Vi sinh

Tùy chủng giống VSV khác nhau mà oxi hóa, phân hủy các hợp chất khác nhau ,thu được năng lượng khác nhau .Đối với VSV hảo khí ,chúng sử dụng oxi của không khí để oxi hóa các hợp chất h[r]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG CAO ĐẲNG SƯ PHẠM SÓC TRĂNG KHOA TỰ NHIÊN

VI SINH VẬTHỌC NÔNG NGHIỆP

CHƯƠNG IV

SINH LÍ HỌC VI SINH VẬT

GVHD: ĐIỀN

HUỲNH NGỌC

TUYẾT

NHÓM 5

BÙI THỊ TRÚC LY

TRẦN THỊ NHƯ NGỌC TRẦN ANH DUY

PHAN ĐÌNH HỔ LÝ MINH TUẤN

SĨC TRĂNG – 2010

MỤC LỤC

SINH LÍ HỌC VI SINH VẬT



I DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT 1 NHU CẦU THỨC ĂN

2 BẢNG SO SÁNH DINH DƯỠNG CACBON, QUAN NĂNG, HÓA NĂNG, NGUỒN THỨC ĂN NITO

3 DINH DƯỠNG KHOÁNG

4 CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN THỨC ĂN VÀO TẾ BÀO VSV

HƠ HẤP HẢO KHÍ VÀ HƠ HẤP YẾM KHÍ II HƠ HẤP VÀ Q TRÌNH LÊN MEN

1 HÔ HẤP Ở VI SINH VẬT 2 QUÁ TRÌNH LÊN MEN

III SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT

1 KHÁI NIỆM

2 LÍ THUYẾT VỀ SINH TRỬƠNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VI KHUẨN

3 BIỂU ĐỒ SINH TRƯỞNG CỦA VI KHUẨN 4 ỨNG DỤNG SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA VI KHUẨN

VI ỨNG DỤNG:

I DINH DƯỠNG CỦA VSV:

1 Nhu cầu dinh dưỡng thức ăn

- Thức ăn lượng : Thức ăn sau hấp thụ cung cấp số lượng cần thiết cho họat động sống VSV Thức ăn lượng thường gặp loai protein, gluxit, lipit…

- Thức ăn kiến tạo : Thức ăn tham gia xây dựng cấu trúc thể VSV Trong thực tế có loại thức ăn vừa nguồn luợng, vừa nguyên liệu để xây dưng cấu trúc

- Yếu tố sinh trưởng(thức ăn đặc hiệu) : Là chất cần thiết hoạt động sống, mà lồi VSV khơng tự tổng hợp

2 Bảng so sánh dinh dưỡng cacbon, dinh dưỡng quang năng, dinh dưỡng hóa năng, ngn thức ăn nito

DINH DƯỠNG

CỦA VI SINH

VẬT

DINH DƯỠNG CACBON

DINH DƯỠNG QUANG NĂNG

DINH DƯỠNG HÓA NĂNG

NGUỒN THỨC ĂN NITO

DỊ

DƯỠNG -Là VSV sử dụng nguồn dinh dưỡng cacbon tự nhiên từ hợp chất hữu

+Đối với VSV dị dưỡng hảo khí q trình oxi hóa sinh lượng (hơ hấp) xảy kèm theo việc liên kết hidro với oxi khơng khí

+Đối với VSV dị dưỡng yếm khí q trình oxi hóa lượng khơng kèm theo việc liên kết với oxi khơng khí Có thể chia làm loại lên men hô hấp nitrat hay hơ hấp sunfat - Phân loại:

+Nhóm Prototroph: VSV thuộc nhóm phát triển

Mơi trường có chứa nguồn cacbon (đường đơn) muối khoáng cần

thiết (



4 NH ,

VSV dị dưỡng amin

3



PO ,

4



SO , K,



2

Ca , Mg2, Mn2 , Fe2…)

+ Nhóm Auxotroph : Phần lớn VSV dị dưỡng thuộc nhóm Các VSV phát triển môi trường tổng hợp đơn giản, phải cung cấp chất dinh dương đinh

TỰ DƯỠNG

- VSV tự dưỡng cacbon lọai VSV sử dụng nguồn cacbon tự nhiên từ hợp chất cacbon vô

2

CO muối cacbonat

- VSV sử dụng nguồn lượng khác : Sử dụng trực tiếp lượng ánh sáng mặt trời hay sử dụng lượng hóa học nhờ oxi hóa hợp chất hữu

