Giải Sinh 10 - Bài 27. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật

Bài 27. CÁC YẾU Tố ẢNH HƯỞNG ĐEN sinh trưởng CỦA VI SINH VẬT
A. KIẾN THỨC CẦN NẮM vững
Nhu cẩu dinh dưỡng chung
95% khối lượng khô của tế bào vi sinh vật được tạo nên bởi 10 nguyên tố (C, 0, H, N, s, p, K, Ca, Mg và Fe ; 6 nguyên tố đầu gọi là các nguyên tố đại lượng (cần với lượng g/1 môi trường) và tham gia vào thành phần của các cacbohidrat, lipit, prôtêin và axit nuclêic, 4 nguyên tố sau tế bào cần với lượng nhỏ hơn (mg/1 môi trường) có vai trò khác nhau, chẳng hạn: K+ và Mg2+ cần cho hoạt tính của một số enzim; Ca2+ góp phần vào tính kháng nhiệt của bào tử và vào tính bền của màng ngoài ở vi khuẩn Gram âm: Fe2+ và Fe3+ là thành phần của các xitôcrôm.
Tất cả vi sinh vật cũng cần một số nguyên tố vi lượng (cần với lượng pg/1 môi trường). Ví dụ: Mn2+, Zn2+, Co2+,... cần có hoạt tính của một số enzim.
Học tổt Sinh học 10	117
Cacbon
Ngoài nước, cacbon là yếu tố chính quan trọng nhất đôi với sinh trưởng của vi sinh vật, là bộ khung cấu trúc của chất sống, cần cho tất cả các hợp chất hữu cơ tạo nên tế bào. Cacbon chiếm 50% khôi lượng khô của một tế bào vi khuẩn điển hình. Vi sinh vật hoá dị dưỡng nhận được hầu hết cacbon từ chất hữu cơ như: prôtêin, cacbonhiđrat và lipit. Vi sinh vật hoá tự dưỡng và quang tự dưỡng lại thu nhận cacbon từ co2.
Nitơ, lưu huỳnh và phôtpho
Tông hợp prôtêin đòi hỏi một lượng lớn nitơ và một phần lưu huỳnh. Việc tống hợp ADN và ARN cũng như nitơ và phôtpho tương tự như tổng hợp ATP. Nitơ chiếm khoảng 14% khối lượng khô của tế bào vi khuẩn còn lưu huỳnh và phôtpho tạo thành 4%.
Vi sinh vật sử dụng nitơ chủ yếu để tạo thành nhóm amin của các axit amin. Nhiều vi khuẩn phân giải các prôtêin thành axit amin rồi sử dụng các axit amin này đế tổng hợp các prôtêin mới. Số khác sử dụng nitơ từ ion NH/ gặp trong một số chất hữu cơ của tế bào hoặc từ NO3'.
Nhiều vi khuẩn trong đó có vi khuẩn lam, có khả năng sử dụng N2trực tiếp từ khí quyến thông qua một quá trình gọi là cố định nitơ.
Lưu huỳnh được dùng để tổng hợp các axit amin chứa lưu huỳnh như xistêin, mêtiônin.
Phôtpho cần cho tổng hợp các axit nuclêic và phôtpholipit của màng tế bào, cũng như tổng hợp ATP.
ôxi
Dựa vào nhu cầu ôxi trong quá trình sinh trưởng vi sinh vật được chia thành:
Hiếu khí bắt buộc: chỉ có thể sinh trưởng khi có mặt ôxi (nhiều vi khuẩn, hầu hết tảo, nấm, động vật nguyên sinh).
KỊ khí bắt buộc: chỉ có thế’ sinh trưởng khi không có mặt ôxi (vi khuẩn uốn ván, vi khuầm sinh mêtan).
Kị khí tùy tiện (hoặc không bắt buộc): có thể sử dụng ôxi đế’ hô hấp hiếu khí, nhưng khi không có mặt ôxi có thế’ tiến hành lên men hoặc hô hấp kị khí (E.coli, nấm men bia).
Vi hiếu khí: có khả năng sinh trưởng chỉ khi nồng độ ôxi thấp hơn nồng độ ôxi trong khí quyển (vi khuẩn giang mai cần nồng độ ôxi < 2 - 10%, bị chết ở nồng độ ôxi của khí quyển < 20%).
Các yếu tố sinh trưởng
Đây là các chất hữu co' quan trọng mà vi sinh vật không tổng hợp được và phải thu nhận trực tiếp từ môi trường, chẳng hạn các vitamin, axit amin, các bazo' purin và pirimidin.
Nhiều vi khuẩn có khả năng tổng hợp tất cả các vitamin, nhưng một số chủng tự nhiên bị đột biến mất khả năng tổng hợp một số vitamin nào đó. Tình hình cũng tương tự đối với các axit amin và bazơ nitơ.
Nhiệt độ
Dựa trên phạm vi nhiệt độ ưa thích, vi sinh vật được chia thành 3 nhóm chủ yếu, ưa lạnh, ưa ấm và ưa nhiệt, riêng vi sinh vật ưa nhiệt lại được chia tiếp thành 2 nhóm nữa là rất ưa nhiệt và cực kì ưa nhiệt. Đa số vi khuẩn đều có một phạm vi nhiệt độ sinh trưởng đặc trưng, đó là: nhiệt độ cực đại, nhiệt độ thích hợp và nhiệt độ cực tiểu. Nhiệt độ thích hợp là nhiệt độ mà vi khuẩn sinh trưởng mạnh mẽ nhất, ơ nhiệt độ cực đại và cực tiểu vi khuẩn vẫn có thế sinh trưởng nhưng yếu ớt.
pH
Đại lượng đo độ ôxy hay độ kiềm tương đối được gọi là pH. Giá trị pH được biểu hiện bằng một số từ 0 đến 14. Các chất axit có pH 7. Nước thuần khiết có pH = 7 (trung tính).
Vi sinh vật đáp ứng với pH tương tự như với nhiệt độ. Dựa vào pH thích hợp chúng cũng được chia thành 3 nhóm chủ yếu.
Đa số vi khuẩn và động vật nguyên sinh là ưa trung tính, sinh trưởng tốt nhất ở pH từ 6 đến 8 và ngừng sinh trưởng ở pH 9. Sở dĩ vậy vì các ion H+ và OH' kìm hãm hoạt động của các enzim trong tế bào. Số ít vi khuẩn và đa số nấm ưa pH axit, khoảng 4 đến 6, các ion H+ làm bền màng nguyên chất của chúng nhưng không tích luỹ bên trong tế bào, do đó pH nội bào vẫn duy trì gần trung tính, một số vi khuẩn sống trong vùng đất khai mỏ có thể sinh trưởng thích hợp ở pH từ 2 đến 3, số khác gặp trong các suối nóng axit sinh trưởng mạnh mẽ ở pH từ 1 đến 3 và ở nhiệt độ cao.
Nhiều vi khuẩn ưa kiềm sinh trưởng tốt ở pH > 9, đôi khi ở pH >11. những vi khuẩn này có mặt ở các hồ và đất kiềm. Chúng duy trì pH nội bào gần trung tính nhờ khả năng tích lũy các ion H+ từ bên ngoài.
Áp suất thẩm thấu
- Khi sinh trưởng trong môi trường nước có nồng độ chất hoà tan cao nồng độ nội bào, nước bên trong tế bào sẽ bị rút ra bên ngoài dẫn
đến hiện tượng co nguyên sinh chất và sinh trưởng bị kìm hãm. Ngược lại, nếu môi trường có nồng độ chất hoà tan quá thấp (chẳng hạn, nước thuần khiết), nước từ bên ngoài sẽ xâm nhập tế bào.
Trong tự nhiên, vi sinh vật thường sống ở những nơi nghèo dinh dưỡng. Hậu quả là nước từ bên ngoài sẽ xâm nhập tế bào.
Nhiều vi khuẩn sống ở biển chứa nồng độ muối cao (3,5%), thậm chí một số gặp ở các hồ muối (có nồng độ NaCl trên 15%). Người ta gọi chúng là các vi khuẩn ưa mặn, chúng dựa vào các ion Na+ để duy trì vách và màng tế bào được nguyên vẹn. Để cân bằng áp suất thẩm thấu với môi trường nhiều vi khuẩn biển đã tích lũy các ion K+ trong tế bào, số khác lại tích lũy axit amin, glixêrin hoặc mannitôn.
Nồng độ đường cao cũng gây mất nước cho tế bào vi sinh vật. Nhưng, một số nấm men và nấm mốc có thể sinh trưởng bình thường trên các loại mứt quả. Chúng được gọi là các vi sinh vật ưa thẩm thấu (hoặc ưa saccarôzơ).
B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI
Câu 1. Vi khuẩn lactic (lactobacillus arabinosus) chủng thứ 1 tổng hợp được axit folic (một loại vitamin) và không tự tổng hợp được pheninalanin (một loại axit amin), còn vi khuẩn lactic chủng thứ 2 thì ngược lại. Có thể nuôi 2 chủng vi sinh vật này trên môi trường thiếu axit folic và phêninalanin nhưng đủ các châ't dinh dưỡng khác được không? Vì sao?
Hai chủng vi khuẩn lactic 1 và 2 là 2 vi khuẩn khuyết dưỡng bổ trợ cho nhau đối với 2 nhân tố sinh trưởng là axit folic và phênylalanin nên không nuôi hai chủng vi sinh vật này trên môi trường không có 2 nhân tố sinh trưởng này chúng không thể phát triển được.
Câu 2. Vì sao nên đun sôi lại thức ăn còn dư trước khi lưu giữ trong tủ lạnh?
Sau khi ăn, các thức ãn còn thừa đã nhiễm khuẩn, do đó trước khi cho vào tủ lạnh nên đun sôi lại để diệt khuẩn.
Câu 3. Hãy kể tên các chất dinh dưỡng chính ảnh hưởng tới sinh trưởng của vi sinh vật?
Ngoài nước, cacbon là yếu tố dinh dưỡng quan trọng đối với sinh trưởng của vi sinh vật, là bộ khung cấu trúc của chất sống, cần cho tất cả các hợp chất hữu cơ tạo nên tế bào.
Nitơ, lưu huỳnh và phôtpho cần cho tổng hợp ADN, ARN, phôtpho, còn cần cho tổng hợp ATP. Nitơ chiếm khoảng 14% khối lượng, còn lưu huỳnh, phôtpho chiếm khoảng 4%.
Ôxi cần cho sinh trưởng của vi sinh vật, dựa vào nhu cầu ôxi, vi sinh vật được chia thành nhiều nhóm khác nhau.
Câu 4. Các chất nào được gọi là yếu tố sinh trưởng? Tại sao vi sinh vật lại cần yếu tố sinh trưởng?
Các chất sinh trưởng là các chất hữu cơ quan trọng mà vi sinh vật không tổng hợp được, phải thu nhận trực tiếp từ môi trường. Ví dụ, các vitamin, axit amin, các bazơ purin và pirimiđin.
Vi sinh vật phải cần yếu tố sinh trưởng đế’ phát triển. Vì vậy, khi nuôi cấy cần bổ sung thêm cho chúng phát triển tốt.
Câu 5. Những loại chất nào thường được sử dụng đê ức chê sinh trưởng của vi sinh vật?
Các phenol và alcohol: gây biến tính prôtêin, thường được dùng làm chất tẩy uế và sát trùng.
Các halogen (iôt, clo, brom và fluo): gây biến tính prôtêin, thường được dùng làm chất tẩy uế và làm sạch nước.
Các chất ôxi hoá (perôxit, ôzôn và axit peraxetic): gây biến tính prôtêin cho ôxi hoá, thường được dùng làm chất tẩy uế, sát trùng các vết thương sâu, làm sạch nước, khử trùng các thiết bị y tế và thiết bị chế biến thực phẩm.
Các chất hoạt động bề mặt: làm giảm sức căng bề mặt của nước và gây hư hại màng sinh chất.
Các kim loại nặng: gây biến tính prôtêin, nitrat bạc được dùng để tẩm các vật liệu băng bó khi phẫu thuật nhằm phòng trừ các vi khuẩn đã kháng sinh, mercuacrom (một hợp chất của thủy ngân) là chất sát trùng. Các ađêhit gây biến tính và làm bất hoạt các prôtêin, là các chất tẩy uế và là dịch dùng ướp xác (như formalin).
Chất kháng sinh: diệt khuẩn có tính chọn lọc, có tác dụng lên thành tế bào và màng sinh chất, kìm hãm việc tổng hợp axit nuclêic và prôtêin, dùng trong y tế, thú y.
Câu 6. Hãy cho biết nơi sống của các vi khuẩn ưa lạnh, ưa ẩm, ưa nhiệt và ưa siêu nhiệt.
Vi sinh vật ưa lạnh thường sống ở các vùng Nam cực, Bắc cực, các đại dương.
Vi sinh vật ưa ẩm có nhiệt độ sinh trưởng tôi ưu là 20 — 40°C. Đa số thuộc nhóm này là các vi sinh vật đất, vi sinh vật nước, vi sinh vật sống trong cơ thể người và gia súc (kể các vi sinh vật gây bệnh), vi sinh vật gây hư hỏng đồ ăn, thức uống hằng ngày.
Một số vi sinh vật ưa nhiệt, sinh trưởng tôi ưu ở 55 - 65°c. Đa số chúng là vi khuẩn, một số là nấm và tảo. Nơi sống của chúng là các đông phân ủ, đông cỏ khô tự đốt nóng và các suôi nước nóng. Hoạt động của các enzim và ribôxôm của chúng thích ứng ở nhiệt độ cao.
ơ các vùng nóng bỏng của biển hoặc đáy biển tồn tại một số vi khuẩn ưa siêu nhiệt (có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 85 - 110°C).
Câu 7. Tác nhân gây hư hại các loại quả thường là nấm mốc mà ít khi là vi khuẩn. Hãy giải thích vì sao?
Tác nhân gây hại các loại quả thường là nấm mốc mà ít khi là vi khuẩn là vì: do áp suất thẩm thâu của môi trường (trong quả) cao, đường sẽ rút nước trong tế bào vi khuẩn và giết chết chúng.
Câu 8. Hãy chọn câu đúng nhất:
Nhiều loại vi khuẩn trong tự nhiên có khả năng sử dụng N2 trực tiếp từ khí quyển thông qua quá trình cố định nitơ.
Nhiều vi khuẩn phân giải prôtêin để lấy nguyên liệu tổng hợp lipit cho tế bào.
Vi sinh vật tổng hợp prôtêin đòi hỏi một lượng lớn nitơ và một phần lưu huỳnh.
Việc tổng hợp ADN và ARN cũng cần nitơ và photphô tương tự như tổng hợp ATP.
Đáp án : b, c và d
Câu 9. Các đặc điểm của các sinh vật ưa nhiệt là gì?
Phần lớn là vi khuẩn, một số là nấm và tảo.
Chúng sống ở các đông phân ủ.
Sinh trưởng thích hợp ỏ' nhiệt độ 55 - 65°.
Cả a, b và c đều đúng.
Đáp án', d