II. SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT
6giai đoạn chết.
III. ẢNH HƯỞNG CỦA YẾU TỐ NGOẠI GIỚI LấN SỰ TĂNG TRƯỞNG VAè SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT :
1. Nhiệt độ :
Đõy là yếu tố tối quan trọng ảnh hưởng đến sưỹ sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật.
Khi nhiệt độ gia tăng, cỏc húa chất và cỏc phản ứng của enzyme trong tế bào tăng nhanh lờn do đú sự sinh trưởng của vi sinh vật cũng tăng nhanh lờn. Mặt khỏc, cỏc chất đón bạch, acid nhõn và cỏc chất khỏc trong tế bào sẽ nhạy cảm với nhiệt độ cao và cú thể trở nờn bất động. Do đú thụng thường nếu nhiệt độ tăng dần thỡ sự tăng trưởng và biến dưỡng của vi sinh vật cũng tăng theo đến một nhiệt độ nhất định thỡ tất cả đỡnh lại. Nếu nhiệt độ tăng cao hơn nữa thỡ hoạt động của vi sinh vật sẽ xuống đến mức khụng.
Do đú, đối với mỗi sinh vật chỳng ta cú thể cú 3 mức độ về nhiệt độ (hỡnh 3-7): - Nhiệt độ tối đờ hay nhiệt độ thấp nhất (minimum temperature): dưới nhiệt độ này, vi sinh vật khụng hoạt động được.
- Nhiệt độ tối hảo (optimum temperature): Ở nhiệt độ này, hoạt đụỷng của vi sinh vật đạt mức cao nhất.
- Nhiệt độ tối đa (maximum temperature): Trờn nhiệt độ này, vi sinh vật khụng hoạt động được.
Ba mức nhiệt độ trờn là đặc tớnh của từng loài vi sinh vật. Ngoài ra ba mức này cũng khụng cứng nhắc cho từng loài vỡ nú cú thể thay đổi tựy theo một số tỏc nhõn khỏc tỏc động vào, thớ dụ như pH của mụi trường nuụi cấy và dưỡng chất trong mụi trường ấy.
Do cú ba mức nhiệt độ trờn khỏc biệt nhau chỳng ta cú thể chia vi sinh vật ra làm ba nhúm: nhúm vi sinh vật chịu núng (thermophiles), nhúm vi sinh vật chịu lạnh (psychrophile) và nhúm vi sinh vật chịu ấm (mesophiles) (hỡnh 3-8). Ở những vựng lạnh thuộc hàn đới, chỳng ta vẫn gặp được sự sống của vi sinh vật trong đất, trong nước và trong khụng khớ. Ở vựng này, nhiệt độ thường xuyờn dưới 0oC.
Hỡnh 3-7: Sơ đồ mụ tả cỏc mức giới hạn về nhiệt độ đối với sự tăng trưởng của vi sinh vật.
Hỡnh 3-8: Sơ đồ mụ tả mức am hợp với từng khoảng nhiệt độ của ba nhúm vi sinh vật chịu lạnh, chịu ấm và chịu núng.
- Vi sinh vật chịu lạnh cú khả năng sống được ở 0oC và cú thể chia làm hai nhúm nhỏ: vi sinh vật chịu lạnh bắt buộc (obligate psychrophiles) và vi sinh vật chịu lạnh tựy ý (facultative psychrophiles) . Vi sinh vật chịu lạnh bắt buộc chỉ cú thể sống ở mụi trường lạnh cố định và chỳng thường chết mau lẹ khi đưa ra nhiệt độ bỡnh thường trong phũng, nhiệt độ tối hảo của chỳng vào khoảng 15oC và nhiệt độ tối đa vào khoảng 20oC. Cũn vi sinh vật chịu lạnh tựy ý, dự cú thể sống được ở 0oC nhưng nhiệt độ tối hảo trong khoảng 25 - 30oC và nhiệt độ tối đa từ 35oC trở lờn.
Trong thịt tươi, sữa, trỏi cõy, rau cải và cỏc sản phẩm khỏc của sữa khi tồn trữ lạnh vẫn cú thể bị vi sinh vật chịu lạnh làm hư hỏng. Thụng thường, nhiệt độ tồn trữ càng thấp tốc độ hư hỏng càng chậm lại. Tuy nhiờn nếu thực phẩm được đụng lạnh ở nhiệt độ dưới 0oC (thường là từ -16oC trở xuống) thỡ sự hoạt động của vi sinh vật mới gần như bị đỡnh chỉ.
Ở nhiệt độ lạnh cỏc phản ứng của enzym bờn trong vi sinh vật chịu lạnh vẫn cũn hoạt động, tuy yếu và chậm dần đi theo độ lạnh. Mặc dự sự hoạt động của vi sinh vật chịu lạnh thường ngưng ở nhiệt độ - 30oC, nhưng hoạt động của enzym vẫn cũn và mức giới hạn mà phản ứng sinh húa ngưng lại là -140oC. Do đú đụng lạnh cú thể làm ngưng hoạt động của vi sinh vật chứ khụng giết chết vi sinh vật được. Và sau khi vi sinh vật bị đụng lạnh, thụng thường vi sinh vật ấy cũn cú thể sống sút trong một thời gian lõu dài.
- Vi sinh vật chịu ấm: là cỏc vi sinh vật thớch nhiệt độ trung bỡnh (mesophiles) cú nhiệt độ tối hảo trong khoảng từ 25 - 40oC. Nhiệt độ này trựng vào nhiệt độ do ỏnh nắng mặt trời cung cấp cho thực vật, động vật mỏu lạnh và đất. Trong cơ thể động vật mỏu núng, nhiệt độ vào khoảng 37oC cũng thớch hợp cho sự phỏt triển của vi sinh vật trong nhúm này. Do đú tất cả vi sinh vật lõy bệnh cho người, động vật và thực vật đều thuộc nhúm này. Đối với vi sinh vật gõy bệnh cho người và gia sỳc khi nuụi cấy cần được ỳm ở nhiệt độ 37oC. Cũn đối với vi sinh vật gõy bệnh cho thực vật, nhiệt độ 28 - 30oC thớch hợp hơn cả.
- Vi sinh vật chịu núng (thermophiles) cú nhiệt độ tối hảo trong khoảng từ 45 - 50oC. Trong thiờn nhiờn nhiệt độ trong khoảng này, cú thễ gặp trong đất bị ỏnh nắng chiếu trực tiếp, trong khu vực của suối nước núng, trong cỏc đống rỏc đang lờn men, ... Mặt đất bị ỏnh nắng chiếu trực tiếp cú thể cú nhiệt độ trờn 50oC, cú khi lờn đến 70oC ở đất cú màu sậm. Trong cỏc lớp đất cú nhiệt độ cao này vẫn cú một số vi sinh vật sống được. Trong nước của suối nước núng thường cú nhiều loài vi sinh vật sống mặc dự cú nhiều suối cú nhiệt độ rất cao. Thớ dụ suối núng Yellowstone ở Mỹ cú nhiệt độ
vào khoảng 99 - 100oC, hoặc cú nơi cao hơn 100oC chỳt ớt thế mà cú loài vi khuẩn vẫn sống được và phỏt triển được trong điều kiện nhiệt độ ấy.
Sau đõy là một số nhiệt độ giới hạn cao nhất của một số nhúm vi sinh vật : - Phiờu sinh vật ( protozoa ) 45 - 50oC
- Rong chõn hạch 56oC - Nấm 60oC - Rong tiền hạch 70 - 73oC - Vi khuẩn 99oC 2. Nước:
Nước là một yếu tố tối quan trọng đối với sự tăng trưởng và sinh sản của vi sinh vật. Nhu cầu về nước của vi sinh vật cú khỏc nhau nhiều tựy theo đặc tớnh ngoại hấp của vi sinh vật và cỏc yếu tố hũa tan của mụi trường. Nước ngoại hấp ở mặt ngoài của vi sinh vật cú hữu ớch hay khụng tựy thuộc vào độ dớnh chặt và khả năng hấp thu nước ấy của vi sinh vật. Mặt khỏc, cỏc vật chất khi hũa tan trong nước sẽ ảnh hưởng lờn tớnh hữu dụng của nước đối với vi sinh vật. Một đặc tớnh của nước được dựng để tớnh đặc tớnh ngoại hấp và yếu tố hũa tan trờn là hoạt tớnh của nước (water activity).
Hoạt tớnh của nước được tớnh bởi cụng thức: aw = RH / 100
Với:
aw : Hoạt tớnh của nước.
RH : ẩm độ tương đối của khụng khớ.