VSV tự dưỡng amin

Là VSV tổng hợp nguồn nitơ vô hay hữu sau chuyển thành dạng NH3 để

xây dựng thể

DINH DƯỠNG

VƠ CƠ

- Nhóm dinh dưỡng quang vô cơ(photolitotro ph) : Sử dụng chất vô ngoại bào làm nguồn cung cấp

electron(H)

Trong trường hợp chất cho electron chất vơ cơ, cịn chất nhận electron oxi chất vô khác

* Phương trình tổng quát trình dinh dưỡng hóa vơ có thể trình bày như sau:

HỢP CHẤT VƠ CƠ + O2 →

CHẤT OXI HÓA + 4H +Q(năng lượng)

6

(C6H12O6) +

H2O

DINH DƯỠNG HỮU CƠ

- Nhóm dinh dưỡng quang hưu cơ(photoorgant roph) : Dùng chất hữu ngọai bào đề làm nguồn cung cấp electron Trong trường hợp H2A

là axit hữu rượu…Nhóm bao gồm số vi khuẩn họ Rhodosperillac eca hay Arthiorhodace ac

Trong trường hợp chất cho điện tử hợp chất hữu Tùy theo chất nhận điện tử mà chia thành kiểu trao đổi chất khác là: lên men, hơ hấp hiếu khí hay hơ hấp kị khí

* Phần lớn lồi VSV có kiểu dinh dưỡng này.

3 DINH DƯỠNG KHỐNG:

Ngồi nước, chất hữu cơ,… tế bào VSV cịn chứa nhiều chất khống Lượng chất khống thường thay đổi tùy lồi, tùy giai Các loại dinh dưỡng khoáng: nguyên tố đa lượng vi lượng

4 CƠ CHẾ VẬN CHUYỂN THỨC ĂN VÀO TẾ BÀO VSV: - Khuếch tán thụ động:

Các chất qua màng tế bào chất nhờ chênh lệch nồng độ chất không điện phân chênh lệch điện ion phía màng Sự vận chuyển khơng địi hỏi chi phí lượng tế bào VSV

- Cơ chế vận chuyển tích cực:

Các chất muốn qua lại màng tế bào chất cần phải liên kết với phân tử vận chuyển đặc biệt nằm màng Phân tử có tên pecamaza (protein thấm) hay men cảm ứng hóa học

Có chế vận chuyển tích cực:

+ Cơ chế vận chuyển tích cực thụ động (xi dịng)

Các chất liên kết với pecamaza phải có liên kết nồng độ chất không điện phân chênh lệch điện đối bới ion phía màng thấm qua màng tế bào chất

+ Cơ chế vận chuyển tích cực chủ động (ngược dịng):

5 Hơ hấp hảo khí hơ hấp yếm khí

- Hơ hấp hảo khí:VSV sử dụng oxi khơng khí để oxi hóa hợp chất hữu cơ,vơ giải phóng lượng Thực chất q trình hơ hấp q trình vận chuyển H2 từ chất

đến oxi (chất nhận điện tử cuối cùng) để tạo CO2 giải phóng lượng

- Hơ hấp yếm khí : q trình phân hủy glucozo sinh lượng điều kiện oxi khơng khí Chia làm giai đoạn: gđ1:đường phân,gđ2 hơ hấp ỵếm khí biến đổi axit pyruvic thành sản phẩm etanol, axit lactic, Đây q trình lên men.Hơ hấp gồm dạng : lên men, hô hấp nitrat , hô hấp sunfat

+ Lên men: kiểu dd hóa hữu điều kiện khơng có oxi C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+Q

+ Hô hấp Nitrat: Cơ chất: 

3

NO , sản phẩm tạo N2

Khép kín vịng tuần hồn nito tự nhiên + hô hấp sunfat: chất SO4 sản phẩm H2

II HƠ HẤP VÀ LÊN MEN: 1 Hơ hấp VSV

Tùy chủng giống VSV khác mà oxi hóa, phân hủy hợp chất khác ,thu lượng khác Đối với VSV hảo khí ,chúng sử dụng oxi khơng khí để oxi hóa hợp chất hữu vơ giải phóng lượng Sự oxi hóa điều kiện hảo khí thực chất trình vận chuyển hiđro từ chất đến chất nhận cuối oxi nhờ hệ vận chuyển xitocrom, H+ vận chuyển đến oxi để tạo thành H

2O giải phóng

lượng phục vụ hoạt động sống VSV

Đối với VSV yếm khí ,q trình oxi hóa sinh lượng không kèm theo việc liên kết với oxi khơng khí Trong điều kiện yếm khí hợp chất hữu ,thì chất hữu vừa làm nhiệm vụ chất nhận vừa làm chất cho electron Kết phần chất bị khử phần khác bị oxi hoá

1.1 Cơ chế hơ hấp hảo khí vi sinh vật O2

Hơ hấp hảo khí

Sản phẩm q trình hơ hấp hảo khí

N2 +8H+ +8e- +16ATP +16O => 2NH3 + 16 ADP + 16P + Q

VSV hơ hấp hảo khí : Azotobacter,Rzobium,Microccus… 2.Cơ chế hơ hấp yếm khí

Chất hữu cơ Lên men

Chất hữu khác chưa bảo hòa

C6H12O6 =>C2H5OH+ CO2 + Q

C6H12O6 + CH3CHOHCOOH + CH3COOH + Q

Vi sinh vật : saccaromyecs,lactobaccllus,streptobacterium,streptococcus 

3

NO

Hô hấp nitrat

N2

HNO3 => HNO2 =>HNO =>N2O =>N2

VSV:Nitrosomonas,nitrobacter,thiobaccillus dennitrificans…



2

SO Hô hấp sunfat

CH12O6 + H2SO4 =>3H2S +6CO2 +H2O + Q

2 Quá trình lên men Quá

trình lên men

Lên men etylic

( lên men ruợu) Lên men lactic

Lên men butyric

Lên men

propinoic Lên men metan

1. Định nghĩa

Duới tác dụng VSV điều kiện yếm khí: gluco→ruợu etylic + CO2 + Q (còn

gọi lên men ruợu)

Trong điều kiện yếm khí, duới tác dụng VSV: glucozo→

axit lactic + axit hữu khác + luợng

Trong tự nhiên, duới tác dụng VSV yếm khí: glucozo→a xit butyric

Trong điều kiện yếm khí, dứoi tác dụng số chủng VSV:

glucozo→axit propionic,axit axetic,CO2

Duới tác dụng VSV : hợp chất hữu bị phân hủy giải phóng CO2

2.VSV chủ yếu Saccaromyces cereviciae, Sac Vinii, Sac Uvarum, Sac Bergensis (công nghiệp bia) …

+ Lên men lactic đồng hình: Lactobacterium, Thermobacterium, Streptobacterium, Streptococcus

+ Lên men lactic dị hình: Streptococcaceae, Lactobacillaccae

(không sinh bào tử, Gram duơng, không di động) Giống Clostridium (Gram duơng, chu mao, di động, sinh bào tử) ,Clostrium butyriccum, Cl Pasteurianu m…

Giống Propioni bacterium (Gram duơng, yếm khí, khơng di động, không sinh bào tử) thấy cỏ đuờng tiêu hoá động vật nhai lại Metanobacterium Sochngeni, Saricina methanica, Micrococcusnazei

(có nhiều hình dạng khác nhau)

3 Cơ chế

C6H12O6→

2C2H5OH + 2CO2

+ Q

+ Lên men lactic đồng hình: glucozo→axit pyruvic + NAD-H+ axit

pyruvic khử thành axit lactic:

*C6H12O6→

2CH3COCOOH + 4H

*CH3COCOOH + 4H→

2CH3CHOHCOOH + Q

+ Lên men dị hình: ngồi axit lactic cịn có axit axetic,CO2, glycerin

*C6H12O6→

CH3CHOHCOOH +

CH3COOH

+CH3CH2 OH + CO2

C6H12O6→C

H3CH2CH+ 2COOH +

CO2 + …+

Q

C6H12O6→

CH3CH2COOH

+ CH3COOH

+ CO2 + H2O + Q

+ Giai đoạn đầu: phân giải hợp chất hữu phức tạp→axit hữu cơ, axit béo, ruợu, CO + Giai đoạn 2: chuyển hóa ruợu thành CH4

*Trong truờng hợp Metan cịn khử CO2

Metanobacterium, chất cho hidro H2:

CO2 + 4H2→

CH4 + 2H2O

4. Điều kiện lên men

Cơ chất: tinh bột,xenlulo trình chia làm giai đoạn:

+ Hợp chất hữu bị VSV khác phân giải tạo thành dung dịch đuờng +Dung dịch đuờng

Nhiệt độ cao,thường từ 20-250C,pH=4-8

Môi truờng tự nhiên

duới tác dụng nấm men biến thành ruợu

pH:4 – 6: môi truờng chua, pH = 8: thu đuợc ruợu + axit axetic + axit hữu khác Nhiệt độ từ – 50C( <100 :lên

men lạnh,>100 :

lên men nóng)

5. Ứng dụng

Sản xuất ruợu, bia,nuớc giải khát, làm nở bột mì, sx glycerin, ủ men thức ăn gia súc…

