9/11/2013 Chương 3: Dinh dưỡng và sinh trưởng của VSV DINH DƯỠNG VI SINH VẬT Khái quát nhu cầu dd VSV  95% trọng lượng khô tế bào: C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg, Fe – Nguyên tố đa lượng  C, H, O, N, S, P cấu tạo nên glucid, lipid, protein, a nucleic  K, Ca, Mg, Fe diện dạng cation  Những nguyên tố cần liều lượng thấp: Mn, Zn, Co, Mo, Ni, Cu – Nguyên tố vi lượng  Không thể thiếu tế bào  Tham gia vào cấu tạo enzyme, coenzyme, xúc tác phản ứng, trì cấu trúc protein 9/11/2013 Các nguyên tố chủ yếu tế bào VSV (% trọng lượng khô) Thành phần hóa học của vi khuẩn theo F.C Neidhardt 1996 Phân tử khô / tế bào - Nước - Các đại phân tử +Protein +Polysaccharide +Lipid +ADN +ARN - Các đơn phân tử +Aminoacid tiền thể +Đường tiền thể +Nucleotid tiền thể - Các ion vô % khối lượng khô 96 55 9,1 3,1 20,5 3,0 0,5 0,5 Thành phần dinh dưỡng môi trường nuôi cấy VSV Nguồn cacbon Nguồn nito Các nguồn dinh dưỡng Nguồn muối vô Chất sinh trưởng Nước 9/11/2013 Nước (Water) Nước thành phần thiếu để vi sinh vật sinh trưởng Chức sinh lý nước tế bào là: - Hoà tan chuyển vận chất, hỗ trợ cho việc hấp thu chất dinh dưỡng, giải phóng sản phẩm trao đổi chất - Tham gia vào hàng loạt phản ứng hóa học tế bào - Duy trì cấu hình thiên nhiên ổn định đại phân tử protein, acid nucleic - Là thể dẫn nhiệt tốt, hấp thu tốt nhiệt lượng sinh trình trao đổi chất khuếch tán kịp thời bên để trì ổn định nhiệt độ bên tế bào - Duy trì hình thái bình thường tế bào Nhu cầu nguồn cacbon  Nhu cầu C, H, O thường thỏa mãn lúc  Carbon (C) cần cho hình thành khung tất phân tử chất hữu - Nguồn C trải qua loạt trình biến hoá hoá học phức tạp để tạo vật chất thân tế bào VSV sản phẩm trao đổi chất Nguồn cacbon VSV sử dụng Nguồn C Các dạng hợp chất Đường glucose, fructose, maltose, saccharose, galactose, lactose, Polysaccharide Tinh bột, cellulose … Acid hữu acid lactic, acid citric, acid fumaric, acid béo bậc cao, acid béo bậc thấp, aminoacid Rượu Ethanol Lipid lipid, phospholipid Hydrocarbon khí thiên nhiên, dầu thô, dầu paraffin Carbonate NaHCO3, CaCO3, đá phấn Các nguồn C khác Hợp chất nhóm thơm, cyanide, protein, pepton, acid nucleic 9/11/2013 Nhu cầu nguồn Nitơ (source of nitrogen) Nguồn N Protein sản phẩm phân giải protein Ammone muối ammone Nitrate N phân tử Các nguồn N khác Các dạng hợp chất Peptone, peptide, aminoacid NH3, (NH4)2SO4, (dễ hấp thu) KNO3 (dễ hấp thu) N2 (chỉ với vi sinh vật cố định N) Purine, pyrimidine, urea, amine, amide, cyanide (chỉ số nhóm vi sinh vật đồng hoá được) Whey, cao nấm men, bột đậu nành 9/11/2013 Nấm men, vi khuẩn, tảo, nấm mốc thích hợp với nguồn nitơ vô nào? Khi nuôi cấy đối tượng VSV có bổ sung nguồn nitơ là muối amoni vô hoặc nitrat vô người ta thấy VSV sinh trưởng phát triển không tốt Nguyên nhân có thể đâu? (giả sử yếu tố khác được đáp ứng đầy đủ) Có thể khắc phục bằng cách nào? Phân biệt nhóm VSV có nhu cầu khác với amino acid? Nguồn muối vô (source of inorganic salt) Hợp chất sử dụng Chức sinh lý KH2PO4, K2HPO4 Là acid nucleic, nucleoprotein, phospholipid, coenzyme, ATP Làm nên hệ thống đệm giúp điều chỉnh pH môi trường (NH4)2SO4 ,MgSO4 Là thành phần aminoacid chứa S, số vitamin; glutathione… MgSO4 Là thành phần trung tâm hoạt tính số enzyme, thành phần sắc tố quang