1. Sinh trưởng của vi sinh vật
Sinh trưởng của vi sinh vật là sự tăng số lượng tế bào. Khi được nuôi cấy không liên tục, đường cong sinh trưởng của vi sinh vật, mà điển hình là vi khuẩn, thể hiện qua 4 pha: pha liềm phát, pha lũy thừa, pha cân bằng và pha suy vong. Để tạo điều kiện cho vi sinh vật luôn sinh trưởng ở pha lũy thừa, trong công nghệ người ta thường sử dụng phương pháp nuôi cấy liên lục.
Người ta cũng sử dụng tốc độ sinh trưởng nhanh của vi sinh vật để sản xuất sinh khối và các sản phẩm trao đổi chất của chúng phục vụ cho đời sống và cho sản xuất.
2. Sinh sản của vi sinh vật
a) Sinh sản của vi sinh vật nhân sơ
- Phân đôi
- Nảy chồi và tạo thành bào tử
b) Sinh sản của vi sinh vật nhân thực
- Phân đôi và nảy chồi
- Sinh sản hữu tính và vô tính.
3. Ảnh hưởng của các yếu tố hóa học đến sinh trưởng của vi sinh vật
a) Các chất dinh dưỡng chính
Để sinh trưởng và phát triển vi sinh vật cũng cần tất cả các chất dinh dưỡng, các yếu tố sinh trưởng giống các sinh vật bậc cao như: cacbon, nitơ, lưu huỳnh, axit amin, vitamin...
b) Các chất ức chế sinh trưởng
Sinh trưởng của vi sinh vật có thể bị ức chế bởi nhiều hóa chất tự nhiên và nhân tạo. Con người ta sử dụng các hóa chất này để bảo quản và phòng trừ các vi sinh vật gây bệnh.
4. Ảnh hưởng của các yếu tố vật lí đến sinh trưởng của vi sinh vật
Ngoài các yếu tố hóa học, vi sinh vật cũng cần một số yếu tố vật lí để sinh trưởng, phát triển như: ôxi, nhiệt độ, pH, áp suất thẩm thấu, bức xạ. Lợi dụng các nhu cầu nói trên của vi sinh vật, con người có thể chủ động tạo ra các điều kiện nuôi cấy thích hợp (với các vi sinh vật có lợi) hoặc không thích hợp (với các vi sinh vật có hại) để kích thích hoặc kìm hãm sinh trưởng của chúng.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Câu 1. Thế nào là sinh trưởng của vi sinh vật? Nêu đặc điểm 4 pha sinh trưởng của quần thể vi khuẩn trong nuôi cấy không liên tục. Dựa vào đường cong sinh trưởng trong nuôi cấy không liên tục người ta sẽ thu hoạch sinh khối vào lúc nào là thích hợp nhất. Tại sao?
Câu 2. Vi khuẩn có thể sinh sản bằng các hình thức nào? Mô tả sự thành bào tử hữu tính ở nấm men.
Câu 3. Các chất dinh dưỡng chính nào ảnh hưởng tới sinh trưởng của vi sinh vật? Các chất nào được gọi là yếu tố sinh trưởng? Tại sao vi sinh vật lại cần yếu tố sinh trưởng?
Câu 4. Cho biết nơi sống của các vi khuẩn ưa lạnh, ưa ẩm, ưa nhiệt và ưa siêu nhiệt.
HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI BÀI TẬP
Câu 1. Sinh trưởng là sự tăng số lượng tế bào của vi sinh vật
Trong nuôi cấy không liên tục quần thể vi sinh vật sinh trưởng theo 4 pha: pha tiềm phát (pha lag), pha lũy thừa (pha log), pha cân bằng, pha suy vong ở mỗi pha đặc điểm sinh trưởng của vi sinh vật được thể hiện:
| Pha tiềm phát |
Pha lũy thừa |
Pha cân bằng |
Pha suy vong |
- Tính từ khi vi khuẩn được cấy vào bình đến khi bắt đẩu sinh trưởng.
- Vi khuẩn tổng hợp mạnh mẽ ADN và các enzim chuẩn bị cho phân bào. |
- Vi khuẩn phân chia mạnh mẽ.
- Số lượng tế bào tăng theo lũy thừa và đạt cực đại.
- Trao đổi chất diễn ra mạnh mẽ nhất. |
- Tốc độ sinh trưởng và trao đổi chất của vi sinh vật giảm dần.
- Số lượng tế bào đạt cực đại và không đổi theo thời gian.
- Chất dinh dưỡng bắt đầu cạn kiệt nồng độ ôxi giảm, các chất dộc tích lũy, pH thay đổi. |
- Tế bào chất vượt số lượng tế bào mới tạo thành
- Chất dinh dưỡng cạn kiệt, chất độc tích lũy.
