Sinh học 10 Chân trời sáng tạo Bài 25: Sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật

Khi nuôi cấy vi khuẩn E. coli trong môi trường nước thịt ở nhiệt độ 37^oC, cứ sau 20 phút thì tế bảo vi khuẩn phân chia một lần. Từ khi sinh ra cho đến trước khi bước vào phân chia, vi khuẩn có sự gia tăng về kích thước và khối lượng, nhưng vì chúng có kích thước rất nhỏ nên khó nhận ra sự thay ở vi khuẩn. Do đó, sinh trưởng ở vi khuẩn cần được xem xét trên phạm vi quần thể.

Hình 25.2. Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn E. col

Sinh trưởng ở vi sinh vật là sự gia tăng số lượng cơ thể của quần thể vi sinh vật.

Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn phụ thuộc vào quá trình nuôi cấy. Có hai hình thức nuôi cấy: Nuôi cấy không liên tục là quá trình nuôi cấy không được bổ sung chất dinh dưỡng và không lấy đi các sản phẩm của quá trình nuôi cấy; Nuôi cấy liên tục là quá trình nuôi cấy thường xuyên bố sung chất dinh dưỡng, đồng thời lấy đi một lượng dịch nuôi cấy tương đương. Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn trong nuôi cấy không liên tục tuân theo đường cong gồm bốn pha (Hình 25.3).

Hình 25.3. Các pha sinh trưởng của quần thể vi khuẩn trong nuôi cấy không liên tục

(1) Pha tiềm phát: Vi khuẩn thích nghi với môi trường sống mới, chúng tổng hợp các enzyme trao đổi chất và các nguyên liệu để chuẩn bị cho quá trình phân chia.

(2) Pha luỹ thừa: Vi khuẩn trao đổi chất, sinh trưởng mạnh và tốc độ phân chia của vi khuẩn đạt tối đa do chất dinh dưỡng dồi dào.

(3) Pha cân bằng: Song song với quá trình phân chia, vi khuẩn bị chết do chất dinh dưỡng giảm dần. Số lượng tế bào vi khuẩn sinh ra cân bằng với số lượng tế bào vi khuẩn chết đi.

(4) Pha suy vong: Số lượng vi khuẩn chết tăng dẫn do chất dinh dưỡng cạn kiệt, chất độc hại tích luỹ nhiều.

Trong môi trường nuôi cấy liên tục, sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật diễn ra qua pha tiềm phát, pha luỹ thừa và duy trì ở pha cân bằng

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.

a. Sinh sản ở vi sinh vật nhân sơ

Vi sinh vật nhân sơ chỉ có hình thức sinh sản vô tính, bản chất là quá trình phân bào trực phân.

- Phân đôi: Phân tử DNA của tế bào mẹ nhân đôi, tế bào kéo dài ra, tách thành hai phần bằng nhau và tạo thành hai cơ thể con. Đây là hình thức sinh sản phổ biến của vi khuẩn (Hình 25.4a),

- Bào tử trần: Phân tử DNA nhân đội nhiều lần, sợi khi sinh kéo dài ra, cuộn lại và hình thành các bào tử, mỗi bào tử chứa một phân tử DNA, bào tử chín rơi xuống đất, gặp điều kiện thuận lợi, nảy mầm và mọc thành hệ sợi nấm. Hình thức này gặp ở xạ khuẩn (Hình 25.4b).

Hình 25.4. Một số hình thức sinh sản ở vi sinh vật nhân sơ

b. Sinh sản ở vi sinh vật nhân thực

Vi sinh vật nhân thực có cả hai hình thức sinh sản vô tính và hữu tính.

- Sinh sản vô tính (bản chất là quá trình phân bào nguyên phân):

+ Phân đội: Bộ nhiễm sắc thể của tế bào mẹ nhân đôi (2n — 4n) và phân đội thành hai tế bào con, mỗi tế bào chứa bộ nhiễm sắc thể 2n như tế bào mẹ. Hình thức này có ở một số loài vi sinh vật nhân thực đơn bào như trùng roi, trùng giày, amip, tảo lục đơn bào,...

+ Nảy chồi: Bộ nhiễm sắc thể của tế bào mẹ nhân đôi, tạo thành hai nhân. Tế bào mẹ mọc thành u lồi, một nhân và tế bào chất di chuyển vào u lối tạo thành chồi. Chồi có thể dính liền với cơ thể mẹ tạo thành tập đoàn hoặc tách ra tạo thành cơ thể mới. Ví dụ ở nấm men bia (Saccharomyces cerevisiae) (Hinh 25.5a).

Hình 25.5a

+ Bào tử: Tế bào sinh sản trên cơ thể mẹ tiến hành nguyên phân tạo thành bào tử, bào tử nảy mầm và phát triển thành cơ thể mới. Ở nấm men có hình thức sinh sản vô tính bằng bào tử đốt (ví dụ: Geotrichum candidum), bào tử bắn (ví dụ: Sporobolomyces japonicus), bào tử ảo (ví dụ: Candida albicans); Ở nấm sợi có hình thức sinh sản vô tính bằng bào tử định hay bào tử trấn (ví dụ: Penicillium camemberti, Aspergillus flavus), bào tử kin (ví dụ: Mucor spp.).

- Sinh sản hữu tính: Ở vi sinh vật sinh sản hữu tính bằng cách tiếp hợp giữa hai tế bào mẹ, như trùng giày (Paramecium caudatum); tiếp hợp giữa các bào tử đơn bội tạo thành hợp tử, như nấm men bia (Saccharomyces cerevisiae); tiếp hợp giữa sợi âm và sợi dương, như nấm sợi (ví dụ: Rhizopus stolonifer).

* Một số động vật nguyên sinh, tảo đơn bào, nấm sợi... tồn tại cả hai hình thức sinh sản (vô tính và hữu tính) trong vòng đời (Hình 25.5c).

Hình 25.5. Một số hình thức sinh sản ở vi sinh vật nhân thực

Đa số vi sinh vật nhân sơ sinh sẵn 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.

a. Các yếu tố hoá học

Các chất dinh dưỡng: gồm các hợp chất hữu cơ (carbohydrate, protein, lipid,..), các nguyên tố đa lượng(CH,O,N,S,P...), các nguyên tố vi lượng (Zn, Mn, Mo,..) và các nhân tố sinh trưởng (vitamin. amino acid, nucleic acid,...). Những chất này ảnh hưởng đến quá trình chuyển hoá vật chất và năng lượng của vi sinh vật (quá trình dinh dưỡng, hô hấp, hoạt hoá enzyme, cân bằng thẩm thấu, Chất sát khuẩn: là các chất có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế không. chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh nhưng không làm tổn thương đến da và mô sống của cơ thể (phenol, ethanol, các halogens, Chất kháng sinh: là những hợp chất hữu cơ có khả năng tiêu diệt không ? hoặc ức chế vi sinh vật gây bệnh theo nhiều cơ chế khác nhau, như ức chế tổng hợp thành tế bào, protein, nucleic acid,..

b. Các yếu tố vật lí

- pH: Độ pH ảnh hưởng đến tính thấm qua màng, hoạt động chuyển hoá vật chất trong tế bào, hoạt tính enzyme,... Giới hạn hoạt động của đa số vi khuẩn nằm trong khoảng pH từ 4 đến 10. Một số vi khuẩn chịu acid có thể sinh trưởng ở pH > 1.

- Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hoá trong tế bào; mỗi loại vi sinh vật có thể tồn tại và hoạt động tốt nhất trong một phạm vi nhiệt độ nhất định. Dựa vào phạm vi nhiệt độ này, có thể chia thành bốn nhóm: ưa lạnh, ưa ấm, ưa nhiệt, ưa siêu nhiệt.

- Độ ẩm: Vi sinh vật rất cần nước, vì nước là dung môi hoà tan các chất dinh dưỡng, enzyme, thuỷ phân cơ chất. Nếu không có nước, vi sinh vật sẽ ngừng sinh trưởng và hầu hết sẽ chết. Các loại vi sinh vật đòi hỏi độ ẩm khác nhau: vi khuẩn (độ ẩm cao); nấm mốc, nấm men (độ ẩm thấp).

- Áp suất thẩm thấu: Áp suất thẩm thấu được tạo thành do chênh lệch nồng độ các chất ở hai bên màng sinh chất. Khi đưa vi sinh vật vào môi trường ưu trương (môi trường có nồng độ chất tan cao hơn bên trong tế bào), tế bào vi sinh vật sẽ bị mất nước, gây co nguyên sinh, do đó chúng không phân chia được.

- Ánh sáng: Ánh sáng tác động đến quá trình quang hợp ở vi khuẩn quang tự dưỡng, ngoài ra ánh sáng còn ảnh hưởng đến sự hình thành bào tử, tổng hợp sắc tố, chuyển động hướng sáng.. Những tia sáng có bước sóng ngắn có thể ức chế hoặc tiêu diệt vi khuẩn bằng cách gây đột biến, làm biến tính protein,...

Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau trong môi trường sống, đó là các yếu tố hóa 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.

- Kháng sinh là những hợp chất hữu cơ do vi sinh vật (xạ khuẩn, nấm,...) tổng hợp có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế các vi sinh vật khác. Dựa vào khả năng này, con người đã chiết xuất kháng sinh từ các vi sinh vật. Ngoài ra, chúng còn được tổng hợp nhân tạo.

- Kháng sinh có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế vi sinh vật gây bệnh một cách chọn lọc ngay cả ở nồng độ thấp (penicillin, cephalosporin, aminosid, tetracyclin, aminoglycoside,...). Do đó, con người đã sử dụng kháng sinh để điều trị các bệnh do vi sinh vật gây ra cho cơ thể người và vật nuôi, góp phần nâng cao sức khoẻ, giảm tỉ lệ tử vong cho con người và phát triển ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm, thuỷ sản.

- Tuy nhiên, nếu lạm dụng thuốc kháng sinh trong chữa bệnh cho người và động vật thì sẽ gây ra sự kháng kháng sinh (nhờn kháng sinh), về sau khi cần sử dụng kháng sinh để tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh thì sẽ không còn tác dụng nữa. Do đó, việc sử dụng thuốc kháng sinh cần tuân thủ sự chỉ dẫn của bác sĩ, không tự ý sử dụng và sử dụng tràn lan.

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"