Sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật
I. Khái niệm sinh trưởng ở vi sinh vật
- Vi sinh vật có kích thước rất nhỏ nên khó nhận ra sự gia tăng về kích thước và khối lượng, bởi vậy, sự sinh trưởng ở vi sinh vật cần được xem xét trên phạm vi quần thể.
- Khái niệm sinh trưởng ở vi sinh vật: Sinh trưởng ở vi sinh vật là sự gia tăng số lượng cá thể của quần thể vi sinh vật.
II. Sinh trưởng của quần thể vi khuẩn
- Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn phụ thuộc vào quá trình nuôi cấy.
- Có 2 hình thức nuôi cấy: nuôi cấy không liên tục và nuôi cấy liên tục.
- Nuôi cấy không liên tục là quá trình nuôi cấy không được bổ sung chất dinh dưỡng và không lấy đi các sản phẩm của quá trình nuôi cấy.
- Nuôi cấy liên tục là quá trình nuôi cấy thường xuyên bổ sung chất dinh dưỡng, đồng thời lấy đi một lượng dịch nuôi cấy tương đương. Vi khuẩn nuôi để sản xuất sinh khối (enzyme, vitamin …).
- Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn:
- Trong nuôi cấy không liên tục, sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn gồm 4 pha: tiềm phát, lũy thừa, cân bằng và suy vong.
- Các pha sinh trưởng của quần thể vi khuẩn trong nuôi cấy không liên tục:
(1) Pha tiềm phát: Vi khuẩn thích nghi với môi trường sống mới, chúng tổng hợp các enzyme trao đổi chất và các nguyên liệu để chuẩn bị cho quá trình phân chia. Số lượng tế bào chưa tăng.
(2) Pha lũy thừa: Vi khuẩn trao đổi chất, sinh trưởng mạnh và tốc độ phân chia của vi khuẩn đạt tối đa do chất dinh dưỡng dồi dào. Số lượng tế bào tăng theo cấp số nhân.
(3) Pha cân bằng: Song song với quá trình phân chia, vi khuẩn chết do chất dinh dưỡng giảm dần. Số lượng tế bào đạt cực đại và không thay đổi theo thời gian do tế bào vi khuẩn sinh ra cân bằng với số lượng tế bào vi khuẩn chết đi.
(4) Pha suy vong: Số lượng vi khuẩn chết tăng dần do chất dinh dưỡng cạn kiệt, chất độc hại tích lũy nhiều.
- Trong nuôi cấy liên tục, sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật diễn ra qua pha tiềm phát, pha lũy thừa và duy trì ở pha cân bằng.
III. Một số hình thức sinh sản ở vi sinh vật
1. Sinh sản ở vi sinh vật nhân sơ
- Chỉ có hình thức sinh sản vô tính, bản chất là quá trình phân bào trực phân.
- Các hình thức sinh sản ở vi sinh vật nhân sơ: phân đôi và bào tử trần.
a. Phân đôi
- Đây là hình thức sinh sản phổ biến của vi khuẩn.
- Cơ chế: Phân tử DNA của tế bào mẹ nhân đôi, tế bào kéo dài ra, tách thành hai phần bằng nhau và tạo thành hai cơ thể con.
b. Bào tử trần
- Sinh sản bằng bào tử trần gặp ở xạ khuẩn.
- Cơ chế: Phân tử DNA nhân đôi nhiều lần, sợi khí sinh kéo dài ra, cuộn lại và hình thành các bào tử, mỗi bào tử chứa 1 DNA, bào tử chín rơi xuống đất, gặp điều kiện thuận lợi, nảy mầm và mọc thành hệ sợi nấm.
2. Sinh sản ở vi sinh vật nhân thực
- Gồm sinh sản vô tính và hữu tính.
- Các hình thức sinh sản ở vi sinh vật nhân thực:
- Sinh sản vô tính gồm: phân đôi, nảy chồi, bào tử vô tính.
- Sinh sản hữu tính: tiếp hợp.
- Một số động vật nguyên sinh, tảo đơn bào, nấm sợi,... tồn tại cả hai hình thức sinh sản vô tính và hữu tính trong vòng đời.
a. Sinh sản vô tính ở vi sinh vật nhân thực
- Phân đôi:
- Gặp ở một số loài vi sinh vật nhân thực đơn bào như trùng roi, trùng giày, amip, tảo lục đơn bào,...
- Cơ chế: Bộ nhiễm sắc thể của tế bào mẹ nhân đôi và phân đôi thành hai tế bào con, mỗi tế bào con chứa bộ nhiễm sắc thể 2n như tế bào mẹ.
- Nảy chồi:
- Gặp ở nấm men bia,...
- Cơ chế: Bộ nhiễm sắc thể của tế bào mẹ nhân đôi, tạo thành hai nhân. Tế bào mẹ mọc thành u lồi, một nhân và tế bào chất di chuyển vào u lồi tạo thành chồi. Chồi có thể dính liền với cơ thể mẹ tạo thành tập đoàn hoặc tách ra tạo thành cơ thể mới.
- Bào tử:
- Ở nấm men có hình thức sinh sản vô tính bằng bào tử đốt, bào tử bắn, bào tử áo. Ở nấm sợi có hình thức sinh sản vô tính bằng bào tử đính hay bào tử trần, bào tử kín.
- Cơ chế: Tế bào sinh sản trên cơ thể mẹ tiến hành nguyên phân tạo thành bào tử, bào tử nảy mầm và phát triển thành cơ thể mới.
b. Sinh sản hữu tính ở vi sinh vật nhân thực
- Tiếp hợp hai tế bào mẹ như ở trùng giày,...