- Hình dạng tế bào thay đổi do thành tế bào bị hư hại. |
Trong nuôi cấy không liên tục, dựa vào đường cong sinh trưởng ta sẽ thu hoạch sinh khối vào cuối pha lũy thừa, đầu pha cân bằng là thích hợp nhất, vì ở thời kì này, số lượng tế bào đạt đến cực đại, quá trình trao đổi chất diễn ra rnạnh mẽ nhất, ta sẽ thu được sinh khối lớn nhất.
Câu 2. Vi khuẩn có thể sinh sản bằng phân đôi, nảy chồi và tạo thành bào tử. Hầu hết vi khuẩn sinh sản băng cách phân đôi, mỗi tế bào tăng lên về kích thước, tạo nên thành và màng, tổng hợp mới các enzim và ribôxôm, ADN nhân đôi. Sau đó vách ngăn hình thành tách 2 ADN giống nhau và tế bào chất thành hai phần riêng biệt, thành tế bào hoàn thiện, hai tế bào con tách rời nhau.
Nảy chồi là hình thức sinh sản của một số vi khuẩn sống trong nước. Ở hình thức sinh sản này, tế bào mẹ tạo thành một chồi ở cực, chồi lớn dần rồi tách ra thành một vi khuẩn mới.
Sinh sản bằng cách hình thành chuỗi bào tử gặp ở xạ khuẩn. Xạ khuẩn sinh sản bằng cách phân cắt đỉnh của sợi khí sinh thành một chuỗi bào tử. Khi gặp cơ chất tốt, mỗi bào tử sẽ nảy mầm thành một cơ thể mới.
Sự tạo thành bào tử hữu tính ở nấm men xảy ra khi tế bào lưỡng bội giảm phân, tạo thành 4 hoặc trên 4 bào tử đơn bội có thành dày, bên trong tế bào mẹ. Đa số nấm men thành tế bào mẹ trở thành một túi (nang) chứa các bào tử. Khi túi vỡ, các bào tử được giải phóng. Các bào từ đơn bội khác nhau về giới tính sẽ kết hợp với nhau thành một tế bào lưỡng bội nảy chồi mạnh mẽ.
Câu 3. Các chất dinh dưỡng chính ảnh hưởng tới sinh trưởng của vi sinh vật: cacbon, nitơ, ôxi, lưu huỳnh, phôtpho, nước, các vitamin, axit amin, bazơ purin và pirimiđin. Cacbon là bộ khung cấu trúc của chất sống cần cho tất cả hợp chất hữu cơ tạo nên tế bào: nitơ, một phần lưu huỳnh cần cho sự tổng hợp prôtêin. Nitơ và phôtpho cần cho việc tổng hợp ADN và ARN. Nhiều vi sinh vật chỉ có thể sinh trưởng khi có mặt ôxi, chúng sử dụng ôxi để hô hấp. Tùy theo từng loại mà việc đòi hỏi ôxi nhiều hay ít. Như vậy để sinh trưởng và phát triển vi sinh vật cũng cần tất cả các chất dinh dưỡng như ở các sinh vật bậc cao.
Các chất được gọi là yếu tố sinh trưởng của vi sinh vật gồm: vitamin, axit amin, các bazơ purin và pirimiđin. Các vi sinh vật cần các yếu tố sinh trưởng vì đây là các chất hữu cơ quan trọng mà một số sinh vật không tự tổng hợp được, hoặc có thể chúng có khả năng tự tổng hợp tất cả các chất trên nhưng tự nhiên bị đột biến mất khả năng này, cho nên chúng phải thu nhân trực tiếp từ môi trường giúp cho sự sinh trưởng và phát triển của chúng. Đây cũng là một lí do cân bổ sung thêm các yếu tố sinh trưởng để vi sinh vât phát triển tốt.
Câu 4. - Các vi sinh vật ưa lạnh thường sống ở các vùng Nam Cực, Bắc Cực, các đại dương, 90% đại dương có t° ≤ 5°c, chúng sinh trưởng tối ưu ở nhiệt độ ≤ 15°C.
- Vi sinh vật ưa ấm có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu là 20 - 40°C. Chúng sống trong đất, nước, cơ thể người và gia súc (kể cả các vi sinh vật gây bệnh). Chúng gây thiệt hại đáng kể đến đổ ăn, nước uống hàng ngày.
- Vi sinh vật ưa nhiệt sống ở các đống phân ủ, đống cỏ khô tự đốt nóng và các suối nước nóng. Hoạt động của các enzim và ribôxôm của chúng thích ứng ở nhiệt độ cao. Đại diện là các vi khuẩn, một số là nấm và tảo.
- Vi sinh vật ưa siêu nhiệt có thể sinh trưởng ở nhiệt độ tối ưu là 85 - 110°C, sống ở các vùng nóng bỏng của biển hoặc đáy biển.