🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Vi sinh vật học nông nghiệp Ebooks Nhóm Zalo BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO D ự ÁN ĐÀO TẠO GIẢO VIÊN THCS LOAN No 1718 - VIE (SF) NGUYỄN XUÂN TH À N H (Chủ biên) NGUYỄN THỊ HIỀN VI SINH VẬT HỌC NÔNG NGHIỆP NHA XUẢT BAN ĐẠI HỌC s ư PHẠM PGS.TS NGUYÊN x u â n t h à n h (Chủ biên) GS.TS NGUYỄN NHƯ THANH - GS.TSKH DƯƠNG ĐỨC TIÊN VI SINH vậT HỌC NÔNG NGHlềp (G iáo trìn h Cao đ ẳ n g S ư p h ạ m ) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC s ư PHẠM Chịu trá ch n h iệm x u á t bản: Giám đốc ĐINH NGỌC BẢO Tông biên tập LÊ A N gười n h ân xét: GS. LÊ VÃN NHƯƠNG PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH MẠNH B iên tá p núi dung: NGUYỄN HỔNG ÁNH NGUYỄN THỊ HIỂN B iên tá p tá i bản: NGUYEN n g ọ c b ắ c K ĩ th u ả t vi tính: VŨ ANH TUẤN B ìa và trìn h bày bìa : PHẠM VIỆT QUANG M ã số: 01.01.244/681 - Đ H 2007 VI SINH VẬT HỌC NÔNG NGHIỆP In 500 cuôn, khô 17 X 24cm, tại Công ty cô phần KOV. Sô đãng kí KHXB: 30-2007/CXB/244-120/ĐHSP, kí ngày 4/1/2007. In xong và nộp lưu chiêu tháng 4 nãm 2007. NÓI ĐẦU Theo Quyết định của Bộ Giáo dục và Đào tạo, năm học 2002 -2003 đưa môn học Vi sinh vật học Nông nghiệp vào khung chương trình đào tạo cho hệ Cao đẳng Sư phạm khối kĩ thuật trong toàn quốc. Giáo trình Vi sinh vật học Nông nghiệp được biên soạn chù yếu dùng cho các trường Cao đẳng Sư phạm thuộc khối kĩ thuật nông nghiệp làm tài liệu giảng dạy và học tập. đồng thời có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ làm công tác nghiên cứu về lĩnh vực vi sinh vật. Giáo trình Vi sinh vật học Nông nghiệp trang bị những kiến thức cơ bản nhất cho giáo sinh về vi sinh vật nông nghiệp. Ngoài phần đại cương, còn giới thiệu khái quát về thành tựu cùa công nghệ sinh học vi sinh vật trong lĩnh vực nông, lâm, ngư nghiệp và xử lí phế thải chống ô nhiễm môi trường. Trên cơ sở đó các chuyên ngành trong khối nông, lâm, ngư nghiệp sẽ đi sâu vào phần vi sinh vật chuyên khoa cùa ngành mình ờ giai đoạn sau hoặc ờ bậc cao hơn. Giáo trình được phân công biên soạn như sau : 1. PGS.TS Nguyễn Xuân Thành biên soạn các chương 1, 3 ,4 ,5 ,6, 7, 10. 2. GS.TS Nguyễn Như Thanh biên soạn các chươns 2. 3, 6, 8. 3. GS.TSKH Dương Đức Tiến biên soạn chương 9. Khi biên soạn giáo trình Vi sinh vật học Nông nghiệp, chúng tôi cố gắng thể hiện tính cơ bản, tính khoa học, tính hiện đại và tính hệ thống của môn học, nhưng do phải hoàn thành gấp trong một thời gian ngấn hơn nữa đây lại là lần đầu biên soạn một tài liệu dùng chung cho các trường Cao đẳng Sư phạm khối kĩ thuật trong toàn quốc cho nên khôn° tránh khỏi những sai sót. Trong quá trình biên soạn giáo trình này, chúng tôi nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các cán bộ giảng dạy môn Vi sinh vật ở các trường Đại học và Cao đẳng trong khối nông - lâm - ngư nghiệp, chúng tòi xin chân thành cảm ơn, rất mong được sự cộng tác và đóng góp ý kiến cùa các cán bộ giảng dạy, sinh viên cùng bạn đọc trong quá trình sử dụng tài liệu này đê giúp chúng tôi hoàn thiện giáo trình, làm cơ sờ cho việc biên soạn giáo trình các môn học về lĩnh vực vi sinh vật sau này được tốt hơn. Chúng tôi xin chán thành tiếp thu và cảm ơn. CÁC TÁC GIẢ 4 Phẩn I DẠI CƯƠNG vế VI SINH VậT Chương 1 MỎ DẦU M ục tiêu + Nắm được các khái niệm về vi sinh vật (VSV) và nhiệm vụ của môn học v s v Nông nghiệp. + Sự phân bố cùa v s v trong tự nhiên và trong nông nghiệp (NN). + Vai trò của v s v trong tự nhiên, trong NN và trong hoạt động cùa con người. + Nauồn gốc lịch sử của môn học v s v . + Những thành tựu của công nghệ vi sinh. Nội dung + Khái niệm, thuật ngữ v s v . + Lĩnh vực và các chuyên khoa v s v . + Yêu cầu và nhiệm vụ của môn học. + Lịch sừ phát triển cùa v s v . + Thành tựu của công nghệ VI sinh. + Vai trò cùa v s v trong NN và hoạt động sống của con người. Tóm tắt nội dung chương 1 + v s v là những cơ thê vô cùng nhỏ bé, mắt thường khônơ thể nhìn thấy được. Muôn quan sát được v s v phải sử dụng kính hiển vi. + Vi sinh vật được phàn bố rất rộng trong tự nhiên : trong nước, trona đất trong không khí. Thậm chí chúng còn ỏ' những nơi, mà ờ đó khôns tồn tại cuộc Sốn2 cho các sinh vật khác. Ví dụ : Một số giống v s v có thể tồn tai đươc tron» 5 lớp băng dày 50m với nhiệt độ -1 9 0 °c, một số giống v s v khác lại GÓ thể sống được ở điều kiện nhiệt độ > +100°c. + Thế giới huyền ảo của v s v được phát hiện do nhà bác học nổi tiếng người Hà Lan Leeuwenhoek A .v (1632-1723) với dụng cụ tự chế tạo là kính hiển vi nguyên thuỷ. + Để góp phần vào việc hình thành môn học v s v , nhà bác học vĩ đại người Pháp là Pasteur (1822-1895) đã có nhiều công trình nghiên cứu cả về lí thuyết, cũng như về thực tiễn, đặc biệt các công trình nghiên cứu chế tạo vacxin phòng chống các bệnh hiểm nghèo. + v s v xâm nhập vào mọi lĩnh vực hoạt động sống của con người, chúng ta nắm chắc những quy luật phát sinh, phát triển và hoạt động sống cùa v s v , nhằm khai thác những mặt tích cực và ngăn chặn những tác hại của nó đế phục vụ đắc lực cho hoạt động sống của con người. Bằng các thành tựu của công nghệ sinh học v s v thực sự đã và đang có nhiều triển vọng trong thế kỉ XXI - thế kỉ của công nghệ sinh học. IỂ ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM v ụ CỦA VI SINH VẬT HỌC NÔNG NGHIỆP 1. Khái niệm Xung quanh ta ngoài các sinh vật lớn có thể nhìn thấy được bằng mất còn có vô vàn các sinh vật nhỏ bé, muốn thấy chúng phải sử dụng kính hiển vi. Người ta gọi chúng là v s v . Định nghĩa : v s v là những cơ thể vô cùng nhỏ bé, mà mắt thường không nhìn thấy được, chỉ có thế quan sát được bằng kính hiển vi. Môn khoa học nghiên cứu về hoạt động sống cùa v s v được gọi là v s v học. Công nghệ Víẻ sinh Ể- Là ngành công nghệ nhằm khai thác tốt nhất khả nãng kì diệu của cơ thể v s v . Nhiệm vụ của công nghệ vi sinh là tạo ra được điểu kiện thuận lợi cho các v s v hoạt động với hiệu suất cao nhất, phục vụ cho việc làm tăng cùa cải vật chất xã hội, đáp ứng nhu cầu cuộc sống của con người và cân bằng môi trường sinh thái. v s v bao gồm nhiều nhóm khác nhau : virus, vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm men. nấm mốc, vi khuẩn lam, tảo... v s v phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên : trong đất, trong nước, trong không khí, trong cơ thể các sinh vật khác và trong cả các loại lương thực, thực phẩm, các hàng hóa khác, trên các cơ chất hữu cơ ... 6 2. Lĩnh vực và các chuyên khoa vi sinh vật v s v học phát triển rất nhanh và đã dần đến việc hình thành các lĩnh vực khác nhau : Vi khuẩn học (bơcterriologx), Nấm học (mycology), Tảo học (phvcology), Virus học (virology)... Việc phân chia các lĩnh vực còn có thế dựa vào các hướng ứng dụng, do vậy v s v còn được chia thành các chuyên khoa : Y v s v học, Thú y VSV học, v s v công nghiệp, v s v NN, v s v không khí, v s v học nước... Gần đây còn phát triển các lĩnh vực mới như v s v học phóng xạ. Địa v s v học, v s v học vũ trụ... Ngav trong v s v NN cũng có rất nhiều chuyên ngành : v s v đất. v s v trồng trọt, v s v trong bảo vệ thực vật, v s v xử lí ô nhiễm môi trường, v s v chãn nuôi, v s v thú y, v s v thuỷ hải sản, v s v học lâm nghiệp... Ngoài ra v s v còn được chia theo hệ sinh thái .ể từ thấp đến cao, từ chua đến kiềm, từ lạnh đến nóng, từ yếm khí đến hảo khí. 3. Nội dung của môn học Vi sinh vật học Nông nghiệp + Tìm hiểu các quy luật về sự phát sinh, phát triển và tiến hóa cùa v s v , về hình thái, cấu tạo, sinh lí, sinh hóa, di truyền... của các nhóm v s v thường gặp trong tự nhiên và trong NN. + Nghiên cứu vai trò to lớn về nhiều mặt cùa các nhóm v s v trong tự nhiên và trong nông nghiệp, trên cơ sờ đó đi tìm kiếm các biện pháp, các phương pháp nhằm khai thác một cách đầy đù nhất những tác động tích cực của v s v và ngãn chặn một cách hiệu quả nhất các tác động có hại của chúng. + Nắm được nguyên lí cơ bản của công nghệ vi sinh, bản chất của từng loại chế phẩm v s v , quy trình công nghệ, hiệu quả tác dụng và cách sử dụng cùa từna loại chế phẩm dùng trong lĩnh vực NN và xử lí phế thải nông, công nghiệp chông ô nhiễm môi trường. + Định hướng trong nghiên cứu về các lĩnh vực của công nghệ vi sinh, để tạo ra nhiều loại chế phẩm v s v hữu ích ứng dụng trong sản xuất NN phục vụ đắc lực cho hoạt động sống của con người. 4. Yêu cầu của môn học v s v học Nông nghiệp Sau khi học xong môn học này, giáo sinh phải hình thành được các năng lực cơ bản sau : 4.1. Vé kiến thức + Hiểu ý nghĩa, vai trò cùa v s v trong sản xuất NN và đời sống xã hội đặc biệt trong tương lai khi công nghệ sinh học phát triển. 7 + Nắm vững về đặc điểm hình thái, cấu tạo tế bào và hoạt động sống rất đa dạng của v s v , sự khác nhau giữa cơ thể v s v và cơ thể sống bậc cao về cấu tao cũng như hoạt động sống. + Nắm vững một số nhóm v s v chính có ý nghĩa trong sản xuất NN, cơ chê hoạt động của chúng, những ứng dụng chính trong sản xuất, chế biến và bảo quản sản phẩm NN. 4.2. Về k ĩ năng + Biết liên hệ, vận dụng được vào việc học tập các học phần về kĩ thuật nống - lâm - ngư nghiệp để hiểu được những ứng dụng chính của v s v trong lĩnh vực đó. + Biết lựa chọn những nội dung thích hợp vào việc xây dựng bài giảng về kĩ thuật nông - lâm - ngư nghiệp ở THCS. 4.3. Vẻ thái độ + Yêu thích môn v s v với mong muốn khám phá những đặc tính còn tiềm án của thế giới kì diệu v s v . + Có năng lực tự học, tự nghiên cứu để nâng cao hiểu biết của bản thán về lĩnh vực v s v và ứng dụng v s v trong NN. II. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN K H O A HỌC VI SINH V Ậ T Lịch sử phát triển của v s v có thê chia ra 4 giai đoạn : 1. Giai đoạn trưổc khi phát hiện ra thê giới vi sinh vật Từ nãm 372 - 287 trước Công nguyên, nhà triết học cổ Hi Lạp (theo Phrastes) trong tập “Những quan sát về cây cối” đã eoi cây họ Đậu như vật bói bổ lại sức lực cho đất. Nhận xét này đã được nhiều người cổ La Mã quan tâm. Vào những năm 30 trước Công nguyên, họ đã đề nghị luân canh giữa cây hòa thảo với cây họ Đậu. Nhìn chung trước thế kỉ XV, tất cả những sự kiện xảy ra trong tự nhiên và trong cuộc sống, con người đều cho là do “đấng tối cao” tạo dựng. Tuy nhiên khi đó con người đã biết áp dụng một số quv luật tất yếu cúa thiên nhiên vào trona cuộc sông như : ủ men nâu rượu, xen canh hoặc luân canh giữa cây hòa thảo với câv. họ Đ ậu... Mãi đến giữa thế kỉ XV, bác sĩ nổi tiếng người Ý Đ. Fracastoro (1483 - 1553) nghiên cứu bệnh truyền nhiễm ờ người đã kết luận : 8 “ Nguồn gốc của bệnh truyền nhiễm là do sự bẩn thiu gây ra. nó được truyền từ người này sang người khác qua một môi giới, mà môi giới này từ trước đên nay loài người còn chưa biết đến”. Nhờ có phát minh của Fracastoro, mà sau đó nhiều nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu để tìm hiếu về “mói giới". 2. Giai đoạn phát minh ra kính hiển vi Giữa thế kỉ XVII, chù nghĩa tư bản bắt đầu phát triển mạnh. Do yêu cầu cùa ngành hàng hái. kĩ thuật quang học được chú ý nhiều. Trên cơ sờ phát triển cùa quang học, kính hiển vi đã xuất hiện. Leeuwenhoek A .v (1632 - 1723) với kính hiển vi tự chế tạo có độ phóng đại 160 lần, lần đầu tiên đã phát hiện thế giới v s v . Quan sát nước ao tù, các dung dịch nước ngâm, các chất hữu cơ, bựa răng, Leeuwenhoek thấy ờ đâu cũng có những sinh vật nhỏ bé. Rất đỗi ngạc nhiên với hiện tượng quan sát trên, ông đã viết : “Tôi thấy trong bựa rãng ờ miệng tồi có rất nhiều sinh vật tí hon hoạt động. Chúng nhiểu hơn so với cả Vương quốc Hà Lan hợp nhất”. Quan sát và phát hiện cùa ông đã trình bày trong nhiều tiểu phẩm. Những tiểu phẩm này được tập hợp lại trong tác phẩm của Leeuwenhoek có tiêu đề : “Nhữns bí mật của thế giới tự nhiên” xuất bản nãm 1695. Để ghi nhận công lao to lớn của Leeuwenhoek, loài người đã tôn ỏng là Cha của v s v học. Người đấu tiên phát hiện ra một thế giới mới. đó là “th ếg iớ i huyền ảo của VSV". 3. Giai đoạn hình thành khoa học vi sinh vật Đến thế kì XIX, cùng với sự phát triển cùa chù nghĩa tư bản, các ngành khoa học kĩ thuật nói chung và ngành v s v nói riêng phát triển mạnh. Những đóng góp xây dựng cho sự phát triển của v s v ờ giai đoạn nàv tập trung nhất ờ các công trình cùa nhà bác học vĩ đại naười Pháp là Pasteur (1822-1895). Các công trình cúa ông có giá trị lớn cả về lí thuyết cũng như thực tiễn. Nhữna công trình đầu tiên cùa Pasteur nhằm giải quyết vấn đề vai trò cùa v s v trons các quá trình lên men. Nghiên cứu của Pasteur chẳng những có tác dụng lớn đến kĩ thuật chế biến rượu, mà còn giài quyết một cách cơ bản một quá trình sinh lí quan trọng, như là quá trình hò hấp. Ong đã chi rõ : Lên men chính là một quá trình hô hấp yếm khí. Nshièn cứu cùa ông đã bác bò quan điểm hóa học đơn thuần cùa Liebis thời bấy giờ. Trong khi nghiên cứu quá trình lên men, Pasteur đã tìm ra một phương pháp đơn siản nhưng rất có giá trị : khi rượu đã đủ ngon rồi thì chì cần đun nóng lèn và giữ trong thùng kín là có thể bảo quản được khá lâu. Phươno pháp khừ trùng Pasteur nàv không những có tác dụn2 to lớn đối với côn° n°hê 9 thực phẩm mà còn đặt cơ sở cho các phương pháp khử trùng trong y học. Pasteur đã xác định rằng lên men lactic là do vi khuẩn lactic đảm nhiệm. Năm 1863, Pasteur đã chứng minh bệnh nhiệt thán là do một loại vi khuẩn gây nên. ở miền Nam nước Pháp và Italia, những con tằm thường bị bệnh rất nghiêm trọng. Qua nghiên cứu, Pasteur thấy bệnh này do một loại v s v gây ra. Để tránh lây lan ông đã đề xuất phòng bệnh bằng phương pháp cách li. Phương pháp này có hiệu quả. Nó đã giải quyết được vấn đề lớn trong nghề nuôi tằm thời bấy giờ. Từ nghiên cứu này Pasteur đã ứng dụng vào việc chữa bệnh cho người và gia súc. Phương pháp cách li để tránh sự lây lan của bệnh tật đã trở thành phương pháp phòng bệnh rất quan trọng. Pasteur sau khi nghiên cứu bệnh đậu mùa ờ gà nhận thấy nếu đem virus đã làm yếu đi và tiêm vào gà một số lượng nhất định, thì nó sẽ tạo cho gà có khả năng chống bệnh. Từ thí nghiệm ờ gà, ông đã đề xuất phương pháp làm yếu vi khuẩn gây bệnh nhiệt thán ở nhiệt độ 42 - 43°c và làm vacxin chống bệnh nhiệt thán. Pasteur đã làm thí nghiệm tiêm phòng vacxin cho cừu vào năm 1881 ở nông trường Paifo. Thí nghiệm đạt được kết quả là 25 con được tiêm chùng vacxin vẫn sống khoẻ mạnh. Trong lúc đó 25 con không tiêm chủng bị chết. Pasteur cũng đã nghiên cứu bệnh dịch tả gà. Ông đã chứng minh bệnh do một loại virus gây nên. Pasteur đã tìm cách cấy virus ấy ở trong phòng thí nghiệm và sau chế thành vacxin phòng bệnh dịch tả gà. Kết quả nghiên cứu của ông tạo cơ sờ cho phương pháp phòng bệnh bằng tiêm phòng vacxin. Pasteur đã dày công nghiên cứu về bệnh dại. Đây là một cống hiến rất to lớn của ống cho nhân loại. Kết quả vào ngày 6/ 7/ 1885 đã đi vào lịch sử của loài người, đó là Pasteur đã chữa thành công cho một em bé bị chó dại cắn bằng vacxin phòng chống bệnh dại. Mesnhicôp (1845-1916) đã phát hiện bạch cầu và nhiều tế bào khác có khả năng tiêu hoá một số vi khuẩn. Qua nhiều nãm nghiên cứu ông đã đưa ra một học thuyết sinh lí học về miễn dịch, đó là học thuyết miễn dịch thực bào. Ông là người đầu tiên căn cứ vào tác dụng đối kháng giữa các v s v với nhau và phát triển thành lí luận về chất kháng sinh và cách sừ dụng chúng để chống vi khuán gây bệnh. Ivanôpxki (1864-1920), nhà thực vật học người Nga, năm 1892 khi nghiên cứu bệnh đốm lá ờ cây thuốc lá đã khảng định bệnh này do một loại v s v rất nhò bé gây ra. Nó bé hơn vi khuấn rất nhiều lần, do đó kính hiển vi thường không nhìn thấy và nó được gọi là vi khuán qua màng lọc hav virus. Phát hiện của Ivanôpxki đã mở rộng thêm lĩnh vực nghiên cứu cùa loài người đối với v sv . 