Chuyên đề Sinh trưởng và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật

Chủ đề: SINH TRƯỞNG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT GVHD:PHẠM THỊ THÚY NGA NHÓM TH: NHÓM 8 SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT I- Khái niệm sinh trưởng 1. Sự sinh trưởng ở vi sinh vật -Sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật là sự tăng số lượng tế bào của quần thể. 2. Thời gian thế hệ -Định nghĩa: Thời gian thế hệ là thời gian từ khi sinh ra một tế bào cho đến khi tế bào đó phân chia. - Kí hiệu: g - Ví dụ: E.Coli cứ 20 phút tế bào lại phân đôi một lần. Thời gian (phút) Số lần phân chia (n) 2n Số tế bào của quần thể (No x 2 n) 0 0 20 = 1 1 20 1 21 = 2 2 40 2 22 = 4 4 60 3 23 = 8 8 80 4 24 = 16 16 100 5 25 = 32 32 120 6 26 = 64 64 - Sau 1 thời gian thế hệ số tế bào sẽ tăng gấp đôi. - Từ 1 tế bào: + Cứ 1 lần phân chia  2 tế bào = 21 + 2 lần phân chia  4 tế bào = 22 + 3 lần phân chia  8 tế bào = 23 + n lần phân chia  2? - Từ N0 tế bào, sau n lần phân chia  N0 x 2 n 3. Công thức - Số tế bào trung bình ( N ) - Số lần phân chia ( n ) - Số tế bào ban đầu ( N0 ) - Thời gian phân chia ( t ) Số tế bào trung bình sau n lần phân chia từ N0 tế bào ban đầu trong thời gian t là:Nt = N0 x 2 n Ví dụ:Nếu số lượng tế bào vi khuẩn E.Coli ban đầu là 105 tế bào, thì sau 2h số lượng tế bào trung bình là bao nhiêu? - Sau 2h vi khuẩn E.coli phân chia 6 lần  Số lượng tế bào trung bình là: N = 105 x 26 = 6.400.000 tế bào II – Sự sinh trưởng của quần thể sinh vật 1. Nuôi cấy không liên tục - Môi trường nuôi cấy không được bổ sung chất dinh dưỡng mới và không được lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất. - Quần thể vi khuẩn trong nuôi cấy không liên tục sinh trưởng theo một đường cong gồm 4 pha: L o g s ố lư ợ n g tế b à o Thời gian Đường cong sinh trưởng của quần thể vi khuẩn trong nuôi cấy không liên tục Pha tiềm phát Pha cân bằng a/ Pha tiềm phát (pha lag) - Vi khuẩn thích nghi với môi trường. - Số lượng tế bào trong quần thể chưa tăng - Enzim cảm ứng được hình thành để phân giải cơ chất. b/ Pha lũy thừa ( pha log ) - Vi khuẩn sinh trưởng với tốc độ lớn nhất và không đổi - Số lượng tế bào trong quần thể tăng lên rất nhanh c/ Pha cân bằng - Số lượng vi khuẩn trong quần thể đat mức cực đại và không đổi theo thời gian do: + 1 số tế bào bị phân hủy + 1 số tế bào khác có chất dinh dưỡng lại phân chia Số lượng tế bào sinh ra bằng số lượng tế bào chết đi d/ Pha suy vong - Số tế bào trong quần thể giảm dần do: + Số tế bào bị phân hủy nhiều + Chất dinh dưỡng cạn kiệt + Chất độc hại tích lũy nhiều 2. Nuôi cấy liên tục Nguyên tắc Mục đích Ứng dụng Bổ sung liên tục các chất dinh dưỡng vào và đồng thời lấy ra một lượng dịch nuôi cấy tương đương. Tránh hiện tượng suy vong của quần thể vi sinh vật Sản xuất sinh khối để thu nhận prôtêin đơn bào, các hợp chất có hoạt tính sinh học như các axit amin, enzim, kháng sinh, hoocmôn… Nuôi cấy không liên tục Nuôi cấy liên tục  Không được bổ sung chất dinh dưỡng mới - Không được lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất.  Đường cong sinh trưởng theo 4 pha: pha tiềm phát, pha lũy thừa, pha cân bằng, pha suy vong  Nghiên cứu sự sinh trưởng của VSV  Bổ sung liên tục các chất dinh dưỡng  Lấy ra một lượng nuôi cấy tương đương.  Không có pha tiềm phát và pha suy vong  Sản xuất sinh khối CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT I. Ảnh hưởng của các yếu tố hóa học 1. Các nguyên tố dinh dưỡng chính Nguyên tố Nguồn cung cấp Vai trò của chúng trong vi sinh vật C Các hợp chất hữu cơ, CO2. là yếu tố dinh dưỡng quan trọng nhất đối với sự sinh trưởng của VSV: -là bộ khung cấu trúc của chất sống, - cần cho tất cả các hợp chất hữu cơ cấu tạo nên tế bào N NH4 4+, NO3 -, N2 (từ khí quyển), hợp chất hữu cơ. + chiếm 14% khối lượng khô của tb VK; + Trong cơ thể VSV, N được sử dụng để tạo nhóm amin. P HPO4 2- cần cho qúa trình tổng hợp axit nuclêic và photpholipit, ATP. S SO4 2-, HS-, S0, S2O3 2-, các hợp chất lưu huỳnh.. Tổng hợp các aa chứa S: O Oxi, nước, hợp chất hữu cơ, CO2. - là thành phần cấu tạo chủ yếu của tế bào, chiếm tỷ lệ cao nhất trong số các nguyên tố hóa học cấu tạo nên cơ thể sinh vật; Vai trò của ôxi đối với sinh trưởng của VSV - Ôxi phân tử là yếu tố không thể thiếu đối với sinh trưởng của VSV hiếu khí. - Ôxi phân tử có thể giết chết hoặc ức chế sinh trưởng của VSV kị khí Ý nghĩa của việc tìm hiểu về các chất dinh dưỡng chính ảnh hưởng đến sinh trưởng của VSV - Chủ động tạo ra các điều kiện nuôi cấy thích hợp đối với các VSV có lợi để kích thích sự phát triển của chúng. - Tạo điều kiện không thích hợp đối với các VSV có hại để kìm hãm sinh trưởng của chúng. Phân biệt các nhóm vi sinh vật theo nhu cầu ôxi cho sinh trưởng của chúng. Nhóm VSV Đặc điểm phân biệt Đại diện Hiếu khí bắt buộc Cần oxi Nhiều VK(E.coli), hầu hết tảo, nấm, ĐV nguyên sinh; Kị khí bắt buộc Không cần oxi, thậm chí Oxi còn là chất độc đối với tế bào VK uốn ván, VK sinh mêtan; Kị khí không bắt buộc Khi có oxi thì hô hấp hiếu khí, khi không có oxi thì lên men hoặc hô hấp kị khí. Nấm men, Bacillus. Vi hiếu khí Có khả năng sinh trưởng, chỉ cần 2- 10%, một lượng oxi nhỏ hơn nồng độ Oxi trong khí quyển (21%). Vi khuẩn giang mai, I. Ảnh hưởng của các yếu tố hóa học 1Các nguyên tố dinh dưỡng chính 2. Chất ức chế sự sinh trưởng: Chất hoá học Cơ chế tác động Ứng dụng Hợp chất phênol Các loại cồn Iôt,rượu iôt(2%) Clo, cloramin Hợp chất kim loại nặng Anđêhit Khí êtilen ôxit Chất kháng sinh Biến tính pr, các loại màng tế bào Thay đổi khả năng cho đi qua của lipit ở MSC Oxi hoá các thành phần TB Sinh O2 có tác dụng oxh mạnh Gắn vào nhóm SH của prôtêin làm chúng bất hoạt Bất hoạt prôtêin Oxh các thành phần tế bào Diệt khuẩn có tính chọn lọc Khử trùng bệnh viện Thanh trùng trong y tế Diệt khuẩn trên da Thanh trùng Diệt bào tử đang nảy mầm Thanh trùng Khử trùng Dùng trong y tế, thú y 1. Nhiệt độ: - Nhiệt độ tối ưu là nhiệt độ mà vi khuẩn sinh trưởng mạnh nhất. - Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học, sinh học trong tế bào nên ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật. A- Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng của VSV: II. CÁC YẾU TỐ LÍ HỌC B. Phân chia các nhóm VSV: 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Ưa lạnh Ưa ấm Ưa nhiệt Ưa siêu nhiệt Nhiệt độ sinh trưởng của các nhóm VSV Có 4 nhóm VSV: + VSV ưa lạnh: Sống ở Nam cực(t0 <150C). +VSV ưa ấm: Sống ở đất nước, kí sinh(t0: 20 - 400C) + VSV ưa nhiệt: Nấm, tảo, vi khuẩn(55 – 650C) + VSV ưa siêu nhiệt: Vi khuẩn đặc biệt(75 – 1000C) Những VSV sống trong những điều kiện t0 sau thuộc nhóm nào: Loài Herminiimonas glaciei Loài Deinococcus peraridilitoris Loài Pyrodictium abyssi Băng ở Greenland Loài Mycobacterium tuberculosis (VK lao) Sa mạc Atacama Núi lửa dưới đại dương (Ưa ấm)(Ưa lạnh) (Ưa nhiệt) (Ưa siêu nhiệt) C. Ứng dụng: - Diệt khuẩn: phơi áo quần, chăn màn - Bảo quản lương thực, thực phẩm ( nấu chín) - Con người dùng nhiệt độ cao để thanh trùng, nhiệt độ thấp để kìm hãm sự sinh trưởng của VSV 2. Độ pH: A. Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng của VSV: - Độ pH là đại lượng đo độ axit hay độ kiềm tương đối. Giá trị pH được biểu hiện bằng số từ 0 đến 14. - Độ pH ảnh hưởng tới tính thấm qua màng, hoạt động chuyển hóa vật chất trong tế bào, hoạt tính enzim, sự hình thành ATP…. Trung tínhAxit Kiềm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14pH = B.Thang pH Ưa trung tính Ưa axit Ưa kiềmNhóm VSV pH thích hợp Tác động của H+ và OH- trong môi trường lên tế bào Đại diện H+ và OH- kìm hãm hoạt động của enzim. H+ làm màng sinh chất vững chắc, không tích lũy H+→ duy trì pH nội bào gần trung tính. Tích lũy ion H+ từ bên ngoài → duy trì pH nội bào gần trung tính đa số VK và ĐV nguyên sinh. số ít VK, đa số nấm Vi khuẩn ở hồ và đất kiềm 6 – 84 – 6 > 9 Loài Ferroplasma acidophilum sống trong điều kiện pH=1. Tìm thấy ở dòng chảy chất độc của một mỏ vàng tại Canifornia (Mỹ) C. Ứng dụng: - Chế biến và bảo quản thực phẩm -Trong công nghệ sản xuất bột giặt, tẩy rửa. -Bột giặt có tính kiềm do đó enzim ưa kiềm mới giữ nguyên được bản chất, không bị mất hoạt tính Vd: Muối chua thực phẩm → tạo môi trường pH thấp → ức chế vi khuẩn gây thối, bảo quản được lâu hơn. Dưa muối cà pháo muối Nem chua 3. Độ ẩm: A. Ảnh hưởng của độ ẩm đến sinh trưởng của VSV: * Môi trường nước có nồng độ chất hòa tan cao hơn nồng độ nội bào:Nước bị rút ra bên ngoài tế bào, sinh trưởng bị kìm hãm. * Môi trường có nồng độ chất hòa tan thấp: nước từ bên ngoài xâm nhập vào tế bào 1. Nồng độ chất tan cao hơn trong TB (môi trường ưu trương) TB ban đầu 2. Nồng độ chất tan thấp hơn trong TB (môi trường nhược trương) Co nguyên sinh Trương nước Giải thích hiện tượng xảy ra khi cho TBVK vào môi trường 1 và 2 Môi trường ưu trương → nước bên trong TB bị rút ra ngoài → hiện tượng co nguyên sinh chất Môi trường nhược trương → nước từ ngoài sẽ xâm nhập vào trong TB Kết quả: sinh trưởng của VSV bị kìm hãm. B. Ứng dụng: • - Bảo quản thực phẩm: Ví dụ, người ta thường ướp muối mặn hay ướp đường làm mứt hoặc làm khô mặn • - Khống chế sự sinh trưởng của từng nhóm VSV. • - Diệt khuẩn Mứt mơPhơi thóc 4. Bức xạ: - Bức xạ không ion hóa (tia tử ngoại): Tác dụng kìm hãm sự sao mã và dịch mã của vi sinh vật - Bức xạ ion hóa (tia X, γ): Tác dụng phá hủy AND của vi sinh vật. 1. Ảnh hưởng của bức xạ đến sinh trưởng của VSV: 2. Ứng dụng: - Tẩy uế và khử trùng bề mặt của các dịch thể, chất lỏng. - Khử trùng thiết bị y tế, phòng thí nghiệm và bảo quản thực phẩm III CÁC YẾU TỐ SINH HỌC 1. Quan hệ công sinh • Là hiện tượng trong cùng một môi trường có hai hay nhiều cá thể của hai hay nhiều loài cùng sinh trưởng, cùng phát triển cùng sinh sản mà không gây ảnh hưởng xấu lẫn nhau. • Thí dụ như vi khuẩn và cây họ đậu, thí dụ như nấm men và vi khuẩn Lactic. Vi khuẩn Lactic làm axit hoá môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển. Nấm men phát triển làm giàu các chất trong môi trường cho vi khuẩn phát triển. Trong các chất đó lưu ý nhất là vitamin và các hợp chất chứa nitơ. 2. Quan hệ đối kháng • Là hiện tượng mà trong cùng một điều kiện môi trường có một loài vi vinh vật này trong quá trình sinh trưởng, phát triển sẽ lấn át loài khác, làm cho loài kia bị tiêu diệt. Thí dụ như một số vi sinh vật tạo thành chất kháng sinh để tiêu diệt loài khác. 3. Quan hệ ký sinh • Đây là mối quan hệ giữa hai cơ thể sống, một loài này sống bám vào loài khác. Loài này phát triển lên và sẽ làm loài kia bị tiêu diệt. Thí dụ như virus đối với các vi sinh vật khác (Thực khuẩn thể, virus của động vật và thực vật). Trong các yếu tố sinh học ảnh hưởng có hại lên các quá trình sống của vi sinh vật cần kể đến kháng thể và kháng sinh. Ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản Vi khuẩn Nitrosomonas, Nitrobacter • Vai trò:Xử lý nước thải trong ao nuôi Loại bỏ các hợp chất hữu cơ là việc rất quan trọng, khi lượng amôniắc và mức nitrite/nitrate vượt qúa sẽ có hại đối với chất lượng nước thông qua quá trình nitơ hoá • Vi khuẩn rất nhạy với nhiệt độ lạnh cũng như sự có mặt của các hoá chất độc trong hệ thống. Tốc độ nitơ hoá chậm lại đáng kể khi thời tiết lạnh. Nhiệt độ dưới 80C có thể làm cho vi khuẩn ngừng tăng trưởng, nhiệt độ tối ưu là 300C. Nitrosomonas Nitrobacter Vi khẩn Vibrio harveyi:bệnh phát sáng ở tôm • Những kết quả nghiên cứu cho thấy các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ mặn, pH, sự tích tụ các chất hữu cơ sẽ ảnh hưởng đến sự sinh sản, lây lan và mức độ cảm nhiễm của loại vi khuẩn này. • Dựa vào các yếu tố ảnh hưởng mà người ta kiềm chế sự phát triển của nó Vibrio harveyi bệnh phát sáng ở tôm • Điều chỉnh độ mặn: Vi khuẩn Vibrio harveyi phát triển mạnh ở môi trường có độ mặn 20-30S, nếu độ mặn giảm thấp còn 5-7S mật độ vi khuẩn vibrio harveyi giảm rõ rệt. Hạ độ mặn là biện pháp ức chế khả năng phát triển vi khuẩn phát sáng. • Nhiệt độ nước: Nhiệt độ nước tăng cao là điều kiện tốt cho vi khuẩn Vibrio harveyi phát triển, nhất là vào mùa hè. Để hạn chế khả năng tăng nhiệt cần duy trì mức nước trong ao nuôi đạt độ sâu từ 1,2 - 1,5m, đồng thời gây màu nước giữ độ trong từ 30-40cm. Nước có màu như mái nhà che nắng hạn chế được sự tăng nhiệt vào ban trưa. • Làm giảm chất hữu cơ có trong nước: Trước mỗi vụ nuôi phải cải tạo ao thật kỹ, vét sạch bùn đáy, bón vôi, phơi ao khoáng hóa nền đáy tiêu diệt mầm bệnh. Trong khi nuôi cần quản lý tốt lượng thức ăn hàng ngày, thường xuyên kiểm tra sàng ăn để đánh giá khả năng bắt mồi kịp thời điều chỉnh thức ăn hợp lý, không để tảo tàn đồng loạt làm mất màu nước tăng lượng hữu cơ. Phát triển nhóm tảo lục (chlorella) cũng có tác dụng khống chế sự phát triển của vi khuẩn Vibrio harveyi • Sử dụng hóa chất diệt vi khuẩn (xử lý nước trước khi thả tôm): Những hóa chất có thể sử dụng để diệt vi khuẩn hoặc làm giảm sức hoạt động của vi khuẩn phát sáng trong nước như: chlorine 30g/m3, BKC 1-2g/m3, thuốc tím 4-5g/m3.