hợp… CaCl2, Ca(NO3)2 Tạo tính ổn định số cofactor, enzyme NaCl Thành phần hệ thống chuyển vận tế bào, trì áp suất thẩm thấu, trì tính ổn định số enzyme KH2PO4, KH2PO4 Là cofactor số enzyme, trì áp suất thẩm thấu tế bào… FeS04 Thành phần sắc tố vi khuẩn số enzyme Các muối vô là nguồn chất dinh dưỡng thiếu Nhu cầu chất sinh trưởng 9/11/2013 Nhu cầu yếu tố tăng trưởng  Có loại yếu tố tăng trưởng  Acid amin: cần để tổng hợp protein  Purine hay pyrimidine: cần để tổng hợp acid amin  Vitamin: thành phần cấu thành coenzyme  Yếu tố tăng trưởng VSV yếu tố tăng trưởng VSV khác Vai trò của vitamin đối với một số VSV Cho biết vai trò của các chất mt trên? 9/11/2013 Cơ chế hấp thụ chất dinh dưỡng  Chất dinh dưỡng phải vsv hấp thu vào tế bào trước sử dụng  Cơ chế hấp thu phải mang tính chuyên biệt  Màng tế bào chất màng thấm có tính chọn lọc – ngăn cản xuyên qua tự phần lơn chất  Các chất hấp thu qua màng thông qua chế: vận chuyển thụ động (passive transport) vận chuyển chủ động (active transport) Vận chuyển thụ động  Phân tử di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp giao động nhiệt  Nồng độ chất bên phải cao bên tế bào  vận chuyển từ vào  Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào chênh lệch gradient nồng độ bên bên tế bào Tốc độ giảm chênh lệch gradient nồng độ giảm  Không tiêu tốn lượng, hiệu (vận chuyển phân tử có kích thước nhỏ có khả năn hòa tan lipid)  sử dụng Khuếch tán 9/11/2013 Khuếch tán dễ dàng  Là trình khuếch tán phân tử lớn (như glucose) qua màng nhờ protein nằm màng tế bào chất (các kênh protein protein mang) Vận chuyển chủ động  Là trình vận chuyển chất qua màng ngược gradient nồng độ  Quá trình tiêu tốn lượng tế bào (ATP)  Những protein màng có vai trò vận chuyển (permease)  Những phân tử vận chuyển kết hợp chuyên biệt với permease – làm permease thay đổi cấu trúc lượng hoạt hóa – vận chuyển vào Đây chế vận chuyển điển hình xảy với hầu hết chất dinh dưỡng SINH TRƯỞNG – PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 9/11/2013 Khi nghiên cứu sự sinh trưởng, phát triển của VSV có gì đặc biệt so với thực vật, động vật? Ý nghĩa các đại lượng và công thức tương quan giữa các đại lượng xây dựng mẫu lí thuyết cho ST-PT của VSV? Sinh trưởng, phát triển của VSV nuôi cấy tĩnh Đặc điểm ST-PT VSV từng pha? Đường cong sinh trưởng của VSV nuôi cấy tĩnh Sinh khối VSV Time Đường cong sinh trưởng xảy điều kiện nào? 9/11/2013 Cân động Sinh khối VSV log Tử vong lag log lag Time Đường cong cho biết hiện tượng gì ở VSV? Giải thích cụ thể? Giả sử nuôi cấy vi khuẩn Vibrio, ban đầu người ta cấy triệu tế bào/ml vào môi trường nuôi cấy Hỏi sau 1h số lượng tế bào đạt bao nhiêu, biết rằng cứ 20 phút tế bào phân chia lần? Khi theo dõi sinh trưởng Vibrio người ta ghi: G=1/5h, hoặc ghi C = h-1  có thể hiểu thế nào? Phương pháp xác định ST-PT của VSV  Đếm tế bào bằng buồng đếm kính hiển vi  Xác định sinh khối khô  Đo độ đục  Phương pháp MPN  Xác định nitơ tổng hay cacbon tổng  Xác định O2 , CO2 hay sản phẩm lên men thông qua trình trao đổi chất 10 9/11/2013 ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ HÓA HỌC – VẬT LÍ ĐẾN ST - PT Ảnh hưởng pH môi trường * Độ pH là đại lượng đo độ axid hay độ kiềm tương đối * Độ pH ảnh hưởng tới tính thấm qua màng, hoạt động