10 4. Giai đoạn hiện đại Với sự phát triển nhanh chóng cùa các ngành khoa học và sự ra đời của hàng loạt các phương tiện nghiên cứu mới đã đưa đến những tiến bộ có tính chất nhảy vọt trong sinh học nói chung và trong v s v nói riêng. Nhờ có kính hiển vi điện tử, loài người có thể thấy được rõ từng cấu trúc của virus. Nhờ có máy siêu âm phá vỡ tế bào và màng, tách từng cấu trúc của tế bào, người ta có thể nắm được từng loại cấu trúc xây dựng lên cơ thể v s v . Nhờ các phương pháp phân tích nhanh chóng và hiện đại (như điện tử, sắc kí, quang phổ từ ngoại, quang phổ phát xạ, quang phổ hồng ngoại, cộng hường từ hạt nhân...), người ta có thể làm thuần khiết và định lượng từng nhóm hợp chất hóa học chứa trong tê bào v s v hoặc trong các sản phẩm trao đổi chất, mà v s v đã tích luỹ lại trong môi trường xung quanh. Nhờ kĩ thuật nhiễu xạ tia Rơnghen và việc sử dụng máy tính điện tử, người ta biết rõ được cấu trúc không gian của các hợp chất cao phân tử có ý nghĩa quan trọng trong hoạt động sống (protein, axit nucleic), v s v học ngoài ý nghĩa quan trọng đối với các ngành khoa học như đã trình bày ờ trên, nó còn trờ thành một mô hình lí tưởng đối với việc nghiên cứu các quy luật cơ bản về sự sống. Sự biến đổi di truyền ờ vi khuẩn nhờ tiếp thu axit dezoxyribonucleic (ADN) cùa một vi khuẩn khác gọi là hiện tượng biến nạp (tranformation) (Griffith E.J. (1928), Avery O.T). Hiện tượng chuyển vật chất di truyền từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác nhờ thực khuẩn (bacteriophage) làm trung gian gọi là hiện tượng tải nạp (transduction) (Zinder N.D. và Lederberg J.1952). Riêng về lĩnh vực v s v học NN, đã bị ảnh hườna rất lớn những tiến bộ cùa sinh học phân tử. của tin học, công nghệ sinh học. Người ta đã và đang chú ý nhiều đến hàng loạt các vấn đề có ý nghĩa sâu sắc, rộnơ lớn trong thực tiễn như : nghiên cứu cơ chế phàn tử cùa các quá trình miễn dịch và các khả nãng sản xuất, sử dụng các chế phẩm v s v ở quy mô công nghiệp như sinh khối giàu protein, vitamin, một sỏ axit amin không thay thế, các thể kháng sinh nhằm phục vụ cho công nghiệp hóa nền chăn nuôi, thuỷ hải sản. Trong trồng trọt và lâm nghiệp đã nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ phức tạp giữa cây trồng và đất đai cùng với hệ v s v có ích nhằm xây dựng các chương trình điều khiểu tối ưu cho quần lạc nông, lâm nghiệp, bào vệ môi trường và hệ sinh thái. Như vậy rõ ràng v s v là một đối tượng rất quan trọng trong công nghệ sinh học để phục vụ ngàv càng đắc lưc cho sản xuất và đời sons cùa loài người. 11 III. THÀNH T ự u CỦA CÔNG NGHỆ SINH HỌC VI SINH VẬT 1. Giai đoạn nghiên cứu cơ bản Đầu thế kỉ XIX nhiều công trình khoa học được ra đời, trong đó phải kể đến các công trình nghiên cứu của nhà bác học nổi tiếng người Pháp đó là Pasteur (1822-1895), tiếp đó là Ivanôpxki (1864), Hellrigel và Uynfac (1886). Vinagratxki, Beyjerinh, Kock, Frank.... Những công trình nghiên cứu cùa họ là cơ sớ cho sự phát triển của công nghệ vi sinh. Nhờ đó một loạt các loại chế phấm v s v ra đời, như Pasteur đã chỉ ra rằng v s v đóng vai trò quyết định trong quá trình lên men. Kết quả nghiên cứu của Pasteur đã làm cơ sở cho sự phát triển của công nghiệp lên men và sản xuất dung môi hữu cơ như : axeton, etanol, butanol, isopropanol..... 2. Giai đoạn sản xuất và ứng dụng công nghệ vi sinh vật Cuối thế kí XIX đầu thế kí XX, Pasteur đã chế thành công vacxin phòng bệnh dại (1885) ; năm 1886 Hellrigel và Uynfac đã tìm ra cơ chế của quá trình cố định nitơ phân tử ; năm 1895 - 1900 Anh, Mĩ, Ba Lan và Nga bắt đầu sản xuất chế phấm v s v cố định nitơ phân từ ; năm 1907 ớ Mĩ người ta gọi chế phấm v s v này được gọi là “những chí nitơ năm 1900 - 1914 nhiều nước trên thế giới sản xuất chế phẩm v s v như : Canada, Tân Tây Lan, Áo. Theo Fred và cộn2 sự, thì trong thời gian này có 10 nhà máy xí nghiệp sản xuất chế phẩm v s v cố định nitơ phán tử, trong đó có 9 xí nghiệp ờ châu Âu và 1 xí nghiệp ở Tân Tây Lan. Từ nãm 1964 vấn đề cô định nitơ phân tử được coi là một trong hai vấn đề quan trọng nhất của chương trình sinh học quốc tế (IBP). Nhờ có chương trình trên nhiều loại chế phẩm v s v ra đời, chúng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực NN như chế phẩm v s v đồng hoá nitơ phân tử ; chế phẩm v s v đa chức nãng ; chế phám v s v dùng trong bảo vệ thực vật ; vacxin phòng chống các loại bệnh cho người, gia súc gia cầm ; chế phẩm v s v xử lí ỏ nhiễm mỏi trường... Ở Việt Nam việc nghiên cứu về chế phám v s v được tiến hành từ những năm đầu cùa thập kí 60, mãi đến những năm 80 mới được đưa vào các chương trình khoa học cấp Nhà nước như : “Sinh học phục vụ NN” giai đoạn 1982-1990 ; chương trình "Công nghệ sinh học" KC.08 giai đoạn 1991-1995 : 12 chương trình "Công nghệ sinh học phục vụ phát triển nông, lâm nghiệp bển vững, bảo vệ môi trường và sức khoẻ con người" KHCN.02 giai đoạn 1996-2000 và chương trình "Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ sinh học" giai đoạn sau 2000. Ngoài các chương trình Quốc gia nhiều Bộ, Ngành cũng triển khai nhiều đề tài, dự án cấp Bộ về vấn đề này. Trong chăn nuôi và ngư nghiệp, v s v cũng có tác dụng rất to lớn. ơ vật nuôi như gà, lợn. trâu, bò, tôm, cá... thường có một hệ v s v rất phong phú. Hệ v s v này đã giúp cho quá trình đồng hóa các chất dinh dưỡng và thải loại các chất cặn bã trong quá trình sống. Từ sơ sinh đến trưởng thành, các loại vật nuôi lúc nào cũng có liên quan mật thiết với hoạt động của các loài v s v , kể cả các loài có lợi cũng như có hại. Nhân dân ta đã có nhiều kinh nghiệm trong quá trình ủ chua thức ăn gia súc và làm men rượu phục vụ chăn nuôi. Cho nấm men vào thức ãn đã làm cho thức ăn có lượng dinh dưỡng cao hơn. mùi, vị thơm ngon hơn và kết quả là vật nuôi chóng lớn hơn. Thèm 6 -15% nấm men vào thức ăn nuôi lợn, làm tãng trọng được 10 - 20% , hạ thấp 10 - 16% chi phí so với đối chứng, lkg nấm men dùns nuôi sà có thể thèm được 30 - 40 quả trứng. Nhiều nơi người ta còn dùng nấm men để nuôi cá. bò sữa và ong mật. Nhiều nước trên thế giới đã xây dựng những xí nghiệp sản xuất sản phẩm nấm men phục vụ cho NN. ơ Liên Xô (cũ) năm 1968 đã xây dựng một nhà máy sản xuất nấm men từ paraíin với công suất 12000 tấn/ nãm. Nhật Bản nãm 1970 sản xuất nấm men ờ các nhà máy công nghiệp đã có sản lượng 50000 tấn/năm. Trong chăn nuôi, một trons những vấn đề lớn là làm thế nào để phòng chống được các bệnh truyền nhiễm. Môn v s v thú y cùng môn Dịch tễ học đề ra những phương pháp đề phònơ dịch bệnh cùa súc vật có thể lây sana người như bệnh dại hoặc nhiệt thán, lao ... Quá trình thu hoạch, bảo quản chế biến thành hàna hóa trong NN cũno liên quan đến các tác động cùa v s v . Nông sản có thể mans theo nhiều loại v s v từ đồng ruộng vào trong kho. Thu hoạch đún2 lúc, trong điều kiện khỏ ráo, không làm nông sản bị sây sát, giập nát sẽ làm cho nhiều loại v s v gây hại không có điểu kiện phát triển, phẩm chất nôns sản không bị ảnh hườno có thê cất giữ lãu dài. 13 Thịt, sữa, trứng, cá là sản phẩm NN quý. Bảo quản, chế biến những sản phẩm này bao giờ cũng phải lưu ý đến hoạt động các v s v , đặc biệt là các v s v gây thối. IV. VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT Nhà bác học nổi tiếng người Pháp đã nói : “Mặc dù v s v gây lên các bệnh hiểm nghèo và rất hiểm nghèo cho người và động thực vật, nhưng chúng ta không nên tức giận chúng vì nếu không có v s v , thì không có cuộc sống trên Trái Đất như ngày nay và cũng không có các nhà bác học về VSV”. v s v có hai vai trò thuận và nghịch khác nhau : 1. Vai trò thuận + v s v tham gia vào quá trình hình thành đất trổng trọt, chúng phân huỷ, chuyển hóa các hợp chất bền vững thành các hợp chất đơn giản hơn và các chất dinh dưỡng dễ tiêu cung cấp cho cây trồng. + v s v tham gia vào việc khép kín vòng tuần hoàn các vật chất và giữ cân bằng sinh thái trong tự nhiên. + Một số chủng giông v s v tiết ra chất kháng sinh, vitamin, chất kích thích sinh trướng. Chính vì vậy, nó còn được áp dụng trong các quy trình công nghệ để sản xuất thuốc kháng sinh, vitamin và chất kích thích sinh trưởng... + Một số chủng giống v s v có khả năng đồng hóa nitơ không khí làm giàu dinh dưỡng nitơ cho đất, cung cấp dinh dưỡng nitơ cho cây trổng. + Một sô' chủng giống v s v trong tế bào có chứa tinh thể diệt côn trùng. Người ta dùng các chúng giống v s v này vào trong quy trình công nghệ đế sản xuất chế phẩm v s v dùng trong bảo vệ thực vật để diệt côn trùng có hại. + v s v còn phân huỷ các chất độc hại, các phế thải công, NN, làm sạch môi trường. 2. Vai trò nghịch + v s v gây ra các bệnh cho người, động và thực vật, chúng phá huỷ mùa màng trong quá trình sản xuất, chế biến, bảo quản lương thực và thực phẩm. + v s v còn phá huỷ các công trình xây dựng, cầu cống, các di tích lịch sử. gây nhiều phiền nhiễu trong hoạt động sống của con người. 14 Vì vậy, v s v có mặt ờ mọi nơi, thâm nhập vào mọi hoạt động sống của chúng ta. Nắm vững hoạt động của chúng, chúng ta có thể đề ra các biện pháp làm cho chúng trở thành vũ khí sắc bén trong công cuộc chinh phục và cải tạo thiên nhiên để phục vụ con người. Hướng dẩn ôn tập + Nắm được thuật ngữ, định nghĩa : Vi sinh v ậ t ; Vi sinh vật học. + Sự phân bố của v s v trong tự nhiên và các lĩnh vực, chuyên khoa v sv . + Nội dung của môn học và yêu cầu cùa môn học. + Lịch sử cùa môn học v s v và những thành tựu cùa công nghệ vi sinh. + Công nghệ sinh học v s v . Những thành tựu của công nghệ vi sinh hiện nay và trong tương lai. + Vai trò của v s v trong hoạt động sống cùa con người. 15 Chương 2 VIRUS HỌC M ục tiêu + Nắm vững tính chất, hình thái cấu trúc của hạt virus. + Hiếu biết các phương pháp nuôi cấy virus động vật và virus thực vật. + Biết vận dụng các nhân tô' vật lí, hoá học, sinh học để sát trùng, tiêu độc. + Hiểu được các giai đoạn của quá trình nhân lén của virus. + Nắm được hiện tượng cản nhiễm interferon và biết vận dụng trong phòng chống bệnh virus. Nội dung + Lịch sứ nghiên cứu virus. + Tính chất của virus. + Hình thái, kích thước và cấu trúc của hạt virus. + Sức đề kháng cùa virus. + Các phương pháp nuôi cấy virus + Các giai đoạn quá trình nhân lên của virus. + Virus thực vật và các virus liên kết với tế bào chú. + Hiện tượng cản nhiễm và interferon. + Phân loại virus. Tóm tắt nội dung chưong 2 + Virus là loại sinh vật cực kì bé nhò, lọt qua được lưới lọc vi khuán nho nhất, có khả nãng gây bệnh cho động vật và thực vật. Nhờ kính hiến vi điện tư. người ta có thế biết được kích thước và cấu trúc cơ bản cùa hạt virus. Virus có 2 thành phần chính là lo ijm tjiu c le ic nằm ớ giữa hạt virus, mỏi loại virus chi có thể chứa một trong hai loại axit nucleic là ADN hoặc ARN, bao quanh lõi axit nucleic là lớp protein capsit. Sự tập hợp cùa những lớp protein này quyết định 16 những cấu trúc hình học của capsit như capsit đối xứng xoắn ốc, capsit đối xứng hình khối và hình thái phức tạp. Ngoài ra một số virus còn có thêm cấu trúc đặc biệt như lớp vỏ bọc ngoài (envelop) hoặc enzym hoặc tiểu thể bao hàm (inclusion). + Các yếu tố vật lí, hoá học, sinh học đều có ảnh hưởng tới virus như diệt virus, làm bất hoạt virus, làm yếu, làm nhược độc virus, tuỳ theo yêu cầu cùa nghiên cứu mà người ta tác động các yếu tố này lên virus. + Do virus là loại kí sinh bắt buộc, nên phải nuôi cấy virus trên các môi trường tổ chức sống, virus động vật có thể nuôi cấy trên động vật thí nghiệm, trên phôi thai gà đang phát triển và trên tế bào tổ chức. Phương pháp nào cũng có ưu, nhược điểm của nó. Trong 3 phương pháp thì phương pháp nuôi cấy tế bào tổ chức có nhiều ưu điểm hơn. Còn virus thực vật người ta nuôi cấy trẽn các cây cảm thụ được trồng riêng. + Quá trình nhân lên của virus trong tế bào cảm thụ gồm 5 giai đoạn : giai đoạn hấp phụ, giai đoạn xâm nhập, giai đoạn tổng hợp các thành phần cùa virus, giai đoạn lắp ráp hạt virus mới và giai đoạn giải phóng virus ra khòi tế bào để tiếp tục xâm nhập vào các tế bào lành. Trong 5 giai đoạn thì giai đoạn tổng hợp virus là phức tạp nhất. + Yếu tố gây hiện tưgng cản nhiễm là interferon, do tế bào sản sinh ra khi tế bào cảm thụ với virus, tác dụng cùa interferon là chống virus ờ bên trong tế bào, nên có thê ứng dụng hiện tượng cản nhiễm interferon như một kĩ thuật gây miễn dịch. I. LỊCH SỬ NGHIÊN cứu VIRUS Virus là phần tử rất nhỏ, có đặc trưng của sự sống, không giống bất kì một v s v nào, có đặc tính riêng, đại diện cho vật chất sống thấp nhất trong thế giới v sv . Thuật ngữ virus còn có tên là siêu vi khuẩn hay siêu vi. Với thí nghiệm nổi tiếng của Ivanôpxki (Ivanovski) người Nga nãm 1892 khi nghiên cứu tác nhàn gây bệnh đốm lá cây thuốc lá. ông nhận thấy chúng có thể qua được lưới lọc vi khuẩn (Chamberland filter), ông gọi sinh vật này là “vi khuẩn qua lọc" và sinh vật qua lọc này có thè gây bệnh cho cây lành. Nãm 1898 Bâyjơrin (Beijerinck) cũng lặp lại thí nghiệm này và xác nhận tác nhân gây bệnh đốm lá cày thuốc lá không phải là do một loại v s v thông thườno 17 Ông cho rằng đó là “chất dịch có hoạt tính truyền nhiễm”- chất dịch này nếu đem truyền cho cây thuốc lá bình thường thì cây sẽ bị bệnh giống như những cây bệnh lúc đầu quan sát được - ông dùng tiếng La Tinh là virus (mầm độc) để gọi mầm bệnh này. Thuật ngữ virus có từ bấy giờ. Cũng vào nãm 1898 Lôfle và Frôsơ (Loefler & Frosch) đã phát hiện ra nguyên nhân gây bệnh lở mồm long móng là một sinh vật qua được lọc vi khuẩn nhỏ nhất, đây là virus động vật đầu tiên được phát hiện. Sau đó, trong vòng vài chục nãm, nhiều virus cúa động vật, thực vật và ngay cả virus của vi khuẩn, của nấm, của nguyên sinh động vật cũng được phát hiện. Cho đến nay đã có hàng ngàn loại virus đã được xác định, chúng là nguyên nhân chủ yếu gây ra các bệnh truyền nhiễm ờ người, động vật và thực vật. Chỉ trong một thời gian ngắn, virus học đã phát triển rất nhanh chóng, nhờ sự phát minh ra kính hiển vi điện tử, sự hoàn thiện về kĩ thuật nuôi cấy tế bào tổ chức, sự phát hiện ra cấu trúc phân tử ADN. Đó là những điều kiện thuận lợi đặt nền móng cho việc nghiên cứu virus học về lí thuyết cơ bản cũng như về ứng dụng. Các bệnh truyền nhiễm do virus gây ra đang là mục tiêu nghiên cứu quan trọng nhất trong y học, thú y học và bảo vệ thực vật. II. TÍNH C H Ấ T CỦ A VIRUS Virus là phần tử dưới tế bào, có cấu trúc độc lập, có kích thước cực kì nhỏ bé, có thê lọt qua các lưới lọc vi khuẩn, vì thê không thể quan sát thấy virus qua kính hiển vi quang học. Virus bắt buộc phải sống kí sinh trong tế bào sống. Virus là yếu tố gây nhiễm trùng kí sinh bắt buộc trong tế bào chủ thích nghi, vì virus không có ATP, không có đủ enzym để tự nhân lên, nên virus phải nhờ vào sự chuyển hoá của tế bào. Vì vậy, mà virus và tế bào sống có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Virus có thể gây bệnh hầu hết cho các loài sinh vật. Các tính chất của virus ẳ 1. Virus có kích thước nhỏ bé từ hàng chục đến hàng trăm nanomet (nanomet, nm ; lnm = 10 6mm) nhưng vẫn có khả năng biểu hiện những tính chất cơ bản của sự sống, như gây nhiễm cho tế bào và duy trì nòi giống qua các thế hộ mà vẫn giữ được tính ổn định về mọi đặc tính sinh học của virus trong tế bào cám thụ. 18 2. Virus không có cấu tạo tế bào, chi là vật chất sống đơn giản chứa một loại axit nucleic (ADN hoặc ARN) và được bao bọc bằng một lớp protein, lớp này có nhiệm vụ bảo vệ axit nucleic với những tác động bên ngoài và giúp cho virus bám vào tế bào. 3. Khi virus đã xâm nhập vào trong các tế bào, hệ thống thông tin di truyền ớ trong axit nucleic của virus điều hành sự tổng hợp các thành phần cấu tạo nên virus. 4. Virus không có trao đổi chất, không có enzym hô hấp và chuyển hoá, vì vậy virus bắt buộc phải sống kí sinh nội bào, nếu tách khỏi tế bào chú virus không tồn tại được. 5Ễ Virus không nhân lên trong môi trường dinh dưỡng bình thường. Môi trường dinh dưỡng cùa virus là : các hợp chất của axit amin, môi trường tổng hợp nhân tạo, môi trường tế bào tổ chức sống. 6. Virus có khả năng tạo thành tinh thể. III. HÌNH THÁI, KÍCH THƯỚC CỦA VIRUS Virus chưa có cấu tạo tế bào, mỗi virus không thể gọi là một tế bào mà được gọi là một hạt virus hay virion. Đó là một virus thành thục có cấu trúc hoàn chinh. Virus có nhiều dạng hình thái khác nhau. 1. Dạng hình cầu đối xứng xoắn Dạng thường hay gặp, đa số các virus gây bệnh cho người và động vật thuộc dạng này như virus cúm, virus quai bị, virus ung thư ở người và gia cầm, kích thước từ 100 - 150nm (hình ld, e). 2. Dạng hình que đối xứng xoắn Gồm hầu hết các virus gây bệnh cho thực vật như : virus đốm lá cây thuốc lá, virus đốm khoai tây. kích thước từ 15 X 250nm (hình lc). 3. Dạng hình khối đối xứng xoắn Gồm các virus có nhiều góc cạnh, có cấu tạo phức tạp như : virus đậu mùa, virus khối u của người và động vật, virus đường hô hấp, kích thước từ 30 - 300nm (hình la. f). 19 4. Dạng hình tỉnh trùng Gồm hai phần : phần đầu có dạng hình khối 6 cạnh, phần sau là đuôi có dạng hình que gọi là thực khuẩn thể (phage, bacteriophage) có kích thước biến động từ 10-250nm (hình lh). Trừ virus đậu mùa có thể quan sát được bằng kính hiển vi quang học, còn hầu hết tất cả các virus có kích thước khoảng 0 ,2|^m thì không thấy được, v ề độ lớn thì virus họ Poxxiridae có kích thước lớn nhất 0,25|am (250nm) và virus nhỏ nhất là virus thuộc họ Picornaviridae có kích thước khoảng 10-20nm. e) f) g) h) Hình ỉ : Hình thái của một so virus Đối xứng 20 mật : a) virus polio, mụn cơm. Adeno. Rota ; b) Herpesvirus. Đôì xứng xoán ốc : c) TMV ; d)Vưus cúm : e) Sởi, quai bị. á cúm ; f) Dại. Đôì xứng không rõ ràng hoặc phức tap : g) Poxvirus ; h) Các pliage T. IVễ CÂU TRÚC CỦA VIRUS (hình 2) Cấu trúc cơ bản cùa virus bao gồm hai thành phần chính : 1. Axit nucleic (phần ruột) Nằm ớ giữa hạt virus tạo thành lõi hay hệ gen cúa virus, chứa axit nucleic, mỗi loại virus đều phải có một trong hai axit nucleic hoặc ADN hoặc ARN. 20 Những virus có cấu trúc ADN phần lớn mang ADN sợi kép, còn virus mang ARN thì chủ yếu ờ dạng sợi đơn. Axit nucleic là vật liệu được mã hóa mang thông tin di truyền của virus, hầu hết các virus thực vật chứa ARN, virus gây bệnh cho người và động vật một số chứa ADN, một số chứa ARN, còn thực khuẩn thể (phage) thì luôn luôn chứa ADN. Trong dạng virus hình que, axit nucleic sắp xếp như một mạch xoắn vòng, giống như hình lò xo xoắn ốc. Trong dạng virus hình khối, hình cầu và phần đầu của phage thì axit nucleic nằm cuộn tròn chính giữa trông như cuộn len rối. Axit nucleic của virus chỉ chiếm từ 1-2% khối lượng của hạt virus, nhưng nó có chức năng đặc biệt quan trọng : + Các axit nucleic mang mật mã di truyền đặc trưng cho từng virusỗ + Axit nucleic quyết định khả năng gây nhiễm trùng cùa virus trong tế bào cảm thụ. + Axit nucleic quvết định chu kì nhàn lên cùa virus trong tế bào cảm thụ. + Axit nucleic mans tính bán kháng nguyên đặc hiệu cùa virus. 2ắ Capsit (vỏ) Vò cùa virus được cấu tạo bằng protein, gọi là capsit. Capsit cùa virus có các chức nâng quan trọna sau : + Bao quanh axit nucleic của virus để bảo vệ không cho enzvm nucleaza tác động và sự phá huỷ khác đối với axit nucleic. + Capsit giữ cho hình thái và kích thước cùa virus luôn luôn được ổn định. + Protein capsit tham gia vào sự hấp phụ của virus vào những vị trí đặc hiệu của tế bào cảm thụ. + Protein capsit man2 tính kháno nguvên đặc hiệu của virus. 2.1. Capsit đối xứng hình xoắn ốc Những protein định hình cho capsit đối xứng hình xoắn ốc, nó kéo dài từ đầu này đến đầu kia. còn các capsome sắp xếp bên ngoài theo sát từns vòns một tạo thành hình ông xoắn, do vậy virus có dạng hình que. Ví dụ như virus đốm lá thuốc lá (TMV) là virus trần và cấu trúc nucleocapsit hình xoắn ốc trông giôn° như một bắp ngô mà lõi là axit nucleic, hạt là capsome. Tập hợp capsit bao quanh lõi axit nucleic cùa virus được sọi là nucleocapsit đó chính là thành phần cấu trúc cùa virus dạng trần hay virus chưa hoàn chỉnh. 21 Đại diện kiểu cấu trúc xoắn có các loại : virus dại, virus cúm, virus sởi, các loại virus Newcastle. 2ệ2. Capsit đôi xứng hình khối Nhiều virus thoạt trông có dạng hình cầu, nhưng thực chất virus là một hình khối đa diện có nhiều góc cạnh đối xứng nhau rõ rệt, nhân là axit nucleic nằm cuộn tròn chính giữa, còn capsome sắp xếp chặt chẽ tạo thành các mặt đa diện bao xung quanh. Các capsome đối xứng nhau qua mặt cắt của khối đa diện theo một quy luật nhất định. Đại diện kiểu cấu trúc khối có các loại : virus đường hô hấp, virus đường ruột, virus khối u. 2.3. H ình thái phức tạp hoặc đối xứng hỗn hợp Một số virus có cấu trúc phức tạp hoặc đối xứng giữa hình xoắn ốc và hình khối. Số lớn virus thuộc loại này là virus gây bệnh đậu mùa. Hình thái virus đậu mùa giống như là viên gạch với những ống nhỏ hoặc thể sợi bám quanh virus. Virus có đối xứng hỗn hợp điên hình đó là virus T (phage hay gọi là thực khuẩn thể), nó gây nhiễm vào vi khuẩn Escherichia coli và tạo ra những phage của coli. Hầu hết virus của vi khuẩn có đối xứng hình khối, nhưng đối với phage T có thêm một số phân tử : + Đầu phage có đối xứng đa giác, có dạng hình lăng trụ 6 cạnh, vỏ đầu có cấu tạo bằng protein, bên trong có chứa phân tử ADN hình xoắn kép. + Phần cổ là cấu trúc nối liền đầu virus và đuôi có hình xoắn ốc chung quanh một lõi sợi rỗng, nhờ đó phân tử ADN của phage có thể gây nhiễm vào vi khuấn. + Phần cuối là đuôi của phage có hình đa giác và những sợi mảnh ờ đuôi phage có chức phận hấp phụ lên bề mặt vi khuẩn trong quá trình gây nhiễm cùa phaẹe vào vi khuẩn. 3. Cấu trúc riêng 3.1. Cấu trúc bọc ngoài hay vỏ bọc ngoài (envelop) Một số virus bên ngoài capsit còn có một màng bao, gọi là envelop, cấu tạo bởi lipit và lipoprotein, trên màng bao còn có thể có thêm gai nhú (spike) bám xung quanh. Màng này thực chất là màng tế bào chất của vật chủ nhưng đã bị virus cải tạo thành và mang tính kháng nguyên đặc trưng cho virus, màng bao có thể bị các dung môi hoà tan virus phá huỷ. 22 Cấu trúc vỏ bọc ngoài của virus có một số chức năng sau : + Tham gia vào sự hấp phụ của virus trên các vị trí thích hợp của tế bào cảm thụ, như chất hemagglutinin của virus cúm. + Tham gia vào giai đoạn lắp ráp và giải phóng của virus ra khỏi tế bào. + Vò bọc ngoài giúp cho virus giữ được tính ổn định về kích thước. + Tạo nên các kháng nguyên đặc hiệu trên bể mặt virus. 3.2. Enzym Trong thành phần cấu trúc của virus có một số enzym, đó là những enzym cấu trúc, chúng gắn với cấu trúc của hạt virus hoàn chỉnh. Các enzym cấu trúc thường gặp là Neuraminidaza, ADN và ARN polimeraza, men sao chép ngược (reverse transcriptase). 'Mỗi enzym cấu trúc có những chức năng riêng trong chu kì nhân lên của virus trong tế bào cảm thụ và chúng cũng mang tính kháng nguyên riêng đặc hiệu ờ mỗi virus. 3.3Ỗ Tiểu thê bao hàm (inclusion) Trong tế bào động vật và thực vật bị nhiễm virus, có thể xuất hiện những hạt nhỏ trong nhân hoặc trong bào tương tế bào, có kích thước lớn và bắt màu đặc trưng nên có thể nhuộm và quan sát trên kính hiển vi quang học được, đổng thời dựa vào đó có thể chẩn đoán gián tiếp sự nhiễm virus trong tế bào. Bản chất của các hạt này có thê là do các hạt virus không giải phóng khỏi tế bào hoặc có thể do thành phần cấu trúc của virus chưa được lắp ráp thành hạt virus mới, cũng có thể là các hạt phản ứng của tế bào khi nhiễm virus, những hạt đó gọi là tiểu thể bao hàm hay thê ẩn nhập (inclusion). Ví dụ, trong nguyên sinh chất tế bào của người mắc bệnh đậu mùa có tiểu thê bao hàm Guarnieri ; ờ gà mắc bệnh đậu có tiểu thể bao hàm Bollinge ; trong nguyên sinh chất tế bào thần kinh trung ương của người mắc bệnh dại có tiểu thể bao hàm Nêgri. V. SỨC ĐỂ KHÁNG CỦA VIRUS Do virus có cấu tạo hóa học đon giản, vì vậy một số yếu tố hóa học đều có thể tác động tới axit nucleic, protein và lipit của virus, làm bất hoạt virus như muối các kim loại nặng, các chất oxy hóa mạnh, các chất sát trùng chứa clo anđehit, phenol và các chế phẩm cùa nó, có thể làm đông vón hoặc biến tính thành phần protein cùa virus. Do vậy, những chất sát trùng này thường được sử 23 dụng trong nghiên cứu về virus như khử trùng, tiêu độc, tẩy uế, thanh lí các ổ dịch do virus gây ra. 1. Yếu tố hóa học 1.1. D ung môi lipit Ete, clorofooc là chất tẩy rửa hòa tan lipit trong thành phần màng bọc virus. 1.2. Phenol Phenol có thể làm phá hủy protein và tác dụng mạnh phá hủy capsit và protein của màng bọc. 1.3. Fom anđehit Chất này phản ứng với nhóm amin của axit nucleic và protein. Fomandehit không có tác dụng đặc biệt tới tính kháng nguyên của virus, do đó người ta dùng để bất hoạt virus và sản xuất vacxin. 1.4. Các chất hóa học khác Cũng làm bất hoạt virus như 70% hoặc 90% isopropyl hoặc etyl alcohol (cồn), iodofooc, natri hipoclorit hoặc 2% glutaranđehit. 1.5. M ột sô thuốc nhuộm Như đỏ trung tính proflavin và xanh toludin có thể xâm nhập vào capsit nucleic. Quá trình oxi hóa bằng ánh sáng làm cho axit nucleic bất hoạt, vì vậy không được để ngoài ánh sáng những sản phẩm virus sống (như các loại vacxin sống). 1.6. Độ pH Hoạt tính của virus phụ thuộc rất nhiều vào pH của môi trường, tùy theo từng loại virus mà nó có sức chịu đựng khác nhau với các độ pH khác nhau, đa số virus chịu được ở độ pH từ 5 đến 9, nếu ở độ pH trên hoặc dưới ngưỡng nàv đều có tác dụng làm bất hoạt virus do protein của vỏ capsit bị giải thể, nhân axit nucleic của virus không được bảo vệ. 2. Yêu tô vật lí 2.1. N hiệt độ Khả năng chịu nhiệt của virus tùy thuộc vào từng loại, ở nhiệt độ cao làm đông vón protein của capsit nên virus không hấp thụ vào tế bào được, không thực hiện được quá trình nhân lên của virus. Đa sô' virus dễ dàng bị bất hoạt ờ 24 35 - 60°c trong vòng 5-30 phút, một số virus có thể chịu được ờ nhiệt độ từ 65 - 80°c trong thời gian 30 phút. Tất cả các virus đều ưa nhiệt độ thấp, nhiệt độ càng thấp, sức đề kháng của virus càng bền hơn, ờ nhiệt độ -70 c đên -196 c (nitơ lỏng) virus vẫn đảm bảo được hoạt tính, do đó phương pháp bảo quản virus tốt nhất là phương pháp đông khô hay phương pháp làm lạnh đột ngột ở -70 c sau đó bảo quản ở tủ lạnh -20°c. Các phương pháp này cho phép giữ được hoạt tính cùa virus trong vòng nhiều nãm. 2.2ể Tia xạ, tia X, tia cực tím và m ột sô ion Những tia này có thể làm bất hoạt virus, tia X xuyên mạch vào các môi trường xung quanh axit nucleic bời các tia electron tới các phần tử và phá hủy nó. Trong đó chính những tia X trực tiếp tác dụng vào axit nucleic và phá vỡ cầu nôi đường và photphat. u v cũng có tác dụng trực tiếp vào axit nucleic ờ bước sóng 2600Ả, làm thay đổi cấu trúc phân từ axit nucleic và từ đó virus không nhân lên được. 3. Chât kháng sinh Tất cả các chất kháng sinh hầu như không có tác dụng đối với virus, vì vậy người ta không dùng kháng sinh để điều trị các bệnh virusỗ Chì có chất Actinomyxin D có ảnh hường tới quá trình trùng hợp protein của virus. 4. Yếu tô sinh học Nếu virus được nuôi cấy vào động vật cảm thụ, virus sẽ nhân lên nhanh, mạnh và độc lực của virus được tăng cường. Nếu virùs nuôi cấy vào động vật không cảm thụ thì virus sẽ không nhân lên được hoặc nhân lên rất ít (đối với một số virus). Nếu cứ nuôi cấy tiếp đời qua động vật không cảm thụ này nhiều lần thì độc lực cùa virus tãng dần đối với động vật không cảm thụ, nhưng độc lực lại giảm dần đối với vật chủ chính, người ta gọi là quá trình làm nhược độc, ứng dụng tính chất này đê chế tạo các vacxin nhược độc. VI. NUÔI CẤY VIRUS Có các phương pháp nuôi cấy virus như sau : 1. Nuôi cấy trên động vật thí nghiệm Đây là phươns pháp cổ điển, đã được sử dụng từ lâu và ngày nay còn được ứng dụng để phàn lập virus, nghiên cứu bệnh lí. tác dụng aây bệnh trên cơ thể 25 trên các tổ chức riêng biệt và những đặc tính sinh học của virus. Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm : mất nhiều thời gian, không kinh tế, dễ gây ó nhiễm và làm lây lan bệnh. Phương pháp này dùng huyễn dịch bệnh phẩm nghi có virus tiêm cho động vật cảm thụ, sau một thời gian động vật cảm thụ sẽ có các biểu hiện lâm sàng. Căn cứ vào bệnh cảnh lâm sàng và mổ khám xem các bệnh tích đặc trưng, có thể kết luận sự có mặt cùa virus. Nếu trường hợp bệnh cảnh lâm sàng không bộc lộ ra, người ta dùng các phản ứng huyết thanh để xác định hiệu giá kháng thể có trong máu qua đó chứng minh sự có mặt của virus. Tùy từng loại virus mà lựa chọn đúng động vật cảm thụ. Ví dụ : Virus toi gà (Newcastle) dùng gà giò, virus viêm não dùng chuột nhắt trắng, virus cúm dùng sóc, virus dịch tả lợn dùng lợn choai. Tùy theo tính chất gây bệnh của virus và tùy theo mục đích cùa công việc nghiên cứu mà lựa chọn đường tiêm thích hợp nhất. Ví dụ : Với virus đường hô hấp (virus cúm) thì giỏ vào mũi, hoặc tiêm vào khí quản ; với virus hướng thần kinh (virus dại, virus viêm não) thường tiêm vào não ; virus hướng thượng bì (virus đậu) thì sát lên da hoặc các lỗ chân lông, virus hướng phủ tạng thì tiêm vào xoang bụng hoặc dưới da, hoặc tiêm bắp thịt. Phương pháp tiêm truyền virus qua động vật còn dùng để chế tạo các loại vacxin hay các kháng nguyên chẩn đoán. 2. Nuôi cấy trên phôi thai gà đang phát triển Đa số virus có thể phát triển trên phôi gà, do đó phương pháp này được sử dụng đế phân lập, kiểm nghiệm, định loại, chế tạo kháng nguyên và các loại vacxin. Đây là phương pháp thuận lợi, tiết kiệm và cho kết quả nhanh chóng, có thể cùng một lúc cấy lên hàng loạt phôi gà và thu được một lượng virus khá lớn. Tùy thuộc vào loại virus mà chọn tuổi phôi thích hợp và lựa chọn đường tiêm vào các tổ chức khác nhau của phôi. Với virus cảm nhiễm đường hô hấp thì tiêm vào túi niệu hoặc túi ối, với virus hướng da thì tiêm vào màng niệu đệm, còn đối với virus hướng thần kinh thì tiêm vào túi lòng đỏ, màng niệu đệm hoặc vào não. Dựa vào các biến đổi đại thể của các tổ chức phôi mà đánh giá sự phát triển của virus. Ví dụ : Tiêm virus đậu gà vào màng niệu đệm sẽ tạo nên nhiều nốt đậu đục màu trắng, màng niệu đệm dày lên hoặc khi tiêm virus Newcastle vào túi niệu sau 24 - 48 giờ có xuất huyết trên phôi, phôi có thể bị phù. 26 Ngoài đường tiêm thích hợp, phải chọn liều tiêm phù hợp. Có 2 loại liều tiêm : + Liều tiêm thực tế (ml), thông thường tiêm 0,2 ml/phôi. + Liều tiêm cần thiết biểu thị bằng nồng độ pha loãng của virus theo chỉ số LD50 (Lethal dosis) tức liều tối thiểu gây chết 50% hoặc theo chỉ số ID50 (Infection dosis) tức liều gây nhiễm 50%. 3. Nuôi cấy trên môi trường tê bào tổ chức Đây là phương pháp khoa học tiên tiến được sử dụng rộng rãi trong y học và thú y học để nghiên cứu các virus như nuôi cấy phân lập, giám định, chuẩn độ, xác định tính chất huyết thanh học, quan sát hình thái siêu cấu trúc của virus và đặc biệt dùng môi trường tế bào tổ chức để chế tạo các vacxin virus. Với nhiều loại virus, sự nhân lên của chúng tiến triển song song với sự thoái hóa của các tế bào nuôi, một số virus gây bệnh cho tế bào rất đặc trưng. Những biến đổi có tính chất đặc trưng đó, gọi là sự hủy hoại cùa tế bào CPE (Cytopathie Effect) hoặc các ổ tế bào bị hoại tử. Mỗi ổ tế bào bị hoại tử đó được gọi là một đơn vị plaque (Plaque Forming Unit = PFU) có thê đánh giá được khối lượng virus gây nhiễm bằng số các đon vị plaque có xuất hiện. Có những tế bào bị nhiễm virus chưa đến mức bị chết, nhưng chức nãng của tế bào này đã bị thay đổi. Căn cứ vào CPE khi quan sát trên kính hiển vi quang học, có thể đánh giá được kết quả nuôi cấy virus, CPE có những bệnh tích đặc trưng sau : + Tế bào bị co tròn, nguyên sinh chất bị mất, chỉ còn nhân. + Tạo nên sự dung bào (cytolysis), tế bào co tròn, nguyên sinh chất mất, nhân bị vỡ tan. + Tạo nên các cầu nối giữa các tế bào (syncytium), giữa tế bào lành và tế bào bị nhiễm có nhiểu các cầu nối, tạo thành từng đám tê bào. + Tạo nên các hợp bào : Các tế bào hợp lại chung một màng có rất nhiều nhân. + Tạo nên các tiểu thể bao hàm trong nhân, trono nguyên sinh chất. + Đê tạo nên các tế bào nuôi, người ta thường dùng các tế bào lấy từ các mô của người và động vật cho vào môi trường dinh dưỡng và để ớ nhiệt độ thích hợp thì các tế bào này sẽ sống và bắt đầu phân chia, cứ sau một thời gian lại rừa và thèm dung dịch dinh dưỡng mới thì các tế bào sẽ phân chia không ngừng, sử dụng các tế bào đó để nuôi cấy virus. 27 Môi trường dinh dưỡng có hai loại : + Môi trường dinh dưỡng tự nhiên bao gồm huyết thanh động vật, nước ép bào thai và dung dịch muối đệm (dung dịch Hanks). + Môi trường dinh dưỡng trùng hợp là môi trường có đủ các thành phần axit amin, gluxit, lipit, nguyên tố vi lượng và 5% huyết thanh bê, ví dụ như môi trường Parker (còn gọi là môi trường 199), môi trường LHS (Lacta albumin hiđrolysat serum). 4ẽ Nuôi cấy virus gây bệnh thực vật Để nuôi cấy virus gây bệnh thực vật, người ta dùng các cây cảm thụ trồng riêng trong nhà kính, thường nuôi trên các cây trổng được một nãm. Các cây này được trồng theo nhiều đợt và tiến hành cấy truyền virus từ đợt cây đã hết thời kì sinh dưỡng sang đợt cây mới còn non. Có nhiều phương pháp nhiễm virus vào cày : Đối với virus đốm lá cây thuốc lá, thì ép lá thuốc, rồi lọc qua lọc vi khuẩn, lấy dịch lọc tiêm vào cây lành. Đối với cây có nhựa, thì lấy nhựa của cây chứa virus tiêm trực tiếp vào cây lành. Đối với những virus chỉ lan truyền trong thiên nhiên nhờ côn trùng, thì người ta lợi dụng vòi của các côn trùng này chọc thủng màng kitin của tế bào và truyền virus vào trong. Ngoài ra còn dùng phương pháp ghép cành của cây bị bệnh vào gốc cây lành. Nhiều loại virus còn có thể nhân lên trên các bộ phận tách rời của thực vật như lá, mẩu thân, vỏ rễ, thường người ta phải cho thêm chất dinh dưỡng vào các bộ phận tách rời này. VIIẻ QUÁ TRÌNH NHÂN LÊN CỦ A VIRUS TRONG T Ê BÀO C Ả M TH Ụ Virus chỉ có thể nhân lên trong tế bào cảm thụ, nhờ hoạt động của tế bào mà virus thực hiện sự tổng hợp các thành phần của chúng và lắp ráp thành các hạt virus mới. Quá trình nhân lên bắt đầu từ lúc virus hấp phụ lên bề mặt của tế bào, cho đến lúc virus được trường thành chui ra khỏi tế bào. Toàn bộ quá trình nhân lên của virus chia 5 giai đoạn : 28 1. Giai đoạn hấp phụ của virus lên bể mặt tế bào Các hạt virus nằm trong dung dịch bao quanh tế bào luôn luôn ở trạng thái chuyển động, chúng va chạm lên bề mặt tế bào, giúp virus tìm tới tế bào cảm thụ, trên bề mật tế bào cảm thụ lại có những thụ thể (receptor) đặc hiệu để cho các vị trí cấu trúc đặc hiệu trên bề mặt hạt virus gắn vào thụ thể. Người ta gọi những thụ thể (receptor) đặc hiệu là điểm thụ cám. Điểm thụ cảm này có thành phần hoá học giống hệt như thành phần hoá học trụ đuôi của virus. Quá trình hấp phụ của virus vào tế bào quyết định bới tần sô va chạm ngảu nhiên giữa hạt virus với tế bào thụ cảm. Nếu tần số va chạm ngẫu nhiên càng lớn, thì sự tiếp xúc càng lớn và ngược lại. 2. Giai đoạn xâm nhập của virus vào tẽ bào + Trụ đuôi của virus tiết ra lizozymlaza để dung giải thành tế bào tại điểm thụ cảm, sau đó trụ đuôi của virus co lại xuyên qua màng tế bào và bơm axit nucleic vào trong tế bào thụ cảm, còn vỏ capsit nằm phía bên ngoài. Bằng phương pháp đánh dấu các chất đồng vị phóng xạ, người ta chỉ thấy có ruột của virus vào gây nhiễm, phần vỏ capsit không có tác dụng gì trong quá trình nhân lên cùa virus trong thế bào thụ cảm. + Ở một sô loại virus, vì không có cơ quan đặc biệt để bơm axit nucleic vào trong tế bào thụ cảm, khi đó virus phải tiết ra lượng lizozymlaza nhiều hơn để dung giải điểm thụ cảm to hơn, sau đó cả hạt virus chui tọt vào bên trong tế bào thụ cảm. + Ỏ một số tế bào tự mọc ra các chân giả bao vây lấy virus, rối khép lại, đưa virus vào bèn trong tế bào theo kiểu amíp bắt mồi, người ta gọi hiện tượng này là ấm bào (pinocvtose) hoặc nhờ vỏ capsit co bóp, bơm axit nucleic qua vách tế bào, xâm nhập vào trong tế bào thụ cảm. + Sau khi virus vào tế bào, virus không tự lột vỏ được, mà phải nhờ tế bào tiết ra enzym decapsidaza để cời vỏ capsit của virus và axit nucleic của virus được giải phóng. 3ẽ Giai đoạn tổng hợp các thành phần của virus Nsay sau khi virus xâm nhập vào trong tế bào vật chù, sự tổng hợp protein. ADN hoặc ARN đặc trưna của tế bào bị đinh chi hoàn toàn và thay vào đó là quá trình sinh tons hợp các thành phần cùa virus, dưới sự chi huv của mật mã ơen cua virus. Virus có 2 thành phần chính đó là axit nucleic và protein capsit do đó 29 phải thực hiện hai quá trình sinh tổng hợp axit nucleic để làm nguyên liệu của nhân virus và sinh tổng hợp protein tạo nên vò capsit. Đây là giai đoạn phức tạp nhất của quá trình nhân lên cùa virus, nó phụ thuộc vào loại axit nucleic của virus và kết quả cuối cùng là để tổng hợp được axit nucleic và các thành cấu trúc khác của virus. Sau đây là ví dụ về 3 loại virus có 3 loại axit nucleic khác nhau : 3.1. Virus có axit nucleic là A D N hai sợi Từ khuôn mẫu ADN của virus tổng hợp nên mARN, phục vụ cho việc tổng hợp nên ADN polimeraza và ADN mới. Từ ADN mới được tổng hợp, mARN được tổng hợp để tham gia tổng hợp nên protein capsit và các thành phần cấu trúc khác của virus. 3.2. Virus có axit nucleic là A R N một sợi dương ARN của virus đổng thời là mARN để tổng hợp nên ARN polimeraza và ARN mới của virus, mARN này cũng dùng để tổng hợp nên capsit của virus. 3.3. Virus có axit nucleic là A R N , nhưng có enzym sao chép ngược Enzym sao chép ngược là ADN polimeraza phụ thuộc vào ARN hay còn gọi là reverse transcriptaza viết tắt là RT. Từ ARN của virus tổng hợp nên ADN trung gian, ADN này tích hợp vào nhiễm sắc thể của tế bào vật chủ. ADN trung gian là khuôn mẫu đế tổng hợp nên ARN virus và đây cũng là mARN để tổng hợp nên các thành phần cấu trúc khác của virus. 4. Giai đoạn lắp ráp các thành phần virus (assembly) và giải phóng ra ngoài Giai đoạn này thường xảy ra ỡ gần màng tế bào, axit nucleic và protein được tổng hợp ờ các nơi khác nhau trong tế bào, chúng được chuyến dịch lại gần nhau và kết hợp với nhau tạo thành virus hoàn chỉnh. Nhờ enzym cấu trúc cùa virus hoặc enzym cua tế bào cảm thụ giúp cho các thành phần cấu trúc của virus được lắp ráp theo khuôn mẫu cùa virus gâv bệnh tạo thành những hạt virus mới. Các hạt virus mới được giải phóng ra ngoài theo 2 cơ chế : + Cơ chế nổ tung : Các hạt virus cùng một lúc tiết ra lizozymlaza để duna giải toàn bộ thành tế bào, sau đó virus ồ ạt cùng một lúc chui ra khỏi tế bào đẽ tiếp tục xâm nhập vào các tế bào lành. 30 + Cơ chế từ từ : Các hạt virus cùng một lúc tiết ra lizozymlaza để dung giải một vài điểm trên thành tế bào chủ, sau đó lần lượt các hạt virus chui ra qua điểm đã dung giải đó. VIII. THỜI KÌ TIỂM TÀNG H AY THỜI KÌ ủ BỆNH CỦ A VIRUS Thời kì tiềm tàng hay thời kì ủ bệnh của virus được tính từ khi axit nucleic xâm nhập vào trong tế bào kí chủ (tế bào thụ cảm) đến khi hạt virus đầu tiên chui ra khỏi tê bào. Tuỳ từng loại virus khác nhau mà có thời kì tiềm tàng hay thời kì ủ bệnh khác nhau và mức độ nhân tạo hạt virus mới cũng khác nhau. Ví dụ : - Virus toi gà có thời kì tiềm tàng là 180 phút, cho nhân ra được 200 - 600 virus mới. - Virus Adeno có thời kì tiềm tàng là 1-080 phút, cho nhân ra được 10000 virus mới. IX. HIỆN TƯỢNG CẢN NHIEM v à i n t e r f e r o n 1ề Hiện tượng cản nhiễm (Interference) Năm 1937, Findlay và Maccallum gây nhiễm cho khỉ bằng virus sốt thung lũng Rit (Ript), sau đó gây nhiễm tiếp cho khỉ này bằng virus sốt vàng với liều gây chết, nhưng khỉ không chết. Trong khi đó nếu chi gây nhiễm bằng virus sốt vàng cho khỉ, thì khỉ sẽ chết. Như vậy có một cơ chế nào đó mà virus sốt thung lũng Rit đã ngăn cản virus sốt vàng gây bệnh. Nãm 1957, Isac và Lindenman gây nhiễm virus cúm bất hoạt vào phôi thai gà đang phát triển, sau đó lại gây nhiễm tiếp bằng virus cúm cường độc, thì virus cúm cường độc này không thê nhân lên được trong phôi thai gà. Như vậy, virus cúm bất hoạt đã hình thành một chất có khả năng ngãn cản sự gây nhiễm của virus cúm cường độc. Người ta gọi hiện tượng trên là hiện tượng cản nhiễm (interference). Hiện tượng cản nhiễm là một hiện tượng xuất hiện nhanh khi hai virus cùng xâm nhiễm vào tế bào, theo một thứ tự nhất định, virus thứ nhất sẽ ngãn cản trong một thời gian sự nhân lên của virus thứ hai. Có thể ứng dụng hiện tượng cản nhiễm như là một kĩ thuật gây miễn dịch, các virus độc lực yếu có thể sử dụng để ngăn ngừa sự xâm nhiễm sau này của virus có độc lực mạnh hơn. 31 Đôi khi virus lại tự cản lại chính nó trong quá trình nhân lên bằng cách vừa sản xuất ra nhiều virus mới, vừa kích thích tế bào sản xuất ra interferon chống lại sự xâm nhập của các virus con cháu vào các tế bào khác, gọi là hiện tượng tự cản nhiễm. Cũng có trường hợp, khi virus vào trước lại kích thích làm tăng sự gây nhiễm của virus vào sau gọi là hiện tượng tăng nhiễm. Ví dụ, trong môi trường tế bào tinh hoàn lợn một lớp, virus Newcastle không gây hủy hoại tế bào, nhưng nếu cấy virus dịch tả lợn vào môi trường này trước 5 ngày, rồi tiếp sau đó cấy virus Newcastle, thì virus này làm hủy hoại tế bào. Như vậy virus dịch tả lợn làm tăng sự gây nhiễm của virus Newcastle. 2. Interferon Interferon bản chất là protein do tế bào sản xuất ra khi tế bào cảm thụ với virus, chất này có đặc tính bằng mọi con đường có thể ức chế sự hoạt động cùa mARN, do vậy interferon được sử dụng như một chất điều trị không đặc hiệu cho mọi nhiễm trùng do virus. Interferon chỉ có tác dụng chống virus ở bên trong tế bào, không có tác dụng chống virus bên ngoài tế bào, interferon không trực tiếp mà gián tiếp tác động lên virus. Tác dụng chống virus của interferon thực chất không phải là ngăn cản sự hấp phụ của virus lên màng tế bào cũng như ngăn cản sự xâm nhập của virus vào tế bào, interferon không có tác dụng giải thể virus. Ruột Hình 2 .ệ Hình thái và cáu tạo virus hại lá thuốc lá (xem hình màu trang 361) 32 Sau khi nhiễm virus, tế bào bị cảm ứng và sản sinh ra interferon. Interferon không có tác dụng bảo vệ tế bào mẹ mà chỉ bảo vệ các tế bào bèn cạnh, ơ các tê bào này, virus vẫn hấp phụ lên màng tế bào và xâm nhập vào bên trong tê bào, nhưng đến giai đoạn sao chép thông tin của virus thì interferon có tác dụng ức chế, kìm hãm sự tổng hợp mARN của virus. mARN của virus không được tổng hợp thì sự chuyển hóa axit nucleic và protein cùa virus cũng không tiến hành được, do đó không có hạt virus mới được giải phóng ra. x ề PHÂN LOẠI VIRUS 1ắ Dựa vào cơ thể bị bệnh do virus Virus thực vật (phytophaẹineae) ; Virus động vật (zoophagineae) ; Virus vi khuẩn (pliagỉneơe) ; Virus côn trùng. 2ệ Dựa vào tính chất dịch tễ và tính lãm sàng của bệnh Bệnh do virus đường hô hấp ; Bệnh do virus đường ru ộ t; Bệnh do virus hướng b ì ; Bệnh do virus hướng thần kinh ; Bệnh do virus hướng nội tạng. 3. Dựa vào cấu trúc và đặc điểm sinh học Bảng 1 : Phân loại virus Họ virus Kiểu đòi xứng của virion Đường kính cũa virion Vò bọc của virion Dạng và cấu trúc của axit nucleic VỊ trí nhân lên của virus trong tê bào Pravoviridae Parovirus D ensovinis Aílcno-Assocvirus Khối 18-26 Không ADN Sợi đơn Nhân 33 Papovaviridae Khối 45-55 Không ADN Nhân Papillomavirus 55 Sợi kép Poliomavirus 45 Adenoviridae Khối 70-90 Không ADN Nhân Mastadenovirus Sợi kép Aviadenovirus Iridoviridae Khối 130-300 Có ADN Nguyên Iridovirus Sợi kép sinh chất Herpesviridae Khối 120-150 Có ADN Herpesvirus Sợi kép Nhân Poxviridae Phức 300-450 Có ADN Orthopoxvirus tạp 170-260 Vỏ phức Sợi kép Nguyên Avipoxvirus tạp sinh chất Capripoxvirus Leporipoxvirus Parapoxvirus Entomopoxvirus Picornaviridae 20-30 ARN Nguyên Enterovirus Khối Không Sợi đơn sinh chất Rhinovirus Calicivirus 35-40 ARN Nguyên Reoviridae Sợi kép sinh chất Reovirus 60-80 Không Orbivirus (Rotaviru) T ogaviridae Alphavirus Khối 40-70 ARN Nguyên Flavivirus Có Sợi đơn sinh chất Rubivirus Pestivirus Khối 80-120 Orthomyxoviridae Inluuenzavirus Trụ 150 ARN Nguyên Paramyxoviridae Có Sợi đơn sinh chất Paramyxovirus Trụ ARN Nguyẽn Morbillivirus Có Sợi đơn sinh chất Pneumovirus 34 Retroviridae Khối 100 Có ARN Nguyên Oncormavirinae (trụ) Sợi đơn sinh chất Lentivirinae Spumavirinae Rhabdoviridae Vesiculovirus Trụ 130-300 Có ARN Nguyên Lyssavirus x70 Sợi đơn sinh chất Sigmavirus Bunyavirudae Bunỵavirus 90-100 Có ARN Nguyên Arenavirudae Sợi đơn sinh chất Arenavirus 50-300 Có ARN Nguyên Coronaviridae Sợi đơn sinh chất Coronavirus 100 Có ARN Sợi đơn Hưóng dẫn ôn tập + Hãy nêu các tính chất chung cùa virus ? + Trình bày cấu trúc chung và cấu trúc riêng cúa virus ? Nguyên sinh chất + Các nhân tố vật lí. hoá học, sinh học có ảnh hướng tới virus như thế nào ? ứng dụng của nó ? + Nêu các phương pháp nuôi cấy virus, những thuận lợi và khó khăn cúa các phương pháp này ? + Các giai đoạn trong quá trình nhân lên của virus, giai đoạn nào là quan trọng ? + Hiện tượng cản nhiễm là gì ? ứng dụng hiện tượng nàv trong thực tế ? 35 Chương 3 HÌNH THÁI, CẤU TẠO CỦA CÁC NHÓM ■ VI SINH VẬT KHÁC ■ M ục tiêu + Nắm vững các dạng hình thái cơ bản cùa vi khuấn. + Nắm vững đặc điếm cấu tạo chung và cấu tạo đặc biệt cùa vi khuẩn. + Nắm được đặc điểm hình thái cơ bản của xạ khuẩn, nấm men, nấm mốc. tảo, Ricketxi, Mycoplasma, Clamidia và vai trò của chúng trong tự nhiên. + Vận dụng những hiểu biết về đặc điểm, hình thái cấu tạo của các nhóm v s v để có thể giúp ích trong chẩn đoán phát hiện bệnh và xử lí, tiêu độc mầm bệnh. + Hiểu biết những lợi ích của các nhóm v s v đã học để có thể vận dụng những hiểu biết này vào thực tế đời sống. Nội dung + Các dạng hình thái, cấu trúc, chức năng của tế bào vi khuẩn. + Đặc điểm, vai trò, cấu tạo của tế bào xạ khuẩn. + Đặc điểm, hình thái, cấu tạo của tế bào nấm men và vai trò của chúng trong tự nhiên. + Đặc điểm, hình thái, cấu tạo cúa tế bào nấm mốc và vai trò cùa chúng trong tự nhiên. + Đặc điếm, hình thái, cấu tạo của tế bào vi khuấn lam, tế bào tảo, vai trò và giá trị dinh dưỡng của chúng. + Đặc điểm, hình thái của nhóm vi khuẩn nguyên thuỷ Ricketxi, Mycoplasma, Clamidia. Tóm tắt nội dung chương 3 Vi khuẩn là những sinh vật đơn bào, không có màng nhân, về hình thái bén ngoài có thể chia chúng làm 5 loại : cầu khuấn, trực khuẩn, cầu trực khuấn, xoắn khuẩn và phẩy khuẩn. Những trực khuẩn thường gặp là Bacterium : trực khuấn 36 Gram âm, hiếu khí, không sinh nha bào ; Bacillus : trực khuẩn Gram dương, hiêu khí, có nha bào ở giữa vi khuẩn ; còn Clostridium là trực khuẩn Gram dương, kị khí, sinh nha bào ờ đầu, ở giữa, ở gần đầu, nha bào lớn hơn thân vi khuẩn, nên làm biến dạng hình thái vi khuẩn. Cấu trúc vi khuẩn gồm có vách tế bào là bộ khung bảo vệ, giữ cho hình thái vi khuẩn không bị thay đổi, cấu trúc và thành phần hoá học của vách giữ vai trò là kháng nguyên, có khả nãng gây bệnh và có vai trò nhất định trong phương pháp nhuộm Gram. Màng nguyên sinh chất có nhiệm vụ duy trì áp suất thẩm thấu, tích luỹ chất dinh dưỡng, tổng hợp enzvm và các thành phần khác, đồng thời tham gia vào hiện tượng phân chia tế bào. Trong nguyên sinh chất có chứa mezoxom, riboxom, các hạt chất dự trữ và không bào, trong đó riboxom là trung tâm tổng hợp cùa tế bào. Vi khuẩn là loại v s v có nhân nguyên thuỷ gọi là thể nhàn, đây là một nhiễm sắc thể duy nhất cấu tạo bời một ADN xoắn kép, nó là cơ sờ vật chất chứa thông tin di truyền của vi khuẩn. Ngoài các cấu trúc cơ bản trên, một số vi khuẩn còn có thêm : giáp mô là lớp dịch nhày bao quanh vách tế bào, có chức năng chống thực bào, là yếu tố độc lực và có khả năng làm tãng tính gây bệnh. Lông vi khuẩn giúp cho vi khuẩn di động, năng lực di động của vi khuẩn phụ thuộc vào vị trí phân bố của lông, còn pili chung là cơ quan bám, nó giúp cho vi khuẩn bám chắc hơn trên bề mặt cơ chất và pili giới tính tham gia vào vận chuyển chất liệu di truyền sang vi khuẩn cái. Khi điều kiện sống không thuận lợi vi khuẩn hình thành nha bào; cấu trúc và thành phần hoá học đặc biệt làm cho nha bào có tính đề kháng cao đối với các nhân tố vật lí, hoá học; còn khi điều kiện thuận lợi, nha bào nảv mầm thành tế bào dinh dưỡng. Xạ khuẩn là một nhóm vi khuẩn thật, Gram dương, hiếu khí, có cấu tạo dạng sợi phân nhánh, có hệ khuẩn ty phát triển, có vai trò quan trọng trong công nghiệp, NN, trong V học, thú y học, trong bảo vệ thực vật. Nấm mốc là tên chung để chì tất cả các nhóm nấm không phải là nấm men và cũng không phải là các nấm lớn có mũ nấm, chúng có khả năng phân giải mạnh mẽ các họp chất hữu cơ phức tạp nên có nhiều ứng dụng trong đời sống. Tuy vậy xạ khuẩn và nấm mốc cũng sinh ra chất độc. gây hại cho mùa màng gây tổn thất về lưons thực, thực phẩm, dụng cu... gây ra một số bệnh nguy hiểm cho người và gia súc. 37 Vi khuẩn lam và tảo có chứa chất diệp lục tố, nên có khả nãng quang hợp. Chúng có giá trị dinh dưỡng cao, chứa nhiều protein, axit amin, vitamin và nhiều yếu tố sinh trường khác. Tảo có ý nghĩa quan trọng trong quá trình hình thành và cải tạo đất, là nguồn thức ãn tốt cho thuỷ sản. Nấm men là nhóm v s v đơn bào, có kích thước lớn, cấu tạo hoàn chỉnh, sinh sản bằng phương pháp nảy chổi. Nấm men được dùng nhiều trong công nghệ chế tạo các hợp chất hữu cơ quan trọng và để sản xuất sinh khối làm giàu protein cho các phế phụ phẩm của công, NN dùng cho chăn nuôi. I. VI KHUẨN 1. Hình thái của vi khuẩn (hình 3) Vi khuẩn (Bacteria) là những sinh vật đơn bào, hạ đẳng, không có màng nhân (Prokaryote); chúng có cấu trúc và hoạt động đơn giản hơn nhiều so với các tế bào có màng nhân (Eukaryote). Tuy nhiên có một số chức nãng cùa vách tế bào và sự vận chuyển vật chất di truyền cùa vi khuấn thì phức tạp không kém các sinh vật phát triển. Dựa theo hình thái bên ngoài có thể chia vi khuẩn làm 5 loại hình khác nhau : cầu khuẩn, trực khuẩn, cầu trực khuấn, xoắn khuẩn và phấy khuẩn. 1.1. Cầu khuẩn (Coccus, cocci) (hình 3.1 - 3.5) Là những vi khuẩn có hình cầu, tuy nhiên có nhiều loại có thể là hình tròn, hlnh bầu dục như lậu cầu khuẩn Neisseria Gonorrhoeae, hoặc hình ngọn nến như phế cầu khuẩn Strepíococcus pneumoniae. Kích thước của cầu khuẩn thay đổi trong khoảng từ 0,5 - l,0^m , c^m. đoc là: micromet hay micron, lịim = 10 3mm). Cầu khuẩn được chia ra thành các giống chính sau đây : 1.1.1. Giống đơn cầu khuẩn 0micrococcus, micrococci) Thường đứng riêng lẻ từng tế bào một, đa số sống hoại sinh trong đất. nước và không khí như Mierococcus agilis, Micrococcus roseus, M icrococcus luteus. ỉ . ị. 2. Giống song cầu khuẩn (Diplococcus, dỉplococci) Là những cầu khuẩn đứng thành từng đôi, một số loại Diplococcus có kha nãng gây bệnh như não mô cầu khuẩn (Neisseria meningitidis), lậu cầu khuẩn (Neisseria gonoirhoeae). 38 1.1.3. Giống liên cầu khuẩn (Streptococcus, streptococci) Là những cầu khuẩn đứng thành từng chuỗi dài như liên cầu khuẩn sinh mủ (Streptococcus pyogenes). Trong giống này còn có loại liên song cầu khuẩn (,Streptodiplococcus) tức song cầu khuẩn tập hợp từng đôi một thành từng chuỗi dài. Đây là loại vi khuẩn gây bệnh thường hay gặp. 1.1.4. Giống tứ cầu khuẩn Ợeĩracoccus, tetracocci) Là những cầu khuẩn đứng thành từng nhóm bốn tế bào một. Tứ cầu khuẩn thường sống hoại sinh, song cũng có loài có khả nãng gây bệnh cho động vật như Tetracoccus liomari. 1.1.5. Giống bát cầu khuẩn (Sơrcina) Là những cầu khuẩn đứng thành những khối gồm 8 hoặc 16 tế bào. Trong không khí thường gặp một số loài như Sarcina hitea, Sarcina aurantiaca. 1.1.6. Giống tụ cầu (Staphylococcus, staphylococci) Là những cầu khuẩn đứng thành từng đám giống như chùm nho. Đa số tụ cầu sống hoại sinh, một số có thể gây bệnh cho người và động vật như Taphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis. I. 2. Trực khuẩn (Bacillus, Bacterium) (hình 3.6) Là tên chung đê chì các loài vi khuẩn có hình que, hình gậy, đầu tròn hay đầu vuông, kích thước cùa trực khuẩn 0,5 - 1 X 1 - 5|im. Những trực khuẩn hay gặp thuộc các giôno sau : 1.2.1. Bacillus, bacilli (viết tắt là Bac) Là trực khuẩn Gram dương, sống hiếu khí, sinh nha bào, chiều ngang của nha bào không vượt quá chiều ngang của vi khuẩn, do đó khi có nha bào, tế bào vi khuẩn không thay đổi hình dạng, ví dụ : trực khuẩn nhiệt thán (Bacillus anthracis). 1.2.2. Bacterium, bacteria (viết tắt là Bact) Là trực khuẩn Gram âm, sống hiếu khí, khôno sinh nha bào, thường có lôno ờ quanh thân vi khuẩn, có nhiều loại Bacterium gây bệnh cho người và gia súc như trực khuẩn đường ruột, ví dụ : Salmonella, Escherichia, Shigella, Proteus. 39 1.2.3. Clostridium, clostridia (Viết tắt là Cl) Là trực khuẩn Gram dương, hai đầu tròn, sống kị khí, kích thước khoảng 0,4 - 1 X 3 - 8|am, sinh nha bào, chiểu ngang của nha bào thường lớn hơn chiều ngang của vi khuẩn, do đó khi mang nha bào thì vi khuẩn bị biến đổi hình dạng như hình thoi, hình vợt, hình dùi trống. Có nhiều loại gây bệnh cho người và động vật như trực khuẩn uốn ván (Clostridium tetani), trực khuẩn ung khí thán (Clostridium chauvoei) trực khuẩn gây bệnh ngộ độc thịt (Clostridium botulinum), trực khuẩn hoại thư sinh hơi (Clostridium perfringens), nhưng cũng có loài rất có ích như trực khuẩn cố định nitơ (Clostridium pasteurianum). 1 Monococcus Bacillus 2 Diplococcuis 3 Streptucoccus 7 4 Staphylococcus Sarcina 0 2) U 9 Vibrio denit rificenf 40 Pasteurella Spirochete 1.2.4. Corynebacterium Là những vi khuẩn không sinh nha bào, có hình dạng và kích thước thay đổi khá nhiểu tùy từng loại, khi nhuộm màu tế bào thường tạo thành các đoạn nhỏ bắt màu khác nhau, thường bắt màu sẫm ở hai đầu làm cho vi khuẩn có hình dạng giống như quả tạ. Có loại gây bệnh cho người như trực khuẩn bạch hầu ('Corynebacterium diphythurỉae), có loại gây bệnh cho gia súc như trực khuẩn đóng dấu lợn (Erỵsipelothrix rhusiopathỉae). / ẵ 3. Cầu trực khuẩn (Cocco-bacillus) (hình 3.7) Là loại vi khuẩn trung gian giữa cầu khuẩn và trực khuẩn, có hình bầu dục, hình trứng, có kích thước khoảng 0,25 - 0,3 X 0,4 - l,5|am, ví dụ : vi khuẩn tụ huyết trùng (Pasteureỉla), vi khuẩn dịch hạch. / ế 4. Xoắn khuẩn (Spirochaetaỉes) (hình 3.8) Là những vi khuẩn có hình sợi lượn sóng, gồm các vi khuẩn có từ hai vòng xoắn trở lên, bắt màu Gram dương, di động được nhờ có một hay nhiều lông mọc ờ đình. Kích thước cùa xoắn khuẩn thay đổi trong khoảng 0.5 - 3,0 X 5 - 40|im ví dụ : Leptospira canicoìa, Leptospira pomona. 41 1.5. Phẩy khuẩn (Vibrio) (hình 3.9) Là tên chung để chỉ các vi khuẩn có hình que uốn cong, có hình giống như dấu phẩy, hình lưỡi liềm, đứng riêng lẻ hoặc nối với nhau thành hình chữ s. Phần lớn phẩy khuẩn sống hoại sinh, một số ít có khả năng gây bệnh như phẩy trùng tả (Vibrio cholerae). II. CÂU TẠO T Ế BÀO VI KHUẨN (hình 4) 1. Vách tế bào (Cell-wall) Vách tế bào là bộ khung vững chắc bao bọc bên ngoài màng nguyên sinh chất (cytoplasm membrane). Vách được tổng hợp liên tục, thành phần hóa học bao gồm đường amin và axit amin. Đường amin gồm hai loại N-axetyl glucozamin và N-axetyl muramic, còn axit amin chỉ bao gồm một số loại như D-alanin, D - glutamic, L-lyzin, L-alanin, các axit amin này thay đổi tuỳ theo loại vi khuẩn. 1.1. Cấu tạo lí, hóa học của vách tè bào Vách tế bào chiếm từ 25 - 30% khối lượng khô cùa vi khuẩn, vách có nhiều lớp, mỗi lớp có một chức phận về sinh lí và kháng nguyên khác nhau, tuv theo từng loại vi khuẩn. Ở vi khuẩn Gram dương, vách có cấu tạo gồm nhiều lớp peptidoglycan (còn gọi là mucopeptit, murein, glycopeptit), hàm lượng peptidoglycan trong vách tế bào vi khuẩn Gram dương chiếm tới 95%. Ngoài lớp peptidoglycan, đa số vi khuẩn Gram dương còn có axit teichoic. axit này như là tiểu đơn vị được tập hợp lại nhờ glycerol gắn với D-alanin và photphat, axit này liên kết đồng hoá trị với các lớp peptidoglycan. Tuỳ từng loại vi khuẩn mà bao bọc bên ngoài lớp peptidoglycan có thể là polisaccarit hoặc polipeptit. Ở vi khuẩn Gram âm : Vách bao gồm một lớp peptidoglycan, nên vách cùa vi khuẩn Gram âm mỏng hơn vách vi khuẩn Gram dương, do vậy chúng dễ bị phá vỡ bởi các lực cơ học. Về cấu tạo hóa học, ngoài peptidoglycan vách tế bào cúa các vi khuẩn Gram âm còn có các lớp lipit tự do 20%, protein và lipoprotein 50%, lipopolisaccarit 20%, nhũng chất này tạo nên nội độc tố cùa các vi khuẩn gây bệnh. Lớp 42 lipopolisaccarit quyết định tính đặc hiệu của kháng nguyên, còn lớp protein quyết định tính miễn dịch và lớp lipit chủ yếu đóng vai trò là độc tính nội độc tố. 1.2. Nhiệm vụ của vách tế bào Vách tế bào vi khuẩn có các chức năng sau : + Là khung để giữ cho tế bào vi khuẩn có hình thái nhất định, vì vách có cấu trúc cứng, chịu được áp suất nội tế bào (áp suất này khoảng 25 atm), vì thế giúp cho vi khuẩn chống lại được các tác nhân vật lí và hóa học có hại ở bên ngoài như không bị phá hoặc vỡ khi bị xử lí bằng các thuốc tẩy mạnh. + Là nòng cốt của kháng nguyên thân của vi khuẩn, đây là loại kháng nguyên quan trọng nhất để xác định và phân loại vi khuẩn. + Ở các vi khuẩn gây bệnh, vách tế bào còn có vai trò nhất định về khá năng gây bệnh của vi khuẩn, vì một sô thành phần cùa vách chứa nội độc tố, đó là lipopolisaccarit quyết định độc lực và khả nãng gây bệnh. + Vách tế bào còn là nơi tác động của nhóm kháng sinh khá quan trọng (nhóm beta lactamin), đồng thời là nơi tác động của lizozym, cả hai loại này chỉ có tác động trên vi khuẩn Gram dương mạnh hơn vi khuẩn Gram âm. + Vách tế bào cũng là nơi tiếp nhận các thụ thể (receptor) đặc hiệu của phaẹe, điểu này có ý nghĩa trong phân loại vi khuẩn, cũng như phân loại phage và các nghiên cứu cơ bản khác. 1.3. Vai trò của vách tê bào vi khuẩn trong phương pháp nhuộm Gram Việc phân biệt 2 loại vi khuẩn Gram dương và vi khuẩn Gram âm do nhà vi khuẩn học Christian Gram người Đan Mạch (1889) thực hiện. Muốn nhuộm Gram, trước hết người ta nhuộm tiêu bản đã được cô định bằng cristalviolet (tím tinh thể), sau đó xử lí bằng dung dịch lugol, rồi tẩy màu bằng cồn hoặc bằng axeton, cuối cùng nhuộm lại bằng fucsin (fuchsine) hay safranin. Vi khuẩn được coi là Gram dương, khi xử lí bằng cồn hoặc axeton vẫn giữ màu tím cùa cristalviolet, còn vi khuẩn được coi là Gram âm thì khi được tẩy bằng cồn hoặc axeton bị mất màu tím của thuốc nhuộm thứ nhất và sau đó sẽ bắt màu của thuốc nhuộm thứ hai tức màu hồng của fucsin hoặc safranin. 2. Màng nguyên sinh chất hay màng tế bào chất (cytoplasmic membrane) Nằm trong vách tế bào vi khuẩn là màng nguyên sinh chất, lớp màng nàv bao bọc toàn bộ khôi nguyên sinh chất và nhân. 43 2.1. Cấu trúc của m àng nguyên sinh chất Màng có cấu tạo ba lớp : Lớp ngoài cùng và lớp trong cùng là hai lớp protein chiếm 60 - 70%, ớ giữa là lớp lipit chiếm 30 - 40% mà đa phần là photpholipit. Sự phân bô protein và photpholipit ờ màng nguyên sinh chất khác nhau ở từng vùng, có những vùng nhiều protein, ít photpholipit và ngược lại. Sự phân bô đó tạo ra các lỗ hổng trên màng nguyên sinh chất, những lỗ hổng này có chứa một loại protein đặc biệt có tác dụng vận chuyển chất dinh dưỡng vào tế bào gọi là các pecmeaza hay protein vận chuyến. Ngoài hai thành phần chính là photpholipit và protein, trong màng nguyên sinh chất của vi khuẩn còn chứa một ít các thành phần khác, khoảng 2 - 5% hidratcacbon, một sô' ít chứa glycolipit, một lượng nhỏ ARN (axit ribonucleic). 2.2. N hiệm vụ của m àng nguyên sinh chất Màng nguyên sinh chất của vi khuẩn có các chức năng sau : + Duy trì áp suất thẩm thấu của tế bào. + Đảm bảo việc chủ động tích lũy các chất dinh dưỡng trong tế bào và đào thài các sán phẩm trao đổi chất ra ngoài tế bào, nhờ hai cơ chế khuếch tán bị động và vận chuyển chù động. + Là nơi tổng hợp các enzym ngoại bào, vi khuẩn dùng hệ thống enzym thuỷ phân, biến các protein thành các axit amin, biến các polisaccarit thành các đường đơn. + Là nơi chứa một sô' enzym, đặc biệt là các enzym chuyển hóa hô hấp, các xytocrom, các enzym cùa các chu trình tricacboxylic. + Là nơi xảy ra quá trình sinh tổng hợp một số thành phần của tế bào, nhất là các thành phần của vách tế bào và giáp mô. + Nhiệm vụ trong phân chia tế bào : Người ta thấy các mezoxom và màng nguyên sinh chất hình như chỉ đạo việc phân chia tế bào vi khuẩn. Nó có một sự liên kết không đối giữa nhân và màng nguyên sinh chất qua khâu trung gian là mezoxom. Trong quá trình phân chia tế bào, các mezoxom lớn dần lên cùno với thể tích của nhàn, nhiễm sắc thể tách đòi, các mezoxom đồng thời cũng tách đôi chúng xa dần nhau và kéo theo nhân tách xa nhau và giữa tế bào xuất hiên mót vách ngãn, quá trình phân chia kết thúc. 44 Hình 4 : Cấu tạo t ế bào vi khuẩn (Xem hìnli màu trang 361) 1. Pili giới tính ; 2. Mezoxom ; 3. Màng nguyên sinh c h ấ t; 4. Màng tế bào ; 5. Giáp mô ; 6. Nguyên sinh c h ấ t; 7. Hạt vùi ; 8. Riboxom ; 9. Nhân ; 10. Tiên mao ; 11. Hạt cơ b ản ; 12. Pili chung ; 13. ADN nhiễm sắc ; 14. sắc tố. 3. Nguyên sinh chất (Cytoplasm) Nguyên sinh chất hay tế bào chất là thành phần chính của tế bào vi khuẩn. Đây là một khối ở trạng thái keo chứa 80 - 90% nước, phần còn lại là các thành phần hoà tan như protein, peptit, axit amin, vitamin, ARN, riboxom, các muối khoáng (Ca, Na, p..) và một số nguyên tố hiếm, sắc tố. Protein và polypeptit chiếm tới 50% trọng lượng khô của vi khuẩn và khoảng 90% năng lượng của vi khuẩn để tổng hợp protein. Khi còn non, nguyên sinh chất có cấu tạo đổng nhất, bắt màu giống nhau khi nhuộm màu. Khi già, do xuất hiện những không bào và các thể ẩn nhập (thể vùi, granula inclusion) nên nguyên sinh chất có dạng lổn nhổn, bắt màu không đều và có tính chiết quang khác nhau. Trong nguyên sinh chất cúa các vi khuẩn trưởng, thành người ta quan sát thấy nhiều cơ quan con khác nhau : mezoxom, riboxom, không bào, các hạt chất dự trữ, các hạt sắc tô (ở một số vi khuẩn) và các cấu trúc của nhân. 3.1. M ezoxom (mesosome) Là một thể hình cầu trông giống như một bong bóng nằm trong nguyên sinh chất, gần vách ngãn và chỉ xuất hiện khi tế bào phân chia. Mezoxom có đường kính khoảng 2500 Ả và gồm nhiều lớp màng bện chặt lại với nhau, chiều dày của mỗi màng vào khoảng 75 Ả. Mezoxom có vai trò quan trọng trong quá trình phân chia tế bào và hình thành vách ngăn. Trong mezoxom còn có njiiều hệ thống men chuyển vận electron; người ta thường tìm thấy khoảng 1 - 2 mezoxom trong mỗi tế bào. 45 3.2. Riboxom (ribosome) Gồm màng lưới nội chất và những hạt nhỏ có kích thước khoảng 250Ả, tên gọi riboxom có nghĩa là thể ribonucleic vì trong riboxom có chứa một lượng lớn ARN. Riboxom của vi khuẩn chứa khoảng 40 - 60% ARN, 35 - 60% protein; ngoài ra riboxom còn chứa lipit, một số men như ribonucleaza, lexinaminopeptidaza ; |3-galactozidaza... và một ít chất khoáng Mg và Ca. Trong tế bào vi khuẩn riboxom nằm chủ yếu trong nguyên sinh chất, một phần nhỏ bám trên màng nguyên sinh chất, mỗi riboxom của vi khuẩn bao gồm hai tiểu thể có kích thước khác nhau, ở vi khuẩn tiểu thể lớn của riboxom có hằng số lắng là 50S (S là đơn vị đo tốc độ lắng, lấy chữ đầu của Svedberg, tên nhà khoa học Thụỵ Điển, người đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của siêu li tâm, 1S = 10 ncm/giây), ở tiểu thê nhỏ có hằng số lắng là 30S. Khi tổng hợp protein, các riboxom gắn với ARN thông tin và được gọi là poliriboxom, Mỗi tế bào vi khuẩn có trên 10.000 riboxom, ở tế bào E. coli đang phát triển mạnh mẽ có khoảng 15.000 - 20.000 riboxom. Riboxom là trung tâm tổng hợp của tế bào, nhưng không phải tất cả các riboxom đều có khả năng tham gia vào quá trình này, số riboxom tham gia tổng hợp protein thường không quá 5-10% tổng số riboxom có trong tế bào. Trong poliriboxom các riboxom được liên kết với nhau nhờ sợi ARN thông tin. Riboxom cũng là nơi tác động của một số loại kháng sinh, làm sai lạc sự tổng hợp protein của vi khuẩn như aminozit, cloramphenicon.. 3.3. Các hạt khác 3.3.1. Các hạt dự trữ hay thể vùi Trong nguyên sinh chất của vi khuẩn, ngoài các cơ quan nói trên còn gặp các hạt có hình dạng và kích thước khác nhau đó là các hạt vùi, đây là những không bào chứa lipit, glycogen. Các hạt dự trữ được hình thành khi tế bào tổng hợp quá nhiều, bằng cách này không những vi khuẩn dự trữ được thức ăn mà còn làm giảm bớt áp suất thẩm thấu dưới dạng polyme. 3.3.2. Không bào Không bào là một tổ chức có hình cầu hoặc bầu dục bao bọc bới một lớp màng không bào (tonoplast), có cấu trúc hóa học là lipoprotein, trong không bào chứa đầy dịch tế bào. 46 Sự hình thành không bào và kích thước của nó chịu ảnh hưởng rất nhiều bới thành phần môi trường và giai đoạn phát triển của tế bào vi khuẩn. Không bào đóng vai trò nhất định trong việc điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào, mặt khác nó cũng là nơi chứa những sản phẩm bất lợi của quá trình trao đổi chất. 4. Thể nhân (nuclear bodỵ) Nhân cùa vi khuẩn là nhân nguyên thuỷ, chưa có màng nhân điển hình, nên gọi là prokaryote, nhưng chúng có cơ quan chứa thông tin di truyền, đó là một nhiễm sắc thể (chromosome) độc nhất cấu tạo bời một phân tử ADN xoắn kép. Phân tử ADN có khối lượng 2 tỉ Dalton (2x10 9), ADN là chất đặc trưng của tế bào vi khuẩn, chứa được 3000 gen, được bao bọc bởi protein kiềm, nên nhân có tính ưa kiềm đối với các chất nhuộm kiềm. Lớp protein kiềm này không tổn tại khi vách tê bào vi khuẩn bị phá huỷ. Ngoài nhiễm sắc thể, một số vi khuẩn còn có các yếu tố di truyền ngoài nhiễm sắc thể, đó là các loại plasmid và transposon. 4Ệ/ Ể Cấu trúc của thê nhân Nhân tế bào vi khuẩn không phân hóa thành khối rõ rệt như của tế bào nhiều v s v khác (nấm men, nấm mốc, tảo...). Quan sát vi cấu trúc của thể nhân nhận thấy : - Về hình dạng thê nhân có hình cầu, kéo dài như hình que, hình quả tạ hay hình chữ V. - Không có màng nhân nhưng giới hạn giữa thể nhân và nguyên sinh chất rất rõ rệt. - Có một cấu trúc sợi nhỏ có đường kính từ 3 - 8nm, đó là nhiễm sắc thể độc nhất của tế bào. Cấu tạo bời một sợi ADN xoắn, nếu mở vòng xoắn ra thì sợi dài khoảng lmm, đó chính là một sợi ADN có dạng vòng tròn và chi là một phần tử ADN đóng kín. 4.2. S ự phân chia của thê nhân Trong quá trình phân bào, thể nhân phân chia đơn giản bằng cách cắt đôi không có sự gián phân bới vì vi khuẩn chỉ có một nhiễm sắc thể duy nhất. Sự cắt đôi của nhân liên quan tới sự tãng lên của màng nguyên sinh chất và mezoxom. v ề số lượng nhân ớ tế bào vi khuẩn có thê khác nhau tùy theo từno 47 giai đoạn sinh trường, phát triển của vi khuẩn, thường thì sự phân chia của nhân đi trước sự phân chia của nguyên sinh chất, do đó ớ một giai đoạn nhất định của sự phát triển, một vi khuẩn hình như có 4 nhân, bởi vì vi khuẩn này đã là hai tế bào con và sắp sửa phân chia thành 4. 5. Giáp mô hay vỏ nhày (capsule) 5.1. Cấu tạo giáp mô Ở một số vi khuẩn, bên ngoài vách tế bào còn được bao bọc bởi một lớp vỏ nhày lỏng lẻo, sền sệt không rõ rệt. v ỏ nhày có hai loại : + Vỏ nhày lớn (macrocapsulej có kích thước lớn hơn 0,2\xm có khi dày đến 10 - 20|_im. Lớp vỏ nhày này còn gọi là giáp mô (capsule). Để quan sát giáp mô có thể dùng phương pháp làm tiêu bản âm bằng cách trộn hỗn hợp vi khuẩn với mực tàu. + Dịch nhày : Một số vi khuẩn tuy không có giáp mô nhưng tế bào vẫn được bao bọc bởi một lớp dịch nhày, không có giới hạn nhất định và không có cấu trúc rõ rệt. Kích thước giáp mô cũng như thành phần hóa học của giáp mô thay đổi tùy loại vi khuẩn. Phần lớn giáp mô cấu tạo bời các hợp chất hiđratcacbon phức tạp đó là polisaccarit, homopolisaccarit hoặc heteropolisaccarit, đây là những hợp chất cao phân tử chứa cùng một gốc đường. Ngoài các hợp chất hữu cơ trên, thành phần hóa học còn lại của giáp mô chủ yếu là nước, có tới 98% trong thành phần hóa học của giáp mô. Giáp mô còn là nơi tích lũy các chất dinh dưỡng, khi chất dinh dưỡng tronơ môi trường cạn dần, vi khuẩn sẽ tiêu thụ đến các chất dự trữ chứa trong giáp mô và làm cho giáp mô tiêu biến đi. 5.2. Chức năng giáp mô Giáp mô có vai trò bảo vệ giúp vi khuán đề kháng manh hơn với nlnriie đieu kiện bất lợi. Ớ các vi khuấn gây bệnh, giáp mô có vai trò làm tãng cường sức gáy hẹnh. giúp cho vi khuẩn chống lại hiện tượng thực bào cua cơ thể. Giáp mô mang tính kháng nguyên rõ rẹt, nó là ycu tỏ độc lực của vi khuán. Một số vi khuẩn chỉ tạo thành giáp mo trong điều kiện bất lợi, một số khác chỉ hình thành giáp mô khi đã xâm nhập vào co the kí chủ, ví dụ như vi khuán nhiệt thán Bacillus anthracỉs. *8 6. Tiên mao (flagellum) (hình 5) Tiên mao (lông) là những sợi protein dài và xoắn tạo thành từ các axit amin dạng D, nó là cơ quan vận động của vi khuẩn. Chỉ có một số loại vi khuẩn mới có khả năng di động một cách chủ động là nhờ những cơ quan đặc biệt gọi là tiên mao (flagellum từ tiếng La tinh flagellum có nghĩa là cái roi). Tiên mao của vi khuẩn có kích thước rất mảnh, chiều rộng khoảng 0,01 - 0,05I^m ; còn chiều dài thì thay đổi tùy từng loại vi khuẩn, trung bình 6 - 9fim có khi dài đến 80 - 90|am. 6.1. Càu trúc của tiên mao Tiên mao của vi khuẩn bao gồm 3 phần : sợi, móc và thể cơ bản. + Sợi : Bao gồm một số chuỗi protein, nó xoắn lại với nhau trong vỏ rỗng. + Móc : Gắn vào phần đầu cuối của sợi. + Thể cơ bản : Gắn vào móc để giữ lông vào vách tế bào và màng bào tương. Bằng các phương pháp nhuộm đặc biệt rồi quan sát trên kính hiển vi quang học hay bằng kĩ thuật nhuộm huỳnh quang cũng cho phép quan sát được lông vi khuẩn, ngoài ra cũng có thể nhìn thấy lông vi khuẩn trên kính hiển vi có tụ quang nền đen và kính hiển vi phản pha. Đặc biệt bằng kính hiển vi điện tử có thê quan sát thấy tiên mao của vi khuẩn là những sợi nguyên sinh chất rất mảnh xoắn lại với nhau, tiên mao xuất phát từ lớp ngoại nguyên sinh chất (excytoplasm) rồi xuyên qua màng nguyên sinh chất và vách tế bào để ra ngoài. Tiên mao cô định vào tế bào vi khuẩn nhờ một cái móc (crochet) có.đường kính lớn hơn đường kính của sợi tiên mao. 6.2. Cấu tạo hóa học tiên mao Tiên mao của vi khuẩn có cấu tạo hóa học chủ yếu là protein. Protein của tiên mao gọi là flagellin có khối lượng phân từ khoảng 30000 - 40000. Flagellin cùa lông là cơ sờ của kháng nguyên H (H antisene) à vi khuẩn. Khi trong huyết thanh của động vật có tổn tại kháng thê H tương ứng thì sẽ xảy ra sự kết dính các tiên mao cùa vi khuẩn lại với nhau tạo nên phản ứng ngưng kết. ố.3ễ Viẽ trí và số lượng tiên mao Vị trí sắp xếp và số lượng tiên mao trên thân vi khuẩn thay đổi tùy từng loại vi khuẩn. Có nhiều loại vi khuẩn không có tiên mao (atricha), có loại chì có một tiên mao ờ đầu gọi là đơn mao (hình 5.1) (monotricha), có loại mỗi đầu có 1 tiên 49 mao gọi là song mao hay lưỡng mao (amphotricha), có loại ờ mỗi đầu hoặc ờ hai đầu có một chùm mao (hình 5.2) (lopho-tricha) hoặc lưỡng chùm mao (dilophotricha), có nhiều loại vi khuẩn tiên mao mọc ờ khắp cơ thể gọi là chu mao (peritricha) (hình 5.3). Khả nãng hình thành tiên mao và năng lực di động cùa vi khuấn thường liên quan mật thiết với thành phần dinh dưỡng cùa mỏi trường, điều kiện nuôi cấy. nhiệt độ quá cao hay quá thấp, các chất độc, các thuốc mê, các sản phẩm trao đổi chất của vi khuẩn, không những ảnh hường tới mức độ di động mà còn có thể đình chỉ hoàn toàn sự di động khi vi khuẩn mất tiên mao. Có thể sử dụng phương pháp gián tiếp như quan sát đường cấy chích sâu trên môi trường thạch mềm chứa 5% thạch, để biết vi khuẩn có tiên mao hav không. Vị trí phân bố của tiên mao trên vi khuẩn quyết định tính chất di động cùa vi khuẩn. Tốc độ di động của những vi khuẩn có chùm tiên mao mọc ờ một đầu có khả nãng di động nhanh, mạnh và theo một đường rõ rệt, vì khi chuyển động các tiên mao hiệp đồng nhau. Còn vi khuẩn có chu mao thì di động chậm hơn và không theo một quy luật nhất định nào, di động lung tung tứ phía. Sự có mặt và vị trí sắp xếp của tiên mao trên tế bào vi khuẩn là một tiêu chuẩn quan trọng trong việc chẩn đoán, phân biệt và định tên của một số loài vi khuẩn, đặc biệt là các vi khuẩn gâv bệnh đường ruột. Hình 5 .ệ Các kiểu tiên mao ựlagellum) cùa vi khuấn 1. Đơn mao ; 2. Chùm mao ; 3. Chu mao. 50 7ể Các pili (tiên mao) của vi khuẩn Ngoài tiên mao ra, ở nhiều vi khuẩn còn có một bộ phận phụ khác hình sợi rất ngắn và rất mảnh gọi là pili, fimbriae, nó có thể mất đi mà không ảnh hưởng tới sự tồn tại của vi khuẩn. Đường kính của pili khoảng 20 - 80nm, dài khoảng 0,3 - 0,4|^m, pili thường thấy rất rõ ở các vi khuẩn Gram âm và trên mỗi tế bào có tới 250 - 400 pili. Dựa vào chức năng, người ta chia ra hai loại pili. 7.1. Pili chung Pili chung là pili dùng để bám, nên nó còn gọi là cơ quan bám của vi khuẩn, giúp cho vi khuẩn bám chắc hơn trên bề mặt cơ chất. Nhờ pili này vi khuẩn có thể bám lên bề mặt môi trường lỏng hay đặc, nơi có nhiều oxi. Pili này chỉ được phát hiện trên kính hiển vi điện tử, mỗi tế bào vi khuẩn có tới hàng trăm pili này. Pili có thể mất đi do biến dị, sự có mặt của pili này quyết định tính chất ngưng kết hồng cầu của vi khuẩn. Các pili chung có cấu tạo của một dạng protein mang tên pilin và nó là một kháng nguyên. Pili chung không phải là cơ quan di động của vi khuẩn, nó có tác dụng làm tãng thêm bề mặt thu chất dinh dưỡng của tế bào. 7.2. Pili giới tính hay pili F Mỗi vi khuẩn có từ 1 - 4 pili giới tính, chỉ có các vi khuẩn đực F+ mới có pili này. Nhiệm vụ cúa các pili này là tham gia vào các hiện tượng giới tính, sự tiếp hợp thể hiện bằng sự cố định một đầu của pili vào tế bào cái, sau đó là sự vận chuyển chất liệu di truyền của vi khuẩn đực sang vi khuẩn cái qua đường pili này, nếu pili này bị đứt thì vi khuẩn không tiếp hợp được nữa. Một số phage bám trên pili này sẽ bơm axit nucleic của phage vào vi khuẩn qua đường pili này. 8. Bào tử (spore) Một số loại vi khuẩn, thường là các vi khuẩn Gram dương như giống trực khuẩn Bacillus và Clostridium có thể hình thành trong tế bào những thể hình tròn hay hình bầu dục trong tế bào gọi là bào tử hay nha bào (spore). Bào tử là một hình thức tiềm sinh của vi khuẩn, nó giúp cho vi khuẩn vượt qua được những điều kiện bất lợi của ngoại cảnh. Bào tử thường được sinh ra trong những điểu kiện bất lợi như môi trường nghèo chất dinh dưỡng, nhiệt độ độ pH không thích hợp, môi trường tích lũy nhiều sản phẩm trao đổi chất bất lợi mỗi vi khuẩn chỉ tạo được một bào tử. Khi điều kiện sống thuận lợi bào tử lại nảy mầm để đưa vi khuẩn trở lại dạng sinh sản. 51 8.1. S ự hình thành bào tử Khi hình thành bào tử, vi khuẩn sử dụng phần lớn nguyên sinh chất trong tế bào. Lúc đầu nguyên sinh chất và chất nhân được tập trung lại ờ một vị trí nhất định trong tế bào, tiếp theo là sự hình thành một màng ngăn cách khối nhân và phần nguyên sinh chất với phần còn lại của vi khuẩn, nguyên sinh chất tiếp tục cô đặc lại, đó là giai đoạn tiền bào tử (prospore), sau đó tiền nha bào được bao bọc dần bởi các lớp màng và chuyển thành bào tử. Thời gian hình thành bào tử tùy theo từng loại vi khuẩn, có thể từ 18 - 20 giờ. 8.2. Cấu trúc của bào tử (hình 6) 1. Exosporium 2. Spore coat 3. Cortex 4. Spore wall 5. Core Hình 6 : Cấu trúc bào từ 1. Vỏ ; 2. Màng bào tử ; 3. Vách bào tử ; 4. Nhân ; 5. Nguyên sinh chất. (Xem h ìn h m à u tra n g 3 6 3 ) Khi quan sát dưới kính hiển vi điện tử cho thấy bào tử được cấu trúc bởi nhiểu lớp màng bao bọc. Tiếp xúc với nguyên sinh chất của bào tử là một ỉớp mỏng gọi là màng bào tử tương ứng với màng nguyên sinh chất cùa tế bào vi khuẩn ở thể sinh trưởng, sau đó đến vách bào tử, vách này sẽ chuyển thành vách tế bào khi vi khuẩn nảy mầm. Vách bào tử được bao bọc bởi một lớp dày gọi là vỏ. Vỏ này không bắt màu thuốc nhuộm, xung quanh vỏ có hai lớp bao : bao trong và bao ngoài. Đó là những lớp đề kháng mạnh, hai lớp này quyết định tính không thấm các yếu tố hóa học và quyết định tính đề kháng đối với các yếu tố lí học. 8.3. Thành phần hóa học của bào tử Các lớp bao và màng của bào tử có cấu tạo cơ bản là protein có chứa nhiều glyxin, tirozin và đặc biệt là xystin, ngoài ra còn có sự tham gia cùa keratin. Ở đây có rất nhiều cầu disunfua, những cầu nàv đóng vai trò quyết định tính chất của bào tử như sự đề kháng đối với các yếu tố lí. hóa học. 52 Nguyên sinh chất cùa bào tử có chứa ít nhất một nhiễm sắc thể, một số riboxom và rất nhiều enzym chuyên hóa nhưng ở trạng thái không hoạt động, khi vi khuẩn nảy mầm thì những enzym này lại bắt đầu hoạt động. Bào tử còn chứa một lượng lớn canxi, magiê và axit dipicolinic, axit này chiếm từ 5 - 12% khối lượng khô của bào từ (axit này không bao giờ có trong tế bào dinh dưỡng, nó được hình thành trong quá trình bào tử hóa và mất đi khi nảy mầm). Lượng nước trong bào từ rất thấp và tồn tại dưới dạng nước liên kết. 8.4. Sức đé kháng của bào tủ Bào từ có sức đề kháng cao đối với các yếu tố vật lí và hóa học như nhiệt độ, tia cực tím, áp suất và các chất sát trùng Nhiệt độ 180°c, bào tử cùa Clostridium botulinum chịu được 10 phút. Trong điểu kiện nhiệt độ thấp và sự khô cạn, bào tử có thể sống được một thời gian rất dài. Bào từ vi khuẩn nhiệt thán (Bacillus anthracis) có thể sống tới 18 năm hoặc làu hơn nữa ờ trạng thái tiềm sinh. Dưới tác động của các loại hóa chất cũng như các loại tia bức xạ, cùng một nồng độ, cùng một thời gian tác động có thể dễ dàng giết tế bào vi khuẩn, nhưng không giết được bào tử. Ví dụ : Trong duns dịch phenol 5%, vi khuẩn chết rất nhanh, nhưng bào tử có thê sống tới 25 ngày, hoặc trong dung dịch HgCl2 1%, vi khuẩn chết ngay, còn bào từ thì sống được trên 2 giờ. Sự tổn tại dưới dạng bào tử trong tự nhiên cùa những vi khuẩn gây bệnh là nguồn lây lan bệnh nguy hiểm. Sờ dĩ nha bào có sự để kháng cao và sống lâu là do các yếu tố sau : + Nước trong nha bào phần lớn ờ trạng thái liên kết, do đó không có khả năng làm biến tính protein khi tăng nhiệt độ. + Do trong bào từ có một lượng lớn ion Ca++ và axit dipicolinic. Protein trong bào từ kết hợp với dipicolinat canxi thành một phức chất có tính ổn định cao đối với nhiệt độ. + Các enzym và các hoạt chất sinh học khác trong bào từ đều tồn tại dưới dạna không hoạt động, làm hạn chế sự trao đổi chất cùa bào từ đối với môi trườn2 bên ngoài. + Sự có mặt của các axit amin có chứa lưu huỳnh đặc biệt là xystin giúp nha bào đề kháng với tia cực tím. 53 + Với cấu trúc có nhiều màng bao bọc và tính ít thẩm thấu của các lớp màng, làm cho các chất hóa học và các chất sát trùng khó có thể tác động tới bào tử. 8.5. Cấu trúc kháng nguyên Bào tử có tính chất kháng nguyên, nó mang những kháng nguyên của vi khuẩn gốc, ngoài ra nó còn mang những kháng nguyên đặc hiệu riêng. 8.6. S ự nảy mầm của bào tử Khi gặp điều kiện thuận lợi như nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, chất dinh dưỡng, bào tử sẽ nảy mầm và phát triển thành vi khuẩn thể dinh dưỡng mới. Thời gian để chuyển từ bào tử sang thể dinh dưỡng kéo dài từ 10 phút đến vài giờ, khi đó bào tử hút nước, trương lên, màng nứt ra hoặc bị phân hùy dưới tác dụng của các enzym chứa trong bào tử khi nảy mầm và tạo thành vi khuẩn. Sự nảy mầm cùa bào tử là hình thức đổi mới và nâng cao sự sống cùa tế bào vi khuẩn. 8.7. Vị trí của bào tử Bào tử thường gặp ở vi khuẩn Gram dương thuộc giống Bacillus và Clostridium. + Giống Bacillus, bào tử có kích thước hẹp hơn bề ngang thân vi khuẩn nên khi hình thành nha bào thì vi khuẩn không bị biến dạng. + Giống Clostridium, kích thước của bào tử thường lớn hơn chiều ngang thân vi khuẩn, nên khi hình thành bào tử thì vi khuẩn bị biến đổi hình thái. Tùy theo vị trí của bào tử trên thân vi khuẩn : nằm ở giữa thân, nằm ở gần đầu và nằm ở một đầu mà vi khuẩn có hình thoi, hình dùi trống, hình cái vợt, bào tử có thế tồn tại ngay trong tế bào vi khuẩn hoặc tồn tại độc lập. Vị trí của bào tử trẽn thân vi khuẩn có giá trị trong định loại vi khuẩn, bào tử khó bắt màu thuốc nhuộm là do tính kém thẩm thấu của các lớp màng bào tử, vì vậy muốn quan sát nha bào dưới kính hiển vi quang học, người ta phải dùng những phương pháp nhuộm đặc biệt như phương pháp Muller, phương pháp Zinnenxon (Ziehl Neelsen). 9. Phân loại vi khuẩn 9.1. Khó khăn trong phán loại vi khuẩn Thế giới v s v rất đa dạng và phong phú, để nắm được các thông tin cần thiết về v s v , để sử dụng nó vào lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng trong đời sống thực tiễn, thì việc phân loại và đặt tên cho các v s v là một việc làm khỏnơ thé thiếu được. 54 Mục đích cúa tất cả các sơ đồ phân loại là xác định các v s v có các thuộc tính giống nhau để xếp chúng vào cùng loại và phái biệt giữa các ìhóm loài VỚI nhau. Việc phân loại v s v có nhiều khó khãn vì : + Sô lượng v s v quá nhiều mà sự khác biệt giữa chúng lại quá lớn ; + Có sự khác biệt khá lớn giữa sơ đồ phân loại v s / so với động vật và thực vật. Trong hệ thống phân loại thì loài (species) là đơn vị cơ bản, nhưng khái niệm về loài thì khác nhau giữa v s v và động, thực vật. Trong vi khuẩn học, khái niệm về loài là một quần thể (population) được sinh ra từ một vi khuẩn ban đầu (clone), các thành viên của một clone này có thể phân biệt với các clone khác ở một sô' đặc điểm. Do vậy, vấn đề lớn trong phân loại vi khuẩn là xác định được các đặc điểm giống nhau và khác nhau giữa các clone để xếp loại chúng. Có nhiều tiêu chuẩn đê xác định các loại vi khuẩn, có thể căn cứ vào các đặc tính : + Về hình thái, kích thước, cấu tạo tế bào, phản ứng nhuộm Gram, các chất chứa trong tế bào, năng lực hoạt động, khả năng sinh giáp mô, nha bào, hình dạng và vị trí của nha bào. + Về đặc tính nuôi dưỡng, sinh trường trên các môi trường như môi trường lỏng, môi trường đặc, môi trường đặc biệt, hình thái, màu sắc khuẩn lạc, tính chất dung giải gelatin. .. + Về đặc tính sinh lí, sinh hóa và cấu trúc kháng nguyên như quan hệ đối với nguồn oxi, nguồn cacbon, nguồn nitơ, quan hệ đối với nhiệt độ, độ pH, khả năng khừ nitơrat, làm đông vón sữa, lên men các loại đường, sinh indol, sinh H2S ... các phản ứng huyết thanh học, các phản ứng MR (Methyl Rouge), VP (Voges Proskauer) và khả nãng gây bệnh. + Phân loại theo số lượng các tính chất sinh học, đây là phương pháp phân loại gián tiếp, dựa trẽn các đặc điểm genotyp và phenotvp. - Phân loại theo tỉ lệ các bazơ của các ADN. - Phàn loại dựa trên cấu trúc phàn tử protein. Qua các cãn cứ và tiêu chuẩn nêu trên, có thế thấy rằng việc phân loại các loài vi khuẩn là một việc hết sức phức tạp, tinh vi không thể căn cứ vào đặc tính riêng biệt mà xác định ngay được, cũng vì thế mà cho đến nay việc phân loại vi khuẩn vẫn chưa hoàn thiện. 55 9.2. Đơn VỊỆ phân loại Đơn vị cơ bản trong phân loại v s v nằm trong hệ thống phân loại của sinh vật gồm : a) Giới (kingdom) : Ví dụ giới động vật, giới thực vật. Tên gọi lấy theo đặc điểm chính của giới bằng chữ Hi Lạp hoặc La tinh. b ) Ngành (division hoặc phylum), dưới ngành (subdivision). c) Lớp (class), dưới lớp (subclass). d) Bộ (order) : Tên gọi lấy tên họ chính và tận cùng bằng ales, ví dụ : Pseudomonadales e) Bộ phụ (Suborder) hay dưới bộ, có tên tận cùng bằng ineae, ví dụ : Rhodobacteriineae. g) Họ (family) thường có tên tận cùng bằng aceae, ví dụ : Enterobacteriaceae. Dưới họ (subfamily) : Thường tận cùng bằng oideae. h) Tộc (tribe) : thường có tên tận cùng bằng eae, ví dụ : Escherichieae. Dưới tộc (subtribe) thường tận cùng bằng inae. i) Giống (genus hoặc genera), ví dụ : Staphylococcus, Salmonella. k) Loài (species) : Đây là đơn vị phân loại cơ bản nhất, tên khoa học của loài thường đặt kép, tên giống trước và tên loài sau. Mỗi loài vi khuẩn đều mang một tên khoa học riêng, tên này được đặt theo nguyên tắc "danh pháp kép" của Linné, gồm hai từ : từ thứ nhất chỉ tên giống (viết hoa) còn từ thứ hai chỉ tên loài (viết thường). Ví dụ : Staphilococcưs aureus, Salmonella typhosa. Trong quá trình phát triển của khoa học, tên một loài vi khuẩn, thường được thay đổi nhiều lần tùy theo từng nhà nghiên cứu. Để tiện theo dõi, sau tên loài, người ta ghi thêm tên tác giả và năm xác định. Ví dụ : Azotobacter chroococcum, Beijerinch 1901; có khi ghi tên nhiều tác giả, ví dụ M ycobacterium tuberculosis, Koch, Lehman, Neumann ; có loài vi khuẩn được gọi với nhiều tên khác nhau, những tên này được gọi là đồng danh (Synonym). Ví dụ như tụ cầu vàng được gọi là Staphylococcus pyogenes hoặc Micrococcus aureus, vi khuẩn nhiệt thán được gọi là Bacillus anthracis hoặc Le bacille du charbon hoặc Le bacille de Davaine. Các đơn vị dưới loài gồm có : thứ, dạng và một đơn vị gọi là chúng hay nòi. m) Thứ (variety) : Chỉ một nhóm nhất định trong một loài, ví dụ : Mycobacterium tuberculosis var. bovis-vi khuẩn lao bò, Mycobacterium tuberculosis var. avium- vi khuẩn lao gia cầm. n) Dạng (typ hoặc forma) : Chí nhóm nhỏ dưới thứ, ví dụ : Streptococcus pneumoniae tvp. 56 o) Chủng hay nòi (strain) : Chỉ một chủng, nòi v s v của một loài mới được phân lập, các cá thể có cùng một loài, nhưng phân lập từ những nơi khác nhau, không giống nhau hoàn toàn, được gọi là chủng, nòi khác nhau, nó mang theo kí hiệu cúa giống, loài, chủng và những con số, những chữ viết tắt theo quy ước riêng của người nghiên cứu, ví dụ như Baciỉỉus subtiỉis B.F.76 - 58, Staphylococcus aureus ATCC 1259. III. XẠ KHUẨN 1. Đặc điểm của xạ khuẩn Xạ khuẩn (Actinomycetes) là một nhóm vi sinh vật có cấu tạo sợi như nấm, nhưng lại có kích thước và cấu tạo tế bào gần giống với vi khuẩn. Chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên như trong đất, trong nước và trong các cơ chất hữu cơ. Những đặc điểm giống vi khuẩn : + Kích thước của xạ khuẩn nhỏ bé tương tự như kích thước của vi khuẩn. + Nhàn của xạ khuẩn cùng loại nhân của vi khuẩn. + Màng tế bào xạ khuẩn không chứa xenlulozơ hay kitin. + Sự phân chia tế bào của xạ khuẩn theo kiểu của vi khuẩn. + Xạ khuẩn không có giới tính. Tuy vậy, xạ khuẩn lại có hình thái giống nấm ờ chỗ có cấu tạo sợi, phát triển bằng phân nhánh thành những sợi nhỏ, dài gọi là khuẩn ti (hypha), mỗi khuẩn ti do một tế bào hình thành, tập hợp của các khuấn ti này gọi là hệ khuẩn ti. v ề phân loại xạ khuẩn thuộc Procaryota còn nấm thuộc Eucaryota. 2. Khuân ti xạ khuẩn 2 . / ế H ình dạng, kích thước (hình 7) Xạ khuẩn có hệ khuẩn ti phát triển tốt, khuẩn ti không có vách ngăn và không tự đứt đoạn, bắt màu Gram dương, hiếu khí, hoại sinh, không hình thành nha bào, không có lông và giáp mô, đa hình thái như dạng hình chuỳ, dạng phân nhánh hay dạng sợi dài gọi là khuẩn ti (hypha) hay phân nhánh thành chùm, thành bó gọi là khuẩn ti thể (mycelium), đường kính của khuẩn ti từ 0,2 - 2,5|im, kích thước và khối lượng của khuẩn ti thể thường không ổn định, chúng phụ thuộc vào từng loại và từng điều kiện nuôi cấy. Các khuẩn ti non và các khuẩn ti có mang bào tử thường lớn hơn so với các khuẩn ti già và không mang bào từ. 57 Khi già xạ khuẩn thay đổi hình dạng rõ rệt, chúng trở nên giòn và dễ gãy thành từng đoạn nhỏ có kích thước khác nhau. (1) primitive spirals (4) Monovertidllate, without spirals (7) Monoverticillate, with spirals (9) (2) Open spirals (5) Bivertiállăte. without spirals (8) Bivertitillate. with spirals (10) (6) 1. Đốt thưa 2. Nhiều đốt chùm 3. Đốt chùm 4. Đốt cong 5. Đốt xoắn 6. Đốt xoắn chùm 7. Đốt sao 8. Đốt chân chim 9. Xoắn ốc 10. Xoắn ốc chùm Hình 7 : Hình thái các loai xạ khuẩn và khuẩn ti 58 2.2. Nuôi cấy Xạ khuẩn phần lớn là sinh vật hiếu khí, một sô ít loài sống trong điều kiện kị khí. xạ khuẩn thu nhận được năna lượns oxi hoá từ các hợp chất hữu cơ. + Khi nuôi cấy trong mỏi trường dịch thể. nó tạo thành dạng bông, nuôi lâu tạo thành kết tủa lắng xuống đáy. phần kết tùa này bao gồm các hạt li ti. đó là sản phẩm phân huv cùa màng nơuvên sinh chất và vách tế bào xạ khuẩn. + Khi nuôi cấy trong mỏi trường đặc, khuẩn ti cùa xạ khuẩn phát triển thành hai loại : một loại cắm sâu vào môi trường để lấy nước và thức ăn gọi là khuẩn ti cơ chất (hay khuẩn ti dinh dưỡng) : một loại phát triển ra ngoài khống khí, trên bề mặt mòi trường sọi là khuẩn ti khí sinh. Ở đa số các loại xạ khuẩn, khuẩn ti khí sinh phát triển theo hình phóng xạ tạo thành nhiều vòng tròn đồna tâm, vì thế loại v s v này có tên gọi là xạ khuấn. Nsười ta giải thích hiện tượng này là do sợi khuẩn ti cùa xạ khuẩn thườns tự sinh ra các chất có tác dụng ức chế. các chất này thấm vào môi trirờne xung quanh và làm cho sợi khuẩn ti cùa xạ khuẩn phát triển yếu đi trong mỏi trườn« đó. Khi sợi khuẩn ti phát triển lan sans vùng môi trường bên ngoài, chúng lại phát triển mạnh lèn và lại tiếp tục sinh ra chất ức chế thấm ra vùng xung quanh làm anh hường đến sự phát triển cùa sợi khuẩn ti và cứ như thế nên chúns có hình phóns xạ. Khuán ti cơ chất có thể cắm sâu vào môi trườns từ 1 - 3mm, chúng mọc thành một vòng nhỏ xung quanh khuẩn lạc. khuán ti cơ chất có thể ví như bộ rễ của thực vật, chúng hút chất dinh dưỡng đê cung cấp cho toàn bộ cơ thê. 2.3. K huẩn lạc của xạ khuẩn Khuấn lạc cùa xạ khuẩn không trơn ướt như ờ vi khuẩn, ở nấm men mà thường rắn chắc, thô ráp. dạng vôi, dạns nhung tơ. hay dạng màng dẻo, khôna trong suốt, do đó bề mặt cùa khuẩn lạc có thể nhẩn, có mấu lồi. có nếp nhăn, hoặc sần sùi như vỏ cam sành. Kích thước khuẩn lạc thay đổi tuỳ loại xạ khuẩn và tuỳ điều kiện nuôi cấy, đường kính khuẩn lạc trung bình từ 0.5 - 2mm. Khuẩn lạc cùa xa khuấn có nhiều màu sắc khác nhau như đỏ. da cam. vàng, lam hổno nâu. tím... màu sắc của xạ khuẩn cũng là một tiêu chuẩn quan trọna để xác định tên các loài xạ khuẩn. 59 3. Cấu tạo tế bào 3.1. Vách tẻ bào xạ khuẩn Có cấu tạo gồm lớp ngoài, lớp trong và lớp giữa tương đối dày khá vững chắc, đó là nguyên nhân làm cho khuẩn lạc xạ khuẩn rắn chắc hơn khuẩn lạc vi khuẩn. Vách tế bào xạ khuẩn có cấu tạo hóa học là protein, lipit, mucopolisaccarit, ngoài ra còn chứa cả các hợp chất photpho và axit teictioic, nhiều men và các loại men này tham gia vào quá trình trao đổi chất của tế bào. Vách tế bào xạ khuẩn có nhiều chức nãng như : + Cho phép các chất kháng sinh, axit amin, men, nhiều hợp chất khác kể cả hợp chất hoá học có kích thước lớn như dextran, protein chui qua một cách dễ dàng. + Cho phép các chất dinh dưỡng từ môi trường bên ngoài cũng được thẩm thấu có chọn lọc qua màng. Bên ngoài màng tế bào còn có thể có vỏ nhày (capsule), lớp vỏ này cấu tạo từ polisaccarit và thường rất mỏng, ờ một số xạ khuẩn lớp vỏ nhày được tạo thành trong quá trình hình thành bào tử. 3.2. M àng nguyên sinh chất của xạ khuẩn Bên trong vách tế bào là mệt lớp màng mỏng bao phú trực tiếp nguyên sinh chất gọi là màng nguyên sinh chất. Màng này dày khoảng 7,5 - 10,0nm, chúng có cấu tạo tương tự như màng nguyên sinh chất của vi khuẩn. Chức năng chủ yếu cùa màng nguyên sinh chất xạ khuẩn là điểu hoà hấp thu các chất dinh dưỡng vào tế bào và tham gia vào quá trình hình thành bào tử. 3.3. Nguyên sinh chất và nhân của xạ khuẩn Cũng tương tự như nguyên sinh chất và nhân của vi khuẩn, do đó người ta cho rằng xạ khuẩn cùng loài với vi khuẩn. Trong nguyên sinh chất của xạ khuẩn có chứa : a) Mezoxom : có hình bọng hay hình ống, chức nãng của mezoxom là làm tăng diện tiếp xúc cùa màng nguyên sinh chất, do đó làm tăng hoạt tính cùa enzym, tăng chuyển điện tử. b) Các vật thể ẩn nhập gồm có các hạt poliphotphat hình cầu, bắt màu thuốc nhuộm Soudan III, các hạt polisaccarit bắt màu dung dịch lugol. 60 4. Bào tử và sự hình thành bào tử 4.1. Bào tử của xạ khuẩn Bào tử được hình thành trên đỉnh khuẩn ti khí sinh, sợi bào tử có thể có nhiều loại hình dạng khác nhau như thẳng, lượn sóng, xoắn, mọc vòng, một số xạ khuẩn có sinh nang bào tử, bên trong có chứa bào tử nang. Bào tử xạ khuẩn được hình thành theo ba phương thức sau : + Phát triển toàn bộ : Toàn bộ hay một bộ phận của thành khuẩn ti tạo ra thành của bào tử. + Phát triển trong thành : Thành bào tử sinh ra từ tầng nằm giữa màng nguyên sinh chất và thành khuẩn ti (thường gặp ở Pìanomonospora). + Phát triển bào từ nội sinh thật : Thành khuẩn ti không tham gia vào quá trình hình thành bào tử ( thường gặp ờ Thermoactinomycetes). + Bào tử trần (conidiospore) của xạ khuẩn có thể hình tròn, hình bầu dục, hình que, hình trụ... Hình dạng và kích thước cùa bào tử có vai trò quan trọng trong việc định tên xạ khuẩn. 4.2. S ự hình thành bào tủ Bào tử trần là cơ quan sinh sản chủ yếu của xạ khuẩn, bào tử được hình thành theo cách : + Vách ngăn được hình thành từ phía trong của màng nguyên sinh chất và tiến dần vào trong tạo ra vách ngăn không hoàn chỉnh, sau đó sợi bào tử mới phân cắt thành các bào tử trần. + Vách tế bào và màng nguyên sinh chất đồng thời xuất hiện vách ngăn tiến dần vào phía trong và làm cho sợi bào tử phân cắt tạo thành một chuỗi bào tử trần. 5. Vai trò của xạ khuẩn trong tự nhiên + Xạ khuẩn có vai trò quan trọng trong quá trình hình thành đất và tạo ra độ phì nhiêu của đất. chúng đảm nhiệm nhiều chức nãng khác nhau trong việc làm màu mỡ thèm cho đất. + Xạ khuẩn tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hoá và phân giải nhiều hợp chất hữu cơ phức tạp và bền vững như xenlulozo, chất mùn kitin keratin, lignin... + Hầu hết các xạ khuẩn thuộc giống Actinomyces, có khả năng hình thành chất kháng sinh như streptomixin, oreomixin, tetraxiclin, teramixin... đây là một 61 đặc điểm quan trọng nhất của xạ khuẩn nên được sử dụng rộng rãi trong y học. thú y học và trong bảo vệ thực vật. + Trong quá trình trao đổi chất, xạ khuẩn còn có thể sinh ra các chất hữu cơ như các loại vitamin nhóm B (Bj, B2, B6, B12), một số axit hữu cơ như axit lactic, axit axetic và nhiều axit amin như axit glutamic, axit metiomin, triptophan. lizin. + Xạ khuẩn được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp lên men. chế tạo các chê phẩm men hoặc ứng dụng các men do một số xạ khuẩn có khả năng sinh ra nhiều như proteinaza, amylaza, xelulaza, kitinaza... + Một số khác còn có khả năng tạo thành những chất kích thích sinh trường của thực vật. + Tuy nhiên bên cạnh những xạ khuẩn có ích, một số xạ khuẩn lại sinh ra các chất độc kìm hãm sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng cũng như sự phát triển của khu hệ v s v có ích trong đất, một số khác lại là nguyên nhân gây ra một số bệnh khó chữa ở người và gia súc. Các bệnh này được gọi tên chung là Actinomycose. 6. Phân loại Theo bảng phân loại cùa Becgây 1984, thì xạ khuẩn gồm 11 họ : + Actinomycetaceae + Micromonosporaceae + Caryophíinaceae + Streptomycetaceae + Nocardiaceae + Celluomonadaceae + Pseudonocardiaceae + Dermatophilaceae + Mycobacteriaceae + Frankiaceae + Actinophanaceae IV. NẤM M EN Thích nghi với môi trường chứa đường cao, có tính axit cao. 1. Hỉnh thái, kích thưóc nấm men (hình 8a) Nấm men là v s v điển hình cho nhóm nhân thật, tế bào nấm men thường lớn gấp 10 lần so với vi khuẩn. Nấm men có cấu tạo đơn bào, hình thái thay đổi tuỳ thuộc vào từng loại tuỳ điểu kiện nuôi cấy, do đó nấm men có hình thái đa dạng (hình trứng, hình bầu dục, hình tròn, hình ống dài, hình quả dưa chuột, hình thoi, hình bình hành, hình tam giác, hình chai, hình lưỡi liềm và một sô' hình đặc biệt khác). Một số loại nấm men có tế bào hình dài nối tiếp nhau thành những sợi nấm gọi là khuẩn ti thể (mycelium) hoặc khuẩn ti giả (pseudomycelium). Sợi nấm 62 chia thành 2 loại khác nhau : sợi cơ chất hay sợi dinh dưỡng, giúp nấm bám chặt vào cơ chất, hấp thu các chất dinh dưỡng chứa trong cơ chất và sợi khí sinh phát triển trong không khí trên bề mặt của cơ chất. Kích thước tế bào nấm men thay đổi rất nhiều tuỳ thuộc vào từng giống, từng loài, nói chung kích thước trung bình khoảng từ 3 - 5 X 5 - 10|im. 2Ế Câu tạo của tê bào nâ'm men 2.1. Vách tế bào Khi còn non vách tế bào nấm men tương đối mỏng, tuỳ theo thời gian nuôi dưỡng mà vách tế bào dày lên. Thành phần hoá học chủ yếu của vách tế bào là glucan và mannan. Phần còn lại là protein, một ít lipit, đôi khi còn có poliphotphat, enzym, sắc tố và một ít ion vô cơ, đặc biệt vách tế bào còn có chứa chất kitin. 2.2. M àng nguyên sinh chất Màng nguyên sinh chất có chiều dày khoảng 7 - 8 |am, cấu tạo chủ yếu là protein chiếm 50% khối lượng khô còn lại là lipit 40% và một ít polisaccarit. Chức năng của màng cũng giống như màng nguyên sinh chất vi khuẩn. 3. Nguyên sinh chất Trong nguyên sinh chất của tế bào nấm men có chứa : 3.1. Ti thê (mitochondria) Là những thể hình cầu, hình que, hình sợi, kích thước khoảng từ 0,2 - 0,5 X 0,4 - lfim. Ti thế gồm 2 lớp màng : màng trong và màng ngoài. Màng trong có hình lượn sóng hay hình răng lược để tăng diện tích tiếp xúc, giữa 2 màng có các hạt nhỏ gọi là hạt cơ bản, bên trong ti thể là chất dịch hữu cơ. Chức năng của ti thể được coi là trạm năng lượng của nấm men. Nó tham gia thực hiện các phản ứng oxi hoá giải phóng năng lượng ra khỏi cơ chất, làm cho năng lượng được tích luỹ dưới dạng ATP. Giải phóng năng lượng khỏi ATP và chuyển dạng năng lượng đó thành dạng năng lượng có ích cho hoạt động sống của tế bào. Tham gia vào việc tổng hợp nên một sô' hợp chất protein, lipit, hiđrat cacbon những hợp chất này tham gia vào cấu tạo màng tế bào. Ngoài ra ti thể còn chứa nhiều loại men khác nhau như : oxidaza xitocromoxidaza, peoxidaza, photphataza... 63 3ể2. Riboxom Số lượng riboxom thay đổi phụ thuộc vào từng loài, từng giai đoạn phát triển và từng điều kiện nuôi cấy. Có 2 loại riboxom : loại riboxom 70S và loại 80S. 3.3. Các vật th ể ẩn nhập khác Không bào : Có chứa các enzym thuỷ phân, poliphotphat, lipoit, ion kim loại, các sản phấm trao đổi chất, ngoài tác dụng là kho dự trữ, không bào còn tham gia vào quá trình trao đổi chất và điều hoà các quá trình sinh trường và phát triển của tế bào nấm men. Ngoài ra, còn chứa một số hạt dự trữ khác như hạt lipit dưới dạng các hạt nhỏ, các hạt glucogen, một ít hạt tinh bột. 4Ễ Nhân Nhân tế bào nấm men là nhân thật, nhân có sự phân hoá, có kết cấu hoàn chỉnh và ổn định, có khả năng biểu hiện của tế bào tiến hoá, đó là sự phân chia tế bào theo hình thức gián phân. Nhân thường có hình tròn, đôi khi kéo dài, kích thước đường kính khoảng 2 - 3|am. 5ễ Sinh sản của tê bào nâ'm men 5.1. Sinh sản vô tính Có hai cách sinh sản sau : 5.7.7. Sinh sản bằng nảy chồi Phương pháp nảy chồi là hình thức sinh sản phổ biến của nấm men. Khi nấm men trướng thành sẽ nảy ra một chồi nhỏ, chồi lớn dần lên, một phần nhân của tế bào mẹ được chuyển sang chồi, sau đó tách ra thành một nhân mới, rồi hình thành vách ngãn để ngăn cách với tế bào mẹ, tạo nên một tế bào mới. Tế bào con được tạo thành có thể tách khỏi tê bào mẹ hoặc dính trên tê bào mẹ và tiếp tục nảy sinh tế bào mới. 5.7.2. Sinli sản bản^ plìân cắt Một sô ít nấm men có thể sinh sản bằng phương pháp phân cắt giống như vi khuẩn, tế bào dài ra rồi sau đó sinh ra những vách ngăn đặc biệt và phân cắt thành nhiều tế bào. 5.2. Sinh sẩn hữu tính Tế bào nấm men có thể sinh sản bằng túi hay nang bào tử, trong mỗi túi có từ 2 đên 4 hoặc 8 bào tử. Túi bào tử được sinh ra do sự tiếp hợp của hai tế bào nấm men. 64 Khi 2 tế bào khác giới đứng gần nhau, ờ mỗi đầu của 2 tế bào sẽ mọc ra màu lồi và tiến sát vào nhau, 2 tế bào sẽ tiếp hợp với nhau và hình thành một hợp tử, sau đó sẽ có quá trình phối chất và phối nhân. Nhân của hợp tử phân chia làm 2 hoặc 4 hoặc 8 nhân mới và mỗi nhân con cùng với một phần nguyên sinh chất tạo thành túi bào tử. Túi bào tử gặp điều kiện thích hợp sẽ phát triển thành một tê bào nấm men mới. 6. Vai trò của nấm men Nấm men phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên, trong đất, trong nước, trong không khí, nhất là trong môi trường có chứa đường, có pH thấp như trong lương thực, thực phẩm, hoa, quả, rau, mật mía, gỉ đường, trong đất ruộng mía, đất vườn câv ăn quả, trong các đất có nhiễm dầu mỏ. Nhiều loại nấm men đã được ứng dụng rộng rãi đê nấu rượu, nấu bia, sản xuất cồn, glyxerin và điều chế một số hoá chất khác. Nấm men sinh sản nhanh chóng, sinh khối của chúng lại giàu protein và chứa nhiều loại vitamin, vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất thức ãn bổ sung cho người và gia súc. Nấm men còn được sử dụng làm nở bột mì, gây hương vị nước chấm, sản xuất một sô dược phẩm. Tuy nhiên bên cạnh những nấm men có ích, cũng còn có một số nấm men gây hại cho người và gia súc hoặc cũng có thể làm hư hỏng lương thực, thực phẩm. V. NẤM M Ố C Nấm mốc hay còn gọi là nấm sợi (molds, moulds) là tên chung đê chỉ tất cả các nhóm nấm không phải là nấm men mà cũng không phải là các nấm lớn có mũ nấm như nấm rơm. Nấm mốc phát triển trên thực phẩm, trên giày dép, trên quần áo, trên dụng cụ, vật liệu, chúng phát triển rất nhanh trên nhiều nguồn cơ chất hữu cơ khi gặp khí hậu nóng ẩm. 1. Hình thái, kích thước nârn mốc (hình 8b, c, d, e) Nấm mốc có cấu tạo hình sợi phân nhánh, những sợi nàv sinh trường ờ đinh và phát triển rất nhanh, tạo thành một đám chằng chịt các sợi, từng sợi được gọi là các khuẩn ti hay sợi nấm (hypha), còn cả đám sợi thì được gọi là khuẩn ti thể hay hệ sợi nấm (mycelium). Nấm mốc có cấu tạo gồm khuán ti và bào tử. 65 / ắi. Khuẩn ti ịhypha) Là những sợi nấm phân nhánh, phát sinh từ bào tử mà ra, chiều ngang của khuẩn ti khoảng từ 3 - 10|am, chúng có hình thái khác nhau như hình lò xo, hình xoắn ốc, hình cái vợt, hình sừng hươu, hình cái lược, hình lá dừa. Một số sợi nấm phát triển sâu vào cơ chất và hấp thu các loại thức ãn chứa trong đó gọi là sợi nấm cơ chất hay sợi nấm dinh dưỡng. Một sô nấm phát triển trên bề mặt cơ chất gọi là sợi nấm khí sinh. Từ sợi nấm khí sinh này sẽ có một số sợi nấm phát triển thành những cơ quan sinh sản đặc biệt mang bào tử. Phần lớn các loài nấm mốc, sợi nấm có vách ngãn, nên cơ thể của chúng có cấu tạo đa bào. Do có vách ngăn nên khuẩn ti không thông nhau và ngắt ra nhiều tế bào riêng biệt, được gọi là đa bào. 1.2. Bào tử (spore) Bào tử là cơ quan sinh sản chủ yếu của nấm mốc. Khi nấm mốc trường thành sẽ xuất hiện các khuẩn ti khí sinh, từ khuẩn ti khí sinh sẽ sinh sản ra các bào tử. 2. Sinh sản của nấm mốc 2.1. Sinh sản vô tính a) Bào tử đ ố t : Từ khuẩn ti sinh sản có sự ngắt đốt, mỗi đốt được coi như một bào tử, rơi vào môi trường sẽ nhanh chóng phát triển thành khuẩn ti mới. b) Bào tử mang dày (chỉamydospore) : Trên các đoạn khuẩn ti sinh sản, xuất hiện những tế bào có hình tròn hoặc gần tròn, có màng dày bao bọc tạo thành bào tử. Bào tử có khả năng đề kháng với điều kiện bất lợi của ngoại cảnh. c) Bào tử nang (sporangiospore) : Đầu một khuẩn ti sinh sản phình to dần hình thành một cái bọc gọi là nang (sporangium). Khi nang vỡ các bào tử được giải phóng ra ngoài. d) Bào tử đính hay bào tử trần (conidium) : Đa số các bào tử đính là bào tử ngoại sinh. Nhiều loại nấm mốc có hình thức sinh sản này, các bào tử được hình thành tuần tự, liên tiếp từ khuẩn ti sinh sản, nghĩa là được sinh ra bên ngoài các tế bào sinh bào tử, một so khác sinh ra bên trong cùa các tế bào sinh bào tử (nội sinh). Các bào từ đính mới sinh ra sẽ đẩy các bào từ đính cũ ra ngoài. Các bào tử đính được sinh ra trên khuẩn ti đặc biệt gọi là cuống bào tử đính (conidiophore). Bào tử đính có hình dạng và màu sắc khác nhau tuỳ theo loài nấm mốc. có thể là hình cầu, hình trứng, hình bầu dục, hình kim có thể không màu. hoặc nhiều roàu khác nhau (nâu, xanh lục, xám, vàng, đen...). Bào tử đính có thể là đơn bào hoặc đa bào. Chúng có thể đứng riêng từng cái hoặc xếp thành từng chuỗi, từng khối. 66 cl) Nấm mốc bậc cao (Pemciluim) e) Nấm mốc bậc cao (Aspergillus) Hình s : Hình thái cùa mót sỏ nấm (Xem liìnli màu traiiíỉ 365) 2.2ể Stn/ỉ sản hữu tính Nấm mốc cũng có quá trình sinh sản hữu tính, bao gồm các hiện tượng chất giao, nhân giao và phân bào giảm nhiễm như ở các sinh vật bậc cao. Căn cứ vào các hình thức sinh sản mà chia ra : 2.2.1. Bào tử noãn (oospore) Các noãn khí được sinh ra trên đỉnh các sợi nấm sinh sản. Khi noãn khí chín có chứa một hay nhiều noãn cầu. Hùng khí (cơ quan giao tử đực) được sinh ra ờ gần noãn khí. Khi tiếp xúc với noãn khí, hùng khí sẽ tạo ra một hoặc vài ống xuyên chứa một nhân và một phần nguyên sinh chất thụ tinh cho một noãn cầu để tạo thành một noãn bào tử. Noãn bào tử được bao bọc bởi một lớp màng dày, sau một thời gian phân chia giảm nhiễm sẽ phát triển thành khuẩn ti mới. 2.2.2. Bào tử tiếp hợp (zygospore) Khi hai khuẩn ti khác giống tiếp giáp với nhau, chúng mọc ra hai mấu lồi gọi là nguyên phối nang (progametangia), các mấu lồi này tiến dần lại gặp nhau, mỗi mấu sẽ xuất hiện một vách ngân phân tách hai phần đầu của hai mấu lồi thành hai tế bào đa nhân. Hai tế bào này sẽ tiếp hợp với nhau và tạo thành một hợp tử đa nhân và có màng dày bao bọc gọi là bào tử tiếp hợp. 2.2.3. Bào tử túi (ascospore) Trên khuẩn ti sinh ra hai cơ quan sinh sản là túi giao tử đực nhỏ hình ống được gọi là hùng khí (antheridium) và túi giao tử cái gọi là thể sinh túi (ascogonium). Thể sinh túi có hình cầu hoặc hình viên trụ, đầu kéo dài ra thành một ống gọi là sợi thụ tinh (trichogyne). Khi hùng khí tiếp xúc với sợi thụ tinh thì khối nguyên sinh chất chứa nhiều nhân của hùng khí sẽ chui qua sợi thụ tinh để đi vào thể sinh túi, sau đó xảy ra quá trình phối hợp với nhau. Các nhân sắp xếp với nhau từng đôi một (một đực, một cái). Trên thể sinh túi sẽ mọc ra nhiều sợi sinh túi, các nhân kép được chuyên vào trong các sợi sinh túi, từng nhân phân chia nhiều lần và xuất hiện vách ngăn làm cho sợi sinh túi bị phân chia thành nhiều tế bào chứa nhân kép. Tế bào ờ cuối sợi uốn cong lại, nhân kép phân chia một lần tạo thành 4 nhân. Sau đó tê bào này tách ra thành 3 tế bào, tế bào giữa chứa 2 nhân, tế bào ngọn và gốc chứa 1 nhân. Tế bào giữa sẽ phát triển thành túi bào tử và 2 tế bào ngọn và gốc sau này cũng có sự tiếp hợp thành một tế bào hai nhân, sau đó phát triển thành một túi mới. 68 2.2.4. Bào tử đảm ịbasidiospore) Là bào tử ngoại sinh, khi 2 khuẩn ti khác tính tiếp giáp với nhau thì trên một khuẩn ti sẽ sinh ra một ống nối sang khuẩn ti kia, nhân và nguyên sinh chất sẽ chui sang khuẩn ti kia để tạo thành khuẩn ti thứ cấp chứa 2 nhân. Bào tử đảm được sinh ra ở đầu những khuẩn ti thứ cấp. Tế bào 2 nhân sẽ phát triển thành đảm, còn hai tế bào kia về sau sẽ tiếp hợp với nhau để tạo thành tế bào hai nhân khác. Khi hình thành đảm, hai nhân của tế bào ở đỉnh sẽ kết hợp với nhau, sau đó phân chia liên tiếp hai lần (lần đầu giảm nhiễm) để tạo thành 4 nhân con. Tế bào phình to ra, phía trên tạo thành 4 cuống nhỏ hay còn gọi là thể bình (Sterigmata). Mỗi nhân con sẽ chui vào trong một cuống nhỏ và phát triển dần thành một bào tử đảm. Đảm có thể sinh ra trực tiếp trên đám khuẩn ti thể hoặc cũng có thể sinh ra trên những cơ quan đặc biệt gọi là quả đảm (basidiocarps). 3. Vai trò của nâm mốc Nấm mốc phân bố rộng rãi trong tự nhiên như đất, nước, không khí, nguyên vật liệu, lương thực, thực phẩm. Nấm mốc góp phần quan trọng trong việc khép kín các vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên, chúng có khả năng phân giải mạnh mẽ các hợp chất hữu cơ phức tạp. Sừ dụng nấm mốc để sản xuất tương, đậu phụ... Sản xuất các chế phẩm enzym như : amilaza, protoeaza... Nhiều loại nấm mốc có khả năng tích luỹ vitamin, các chất sinh trưởng và nhiều loại ancaloit có giá trị chữa bệnh. Nấm mốc có khả nãng tiết chất kháng sinh có giá trị như penixilin, xephalosporum, fuzidin, fumagilin, tripaxidin. Bên cạnh đó, nấm mốc cũng là nguyên nhân gây ra nhiều tổn thất to lớn cho việc bảo vệ mùa màng, lương thực, thực phẩm, hàng hoá, vải vóc, khí tài, dụng cụ quang học, phim ảnh, sách vở. Nhiều loại nấm mốc gây nên những bệnh khá phổ biến và khó điều trị ở người, gia súc, cây trồng. Ví dụ, các bệnh nấm ờ người như hắc lào, nấm vẩy rồng, nấm kẽ chân, nấm phổi, nấm tóc hay gặp ờ nước ta, nấm mào gà. Đặc biệt nhũng loài nấm mốc tiết độc tố gây ngộ độc thức ăn như Aspergilus, gâv tổn thất lớn trong chãn nuôi. 69 4. Phân loại nấm a) Nấm men : Saccaromyces cerevisia ; Sacc. uvarum ; Sacc schiro ; Sacc. vi ni... b) Nấm mốc : Nấm bậc thấp : Mưcor mucedo ; Rhizopus nignicans... Nấm bậc cao : Aspergillus tĩiger ; Pénicillium notatum... VI. TẢO (ALGUE) Tảo là những thực vật bậc thấp, quang tự dưỡng (abtotrophe), sống chù yếu ờ trong nước và những nơi có độ ẩm của nước, có ánh sáng (trên mặt đất, trong đất ở trạng thái ngủ, trên đồi núi, thân cây, tường ẩm, băng tuyết...). 1. Phân loại tảo (hình 9) Về mật phân loại, tuỳ theo cách đặt vấn đề mà sự phân chia có khác nhau : 1.1. Theo bảng phân loại của Liên Xô (cũ) 1978 1.1.1. Cyanophyta - Tảo lam Được phân bô chủ yếu ở vùng nước ngọt, ngoài diệp lục tố a còn chứa sắc tố b, sản phẩm quang hợp là glicogen. Loại tảo này có khả nãng đổng hóa nitơ không khí do cộng sinh với bèo hoa dâu (Anabaena azola). 1.1.2. Chlorophyta - Tảo lục Được phân bô chủ yếu ờ vùng nước ngọt, ngoài diệp lục tố a còn chứa sắc tố a, b, sản phẩm quang hợp là tinh bột. 1.1.3. Xanthophyta - Tảo vàng (còn được gọi là tảo roi lệch) Được phân bố chủ yếu ờ vùng nước lợ, ngoài diệp lục tố a còn chứa sắc tố a,b, sản phẩm quang hợp là leucosin, màng tế bào có chứa pectin. 1.1.4. Bacillariophyta - Tảo cát Được phân bô chủ yếu ở vùng nước mặn, nước lợ ngoài diệp lục tố a còn chứa sắc tố b, sản phấm quang hợp là chất dầu. 1.1.5. Phacophyta - Tảo nâu Được phân bô chủ yếu ờ vùng nước lợ, nước ngọt và một phần ờ nước mặn. ngoài diệp lục tố a còn chứa sắc tố b, sản phẩm quang hợp là chất dầu và mannit. 1.1.6 . Rhodophyta - Tảo đó Được phân bô' chú yếu ớ nước mặn, nước lợ ngoài diệp lục tố a còn chứa sắc tố a,b, sản phẩm quang hợp là tinh bột. 70 cho chúng, do đó để bảo đảm cho hoạt động sống cùa chúng, cần phải cung cấp thèm các yếu tố cần thiết này lấy từ tế bào vật chủ. Do có đời sông kí sinh bắt buộc nên Ricketxi không phát triển được trên các mỏi trường nhân tạo, phải nuôi cấy Ricketxi trên các môi trường tế bào tổ chức sống như phôi gà hay tinh hoàn của chuột lang. Ricketxi giống vi khuẩn vì có thể sinh sản bằng lối phân cắt. Ricketxi đề kháng yếu với nhiệt độ : ờ nhiệt độ 80°c, chết sau 1 phút ; ở 100°c, chết sau 30 giây. Ngược lại ở nhiệt độ lạnh và ờ trạng thái đông khô chúng sống khá lâu. Ricketxi rất mẫn cảm với các chất kháng sinh penixilin, tetraxiclin, cloramphenicol, lincomixin, với môi trường axit, với foocmon và với các chất sát trùng khác. Vật chủ cùa Ricketxi thường là các động vật có chân đốt như ve, bét, bọ, rận.ể. các động vật nhỏ bé này sẽ truyền mầm bệnh qua động vật và người như bệnh sốt phát ban, bệnh sốt Q. Theo hệ thống phân loại của Bergey (1994) thì Ricketxi thuộc bộ Rickettsiales trong bộ này có 3 họ với tất cả 14 chi (tham khảo v s v học cùa Nguyễn Lân Dũng, Nhà xuất bản Giáo dục, 2000). VIII. M Y C O P LA S M A Lần đầu tiên người ta phát hiện thấy Mycoplasma ờ những con bò mắc bệnh viêm phổi (Pleuropneumonia organisme) nên có tên gọi là PPO. Sau đó, người ta lại phân lập được từ người và nhiều loại động vật khác (dê, cừu, chó, chuột), cũng có các dạng hình thái tương tự như loại PPO này. Chúng có đời sống hoại sinh (saprophyte) và tồn tại rộng rãi trong tự nhiên. Các v s v này, chúng được gọi chuns là các v s v giống loại gâv ra bệnh viêm phổi - màng phổi (Pleuropneumonia like organisme) gọi tắt là PPLO. Các loại Mycoplasma gây bệnh cho thực vật được gọi là MLO (Mvcoplasmalike organisms). Mycoplasma là v s v nguyên thuỷ chưa có vách tế bào, cho nên chúng dễ bị biến đổi hình dans : là loại v s v nhỏ nhất trong sinh giới có đời sống dinh dưỡng độc lập. Mycoplasma có hình hạt nhỏ riêng lẻ hay tập trung từng đôi, từng chuỗi ngắn, hình vòng nhẫn, vòng khuyên ; là loại Gram âm nhưng khó bắt màu thuốc nhuộm thông thường, phải dùng phương pháp nhuộm Giemxa mới quan sát được Mycopbasma có kích thước nhỏ bé nên có thể lọt qua ống lọc vi khuẩn, kích thước khoáng 150 - 300nm, thường bé hon vi khuẩn 10 lần. 75 Màng của Mycoplasma chi là lớp màng nguyên sinh chất dày từ 70 - 100A, trong tế bào Mycoplasma có thể thấy các hạt riboxom và thế nhân. Mycoplasma sinh sản theo phương thức cắt đôi, chúng có thê sinh trường độc lập trên các mỏi trường nuôi cấy nhân tạo có nhiều chất dinh dưỡng. Mycoplasma thuộc loại hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc, nhiệt độ tốt nhát là 37 c, độ pH từ 7*0 - 8,0. Mycoplasma có thể phát triển tốt trên phôi gà và trên một sô' mỏi trường nhân tạo như môi trường huyết thanh, môi trường có chứa hemoglubin, xistein. Trên môi trường thạch chúng cũng có thể tạo nên những khuẩn lạc trong, nhỏ bé. khuẩn lạc có cấu tạo hạt, ở giữa có màu vàng nâu, xung quanh trong (như trứng ốp lếp). Khi phát triển trên mỏi trường dịch thể, Mycoplasma làm vẩn đục môi trường và tạo thành những kết tủa. Trong mỏi trường thạch máu, Mycopìusnrà gây bệnh cho người có thế làm dung huyết thạch máu. Mycoplasma bị tiêu diệt ờ nhiệt độ 45 - 55°c trong vòng 15 phút, chúng rất mẫn cảm với sự khô cạn, với tia tử ngoại, với chất sát trùng và bị ức chê bời các chất kháng sinh, nó ngăn cản quá trình sinh tổng hợp protein của Mycoplasma như eritromixin, tetraxiclin, lincomixin, gentamixin, nhưng lại không mẫn cảm với penixilin, xicloserin, xephalosporin, baxitraxin.. Mycoplasma phân bố rộng rãi trong tự nhiên, nhiều loại M ycoplasma có thể gây bệnh cho người và gia súc, gia cầm. Gần đây người ta phát hiện thấy loài Mycoplasma gây bệnh cho cây trồng như lúa, ngô, dâu, khoai tây... Hiện nay đã biết khoảng 80 loài Mycoplasma, theo hệ thống phân loại của Bergey (1994) thì Mycoplasma thuộc bộ M ycoplasmatales có 3 họ là : họ Mưsmatưceaes, họ Acholeplasmataceac, họ Spiropỉasmataceae. Hưóng dẫn ôn tập + Vi khuấn có các dạng hình thái như thê nào ? + Câu trúc, nhiệm vụ, chức năng của vách và của nguyên sinh chất tế bào vi khuẩn. + Cấu tạo, chức nãng của giáp mỏ, cùa lông và cùa pili tế bào vi khuán. + Cấu tạo, vị trí nha bào. Tại sao nha bào có sức đề kháng cao ? + Tại sao gọi xạ khuẩn là dạng trung gian giữa vi khuấn và nấm ? + Khuẩn ti và bào tử cùa xạ khuẩn được hình thành như thế nào ? + Hình thái của nấm men, nấm mốc và vai trò của chúng. + Hình thái, cấu tạo của tế bào tảo và vi khuẩn lam. + Những đặc điểm chính cùa nhóm vi khuấn nguyên thuỷ Ricketxi Mycoplasma 76 Chương 4 SINH LÍ HỌC VI SINH VẬT M ục tiêu + Nắm được các kiểu dinh dưỡng của v s v và cơ chế hoạt động. + Phân biệt được các nhóm v s v theo các nguồn dinh dưỡng khác nhau. + Nắm chắc được các kiểu hô hấp của v s v và cơ chế hoạt động. + Nắm được các quá trình lên men và cơ chế hoạt động của v s v trong lên men. + Hiểu được thuyết sinh trường, phát triển của v s v . Nội dung + Dinh dưỡng của v s v . + Hô hấp của v s v . + Cơ chế vận chuyển thức ãn vào tế bào v s v . + Các quá trình lên men. + Thuvết sinh trường, phát triển của v s v . Tóm tắt nội dung chương 4 Trong hoạt động sống, v s v luôn luôn hấp thụ các chất dinh dưỡng từ môi trường vào cơ thể, đồng thời luôn luôn đào thải các chất không cần thiết ra ngoài môi trường. Công việc này do màng tế bào chất đảm nhận. Nguồn dinh dưỡng của v s v chủ yếu là c, N và các chất dinh dưỡng khoáng chúng thực hiện theo hai kiểu dinh dưỡng đó là dinh dưỡng quang nãng và dinh dưỡng hóa năng. Tuỳ vào các chủng giống v s v khác nhau, mà v s v được chia thành tự dưỡng và dị dưỡng. v s v có hai kiểu hô hấp, đó là hô hấp hảo khí (hiếu khí) và hô hấp yếim khí (kị khí), tuỳ thuộc vào từng chủng giống khác nhau, mà có kiểu hô hấp khác nhau. v s v đóng vai trò quan trọng trong các quá trình lèn men. Trong điểu kiện thiếu oxi, chúng thực hiện kiểu hô hấp yếm khí để chuvến hóa từ glucozơ thành rượu hoặc các axit hữu cơ hay các hợp chất hữu cơ chưa bão hòa, giải phóng CO', và năng lượng. 77 Sinh sản của v s v cực nhanh, được trình bày bởi thuyết sinh trướng, phát triển của v s v . Đồ thị biểu diễn giữa số lượng tế bào v s v theo thời gian được gọi là đường cong sinh trưởng của v s v . Sinh trưởng, phát triển của v s v luôn luôn nằm trong hộ số đúng. IỂ DINH DƯỠNG CỦA VI SINH V Ậ T 1. Nhu cầu thức ăn Các chất dinh dưỡng sau khi vào tế bào sẽ được chế biến lại để tạo thành các chất riêng của cơ thể được gọi là quá trình đồng hoá, quá trình này cần nãng lượng. Ngược lại quá trình đồng hóa là quá trình dị hóa. Các sản phẩm của quá trình dị hoá sẽ được thải ra môi trường xung quanh hoặc được sử dụng lại một phần trong quá trình đồng hóa. Cãn cứ vào nhu cầu của v s v , có thể chia thức ăn cúa v s v làm 3 loại : - Thức ăn nũng lượng : Thức ăn sau khi hấp thụ sẽ cung cấp một sô' nãng lượng cần thiết cho hoạt động sống của v s v . Các loại protein, gluxit, lipit... là thức ăn nãng lượng thường gặp. - Thức ăn kiến tạo : Thức ãn sẽ tham gia xây dựng các cấu trúc cùa cơ thể v s v . Trong thực tế có khi một loại thức ăn có thể vừa là nguồn năng lượng, vừa là nguyên liệu để xây dựng các cấu trúc. - Yếu tố sinh trưởng (thức ăn đặc hiệu) : Là những chất cần thiết đối với hoạt động sống, mà một loài v s v nào đó không tự tổng hợp được. 2ễ Dinh dưỡng cacbon Cãn cứ vào nguồn cacbon, nguồn năng lượng và nguồn chất nhận electron cuối cùng, người ta chia v s v ra thành các kiểu dinh dưỡng sau : a) Căn cứ vào nguồn cacbon : Tự dưỡng cacbon ; DỊ dưỡng cacbon b) Căn cứ nguồn năng lượng : v s v quang năng : v s v hóa nãng. c) Căn cứ nguồn năng lượng và nguồn cacbon : v s v tự dưỡng quang nãns ; v s v dị dưỡng quang năng ;VSV tự dưỡng hóa năng ; v s v dị dưỡng hóa nãng. Cacbon chiếm tỉ lệ > 50% vật chất khỏ của v s v . Cacbon là yếu tố đặc biệt quan trọng trong cấu trúc tất cả các hợp chất có mặt trong tế bào v s v . Hợp chất cacbon là nguồn năng lượng quan trọng trong hoạt động sống. Trong tự nhiên có hai dạng hợp chất cacbon cơ bản là cacbon vò cơ và cacbon hữu cơ. '78 Loại hình v s v khác nhau sử dụng các nguồn cacbon sẽ không giống nhau. Có thể phân loại v s v theo nguồn dinh dưỡng cacbon sau : 2ẵ/ . DỊ dưỡng cacbon v s v dị dưỡng cacbon là những v s v sứ dụng nguồn dinh dưỡng cacbon trong tự nhiên từ các hợp chất hữu cơ. Từ hợp chất hữu cơ này ngoài nguồn cacbon ra v s v còn thu được năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của mình. Sô nãng lượng trong quá trình chuyển hóa và hấp thụ sẽ khác nhau tuỳ loại v s v . Đối với v s v dị dưỡng hảo khí quá trình oxi hóa sinh năng lượng (hô hấp) xảy ra kèm theo việc liên kết hiđro với oxi của không khí. Nguyên liệu xây dựng Sinh khối Các chất dinh dưỡng hữu cơ + H 20 -< Nguyên liệu nãng lượng oxi không khí (C)( H)(0) H ,0 CO, Hình 10 : Sơ đồ di dưỡng cacbon trong điếu kién hảo khí Đối với v s v dị dưỡng yếm khí, thì quá trình oxi hóa sinh năng lượng không kèm theo việc liên kết với oxi cùa không khí. Có thể chia làm hai loại là lên men và hô hấp nitrat hav hô hấp sunfat. Nguyên liệu xây dựng — - - HmGi». Sinh khối Các chất dinh dưỡng hữu co + H iO -<( (H) Nguyên liệu năng lượngCác sản phẩm trao đổi Hình 11 : Sơ đố dị dưỡng cacbon trong điều kiện yếm khí v s v dị dưỡng cacbon có thê chia thành 2 nhóm : - Nhóm Protơĩropli : v s v thuộc nhóm nàv có thể phát triển được trong những môi trường có chứa một nguồn cacbon duy nhất (thường là đường đơn) và các muối khoáng cần thiết (NH*. PCự, so^2, K \ Ca2+, Mg2+, M n2+, Fe2+...). 79 - Nhóm Aưxotroph : Phần lớn các v s v dị dưỡng thuộc nhóm này. Các v s v này phát triển được trong môi trường tổng hợp đơn giản, muốn phát triển tốt chúng còn đòi hỏi phải cung cấp thêm những chất sinh trướng nhất định. 2.2. Tự dưỡng cacbon v s v tự dưỡng cacbon là loại v s v sử dụng nguồn cacbon trong tự nhiên từ hợp chất cacbon vô cơ như C 0 2 hoặc muối cacbonat. v s v có thể sử dụng hai nguồn nãng lượng khác nhau : Sử dụng trực tiếp nãng lượng cùa ánh sáng mặt trời ; sừ dụng năng lượng hóa học nhờ sự 0X1 hóa hợp chất vô cơ. 3Ể Dinh dưỡng quang năng v s v dinh dưỡng quang nãng nhờ có sắc tố quang hợp mà có khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời và chuyển hóa thành năng lượng hóa học (tích luỹ trong ATP). