CHUYÊN ĐỀ VI SINH VẬT PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT

CHUYÊN ĐỀ SINH HỌC ĐẠI HỌC

vectorstock.com/13490168

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection DẠY KÈM QUY NHƠN BIOLOGY PHÁT TRIỂN NỘI DUNG

CHUYÊN ĐỀ VI SINH VẬT PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT WORD VERSION | 2020 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ VI SINH VẬT I. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VI SINH VẬT 1. Khái niệm : VSV gồm nhiều nhóm phân loại khác nhau, là những cơ thể đơn bào hay tập hợp đơn bào, có kích thước hiển vi.

2. Đặc tính chung - Kích thước vô cùng nhỏ bé và cấu tạo rất đơn giản - Có khả năng hấp thụ nhiều, chuyển hóa nhanh, sinh tổng hợp mạnh mẽ các chất có hoạt tính sinh học. ( TB nhỏ, tỷ lệ S/V lớn-> Bề mặt TĐC lớn ->sự TĐC với MT hiệu quả hơn. . 1cm3 VK có S = 6m2. . 1kg nấm men phân giải được 1000kg đường/ngày có nghĩa là trong 1h có thể phân giải lượng thức ăn gấp 110 lần khối lượng cơ thể.)

- Có khả năng sinh trưởng nhanh và phát triển mạnh.

- Phân bố rất rộng rãi nhờ khả năng thích ứng với nhiều điều kiện khác nhau của MT ( Bào tử nhiều Vk chịu được 10% AgCl trong 2h, trong phênol 5% /15 ngày.)

- Dễ phát sinh biến dị: • Tần số biến dị ở vi sinh vật là 10-5 –> 10-10 • Biến dị thường gặp là đột biến gen ( Vật chất di truyền đơn giản, gen đơn bội nên khi đột biến sẽ được biểu hiện ngay...)

- Đa dạng về chủng loại ( ĐV có 1,5 triệu loài, TV có 0,5 triệu loài, VSV có 100 000 loài (1/10 con số thực trong tư nhiên) Trong ruột người có 100 - 400 loại VSV, chiếm 1/3 khối lượng phân khô của người. Hàng năm bổ sung thêm 1500 loài mới.)

3. Phương pháp nuôi cấy VSV: a. Cơ sở: tạo các chủng VSV thần khiết b. Phương pháp: - Pha loãng mẫu trong nước vô trùng - Cấy dung dịch lên môi trường đặc ở nhiệt độ thích hợp → tạo khuẩn lạc - Cấy từ khuẩn lạc sang môi trường mới → tạo chủng VSV thần khiết c. Cần phân biệt được MT tự nhiên và MT nuôi cấy của VSV - VSV phân bố rất rộng rãi trong đất, nước, đáy đại dương, trên cơ thể người, động vật, thực vật, …Các yếu tố trên được gọi là MT tự nhiên (nơi cung cấp các chất cần thiết cho sự ST và PT) của VSV - MT nuôi cấy VSV: do con người chủ động tạo ra để nuôi cấy các VSV trong phòng thí nghiệm.

Dựa vào nguồn gốc của nguyên liệu chia 3 loại: + MT tự nhiên: Chứa các chất tự nhiên như sữa, thịt , trứng, huyết thanh, máu, …với số lượng và thành phần không xác định + MT tổng hợp: Đã biết thành phần hóa học và số lượng của các chất có trong MT: [ VD: (NH4)PO4-1,5; KH2PO4-1,0; MgSO4-0,2; CaCl2-0,1; NaCl – 5,0 ( g/l) ] + MT bán tổng hợp: chứa 1 số chất tự nhiên và một số chất hóa học đã biết rõ thành phầnvà số lượng  Vậy không khí có được coi là MT tự nhiên của VSV không?

1

- Không, do kk không có các chất dinh dưỡng và các điều kiện khác cho sự ST và PTcủa VSV. - Không khí chỉ là nơi phát tán các VSV cùng với các bụi bẩn 4. Vai trò của vi sinh vật * Có ích: - VSV là mặt xích chủ yếu trong các chu trình chuyển hoá các hợp chất C, N, P, K, S của tự nhiên.

- Tham gia vào việc giữ gìn tính bền vững của hệ sinh thái và bảo vệ môi trường.

- Trong nông nghiệp, VSV là tác nhân quan trọng để cải tạo đất, làm phân bón, thuốc trừ sâu và các chế phẩm sinh học phục vụ trồng trọt và chăn nuôi.

- Là lực lượng sản xuất trực tiếp trong công nghiệp lên men tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, y tế, đời sống.

VD: * Sinh khối Spirulina giàu dinhdưỡng và vitamin được sử dụng làm thuốc, làm thức ăn bổ sung cho người và động vật * Tạo kháng sinh ampiciline chống các VK kháng thuốc từ penicilium VD:+ Sử dụng coryneanbacterium glutamicum trong sản xuất mônônatriglutamat( mì chính) + Sử dụng nấm vàng hoa cau( Aspegillus oryzae) để sản xuất nước tương + Sữa chua, nem chua là sản phẩm của quá trình lên men lactic - Là mô hình lí tưởng cho nghiên cứu và ứng dụng trong công nghệ sinh học và sinh học phân tử.

- Có vai trò quan trọng trọng ngành năng lượng: Vd: các VSV chuyển hóa chất hữu cơ thành cồn, gas … * Có hại: - Vi sinh vật là nguyên nhân gây ra dịch bệnh nguy hiểm cho người, động vật, thực vật (thông qua độc tố là sản phẩm tổng hợp của vi sinh vật) VD: Mycoplasma gây bệnh viêm phổi, viêm khớp Richketxi gây bệnh sốt phát ban - Làm hư hỏng các thực phẩm, đồ dùng, hàng hoá, thiết bị và các công trình xây dựng gây thiệt hại đáng kể cho con người.

II. CÁC NHÓM VI SINH VẬT VSV

Nhóm vi khuẩn: vi khuẩn, vi khuẩn lam, xạ khuẩn, vi khuẩn nguyên thuỷ Vi khuẩn cổ Vi tảo Vi nấm ( nấm men, nấm sợi VSV nhân thực Động vật nguyên sinh

* SINH VẬT NHÂN SƠ A. NHÓM VI KHUẨN 1. Vi khuẩn: a. Hình thái: * Hình cầu, hình trứng gọi chung là cầu khuẩn (Coccus) - Cầu khuẩn phân cắt liên tiết theo một mặt phảng và dính nhau gọi là liên cầu khuẩn (Streptococcus).

2

- Cầu khuẩn phân cắt theo nhiều mặt phẳng ngẫu nhiên được 1 đám Tb như chùm nho gọi là tụ cầu ( Straphylococcus).

- Nếu 2 Tb luôn dính với nhau gọi là song cầu khuẩn. * Hình que (trực khuẩn) * Hình xoắn: - phẩy khuẩn - Xoắn khuẩn (xoắn dài thành sợi cứng nhắc) và xoắn thể ( xoắn dài thành sợi mềm mại) b. Cấu trúc: * Thể nhân: - Vật chất di truyền không được ngăn cách với tế bào chất do chưa có màng nhân.

- Chứa ADN là NST duy nhất khép kín và xoắn lại tạo nhiều vòng chứa thông tin di truyền cho mọi chức năng của tế bào. * Tế bào chất: có các phân tử cần thiết cho Tb như prôtêin, lipit, cacbohiđat, các ion, plasmit, ribôxôm và các hạt dự trữ (thể vùi) - Ribôxôm: + Cấu tạo từ rARN và prôtêin + là thể 70S gồm: tiểu đơn vị 50S gồm các loại rARN 5S và 23S. tiểu đơn vị 30S gồm rARN 16S. => dựa vào sự khác biệt trình tự nuclêôtit của rARN 16S để xác định tên một loài vi khuẩn. Ribôxôm của VK gây bệnh khác ribôxôm của người, vì thế nếu một chất kháng sinh tác động vào ribôxôm của VK để ngăn cản tổng hợp prôtêin thì không gây hại cho người. + Chức năng: nơi tổng hợp prôtêin.

- Thể vùi: + Hình thành trong quá trình sinh trưởng đặc biệt khi môi trường giàu chất dinh dưỡng + Chức năng: (+) dự trữ chất dinh dưỡng và làm giảm áp suất thẩm thấu bằng cách buộc các phân tử lại dưới dạng hạt VD hạt volutin cung cấp phôtphat; thể vùi glicogen, tinh bột dùng để dự trữ năng lượng; hạt chứa lưu huỳnh.... (+) Chứa các tinh thể diệt côn trùng VD ở vi khuẩn Bacillus thuringiensis (+) Định hướng từ trường trái đất VD hạt Magnetoxom hoặc hạt từ (Fe3O4) ở 1 số vi khuẩn.Tìm thấy ở cả trong Tb của các động vật di cư. (+) Giúp vi khuẩn trôi nổi VD: thể vùi dạng không bào khí ở vi khuẩn lam, vi khuẩn quang hợp màu tía, màu lục.

- Plasmit: + ADN kép, dạng vòng, có khả năng sao chép độc lập với ADN nhiễm sắc thể. + Chứa thông tin cho một đặc điểm nào đó của tế bào, không thật là thiết yếu đối với tế bào.

VD: chứa các gen kháng lại kháng sinh + Có khả năng được truyền từ tế bào này sang tế bào khác => lan truyền tính chất mà các gen của nó mã hoá trong một quần thể. + Được dùng làm vectơ trong kỹ thuật chuyển gen. * Màng sinh chất: - Cấu trúc: + khảm động tương tự màng sinh chất tế bào nhân thực + Khác: có tỉ lệ prôtêin cao hơn màng sinh chất của tế bào nhân thực do thực hiện nhiều chức năng khác nhau vẫn được thực hiện trên màng bào quan của sinh vật nhân thực VD: chức năng vận chuyển điện tử trong hô hấp, quang hợp...

Các phân tử làm ổn định (bền) cấu trúc màng là hopanoit - Chức năng : + Giống màng sinh chất của sinh vật nhân thực, đó là: 3

(+) kiểm soát sự ra vào của các chất dinh dưỡng, của các sản phẩm trao đổi chất một cách chọn lọc (+) Duy trì áp suất thẩm thấu bình thường bên trong tế bào. (+) Tiếp nhận và truyền thông tin từ bên ngaòi vào trong tế bào. (+) Có dấu hiệu đặc trưng để nhận biết tế bào lạ.. + Ngoài ra màng sinh chất ở sinh vật nhân sơ còn có thêm các chức năng sau: (+) Là nơi sinh tổng hợp các thành phần của thành tế bào (peptiđôglican, axit teicôic, lipôpôlisaccarit) và các pôlime của vỏ nhầy (màng giáp). (+) Là nơi tiến hành photphoryl hoá oxi hoá ( với mọi vi khuẩn) và photphoryl hoá quang hợp ( với vi khuẩn quang hợp). (+) là nơi tổng hợp nhiều loại enzim (ATP- sinthetaza, enzim tham gia tổng hợp thành tế bào...), các prôtêin của chuỗi hô hấp. (+) Cung cấp năng lượng cho sự vận động của lông, roi * Thành tế bào: - Có ở các loài vi khuẩn - Cấu trúc: + Thành phần chính là peptiđôglican gồm peptit và glican (+) Glican: gồm 2 đơn vị đường amin gắn luân phiên với nhau là N- axêtylglucôzamin (NAG) và axit N- axêtylmuramic (NAM), nối với nhau băng liên kết  - 1,4 – glicôzit tạo thành một lớp. (+) Peptit: gồm 4 axit amin nối với nha bởi liên kết peptit tạo thành tetrapeptit, gắn với đơn vị NAM. + Thành tế bào còn chứa các thành phần khác. Dựa vào thành phần này và hàm lượng peptiđôglican mà vi khuân chia thành 2 nhóm: VK Gram âm và vi khuẩn Gram dương VK Gram dương: *Peptidoglycan là loại polyme xốp, khá bền vững, cấu tạo bởi 3 thành phần: - N-Acetylglucosamin - Acid N-Acetylmuramic - Tetrapeptid chứa cả D- và L- acid amin *Axit teichoic là polime của ribitol và glixerol photphat : vận chuyển các ion dương vào ra tế bào, giúp tế bào dự trữ phot phat. có liên quan đến kháng nguyên bề mặt và tính gây bệnh của 1 số vk gram dương.

VK Gram âm:có 3 lớp: Màng ngoài : lipopolisaccarit( LPS): gồm 3 thành phần : + LipitA : 2 phân tử N acetyl glucozamin, 5 chuỗi dài axit béo: lipit A là nội độc tố của vi khuẩn, gây sốt, tiêu chảy, phá hủy hồng cầu… + Polisaccarit lõi + Kháng nguyên O : phần polisccarit vươn khỏi màng vào môi trường: quyết định nhiều đặc tính huyết thanh của các vi khuẩn có chưa 1LPS và vị trí gắn thụ thể của thể thực khuẩn 4

Màng ngoài còn có thể có 1 số loại prôtein: prôtein cơ chất: vd porin (protein lỗ)ở E. coli, protein màng ngoài có năng lực vận chuyển chuyên biệt các phân tử lớn và lipoprotein : liên kết giữa lớp peptiđôglican bên trong với màng ngoài  So sánh thành tế bào vk G+ và GVi khuẩn Gram dương Vi khuẩn Gram âm Lớp peptiđôglican dày-> thành Tb khoẻ hơn Lớp peptiđôglican mỏng Có axit teichôic không không có có thêm một lớp màng ngoài là lipôpôlisaccarit (LPS) chính là nội độc tố của vi khuẩn. có khoang chu chất không rõ rệt có khoang chu chất rõ rệt từ 1-71 nm Khi nhuôm bằng phương pháp Gram có màu khômg màu sau đó bắt màu đỏ của thuốc tím nhuộm bổ sung. đại diện: tụ cầu khuẩn, liên cầu khuẩn, trực vi khuẩn E.coli, lậu cầu khuẩn... khuẩn, xã khuẩn...

- Chức năng : + Thành tế bào giúp duy trì hình thái của tế bào + Hỗ trợ sự chuyển động của tiên mao + Giúp tế bào đề kháng với áp suất thẩm thấu, hỗ trợ quá trình phân cắt tế bào + Cản trở sự xâm nhập của một số chất có phân tử lớn + Liên quan đến tính kháng nguyên , tính gây bệnh, tính mẫn cảm với Thực khuẩn thể * Các cấu trúc bên ngoài thành tế bào - Màng nhầy: + Có ở 1 số vi khuẩn + Thành phần chủ yếu là nước , polysaccarid, ngoài ra cũng có polypeptid và protein. + Chức năng chính: bảo vệ Ngoài ra còn có chức năng: (+) Cung cấp chất dinh dưỡng cho vi khuẩn khi thiếu thức ăn (+) Là nơi tích luỹ một số sản phẩm trao đổi chất (dextran, xantan...) (+ ) Giúp vi khuẩn bám vào giá thể - Roi: + thành phần cấu tạo là prôtêin + Giúp vi khuẩn di chuyển - Lông: + Cấu tạo bằng prôtêin + Có chức năng như các thụ thể : tiếp nhận virut, tham gia vào quá trình tiếp hợp + Giúp vi khuẩn bám vào bề mặt tế bào chủ c. Hoạt động sống và sinh sản * Sinh sản: - Phân đôi (là hình thức sinh sản phổ biến ở vi khuẩn) + ADN vào mêzôxôm trên màng sinh chất làm điểm tựa nhân đôi. + TB dài ra, sự phân chia tiến hành ở giữa hai vị trí gắn, ADN cùng với tế bào chất ra hai bên + Tế bào hình thành vách ngăn do tạo màng và thành tế bào mới giữa hai phần + Sau khi hình thành vách ngăn, hai tế bào con có thể tách rời hoặc vẫn gắn với nhau.

- Sinh sản bằng lối nảy chồi: + Có ở một số vi khuẩn sống trong nước + Tế bào tạo một chồi ở cực, sau đó lớn dần, tách ra thành tế bào mới. * Hoạt động sống - Có 4 kiểu dinh dưỡng cơ bản 5

+ Vi khuẩn hoá dị dưỡng: E.coli (trực khuẩn), xoắn khuẩn, vikhuẩn lactic... + Vi khuẩn hoá tự dưỡng: các vi khuẩn chuyển hoá nitơ (nitrobacter, Nitrosomonas), chuyển hoá sắt... + Vi khuẩn quang tự dưỡng: Vi khuẩn lưu huỳnh mà lục, màu tía + Vi khuẩn quang dị dưỡng: Vi khuẩn lục, tía không lưu huỳnh.

- Khi gặp điều kiện bất lợi khối tế bào chất của vi khuẩn co đặc lại, hình thành nhiều lớp màng dày, khó thấm, có khả năng đề kháng cao với các tác nhân vật lí, hoá học, đặc biệt rất bền nhiệt do có chứa canxi đipicôlinat gọi là nội bào tử + Là cấu trúc nghỉ, có tính đề kháng đặc biệt, có ở nhiều VK Gram dương + Nằm trong TB dinh dưỡng, cấu trúc rất phức tạp + Số lượng 1bào tử /TB + Không có chức năng sinh sản + Có tính đề kháng cao với các sốc của MT + Các VK mang BT đều gây bệnh rất nguy hiểm * Cấu tạo nội bào tử - Lớp màng ngoài:Cấu trúc xốp, cách nhiệt, thành phần chủ yếu là lipoprotêin, khó thấm - Lớp áo: chủ yếu là protêin và 1 ít là photpholipoprotêin, có tính đề kháng cao với lizozim, protêaza, chất hoạt động bề mắt - Lớp vỏ bào tử: chứa canxidicolinat giúp bào tử bền với nhiệt và chịu nhiệt cao - Lõi bào tử: có thành bào tử, màng bào tử, bào tử chất, vùng nhân bào tử.Lõi bào tử chứa enzim không hoạt động→ phản ứng sinh hóa không diễn ra, trao đổi chất cực thấp * Muốn diệt bào tử : khử trùng ở nhiệt độ cao lớn hơn 1200C 2. Một số vi khuẩn đặc biệt a. Xạ khuẩn - Dạng sợi không vách ngăn, phân nhánh. Hình dạng ngoài giống nấm sợi nhưng đường kính sợi nhỏ hơn nhiều. khuẩn lạc có hình phóng xạ - Có 2 loại khuẩn ti (sợi): + Khuẩn ti cơ chất + Khuẩn ti khí sinh - Cấu trúc : tương tự vi khuẩn, phần lớn là Gram (+) - Hoá dị dưỡng, hiếu khí - Vai trò: phân giải chất hữu cơ, cố dịnh nitơ (xạ khuẩn sống cộng sinh trong nốt sần rễ cây phi lao, dùng để sản xuất chất kháng sinh (VD: Streptomyces) Một số rất ít kị khí hoặc vi hiếu khí có thể gây bệnh VD: xạ khuẩn Actinomyces sp, thường kí sinh trong khoang miệng và họng của người và động vật Sự phát triển của khuẩn ti ở xạ khuẩn A: bào tử nảy nầm B: hình thành khuẩn ti cơ chất C: Hình thành khuẩn ti khí sinh

6

- Sinh sản chủ yếu nhờ hình thành bào tử vô tính: Từ phía đầu của sợi khí sinh hình thành nhiều vách ngăn tạo thnàh một chuỗi bào tử, bào tử phát tán, gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển thành cơ thể xạ khuẩn mới.

(Bào tử có hình tròn, ô van hay hình trụ với màng nhẵn hay xù xì, có gai hoặc lông là đặc điểm bền vũng dùng để phân loại ) b. Nhóm vi khuẩn nguyên thủy * Micoplasma - Có kích thước nhỏ nhất trong sinh giới.

- Không có thành tế bào => có khả năng biến hình thành nhiều dạng, dễ mẫn cảm bởi áp suất thẩm thấu, cồn và các chất hoạt động bề mặt (xà phòng). Không mẫn cảm với pênixilin, lizôzim và các chất kháng sinh ức chế tổng hợp thành TB - Bị tiêu diệt bởi các kháng sinh ức chế tổng hợp prôtêin.

- Sinh sản bằng nội bào tử hình thành bên trong cơ thể (chất nhân phân chia thành nhiều hạt nhỏ nằm trong một khối tế bào chất. Các hạt nhỏ này hình thành màng bao quanh và được giải phóng ra ngoài TB mẹ tạo thành cơ thể mới) - Hóa dị dưỡng theo kiểu hoại sinh hoặc kí sinh (gây bệnh đường hô hấp, đường niệu sinh dục ở người và động vật, bệnh viêm phổi) * Ricketxi - Kích thước lớn hơn Micoplasma, có thành TB, Gram (-), không có vỏ nhầy.

- Hóa dị dưỡng theo kiểu kí sinh bắt buộc trên cơ thể người và động vật gây bệnh sốt phát ban…

- Sinh sản vô tính theo kiểu phân đôi TB * Clamidia - Có thành TB, Gram (-), kích thước nhỏ hơn vi khuẩn - Thiếu enzim cần cho trao đổi năng lượng nên không tạo được ATP riêng, vì vậy phải kí sinh bắt buộc trong các tế bào nhân thực để sử dụng ATP của vật chủ.

- Sinh sản theo kiểu phân cắt - Gây bệnh mắt hột. c. Vi khuẩn lam - Gram (-), có hình dạng khác nhau đứng riêng rẽ hoặc tạo thành sợi. Ở một số loại dạng sợi có chứa tế bào dị hình là nơi cố định nitơ.

- Quang tự dưỡng (giống cây xanh và tảo), hiếu khí hoặc kị khí không bắt buộc.

- Sinh sản theo kiểu phân cắt hoặc đứt đoạn tại các tế bào dị hình - Có không bào khí → vi khuẩn nổi trên mặt nước - Tác hại khí một số vi khuẩn lam ở ao hồ phát triển quá mạnh tạo nên hiện tượng “nước nở hoa” làm cho nước có màu xanh xỉn và mùi hôi, làm giảm lượng ôxi trong nước, gây tác hại cho thủy sản.

- Vai trò: + Một số có giá trị ding dưỡng cao và chứa hoạt chất có giá trị y học, nên được nuôi trồng để làm thuốc và làm thực phẩm chức năng. + Một số có khả năng cố định nitơ được ứng dụng trong nông nghiệp cung cấp nitơ cho cấy trồng. + Làm thức ăn cho động vật thủy sinh B. VI KHUẨN CỔ 7

1. Những đặc điểm khác với vi khuẩn (xem phần phân chia 3 lãnh giới ở chuyên đề sinh học tế bào) - Màng sinh chất có thể có axit béo bão hòa cao nên có điểm sôi rất cao (vi khuẩn siêu ưa nhiệt) - Tế bào chất có thể có khả năng bài xuất ion Na+, hấp thụ và cô đặc ion K+, giúp điều tiết áp suất thẩm thấu (vi khuẩn chịu áp suất thẩm thấu cao, chịu mặn); có thể có sắc tố quang hợp là 1 loại prôtêin màu tía (bacterioclorophyl) - Dinh dưỡng và chuyển hóa: + Hóa tự dưỡng: VK sinh mêtan; VK ưa nhiệt, ưa axit sống hiếu khí ở suối nước nóng + Quang tự dưỡng: VK ưa mặn + Hóa dị dưỡng: VK sinh mêtan - Vai trò: Vi khuẩn sinh mêtan là VK kị khí bắt buộc, sinh khí mêtan, được sử dụng trong bể tạo khí sinh học và trong hệ thống xử lí nước thải. * SINH VẬT NHÂN THỰC C. VI TẢO - Cơ thể đơn bào hoặc tập đoàn dạng sợi có hoặc không phân nhánh, có hoặc không có vách ngang - Thành tế bào cấu tạo từ polisaccarit (chủ yếu xenlulôzơ, mannan hay xilan) - Trong tế bào chất có các bào quan, lục lạp đều chứa clorophyl a, sắc tố phụ khác nhau tùy loài.

- Sống trôi nổi hay di động trong các thủy vực, nước biển nhờ roi hay bám trên mặt đất ẩm. Quang tự dưỡng - Hầu hết sinh sản vô tính nhờ nguyên phân. Một số sinh sản hữu tính bằng tiếp hợp (tảo lưỡi liềm), đẳng giao (giao tử đực và giao tử cái có hình thái giống nhau) hay dị giao (giao tử đực và cái có hình dạng khác nhau) - Tác hại: + Khi gặp ĐK thuận lợi, các vi tảo phát triển mạnh (hiện tượng “nước nở hoa” (thủy triều đỏ)) rồi chết đột ngột gây ô nhiễm nước, thiếu hụt ôxi làm cho các thủy sản chết hành loạt. + Các vi tảo sống trên mặt đất có thể cạnh tranh chất khoáng với cây trồng.