Hoạt tớnh của nước là mối tương quan giữa nước và ẩm độ tương đối của khụng khớ, hay hơn nữa, theo nhiệt độ khụng khớ vào lỳc ấy. Ngoài ra hoạt tớnh của nước cũn tựy thuộc vào chất hũa tan trong nước ấy. Hoạt tớnh của nước sụng và nước biển tương đối cao (lớn hơn 0,9) cũn ở cỏc dung dịch càng đậm đặc hoạt tớnh của nước trong dung dịch ấy càng thấp. Trong một dung dịch cú hoạt tớnh của nước thấp, vi sinh vật phải làm việc nhiều để hấp thu nước ấy từ dung dịch . Vỡ vậy thụng thường dung dịch cú hoạt tớnh nước thấp ảnh hưởng làm chậm sưỹ tăng trưởng của vi sinh vật so với dung dịch cú hoạt tớnh của nước cao hơn.
Mỗi vi sinh vật cú khả năng chịu đưỹng được một mức độ hoạt tớnh của nước thấp nhất khỏc nhau, tựy loài.
Nếu ta cú một miếng da trong bầu khụng khớ núng và ẩm, ớt lõu sau miếng da bị một lớp mốc bao phủ. Cựng miếng da ấy nếu để nơi khụ rỏo trong thời gian lõu dài, miếng da vẫn khụng bị mốc. Đú là do miếng da hỳt nước trong khụng khớ (ngoại hấp). Lượng nước được miếng da hỳt vào nhiều hay ớt, tựy thuộc vào ẩm độ tương đối của khụng khớ. Trong điều kiện ẩm ướt, nước trờn miếng da cú hoạt tớnh cao nờn vi sinh vật cú thể phỏt triển được dễ dàng. Cũn miếng da đặt trong điều kiện khụ rỏo, nước trờn miếng da cú hoạt tớnh rất thấp nờn vi sinh vật rất khú phỏt triển được.
Vi sinh vật đặt trong một dung dịch phải lấy nước từ dung dịch ấy để phỏt triển. Hoạt tớnh của nước tựy thuộc vào nồng độ của dung dịch nếu dung dịch quỏ đậm đặc, hoạt tớnh của nước quỏ thấp, vi sinh vật khú phỏt triển được. Muốn cho vi sinh vật cú thể phỏt triển, nồng độ của dung dịch phải vừa phải để cú hoạt tớnh của nước cao ở mức cần thiết cho vi sinh vật ấy phỏt triển.
Trong mụi trường khụ rỏo, phần lớn vi sinh vật khụng sống được vỡ khụng hấp thu chất dinh dưỡng. Một số vi sinh vật cú khả năng lưu tồn được trong điều kiện khụ rỏo và thường chỳng biến đổi thành những cơ quan đặc biệt, thớ dụ như: nội bào tử (endospore) của vi khuẩn (chi Bacillus), bỡ bào tử (clamydospore) của cỏc loài nấm (Fusarium) hoặc hạch nấm (Sclerotium), ... Nhờ cỏc cơ quan này cú cấu tạo đặc biệt nờn chỳng khụng bị mất nước trong điều điện khụ rỏo. Cỏc cơ quan sinh trưởng của vi sinh vật thường bị mất nước, co rỳt lại và tế bào cú thể chết.
Nếu vi sinh vật được đụng lạnh trước khi đưa vào điều kiện làm khụ ở chõn khụng, nước trong tế bào bị bốc hơi mau lẹ nhưng tế bào vẫn giữ nguyờn hỡnh dạng như lỳc đó được đụng cứng lại, tất cả mọi phản ứng sinh húa bờn trong tế bào đều bị đỡnh chỉ hoàn toàn (tế bào ở trong tỡnh trạng chết tạm thơiỡ ). Tuy nhiờn, khi đưa vi sinh vật ấy vào mụi trường cú đủ ẩm độ và nhiệt độ cần thiết, tế bào ấy sẽ hỳt nước trở lại và phục hồi cỏc phản ứng sinh húa bờn trong nú, đồng thời nếu mụi trường bờn ngoài thuận hợp vi sinh vật ấy hoạt động trở lại.
3. Áp suất của mụi trường :
Vi sinh vật cú khả năng chịu được ỏp suất bờn ngoài khỏc nhau tựy loài. Vi sinh vật sống trong khụng khớ chịu được ỏp suất thụng thường, khi bị đưa xuống đỏy hồ sõu, chỳng khụng hoạt động được vỡ ỏp suất mụi trường đó tăng lờn. Trong khi đo,ù cỏc vi sinh vật sống dưới đỏy đại dương, tựy theo độ sõu, cú thể chịu được những ỏp
suất rất lớn, ỏp suất ở đõy cú thể lờn đến hàng ngàn lần hơn ỏp suất nơi mặt biển . Nếu đưa chỳng lờn mặt biển, chỳng khụng thể sống được.
4. Ảnh hưởng của pH mụi trường :
Mỗi vi sinh vật chỉ cú thể hoạt động được trong mụi trường cú pH giới hạn bởi pH thấp nhất và pH cao nhất. Đồng thời vi sinh vật ấy hoạt động mạnh nhất trong mụi trường cú pH tối hảo. Phần lớn mụi trường ngoài thiờn nhiờn cú pH từ 2,5 - 9 , và phần lớn vi sinh vật cú pH tối hảo trong khoảng này. Cú rất ớt vi sinh vật cú thể sống được trong mụi trường cú pH nhỏ hơn 2 hoặc lớn hơn 10.
Phần lớn vi khuẩn hoạt động mạnh ở mụi trường trung hũa hoặc hơi kiềm, ngoại trừ một số cú thể sống ở mụi trường rất chua.
Mặt khỏc, vi sinh vật cú khả năng làm thay đổi pH của mụi trường. Thớ dụ như một số vi khuẩn lờn men glucoz và cho ra acid lactic nờn làm giảm pH của mụi trường chỳng sống xuống đến hai đơn vị hoặc hơn nữa.
Phần lớn vi sinh vật làm giảm pH của mụi trường chỳng sống hơn là làm tăng lờn. Tuy nhiờn cũng cũn tựy thuộc loại mụi trường và loài vi sinh vật. Thớ dụ: Khi vi sinh vật được nuụi cấy trong mụi trường chứa đạm amoniac (NH4Cl) để tăng trưởng, sẽ làm gióm pH của mụi trường ấy vỡ chỳng lấy đi NH4 và Cl cũn lại sẽ chuyển thành HCl. Trong khi đú nếu được nuụi cấy trong mụi trường muối Nitrat (như NaNO3) chỳng sẽ làm tăng pH của mụi trường vỡ chỳng sẽ lấy NO3− để hoạt động, Na cũn lại sẽ thành NaOH.
Khi nuụi cấy nấm hoặc vi khuẩn gõy bệnh cho cõy trồng, chỳng ta nờn nuụi trong mụi trường hơi chua một chỳt, pH khoảng 6,5 - 6,8 .
5. Ảnh hưởng của ỏnh sỏng :
Aùnh sỏng mặt trời đến được mặt đất chứa rất nhiều tia cú độ dài súng thay đổi, trong đú mắt của loài người chỳng ta chỉ nhận ra được cỏc tia cú độ dài súng từ 400- 800 nm, trờn 800nm cú tia hồng ngoại, cũn tia cực tớm (cũn gọi là tia tử ngoại) cú độ dài súng từ 300 - 400nm, trong khi phổ của tia cực tớm trải rộng từ 13,6 - 400nm.
Ngoài ra, trong quang phổ của tia cực tớm cú một khoảng giết được vi sinh vật, nằm trong phạm vi 200 - 300nm. Trong đú, cỏc tia trong phạm vi 230 - 280nm cú khả năng sỏt khuẩn mạnh hơn. Trong phạm vi sỏt khuẩn, tia cú bước súng 253,7 nm cú
tỏc dụng diệt vi sinh vật mạnh nhất. Như vậy trong ỏnh sỏng của mặt trời đến được bề mặt trỏi đất cú chứa một số ớt tia cực tớm giết được vi sinh vật.
Đối với một số vi sinh vật, ỏnh sỏng thấy được cũng cú thể làm hại vi sinh vật nếu cường độ chiếu sỏng cao và thời gian chiếu sỏng kộo dài. Tỡnh trạng này là do một số màu trong tế bào hấp thu ỏnh sỏng vào, làm đỡnh trệ hoạt động của enzym khi cú mặt oxy. Nếu trong điều kiộn khụng cú oxy thỡ khụng cú hiện tượng trờn xảy ra. Hiện tượng này được gọi là quang oxyd húa. Một số loài vi sinh vật cú chứa màu, thường là caroten, lại ngăn cản oxyd húa xảy ra.
Aùnh sỏng thấy được cũng rất cần thiết cho hiện tượng quang hợp ở một số vi sinh vật cú diệp lục tố, đồng thời cũng rất cần thiết cho một số tiến trỡnh bờn trong vi sinh vật. Một số nấm cần cú ỏnh sỏng ở phạm vi thấy được mới cú sinh sản hữu tớnh (hỡnh 3-9).
Hỡnh 3-9: Sơ đồ mụ tả vị trớ của phạm vi của ỏnh sỏng cú khả năng sỏt trựng tốt.
Tài liệu đọc thờm: