a. Khái niệm về sinh trưởng của vi sinh vật

Vì sinh vật có kích thước rất nhỏ; chúng ta không quan sát được sự sinh trưởng và phát triển của từng cá thể bằng mắt thường. Do vậy, sự sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật thường được mô tả bằng sự sinh trưởng của một quần thể vi sinh vật.

Sinh trưởng của vi sinh vật là sự tăng lên về số lượng tế bảo của quần thể vi sinh vật thông qua quá trình sinh sản

Hình 18.2. Quá trình hình thành và phát triển khuẩn lạc nấm Phytophthora sojae gây bệnh chết nhanh cho cây đậu tương

(Nguồn: Dorrance, A E. et al, 2007. The Plant Health Instructor. DOI: 10.1094/PHI-1-2007-0830-07)

– Sinh trưởng, phát triển 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.

b. Các pha sinh trưởng của 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 kin) diễn ra theo 4 pha (hình 18.3 và bảng 18.1).

Bảng 18.1. Các pha sinh trưởng của quần thể vi khuẩn

Hình 18.3. Các pha sinh trưởng của quần thể vi khuẩn

Sinh trưởng của quần thể vi khuẩn nuôi trong hệ kín được chia thành 4 pha: tiềm phát (lag), luỹ thừa (log), cần bằng và suy vong.

a. 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 đối và phân chia về hai tế bào con (hình 18.4). Tế bảo kéo dài, thành và màng tế bảo chất thắt lại, hinh thành vách ngăn để phân chia tế bào chất và chất nhân về hai tế bảo mới.

Hình 18.4. Sơ đồ quá trình phân đội của vi khuẩn

Nảy chồi

Nảy chồi (hình 18.5) là kiểu sinh sản vô tính có ở một số vi khuẩn (ví dụ vi khuẩn màu tía Rhodomicrobium vannielhi). Trong quá trình này chổi, 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 ông rỗng làm phinh to ông rỗng, hình thành chổi, tạo nên tế bào con

Hình 18.5. Này chồi ở vi khuẩn Rhodonicrobin vamelli

(Nguồn: Shimkets, L. J. (2013). Prokaryotic Life Cycles. The Prokaryotes, 317-336. DOI:10.1007/978-3-642 30123-0 54)

Hình thành bảo tử

Xạ khuẩn (nhóm vi khuẩn Gram (+) đặc biệt có tể bào dạng sợi) sinh sản vô tính bằng cách phân cắt ở đầu các sợi khi sinh (sợi phát triển trong không khi) để hình thành chuỗi bảo tử (hình 18.6). 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

Hình 18.6. Sự hình thành bào tử vô tính ở xạ khuẩn Streptomyces

coelicolor (Nguon: Shimkets, L. J. (2013). Prokaryotic Life Cycles. The Prokaryotes, 317-336. DOI:10.1007/978-3-642-30123-0 54)

– Vi sinh vật nhân sơ sinh sản vô tính bằng hình thức phân đôi, nảy chồi và bằng bào tử vô tính.

b. Sinh sản ở vi sinh vật nhân thực

Vi sinh vật nhân thực có hình thức sinh sản vô tính (nảy chổi, phân đôi hoặc hình thành bào từ vô tính) và sinh sản hữu tính (hình thành bào tử túi, bảo tử tiếp hợp, … )

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.

Hình 18.7. Quá trình nảy chồi ở nấm men rượu Saccharomyces cerevisiae

Sinh sản bằng bảo 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. Các nấm mốc thuộc chi Aspergillus và chi Penicillium hình thành bào tử đính dạng hở trên sợi khí sinh Nấm mốc chỉ Mucor hinh thành bảo tử đính dạng kín trên sợi khí sinh

Hình 18.8. Sinh sản vô tính bằng bảo từ đỉnh của một số nhóm nấm mốc

Sinh sản bằng bảo tử hữu tính

Sinh sản hữu tính có sự kết hợp của các báo tử khác giới chỉ xảy ra ở các vi sinh vật nhân thực, có hình thức phân bảo giảm phân. Một số hình thức sinh sản hữu tính bằng bào tử thưởng thấy là: bao tử túi, bảo tử đảm, bảo tử tiếp hợp và bảo tử động (còn gọi là bảo tử noãn).

Hình 18.9. Sinh sản hữu tính của một số vi sinh vật

– Vi sinh vật nhân thực sinh sản vô tính bằng phân đôi, nảy chồi, bào tử vô tính; sinh sản hữu tính bằng bào tử hữu tính.

a. Các yếu tố hoá học

Nguồn dinh dưỡng

– Tế bào của hầu hết các vi sinh vật hấp thụ dinh dưỡng từ môi trưởng. Do vậy, dinh dưỡng và các chất hoá học trong môi trưởng có ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng của vi sinh vật. Thiếu hụt dinh dưỡng dẫn đến vi sinh vật sinh trưởng chậm hoặc ngừng sinh trưởng. Các nguyên tổ đại lượng C, HON 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 bảo. Các nguyên tố vi lượng (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 (thay đổi nồng độ ion H⁺) 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 (hình 18.11). Đa số vi khuẩn và nguyên sinh vật phát triển tốt trong môi trường trung tỉnh (nhóm ưa trung tính), nhiều loại nam sinh trưởng tốt trong môi trường acid (nhóm ưa acid), một số nhóm vi sinh vật sống trong các hồ nước mặn có độ pH cao (nhóm ưa kiềm).

Hình 18.11. Tốc độ sinh trưởng của các nhóm vi sinh vật ở điều kiện pH khác nhau

– Một số chất hoá học như các kim loại nặng, các hợp chất phenol, các chất oxi hoá mạnh, alcohol,.. có thể ức chế sinh trưởng của vi sinh vật. Chúng có thể gãy biển tỉnh và làm bất hoạt protein, phá huỷ cấu trúc màng sinh chất,… Do vậy, một số chất này thường được dùng để diệt khuẩn

b. 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 (tia UV, tia X,… ) 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 (hình 18,12). Hầu hết các vi sinh vật sinh trưởng tốt ở nhiệt độ thưởng (20 – 45 °C), chủng thuộc nhóm tra ẩm. Các vi sinh vật sống ở các khu vực gần Bắc hoặc Nam cực, có thể sinh trưởng được ở nhiệt độ gần 0 °C (nhóm ưa lạnh). Nhóm vi sinh vật ưa nhiệt và ưa nhiệt cao được tìm thấy tại nơi có suối nước nóng phun trào dưới đáy biển.

Hình 18.12. Tốc độ sinh trưởng của các nhóm vi sinh vật ở điều kiện nhiệt độ khác nhau

– 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 (ví dụ dưới đáy biển sâu hay trên núi cao). 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 %.

c. Các yếu tố sinh học

– Người ta thường bảo quản thịt, cá, trứng trong dung dịch muối đậm đặc hoặc ướp với muối hạt. Vì sao cách này giúp gia tăng thời gian bảo quản thực phẩm?

– Sinh trưởng của vi sinh vật còn chịu ảnh hưởng của các yếu tố sinh học từ các vi sinh vật, thực vật và động vật sống trong cùng môi trường với chúng. Một số sinh vật có khả năng sinh các chất kích thích các nhóm vi sinh vật khác nhau sinh trưởng (ví dụ: một số thực vật tiết các chất hữu cơ đặc thủ qua rễ, kích thích sự phát triển của khu hệ vi sinh vật vùng rễ). Trong cùng một môi trường sống, nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng sinh các chất ức chế như kháng sinh, bacteriocin,… để ức chế sinh trưởng của các vi sinh vật xung quanh

d. Thuốc 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.

– Các yếu tố có ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật bao gồm: các yếu tố hoá học (nguồn dinh dưỡng, các chất hoá học khác), các yếu tố vật lí (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng,..) và các yếu tố sinh học. – 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 có vai trò quan trọng trong điều trị các bệnh nhiễm trùng nhưng khi sử dụng