Giáo trình vi sinh vật học biền văn minh

1 BI VN MINH (CH BIÊN) KI H , PH VN TY, PH H SN PH TH NG LAN VÀ NGUY TH THU THU   8 2  NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT 9 CHƯƠNG 1 100 VAI TRÕ CỦA VI SINH VẬT TRONG SINH GIỚI 100 I. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT . 100 1. Khái niệm chung về vi sinh học và vi sinh vật . 100 2. Các đặc điểm chung của vi sinh vật. . 100 3. Các nhóm đối tƣợng vi sinh học . 12 4. Nội dung . 13 5. Vai trò của vi sinh vật. . 13 II. SƠ LƢỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT HỌC 14 III. CÁCH ĐỌC (PHÁT ÂM) CỦA CHỮ LATINH . 24 IV. HỆ THỐNG SINH GIỚI VÀ VỊ TRÍ CỦA CÁC NHÓM VI SINH VẬT 26 1. Khái niệm về giới sinh vật . 26 2. Một số hệ thống phân loại . 27 3. Những sai khác giữa các tế bào Prokaryote và Eukaryote 30 V. VAI TRÕ CỦA VI SINH VẬT TRONG ĐỜI SỐNG 31 VI. CÁC PHƢƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU . 33 Câu hỏi ôn tập chƣơng 1 38 * Tài liệu đọc thêm 38 * Tài liệu tham khảo 38 * Giải thích thuật ngữ 38 CHƯƠNG 2 41 SINH HỌC CỦA CÁC CƠ THỂ VÔ BÀO 41 I. KHÁI NIỆM VỀ VIRUS, VIRION, VIROID VÀ PRION . 41 1. Virus là gì? 41 2. Đặc điểm chung của virus . 42 3. Virion, viroid, prion 42 4. Lịch sử phát hiện virus 47 II. HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÖC CỦA VIRUS 49 1. Hình thái . 49 2. Kích thƣớc của virus . 51 3. Cấu trúc của virus . 51 4. Genom của virus . 53 III. NUÔI CẤY VIRUS . 54 IV. ẢNH HƢỞNG CỦA VIRUS LÊN TẾ BÀO . 55 V. CÁC BỆNH DO VIRUS 55 VI. ẢNH HƢỞNG CỦA TÁC NHÂN VẬT LÍ, HÓA HỌC ĐẾN VIRUS 57 VII. CON ĐƢỜNG LÂY NHIỄM VIRUS VÀO CƠ THỂ . 57 VIII. CÁC QUÁ TRÌNH NHÂN LÊN CỦA VIRUS . 57 3 IX. CÁC PHƢƠNG THỨC NHÂN LÊN CỦA VIRUS . 60 1. Quá trình nhân lên của virus RNA chuỗi dƣơng . 60 2. Quá trình nhân lên của virus RNA chuỗi đơn, âm . 62 3. Sơ đồ nhân lên của virus RNA chuỗi kép 63 4. Sơ đồ nhân lên của virus Retro 64 Câu hỏi ôn tập chƣơng 2 65 * Tài liệu đọc thêm 66 * Tài liệu tham khảo 66 * Giải thích thuật ngữ 6666 CHƯƠNG 3 67 SINH HỌC CỦA CÁC CƠ THỂ NHÂN SƠ 67 I. CỔ KHUẨN (Archaea) . 67 1. Khái niệm . 67 2. Đặc điểm của cổ khuẩn 68 3. Môi trƣờng sống của cổ khuẩn và giả thuyết về hình thành sự sống trên trái đất . 70 4. Phả hệ cổ khuẩn dựa trên trình tự 16S rRNA . 72 5. Các hình thức dinh dƣỡng ở cổ khuẩn . 73 6. Một số nhóm cổ khuẩn đại diện 74 II. VI KHUẨN (BACTERIA) . 84 1. Khái niệm chung: 84 2. Lịch sử nghiên cứu và phân loại vi khuẩn . 