Chuyên đề VSV - Tài liệu nghiên cứu về vi sinh vật trong sinh học
Chuyên đề VSV - Tài liệu nghiên cứu về vi sinh vật trong sinh học
Môn: Sinh lý - Tập tính động vật 3 tài liệu
Trường: Học viện Nông nghiệp Việt Nam 2.3 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
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 à tạo khuẩn lạc
- Cấy từ khuẩn lạc sang môi trường mới à 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.-Thamgiavàoviệcgiữgìn tínhbềnvữngcủahệsinhtháivàbảovệmôitrường.
- 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 (Sth ử ô d n ụ g n qvuiak đ h ộ uẩcn tố kị lkà hí stảrn o p g hrẩ u m ột t c ổ á n đ g ể shảợ n px c u ủ ất an v ư i ớcsin m h ắmvật)
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 G- Vi 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 +Tếbào hìnhthànhváchngăndotạomàngvàthànhtếbàomớigiữahaiphần
+ 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 bả 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 độngà 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… -Sinhsảnvô tínhtheokiểu phânđôi 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 à 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. +Làmthứcăn chođộngvật thủysinh 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 à khuẩn lạc 9
* Nấm sợi có vách ngăn: gồm nhiều tế bào ngăn cách nhau = vách ngăn. Vách ngăn có nhiều lỗ à
Tế bào chất và nhân giữa các tế bào thông nhau à 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) ⟶ Hợp tử (2n)
Bào tử (-) ⟶ Sợi nấm (-) ⟶ Giao tử (-) (n) (n) (n) Giảm phân Sợi nấm (2n) (+) Kiểu phức tạp:
Sợi nấm (+) ⟶ Tế bào (+) (n) (n)
⟶ Tế bào 2 nhân ⟶ Sợi 2 nhân (n + n) (n + n)
Sợi nấm (-) ⟶ Tế bào (-) (n) (n) Bào tử Giảm phân Tế bào sinh (n) 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
VK không S màu tía Về cấu
Cloroxom gồm các túi liên Tilacoit và phicobilixom.
Các vùng lõm vào của trúc bộ
kết với protein nằm trong màng sinh chất.
máy quang màng sinh chất. hợp Sắc tố
Là khuẩn diệp lục a,c, d,
clorophyl a (diệp lục a),
Là khuẩn diệp lục a,b. quang hợp e. caroten, phicoxianin, ( bacterioclorophyl) ( bacterioclorophyl) phicoeritrin
Quá trình Photphoryl hoá không giải Photphoryl hoá giải Photphoryl hoá không
quang hợp phóng ôxi, thực hiện
phóng ôxi, , thực hiện
giải phóng ôxi, , thực quang photphoryl hoá quang photphoryl hoá hiện quang photphoryl vòng
vòng và quang photphoryl hoá vòng hoá không vòng 11 Nguồn H2S, H2 H2O H2S, H2 cung cấp e-
Nơi phân Sống ở đáy ao giàu chất
Sống ở lớp nước bề mặt
Sống ở lớp nước nông. bố hữu cơ phân giải giàu oxy.
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 à 2 axit piruvic + 2ATP (Năng Hô hấp hiếu khí Hô hấp kị khí Lên men lượng 51%)
• Con đường hecxôzơ mônôphôtphat
(HMP) hay pentôzơphôtphat (PP) Các hợp chất hữu cơ A.Lactic,
- Phổ biến ở rất nhiều VSV, sản xuất các tiền CO2 + H2O - Các hợp chất A.propionic, rươu vô cơ etylic
chất trao đổi dùng trong đồng hóa mà đường
phân không tạo ra được.
1G à 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 12
1G à 2 axit piruvic + 1ATP (Năng lượng 25,5%)
C6H12O6 à KDPG à NADH + H+ , NADPH + H+ + 2 CH3COCOOH + 1 ATP
(KDPG : kêtô 3 đêoxi 6 phôtphoglucônat)
. So sánh hô hấp và lên men Hô Hấp Lên Men
▪ Oxy hoá hoàn toàn cabohyđrat
▪ Phân giải kị khí cacbohyđrat
▪ Oxy hoá a.piruvic thành CO2 + H2O.
▪ A. piruvic bị khử thành axit hữu cơ dạng
▪ Các VSV hiếu khí khử
▪ 1Glucozaà 38ATP
▪ VSV kị khí không bắt buộc
▪ Sử dụng các chất nhận điện tử cuối cùng
▪ 1 Glucozaà2 ATP
từ bên ngoài là oxy ( HH hiếu khí) và
▪ Tạo ra các sp hữu cơ dạng khử từ các - 2-
NO3 , SO4 , CO2 (HH kị khí)
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) à (Glucôzơ)n+1 + ADP *. Tổng hợp lipit: Glyxêrol + axit béo à 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. 13
⇨ Lâu dần chức năng này mất đi, sẽ tạo ra nhóm vi khuẩn khuyết dưỡng ( yếu tố đó gọi là nhân tố sinh trưởng)
- 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. Tinh bột Nấm sợi
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 Đường
Nấm men 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. 14
+ Ở bước 3: Thiết bị chưng cất tốt có thể loại bỏ các anđehit độc và nâng cao chất lượng
rượu.-Kếtquả:Rượukhôngquachưngcấtchứanhiềuchấtbổdưỡngnhưvitamin,axitamin…
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: C Vi khuẩn lactic 6H12O6 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
Lên men lactic dị hình 1. VSV thực hiện
-Vi khuẩn lactic đồng hình
-Vi khuẩn lactic dị hình 2. Sản phẩm
-Axit lactic, không tạo CO2
-Ngoài axít lactíc còn có rượu, axit axêtic, glixêril, CO2 3.Năng lượng -Nhiều - 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:Prôtêincá Men proteaza Axit amin + hương thơm - Điều kiện:
Vi khuẩn lên men tạo hương
+ 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. 15
d) Quá trình phân giải prôtêin trong làm tương
- Nguyên liệu: tinh bột (thường là gạo nếp), prôtêin (đậu tương).
- 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. Tinh bột Nấm sợi Đường
+ Làm nước đậu: Đậu tương rang chín, làm vỡ hạt hay nghiền nhỏ, hoà với nước, để lên
men sơ bộ. Prôtêin Vikhuẩn
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.Mốctương Trộn Hỗnhợp Vikhuẩn 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”.-Nguyênliệu: rượu,bia(vớinồngđộrượukhoảng5-6%),haynướcđường,nướcdừa.
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:Đường Nấmmen
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. 16
* Cơ sở khoa học: một số chủng vi sinh vật mang nhiều đặc tính như:
- 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 + Tinh bột Nấm sợi Đường Nấmmen
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: + Đại mạch Ủ
Mầm đại mạch (chứa nhiều men) + Mầm đại mạch Bia tươi Tinh bột Nấm men Bia Hoa hubơlông Các men trong mầm đại mạch Đóng chai 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,làmsạch,kếttinhaxitamintừmôitrườngnuôi 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 Aspergil us niger Axit xitric ĐK: hiếu khí + Rượu Vi khuẩn axetic Axit axetic - Giá trị kinh tế: ĐK: hiếu khí
+ 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
- Giá trị kinh tế: Enzim làtácchhvàấttinhxsúacch 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
