Bài 23: Thực hành: Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật

Vì sao bánh mì bị mốc và vết mốc lan rộng theo thời gian?

I. Khái niệm sinh trưởng ở 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.

II. Sinh trưởng ở quần thể vi khuẩn

- Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn được nuôi trong 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 (hệ kín) diễn ra theo 4 pha.

	Quần thể vi khuẩn		Dinh dưỡng
Pha tiềm phát (pha lag)	Vi khuẩn thích ứng dần với môi trường, chúng tổng hợp các enzyme trao đổi chất và DNA, chuẩn bị cho quá trình phân bào.	Mật độ tế bào vi khuẩn trong quần thể gần như không thay đổi.	Dinh dưỡng đầy đủ cho sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn.
Pha luỹ thừa (pha log)	Vi khuẩn phân chia mạnh mẽ.	Mật độ tế bào vi khuẩn trong quần thể tăng nhanh, quần thể đạt tốc độ sinh trưởng tối đa.	Dinh dưỡng đầy đủ nhưng tiêu hao nhanh cho sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn.
Pha cân bằng	Số tế bào sinh ra cân bằng với số tế bào chết đi.	Mật độ tế bào vi khuẩn trong quần thể hầu như không thay đổi.	Dinh dưỡng bắt đầu thiếu hụt cho sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn.
Pha suy vong	Số tế bào chết đi hoặc bị phân huỷ nhiều hơn số tế bào sinh ra.	Mật độ tế bào vi khuẩn trong quần thể bắt đầu suy giảm.	Dinh dưỡng cạn kiệt và các chất độc hại cho sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn tích tự tăng dần.

Trong môi trường nuôi cấy không liên tục, quần thể vi sinh vật sinh trưởng theo bốn pha: tiềm phát, luỹ thừa, cân bằng và suy vong.

III. Một số hình thức sinh sản ở vi sinh vật

1. Sinh sản ở vi sinh vật nhân sơ

* Phân đôi

- Phần lớn các vi sinh vật nhân sơ sinh sản vô tính bằng phân đôi theo hình thức phân bào không có thoi vô sắc (trực phân).

- 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. 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.

* Nảy chồi

- Nảy chồi là kiểu sinh sản vô tính có ở một số vi khuẩn. Trong quá trình nảy chồi, màng tế bào phát triển về một phía hình thành ống rỗng. Sau khi 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.

* Hình thành bào tử

- Xạ khuẩn (nhóm vi khuẩn Gram (+) đặc biệt có tế bào con dạng sợi) sinh sản vô tính bằng cách 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

* 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.

* 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 được hình thành từ các sợi nấm sinh dưỡng, không có sự kết hợp của các giao tử đực và cái.

* 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 (bào tử noãn).

Đa số vi sinh vật nhân sơ sinh sản bằng cách phân đôi tế bào, một số sinh sản bằng bào tử trần như xạ khuẩn. Các vi sinh vật nhân thực phần lớn sinh sản vô tính bằng phân đôi, nảy chồi và tạo bào tử. Ngoài ra, chúng còn sinh sản hữu tính bằng cách tiếp hợp.

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

1. Các yếu tố hoá học

* Nguồn dinh dưỡng

- Tế bào của hầu hết các vi sinh vật hấp thu dinh dưỡng từ môi trường.

→ Dinh dưỡng và các chất hoá học trong môi trường có ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng của vi sinh vật. 

- Các nguyên tố đại lượng như 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 như Fe, Zn, Cu,... được vi sinh vật sử dụng với lượng nhỏ, chúng là thành phần quan trọng của nhiều enzyme, các vitamin,...

* Các chất hoá học khác

- Sự thay đổi pH của môi trường dinh dưỡng cũng ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật. Mỗi vi sinh vật chỉ có thể sinh trưởng trong khoảng pH thích hợp.

• Nhóm ưa trung tính: đa số vi khuẩn và nguyên sinh vật phát triển tốt trong môi trường trung tính.
• Nhóm ưa acid: nhiều loại nấm sinh trưởng tốt trong môi trường acid.
• Nhóm ưa kiềm: một số nhóm vi sinh vật sống trong các hồ nước mặn có độ pH cao.

2. Các yếu tố vật lí

- Các yếu tố vật lí trong môi trường sống của vi sinh vật như nhiệt độ, độ ẩm hoặc các bức xạ điện tử có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi sinh vật thông qua việc ảnh hưởng tới các phân tử sinh học trong tế bào vi sinh vật.

- Mỗi vi sinh vật chỉ có thể sinh trưởng được trong dải nhiệt độ thích hợp.

• Nhóm ưa ấm: vi sinh vật sinh trưởng tốt ở nhiệt độ thường (20 - 45 ^oC).
• Nhóm ưa lạnh: vi sinh vật sống ở các khu vực gần Bắc hoặc Nam cực, có thể sinh trưởng được ở nhiệt độ gần 0 ^oC.
• Nhóm ưa nhiệt.
• Nhóm ưa nhiệt cao.

- 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.

- 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 %.

Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau trong môi trường sống, đó là yếu tố hoá học và các yếu tố vật lí. Tuỳ từng điều kiện cụ thể mà những yếu tố này ảnh hưởng đến sự trao đổi chất, quá trình sinh trưởng của vi sinh vật theo hướng tích cực hoặc ức chế, tiêu diệt vi sinh vật.

V. Ý nghĩa của kháng sinh và tác hại của việc lạm dụng 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.

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

- Tuy nhiên, việc lạm dụng thuốc kháng sinh gây hiện tượng nhờn thuốc (kháng kháng sinh) 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.

Chất kháng sinh được sử dụng để ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh cho người và động vật. Tuy nhiên, cần sử dụng đúng cách, nếu không sẽ gây ra hiện tượng "nhờn kháng sinh".