84 4. Cấu trúc tế bào vi khuẩn . 85 5. Sơ lƣợc phân loại vi khuẩn . 92 6. Vi khuẩn có ích và Vi khuẩn gây hại . 94 7. Các vấn đề khác . 95 III. VI KHUẨN ĐẶC BIỆT 95 1. Xạ khuẩn (Actinomycetes) 95 2. Xoắn thể (Spirochaetales) 98 3. Ricketsia . 98 4. Mycoplasma và Chamydia 99 Câu hỏi ôn tập chƣơng 3 101 * Tài liệu đọc thêm 102 * Tài liệu tham khảo 102 * Giải thích thuật ngữ 103 CHƯƠNG 4 104 SINH HỌC CỦA CÁC CƠ THỂ NHÂN THỰC . 104 I. VI NẤM (MICROFUNGI) 104 1. Nấm men (Levures, Yeasts) . 104 2. Nấm mốc 109 3. Nấm nhầy . 113 II. ÐỊA Y 116 III. VI TẢO 117 4 1. Đặc điểm chung 11717 2. Đời sống của vi tảo . 118 3.Vai trò của vi tảo 118 IV. ĐỘNG VẬT NGUYÊN SINH 120 Câu hỏi ôn tập chƣơng 4 122 * Tài liệu đọc thêm 122 * Tài liệu tham khảo 122 *Giải nghĩa từ: 123 CHƯƠNG 5 124 DINH DƯỠNG, SINH TRƯỞNG VÀ SINH SẢN Ở VI SINH VẬT . 124 I. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA TẾ BÀO VI SINH VẬT 124 1. Nƣớc 124 2. Protein 124 3. Gluxit (hay hidrat cacbon- saccharide) 126 4. Lipid và các chất tƣơng tự (lipoid): 127 5. Một số chất hữu cơ có hoạt tính sinh học: 128 6. Các nguyên tố khoáng: . 129 II. DINH DƢỠNG 129 1. Các chất dinh dƣỡng 129 2. Các loại môi trƣờng sống của vi sinh vật 129 3. Các kiểu dinh dƣỡng ở vi sinh vật 130 4. Vi sinh vật nguyên dƣỡng và khuyết dƣỡng . 131 III. SINH TRƢỞNG CỦA VI SINH VẬT . 131 1. Các nhân tố sinh trƣởng . 131 2. Điều kiện sinh trƣởng . 131 3. Sinh trƣởng trong nuôi cấy tĩnh 131 IV. SỰ KÌM HÃM SINH TRƢỞNG VÀ DIỆT KHUẨN 14040 1. Các phƣơng pháp khử trùng 14040 2. Kiểm soát tăng trƣởng của vi sinh vật bằng hóa chất . 14040 3. Các phƣơng pháp bảo quản . 141 V. SINH SẢN Ở VI SINH VẬT 141 1. Sinh sản ở vi khuẩn (Bacteria)và cổ khuẩn (Archaea) 141 2. Sinh sản ở vi sinh vật nhân thực . 142 3. Khai thác và phòng ngừa của con ngƣời đối với VSV . 143 Câu hỏi ôn tập chƣơng 5 143 * Tài liệu đọc thêm 143 * Tài liệu tham khảo 144 * Giải thích thuật ngữ 144 CHƯƠNG 6 146 TRAO ĐỔI CHẤT Ở VI SINH VẬT . 146 I. ĐƢỜNG PHÂN . 146 II. CHU TRÌNH TRICARBOXYLIC ACID (Krebs) 147 5 III. CHUỖI HÔ HẤP VÀ PHOSPHORYL HÓA 148 1. Chuỗi hô hấp 148 2. Phosphoryl hoá . 149 IV. SỰ VẬN CHUYỂN CHẤT DINH DƢỠNG VÀO TẾ BÀO . 149 V. TRAO ĐỔI CHẤT VÀ NĂNG LƢỢNG 151 1. Các nguồn năng lƣợng ở vi sinh vật . 151 2. Các kiểu hô hấp 15252 3. Nghiên cứu sự trao đổi năng lƣợng 154 4. Sự tích trữ và sử dụng năng lƣợng 156 5. Sự trao đổi carbohydrate 157 6. Sự trao đổi protein 158 7. Sự trao đổi lipid 161 Câu hỏi ôn tập chƣơng 6 162 * Tài liệu đọc thêm 162 * Tài liệu tham khảo 162 *Giải thích thuật ngữ . 163 CHƯƠNG 7 164 HÔ HẤP KỴ KHÍ 164 I. KHÁI NIỆM CHUNG 164 II. HÔ HẤP NITRATE, AMMONIUM HÓA NITRITE VÀ KHỬ NITROGEN 164 III. HÔ HẤP SULFATE 166 IV. HÔ HẤP CARBONATE TẠO METHANE 167 V. HÔ HẤP CARBONATE TẠO THÀNH ACETATE 169 Câu hỏi ôn tập chƣơng 7 169 * Tài liệu đọc thêm 170 * Tài liệu tham khảo 170 * Giải thích thuật ngữ 170 CHƯƠNG 8 171 VI KHUẨN HÓA DƯỠNG VÔ CƠ HIẾU KHÍ . 171 I. NITRATE HÓA 171 1.Vi khuẩn nitrate hóa . 171 2. Cơ chế phản ứng của quá trình nitrate hóa. . 171 3. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình nitrate . 172 4. Ý nghĩa của quá trình nitrate hóa 173 II. OXYGEN HÓA CÁC HỢP CHẤT LƢU HUỲNH . 173 1. Vi khuẩn tự dƣỡng hóa năng 173 2. Vi khuẩn tự dƣỡng quang năng 175 3. Vi khuẩn dị dƣỡng 176 III. OXYGEN HÓA SẮT . 176 IV. OXYGEN HÓA HYDROGEN . 178 Câu hỏi ôn tập chƣơng 8 179 * Tài liệu đọc thêm 179 6 * Tài liệu tham khảo 179 * Giải thích thuật ngữ 179 CHƯƠNG 9 181 CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN 101 I. CÁC QUÁ TRÌNH LÊN MEN PHỔ BIẾN Ở VSV 181 II. TÍNH ĐA DẠNG CỦA LÊN MEN . 181 III. LÊN MEN KHÔNG CÓ SỰ PHOSPHORYL HÓA CƠ CHẤT . 182 IV. HIỆN TƢỢNG CỘNG DƢỠNG (syntrophy) `184 V. LÊN MEN RƢỢU NHỜ NẤM MEN VÀ VI KHUẨN . 184 1. Sự tạo thành ethanol nhờ nấm men . 185 2. Các dạng phƣơng trình Neuberg 185 3. Hiệu ứng Pasteur 186 4. Kỹ thuật sản xuất ethanol nhờ nấm men 187 5. Hiệu suất lên men . 188 6. Sự tạo thành ethanol nhờ vi khuẩn . 189 VI. LÊN MEN LACTIC VÀ HỌ LACTOBACTERIACEAE . 190190 1. Nhu cầu về các chất bổ sung và nhân tố sinh trƣởng . 191 2. Lên men lactic đồng hình 192 3. Lên men lactic dị hình . 192 4. Ứng dụng của lên men lactic 193 Câu hỏi ôn tập chƣơng 9 193 * Tài liệu đọc thêm 197 * Tài liệu tham khảo 197 * Giải thích thuật ngữ : 197 CHƯƠNG 10 198 VI KHUẨN QUANG HỢP VÀ CỐ NITROGEN PHÂN TỬ 198 I. VI SINH VẬT QUANG HỢP . 198 1. Chu trình carbon trong tự nhiên 198 2. Các vi khuẩn quang hợp (Phototrophic bacteria) 199 3. Trao đổi chất ở các vi sinh vật quang dƣỡng 206 II. CỐ ĐỊNH NITROGEN . 209 1. Vi khuẩn cố định N cộng sinh 210 2. Vi sinh vật cố định nitrogen sống tự do (không cộng sinh): . 212 3. Vi khuẩn lam (xem chƣơng III ) . 212 Câu hỏi ôn tập chƣơng 10 213 * Tài liệu đọc thêm 214 * Tài liệu tham khảo 214 * Giải thích thuật ngữ 214 CHƯƠNG 11 216 DI TRUYỀN HỌC VI SINH VẬT . 216 I. KHÁI NIỆM CHUNG 216 II. CƠ SỞ VẬT CHẤT DI TRUYỀN Ở VI SINH VẬT . 219 7 1. Cấu trúc genom của sinh vật nhân sơ 219 2. Vật chất di truyền ở virus 222 3. Cấu trúc genom của sinh vật nhân thực . 224 III. CƠ CHẾ CHỐNG SỰ XÂM NHẬP CỦA GENE LẠ (hạn chế và cải biến) . 225 IV. BIẾN DỊ . 227 1. Biến dị kiểu hình . 227 2. Biến dị kiểu gene 227 IV. CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN VẬT LIỆU DI TRUYỀN . 229 1. Biến nạp (Transformation) 229 2. Sự tải nạp (Transduction) . 230 3. Tiếp hợp (Conjugation) . 231 V. KỸ THUẬT DI TRUYỀN . 232 *Câu hỏi ôn tập chƣơng 11 235 * Tài liệu đọc thêm 234 * Tài liệu tham khảo 235 * Giải thích thuật ngữ 235 CHƯƠNG 12 244 VI SINH VẬT GÂY BỆNH, MIỄN DỊCH HỌC VÀ CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC244 I. VI SINH VẬT GÂY BỆNH 244 1. Bệnh truyền nhiễm và không truyền nhiễm . 244 2. Độc lực và độc tố 245 3. Bệnh do virus, vi khuẩn và các phần tử hữu cơ khác. 245 II. KHÁNG NGUYÊN, KHÁNG THỂ VÀ BỔ THỂ 247 1. Kháng nguyên 247 2. Kháng thể . 248 3. Bổ thể . 254 III. VACCINE VÀ HUYẾT THANH MIỄN DỊCH . 256 1. Vaccine . 256 2. Huyết thanh 257 IV. MIỄN DỊCH . 258 1. Định nghĩa: . 258 2. Cơ chế bảo vệ không đặc hiệu . 258 3. Chất sinh miễn dịch (immunogen) 260 4. Tính đặc hiệu của kháng nguyên (KN) 260 5. Các cơ quan và tế bào tham gia vào hệ thống miễn dịch 260 6. Miễn dịch bệnh lý 262 V. CÁC CHẤT CÓ HOẠT TÍNH SINH HỌC 266 1. Enzym 266 2.Chất kháng sinh . 268 3. Vitamin . 275 Câu hỏi ôn tập chƣơng 12 276 * Tài liệu đọc thêm 276 8 * Tài liệu tham khảo 276 * Giải thích thuật ngữ 276 CHƯƠNG 13 279 SINH THÁI HỌC VI SINH VẬT . 279 I. ĐẠI CƢƠNG VỀ SINH THÁI HỌC VI SINH VẬT . 279 1. Các khái niệm cơ bản . 279 2. Đặc điểm của vi sinh vật trong tự nhiên 279 3. Các phƣơng pháp nghiên cứu sinh thái học vi sinh vật . 280 4. Hoạt động và vai trò của vi sinh vật trong các hệ sinh thái 285 5. Vai trò của VSV trong các chu trình sinh điạ hóa - các nguyên tố cần cho sự sống 288 II. SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN . 298 1. Vi sinh vật trong không khí 398 2. Vi sinh vật đất . 299 3. Vi sinh vật nƣớc 299 III. MỘT SỐ BIỆN PHÁP VI SINH GÓP PHẦN BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG 300 1. Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trƣờng 300 2. Một số biện pháp vi sinh góp phần bảo vệ môi trƣờng 301 3. Một số biện pháp hiện đang đƣợc áp dụng trong nƣớc và trên thế giới 301 *Câu hỏi ôn tập chƣơng13 . 311 * Tài liệu đọc thêm 312 * Tài liệu tham khảo 312 * Giải thích thuật ngữ 312 CHƯƠNG 14 31313 CÂU HỎI ÔN TẬP 31313 I. PHẦN CÂU HỎI . 31313 II. TRẢ LỜI . 319 TÀI LIỆU THAM KHẢO 321 Giáo trình điện tử này đƣợc biên soạn lại dựa trên giáo trình Vi sinh vật học, NXB Đại học Huế (2006) của nhóm tác giả: Biền Văn Minh (chủ biên), Kiều Hữu Ảnh, Phạm Ngọc Lan, Phạm Hồng Sơn, Phạm Văn Ty, Nguyễn thị Thu Thuỷ. 9  ADP Adenosine diphosphate AMP Adenosine monophosphate APG Acid 3-phosphoglyceric A-1,3- DPG Acid 1,3 diphosphoglyceric ATP Adenosine triphosphate A-6PA Acid 6-penicillanic CoA Coenzym A CKS Chất kháng sinh DNA DeOxygenribonucleic acid R-1,5-DP Ribulose-1,5-diphosphate R-5-P Ribulose-5-diphosphate RNA Ribonucleic acid VSV Vi sinh vật F-6-P Fructose-6-phosphate FAD Flavin adenine dinucleotide G-6-P Glucose-6-phosphate GAP Glyceraldehyde phosphate KDPG 2-Keto-3-deOxygen-6-phosphogluconate N Nitrogen NAD Nicotinamid adenine dinucleotide dạng Oxygen hóa NADH Nicotinamid adenine dinucleotide dạng khử NADP Nicotinamid adenine dinucleotide phosphat dạng Oxygen hóa NADPH Nicotinamid adenine dinucleotide phosphat dạng khử PP Pentose phosphate X-5-P Xylulose-5-phosphate Chương 1: Vai trò của vi sinh vật trong sinh giới 10 CHƯƠNG 1 VAI TRÕ CỦA VI SINH VẬT TRONG SINH GIỚI I.  v  1.1. Vi sinh vật học (Microbiology) Là khoa học nghiên cứu các cơ thể sống hiển vi và siêu hiển vi, cấu tạo tế bào và quy luật hoạt động của chúng, sử dụng các vi sinh vật nhằm phục vụ lợi ích của con người và giữ vững hệ sinh thái trên Trái Đất. 1.2. Vi sinh vật (Microorganisms) Là tên gọi chung để chỉ tất cả các loại sinh vật nhỏ bé, chỉ có thể nhìn rõ dưới kính hiển vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử. Vi sinh vật bao gồm nhiều nhóm khác nhau: 1. Virus 2. Archaea (Cổ khuẩn hay còn gọi là vi khuẩn cổ) 3. Vi khuẩn (Bacteria) 4. Xạ khuẩn (Actinomycetes) 5. Vi nấm (Microfungi) 6. Vi tảo (Microalgae) Giữa các nhóm trên không có mối liên hệ chặt chẽ về mặt hình thái hay phân loại, nhưng người ta gộp chúng lại vì chúng cùng có một số phương pháp nuôi dưỡng, nghiên cứu và hoạt động sinh lý gần giống nhau.  2.1. Kích thước nhỏ bé Vi sinh vật thường được đo kích thước bằng đơn vị micromet (1µm= 1/1000mm hay 1/1 000 000m).Virus được đo kích thước đơn vị bằng nanomet (1nm=1/1 000 000mm hay 1/1 000 000 000m). Hình 1.1: 