Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Dinh dưỡng của vi sinh vât - Phạm Thị Thúy Nga

Nội dung text: Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Dinh dưỡng của vi sinh vât - Phạm Thị Thúy Nga

1. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS GVHD: Ths. Phạm Thị Thúy Nga SVBC: Phạm Văn Tài. Dương Thúy Quỳnh
2. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS Lời Mở Đầu Toàn bộ các quá trình chuyển hóa vật chất sảy ra trong môi trường thiên nhiên la do hoạt động của sinh vật nói chung, trong đó chủ yếu là VSV. Dinh dưỡng của VSV chính là cơ sở của vi sinh vật học của các quá trình Robert Koch chuyển hóa vật chất thực hiện bởi các nhóm VSV khác nhau. Một cơ thể sinh vật bé nhỏ nhưng lại có khả năng chuyển hóa một lượng vật chất gấp nhiều lần trong thời gian ngắn. Quá tình hấp thụ các chất dinh dưỡng từ môi trường vào cơ thể VSV được gọi là: quá trình dinh dưỡng.
3. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS Nội Dung Trình Bày I. Thành phần hóa học của tế bào VSV. 1. Các nguyên tố cơ sở vật chất cấu tạo nên tế bào của VSV. 2. Thành phần các chất cấu tạo nên tế bào VSV. II. Các nguồn nguồn dinh dưỡng và chức năng sinh lý. 1. Nguồn Cacbon (source of carbon). 2. Nguồn Nito (source of nitrogen). 3. Nguồn muối vô cơ (source of inorganic salt). 4. Chất sinh trưởng ( growth factor). 5. Nước (Water). III. Các loại hình dinh dưỡng và một số yếu tố tác động lên VSV. IV. Vai trò của dinh dưỡng VSV đến NTTS.
4. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS I. Thành phần tế bào và dinh dưỡng của VSV. 1. Các nguyên tố cơ sở vật chất cấu tạo nên tế bào của VSV. Cơ sở vật chất cấu tạo nên tế bào vsv là các nguyên tố hóa học,các nguyên tố đó tạo nên thành phần hóa học tế bào vsv quyết định nhu cầu dinh dưỡng của chúng. Căn cứ vào mức độ yêu cầu của vi sinh vật đối với các nguyên tố này mà người ta chia ra thành các nguyên tố đa lượng và các nguyên tố vi lượng.
5. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS Nguyên tố đa lượng: C,H,O,N,P,S,K,Mg,Ca,Fe Các nguyên tố đa lượng là những Nam men nguyên tố chủ yếu của các hợp chất hữu cơ xây dựng nên cấu trúc tế bào. Là các nguyên tố mà lượng chứa trong khối lượng chất sống của cơ thể lớn hơn 0,01%. Chúng tồn tại trong như: Gluxit, lipid, Nguyên tố Vi khuẩn Nấm Nấm sợi protein, axit nucleic . men C ~ 50 ~ 50 ~ 48 Nam moc H ~ 8 ~ 7 ~ 7 O ~ 20 ~ 31 ~ 40 N ~ 15 ~ 12 ~ 5 P ~ 3 - - S ~ 1 - - (% Trọng lượng khô) các nguyên tố đa lượng của VSV 5
6. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS Nguyên tố vi lượng: Zn,Mn.Na,Cl,Mo,Se,Co,Cu,W,B. Các nguyên tố vi lượng, tuy Ng.tố Tác dụng sinh lý có không nhiều trong cơ thể Zn Có mặt trong alcohol dehydrogenase, nhưng lại đóng một vai trò ARNpolymerase, ADNpolymerase hết sức quan trọng đối với VSV. Hầu hết trong số Mn Có mặt trong peroxyd dismutase, carboxylase chúng được đưa vào cơ thể ciitric cùng với thức ăn. Khi thiếu Mo Có mặt trong reductase nitrate, nitrogenase, hụt nguyên tố vi lượng có dehydrogenase formic. thể dẫn đến các biểu hiện Se Có mặt trong reductase glycin, reductase bệnh lý, hay các sự bất ổn formic. cho cơ thể chúng ta. Việc bổ xung định kỳ có kiểm soát Co Có mặt trong mutase glutamic. các nguyên tố vi lượng là rất Cu Có mặt trong cytochrome oxydase. có ích cho sức khỏe và giúp W Có mặt trong dehydrogenase formic. ngăn ngừa một số bệnh tật. Br Có mặt trong urease, cần cho sự sinh trưởng của vi khuẩn hydrogen.
7. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS 2. Thành phần các chất cấu tạo nên tế bào VSV. Các nguyên tố hoá học chủ yếu Phân tử khô / tế bào % khối lượng khô. tồn tại trong tế bào vi sinh vật dưới dạng chất hữu cơ, chất vô - Nước - cơ và nước (Nước chiếm đến - Các đại phân tử 96 70 →90 % khối lượng cơ thể +Protein 55 +Polysaccharide 5 VSV). +Lipid 9,1 Chất hữu cơ thường bao gồm +ADN 3,1 protein, carbon hydrat, lipid, +ARN 20,5 acid nucleic, vitamin và các sản - Các đơn phân tử 3,0 +Aminoacid và tiền thể 0,5 phẩm phân giải của chúng cũng +Đường và tiền thể 2 như các chất TĐC. Chất vô cơ +Nucleotid và tiền thể 0,5 thường đứng riêng rẽ dưới dạng - Các ion vô cơ 1 muối vô cơ hoặc kết hợp với chất hữu cơ Thành phần hóa học của tế bào vi khuẩn theo F.C. Neidhardt et al., 1996.
8. NTU Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS II. Các nguồn nguồn dinh dưỡng và chức năng sinh lý. Vi sinh vật chủ yếu thu nhận được chất dinh dưỡng từ môi Nguồn cacbon trường bên ngoài, và các nguồn dinh dưỡng chủ yếu là. Nguồn nito Các nguồn Nguồn muối vô cơ dinh dưỡng Chất sinh trưởng Nước
9. NTU Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS 1. Nguồn Cacbon (source of carbon). -Là nguồn vật chất cung cấp C Nguồn C Các dạng hợp chất trong quá trình sinh trưởng của Đường glucose, fructose, maltose, VSV. saccharose, galactose, lactose, -Trong TB nguồn C trải qua một mannite, cellobiose, cellulose, loạt quá trình biến hoá hoá học Acid hữu cơ acid lactic, acid citric, acid phức tạp sẽ biến thành vật chất của fumaric, acid béo bậc cao, acid bản thân TB và các sản phẩm béo bậc thấp, aminoacid TĐC. Rượu Ethanol -C có thể chiếm đến khoảng một Lipid lipid, phospholipid nửa trọng lượng khô của tế bào. Hầu hết các nguồn C trong các quá Hydrocarbon khí thiên nhiên, dầu thô, dầu trình phản ứng sinh hoá → Năng paraffin lượng cần thiết cho hoạt động sống Carbonate NaHCO3, CaCO3, đá phấn cho VSV. Các nguồn C Hợp chất nhóm thơm, cyanide, -Một số VSV dùng CO2 làm khác protein, pepton, acid nucleic nguồn C duy nhất hay chủ yếu để sinh trưởng.
10. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS 2. Nguồn Nito (source of nitrogen). Nguồn N Các dạng hợp chất -Nguồn N là nguồn cung cấp N cho vi sinh vật để tổng hợp nên Protein và sản peptone, peptide, aminoacid các hợp chất chứa N trong tế bào. phẩm phân (một số vi sinh vật tiết men giải của proteinase phân giải protein thành -Thường không là nguồn năng protein các hợp chất phân tử nhỏ hơn rồi lượng, chỉ một số ít vi sinh vật tự mới hấp thu được vào tế bào) dưỡng (nhóm ammon hoá, nhóm nitrate hoá) dùng muối ammone, Ammone và NH3, (NH4)2SO4, (dễ được hấp muối nitrate làm nguồn năng muối ammone thu) lượng. Nitrate KNO3 (dễ được hấp thu) -Trong điều kiện thiếu nguồn C N phân tử N2 (với vi sinh vật cố định N) một số vi sinh vật kỵ khí trong Các nguồn N purine, pyrimidine, urea, amine, điều kiện không có oxy có thể sử khác amide, cyanide (chỉ một số nhóm dụng một số aminoacid làm nguồn vi sinh vật mới có thể đồng hoá năng lượng . được)
11. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS 3. Nguồn muối vô cơ (source of inorganic salt). -Các muối vô cơ là nguồn chất dinh dưỡng không thể thiếu đối với sự sinh trưởng của vi sinh vật -Chúng có các chức năng sinh lý chủ yếu là: tham gia vào thành phần của các trung tâm hoạt tính ở các enzyme của vi sinh vật, duy trì tính ổn định của kết cấu cá đại phân tử và tế bào, điều tiết và duy trì cân bằng áp suất thẩm thấu của tế bào, khống chế điện thế oxy hoá khử của tế bào và là nguồn vật chất sinh năng lượng đối với một số loài vi sinh vật
12. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS Muối vô cơ và các chức năng simh lý Hợp chất Chức năng sinh lý sử dụng KH2PO4, Là thành phần của acid nucleic, nucleoprotein, phospholipid, coenzyme, ATP Làm nên K2HPO4 hệ thống đệm giúp điều chỉnh pH môi trường. (NH4)2SO4 Là thành phần của các aminoacid chứa S, một số vitamin; glutathione có tác dụng điều MgSO4 chỉnh điện thế oxy hoá khử trong tế bào. MgSO4 Là thành phần trung tâm hoạt tính của enzyme phosphoryl hoá hexose, dehydrogenase của acid isocitric, polymerase của acid nucleic, thành phần của chlorophyll và bacterio- chlorophyll. CaCl2, Tạo tính ổn định của một số cofactor, enzyme duy trì, cần cho sự dựng trạng thái cảm thụ Ca(NO3)2 của tế bào. NaCl Thành phần của hệ thống chuyển vận của tế bào, duy trì áp suất thẩm thấu, duy trì tính ổn định của một số enzyme. KH2PO4, Là cofactor của một số enzyme, duy trì áp suất thẩm thấu của tế bào, là nhân tố ổn định KH2PO4 của ribosome ở một số vi khuẩn ưa mặn. FeS04 Thành phần của sắc tố vi khuẩn và một số enzyme, là vật chất nguồn năng lượng của một số vi khuẩn sắt, cần thiết để tổng hợp chlorophyll và độc tố vi khuẩn bạch hầu.
13. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS 4. Chất sinh trưởng ( Growth factor). Nhân tố sinh trưởng là những hợp chất hữu cơ mà Acetobacter suboxydans có những vi sinh vật cần thiết để sinh trưởng tuy với số lượng rất nhỏ và không tự tổng hợp đủ so với nhu cầu, Các vi sinh vật khác nhau có những yêu cầu không giống nhau về chủng loại và liều lượng của các nhân tố sinh trưởng . Chất st :Acid nicotinic Nhu cầu: 0-10 mg Leuconostoc mesenteroides Streptococcus faecalis Chất st: Pyridoxal Chất st: methionine Nhu cầu: 6 mg Nhu cầu: 0,02 mg
14. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS 5. Nước (Water). Nước là thành phần không thể thiếu để vi sinh vật có thể sinh trưởng. Chức năng sinh lý của nước trong tế bào là: - Hoà tan và chuyển vận các chất, hỗ trợ cho việc hấp thu chất dinh dưỡng, giải phóng các sản phẩm trao đổi chất. - Tham gia vào hàng loạt các phản ứng hóa học trong tế bào. - Duy trì cấu hình thiên nhiên ổn định của các đại phân tử như protein, acid nucleic - Là thể dẫn nhiệt tốt, hấp thu tốt nhiệt lượng sinh ra trong quá trình trao đổi chất và khuếch tán kịp thời ra bên ngoài để duy trì sự ổn định của nhiệt độ bên trong tế bào. - Duy trì hình thái bình thường của tế bào. 1 4
15. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS III.Các loại hình dinh dưỡng của VSV. Vi sinh vật có tính đa dạng rất cao cho nên các loại hình dinh dưỡng khá phức tạp. Bởi vậy có rất nhiều kiểu dinh dưỡng khác nhau dựa vào nguồn dinh dưỡng hoạc kiểu trao đổi năng lượng ☻. Dựa vào nguồn nguồn chất dinh dưỡng. 1. Nguồn Cacbon 2. Nguồn Nito Dị dưỡng Tự dưỡng Tự dưỡng Dị dưỡng Hoại Ky amin amin cacbon cacbon sinh sinh
16. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS 1. Dựa vào nguồn cacbon Loại hình dinh dưỡng Nguồn năng lượng; Đại diện Hydrogen; điện tử; Carbon -Tự dưỡng quang năng Quang năng; H2, H2S, Vi khuẩn lưu huỳnh, màu vô cơ S hoặc H2O; CO2 tía,màu lục; Vi khuẩn lam. -Dị dưỡng quang năng Quang năng; Chất hữu cơ Vi khuẩn phi lưu huỳmh màu hữu cơ tía, màu lục. -Tự dưỡng hoá năng Hoá năng (vô cơ); H2, H2S, Vi khuẩn oxy hoá S, vi khuẩn 2+ - vô cơ Fe , NH3, hoặc NO2 , CO2 hydrogen, vi khuẩn nitrát hoá, vi khuẩn oxy hoá sắt. -Dị dưỡng hoá năng Hoá năng (hữu cơ); Động vật nguyên sinh, nấm, hữu cơ Chất hữu cơ phần lớn các vi khuẩn không quang hợp (bao gồm cả các vi khuẩn gây bệnh).
17. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS a, Vi sinh vật tự dưỡng Gồm các vi sinh vật có khả năng tiết ra enzym làm xúc tác cho các phản ứng tổng hợp cacbon từ CO2 thành các hợp chất hữu cơ phức tạp đap ứng nhu cầu của tế bào bao gồm: Cyanobacteria •Tự dưỡng quang năng: nguồn cacbon CO2 và nguồn năng lượng là ánh sáng. •Tự dưỡng hóa năng: nguồn cacbon từ CO2 và nguồn năng lượng từ các phản ứng hóa học.
18. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS b, Sinh vật dị dưỡng Gồm các VSV không có khả năng tổng hợp các chất hữu cơ từ nguyên tử cacbon . Chúng sử dụng nguồn cacbon có sẵn từ các chất hữu cơ. Và là nhóm VSV chiếm đa số. Gồm các nhóm: Chromatium •Dị dưỡng quang năng: nguồn cacbon là các chất hữu cơ , nguồn năng lượng là ánh sáng. •Dị dưỡng hóa năng: nguồn cacbon là các hợp chất hữu cơ nguồn năng lượng là sự chuyển hóa TĐC của Rhomicrobium chất nguyên sinh của một cơ thể khác
19. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS Mô hình sơ lược về chức năng sinh lý của các chất dinh dưỡng đối với sự sinh trưởng của vi sinh vật. 2 1
20. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS c,Vi sinh vật hoại sinh Gồm các nhóm nấm dị dưỡng và các vi khuẩn chúng lấy cacbon từ chất hữu cơ còn nguyên vẹn ở chung quanh nó , từ nước cống rãnh hoạc từ xác sinh vật đã chết Nấm men Nấm mốc.
21. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS d,Vi sinh vật ký sinh. Là các nhóm VSV vừa có thể lấy cacbon từ chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật còn sống hoạc chỉ có thể lấy cacbon từ sinh vật sống mà thôi. Và được chia ra •Nhóm ký sinh bắt buộc: là những sinh vật chỉ có thể sống ký sinh trên một mô sống của một sinh vật khác và nó không thể sống hoại sinh tức là sống trên mô đã chết hoạc trên vật chất không phải là sinh vật •Nhóm ký sinh tùy ý: là những sinh vật vừa có thể ký sinh trên mô sống của một sinh vật khác nhưng cũng có thể sống hoại sinh trên mô đã chất Trichodina ehrenberg hoạc trên môi trường vật chất thích hợp
22. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS 2.Dựa vào nguồn Nitơ Tùy vào khả năng tự tổng hợp các Aa mà ta chia thành 2 nhóm sau: •Tự dưỡng amin: -Các VSV thuộc nhóm tự dưỡng amin có khả năng tự tổng hợp các Aacuar cơ thể từ các nguồn nito vô cơ hoạc nito hữu cơthích hợp hơn các muối của acid vô Nitrifying bacteria cở. -Thuộc nhóm tự dưỡng amin gồm có các nhóm: vi sinh vật cổ, vi khuẩn amon hóa, vi khuẩn nitrat hóa 7
23. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS •Dị dưỡng nito: -Các VSV này không có khả năng tự tổng hợp các Aacho cơ thể mà phải hấp thụ mà phải hấp thụ nguồn amin từ môi trường ngoài. -Thuộc các nhóm này thường: VSV kỵ khí, VSV gây thối hiếu khí Clostridium difficile 7
24. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS Một số yếu tố ảnh hưởng đến dinh dưỡng của VSV • Ôxy. Oxy có vai trò rất quan trọng đến dinh dưỡng của VSV. Và dựa vào nhu cầu đối với oxy mà chia VSV thành các nhóm: Nhóm VSV Nhu cầu oxy Đặc điểm Đại diện Hiếu khí bắt buộc Chỉ sinh trưởng Chứa enzymSOD Phần lớn là nấm và được khi có mặt oxy vi khuẩn. Hiếu khí không bắt Không cần thiết cần Chứa enzym SOD, Nấm men, E.coli buộc. oxy trong sinh peroxidaza trưởng. Vi hiếu khí Sinh trưởng ở điều Chứa enzym SOD, Vibro cholerae. kiện oxy thấp. peroxidaza Kị khí chịu dưỡng Kị khí nhưng vẫn Chứa enzym SOD Streptococus lactic sống khi có oxy. nhưng không có peroxidaza Kị khí Tuyệt đối không cần Không có SOD clostridium oxy
25. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS • Ánh sáng. Mỗi VSV thì thích ứng với một giá trị ánh sáng khác nhau. Cho nên có sự chuyển động của tế bào so với ánh sáng → quang ứng động. -Quang ứng động dương (+): - Quang ứng động âm (-): các VSV chuyển động tiến các VSV tránh xa ánh tới ánh sáng thích hợp, sẽ sáng không thích hợp, sẽ tạo điều kiện cho VSV phát kiềm chế sự phát triển triển. của VSV.
26. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS •Các hóa chất Các tế bào VSV cũng thích ứng với các hóa chất là khác nhau. Cho nên có sự chuyển động của của tế bào đối với chất hóa học gọi là “hóa ứng động”. - Hóa ứng động dương(+): chỉ - Hóa ứng động âm(-): chỉ sự chuyển động của tế bào về sự chuyển động dời xa của phía chất hóa học thích hợp tế bào khỏi chất hóa học (chất dẫn dụ) độc (chất xua đuổi)
27. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS Phần quan trọng: Cơ chế vận chuyển các chất dinh dưỡng. Chờ sự thuyết trình của nhóm 7
28. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS IV. Vai trò của dinh dưỡng VSV đến NTTS. Vi sinh vật có vai trò hết sức quan trọng đối với đời sống trong đó có nuôi trồng thủy sản • Nhóm VSV tự dưỡng: nhờ khả năng tự tổng hợp được các chất sống từ nguyên liệu vô cơ (VD: như VK lam, vi tảo ), làm giàu nguồn thức ăn tự nhiên trong ao nuôi thủy sản. •Nhóm VSV dị dưỡng: nhờ khả năng sử dụng các chất hữu cơ trong ao nuôi cho nên.chúng làm sạch ao nuôi khi môi trường khá phì dưỡng (quá bẩn). •Nhóm ký sinh •Nhómhoại sinh
29. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS
30. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS
31. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS Một số phương pháp xử lý môi trường nhờ VSV. * Phương pháp hiếu khí : Sử dụng các vi sinh vật hiếu khí để oxy hóa chất thải trong nước, các vi sinh vật này cần oxy để hoạt động do đó cần có hệ thống thông khí (hoặc sục khí).
32. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS * Phương pháp yếm khí : Sử dụng các vi sinh vật yếm khí (không cần oxy) để lên men bùn cặn và nước thải như lên men rượu, lên men acid lactic, lên men metan và tạo ra các sản phẩm cuối là : cồn, các acid, aceton, CO2, H2, CH4.
33. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS Tài liêu tham khảo. •Giáo trình VSV đại cương ,Ths Phạm Thị Thúy Nga. •Giáo trình VSV môi trường, Trần Cẩm Vân. •Dinh dưỡng của VSV, Nguyễn Lân Dũng. • www.vi.wikimedia.com. •www.thuviennsinhhoc.com.vn •www.google.com.vn •www.ntu.edu.vn
34. NhómNTU 6 Vi Sinh Vật Đại Cương. Lớp 51NTTS