- Công dụng: + Thức ăn cho động vật thủy sinh, làm sạch nguồn nước, dùng để đánh giá mức độ sạch hay ô nhiễm của nguồn nước. + Tạo ra khoảng 1 nửa lượng ôxi trong khí quyển Trái Đất. + Sản xuất sinh khối làm thức ăn bổ sung cho người và động vật.

Xác tảo si líc tạo thành Điatômit làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp như làm chất cách nhiệt, hấp phụ, vật liệu học D. VI NẤM: nấm men và nấm sợi 1. Nấm men a. Hình thái: - Thường đơn bào, một số có dạng tập đoàn (khuẩn ti giả) hay đa bào dạng sợi khuẩn ti thật) - Hình cầu, hình trứng, hình ống…

- Kích thước thay đổi từ 1,5 – 12 – 20 micrômet b. Cấu tạo * Thành tế bào: + Chủ yếu là các hợp chất: mannan – glucan và mannan – kitin + Chức năng: giông vi khuẩn * Màng sinh chất : giống vi khuẩn * Tế bào chất: chứa các bào quan: Ribôxôm, ti thể, bộ máy gôngi, lưới nội chất * Nhân: Màng nhân có lỗ, chất nhân chứa NST c. Sinh sản: 8

- Sinh sản vô tính bằng nảy chồi (phổ biến) ( Hình bên )

Từ TB mẹ mọc ra một hay nhiều chồi nhỏ, mỗi chồi được nhận một phần chất nhân và tế bào chất của TB mẹ. Chồi tách khỏi TB mẹ hình thành cơ thể độc lập. Có khi chồi không tách khỏi TB mẹ mà tạo thành tập đoàn có dạng như cành cây.

- Một số sinh sản vô tính theo kiểu phân cắt TB bằng vách ngăn hoặc kết hợp cả nảy chồi và phân cắt (đại diện: nấm men rượu rum) - Một số sinh sản hữu tính theo kiểu tiếp hợp tạo túi bào tử (đại diện: Nấm men bánh mì (Saccharomyces cerevisiae))

TB lưỡng bội giảm phân tạo 4 hoặc nhiều hơn bào tử đơn bội có thành dày bên trong TB mẹ, thành TB mẹ trở thành một túi chứa các bào tử. Khi túi vỡ, các bào tử giải phóng; các bào tử khác nhau về giới tính (-, +: khác nhau về một số thành phần, tính chất hóa sinh) sẽ kết hợp với nhau tạo thành một tế bào lưỡng bội nảy chồi mạnh mẽ. d. Hoạt động sống: - Dị dưỡng hoại sinh, 1 số ít kí sinh gây bệnh VD Candida albicans gây bệnh tưa lưỡi ở tre sơ sinh, nhiễm âm đạo gây bệnh phụ khoa ở phụ nữ.

- Thích nghi với môi trường có đường cao, tính axit cao (pH thấp) e. Vai trò: * Có lợi - Cung cấp sinh khối giàu prôtêin và vitamin để làm thức ăn cho người, ĐV - Sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm : sản xuất rượu, bia , bánh mì…

- Sản xuất thuốc chữa bệnh * Có hại; -Gây bệnh cho người và gia súc - Gây hư hỏng thực phẩm 2. Nấm sợi a. Hình thái - Dạng sợi dài (sợi nấm khí sinh và sợi nấm cơ chất) phân nhánh, có hoặc không có vách ngăn - Các sợi nấm phát triển thành hệ sợi → khuẩn lạc 9

* Nấm sợi có vách ngăn: gồm nhiều tế bào ngăn cách nhau = vách ngăn. Vách ngăn có nhiều lỗ → Tế bào chất và nhân giữa các tế bào thông nhau → nấm sợi có vách ngăn có cấu tạo đa bào chưa hoàn chỉnh b. Cấu tạo - Thành tế bào khác nhau ở từng nhóm nấm: kitin, xenlulôzơ – glucan hay kitin - glucan - Trên màng sinh chất có các nếp gấp hoặc xoắn lại gọi là thể màng biên, nằm giữa thành TB và màng sinh chất, tham gia hình thành vách ngang hoặc bài tiết chất nào đó.

- Tế bào chất chứa các bào quan - Nhân có lỗ nhân và nhân con.

- Các nhân thường tập trung đầu mút của sợi (giúp cho sự sinh trưởng của sợi) nên ở dạng có vách ngăn sẽ thấy có TB không có nhân hoặc có nhiều nhân. c. Sinh sản: - Sinh sản vô tính theo kiểu đứt đoạn (sinh sản sinh dưỡng): Sợi nấm đứt thành nhiều đoạn nhỏ, mỗi đoạn phát triển thành 1 cơ thể mới.

- Sinh sản vô tính bằng bào tử: + Bào tử áo: Tế bào của sợi nấm khí sinh hình thành vách dày tạo thành bào tử áo. + Bảo tử kín: Các bào tử có màng dày được hình thành trong một túi bào tử, túi bào tử được mang bởi một cuống mọc ra từ sợi nấm khí sinh. + Bào tử đính (bào tử trần): cuống đính bào tử mọc ra từ một tế bào của sợi khí sinh, đầu cuống phình to mang các TB hình thành ống (thể bình), trên thể bình đính các bào tử mọc thành chuỗi dài. + Bào tử chồi: các bào tử chồi nảy mầm từ các tế bào mẹ của thể sợi nấm.

- Sinh sản hữu tính: bằng bào tử tiếp hợp (+) Kiểu đơn giản: Bào tử (+) → Sợi nấm (+) → Giao tử (+) (n) (n) (n) Bào tử (-) → Sợi nấm (-) → Giao tử (-) (n) (n) (n) Giảm phân

→ Hợp tử (2n)

Sợi nấm (2n)

(+) Kiểu phức tạp: Sợi nấm (+) → Tế bào (+) (n) (n) Sợi nấm (-) → Tế bào (-) (n) (n) Bào tử (n)

→ Tế bào 2 nhân → Sợi 2 nhân (n + n) (n + n)

Giảm phân

Tế bào sinh bào tử (2n)

d. Hoạt động sống: Dị dưỡng hoại sinh, 1 số ít kí sinh, cộng sinh e. Vai trò: * Có lợi: - Sản xuất chất kháng sinh, vitamin 10

- Trong công nghiệp thực phẩm: dùng nấm sợi để sản xuất tương, chao, nước tương, phomat, axit xitric…

- Cung cấp sinh khối cho người, ĐV * Có hại: - Gây bệnh cho người và gia súc: hắc lào, lang ben, nấm tóc…

- Gây bệnh cho cây trồng: đạo ôn, đốm nâu - Gây hư hỏng thực phẩm E. ĐỘNG VẬT NGUYÊN SINH - Cơ thể đơn bào nhân thực - Có khả năng di động nhờ lông, roi , hoặc trườn giống như amip.

- Đa số sống theo kiểu hóa dị dưỡng, một số sống cộng sinh (trùng roi sống trong ruột mối) hoặc kí sinh (trùng sốt rét) - Sinh sản: + phổ biến sinh sản vô tính theo kiểu phân cắt + Một số sinh sản hữu tính theo kiểu tiếp hợp + Sinh sản bằng bào tử (vô tính hoặc hữu tính) - Một số khi gặp ĐK bất lợi có khả năng tạo tế bào dạng nghỉ gọi là kén để tồn tại.

- Vài trò: quan trọng trong lớp bùn hoạt tính trong các hệ thống xử lí rác.

PHẦN II: CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở VI SINH VẬT I. Các kiểu dinh dưỡng ở VSV - Kiểu dinh dưỡng là cách thức VSV sử dụng năng lượng và thức ăn trong MT. - VSV có 4 kiểu dinh dưỡng cơ bản: 1. Quang tự dưỡng : nguồn năng lượng là AS, nguồn C chủ yếu là CO2.

Diệp lục CO2 + H2O (CH2O)n + O2 Khuẩn lục tố CO2 + H2S

(CH2O)n + H2O + S

 Sư khác nhau cơ bản giữa VK màu lục, VK lam, VK không S màu tía: VK S màu lục VK lam Về cấu Cloroxom gồm các túi liên Tilacoit và phicobilixom. trúc bộ kết với protein nằm trong máy quang màng sinh chất. hợp Sắc tố Là khuẩn diệp lục a,c, d, clorophyl a (diệp lục a), quang hợp e. caroten, phicoxianin, ( bacterioclorophyl) phicoeritrin Quá trình Photphoryl hoá không giải Photphoryl hoá giải quang hợp phóng ôxi, thực hiện phóng ôxi, , thực hiện quang photphoryl hoá quang photphoryl hoá vòng vòng và quang photphoryl hoá không vòng

VK không S màu tía Các vùng lõm vào của màng sinh chất..

Là khuẩn diệp lục a,b. ( bacterioclorophyl) Photphoryl hoá không giải phóng ôxi, , thực hiện quang photphoryl hoá vòng 11

Nguồn H2S, H2 cung cấp e Nơi phân Sống ở đáy ao giàu chất bố hữu cơ phân giải

H2O

H2S, H2

Sống ở lớp nước bề mặt giàu oxy.

Sống ở lớp nước nông.

2. Hoá tự dưỡng : nguồn năng lượng là các chất vô cơ, nguồn C chủ yếu là CO2. ( VK nitrát , nitrit hoá,....) (xem phần hóa tổng hợp) 3. Quang dị dưỡng : nguồn năng lượng là AS, nguồn C và chất cho điện tử ban đầu là các chất hữu cơ.

VD: VK không chứa S màu lục (Rhodobacter ) VK không chứa S màu tía (Chloronema ) Khuẩn lục tố CO2 + C3H7OH (CH2O)n + H2O + CH3 – CO – CH3 4. Hoá dị dưỡng: nguồn năng lượng là các chất hữu cơ, nguồn C chủ yếu là chất hữu cơ Phần lớn các VSV:nấm, tất cả động vật nguyên sinh, VK lactic, Clostridium, Bacillus, Pseudomonas, VSV khử sun phat.

II. Chuyển hóa vật chất ở vi sinh vật 1. Quá trình phân giải các chất ở VSV - Khi tiếp xúc với các chất dd có phân tử lớn, VSV tiết vào MT các enzim thuỷ phân ( enzim ngoại bào) như nuclêaza, prôtêaza, amilaza, lipaza... để phân giải chúng thành các chất đơn giản -> hấp thụ vào tế bào để xây dựng tế bào hoặc tiến hành phân giải nội bào.

- Các đơn phân khác như glucôzơ axit amin, axit bé, glixêrol... được biến đổi thành axit piruvic hoặc axêtyl- CoA -> phân giải tiếp bằng con đường hô hấp hay lên men.  Tại sao nói glucozơ là trung tâm của mọi con đường TĐCở VSV? + Glucoza là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho mọi hoạt động của cơ thể + VSV dễ đồng hóa nhất + Cung cấp các tiền chất cho hầu hết các quá trình sinh tổng hợp đại phân tử cho TB + Tồn tại ở dạng dự trữ góp phần duy trì sự ổn định tính chất sinh lý, áp suất thẩm thấu của TB Glucozơ có thể được VSV phân giải theo các con đường sau: Axit piruvic • Đường phân (EMP) - Diễn ra trong TBC, xuất hiện sớm nhất, ở hầu hết các VSV. 1G → 2 axit piruvic + 2ATP (Năng lượng 51%) Hô hấp hiếu khí Hô hấp kị khí Lên men • Con đường hecxôzơ mônôphôtphat (HMP) hay pentôzơphôtphat (PP) - Phổ biến ở rất nhiều VSV, sản xuất các tiền CO2 + H2O Các hợp chất hữu A.Lactic, chất trao đổi dùng trong đồng hóa mà đường cơ - Các hợp chất A.propionic, rươu phân không tạo ra được. vô cơ etylic 1G → 1 axit piruvic + 1ATP (Năng lượng 25,5%) • Con đường Entner – Doudoraff (ED) - Rất ít VSV tham gia trừ Pseu. aeruginosa và Enterococcus faecalis - Tạo ra các tiền chất trao đổi mà đường phân không tạo ra 1G → 2 axit piruvic + 1ATP (Năng lượng 25,5%) 12

C6H12O6 → KDPG → NADH + H+ , NADPH + H+ + 2 CH3COCOOH + 1 ATP (KDPG : kêtô 3 đêoxi 6 phôtphoglucônat) . So sánh hô hấp và lên men ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

Hô Hấp Oxy hoá hoàn toàn cabohyđrat Oxy hoá a.piruvic thành CO2 + H2O. Các VSV hiếu khí 1Glucoza→ 38ATP Sử dụng các chất nhận điện tử cuối cùng từ bên ngoài là oxy ( HH hiếu khí) và NO3-, SO42-, CO2 (HH kị khí)

▪ ▪ ▪ ▪ ▪

Lên Men Phân giải kị khí cacbohyđrat A. piruvic bị khử thành axit hữu cơ dạng khử VSV kị khí không bắt buộc 1 Glucoza→2 ATP Tạo ra các sp hữu cơ dạng khử từ các chất trung gian là chất nhận điện tử cuối cùng

2. Qúa trình tổng hợp các chất ở vi sinh vật *. Tổng hợp axit nucleic và protêin: Tương tự như ở mọi tế bào sinh vật *. Tổng hợp polisaccarit: - Ở vi khuẩn và tảo, việc tổng hợp tinh bột và glycogen cần có hợp chất mở đầu là ađenozin điphơtphat- glucôzơ ( ADP- Glucôzơ) - (Glucôzơ)n + (ADP – Glucôzơ) → (Glucôzơ)n+1 ADP *. Tổng hợp lipit: Glyxêrol + axit béo → lipit

+

 Các sắc tố QH khác nhau ở điểm nào?

- Sắc tố QH là các phân tử hữu cơ có khả năng hấp thụ AS - Diệp lục a bắt AS ở bước sóng 680nm do đó tích được nhiều năng lượng hơn.

- Khuẩn diệp lục bắt AS ở bước sóng 710- 1250nm nên tích năng lượng ít hơn.

3. Sự thống nhất và điều hoà các chức năng trao đổi chất + Các tế bào điều hoà trao đổi chất theo nhiều cách để tăng tối đa hiệu quả của tốc độ sinh trưởng và sinh sản. Các cơ chế đó là: - TB tổng hợp hoặc phân giải các prôtêin kênh và prôtêin vận chuyển để làm tăng hoặc giảm nồng độ các chất hoá học có trong bào tương hoặc trong các bào quan.

- Các Tb thường tổng hợp nên các enzim cần thiết để phân giải một cơ chất nào đó chỉ khi cơ chất đó có mặt.

- Nếu hai nguồn năng lượng có mặt cùng 1 lúc, tế bào sẽ phân giải chất nào có hiệu quả hơn về mặt năng lượng. VD: Một VK sinh trưởng khi có mặt cả glucôzơ và lactôzơ sẽ chỉ sản sinh ra các enzim dùng để vận chuyển và phân giải glucôzơ. Khi nguồn glucôzơ bị cạn kiệt thì các prôtêin sử dụng lactôzơ mới được tạo thành.

- Tế bào tổng hợp các chất trao đổi mà chúng cần, nhưng chúng sẽ dừng lại nếu một chất nào đó có mặt dưới dạng một nguồn dinh dưỡng.

VD: các vi khuẩn sinh trưởng trên môi trưởng thừa axit aspatic sẽ ngừng quá trình amin hoá axit oxaloaxetic để tạo axit aspatic.  Lâu dần chức năng này mất đi, sẽ tạo ra nhóm vi khuẩn khuyết dưỡng ( yếu tố đó gọi là nhân tố sinh trưởng) 13

- Các tế bào nhân chuẩn giữ quá trình trao đổi chất này không bị can thiệp bởi quá trình trao đổi chất kia bằng cách cô lập các enzim đặc thù trên trong các bào quan có màng bao bọc.

VD: các prôtêaza trú ngụ trong các lizôxôm sẽ phân giải các prôtêin được thực bào mà không phá huỷ các prôtêin quan trong trong bào tương.

- Tế bào sử dụng các vị trí dị lập thể kimg hãm và kích thích trên các enzim để kiểm soát hoạt tính enzim.

- Sự kìm hãm feedbach (ức chế ngược) làm chậm lại hoặc dừng các con đường trao đổi chất dị hoá khi sản phẩm có mặt phong phú trong môi trường.

- Tế bào điều hoà các con đường trao đổi chất đồng hoá và dị hoá cùng sử dụng một phân tử cơ chất bằng cách yêu cầu các coenzim khác nhau cho từng loại. VD: NADH chỉ dùng cho các enzim dị hoá trong khi NADPH thường sử dụng cho đồng hoá. + Các cơ chế điều hoà trên được chi thành 2 kiểu: - Kiểu 1: Kiểm soát sự biểu hiện gen ( ở đó Tb kiểm soát số lượng và thời lượng sản sinh prôtêin).

- Kiểu 2: Kiểm soát sự biểu hiện trao đổi chất ( ở đó Tb kiểm soát hoạt tính của các prôtêin (enzim) khi chúng đã được sinh ra rồi.

III. ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI VÀ TỔNG HỢP CÁC CHẤT Ở VSV 1. Các quá trình lên men truyền thống Lên men là quá trình chuyển hoá các nguyên liệ gluxit thành rượu và axit hữu cơ nhờ vai trò của các vi sinh vật. Sản phẩm của quá trình này là rượu hoặc các axit hữu cơ là những sản phẩm có lợi, phù hợp với sở thích của người tiêu dùng nên được áp dụng rộng rãi trong việc chế biến, bảo quản rau, quả, nấm ăn, thịt động vật. a) Quá trình lên men rượu - Nguyên liệu: tinh bột (gạo, ngô, sắn…), đường (mía, dịch ép trái cây).

- Tác nhân: nấm sợi, nấm men (Sacchromyces cerevisiae).

- Cơ chế: + Bước 1: Gạo đồ chín, bánh men bóp vụn rắc vào (Trong bánh men chứa bào tử nấm và nấm men), ủ vài ngày.

Nấm sợi Tinh bột Đường (sản phẩm sơ cấp 1) + Bước 2: Sản phẩm sơ cấp 1 bổ sung thêm nước và được lên men tiếp nhờ nấm men Nấm men Đường Rượu (sản phẩm sơ cấp 2) + Bước 3: Chế biến sản phẩm sơ cấp 2 thành rượu thành phẩm.

Chắt, lọc Rượu nếp, rượu vang Sản phẩm sơ cấp 2

Bổ sung nước Hút ra uống

Rượu cần

Bổ sung nước Chưng cất

Rượu trắng

- Điều kiện: + Ở bước 1: Quá trình phân giải tinh bột thành đường là quá trình hiếu khí nên thường được ủ trong thúng (vừa thoáng khí vừa giữ độ ẩm và nhiệt độ cần thiết). + Ở bước 2: Quá trình chuyển hoá đường thành rượu của nấm men là quá trình kị khí nên thường được ủ trong chum có nắp bịt kín. + Ở bước 3: Thiết bị chưng cất tốt có thể loại bỏ các anđehit độc và nâng cao chất lượng rượu.

14

- Kết quả: Rượu không qua chưng cất chứa nhiều chất bổ dưỡng như vitamin, axit amin… b) Quá trình lên men lactic trong làm chua thực phẩm - Nguyên liệu: các loại rau, củ quả.

- Tác nhân: vi khuẩn lactic.

- Cơ chế: Quá trình lên men lactic theo sơ đồ sau: Vi khuẩn lactic C6H12O6 2CH3CHOHCOOH (Đường đơn) (Axit lactic) - Điều kiện: + Kị khí: Vi khuẩn lên men lactic hoạt động trong điều kiện kị khí. Bởi vậy nên rau, củ, quả… phải được nhấn chìm trong dung dịch nước muối. + Ức chế hoạt động của các loại vi khuẩn lên men thối bằng các biện pháp: tạo nồng độ muối phù hợp, bổ sung thêm hành (tỏi, hay riềng) vào lẫn với nguyên liệu, tạo điều kiện để lên men lactic được nhanh hơn (dùng nước ấm để muối dưa, thêm một ít nước chanh để tạo độ chua ban đầu, thêm một ít nước dưa cũ để tăng số lượng vi khuẩn lactic ngay từ đầu).

- Kết quả: + Axit lactic được tạo ra làm cho dưa cà… ăn có vị chua. + Trong trường hợp làm sữa chua tho do axit lactic được tạo ra đã làm kết tủa prôtêin của sữa và sữa ăn có vị chua.  Phân biệt quá trình lên men lactic đồng hình và dị hình: Đặc điểm so sánh

Lên men lactic đồng hình

1. VSV thực hiện 2. Sản phẩm

-Vi khuẩn lactic đồng hình -Axit lactic, không tạo CO2

3.Năng lượng

-Nhiều

Lên men lactic dị hình -Vi khuẩn lactic dị hình -Ngoài axít lactíc còn có rượu, axit axêtic, glixêril, CO2 - Ít hơn

c) Quá trình phân giải protêin trong chế biến nước mắm - Nguyên liệu: cá các loại - Tác nhân: men prôteaza có trong ruột cá, một số nhóm vi khuẩn ưa mặn tham gia quá trình lên men tạo hương.

- Cơ chế: Men proteaza Prôtêin cá Vi khuẩn Axit amin + hương thơm lên men tạo hương - Điều kiện: + Nồng độ muối thích hợp để vừa có tác dung ức chế các vi khuẩn lên men thối hoạt động mà không ảnh hưởng đến hoạt động của men proteaza và các vi khuẩn lên men tạo hương. Lượng muối thường là 25-30% so với khối lượng cá. + Giai đoạn thuỷ phân cá cần được đảo thường khuấy xuyên tạo điều kiện cho sự phân giải cá triệt để. Cũng có thể tăng tốc độ cho giai đoạn này nhờ phơi nắng (để bổ sung nhiệt độ) và bổ sung thêm men phân giải prôtêin từ chồi dứa hay lá dứa. + Giai đoạn lên men tạo hương được tiến hành trong điều kiện kị khí, trong thời gian dài (khoảng 6 tháng), tránh ánh sáng.

- Kết quả: Dịch thuỷ phân được lọc và pha chế thành nước mắm thành phẩm phù hợp với thị trường. d) Quá trình phân giải prôtêin trong làm tương - Nguyên liệu: tinh bột (thường là gạo nếp), prôtêin (đậu tương).

15

- Tác nhân: nấm sợi (Aspergillus oryzae), một số vi khuẩn khác phân giải prôtêin.

- Cơ chế: + Ủ mốc tương: Gạo nếp đổ chín để mốc tương (nấm sợi Aspergillus oryzae) phát triển.

Nấm sợi Tinh bột Đường + Làm nước đậu: Đậu tương rang chín, làm vỡ hạt hay nghiền nhỏ, hoà với nước, để lên men sơ bộ.

Vi khuẩn Prôtêin Prôtêin đơn giản + Axit amin + Ngả tương: Trộn lẫn mốc tương và nước đậu đã làm xong, thêm cho đủ nước và muối rồi lên men tiếp.

Mốc tương Trộn Vi khuẩn Hỗn hợp Tương Nước đậu - Điều kiện: + Nhiệt độ không khí khoảng 30-320 là thích hợp nhất cho mốc tương phát triển (các hạt xôi đều phủ kín mốc màu vàng – hoa cau). Nếu thấy các loại mốc khác mọc xen kẽ cần dùng tay loại bỏ. + Cần tính toán để hai khâu ủ mốc và làm nước đậu kết thúc đồng thời. Nếu mốc xong trước cần hãm bằng nước muối. + Khi ngả tương cần nồng độ muối thích hợp (không dưới 13%), phơi nắng và đảo khuấy thường xuyên.

- Kết quả: Sau khi ngả tương 5-6 ngày là tương đã có thể ăn được, nhưng ngon nhất là sau 1 đến 2 tháng. e) Quá trình lên men giấm Quá trình này thực chất là quá trình ôxi hoá hiếu khí, nhưng dân gian vẫn quen gọi là “lên men”.

- Nguyên liệu: rượu, bia (với nồng độ rượu khoảng 5-6%), hay nước đường, nước dừa.

Tác nhân: vi khuẩn axetic, nếu làm từ nước đường thì quá trình chuyển hoá từ đường thành rượu sẽ do nấm men tham gia chuyển hoá.

- Cơ chế: Nấm men Đường Rượu Vi khuẩn axetic Giấm CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + H2O + (Q) (rượu etylic) (axit axetic) - Điều kiện: + Vì là quá trình hiếu khí nên cần bề mặt thoáng để có đủ ôxi phân tử cho quá trình chuyển hoá. + Nhân dân thường thả vào một quả chuối chín để cung cấp thêm đường, vitamin và những vi khuẩn axetic thường gặp trên chuối chín. + Khi giấm vừa ngon (chứa khoảng 3-5% axit axetic), cần chắt lọc và hấp khử trùng để giữ giấm được lâu.

- Kết quả: Giấm làm theo kiểu dân gian, ngoài axit axetic còn chứa nhiều sản phẩm phụ tạo hương thơm đặc trưng.

2. Sử dụng vi sinh vật trong nông nghiệp a) Sản xuất sinh khối vi sinh vật. * Cơ sở khoa học: một số chủng vi sinh vật mang nhiều đặc tính như: 16

- Chứa hàm lượng dinh dưỡng cao (30-70% prôtêin) cùng các axit amin không thay thế, các vitamin và các men v.v…

- Có tốc độ sinh trưởng và phát triển nhanh. Có thể thấy rõ điều này qua bảng sau: Tên sinh vật Thời gian tăng gấp đôi thể trọng Vi khuẩn 20 - 60 phút Nấm men 1 – 2 giờ Tảo 2 – 6 giờ Nấm sợi 4 – 12 giờ Gà con 200 giờ Lợn con 600 giờ Bê con 1500 giờ - Tận dụng được nhiều nguyên liệu rẻ tiền như nước bã rượu rỉ đường, dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí CO2…

- Chi phí đầu tư cho sản xuất nhỏ và không tốn kém diện tích như chăn nuôi, trồng trọt mà lai chủ động được về năng suất, chất lượng sản phẩm, ít phụ thuộc vào thiên tai, khí hậu, sâu bệnh. * Một số ứng dụng sản xuất sinh khối vi sinh vật ở Việt Nam: - Ủ men thức ăn nuôi heo có tác dụng làm cho heo tăng trọng nhanh, giảm chi phí thức ăn và hạ giá thành sản phẩm.

- Chuyển hoá khoai sắn nghèo prôtêin (1 – 2%) thành sinh khối nấm sợi giàu prôtêin (28 – 32%).

- Nuôi cấy vi khuẩn lam (Spirulina) để chuyển CO2 và phân khoáng thành sinh khối giàu prôtêin (60 – 70%) cùng nhiều hoạt chất sinh học có giá trị cao. b) Sản xuất chất kích thích sinh trưởng dùng trong trồng trọt * Cơ sở khoa học: Nhiều chủng vi sinh vật trong quá trình trao đổi chất đã tạo ra những chất có tác dụng kích thích sự sinh trưởng của thực vật. Điển hình là chất gibêrêlin do nấm lúa von tạo ra. Nuôi cấy chúng trên quy mô cong nghiệp ta có thể thu được khối lượng lớn các chất này phục vụ cho sản xuất nông nghiệp. * Ở Việt Nam cũng đã tiến hành sản xuất gibêrêlin theo phương pháp thủ công. c) Sản xuất phân bón vi sinh vật * Cơ sở khoa học: - Một số vi sinh vật có những đặc tính quý như cố định nitơ khí trời (N 2) thành dạng đạm dễ tiêu trong đất như amôn (NH4), phân giải dạng phân lân khó hấp thụ với cây trồng thành dạng dễ hấp thụ, kích thích sự sinh trưởng ở thực vật, ức chế sự phát triển của nấm bệnh…

- Thành phần vi sinh vật có khả năng này nằm trong hai nhóm: + Nhóm sống tự do: điển hình là các chi Azotobacter, Azospirilum, Clostridium, Anabaena, Nostoc,… + Nhóm sống cộng sinh: điển hình là các chi Rhizobium, Bradyrhizobium, Frankia, Anabaena, Nostoc,…

- Chế tạo hỗn hợp phân bón chứa nhiều tế bào vi sinh vật nói trên sẽ giúp cho đất thêm màu mỡ, tạo điều kiện cho cây trồng sinh trưởng phát triển tốt, năng suất cao… * Một số phân bón vi sinh vật đã được chế tạo và thử nghiệm thành công trong thực tiễn là: - Nitragin: Là loại phân bón chứa nhiều vi khuẩn nốt sần Rhizobium ở cây họ đậu có khả năng cố định nitơ cao. Khi bón cho đậu làm tăng sản lượng 15 – 25%.

17

- Azôgin: Là loại phân bón chứa nhiều vi khuẩn Azotobacter, tác động lên cây trồng qua ba cơ chế: cố định nitơ, kích thích sinh trưởng, ức chế nấm bệnh… Loại này đặc biệt với bắp cải (tăng 3,26 tấn/ha) v.v…

- Bèo hoa dâu chứa vi khuẩn lam (Anabaena axollae) có khả năng cố định đạm. Nuôi trồng chúng trên ruộng lúa làm giảm chi phí mua phân đạm mà vẫn tăng năng suất lúa.

- Phôtphobacterin: là loại phân chứa những vi khuẩn có khả năng phân giải những dạng lân khó tan thành những dạng lân dễ tan mà cây có thể hấp thụ được. d) Sử dụng vi sinh vật để bảo vệ môi trường sống * Cơ sở khoa học: - Một số chủng vi sinh vật có khả năng phân giải những hợp chất khó phân giải và độc hại trong các sản phẩm thải của sản xuất và đời sống.

- Chủ động sử dụng chúng để xử lí nước thải công nghiệp và rác đô thị giúp bảo vệ môi trường sống của con người và các sinh vật khác. * Một số ví dụ thực tiễn: - Linhin: Có nhiều trong nước thải các nhà máy giấy. Nhiều loại nấm có khả năng phân giải chất này như Polystictus, Stereum, Pleurotus…

- Xenlulô: Có nhiều trong rác đô thị. Xạ khuẩn Streptomyces có khả năng phân giải mạnh chất này. e) Sản xuất chế phẩm vi sinh vật diệt sâu bọ (thuốc trừ sâu vi sinh) * Cơ sở khoa học: - Một số vi sinh vật là tác nhân gây bệnh cho các sâu bọ phá hoại cây trồng.

- Sử dụng chúng để diệt sâu bọ sẽ không gây ô nhiễm môi trường, dễ sản xuất với chi phí đầu tư thấp.

- Nhưng thuốc này cũng có nhược điểm chủ yếu là: tác dụng chậm, hiệu quả phụ thuộc vào thời tiết. * Kết quả thực tiễn: - Con người đang ngày càng thu hẹp diện tích sử dụng thuốc trừ sâu hoá học và thay vào đó là thuốc trừ sâu vi sinh.

- Kết quả nghiên cứu và ứng dụng: + 90 loài vi khuẩn, 530 loài nấm sợi, nhiều loài vi rút có khả năng diệt trừ sâu hại cây trồng đã được tìm ra. + Cũng đã tìm được cấc loài vi khuẩn có khả năng tiêu diệt ấu trìng muỗi truyền bệnh sốt rét và sốt xuất huyết. + Đã sử dụng rộng rãi nhiều loại xạ khuẩn có khả năng diệt nấm bệnh trên cây trồng (nấm đạo ôn, khô vằn, tiêm lửa…). + Các nhà khoa học Việt Nam cũng đã thành công bước đầu trong việc xây dựng các quy trình sản xuất thủ công tại chỗ nhiều loại thuốc trừ sâu vi sinh. g) Sản xuất các chế phẩm vi sinh vật sử dụng trong chăn nuôi * Cơ sở khoa học: - Nhiều vi sinh vật có khả năng tổng hợp nhiều chất quý giá như các axit amin không thay thế, các vitamin, các hoocmôn kích thích sinh trưởng.

- Sử dụng chúng sẽ làm tăng hiệu quả của quá trình chăn nuôi. * Kết quả thực tiễn:

18

- Ngày nay có tới 60% các loại axit amin được sản xuất là nhờ vi sinh vật, trong đó đáng kể là lizin, phenylalanin, axit aspartic, axit glutamic v.v… Theo số liệu được công bố, năm 1980 sản lượng axit glumic trên thế giới là 300000 tấn, còn sản lượng lizin là 350000 tấn.

- Nhiều vitamin cũng được tổng hợp nhờ vi sinh vật như B12, B2, A, C, H (B7), D2…

- Kích thích tố sinh trưởng ở bò (BST) và ở lợn (PST) cũng đã được tổng hợp nhờ vi sinh vật.

Sử dụng chúng trong chăn nuôi làm tăng năng suất, hạ giá thành sản phẩm thịt và sữa.

3. Sử dụng vi sinh vật trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm a) Sử dụng vi sinh vật trong công nghiệp rượu bia * Trong sản xuất rượu: - Quy trình chung: + Rỉ đường Nấm men Rượu Chưng cất Cồn tinh khiết Nấm sợi Nấm men + Tinh bột Đường Rượu Chưng cất Cồn tinh khiết - Giá trị kinh tế: + Chế tạo rượu và các loại đồ uống có rượu. + Là nguyên liệu để chế tạo nhiều sản phẩm quan trọng khác như sơn, thuốc ảnh, ête, cao su nhân tạo, thuốc nổ, chất dẻo, sợi nhân tạo… + Là nguồn nhiêu liệu bổ sung và thay thế cho xăng cung cấp cho các loại động cơ (ở Braxin có tới 3 triệu xe ôtô dùng cồn làm nhiên liệu). * Trong sản xuất bia: - Quy trình chung: Ủ + Đại mạch Mầm đại mạch (chứa nhiều men) + Mầm đại mạch Bia tươi Nấm men Tinh bột Bia Các men trong Đóng chai mầm đại mạch Hoa hubơlông Bia chai Khử trùng

b) Sử dụng các vi sinh vật trong sản xuất các axit amin và các axit hữu cơ * Trong sản xuất axit amin: - Quy trình chung: + Sử dụng các chủng vi khuẩn đột biến có khả năng tích tụ môtk lượng lớn axit amin nào đó trong môi trường. + Nuôi cấy chúng trong môi trường dinh dưỡng gồm muối khoáng (N, P, K…), nguồn cacbon (đường, tinh bột, paraphin…), có thể thêm chất kích thích sinh trưởng, trong điều kiện hiếu khí. + Tách, làm sạch, kết tinh axit amin từ môi trường nuôi cấy.

- Giá trị kinh tế: Hiện nay có tới 30 loại axit amin và dẫn xuất được sử dụng làm chất điều vị, làm thực phẩm bổ sung cho người và động vật, làm thuốc. * Trong sản xuất axit hữu cơ: Điển hình là axit xitric (axit chanh) và axit axetic (axit giấm).

- Quy trình chung: + Rỉ đường

Nấm sợi Aspergillus niger ĐK: hiếu khí

Axit xitric

Vi khuẩn axetic + Rượu Axit axetic ĐK: hiếu khí - Giá trị kinh tế: + Axit xitric được dùng trong công nghiệp thực phẩm (nước uống, mứt, kẹo…).

19

+ Axit axetic được dùng với số lượng lớn trong nhiều ngành công nghiệp như cao su, dệt, hoá dược, thực phẩm… c) Sử dụng vi sinh vật trong sản xuất enzim - Quy trình chung: + Nuôi cấy vi sinh vật trong điều kiện và môi trường dinh dưỡng thích hợp + Thu nhận enzim từ môi trường nuôi cấy theo sưo đồ sau: Tách và tinh sạch Enzim ngoại bào Tế bào Phá vỡ tế bào, Enzim ngoại bào tách và tinh sach - Giá trị kinh tế: Enzim là chất xúc tác sinh học được sử dụng trong khá nhiều lĩnh vực khác nhau của sản xuất và đời sống. Ví dụ: Amylaza dùng thuỷ phân tinh bột thành đường (dùng trong công nghiệp thực phẩm, giấy…), Prôtêaza thuỷ phân prôtêin thành các prôtêin đơn giản và các axit amin (dùng trong công nghiệp thực phẩm), Lipaza thuỷ phân chất béo (công nghiệp xà bông), Pectinaza thuỷ phân pectin (công nghiệp thực phẩm), Xenlulaza thuỷ phân xenlulô (dùng bổ sung vào thức ăn gia súc và xử lí rác), một số enzim dùng trong chuẩn đoán bệnh tật và trong kỹ thuật di truyền… d) Sử dụng vi sinh vật trong sản xuất chất kháng sinh - Quy trình chung: + Pha tăng sinh khối: Trong môi trường dinh dưỡng và điều kiện thích hợp, bào tử hay xạ khuẩn nảy mầm và sinh sản để tăng sinh khối lên nhiều lần. + Pha sinh tổng hợp chất kháng sinh: Trong môi trường dinh dưỡng và điều kiện thích hợp, các cá thể hay xạ khuẩn tiến hành sing tổng hợp chất kháng sinh. + Pha thu hồi chế biến: Tách chất kháng sinh khỏi môi trường nuôi cấy, tinh sạch chúng và có thể qua bước chế biến hoá học thành sản phẩm sử dụng. e) Sử dụng vi sinh vật trong sản xuất vitamin - Quy trình chung: Cũng gồm ba pha như trong sản xuất chất kháng sinh + Pha tăng sinh khối + Pha sinh tổng hợp + Pha thu hồi chế biến - Giá trị kinh tế: Vitamin là những chất điều hoà sinh học rất cần cho hoạt động sống của người và động vật, nhưng cơ thể người và động vật không thể tự tổng hợp được mà phải hấp thụ thường xuyên từ thức ăn. Bởi vậy, vitamin có thể làm dược phẩm và là nguyên liệu bổ sung cho công nghiệp thực phẩm và chăn nuôi.

4. Sử dụng vi sinh vật trong kỹ thuật di truyền a) Khái niệm về kỹ thuật di truyền - Kỹ thuật di truyền là kỹ thuật thao tác trên vật liệu di truyền (gen và ADN). Nhằm điều chỉnh, sửa chữa hay tạo ra gen mới tối ưu hơn nhằm phục vụ nhiều mặt của con người - Kỹ thuật cấy truyền gen là một hướng phát triển của kỹ thuật di truyền đang được ứng dụng phổ biến nhất, với nhiều thành tựu nhất. Kỹ thuật cấy truyền gen là kỹ thuật đưa vật liệu di truyền (ADN) từ cơ thể này sang cơ thể khác và tạo ra những thế hệ con cháu mang các đặc điểm di truyền của cả hai. b) Một số thành tựu nổi bật của kỹ thuật di truyền được ứng dụng vào y học và sản xuất.

- Sản xuất hoocmôn kích thích sinh trưởng ở người (HGH) nhờ vi khuẩn E.coli đã được tái tổ hợp gen.

- Sản xuất hoocmôn kích thích sinh trưởng ở bò (BST).

20

- Sản xuất interferon (một loại prôtêin kháng vi rút được tiết ra bởi các tế bào động vật hay người trong phản ứng với sự nhiễm vi rút) từ tế bào nẫm men đã được tái tổ hợp - Sản xuất kháng thể đơn dòng (được sử dụng trong các thử nghiệm để phát hiện ung thư, AIDS…, trong khi ghép các cơ quan, đưa thuốc gắn với kháng thể để tác động lên tế bào ung thư…).

- Sản xuất vacxin thế hệ mới (vacxin kháng nguyên nhân tạo,vacxin ribôxôm, vacxin các mảnh của virut) nhờ các tế bào vi sinh vật mang gen tái tổ hợp.

- Đã tạo ra được các tế bào thực vật mang gen cố định nitơ, gen diệt sâu bọ, gen chống chịu với thuốc trừ cỏ… của vi khuẩn. Hi vọng trong một tương lai không xa sẽ tạo ra được các giống cây trồng không cần bón phân đạm, không cần phun thuốc trừ sâu.

PHẦN III: SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT I. SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT 1. Khái niệm Ở SV có kích thước lớn, sự sinh trưởng là sự tăng có thứ tự thành phần cấu tạo tế bào.

▪ Trong vi sinh học, sự sinh trưởng được hiểu là sự tăng số lượng TB của quần thể.

▪ Thời gian thế hệ (kí hiệu là g) là thời gian từ khi sinh ra 1 tế bào cho đến khi tế bào đó phân chia hay quần thể nhân đôi về mặt số lượng cá thể n: số lần phân chia TB t: thời gian cần cho n lần phân chia * Thời gian thế hệ thay đổi nhiều ở các quần thể khác nhau và các điều kiện khác nhau.

t g= n

VK lao g = 12h

E. coli có g = 20 phút

▪

Nếu cấy số lượng VK ban đầu là No thì sau một thời gian nuôi, tổng số TB đạt là: N = N0.2n n: số lần phân chia TB, N0 : số TB ban đầu ▪ Tốc độ sinh trưởng riêng của VSV ( μ ) là số lần phân chia trong một đơn vị thời gian của một chủng trong đk nuôi cấy cụ thể

=

n t

2. VK được chọn làm mô hình để nghiên cứu sinh trưởng của VSV . Tại sao VK được chọn làm mô hình để nghiên cứu sinh trưởng của VSV? - Kích thước nhỏ, nghiên cứu sinh trưởng trên cả quần thể.

- Sinh sản vô tính bằng trực phân, vòng đời ngắn - Cấu tạo đơn giản, chưa phân hóa cao.

- Sự tăng khối lượng dẫn ngay đến sự phân chia - Sự sinh trưởng của VK đã được nghiên cứu rất sâu và khái quát hóa dưới dạng toán học.

- Những kiến thức chung về sinh trưởng của VK cũng có thể áp dụng cho các sinh vật khác.

3. Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn 21

a. Nuôi cấy tĩnh (nuôi cấy không liên tục) * Khái niệm: Là nuôi cấy trong dụng cụ chứa MT lỏng không được bổ sung chất dinh dưỡng mới và không lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất. * Đặc điểm: - Sinh trưởng của quần thể VK tuân theo những quy luật nhất định và được biểu thị bằng đường cong sinh trưởng.

- Đồ thị phản ánh sự phụ thuộc logarit số lượng TB trong quần thể với thời gian - Đồ thị chia thành 4 pha: * .Pha tiềm phát (pha lag) - VK làm quen và thích nghi với MT mới.

- Sự tổng hợp mạnh mẽ các thành phần TB (Protein, axit nucleic) các enzim TĐC (proteaza, amylaza) và tích lũy các chất cần thiết hình thành TB mới.

- TB ở trạng thái hoạt động mạnh nhất nhưng số lượng TB chưa tăng (X= Xo) . ❖ Các yếu tố ảnh hưởng đến pha lag a. Đặc điểm của giống cấy - Giống ở pha log được cấy vào cùng MT thì đồ thị không có pha lag.

- Giống ở pha lag hay pha suy vong thì thời gian pha lag sẽ kéo dài.

- Lượng giống cấy nhiều pha lag ngắn và ngược lại - Thành phần môi trường: MT dinh dưỡng phong phú thì pha lag ngắn và ngược lại * Pha luỹ thừa ( pha logarit) • Quần thể VK sinh trưởng và phân chia theo lũy thừa thường xuyên, ở tốc độ không đổi.

• Sinh khối TB tăng theo thời gian, tăng theo cấp số mũ và được tính theo công thức.

x = x0 .c

t C: hằng số tốc độ sinh trưởng

▪ Trong pha log: μ là cực đại và luôn là một hằng số đối với một chủng VK nhất định trong điều kiện nuôi cấy cụ thể.

22

▪ Kích thước, TP hoá học, trạng thái sinh lý TB không thay đổi theo thời gian -> TB ở trạng thái động học (TB tiêu chuẩn) ▪ Các enzim được tổng hợp rất nhiều và có hoạt tính cao.

▪ Sự ST giảm dần vào cuối pha do sự đồng hóa mạnh mẽ các chất dinh dưỡng.

▪ Quần thể VK rất nhạy cảm với các chất kìm hãm TĐC như kháng sinh • Nếu mục đích thu các chất có hoạt tính sinh học, thu TB ở trạng thái hoạt động mạnh nên dừng tại đây.

• Trong phòng thí nghiệm, muốn nhuộm Gram chính xác, cần chọn giống ở pha log do thành TB hầu hết VK còn nguyên vẹn.

• Thông thường trong tự nhiên, sự sinh trưởng của VSV trong pha logarit chỉ xảy ra định kỳ, phụ thuộc vào thức ăn. * Pha cân bằng • Quần thể VK ở trạng thái cân bằng động học (số TB mới sinh ra bằng số TB cũ chết đi).

• Hiệu suất sinh trưởng giảm do chất dinh dưỡng cạn dần, chất độc hại tăng lên, pH môi trường thay đổi.

• Sinh khối VK đạt cực đại, không đổi theo thời gian (số TB mới sinh ra bằng số TB cũ chết đi).

- Nếu mục đích nuôi cấy để thu sinh khối nên dừng ở đầu pha này.

- Trong tự nhiên, các VSV thường nằm trong pha cân bằng. *. Pha suy vong + Số TB có khả năng sống giảm dần theo luỹ thừa dẫn đến sự chế hàng loạt các cá thể. (các vi khuẩn có nội bào tử có thể vượt qua được điều kiện khắc nghiệt của MT để tồn tại. + Chất độc hại tích lũy khá nhiều. Chất dinh dưỡng cạn kiệt dưới mức cần thiết. + Số TB bị tự phân bởi enzim, sự phân hủy các chất dự trữ cùng tăng lên.

23

Tóm lại: - Trong nuôi cấy tĩnh, do MT luôn thay đổi→nhịp điệu sinh trưởng, hình thái, sinh lý TB luôn thay đổi.

- Sự sinh trưởng của quần thể VK tuân theo quy luật nhất định và phụ thuộc vào thời gian.

▪ ▪ • •

➢ Ý nghĩa của việc nghiên cứu sinh trưởng của VK trong nuôi cấy tĩnh Nghiên cứu quá trình sinh trưởng của quần thể VSV. Nghiên cứu sự tạo thành các sản phẩm TĐC,các chất có hoạt tính sinh học, sinh khối TB. ➢ Hiện tượng sinh trưởng kép và sinh trưởng thêm Nếu trong MT tổng hợp có hỗn hợp 2 loại hợp chất cacbon thì VK có xu hướng tổng hợp các enzim phân giải hợp chất các bon dễ đồng hoá trước.Sau mới tổng hợp tiếp enzim phân giải hợp chất thứ 2.

Khi đó đồ thị ST sẽ có 2 pha lag, 2 pha log (đồ thị sinh trưởng kép).

• Đồ thị sinh trưởng kép

• Đồ thị sinh trưởng thêm Sau pha suy vong, một số VK sống sót và tiếp tục sinh trưởng nhờ các chất dinh dưỡng được giải phóng ra từ quá trình tự phân. Đồ thị sinh trưởng kéo dài thêm 1 đoạn cong nhỏ gọi là hiện tượng sinh trưởng thêm.

24

Trong nuôi cấy tĩnh: ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ➢

MT không được đổi mới, ĐKMT luôn đổi Thời gian pha log ngắn Giống VSV mau bị già Thay đổi tốc độ sinh trưởng riêng.

Bất lợi cho quá trình công nghệ VS Để khắc phục tình trạng trên, trong công nghệ sinh học đã sử dụng thiết bị nuôi cấy liên tục là Chêmostat và Turbidostat. b. Nuôi cấy liên tục ➢ Nuôi cấy liên tục là quá trình nuôi người ta liên tục cho dòng MT mới đi vào đồng thời loại bỏ một lượng dịch nuôi cấy tương ứng ra. ➢ Chêmostat và Turbidostat có khả năng: - Duy trì MT nuôi cấy luôn ổn định.

- Giữ giống nuôi cấy trong cùng một trạng thái

(pha log) Nuôi cấy tĩnh - Thành phần MT không được đổi mới - Chất dinh dưỡng cạn dần theo thời gian - Thời gian pha log ngắn - Tốc độ sinh trưởng riêng, trạng thái sinh lý, sinh hóa của tế bào luôn thay đổi - Sinh khối TB đạt mức không cao - Sự ST của quần thể theo các pha phụ thuộc vào thời gian - Việc điều khiển tự động khó thực hiện.

4. Ý nghĩa của nuôi cấy liên tục

Nuôi cấy liên tục - MT luôn được đổi mới và ổn định - Chất dd ổn định và dư thừa - Thời gian pha log dài - Tốc độ sinh trưởng riêng, trạng thái sinh lý, sinh hóa của tế bào luôn ổn định.

- Sinh khối TB đạt mức cao nhất - Sự ST theo lũy thừa thường xuyên ở mật độ không đổi theo thời gian - Việc điều khiển tự động thực hiện dễ dàng.

25

• Nuôi cấy liên tục được xem như một hệ thống mở có khuynh hướng dẫn đến một cân bằng động học. Nhờ điều khiển tự động, quần thể VK được cung cấp MT ổn định nên ST và PT tối đa.

• Trong công nghiệp để thu sinh khối VK, thu các sản phẩm TĐC và các chất có hoạt tính sinh học phục vụ đời sống.

PHẦN IV: VIRÚT I/ Lược sử nghiên cứu virut - Từ cổ xưa cách đây 1500 năm trước CN, người ta đã tìm thấy bằng chứng về các bệnh bại liệt, bệnh dại, bệnh đậu mùa ở Ai Cập, Hy Lạp, Ấn Độ và Trung Hoa. - 1892 nhà sinh lý thực người Nga Dimitri Ivanopxkii đã tìm ra nguyên nhân gây bệnh đốm thuốc lá bằng thí nghiệm rất đơn giản sau đây: Tác nhân gây bệnh được gọi là virut, chúng có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với VK - Năm 1935 Wendel M.Stanley đã thông báo gây chấn động rằng ông đã kết tinh được virut đốm thuốc lá khiến người ta nghi ngờ bản chất sống của virut.

- Vào những năm 40 của thế kỷ này, sự ra đời của kính hiển vi điện tử và việc tìm ra phương pháp nuôi cấy virut trong bình nuôi cấy mô tế bào giúp con người nhận biết được hình thái, cấu trúc và bản chất của virut.

- Những thành tựu về virut trong nhiều năm qua đã góp phần quan trọng đẩy lùi các bệnh do chúng gây ra ở người, vật nuôi và cây trồng, thúc đẩy sự phát triển chung của Sinh học hiện đại. ➢ Vi rut là gì?

Vi rut là dạng sống đặc biệt, chưa có cấu tạo tế bào, sống kí sinh bắt buộc, kích thước siêu hiển vi nên muốn quan sát chúng phải sử dụng đến kính hiển vi điện tử.

II. Hình thái, cấu tạo virut 1. Hình thái, kích thước ❖ Có 3 dạng hình thái cơ bản sau :

26

a. Đối xứng xoắn : trục đối xứng trùng với trục dọc cơ thể. Các cápsome sắp xếp theo kiểu xoắn lò xo đều hay không đều.

Virut đốm thuốc lá

Virut dại

b. Đối xứng khối: cơ thể có 3 trục đối xứng, các capsome xếp thành hình cầu hay khối cầu đa diện.

27

Virut HIV

c. Đối xứng phức hợp: + Phần đầu có cấu trúc đối xứng khối. + Phần đuôi có cấu trúc đối xứng

Virut bại liệt

xoắn.

d. Ngoài 3 dạng cơ bản trên, một số virut có hình dạng bất định như virut cúm.

 Vậy hình thái của VR phụ thuộc vào yếu tố nào?

Kích thước Virut có kích thước rất nhỏ: từ 10 -100 nm.

▪ Virut nhỏ nhất = 1/100 vi khuẩn E. coli (virut bại liệt đường kính 10Ao) ▪ Virut lớn nhất = 1/10 vi khuẩn E. coli (virut đậu mùa đường kính 300Ao) (1mm3 có thể chứa 10 vạn tỷ virut) * Vậy, để đo kích thước của VR người ta dùng các phương pháp sau : +Đo trực tiếp trên kính hiển vi điện tử. +Dùng phương pháp li tâm siêu tốc. +Cho qua màng lọc khi biết trước kích thước lỗ màng.

2. Cấu tạo chung của virut 28

* Gồm 2 phần chính: - Phần vỏ - Phần lõi - Một số cấu trúc riêng : + Màng bao (vỏ ngoài) + Enzim Hạt virut hoàn chỉnh đang ở giai đoạn không nhân lên thì được gọi là virion a. Phần vỏ (capside) - Gồm các đơn vi protein gọi là capsome. + Các capsome liên kết với nhau thành vỏ capside. + Số lượng capsome từ vài chục đến vài ngàn trên một hạt virut.

- Phức hợp axit nucleic- capside gọi là nucleocapside. * Kích thước virut liên quan đến số lượng các capsome trên vỏ capside.

VD: VR hecpet có số lượng capsome: 72 kích thước 150 - 200nm.

Parvovirut có số lượng capsome: 12 kích thước:18 – 26 nm * Chức năng phần vỏ - Chứa đựng và bảo vệ phần lõi - Giúp virut gắn vào vị trí đặc hiệu trên tế bào chủ nhờ các thụ thể.

- Duy trì sự ổn định về hình thái, kích thước virut.

- Quyết định tính kháng nguyên đặc hiệu cho virut. b. Phần lõi (axit nucleic) ❖ Cấu tạo * Bộ gen của sinh vật nhân thực luôn là ADN 2 sợi. * Bộ gen của virut chỉ chứa một trong 2 loại axit nucleic có thể là ADN hoặc ARN (1 sợi hoặc 2 sợi dạng thẳng hoặc dạng vòng). * Số lượng axit nucleic chiếm 12% trọng lượng hạt VR. * Số lượng gen từ 4 - vài trăm gen tuỳ loài VR. * Chức năng của phần lõi -Mang thông tin di truyền đặc trưng cho từng virut.

-Quyết định khả năng gây nhiễm của virut với tế bào chủ.

-Quyết định chu kỳ nhân lên và tính bán kháng nguyên đặc hiệu của virut → Axit nucleic có vai trò quyết định và quy định mọi đặc điểm của virut 29

c. Một số cấu trúc riêng -Màng bao (vỏ ngoài) là lớp màng bao ngoài vỏ capsit, được cấu tạo tương tự như màng cơ bản.

Trên màng có các núm lồi hay còn gọi là các gai glicôprôtêin VR không có màng bao gọi là virut trần -Chức năng màng bao: + Giúp bảo vệ phần vỏ và ổn định kích thước của VR + Giúp VR bám vào vị trí đặc hiệu trên bề mặt TB chủ. + Tham gia lắp ráp và giải phóng VR. + Tạo nên các kháng nguyên đặc hiệu trên bề mặt VK nhờ các gai lipoprotein. + Các enzim tham gia quá trình nhân lên của VR (lizozim, AND polimeraza, ARN polimeraza), …

 Phân biệt Viroit và Prion Các đặc điểm

Viroit

Prion

Bản chất phân tử Phân tử ARN đơn dạng vòng Đối tượng gây Tế bào thực vật bệnh Cơ chế gây bệnh Nhân lên nhờ hệ thống enzim của TB chủ Ví dụ Bệnh củ khoai tây hình thoi Bệnh hại cây dừa III. Phân loại virut 1. Căn cứ vào vật chủ gây nhiễm: - Virut gây bệnh ở người và động vật.

- Virut gây bệnh ở thực vật.

- Virut gây bệnh ở vi sinh vật 2. Căn cứ vào triệu chứng lâm sàng - Virut gây bệnh phổ biến - Virut gây bệnh ở hệ thần kinh - Virut gây bệnh ở da và niêm mạc 3. Căn cứ vào cấu trúc và đặc điểm sinh học của virut

Phân tử protein Tế bào động vật Prion bình thường biến đổi thành prion độc gây thóai hóa hệ TK Bệnh bò điên (xốp não)

- Kiểu axit nucleic - Cấu trúc và kiểu đối xứng của capside - Có hay không có màng ngoài - Số lượng capsome - Kích thước của axit nucleic - Đường kính hạt virut - Vị trí lắp ráp với axit nucleic - Vị trí gắn màng ngoài

30

IV Chu trình nhân lên của Bacteriophage ❖ Cấu trúc Bacteriophage (thực khuẩn thể T2 kí sinh trên E. coli) * Phần đầu: đối xứng 20 mặt.

- 8 loại protein (212 đvht).

- AND sợi kép (169 000 cặp nucleotit với 30 gen hoạt động chức năng) *- Phần đuôi: - Bao đuôi co rút - Trụ đuôi (8nm) - Đĩa gốc (gai đuôi và lông đuôi) ( Hình bên ) Chu kỳ nhân lên của bacteriophage gồm 5 giai đoạn: 1. Giai đoạn hấp phụ 2. Giai đoạn xâm nhập 3. Giai đoạn sinh tổng hợp 4. Giai đoạn lắp ráp 5. Giai đoạn giải phóng virut (phóng thích) 1. Giai đoạn hấp phụ ( Hình 1) - Đầu mút của sợi lông đuôi gắn vào những vị trí nhất định trên bề mặt tế bào VK gọi là thụ thể nhờ các liên kết hoá học.

- Thụ thể có tính đặc hiệu cao với từng loại virut.

- Sự hấp phụ ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố: - Ngưỡng lây nhiễm: tỷ số tương quan giữa số lượng VR/ TBVK Sự có mặt của các nhân tố bổ trợ - Triptophan - TKT T4 - Biotin – VR nhiễm Corynerbacterium glutamicum - Nồng độ các ion (Ca++, Al+++) pH =7 - Nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng của VR 2. Giai đoạn xâm nhập: ( Hình 2) Diễn ra theo 2 cơ chế : *Cơ chế cởi áo: tiết men lizozim làm tan lớp peptidoglican ở thành tế bào để tuồn axit nucleic, phần vỏ để lại bên ngoài. *Cơ chế thực bào: các chân giả bao quanh hạt virut, tiết enzim làm tan vỏ, giải phóng axit nucleic vào TB 3. Giai đoạn sinh tổng hợp ( Hình 3) - Nguyên tắc của sự tổng hợp : Nguyên liệu, năng lượng lấy từ VK, khuôn mẫu của virut → sản phẩm tổng hợp ra là đặc trưng cho virut.

Quá trình tổng hợp gồm 2 sự kiện chính: 31

a.Ức chế sự tổng hợp các thành phần TB vi khuẩn VR tiết enzim dezoxyribonucleaza để: +Phân huỷ axit nucleic, +Đình chỉ quá trình tổng hợp protein +Giải phóng các nucleotit tự do làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp. b. Tích cực tổng hợp các thành phần VR - Tổng hợp các enzim đặc hiệu (AND-ARN polymeraza) để tổng hợp các axit nucleic.

- Tổng hợp protit theo nhu cầu từng giai đoạn: + Protein kì đầu (enzim sao chép mARN, gắn VR vào VK, điều khiển sự tổng hơp) + Protein kỳ giữa (protein vỏ và đuôi) + Protein kỳ cuối (enzim lắp ráp, phá huỷ thành TB) 4. Giai đoạn lắp ráp virut ( Hình 4) - Các thành phần đầu đuôi được tổng hợp riêng, sau có sự lắp ráp với nhau.

- ADN nhân được sao chép nhờ ADN -polimeraza sẽ chui vào đầu tạo thành hạt virut hoàn chỉnh.

ADN thừa được phân giải nhờ nucleaza 5. Giai đoạn giải phóng virut ( Hình 5) Giải phóng từ từ: - VR tiết ra enzim chọc thủng thành TBVK. - TB chết từ từ . Giải phóng ồ ạt: - VR tiết enzim làm thành tế bào vỡ đột ngột.

- TB chết rất nhanh Tóm lại: - Quá trình nhân lên chỉ xảy ra khi VR xâm nhập vào cơ thể sống.

- Thực chất đó là sự nhân lên của 2 thành phần protein và axit nucleic, sau kết hợp lại thành hạt virut.

- Thời gian của 1 chu kỳ khoảng 25 phút.

- Số lượng phage được hình thành khoảng 100 - 200 hạt.

V.Chu trình tiềm tan 1. Định nghĩa: - Là quá trình ADN của virut xâm nhập vào hệ gen TB chủ (prophage), nhân lên cùng hệ gen TB chủ và tồn tại trong đó suốt một thời gian dài gọi là chu trình tiềm tan. + VR tham gia vào quá trình này gọi là VR ôn hòa. + TB VK mang VR ôn hòa gọi là TB tiềm tan. + TB tiềm tan không bị tiêu diệt bởi phage độc.  Khi nào VR ôn hòa chuyển từ trạng thái tiềm tan sang trạng thái sinh tan?

Khi gặp các tác nhân cảm ứng như tia UV, tia X, peroxyt hữu cơ, VR ôn 32

hòa sẽ chuyển sang trạng thái sinh tan – phá hủy tế bào.

33

HIV/AIDS I. Khái niệm về HIV/AIDS ➢ HIV: Virut gây suy giảm miễn dịch ở người (Human immuno – Defficiency Virut) ➢ AIDS: Hội chứng suy giảm miễn dịch mắc phải (Acquired immuno deficiency Sydrome).  Tai sao virut HIV lại có khả năng gây bệnh AIDS? ▪ VR HIV gây nhiễm và phá hủy tế bào của hệ thống miễn dịch cơ thể làm cơ thể mất khả năng miễn dịch.

▪ Các VSV khác lợi dụng lúc cơ thể bị suy giảm miễn dịch tấn công (VSV cơ hội).

▪ Cơ thể dễ bị nhiễm bệnh (bệnh cơ hội) Các tế bào mà HIV tấn công : Đại thực bào ( Hình 1) & TB lim phô T ( Hình 2)

1. Cấu trúc virut HIV …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ……………………………….

2. Chu trình nhân lên của virut HIV trong tế bào lim pho T4 Các giai đoạn trong chu kỳ nhân lên của virut HIV 1. Giai đoạn hấp phụ 2. Giai đoạn xâm nhập 3. Giai đoạn sao mã ngược 4. Gắn vào hệ gen tế bào lim phô T 5. Sinh tổng hợp 6. Lắp ráp 7. Giải phóng virut 3. HIV lây truyền qua những con đường nào?

- Máu - Tình dục - Từ mẹ sang con 4. Các giai đoạn phát triển của bệnh AIDS Giai đoạn Thời gian kéo dài Đặc điểm Thời kỳ cửa sổ 2 tuần đến 3 Không có triệu chứng tháng Số TB limphô >500/ml Thời kỳ không triệu chứng

1 đến 10 năm

Xuất hiện một số triệu chứng bệnh.

Số lượng lim phô bào còn >200 - 500/ml 34

máu Thời kỳ biểu hiện bệnh AIDS Sau 1 đến 10 năm Xuất hiện các triệu chứng điển hình của AIDS. Số TB limphô <200/ml 5. Phòng chống HIV/AIDS bằng cách nào ▪ Hiểu biết về AIDS ▪ Sống lành mạnh.

▪ Loại trừ tệ nạn xã hội.

▪ Vệ sinh y tế.  Có thể dùng thuốc kháng sinh để phòng và chống các bệnh do VR được không? Tại sao?

Kháng sinh hoàn toàn không có tác dụng với VR do VR kí sinh bên trong tế bào nên các thuốc kháng sinh không tác động được đến VR.  Biện pháp tốt nhất để phòng chống các bệnh do VR là gì?

Biện pháp tốt nhất để chống các bệnh do virut là tiêm vacxin phòng bệnh định kỳ tại các trung tâm y tế như vacxin phòng bệnh dại, sởi, đậu mùa, quai bị.

6. Tác hại của virut - Đa số vi rút có hại cho con người và sản xuất.

- Là đối tượng để nghiên cứu sự sống - VR là nguyên nhân gây nên các đại dịch lớn, nguy hiểm nhất, gây thiệt hại lớn cho người và động vật.

MỘT SỐ VIRUT GÂY BỆNH

VR viêm não Nhật Bản

VR lở mồm long móng

VR lở bại liệt

35

BỆNH TRUYỀN NHIỂM VÀ MIỄN DỊCH I/ KHÁI NIỆM VỀ BỆNH TRUYỀN NHIỄM 1. Khái niệm - Bệnh truyền nhiễm là bệnh lây truyền từ cá thể này sang cá thể khác.

- Điều kiện: Độc lực (mầm bệnh và độc tố), số lượng nhiễm đủ lớn, con đường xâm nhiễm thích hợp.

- Tác nhân gây bệnh có thể rất đa dạng: virut, vi khuẩn, động vật, nấm …

2.Các phương thức lây truyền và phòng tránh Mỗi loại bệnh truyền nhiễm có một cách lây truyền riêng: - Lây truyền theo đường hô hấp - Lây truyền theo đường tiêu hóa - Lây truyền qua tiếp xúc trực tiếp (qua da và niêm mạc bị tổn thương, qua vết cắn của động vật và côn trùng, qua đường tình dục) - Truyền từ mẹ sang thai nhi (khi sinh nở hoặc qua sữa mẹ) II. MIỄN DỊCH 1. Khái niệm - Miễn dịch là khả năng tự bảo vệ đặc biệt của cơ thể chống lại các tác nhân gây bệnh (cácvi sinh vật, độc tố vi sinh vật, các phân tử lạ…) khi mà chúng xâm nhập vào cơ thể.

2. Các loại miễn dịch a) Miễn dịch không đặc hiệu - Mang tính chất bẩm sinh, bao gồm các yếu tố bảo vệ tự nhiên của cơ thể: da, niêm mạc, các dịch do cơ thể tiết ra (dịch tiêu hóa, dịch mật, nước mắt, nước bọt…), dịch nhầy và lông rung ở hệ hô hấp, các đại thực bào, các bạch cầu trung tính đều có tác dụng tiêu diệt các tác nhân gây bệnh.

- Miễn dịch không đặc hiệu có vai trò khi miễn dịch đặc hiệu chưa kịp phát huy. b) Miễn dịch đặc hiệu: Xảy ra khi có kháng nguyên xâm nhập vào, bao gồm 2 loại: miễn dịch tế bào và miễn dịch dịch thể * Miễn dịch dịch thể * Miễn dịch tế bào + Là miễn dịch có sự tham gia của các kháng + Là miễn dịch có sự tham gia của tế bào thể nằm trong dịch thể của cơ thể do tế bào limphô T độc. Các tế bào mang kháng thể này limphô B tiết ra, chúng được đưa vào tất cả các chịu trách nhiệm tiêu diệt: các virut, vi sinh vật chất lỏng (thể dịch) trong cơ thể: máu, hệ bạch gây bệnh, thu gom các mảnh vụn trong cơ thể, huyết, dịch tuỷ sống, màng phổi, màng bụng, bằng cách tiết ra loại prôtein làm tan các tế bào dịch khớp và dịch màng ối. Chúng có thể có bị nhiễm độc, ngăn cản sự nhân lên của virut. trong các chất lỏng do cơ thể bài tiết ra như + Trong những bệnh do virut gây ra, miễn dịch nước tiểu, nước mắt, dịch mũi, dịch tiêu hóa tế bào đóng vai trò chủ lực vì virut nằm trong (nước bọt, dịch mật, dạ dày…). tế bào nên thoát khỏi sự tấn công của kháng thể + Chúng có nhiệm vụ ngưng kết, bao bọc các loại virut, vi sinh vật gây bệnh, lắng kết các loại độc tố do chúng sinh ra. . III. INTEFÊRON(IFN) 1. Khái niệm - Intefêron là loại protein đặc biệt do nhiều loại tế bào của cơ thể tiết ra chống lại virut, chống tế bào ung thư và tăng cường khả năng miễn dịch.

2. Vai trò và các tính chất cơ bản của intefêron (IFN) 36

- Intefêron có bản chất là các prôtein, khối lượng phân tử lớn.

- Intefêron bền vững trước nhiều loại enzim (trừ prôtêaza), chịu được pH axit, nhiệt độ cao (ở vẫn giữ được hoạt tính).

- Có tác dụng không đặc hiệu với virut có nghĩa là có thể kìm hãm sự nhân lên của bất kì virut nào.

- Có tính đặc hiệu loài. Nó có thể bảo vệ tế bào sinh ra nó và các tế bào lân cận khỏi sự nhân lên của virut nhờ cơ chế enzim trong một thời gian ngắn chứ không thể bảo vệ tế bào của loài khác.

- Nó làm tăng sức đề kháng của cơ thể bằng cách kích thích tăng số lượng của một loạt tế bào miễn dịch: đại thực bào, tế bào giết tự nhiên, tế bào limphô. → Vì vậy, nó được coi là yếu tố quan trọng nhất trong sức đề kháng của cơ thể chống virut và tế bào ung thư.

- Hiện nay inteferon đã được sản xuất bằng công nghệ gen để phòng chống bệnh ung thư và bệnh do virut PHẦN: VI SINH VẬT GÂY BỆNH VÀ CÁCH PHÒNG CHỐNG 1. Vi sinh vật gây bệnh b) Bệnh ở người và động vật do vi sinh vật gây ra - Nguyên nhân và cơ chế: Sức đề Mầm bệnh Giai đoạn tiềm phát Khỏi bệnh kháng mạnh (VI SINH VẬT)

Giai đoạn toàn phát

Sức đề kháng yếu

Bệnh mãn tính

Tử vong - Đặc điểm: + Mỗi loại mầm bệnh chỉ gây ra một loại bệnh nhất định và xâm nhập vào cơ thể theo những con đường nhất định (đường hô hấp, đường tiêu hoá, đường máu v.v…). + Có loại vi sinh vật chỉ sinh nội độc tố (gây hại khi tế bào của chúng bị phân giải), có loại vi sinh vật chỉ sinh ngoại độc tố (gây bệnh ngay khi tế bào đã xâm nhập vào cơ thể), có loại vi sinh vật vừa sinh nội độc tố vừa sinh ngoại độc tố. + Bệnh do vi khuẩn, virut có thể dẫn tới tử vong. Bệnh do nấm chỉ gây khó khăn trong sinh hoạt và lao động của người bệnh.

- Cách phòng và chống bệnh: + Tạo điều kiện sống vệ sinh. + Thường xuyên luyện tập để tăng sức đề kháng của cơ thể. + Tiêm chủng phòng bệnh theo chương trình quy định. + Khi có bệnh, cần phát hiện sớm và điều trị ngay. c) Bệnh ở cây trồng do vi sinh vật gây ra - Nguyên nhân và cơ chế: Tương tự như ở người và động vật.

- Đặc điểm: + Một loại mầm bệnh có thể gây bệnh trên nhiều loại cây trồng khác nhau. + Hầu hết các loại mầm bệnh thuộc nhóm kí sinh không bắt buộc (có thể sống kí sinh trong cơ thể, cũng có thể sống trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo). Chỉ virut có đời sống kí sinh bắt buộc. + Mầm bệnh thường lan truyền nhờ gió, nước, sâu bọ, chim, thú…

37

- Cách phòng và chống bệnh: + Chọn giống khoẻ mạnh, có khả năng kháng bệnh. + Phát hiện bệnh sớm và diệt trừ bằng thuốc thích hợp. + Nhân giống bằng kỹ thuật nuôi cấy mô để tạo cây giống sạch mầm bệnh hoặc xử lí hạt giống trước khi gieo trồng bằng biện pháp thích hợp có khả năng hạn chế mầm bệnh.

2. Miễn dịch học - Một số khái niệm cần lưu ý - Miễn dịch là khả năng phòng thủ của cơ thể nhằm chống laịo sự xâm nhập các yếu tố lạ có hại (các vi sinh vật gây bệnh, các độc tố v.v…) lọt vào cơ thể.

- Kháng nguyên là những yếu tố lạ khi vào cơ thể sẽ kích thích cơ thể tạo ra kháng thể để tạo ra phản ứng kết hợp với nó nhằm bảo vệ cơ thể.

- Kháng thể là những chất do cơ thể tiết ra nhằm phản ứng kết hợp với những kháng nguyên nhất định để bảo vệ cơ thể.

- Vacxin là thuốc phòng bệnh (thường được điều chế từ các vi sinh vật gây bệnh) khi tiêm vào cơ thể sẽ kích thích cơ thể tiết ra kháng thể chống lại bệnh do chính vi sinh vật đó gây ra.

- Kháng huyết thanh là các huyết thanh của động vật có mang kháng thể đặc hiệu đối với một loại kháng nguyên nào đó (ví dụ: Kháng huyết thanh SAT của cơ thể ngựa chứa kháng thể đặc hiệu với bệnh uốn ván ở người).

38