Sx axit lactic, chế biến sữa chua,làm

phomat,muối chua rau quả, ủ thức ăn gia súc

Phân giải xác tự nhiên (bảo vệ môi truờng) , sx axeton, butanol, axit butyric,isop ropanol…

Chế tạo phomat Điều chế Metan làm khí đốt,vi khuẩn lên men Metan tích lũy nhiều vitamin B12

nên ứng dụng sx vitamin B12 thô

trong chăn nuôi

III SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN CỦA VI KHUẨN: 1 Khái niệm:

1.1 Sinh trưởng:

Chỉ gia tăng kích thước cách có quy tắc tất thành phần tổ hợp vật chất tế bào

1.2 Phát triển (hoặc sinh sản): Chỉ gia tăng số lượng tế bào

2 Lí thuyết sinh trưởng, phát triển vi khuẩn:

2.1 Tính số lượng tế bào vi khuẩn sau số lần phân chia hệ n:

VD: Trong môi trường dinh dưỡng phù hợp tế bào vi khuẩn c1 thể sinh trương, tăng khối lượng, tổng hợp thành phần tế bào kich thước tăng gấp đơi Rồi sau lại phân chia cho 2, 4, 8, 16 tế bào…

Số lần phân chia (thế hệ): 0; 1; 2; 3; 4………n Số tế bào: 1=20; 2=21; 4=22; 8=23; 16=24 2n

Nếu số tế bào ban đầu N0 số tế bào sau n lần phân chia là:

N=N02n (1)

Với: +N: Số tế bào sau n lần phân chia +N0: Số tế bào ban đầu

+n: Số hệ

Gía trị n tính theo logarit thập phân: logN = logN0 + nlog2

→ n = (logN logN

2 log

1

 0) (2)

2.2 Tính thời gian hệ g:

Vd: Vi khuẩn phân chia n lần sau thời gian t, khoảng thời gian hai lần phân chia liên tiếp gọi thời gian hệ:

0 log log 2 log N N t t n t g   

 (3)

2.3 Hằng số tốc độ phân chia C:

Nghich đảo thời gian hệ hay số lần phân chia sau mộtđơn vị thời gian đgl số tốc độ phân chia C

) ( log

0 log log

1

t t

N N

t n g C

   

 (4)

Thời gian hệ ngắn vi khuẩn sinh trưởng sinh sản nhanh Vì:

t n

C  nên n = Ct (5)

Thay n = Ct vào (1) ta có: N = N0.2ct=

Hằng số tốc độ phân chia phụ thuôc vào: loại vi khuẩn; nhiệt độ nuôi cấy; môi trường nuôi cấy…

3 Biểu đồ sinh trưởng vi khuẩn:

Hình 16: Sơ đồ sinh trưởng phát triển vi khuần

Đồ thị biểu diễn gồm pha chủ yếu:

3.1.Pha mở đầu:

Tính từ lúc bắt đầu đến vi khuẩn đạt tốc độ sinh trưởng cực đại Trong pha vi khuẩn chưa phân chia, thể tích & khối lượng tế bào tăng rõ rệt thời gian phụ thuộc vào tuổi ống giống thành phần môi trường

3.2 Pha sinh sản:

Trong pha vi khuẩn sinh trương , phát triển theo lũy thừa Nếu số tế bào ban đầu N0

thì sau n lan phân chia là: N = N0.2n, hay N = N0.2ct

3.3 Pha ổn định:

Trong pha số lương tế bào sinh số tế bào cũ chết

3.4 Pha tử vong:

Trong pha số lượng tế bào giảm theo lũy thừa, số lượng tế bào tổng cộng khơng giảm

Pha Pha ổn định sinh

sản

Pha tử vong

Nguyên nhân pha tử vng phức tạp: điều kiện ngoại cảnh bất lợi môi trường; tự phân hủy tế bào vi khuẩn…

4 Ứng dụng sinh trương phát triển vi khuẩn:

Nghiên cứu trình sinh trưởng phát triển vi khuẩn giúp có sở lí luận để vận dụng vào thực tiễn

+ Chữa bệnh cho người, gia súc, trồng… +Ứng dụng sản xuất

+Ứng dụng sản xuất chế phẩm sinh học quý (vd chế phẩm diệt sâu hại) dễ dàng bảo quản bảo quản thời gian lâu dài

VI ỨNG DỤNG:

CHẾ TẠO RƯỢU BIA

ỨNG DỤNG LÀM PHOMAT CỦA LÊN MEN PROPIONIC VÀ LÊN MEN LACTIC

ỨNG DỤNG LÊN MEN LACTIC