Sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật CD

I. Sinh trưởng của vi sinh vật

1. Khái niệm về sinh trưởng của vi sinh vật

Sự sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật thường được mô tả bằng sự sinh trưởng của một quần thể vi sinh vật do vi sinh vật có kích thước rất nhỏ, thường không quan sát được sự sinh trưởng và phát triển của từng cá thể bằng mắt thường.

Khái niệm sinh trưởng của vi sinh vật: Sinh trưởng của vi sinh vật là sự tăng lên về số lượng tế bào của quần thể vi sinh vật thông qua quá trình sinh sản.

2. Các pha sinh trưởng của quần thể vi khuẩn

Trong hệ kín (môi trường mà các chất dinh dưỡng không được bổ sung thêm đồng thời không rút bớt sản phẩm và chất thải trong suốt quá trình nuôi), sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn được diễn ra theo 4 pha:

Biện pháp để khắc phục hiện tượng mật độ tế bào vi khuẩn không tăng ở pha cân bằng là: Bổ sung thêm chất dinh dưỡng và lấy bớt đi dịch nuôi cấy.

II. Sinh sản của vi sinh vật

1. Sinh sản ở vi sinh vật nhân sơ

1.1. Phân đôi

Phân đôi là hình thức sinh sản của phần lớn các vi sinh vật nhân sơ và là hình thức phân bào không có thoi vô sắc (trực phân).

Cơ chế phân đôi của vi khuẩn:

+ Nhiễm sắc thể mạch vòng của chúng bám vào cấu trúc gấp nếp trên màng sinh chất (gọi là mesosome) làm điểm tựa để nhân đôi và phân chia về hai tế bào con.

+ Tế bào kéo dài, thành và màng tế bào chất thắt lại, hình thành vách ngăn để phân chia tế bào chất và chất nhân về hai tế bào mới.

1.2. Nảy chồi

Nảy chồi là kiểu sinh sản vô tính có ở một số vi khuẩn, ví dụ như vi khuẩn màu tía Rhodomicrobium vannielli.

Cơ chế nảy chồi

Màng tế bào phát triển về một phía hình thành ống rỗng → Chất di truyền nhân đôi → Một phần tế bào chất và chất di truyền chuyển dịch vào phần cuối của ống rỗng làm phình to ống rỗng, hình thành chồi, tạo nên tế bào con.

1.3. Hình thành bào tử

Xạ khuẩn (nhóm vi khuẩn Gram (+) đặc biệt có tế bào dạng sợi) có hình thức sinh sản bằng bào tử vô tính.

Cơ chế hình thành bào tử vô tính:

+ Phân cắt ở đầu các sợi khí sinh (sợi phát triển trong không khí) để hình thành chuỗi bào tử.

+ Các bào tử có thể đứt ra, phân tán trong môi trường. Khi gặp điều kiện thuận lợi, chúng nảy mầm và phát triển thành cơ thể mới.

2. Sinh sản ở vi sinh vật nhân thực

Vi sinh vật nhân thực có hình thức sinh sản vô tính (nảy chồi, phân đôi hoặc hình thành bào tử vô tính) và sinh sản hữu tính (hình thành bào tử túi, bào tử tiếp hợp,…).

2.1. Phân đôi và nảy chồi

Phân đôi và nảy chồi là hình thức sinh sản vô tính của vi sinh vật nhân thực. Chúng thực hiện theo kiểu phân bào có thoi vô sắc.

Điểm khác nhau giữa nảy chồi của nấm men so với nảy chồi ở vi khuẩn:

+ Ở nấm men, các chồi mọc lên trực tiếp không có các ống rỗng như nảy chồi ở vi khuẩn.

+ Sự phân chia vật chất di truyền trong nảy chồi ở nấm men theo kiểu phân bào có thoi vô sắc còn ở vi khuẩn phân bào không có thoi vô sắc.

2.2. Sinh sản bằng bào tử vô tính

Hình thành bào tử vô tính là kiểu sinh sản vô tính của nhiều nấm sợi.

Bào tử vô tính được hình thành từ các sợi nấm sinh dưỡng, không có sự kết hợp của các giao tử đực và cái:

+ Các nấm mốc thuộc chi Aspergillus và chi Penicillium hình thành bào tử đính dạng hở trên sợi khí sinh.

+ Nấm mốc chi Mucor hình thành bào tử đính dạng kín trên sợi khí sinh.

2.3. Sinh sản bằng bào tử hữu tính

Sinh sản hữu tính có sự kết hợp của các bào tử khác giới chỉ xảy ra ở các vi sinh vật nhân thực, có hình thức phân bào giảm phân.

Một số hình thức sinh sản hữu tính bằng bào tử thường thấy là: bào tử túi, bào tử đảm, bào tử tiếp hợp và bào tử động (còn gọi là bào tử noãn).

III. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật

1. Các yếu tố hóa học

1.1. Nguồn dinh dưỡng

Nguồn cung cấp: Tế bào của hầu hết các vi sinh vật hấp thu dinh dưỡng từ môi trường.

Vai trò: Dinh dưỡng và các chất hóa học trong môi trường có ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng của vi sinh vật. Thiếu hụt dinh dưỡng dẫn đến vi sinh vật sinh trưởng chậm hoặc ngừng sinh trưởng.

Phân loại:

+ Các nguyên tố đại lượng (C, H, O, N, S, P, Na, K, Ca,…) là nguồn dinh dưỡng chủ yếu giúp vi sinh vật tổng hợp nên các chất tham gia cấu tạo và các hoạt động sống của tế bào.

+ Các nguyên tố vi lượng (Fe, Zn, Cu,…) được vi sinh vật sử dụng với lượng nhỏ, chúng là thành phần quan trọng của nhiều enzyme, các vitamin,…

1.2. Các chất hóa học khác

Độ pH:

Mỗi vi sinh vật chỉ có thể sinh trưởng trong khoảng pH thích hợp. Đa số vi khuẩn và nguyên sinh vật phát triển tốt trong môi trường trung tính; nhiều loại nấm sinh trưởng tốt trong môi trường acid; một số nhóm vi sinh vật sống trong các hồ nước mặn có độ pH cao.

Cơ chế ảnh hưởng: Độ pH ảnh hưởng đến tính thấm qua màng, hoạt động chuyển hoá vật chất trong tế bào, hoạt tính enzyme,...

Ứng dụng: Tạo môi trường pH phù hợp cho các vi sinh vật có lợi phát triển tối ưu. Tạo môi trường pH bất lợi nhằm ức chế vi sinh vật gây hại cho con người.

Chất ức chế sinh trưởng của vi sinh vật

Gồm một số chất như kim loại nặng, các hợp chất phenol, các chất oxi hóa mạnh, alcohol,…

+ Cơ chế ảnh hưởng: Các chất này có thể gây biến tính và làm bất hoạt protein, phá hủy cấu trúc màng sinh chất,…

+ Ứng dụng: Một số chất này thường được dùng để diệt khuẩn trong y tế và đời sống.

2. Các yếu tố vật lí

2.1. Nhiệt độ

- Mỗi vi sinh vật có thể sinh trưởng được trong dải nhiệt độ thích hợp. Dựa vào khả năng chịu nhiệt, vi sinh vật được chia thành 4 nhóm: ưa lạnh (< 15^oC), ưa ấm (20^oC – 40^oC), ưa nhiệt (55^oC – 65^oC), ưa siêu nhiệt (85^oC – 110^oC).

Cơ chế ảnh hưởng: Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa học trong tế bào.

Ứng dụng: Tạo nhiệt độ phù hợp cho vi sinh vật có lợi phát triển tối đa. Tăng nhiệt độ để tiêu diệt hoặc hạ nhiệt độ để ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật gây hại.

 2.2. Áp suất thẩm thấu

Hầu hết các vi sinh vật thích ứng sinh trưởng ở điều kiện áp suất thường. Trong khi đó, các nhóm vi sinh vật ưa áp suất cao, ưa áp suất thấp,… được tìm thấy ở các điều kiện sống có áp suất khác nhau (ví dụ dưới đáy biển sâu hay trên núi cao).

Cơ chế ảnh hưởng: Khi đưa vi sinh vật vào môi trường ưu trương, nước trong cơ thể vi sinh vật bị rút ra ngoài, gây co nguyên sinh làm chúng không thể phân chia được.

Ứng dụng: Tạo môi trường ưu trương để gây co nguyên sinh nhằm ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật gây hại.

2.3. Độ ẩm

Phần lớn vi sinh vật thích ứng sinh trưởng ở độ ẩm trên 90 %. Một số ít các vi sinh vật như xạ khuẩn, nấm sợi có khả năng sinh trưởng ở độ ẩm thấp dưới 90 %.

Cơ chế ảnh hưởng: Vi sinh vật rất cần nước vì ảnh hưởng đến sự hòa tan các chất dinh dưỡng, thủy phân cơ chất,... Nếu không có nước, vi sinh vật sẽ ngừng sinh trưởng và hầu hết sẽ chết.

Ứng dụng: Tạo độ ẩm phù hợp cho các vi sinh vật có lợi phát triển tối ưu. Tạo độ ẩm bất lợi (phơi khô) nhằm ức chế các vi sinh vật gây hại cho con người.

3. Các yếu tố sinh học

- Yếu tố sinh học là các yếu tố do sinh vật sản sinh ra gây ảnh hưởng đến các sinh vật khác sống trong cùng môi trường.

- Một số yếu tố sinh học ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật:

+ Một số sinh vật có khả năng sinh các chất kích thích các nhóm vi sinh vật khác nhau sinh trưởng. Ví dụ: Một số thực vật tiết các chất hữu cơ đặc thù qua rễ, kích thích sự phát triển của khu hệ vi sinh vật vùng rễ.

+ Nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng sinh các chất ức chế như kháng sinh, bacteriocin,… để ức chế sinh trưởng của các vi sinh vật xung quanh.

4. Thuốc kháng sinh

Thuốc kháng sinh là chế phẩm có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế đặc hiệu sự sinh trưởng của một hoặc một vài nhóm vi sinh vật.

Ứng dụng:

+ Thuốc kháng sinh được dùng điều trị các bệnh nhiễm trùng ở người, động vật và thực vật.

+ Việc lạm dụng kháng sinh gây hiện tượng nhờn thuốc nhanh chóng ở nhiều vi sinh vật gây bệnh, làm cho việc tiếp tục sử dụng kháng sinh đó để điều trị bệnh không còn hiệu quả.