Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

Chương III
SINH LÝ HỌC VI SINH VẬT

Nội dung của chương
3.1. Dinh dưỡng và sự trao đổi chất
- Nhu cầu dinh dưỡng của vsv
- Các kiểu dinh dưỡng của vsv
- Các hình thức vận chuyển qua màng của vsv
- Quá trình trao đổi chất: phân giải và tổng hợp
3.2. Sinh trưởng và phát triển của vsv
- Lý thuyết về sinh trưởng
- Đặc điểm sinh trưởng của vsv trên các môi trường
- Một số phương pháp xác định sinh trưởng ở vsv

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

1

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

2

3.1.1 Dinh dưỡng của vi sinh vật

3.1. Dinh dưỡng và sự trao đổi chất

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

Chất dinh dưỡng của vi sinh vật là bất kỳ chất nào được VSV
hấp thu từ môi trường xung quanh và được sử dụng làm nguyên
liệu cho quá trình sinh tổng hợp hoặc cho quá trình trao đổi năng
lượng của tế bào.
a. Thành phần hóa học của tế bào
• Nước là thành phần chủ yếu của tế bào vi sinh vật. Nước chiếm
khoảng 80-% khối lượng tế bào vi sinh vật.
• Các thành phần còn lại gồm các chất hữu cơ như protein,
carbohydrate, lipid, axít nucleic, các chất khống và các chất đặc
biệt (vitamin ….).
• Trong đó, 95% trọng lượng khơ của tế bào được cấu tạo bởi các
nguyên tố: Cacbon, oxy, hydro, nitơ, sulfur, phosphor, kali,
canxi, magiê, sắt.
3

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

4

Thành phần các nguyên tố cấu tạo nên tế bào vi sinh vật

b. Yêu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật

- Nước (cung cấp H và O)
- Carbon: carbon hữu cơ (polysacarit, protein,
lipit); carbon vô cơ (CO2, muối carbonat) 
cung cấp năng lượng cho TB
- Nitrogen: N hữu cơ (protein, axit amin), vô cơ
(muối amon NH4+, muối nitrat NO3-), phân tử
N2 (vsv cố định đạm)
- Muối khoáng (P, K, Na, S…)
- Các chất đăc hiệu (vitamin, kháng sinh…)
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

5

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

6

1


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017


Nguồn C được vi sinh vật sử dụng

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

Nguồn N được vi sinh vật sử dụng

7

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

9/12/2017

8

Các nguyên tố vi lượng

Muối vô cơ
và chức
năng sinh lý

9/12/2017

9

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

9/12/2017


10

Nguồn cung cấp C, năng lượng, điện tử của vsv

3.1.2 Các kiểu dinh dưỡng của VSV

Nguồn Carbon)

 Căn cứ vào khả năng đồng hoá của VSV đối với nguồn
dinh dưỡng Carbon phân ra hai nhóm:
- Nhóm vsv tự dưỡng (autotrophs): Đồng hố nguồn dinh
dưỡng là các chất vơ cơ.
- Nhóm vsv dị dưỡng (heterotrophs): Đồng hoá nguồn
dinh dưỡng là các chất hữu cơ.
 Căn cứ vào nguồn năng lượng sử dụng:
- Nhóm vsv quang năng (phototrophs): Sử dụng năng
lượng từ ánh sáng mặt trời hoặc ánh sáng nhân tạo
- Nhóm vsv hóa năng (chemotrophs): Sử dụng năng lượng
từ các phản ứng hóa học xảy ra trong tế bào

- Tự dưỡng (autotroph)
- Dị dưỡng (heterotroph)
Nguồn năng lượng
- Quang năng (phototroph)
- Hóa năng (chemotroph)

Nguồn cung cấp điện tử
- Vô cơ
- Hữu cơ


9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

11

CO2 là nguồn C duy nhất/ chủ
yếu
Nguồn C là các chất hữu cơ

Nguồn năng lượng là ánh sáng tự
nhiên/nhân tạo
Nguồn năng lượng là năng lượng
hóa học thu được từ q trình
oxy hóa các hợp chất trong tế bào
Sử dụng các phân tử vô cơ dạng
khử để cung cấp điện tử
Sử dụng các phân tử hữu cơ để
cung cấp điện tử

12

2


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017


 Căn cứ nguồn năng lượng và nguồn Cacbon mà VSV sử
dụng để đồng hoá các chất, chia làm 4 nhóm dinh
dưỡng:
- Tự dưỡng quang năng (Photoautotroph )
- Tự dưỡng hóa năng (Chemoautotroph)
- Dị dưỡng quang năng (Photoheterotroph)
- Di dưỡng hóa năng (Chemoheterotroph)
 Nếu nguồn dinh dưỡng đồng hóa là Ni-tơ:
- Tự dưỡng amin
- Dị dưỡng amin
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

13

a. Tự dưỡng quang năng:
Là nhóm VSV sử dụng năng lượng là ánh sáng mặt trời/nhân
tạo để đồng hoá nguồn C chủ yếu là CO2 với nguồn cung cấp H
là hợp chất vơ cơ.
 VSV có sắc tố quang
hợp:
bacteriochlorophyll a,
b, c, d hay carotenoid...
 VSV quang năng:Tảo
lục, vi khuẩn lam, vi
khuẩn lưu huỳnh màu
lục (họ Chlorobiaceae),
vi khuẩn lưu huỳnh tía

(họ Chromatiaceae).
9/12/2017

14

b. Dị dưỡng quang năng:

c. Tự dưỡng hố năng:

• Là nhóm VSV sử dụng năng lượng là ánh sáng để đồng
hoá CO2 nhưng nguồn cung cấp H là các hợp chất hữu cơ
như rượu, axit hữu cơ đơn giản.
• Thuộc về loại này có các giống vi khuẩn khơng lưu huỳnh
màu lục, màu tía hoặc Rhodospirillum rubrum (xoắn khuẩn
màu hồng hay đỏ tía)

• Là nhóm VSV sử dụng năng lượng từ sự oxy hố chất vơ cơ để
đồng hố C vơ cơ (CO2).
• Nhóm vsv tự dưỡng hóa năng: VK phân giải lưu huỳnh, VK phân
giải sắt, VK nitrat, nitrit hóa, VK oxy hóa methane, VK sử dụng
hydrogen…
• Sơ đồ tổng qt: VK oxy hóa các hợp chất vơ cơ để giải phóng
năng lượng  tham gia vào quá trình tổng hợp cac chất dinh dưỡng

9/12/2017

15

d. Dị dưỡng hố năng:


9/12/2017

16

Tóm tắt các loại hình dinh dưỡng của vi sinh vật

• Là nhóm VSV sử dụng năng lượng từ sự oxy hoá chất hữu cơ để
thực hiện quá trình sinh tổng hợp các chất cần thiết cho tế bào.
• Phần lớn các nhóm VSV thuộc nhóm này: phần lớn vi khuẩn,
nấm, protozoa)
• Tuỳ theo loại VSV khác nhau mà tiến hành các q trình oxy hố
cho năng lượng khác nhau:

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

17

9/12/2017

18

3


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017


3.1.3 Cơ chế hấp thu các chất dinh dưỡng ở
VSV
 Các chất được vận chuyển qua màng tế bào chất thông
qua một trong hai cơ chế:
 Vận chuyển thụ động (Khuếch tán đơn giản): Các chất
đi qua màng NSC nhờ sự chênh lệch nồng độ giữa hai
phía của màng (khơng tiêu tốn năng lượng của tế bào).
 Vận chuyển chủ động: Các chất đi qua lại màng NSC
nhờ sự liên kết với những phân tử vận chuyển đặc biệt
nằm trong màng. Những phân tử này gọi là pecmeaza
(protein thấm). Vận chuyển chủ động cần tiêu tốn năng
lượng của tế bào
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

19

a. Vận chuyển thụ động
 Các phân tử đi qua màng nhờ sự chênh lệch nồng độ
(trong trường hợp các chất không điện phân) hay
chênh lệch điện thế (trường hợp các ion) ở hai phía
của màng.
 Kiểu vận chuyển này khơng tiêu tốn năng lượng của tế
bào vi sinh vật.
 Có 3 hình thức vận chuyển thụ động:
- Khuếch tán đơn giản (simple diffusion)
- Khuếch tán xúc tiến (kt gia tốc- facilitated diffusion)
- Sự thẩm thấu (osmosis )
9/12/2017


TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

20

a1: Khuếch tán đơn giản (simple diffusion):
 Là hình thức vận chuyển các chất hịa tan từ nơi có nồng độ cao
đến nơi có nồng độ thấp và khơng tiêu tốn năng lượng.
 Sự khác biệt về nồng độ của một chất ở 2 bên màng NSC tạo
nên một gradient nồng độ các phần tử chất đó đi từ nơi có
nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp cho tới khi đạt tới sự cân
bằng động ở hai bên màng mà khơng địi hỏi phải cung cấp
năng lượng.
 KTĐG phụ thuộc vào động năng (kinetic energy) của các
phần tử nên sự khuếch tán sẽ xảy ra nhanh hơn khi (1) nhiệt
độ tăng, (2) gradient nồng độ lớn và (3) vật thể có kích thước
nhỏ.
 Lipid, các chất tan trong lipid như oxy, nitơ, CO2, các vitamin tan
Khuếch tán đơn giản

trong dầu (như vitamin A, D, E, K), rượu, cồn.
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

21

a2. Khuếch tán xúc tiến (facilitated diffusion)
• Đặc điểm: Tốc độ khuếch tán tăng dần đến mức tối đa thì dừng
lại, mặc dù nồng độ chất khuếch tán vẫn tiếp tục tăng.

 Những chất được vận
chuyển bằng khuếch tán
xúc tiến: có kích thước lớn
và khơng đi màng bằng
phương thức khuếch tán
đơn
giản
(glucose,
mannose, galactose, xylose,
arabinose và phần lớn các
acid amin)
TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

22

a3. Thẩm thấu (osmosis)

• Là sự khuếch tán nhờ vai trị của protein mang

9/12/2017

9/12/2017

• Là hiện tượng vận chuyển thụ động của các phân tử
nước từ nơi có nồng độ nước cao (nồng độ chất hịa tan
thấp) tới nơi có nồng độ nước thấp (nồng độ chất hòa tan

cao).
Phân tử nước
được vận chuyển
như thế nào ở các
mơi trường có nồng
độ nước và chất tan
khác nhau ?

23

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

24

4


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

b. Vận chuyển chủ động

Hiện tượng thẩm thấu (Osmosis)

- Là hình thức vận chuyển sử dụng năng lượng ATP nhằm đưa
các chất tan đi ngược chiều gradient nồng độ của chúng


 Mơi trường có nồng
độ chất tan cao hơn
nồng độ chất tan
trong tế bào  Môi
trường Ưu trương

- Hình thức vận chuyển này được thực hiện qua vai trị của các
protein xun màng đặc hiệu, đóng vai trò như các bơm hoạt
động nhờ ATP để đẩy các ion như Na+, K+, H+, Ca2+, I-, Clhoặc các phân tử nhỏ như các acid amin, các monosaccharide
đi ngược lại chiều gradient nồng độ của chúng.

 Mơi trường có nồng
độ nước cao hơn
nồng độ nước trong
tế bào  môi trường
Nhược trương

- Các hình thức vận chuyển chủ động;
+ Bơm ion (ion pump – vận chuyển chủ động nguyên phát)

 Nồng độ nước/chất
tan cân bằng giữa
môi trường và TB 
MT đẳng trương

+ Đồng vận chuyển (cotransport – VCCĐ thứ phát)
+ Chuyển vị nhóm (group translocation)
+ Nhập bào (endocytosis)

9/12/2017


TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

25

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

26

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

28

b1: Bơm ion: Bơm Natri-kali
• Bơm natri - kali (bơm Na+ - K + - ATPase): bơm Na+ ra khỏi tế
bào, đồng thời bơm K + vào trong tế bào. Bơm natri - kali có ở
màng của mọi loại tế bào.
• Bơm natri - kali là một protein mang có hai phân tử protein dạng
cầu, một to và một nhỏ. Chưa biết chức năng của phân tử protein
nhỏ. Protein to có 3 vị trí tiếp nhận (receptor) đặc hiệu với Na+ ở
mặt trong và 2 vị trí tiếp nhận (receptor) đặc hiệu với K + ở mặt
ngoài. Ở mặt trong, gần receptor tiếp nhận Na+ có enzyme
ATPase.
• Khi có 3 Na+ gắn ở mặt trong và 2 K + gắn ở mặt ngồi phân tử
protein mang thì enzyme ATPase được hoạt hố, phân giải một
phân tử ATP và giải phóng năng lượng. Năng lượng này làm thay

đổi hình dạng phân tử protein mang, để đưa 3 Na+ ra ngoài và 2
K + vào trong tế bào
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

27

b2: Đồng vận chuyển (cotransport)

Video: Bơm Na - K

• Là q trình vận chuyển cùng lúc 2 chất qua màng .
• Ví dụ: Bơm Na+ - K+ - ATPase hoạt động tạo nồng độ Na+
rất cao ở bên ngoài màng tế bào. Nồng độ cao này là một
thế năng, có xu hướng làm Na+ khuếch tán vào bên trong,
khi Na+ đi vào thì "kèm theo" một chất khác cùng gắn vào
chất mang chung với Na+.
• Những chất đi cùng chiều
với Na+ thì gọi là "đồng
vận-symport",
những
chất đi ngược chiều thì
gọi là "đối vận -antiport"
hay "đổi chỗ".

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê


TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

29

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

30

5


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

b3: Sự chuyển vị nhóm (group translocation)

Video: chuyển vị nhóm ở vi khuẩn

• Là hình thức vận chuyển được vi khuẩn sử dụng để hấp thu
đường (glucose, mannose, fructose và cellobiose) nhờ hệ thống
Phosphotransferase system (PTS).
• PTS gồm 2 enzyme (EI và EII) và 1 protein ổn định nhiệt có
phân tử lượng thấp
• Hinh thức vận chuyển nay cần sử dụng năng lượng trao đổi
chất từ Phosphoenolpyruvate (PEP).
• PEP + Đường (ngoại bào) → Pyruvate + Đường + P (nội bào)
 thành gluocose 6-photsphate


9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

31

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

32

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

34

b4. Nhập bào (endocytosis)
• Là hình thức vận chuyển ở các tế bào có nhân thật
(Eukaryotes)
 Thực bào (phagocytosis- tế bào ăn): Hấp thu các chất dinh
dưỡng là chất rắn,có kích thước lớn
• Các sản phẩm này tiếp xúc với màng tế bào rồi cùng màng tế
bào lõm vào tạo túi thực bào, rồi túi thực bào tách khỏi màng
tế bào và màng lại trở về trạng thái bình thường.
 Ẩm bào (pinocytosis - tế bào uống): các quá trình cũng diễn ra
như trên, chỉ khác là chất được nhập bào là các dịch lỏng và
các chất tan có kích thước nhỏ
• Tiêu hóa qua receptor trung gian (receptor-mediated
endocytosis): màng tế bào lõm vào cùng các receptor protein

đặc biệt gắn với chất nhập bào để tạo thành túi thực bào.
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

33

Video: Vận chuyển qua màng ở vsv

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

Vận chuyển qua
receptor trung
gian ở nấm men

9/12/2017

Bài tập: Cho biết các hình thức vận chuyển ở hình dưới

35

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

36


6


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

3.2. Trao đổi chất của vsv (metabolism)

3.2.2. Quá trình trao đổi năng lượng

3.2.1. Khái niệm chung

a. Hô hấp ở VSV

a. Khái niệm trao đổi chất: Là các chuyển hố có liên quan đến qúa
trình tổng hợp và phân huỷ trong tế bào. Trao đổi chất gồm có
hai q trình đồng hố và dị hố.
• Q trình đồng hoá (anabolism): Tổng hợp các chất hữu cơ phức
tạp từ những chất đơn giản (quá trình chế biến lại các chất dinh
dưỡng được hấp thụ thành chất riêng của tế bào từng loại vi sinh
vật). Quá trình này là q trình sử dụng năng lượng.
• Q trình dị hố (catabolism): quá trình phân cắt các phân tử hữu
cơ phức tạp (từ TA) thành các phân tử đơn giản và cung cấp
năng lượng (ATP) cho hoạt động sống của TB  Quá trình tạo
năng lượng
 Ở vi sinh vật, quá trình TĐC là sự tổng hợp các phản ứng hố
học diễn ra trong tế bào, gồm hai dạng: Trao đổi năng lượng và trao
37

đổi kiến tạo

Hơ hấp hiếu khí
 Q trình hơ hấp diễn ra trong điều kiện có oxy để chuyển hóa
glucose thành CO2 và cung cấp năng lượng (ATP) cho TB
 Gồm 3 giai đoạn: đường phân, Kreb cycle, chuỗi vận chuyển
điện tử
• Đường phân  glucose bị thủy phân thành 2 pyruvat
- 2 Pyruvat bị khử carboxyl ---> 2 acetyl coenzyme A + 1 CO2
- NAD+ oxi hóa  NADH+ H+
• Acetyl coenzyme A tham gia chu trình Kreb  khử carboxyl
giải phóng CO2; NAD+ oxi hóa thành NADH2; FAD+  FADH2
• NADH2 tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử trong điều kiện
có oxy  oxi hóa để tạo thành H2O và giải phóng năng lượng
ATP
 Chất nhận điện tử: Oxy phân tử
 Sản phẩm cuối cùng:
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

39

Hơ hấp yếm khí
• Là q trình phân giải các hợp chất carbohydrate trong điều
kiện khơng có oxy.
• Gồm 3 giai đoạn: Đường phân  chu trình Kreb chuỗi hơ
hấp, vận chuyển điện tử giống ở hơ hấp hiếu khí
• Trong ĐK khơng có oxy: NADH+H+ sẽ bi oxy hóa trở lại
thành NAD+  Mục đích: để tái tạo NAD+ để cho quá trình

đường phân được tiếp tục trong điều kiện khơng có oxy.
• Chất nhận điện tử: các chất vô cơ: NO3-, SO42-, CO32- NO3- (nitrate) bị khử  thành NO2- (nitrite)
- SO42- (sulfate) bị khử  H2S (hydrogen sulfide)
- CO32- (carbonate) bị khử  CH4 (methane)
• Tạo thành 2 ATP
• Khả năng sinh ATP thấp hơn so với hơ hấp hiếu khí vì chỉ một
phần chu trình Kreb có thể diễn ra trong điều kiện khơng có
oxy
41

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

 Là q trình oxi hoá khử các hợp chất hữu cơ, chủ yếu là
carbonhydrate . Đối với vsv q trình oxi hóa khử được thực
hiện bằng cách tách H ra khỏi cơ chất và chuyển cho chất
nhận khác nhau: có thể là oxi phân tử (O2), là chất hữu cơ
hoặc các chất vô cơ.
 VSV có 2 kiểu hơ hấp: Yếm khí và hiếu khí. Đối với hơ hấp
carbonhydrate  đều giống nhau ở q trình đường phân

9/12/2017

38

• Ở vsv nhân thật, glucose sẽ bị oxi hoá tận cùng cho 36 ATP; Ở
nhân sơ là 38 ATP
 Hơ hấp hiếu khí là nguồn cung cấp năng lượng ATP cho các
hoạt động sống của TB
• Q trình hơ hấp diễn ra trong ty thể (TB nhân thật) hoặc ở
màng NSC (TB nhân sơ).

 Một số nấm sợi, vi khuẩn oxi hóa khơng triệt để các hợp chất
hữu cơ  CO2 và H2O mà tạo ra sản phẩm trung gian đó các
axit hữu cơ:
- Nấm Aspergillus niger  cho axit oxalic
- Nấm Penicillium glaber 
cho axit limonic
- Nấm Mucor, Rhizopus  cho axit fumaric
- Vi khuẩn axitic thuộc giống Acetobacter  oxi hoá ethanol
 axit axetic
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

40

Ví dụ: Nitrat oxy hóa trong điều kiện yếm khí
Nitrat bị oxy hóa  mất một oxy chuyển thành Nitrit + nước

Một số vk như Pseudomonas, Bacillus có thể oxy hóa nitrit
nitric oxide (NO), nitrous oxide (N2O) và khí N2  có vài trị
quan trọng trong vịng tuần hồn N trong tự nhiên

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

42

7



Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

b. Lên men

Lên men lactic

 Là q trình oxy hóa khơng hồn tồn đường glucose hoặc
các hợp chất hữu cơ khác trong điều kiện khơng có oxy
 Axit pyruvic hình thành trong q trình đường phân
khơng tham gia vào chu trình Kreb, chuỗi hơ hấp  bị
khử để tạo thành a. lactic, ethanol và các sản phẩm khác
 Giải phòng một lượng nhỏ năng lượng: 2 ATP
 Chất nhận điện tử cuối cùng: các hợp chất hữu cơ
 Sản phẩm tạo thành của qua trình lên men nhờ nấm men,
vi khuẩn lactic….:
- Ethanol + CO2
- Các dung môi hữu cơ: acetone, butanol
- Các axit hữu cơ: a. lactic, a. axetic
- Vitamin, kháng sinh, hormone, axit amin….
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

43

: Pyruvat được tạo thành trong quá trình đường


phân bị oxi hóa nhờ enzyme lactase dehydrogenase thành a. lactic

Lên men lactic đồng hình: Là quá trình lên men mà sản phẩm cuối
cùng là axit lactic.
Glucose (fructose)

2 Lactic acid + 2 ATP

Lên men lactic dị hình: là quá trình lên men mà sản phẩm cuối
cùng thu được ngồi axit lactic cịn có có các sản phẩm khác như
axit axetic, ethylic, CO2…

Ứng dụng: Sản xuất a. lactic công nghiệp; Lên men các sản phẩm của
sữa (sữa chua, phomat…); sản phẩm thực vật (muối dưa…); Ủ chua
thức ăn xanh cho gia súc nhai lại; Sản xuất các chế phẩm probiotics…
9/12/2017

Lên men rượu

44

Một số quá trình lên men khác:
Các vsv tham gia và sản phẩm cuối cùng

 Được thực hiện bởi nấm men và môt số vi khuẩn

Ứng dụng: Sản xuất cồn
- Sản xuất rượu/bia…
 Ethanol hình thành có thể được lên men tiếp đê hình thành axit acetic
(dấm) nhờ vk Acetobacter

 Axit acetic có thể được lên men tiếp  methan (CH4) bởi các vk
Methanosarcina

9/12/2017

45

3.2.3. Quá trình phân giải các hợp chất
trong môi trường

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

46

a. Sự phân giải các hợp chất không chứa N
Phân giải cellulose)

 Quá trình phân giải ở VSV: là quá trình phân giải các chất
dinh dưỡng ở môi trường thành các chất đơn giản hơn nhờ
các enzyme ngoại bào (protease, amylase, cellulase …).
 Sản phẩm của quá trình phân giải sẽ được VSV hấp thu để
sinh tổng hợp các thành phần tế bào hoặc tiếp tục được phân
giải theo kiểu hô hấp hay lên men.

Đặc điểm:
- Quá trình phân giải xơ trải qua các giai
đoạn khác nhau với sự tham gia của các
enzyme Cellulase khác nhau là:

 C1: Cellobiohydrolase
 Cx: Endoglucanase và Exoglucanase
 -glucosidase.
- Sản phẩm của q trình phân giải:
glucose

•Sự phân giải các hợp chất khơng chứa N
•Sự phân giải các hợp chất chứa N
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

47

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

48

8


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

Vi sinh vật phân giải xơ:


Một số nấm sợi có khả năng phân giải chất xơ tốt

 Vi sinh vật hiếu khí:
- Một số giống niêm vi khuẩn Cytophaga, Sporocytophaga,
Cellulomonas
- Một số loài vi khuẩn: giống Bacillus, Clostridium
- Một số loài thuộc giống xạ khuẩn Streptomyces
- Nấm mốc: Trichoderma, Aspergillus
 Vi sinh vật yếm khí: điển hình là các lồi vi khuẩn sống trong dạ cỏ
của loài nhai lại Ruminococcus .
- Ứng dụng: Các enzyme phân giải cellulose phân lập từ vsv được ứng
dụng trong các lĩnh vực:
+ Sản xuất phân bón vi sinh (nấm trichoderma….), chất tẩy rửa sinh học
+ Sử dụng lên men thức ăn trong chăn nuôi gia súc nhai lại (ủ chua)
+ Sản xuất enzyme cellulase ở qui mô công nghiệp
+ Tham gia phân giải các chất xơ trong đất tăng độ phì nhiêu của đất,
cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

49

Aspergillus
9/12/2017

Mucor

Fusarium


TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

50

Sự phân giải pectin

Phân giải xylan
• Xylan là loại hemicenlullose phân bố rất rộng trong tự nhiên do nó có
nhiều trong thành phần tế bào thực vật, trong rơm rạ, bẹ ngô, trấu…
- Vi sinh vật phân giải xylan: sinh ra enzyme xylanase
+ Những VSV phân giải được cellulose cũng sẽ phân giải được xylan
+Trừ một vài loại VSV (Clostridium) hầu hết enzyme xylanase chỉ được
sinh ra khi có mặt của xylan là chất cảm ứng.
- Quá trình phân giải: nhờ enzyme xylanase
+ Hemicellulose (xylan) bị thủy phân nhờ xylanase  thu được các
hexose (mannose, galactose...) và các pentose (arabinose, xylose)

Ứng dụng: Enzyme xylanase thu được từ vsv được ứng dụng để:
- Sản xuất phân bón vi sinh hữu cơ
- Lên men các nguyên liệu giàu xơ sử dụng trong chăn nuôi, trong sản
xuất cồn sinh học (đường hóa xơ)
9/12/2017

Vi nấm Trichoderma sp

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

•Pectins tồn tại dưới dạng:
Rhamnogalacturonans, Arabinans,

Galactans và Arabinogalactans.
•Vi sinh vật phân giải pectin: VK
(Bacillus), xạ khuẩn (Streptomyces
nocardia),
Nấm mốc (Mucor
stolonifer),
Nấm
men
(Saccharomyces fragilis)
•Q trình phân giải pectin: Nhờ
enzyme pectinase gồm 4 loại:
Pectin
acetylesterase,
Rhamnogalacturonase,
Polygalactorunase
và
Pectin
esterase
• Sản phẩm của q trình phân giải:
Các pectin bị thủy phân  các chất
hòa tan như axit galacturonic,
arabinose, xylose, galactose, axit
acetic, methanol

51

52

Ứng dụng quá trình phân giải pectin của vsv


• Phần lớn pectin có trong các loại hạt có dầu (đỗ tương, hạt hướng dương,
hạt cải dầu…). Trong ngũ cốc (ngơ 5-7%) với tỷ lệ thấp hơn.
• Trong thành phần nonstarch polysaccharide (NSP) của đỗ tương, pectin
chiếm tỷ lệ lớn 50-55%, tồn tại dưới hai dạng: Arabinogactactan và
Galacturonan. Động vật dạ dày đơn khơng có enzyme tiêu hóa pectin.
53

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

Các vsv có khả năng phân giải pectin được sử dụng để sản
xuất enzyme pectinase công nghiệp. Enzyme thu được được sử
dụng trong các lĩnh vực:
 Sản xuất thức ăn gia súc: pectinase được bổ sung vào thức
ăn để tăng khả năng tiêu hóa chất xơ của động vật dạ dày
đơn
 Công nghiệp sợi, dệt, làm bao bì… (đay, gai.. Ngâm vào bể
có vsv phân giải pectin  sợi đay, gai rời nhau, bóng sạch)
 Phân giải các hợp chất xơ trong đất  cung cấp chất dinh
dưỡng cho cây trồng
 Sản xuất phân bón vi sinh hữu cơ
 Trong sản xuất nước quả và rượu nho: Enzyme pectinase
được sử dụng nhằm mục đích tăng hiệu suất thu hồi dịch
quả, cải thiện chất lượng dịch quả, làm trong dung dịch
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

54

9



Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

Sự phân giải lignin:

Tóm tắt quá trình phân giải lignin và các chất xơ khác

• Vi sinh vật phân giải lignin:
-Nấm (Acomycestes, Basidiomycetes); Xạ khuẩn (Streptomyces) và
Vi khuẩn (Pseudomonas. Flavobacterium, Agrobacterium...)
• Q trình phân giải: VSV tiết các enzyme Ligninase: Lignin
peroxidase; Mananese peroxydase, Laccase
• Các sản phẩm phân giải lignin: các axit như a. gallic, a.
protocatechic... sẽ được VSV huy động một phần vào tổng hợp ra
chất mùn của đất, còn một phần khác sẽ bị oxi hố tiếp thành các
chất vơ cơ.

• Ứng dụng trong các lĩnh vực
-

Xử lý rác thải; Sản xuất phân bón vi sinh hữu cơ
Phân giải chất xơ trong đất  tăng độ phì nhiêu cho đất
Sản xuất nhiên liệu sinh học; Chế biến thức ăn chăn ni (đường hóa
xơ)
- Cellulose và hemicellulose là các polymers được cấu tạo từ các phân tử
đường. Sử dụng enzyme thủy phân lignin, cellulose và hemicellulose 
giải phóng các phân tử đường làm nguyên liệu lên men sản xuất cồn 55


9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

56

Phân giải tinh bột
• Tinh bột là chất dự trữ chủ yếu
của thực vật. Đơn vị cấu tạo căn
bản của tinh bột là -glucose liên
kết với nhau bằng liên kết
glucosid. Trong tinh bột có hai
thành phần là amylose (20%) và
amylopectin (80%).
• Vi sinh vật phân giải tinh bột có
khả năng tiết ra mơi trường
enzyme amilase.
• Enzyme Amylase phân giải tinh
bột: α-amylase, -amylase, γAmylase
(tên
khác
là
glucoamylase)
• Sản phẩm cuối cùng của q
trình thủy phân tinh bột là các
đường đơn (glucose, mannose…)

Các giai đoạn thủy phân tinh bột nhờ enzyme amylase và sản phẩm tạo thành
57


• Vi sinh vật phân giải tinh bột:

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

58

Phân giải các hợp chất carbohydrate của vsv dạ cỏ:

- -amylase: Vi khuẩn (Bacillus subtilis, B. licheniformis, B.
megaterium; Lactobacillus brevis…), Nấm men (Candida
sitophila, C.japonica); Nấm sợi, Xạ khuẩn

VSV dạ cỏ (chủ yếu là vi khuẩn)  lên men carbohydrate đê giải
phóng năng lượng + khí (CH4, CO2) và axit béo bay hơi (VFA): a.
axetic, a.propionic, a. butyric (95%)

- -amylase: chủ yếu ở thực vật. Một vài vsv có sinh amylase như: Bacillus megaterium, B. polymyxa, B. cereus;
Streptomyces…
- Glucoamylase: Nấm sợi sản sinh nhiều nhất trong các nhóm
vsv (Aspergillus sp., Rhizopus sp., Endomyces sp….)
Ứng dụng: - Sản xuất thực phẩm
- Sản xuất rượu, bia
-Chế biến thức ăn chăn nuôi: lên men cám gạo, bột ngô với
nấm men…
- Xử lý nước thải, chất thải chăn nuôi …..
9/12/2017


TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

59

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

60

10


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

Phân giải lipid của vsv dạ cỏ:

Phân giải lipid

VSV phân giải lipid: Anaerovibrio lipolytica
- VSV tiết enzyme lipase thủy phân lipid  glycerol và axit béo
- Glycerol lên men  axit béo bay hơi
- Axit béo được vk sử dụng để tổng hợp phospholipid của màng TB
- VSV dạ cỏ khử các axit béo không no  axit béo no

VSV thủy phân lipid nhờ tiết

ra enzyme lipase  thành
sản phẩm cuối cùng glycerol
và axit béo:
- Glycerol chuyển hóa
thành dihyroxyacetone
phosphate  tham gia vào
q trình đường phân 
sản phẩm cuối cùng là
pyruvate
- Axit béo bị oxi hóa 
axetyl CoA  tham gia
vào chu trình Kreb
9/12/2017

61

62

b. Sự phân giải các hợp chất có chứa N
Phân giải protein
• Vi sinh vật phân giải protein: Hầu hết các VSV đều có thể phân giải được
protein ở các mức độ khác nhau, nhưng hoạt tính protease cao thuộc về
các giống nấm mốc và vi khuẩn.
• Enzyme: protease, peptidase
• Q trình phân giải:
protease
peptidase
Protein
polypeptide, oligopeptide
axit amin


Quá trình phân
giải protein và
axit amin

protease

peptidase

- Axit amin được tế bào hấp thu, một phần được sử dụng trong tổng hợp
protein của tế bào, một phần tiếp tục sự phân giải thành NH3
Ứng dụng quá trình phân giải protein ở vsv:
- Chế biến thực phẩm: tương, xì dầu, nước mắm….(nấm Aspergillus
oryzae…)
- Xử lý chất thải chăn nuôi, rác thải…
- Sản xuất enzyme protease ở qui mô công nghiệp
9/12/2017

63

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

64

Sự phân giải urê
• Urê là hợp chất hữu cơ đơn giản chứa tới 46,6% N.
• Urê là thành phần N hữu cơ chủ yếu trong nước tiểu của động
vật (chiếm (2,2%)


• Nêu đặc điểm của các q trình phân giải
các hợp chất của vi sinh vật
• Ứng dụng và tác hại của các quá trình phân
giải ở vi sinh vật trong đời sống

• Các vi khuẩn, một số xạ khuẩn và nấm mốc có khả năng sinh
enzyme urease đều có khả năng phân giải tốt urê. Các vi
khuẩn phân giải urê thường sống hiếu khí hoặc yếm khí tuỳ
tiện, chúng phát triển tốt trong mơi trường trung tính hoặc
hơi kiềm, chỉ sử dụng nguồn N mà không sử dụng nguồn C
trong urê.
urease

urease

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

65

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

66

11



Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

Tóm tắt hoạt động phân giải và tổng hợp ở VSV

3.2.4. Các quá trình tổng hợp các chất hữu cơ
• Là q trình sử dụng các nguyên liệu thu được từ quá
trình phân giải và hấp thu qua màng để tổng hợp nên các
thành phần của tế bào vsv. Đây là quá trình tiêu tốn năng
lượng của TB
- Tổng hợp polysaccharide
- Tổng hợp Lipids
- Tổng hợp các amino acids và protein
- Tổng hợp các axit nucleic

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

67

a. Tổng hợp polysaccharide của vsv dị dưỡng
- Polysaccharide tham gia cấu tạo thành TB của VSV gồm: peptidoglycan,
lipopolysaccharide ở VK, glucan và cellulose ở VSV nhân thật

 Các polysaccharide được tổng hợp từ các hợp chất C như các đường
đơn  đường phân  tham gia vào chu trình Kreb  UDP-glucose và
ADP-glucose

• UDP-glucose (uridine diphosphate glucose): Là tiền chất để tổng hợp
màng TB của VK
• ADP-glucose (Adenosine diphosphate glucose): là tiền chất để tổng hợp
glycogen ở VK
 Các polysaccharide được tổng hợp từ các hợp chất phi C (lactate,
pyruvate, glycogenic, amino acids, propionate, glycerol,
dihydroxyacetone và dicarboxylic acids )  tham gia vào con đường
Gluconeogenesis hoặc pentose phosphate để tổng hợp glucose  đường
phân
 Glucose bị phosphoryl hóa nhờ enzyme hexokinase hoặc glucokinase 
glucose-6phosphate  UDP glucose nhờ enzyme UDP glucose
phosphorylase: tiền chất để tổng hợp cellulose, lipopolysaccharide,
69
peptidoglycan

b. Cố định quang hợp CO2

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

Tổng hợp polisaccharide của TB
vsv

9/12/2017

Tổng hợp glycogen ở VK

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

70


c. Sinh tổng hợp lipid
 Glucose tham gia q trình
đường phân  chuyển hóa
thành glyceraldehyde 3phosphate  dihydroxyacetone
phosphate  Glycerol

Các vsv tự dưỡng sử dụng CO2
làm nguồn C duy nhất và chủ yếu
VSV cố định CO2 qua 3 con
đường TĐC:
- Chu trình Calvin-Benson: VSV
nhân thật
- Con đường 3hydroxypropionate bi-cycle: cổ khuẩn
(Thermoproteus, Sulfolobus)
và vk Chlorobium,
Desulfobacter
- Chu trình Kreb/TCA khử: VK
sinh CH4, khử sulfate, vk sinh
acetat
9/12/2017

68

 Axit pyruvic hình thành trong
quá trình đường phân  Kreb
cycle  Acetyl CoA  axit béo
 Lipid được tổng hợp từ các axit
béo và glycerol

71


9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

72

12


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

d. Sinh tổng hợp axit amin và protein
Tất cả các amino acid được tổng hợp trực tiếp hoặc gián tiếp từ các
sản phẩm trung gian trong quá trình phân giải các hợp chất
carbohydrate, đặc biệt ở chu trình Kreb
Phản ứng amin hóa/trao đổi amin:
Axit hữu cơ + nhóm amin  axit amin
Một số vsv khơng thực hiện được q
trình này, mà cần phải có sẵn các axit
amin để tổng hợp protein

Sinh tổng
hợp purine
và
pyrimidine

Nhiều VK và nấm sử dụng

glutamate-dehydrogenase để chuyển
nhóm amin từ glutamate aa
73

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

9/12/2017

74

e. Quá trình cố định N2
- Một số VSV có khả năng cố định N khơng khí do chúng có
enzyme nitrogenase  phá vỡ được 3 mối liên kết rất bền vững
trong phân tử N2 (NN)
Vi sinh vật cố định nitơ: VSV cố định nitơ gồm có 3 nhóm vi khuẩn
• Vi khuẩn cố định nitơ tự do: Có các giống chủ yếu là Azotobacter,
Clostridium và vi khuẩn lam sống tự do, trong đó hai giống quan
trọng nhất là Azotobacter và Clostridium.
• Vi khuẩn lam: Anabaena azollae sống cộng sinh với bèo hoa dâu
(Azolla) có khả năng cố định N nhờ vào hệ thống nitrogenase của
chúng. Hoạt tính cố định N vào khoảng 1-2,5 = mol/g/giờ, có ý
nghĩa quan trọng trong ruộng lúa.
• Vi khuẩn cộng sinh: Vi khuẩn nốt sần trong rễ cây họ đậu
Tổng hợp protein ở vsv: nhóm nhân sơ và nhân thật
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

75


Cơ chế cố định N
• Sự cố định N cần có enzyme Nitrogenase
• Nitrogenase dễ bị bất hoạt bởi O2 vì vậy các VK hiếu khí phải
có các cơ chế giữ N2-ase khơng tiếp xúc với O2 .
• Enzyme này xúc tác phản ứng chuyển N2 thành Ammonia
(NH3)

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

9/12/2017

76

3.3. Sinh trưởng của vi sinh vật

T0=0 Phút

Sinh trưởng ở
vsv là gì?
 Nó khác gì với
sinh trưởng ở
sinh vật bậc cao?

T1=20 phút
T2= 40 phút

• Sinh trưởng của vi khuẩn là sự tăng số lượng tế bào của quần thể,
không phải tăng kích thước TB
• Nghiên cứu sự sinh trưởng, phát triển của vsv là nghiên cứu sự
biến đổi của một quần thể

77

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

78

13


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

a. Cơ sở lý thuyết về sự sinh trưởng

3.3.1. Lý thuyết sinh trưởng của vi khuẩn

Có thể biểu thị sự tăng số lượng tế bào nói trên theo cấp số nhân:

• Nghiên cứu sự sinh trưởng của vi khuẩn được tiến hành đối
với quần thể không phải trên 1 cá thể do TB có kích thước
nhỏ, thời gian sinh trưởng ngắn vì vậy khó tách biệt và xác
định chi tiết về khối lượng kết cấu tế bào để đánh giá sự sinh
trưởng của nó
• Các phương pháp nghiên cứu
- Đếm số lượng tế bào.

- Xác định trọng lượng tế bào (sinh khối)
- Phân tích hàm lượng các thành phần hoá học như ARN,
ADN, protein hoặc các sản phẩm trao đổi chất (rượu, axit hữu
cơ...)
- Xác định hệ số hô hấp (sự hấp thu O2 hay CO2 và sự thải
CO2 hay O2).
TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

9/12/2017

79

Số lượng TB tăng theo logarithm (giả sử thời gian thế hệ là 20 phút,
nuôi cấy từ 1 TB ban đầu)

1

21

22

23

24

25

26

…..2n


Công thức tính số lượng TB tại một thời điểm:
Nt = N0 x 2n
Nt: Số lượng TB tính tại thời điểm kết thúc nuôi cấy
N0: số lượng TB ban đầu tại thời điểm bắt đầu nuôi cấy
n: Số lần TB phân chia
 Tính n theo logarith thập phân: log Nt = log N0 + n log2
 n = (log Nt – log N0)/log2 = (log Nt – log N0)/0,301
Ví dụ: Ni cấy 500 TB Staphylococcus aureus trong môi trường trong
6h. Số lượng TB tăng lên là 3x106TB. Hỏi TB tụ cầu vàng đã phân chia
bao nhiêu lần? Thời gian 1 lần phân chia là bao lâu?
n = log(3x106)- log(500)/0,301 =(6,47-2,7)/0,301 = 12,5
 g = (60 phút x 6 giờ)/ 12,5 = 28,8 phút/thế hệ
80

Thời gian thế hệ (g): Là thời gian cần thiết để tế bào tăng gấp đôi số
lượng trong quần thể.
t
Đơn vị tính (phút, giờ)

 n = t/g

g=

n

2n

N 0 x 2n


Log10 của
SLTB

0

20

1

0

5

25

32

1,51

10

210

1024

3,01

 Thời gian thế hệ của E. coli g= 360 : 18 = 20 phút = 0,33 giờ

15


215

32.768

4,52

16

216

65.356

4,82

Tốc độ sinh trưởng (R): Là số thế hệ sinh ra trong một đơn vị thời
gian
n
logNt – logNo

18

218

262.144

5,42

20


220

1.048.576

6,02

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

Ví dụ: Ni cấy TB E. coli trong phịng thí nghiệm ở 37oC trong 6 giờ
thì quần thể TB phân chia 18 lần. Hỏi thời gian thế hệ của E. coli là
bao nhiêu?
 6h = 6 x 60 phút = 360 phút

R=
t

81

b. Quy luật sinh trưởng trong điều kiện nuôi cấy tĩnh
(hệ thống đóng)
• MT ni cấy tĩnh: Là mơi trường không bổ sung chất dinh dưỡng
mới và không loại bỏ sản phẩm trao đổi chất
• Sinh trưởng của vsv biểu hiện ở đường cong sinh trưởng gồm có
4 giai đoạn/pha:
- Pha lag (pha tiềm tàng)
- Pha log (pha logarith)
- Pha cân bằng
- Pha tử vong


9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

n

83

= ----------------0,301 t

Tốc độ sinh trưởng của VSV phụ thuộc vào:
- Lồi vi khuẩn
- Mơi trường dinh dưỡng
- Yếu tố ngoại cảnh (Nhiệt độ nuôi cấy, độ ẩm…)

82

Pha lag (pha tiềm tàng):
• Khơng tăng số lượng tế bào.
 Nguyên nhân: là do tế bào vsv cần có thời gian để thích
ứng với điều kiện mới và chuyển từ trạng thái nghỉ sang
trạng thái hoạt động. Đó là thời gian cần cho sự tổng hợp
các enzyme và các thành phần cần thiết cho q trình
chuyển hố.
• Độ dài của pha này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tuổi tế
bào, giống, mơi trường dinh dưỡng, điều kiện ni cấy.
• Nếu cấy tế bào trẻ, đang ở giai đoạn sinh trưởng nhanh

vào môi trường không khác môi trường nuôi cấy cũ và
điều kiện ni cấy rất thích hợp thì có thể không xuất
hiện pha lag.
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

84

14


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

Pha logarit (pha sinh trưởng theo luỹ thừa)
• Số lượng tế bào tăng lên nhanh theo luỹ thừa.
Tế bào có kích thước điển hình, có sự tương tự
về thành phần hố học và hoạt tính sinh lý trao
đổi chất. Tế bào có sự đề kháng cao với điều
kiện ngoại cảnh.

Pha ổn định (cân bằng)

• Độ dài cũng như độ cao của đường biểu diễn của
pha này phụ thuộc vào các yếu tố như giống,
dinh dưỡng, điều kiện ni cấy...

• Số lượng TB sống giảm theo luỹ thừa mặc dù số lượng tế bào

tổng cộng có thể khơng giảm.
• Một số lồi vi khuẩn có sự hình thành nha bào.
• Nguyên nhân: do nồng độ chất dinh dưỡng giảm thấp, sự trao
đổi chất của tế bào giảm mạnh, xuất hiện sự phân huỷ chất dự
trữ trong tế bào; Thêm vào đó là sự tích luỹ tăng cao của chất
độc đã làm chết hàng loạt tế bào.

 Trong môi trường tự nhiên (đất, nước…), pha
log ở vi khuẩn có diễn ra khơng? Tại sao?
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

85

Sinh trưởng kép
• Khi chuyển các TB đang sinh
trưởng
logarith vào mơi
trường mới khác với mơi
trường trước đó  có sự xuất
hiện pha lag mới.
• Ngun nhân: do sự thích
ứng của vi khuẩn với điều
kiện ni cấy mới (tổng hợp
các enzyme mới)
• Đặc trưng của hiện tượng
sinh trưởng kép là đường
cong sinh trưởng gồm hai
pha lag và hai pha log.


• Số lượng tế bào ở trạng thái cân bằng động học - số lượng tế
bào sinh ra cân bằng với số lượng tế bào chết đi  sinh khối
TB ổn định.
• Nguyên nhân: do nồng độ cơ chất giảm dần, do sự tích luỹ
dần các chất độc và sự xuất hiện các yếu tố bất lợi làm cho tốc
độ sinh trưởng giảm dần.

Pha tử vong

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

86

c. Quy luật sinh trưởng trong điều kiện nuôi cấy
liên tục

Đường cong sinh trưởng kép
ở E.coli ni cấy trong mơi
trường Glucose - Sorbitol

• Ni cấy liên tục (hệ thống mở):
Là môi trường được bổ sung liên
tục chất dinh dưỡng mới và đồng
thời loại bỏ chất thải  duy trì
cân bằng động học.
• Trong phương pháp này thể tích
bình ni cấy được giữ khơng

đổi, bằng cách điều chỉnh tốc độ
môi trường mới vào và sản phẩm
cuối của q trình ni  TB
được cung cấp những điều kiện
mơi trường khơng đổi
• Hệ thống ni cấy Chemostat
Chemostat

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

87

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

88

c. Ứng dụng quy luật sinh trưởng của vsv
Trong nuôi cấy, nhân và giữ giống :
Nhân giống trên môi trường chuẩn với điều kiện thuận
lợi và dùng giống gốc trẻ để rút ngắn pha lag chuyển
nhanh sang pha log nhằm thu được số lượng tế bào lớn và
có hoạt tính cao trong thời gian ngắn.
 Cần cấy truyền giống và nhân giống định kỳ trong sản
xuất, khi tế bào VSV chưa ở giai đoạn già, thối hố.

Đường cong sinh trưởng trong mơi trường nuôi cấy liên tục


Ứng dụng của phương pháp nuôi cấy liên tục: Trong sản xuất
sinh khối protein, sản xuất các chế phẩm sinh học (enzyme, kháng

 Công tác nghiên cứu về giống và các mặt hoạt động
sinh lý khác của VSV cần thiết phải tiến hành ở pha log bởi
vì ở pha này số lượng tế bào lớn, có năng lực trao đổi chất
mạnh, có hình thái và đặc tính sinh lý điển hình nhất.

sinh …), sản xuất chế biến thực phẩm (bia, sản phẩm lên men…)
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

89

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

90

15


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017


Trong chế biến thực phẩm, sản xuất các chế
phẩm sinh học:
Để có thể đạt được hiệu quả cao trong chế biến và sản xuất
các chế phẩm sinh học cần phải tạo điều kiện để tế bào vsv
phát triển nhanh đạt số lượng tế bào lớn: tế bào đạt nhanh tới
giai đoạn sinh trưởng luỹ thừa và duy trì sự sinh trưởng ổn
định của chúng ở giai đoạn này.
 Sử dụng phương pháp nuôi cấy liên tục (dụng cụ
Chemostat):
Mục đích:
- Sản phâm thu được ở pha log có q trình trao đổi chất cao,
khả năng sinh tổng hợp cao, có số lượng tế bào lớn nên sự tích
luỹ sản phẩm sinh học sẽ cao
- Khơng mất thời gian thay mơi trường
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

91

- Phịng bệnh: sử dụng các biện pháp loại trừ VSV để
giảm nguy cơ gây nhiễm cũng như làm mất đi khả năng
gây bệnh của các VSV
- Trong trị bệnh: phải chú ý chữa trị kịp thời, càng sớm
càng tốt khi bệnh mới phát, bởi vì vi trùng đang ở pha
lag hoặc mới chuyển sang pha log thì số lượng tế bào có
độc tính chưa cao và đặc biệt là tế bào rất nhạy cảm với
nhân tố ngoại cảnh (các thuốc điều trị) do đó bệnh dễ
khỏi và thời gian khỏi bệnh nhanh.


TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

93

3.3.3. Đặc điểm sinh trưởng của vsv trên các mơi
trường
a. Mơi trường đặc (rắn)
 Mơi trường có sử dụng các chất làm đông đặc môi trường: 1,5-2%
thạch (agar). Một số loại môi trường chủ yếu:
- Môi trường dinh dưỡng:
+ Môi trường đơn giản/MT cơ sở  peptone + agar; môi
trường nước thịt peptone
+ Môi trường phức tạp: có bổ sung các chất dinh dưỡng cao
thịt, cao nấm men, casein… + các chất khoáng hoặc các chất đặc hiệu
- Môi trường chọn lọc: Dựa trên nhu cầu dinh dưỡng đặc biệt tưu
tiên sự sinh trưởng của một số VSV (ví dụ Mt chọn lọc VK sinh
protease có bổ sung gelatin/casein…)
- Mơi trường chẩn đốn/ phân biệt: Có các thành phần hoặc hóa
chất giúp phân biệt các vsv bằng mắt thường (Ví dụ: mơi trường
95
MacConkey phân biệt E. coli và Salmonella)

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

92


Đọc thêm: Quorum sensing

Phòng và trị bệnh

9/12/2017

Trong bảo quản giống VSV, các nguyên vật liệu và
thức ăn.
- Trong bảo quản giống VSV: Phải đảm bảo giống
có tỷ lệ chết thấp, đảm bảo được hoạt tính sinh học
và đặc tính di truyền.
- Phương pháp tiến hành cụ thể là: Sau khi giống đạt
tới sự sinh trưởng tốt ở pha log sẽ dùng các biện
pháp bảo quản để không cho chuyển sang giai đoạn
sinh trưởng tiếp theo (pha ổn định và tử vong), như
sử dụng các biện pháp bảo quản lạnh, đông khô, bảo
quản dưới lớp dầu vơ trùng….

Các vk “nói chuyện”
với nhau bằng cách
truyền các phân tử
tín hiệu cho nhau
 Hiện tượng tích tụ
các phân tử tín hiệu
để một TB có thể liên
lạc với một số TB VK
khác trong quần thể
 Quorum sensing
Mục đích: hợp tác để thực hiện các tập tính bình thường  giúp cho VK

thích nghi nhanh chóng với ĐK môi trường sống thay đổi (nguồn dinh
dưỡng, cạnh tranh với các vsv khác, chống lại các tác nhân có hại, tăng
cường độc lực trong quá trình gây bênh…)

 VSV sinh trưởng trên mơi trường đặc (rắn) sẽ hình thành khuẩn
lạc
 Khuẩn lạc là sự tập trung một số lượng lớn tế bào ở cùng một
nơi, được hình thành từ một tế bào ban đầu.
 Sự sinh trưởng được đánh giá thơng qua các tiêu chí:
- Số lượng khuẩn lạc (đếm bằng phương pháp pha lỗng nồng độ)
- Hình thái, kích thước của khuẩn lạc
- Rìa, bề mặt, trạng thái, kết cấu khuân lạc
- Màu sắc của khuẩn lạc; Mùi của môi trường
 Hai dạng khuẩn lạc thường gặp:
- Khuẩn lạc láng bóng (dạng S): thường có bề mặt cong lồi, rìa gọn
mịn, mặt láng bóng, nhẵn.
- Khuẩn lạc nhám (dạng R): bề mặt nhám xù xì, rìa nhọn hay có
góc cạnh.
 Khuẩn lạc nhầy, khuân lạc con, khuẩn lạc mảng ….
96

16


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

Một số loại môi trường rắn


Một số dạng khuẩn lạc của vsv

Casein media: chọn lọc
Protease/casease

Thạch máu (blood agar)

MT chọn lọc: Salmonella agar)

Môi trường thạch ống

97

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

• Là mơi trường khơng bổ sung thêm
chất đơng đặc (thạch)
• Đánh giá sinh trưởng qua các tiêu chí:
- Đếm số lượng tế bào
- Độ đục của mơi trường (so màu): đục
đều hay ở dạng bông, dạng vẩn mây
- Sự lắng căn hay kết tủa: dầy hay
mỏng, xốp hay kết chặt, dạng hạt hay
keo
- Hình thành màng: màng trịn hay
màng kín, bề mặt màng thơ hay mịn,
dầy hay mỏng
- Sinh khí
- Màu, mùi của mơi trường


Bề mặt

Rìa/ bờ viền

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

98

b. Môi trường dịch thể (lỏng)

Mô tả đặc điểm của khuẩn lạc

9/12/2017

9/12/2017

99

9/12/2017

Đục

lắng
căn

Môi trường Trypticase soy
nuôi cấy Enterobacter

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê


100

Đọc thêm: Môi trường bán rắn
Môi trường có từ 0,2-0,7% thạch
Được sử dụng để quan sát khả năng di động của vsv

Phản ứng lên men đường
Mycobacterium Phle: cặn, màng,
không đục

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

101

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

102

17


Vi sinh vật đại cương

9/12/2017


c.Một số phương pháp xác định số lượng vsv

Phương pháp pha loãng nồng độ: đếm số lượng khuẩn
lạc trên thạch đĩa

 Phương pháp đếm trực
tiếp dưới kính hiển vi:

- Mỗi một TB VSV sống
sẽ phát triển thành 1
đơn vị khuẩn lạc (colony
forming unit – CFU)

 Sử dụng buồng đếm hồng cầu
Neubauer
 Ứng dụng cho các vsv có kích
thước lớn như nấm men, vi
tảo, vk lam  đếm nhanh
 Nên sử dụng kính hiển vi
phản pha để tránh nhầm lẫn

- Mẫu được pha lỗng
trước  ni cấy trên
môi trường thạch đĩa
rắn  đếm số lượng
khuẩn lạc trên đĩa 
tính được số lượng vsv
có trong 1g/1ml mẫu


Nhược điểm: khơng phân biệt được
các TB sống và chết; độ chính xác
không cao với mật độ <106

- Phương pháp này chỉ
xác định số lượng TB
còn sống
103

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

105

 Phương pháp so màu: kiểm tra mật độ vsv trong môi trường
nuôi cấy
- Sử dụng quang phổ
(spectrophotometer) để đo % sự
hấp phụ ánh sang của MT  nhanh
- Khi mật độ TB trong dung dịch
nuôi cấy >106/ml  mức độ đục mà
mắt thường có thể phát hiện được.
Mức độ đục máy có thể phát hiện
được từ 107 – 108/ml
- Phương pháp này khơng chính xác
nếu mơi trường ni cấy bị tạp với
chỉ số lượng rất nhỏ vk khác
- Đặc biệt ở pha suy vong trong quá
trình sinh trưởng, số lượng TB chết
cao  Kết quả cho mật độ TB cao
nhất  không phân biệt được TB

sống và TB chết

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

104

 Phương pháp xác định số có
xác xuất lớn nhất MPN
(Most probale number)

Thao tác cấy gạt và đổ đĩa

9/12/2017

- Độ chính xác cao

- Là kỹ thuật nhằm ước lượng số
vk lớn nhất có trong mẫu 
95% số lượng vk nằm trong
khoảng xác định
- Sử dụng đối với những vk
không phát triển trên môi
trường rắn
- Thường được sử dụng để kiểm
tra các vk coliform trong mẫu
nước (Kiểm tra lên men đường
lactose  a. lactic)
- Pha loãng mẫu  dãy 5 ống/9
ống  đếm số ống dương tính
- Kết quả được so sánh với bảng

MPN: Đơn vị MPN/ml

106

Phương pháp màng lọc
(membrane filtration)
- Sử dụng khi số lượng vk trong mẫu
quá nhỏ để phát hiện với các
phương pháp khác: Kiểm tra
coliform trong mẫu nước uống 
VK chỉ thị
- Lấy tối thiểu 100ml mẫu nước 
lọc qua màng lọc vi khuẩn có
đường kính lỗ lọc nhỏ  vi khuẩn
không qua được, nằm lại trên
màng lọc
- Màng lọc sau khi lọc được đặt vào
đĩa Petri có dung dịch ni cấy 
VK mọc trên màng lọc  đếm số
lượng khuẩn lạc

107

Màng được nuôi trên MT lactose glucuronide agar
Khuẩn lạc màu vàng và màu xanh nước biển:
coliform; Khuẩn lạc màu xanh lá cây: E.coli

108

18



Vi sinh vật đại cương

9/12/2017

 Các phương pháp xác định gián tiếp:

Ơn tập chương

Xác định sinh khối
- VSV ni cấy trên MT dịch thể/lỏng  lọc/ly tâm  loại bỏ
dung dịch  cân toàn bộ phần cặn (xác TB)

1. Nhu cầu dinh dưỡng của VSV: Vai trò của C, N, H2O, khống

- Phương pháp này cũng khơng phân biệt được TB chết và
TB sống

3. Cơ chế hấp thu chất dinh dưỡng ở VSV

Xác định các sản phẩm TĐC:

- Hô hấp hiếu khí, hơ hấp yếm khí, lên men

2. Các kiểu dinh dưỡng của VSV
4. Trao đổi chất ở VSV:

- Trong quá trình sinh trưởng, vsv tiến hành quá trình TĐC
 sản phẩm của q trình hơ hấp, lên men: axit lactic, rượu,

axit hữu cơ, CO2 …
Định lượng các sản phẩm này

- Quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ
5. Quy luật sinh trưởng của VK
6. Đặc điểm sinh trưởng của VSV trên các môi trường nuôi cấy
7. Phương pháp đếm khuẩn lạc trên thạch đĩa (pha loãng nồng độ)

 Tốn kém
9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

109

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

111

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

9/12/2017

TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê

110

19