chuyển hóa vật chất tế bào, hoạt tính enzim, hình thành ATP,… pH có ý nghĩa định sinh trưởng nhiều vsv Ảnh hưởng pH môi trường Có nhóm vsv:  - VSV ưa acid: đa số nấm, số vi khuẩn,…  - VSV ưa trung tính: vi khuẩn, bệnh, động vật nguyên sinh  - VSV ưa kiềm: vi khuẩn hồ, đất kiềm  Mỗi nhóm có pH cực tiểu, tối thích, cực đại khác Thiobacillus thiooxydans (vsv ưa acid) Actinomycetes (vsv ưa kiềm) Bacillus (vsv ưa trung tính) 11 9/11/2013 Ảnh hưởng pH môi trường  Môi trường nuôi cấy VSV thường bổ sung chất đệm (như muối của acid yếu, muối của kiềm yếu) để ổn định tính pH nuôi cấy Ảnh hưởng của O2  Phân biệt nhóm vsv theo nhu cầu oxi cho sinh trưởng chúng Nhóm vsv Hiếu khí bắt buộc Hiếu khí không bắt buộc Vi hiếu khí Kị khí chịu dưỡng Kị khí Đặc điểm phân biệt Cần ôxi Có oxi oxi, có oxi sinh trưởng tốt Điều kiện áp lực oxi thấp ( 0.01-0.03 Ba) Có oxi hô hấp hiếu khí, oxi hô hấp kị khí lên men Bị chết có mặt oxi Đại diện Nhiều VK, hầu hết tảo, nấm, ĐV nguyên sinh Phần lớn nấm men, nhiều Vk Vibrio cholerae, hydrogenomonas,… Nấm men, bacillus Clostridium,Enterobac terium,… 12 9/11/2013 Ảnh hưởng của chất diệt khuẩn Các chất hóa học khác gây tác động khác đến VSV Ảnh hưởng của chất diệt khuẩn Ảnh hưởng của các yếu tố vật lí - Nhiệt độ - Độ ẩm - Áp lực, áp suất thủy tĩnh áp suất thẩm thấu - Các tia xạ - Sức căng bề mặt - Âm 13 9/11/2013 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM  Hầu hết trìnhghghghh sống vi khuẩn có liên quan đến nước  độ ẩm không khí môi trường có ảnh hưởng đến ST-PT VSV  VSV sống mt thiếu nước → loại nước khỏi tế bào vi khuẩn → trao đổi chất bị giảm → tế bào chết  Hoạt độ nước (Aw) lượng nước tự có thực phẩm  phụ thuộc vào nhiệt độ thành phần hóa học thực phẩm ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM Ứng dụng: Làm lạnh Làm khô chân không Bảo quản thời gian dài Nguyên tắc đông khô Phơi khô hoặc sấy khô → bảo quản lâu dài nhiều loại sản phẩm (hoa quả khô, cỏ khô, ruốc thịt khô) 14 9/11/2013 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phát triển của VSV ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ  Nhiệt độ cao:    protein biến tính hàng loạt enzyme bất hoạt bất hoạt hóa ARN Phá hoại màng tế bào  Nhiệt độ thấp: bất hoạt trình vận chuyển chất hòa tan qua màng do:  thay đổi hình không gian số permeaza chứa màng  ảnh hưởng đến việc hình thành tiêu thụ ATP cần cho trình vận chuyển chủ động ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ 15 9/11/2013 Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu Môi trường ưu trương Môi trường nhược trương - Tế bào khả rút nước chất dinh dưỡng - Tế bào khô sinh lý, bị co sinh chất thời gian kéo dài -> chết - Nước từ môi trường xâm nhập vào tế bào - Áp lực bên tế bào tăng lên, thành tế bào vi khuẩn cứng nên không xảy tượng vỡ sinh chất  Ứng dụng tác dụng co sinh chất nồng độ: muối cao (10 – 15%) đường (50 – 80%) để bào quản thực phẩm làm mứt… Ảnh hưởng của áp suất thủy tĩnh  - Áp suất cao + thể tích tế bào giảm + độ nhớt  nội chất tăng -> bất hoạt số enzym,  enzym trình phân chia -> giảm tốc độ  ngừng phản ứng sinh hóa  - Áp lực thủy tĩnh cao -> số chức phận màng tế bào tổn thương  => Gây tác hại làm chậm khả di động, làm ngừng sinh trưởng, làm thay đổi trình trao đổi chất Ảnh hưởng của