất loại xạ, nồng độ, thời gian tác động tiêu diệt dễ dàng tế bào dinh dưỡng vi khuẩn không tiêu diệt nha bào VD: Trong dung dịch phenol 5% tế bào dinh dưỡng vi khuẩn chết nhanh, nha bào có thẻ sống tới 25 ngày, dung dịch HgCl2 1% tế bào dinh dưỡng vi khuẩn chết nha bào sống Khi gặp điều kiện thuận lợi nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, chất dinh dưỡng phù hợp, nha bào nảy mầm phát triển thành vi khuẩn thể dinh dưỡng Thời gian để chuyển từ nha bào sang thể dinh dưỡng kéo dài từ 10 phút đến vài 10 ... Ty “ vi sinh vật học tập II ( trang 555-557) Nhà xuất Đại học trung học chuyên nghiệp V SIÊU VI KHUẨN (VIRUS) - THỰC KHUẨN THỂ (BACTERIOPHAGE) 20 Vi sinh vật học đại cương ứng dụng Siêu vi khuẩn... sinh Câu hỏi ôn tập Câu 1: Khái niệm vi sinh vật ? Đối tượng nghiên cứu nhiệm vụ môn học ? Câu 2: Lịch sử phát triển vi sinh vật ? Câu : Ứng dụng vi sinh đời sống sản xuất ? Vi sinh vật học đại. .. ơng quan sát vi sinh vật Trong khoảng 100 năm tiếp sau đó, phát thấy vi sinh vật có trái đất chưa nắm quy luật sống, tác dụng chúng Vi sinh vật học đại cương ứng dụng tuần hoàn vật chất Công