- Tiếp hợp các bào tử đơn bội tạo thành hợp tử như nấm men bia,...
- Tiếp hợp giữa sợi âm và sợi dương như nấm sợi,...
IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật
1. Các yếu tố hóa học
|
Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật |
Cơ chế tác động |
Ứng dụng vào đời sống |
|
Các chất dinh dưỡng |
- Các chất dinh dưỡng gồm hợp chất hữu cơ, các nguyên tố đa lượng, các nguyên tố vi lượng và các nhân tố sinh trưởng. - Những chất này ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng của vi sinh vật. |
- Tạo môi trường dinh dưỡng phù hợp cho những vi sinh vật có lợi phát triển như trong nuôi cấy thu sinh khối,… - Loại bỏ các vi lượng nhằm ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật gây hại. |
|
Chất sát khuẩn |
- Ví dụ: phenol, ethanol, các halogen,… - Có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế không chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh nhưng không làm tổn thương đến da và mô sống của cơ thể. |
- Dùng để sát khuẩn trong y tế và trong đời sống hằng ngày. |
|
Chất kháng sinh |
- Ví dụ: penicillin, cephalosporin,… - Có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế vi sinh vật gây bệnh một cách chọn lọc ngay cả ở nồng độ thấp theo nhiều cơ chế khác nhau như ức chế tổng hợp thành tế bào, protein, nucleic acid,... |
- Dùng để chữa bệnh cho người và động vật do kháng sinh có thể tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh. |
2. Các yếu tố vật lí
|
Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật |
Cơ chế tác động |
Ứng dụng vào đời sống |
|
pH |
- Độ pH ảnh hưởng đến tính thấm qua màng, hoạt động chuyển hóa vật chất trong tế bào, hoạt tính enzyme, sự hình thành ATP,… - Giới hạn hoạt động của đa số vi khuẩn nằm trong khoảng pH từ 4 đến 10. Một số vi khuẩn chịu acid có thể sinh trưởng ở pH ≥ 1. |
- 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. |
|
Nhiệt độ |
- Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa trong tế bào. - Mỗi loài vi sinh vật có thể tồn tại và hoạt động tốt nhất trong một phạm vi nhiệt độ nhất định. Dựa vào phạm vi nhiệt độ này, có thể chia thành 4 nhóm: ưa lạnh, ưa ấm, ưa nhiệt, ưa siêu nhiệt. |
- Tạo nhiệt độ phù hợp cho vi sinh vật có lợi phát triển tối đa. - Tăng nhiệt độ để tiêu diệt vi sinh vật có hại, dùng nhiệt để thanh trùng. - Hạ nhiệt độ lạnh để bảo quản thực phẩm. |
|
Độ ẩm |
- Vi sinh vật rất cần nước. Nếu không có nước, vi sinh vật sẽ ngừng sinh trưởng và hầu hết sẽ chết. - Các loài vi sinh vật khác nhau đòi hỏi độ ẩm khác nhau: vi khuẩn đòi hỏi độ ẩm cao; nấm mốc, nấm men đòi hỏi độ ẩm thấp hơn. |
- Tạo độ ẩm phù hợp cho các vi sinh vật có lợi phát triển tối ưu. - Tạo độ ẩm bất lợi nhằm ức chế các vi sinh vật gây hại cho con người. - Phơi khô các loại thực phẩm để bảo quản được lâu. |
|
Áp suất thẩm thấu |
- Sự chênh lệch nồng độ các chất giữa 2 bên màng sinh chất gây nên một áp suất thẩm thấu. - Cho 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. |
- Tạo môi trường ưu trương để gây co nguyên sinh nhằm ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật gây hại. |
|
Ánh sáng |
- Ánh sáng tác động đến quá trình quang hợp ở vi khuẩn quang tự dưỡng. - Ngoài ra, ánh sáng còn thường có tác động đến sự hình thành bào tử sinh sản, tổng hợp sắc tố, chuyển động định hướng,… - Những tia sáng có bước sóng ngắn có thể ức chế hoặc tiêu diệt vi khuẩn bằng cách gây đột biến, làm biến tính protein,… |
- Tạo môi trường ánh sáng phù hợp cho những vi sinh vật có lợi phát triển tối đa. - Sử dụng tia sáng có bước sóng ngắn (tia X, tia gama,...) để ức chế, tiêu diệt vi sinh vật gây hại. |
V. Ý nghĩa của kháng sinh và tác hại của việc lạm dụng kháng sinh
- Khái niệm: Kháng sinh là những hợp chất hữu cơ do vi sinh vật tổng hợp có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế các vi sinh vật khác.
- Một số loại thuốc kháng sinh được dùng phổ biến: penicillin, cephalosporin, aminosid, tetracyclin,...
- Tác dụng: Kháng sinh có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế vi sinh vật gây bệnh một cách chọn lọc ngay cả ở nồng độ thấp → Con người sử dụng kháng sinh để điều trị các bệnh do vi khuẩn gây ra cho cơ thể người và vật nuôi, góp phần nâng cao sức khỏe, giảm tỉ lệ tử vong cho con ngưởi và phát triển ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm, thủy sản,...
- Lưu ý: Nếu lạm dụng thuốc kháng sinh trong chữa bệnh thì sẽ gây ra sự kháng kháng sinh. Do đó, việc sử dụng thuốc kháng sinh cần tuân theo chỉ dẫn của bác sĩ, không tự ý sử dụng và dùng tràn lan.