sức căng bề mặt  - Làm thay đổi đặc tính bề mặt vi khuẩn: - - Nâng cao tính thấm bào  - Sử dụng nuôi cấy vi khuẩn kháng acid Vì vi khuẩn kháng aicd có bề mặt khị nước Giảm sức căng bề mặt kích tích sinh trưởng chúng - - Ngăn cản vi khuẩn gắn lên vật cứng  - Thêm lượng nhỏ chất hoạt tính bề mặt Tween 80 vào môi trường giúp vi khuẩn khuếch tán - - Sử dụng sát trùng hay tẩy uế  - Vi khuẩn Gram dương mẩn cảm với chất 16 9/11/2013 Ảnh hưởng của sức căng bề mặt  Thay đổi sức căng bề mặt môi trường dịch thể: Các chất hoạt tính bề mặt Các chất nâng cao sức căng bề mặt: đa số muối vô Các chất giảm sưc căng bề mặt: acid béo, ancohol, saponat chất với chuỗi cacbon dài, thẳng thơm Ảnh hưởng của sóng âm  Sóng âm thanh, đặc biệt sóng siêu âm (>20kHz) ảnh hưởng lớn đến vi khuẩn  Dưới tác dụng siêu âm, môi trường truyền âm bị xô đẩy lại, bị ép tạo chân không liên tiếp sinh nhiều khoảng trống  > chất hòa tan chất lỏng dồn vào khoảng trống gây tác dụng học làm chết vi sinh vật (vỡ vỏ tế bào) > phần chất khí hoà tan bị ion hóa tạo nước oxi già, nitro oxid chất độc vi sinh vật, vi khuẩn Ảnh hưởng của sóng âm  - Các tế bào sinh dưỡng chết nhanh chóng  - Tế bào non mẫn cảm tế bào già  - Các loài vi khuẩn khác có sức chịu đựng khác với sóng siêu âm:  Ứng dụng:  - Thu nhận chế phẩm vô bào  - Tách enzyme nội bào  Vi khuẩn kháng acid  - Phân lập số thành phần của tế bào: riboxom, thành tế bào, màng tế bào chất  17 9/11/2013 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TIA BỨC XẠ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TIA BỨC XẠ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TIA BỨC XẠ  Tia xạ có bước sóng ngắn lượng lớn  Tia cực tím, tia X đặc biệt tia phóng xạ có khả tiêu diệt VSV nhanh  gây tổn thương thành tế bào, DNA, protein cấu trúc, enzyme …  Ứng dụng: tiệt trùng thực phẩm, tạo giống đột biến 18 [...]... đến vi khuẩn  Dưới tác dụng của siêu âm, môi trường truyền âm bị xô đi đẩy lại, bị ép và tạo chân không liên tiếp sinh ra nhiều khoảng trống  > các chất hòa tan và hơi của chất lỏng lập tức dồn vào các khoảng trống gây ra tác dụng cơ học làm chết vi sinh vật (vỡ vỏ tế bào) > một phần chất khí hoà tan bị ion hóa tạo ra nước oxi già, nitro oxid là những chất độc đối với vi sinh vật, nhất là vi khuẩn... 15 9/11/20 13 Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu Môi trường ưu trương Môi trường nhược trương - Tế bào mất khả năng rút nước và chất dinh dưỡng - Tế bào sẽ khô sinh lý, bị co sinh chất và nếu thời gian kéo dài -> chết - Nước từ môi trường sẽ xâm nhập vào tế bào - Áp lực bên trong tế bào tăng lên, do thành tế bào vi khuẩn cứng nên không xảy ra hiện tượng vỡ sinh chất  Ứng dụng tác dụng co sinh chất... acid Vì vi khuẩn kháng aicd có bề mặt khị nước Giảm sức căng bề mặt kích tích sinh trưởng của chúng - - Ngăn cản vi khuẩn gắn lên vật cứng  - Thêm 1 lượng nhỏ chất hoạt tính bề mặt Tween 80 vào môi trường giúp vi khuẩn khuếch tán đều - - Sử dụng sát trùng hay tẩy uế  - Vi khuẩn Gram dương rất mẩn cảm với chất này 16 9/11/20 13 Ảnh hưởng của sức căng bề mặt  Thay đổi sức căng bề mặt môi trường dịch... môi trường Có 3 nhóm vsv:  - VSV ưa acid: đa số nấm, 1 số vi khuẩn,…  - VSV ưa trung tính: vi khuẩn, bệnh, động vật nguyên sinh  - VSV ưa kiềm: vi khuẩn ở các hồ, đất kiềm  Mỗi nhóm có pH cực tiểu, tối thích, cực đại khác nhau Thiobacillus thiooxydans (vsv ưa acid) Actinomycetes (vsv ưa kiềm) Bacillus (vsv ưa trung tính) 11 9/11/20 13 Ảnh hưởng pH môi trường  Môi trường nuôi cấy VSV thường... độ  hoặc ngừng phản ứng sinh hóa  - Áp lực thủy tĩnh cao -> 1 số chức phận của màng tế bào tổn thương  => Gây tác hại làm chậm hoặc mất khả năng di động, làm ngừng sinh trưởng, làm thay đổi quá trình trao đổi chất Ảnh hưởng của sức căng bề mặt  - Làm thay đổi đặc tính bề mặt của vi khuẩn: - - Nâng cao tính thấm của thế bào  - Sử dụng nuôi cấy vi khuẩn kháng acid Vì vi khuẩn kháng aicd có bề... Âm thanh 13 9/11/20 13 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ ẨM  Hầu hết các quá trìnhghghghh sống của vi khuẩn có liên quan đến nước  độ ẩm không khí và môi trường có ảnh hưởng đến ST-PT của VSV  VSV sống trong mt thiếu nước → loại nước khỏi tế bào vi khuẩn → trao đổi chất bị giảm → tế bào chết  Hoạt độ nước (Aw) là lượng nước tự do có trong thực phẩm  phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần hóa học của thực phẩm ẢNH... oxi cho sinh trưởng của chúng Nhóm vsv Hiếu khí bắt buộc Hiếu khí không bắt buộc Vi hiếu khí Kị khí chịu dưỡng Kị khí Đặc điểm phân biệt Cần ôxi Có oxi hoặc không có oxi, có oxi thì sinh trưởng tốt hơn Điều kiện áp lực oxi rất thấp ( 0.01-0. 03 Ba) Có oxi thì hô hấp hiếu khí, không có oxi thì hô hấp kị khí hoặc lên men Bị chết khi có mặt oxi Đại diện Nhiều VK, hầu hết tảo, nấm, ĐV nguyên sinh Phần... Vk Vibrio cholerae, hydrogenomonas,… Nấm men, bacillus Clostridium,Enterobac terium,… 12 9/11/20 13 Ảnh hưởng của chất diệt khuẩn Các chất hóa học khác nhau sẽ gây ra những tác động khác nhau đến VSV Ảnh hưởng của chất diệt khuẩn Ảnh hưởng của các yếu tố vật lí - Nhiệt độ - Độ ẩm - Áp lực, áp suất thủy tĩnh và áp suất thẩm thấu - Các tia bức xạ - Sức căng bề mặt - Âm thanh 13 9/11/20 13. ..9/11/20 13 ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ HÓA HỌC – VẬT LÍ ĐẾN ST - PT Ảnh hưởng pH môi trường * Độ pH là đại lượng đo độ axid hay độ kiềm tương đối * 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,… pH có ý nghĩa quyết định đối với sinh trưởng của nhiều vsv Ảnh hưởng pH môi trường Có 3 nhóm vsv:... sóng âm thanh  - Các tế bào sinh dưỡng chết nhanh chóng  - Tế bào non mẫn cảm hơn tế bào già  - Các loài vi khuẩn khác nhau có sức chịu đựng khác nhau với sóng siêu âm:  Ứng dụng:  - Thu nhận các chế phẩm vô bào  - Tách các enzyme nội bào  Vi khuẩn kháng acid  - Phân lập một số thành phần của tế bào: riboxom, thành tế bào, màng tế bào chất  17 9/11/20 13 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TIA ... peptide, aminoacid NH3, (NH4)2SO4, (dễ hấp thu) KNO3 (dễ hấp thu) N2 (chỉ với vi sinh vật cố định N) Purine, pyrimidine, urea, amine, amide, cyanide (chỉ số nhóm vi sinh vật đồng hoá được) Whey,... học làm chết vi sinh vật (vỡ vỏ tế bào) > phần chất khí hoà tan bị ion hóa tạo nước oxi già, nitro oxid chất độc vi sinh vật, vi khuẩn Ảnh hưởng của sóng âm  - Các tế bào sinh dưỡng chết... hết chất dinh dưỡng SINH TRƯỞNG – PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT 9/11/20 13 Khi nghiên cứu sự sinh trưởng, phát triển của VSV có gì đặc biệt so với thực vật, động vật? Ý nghĩa các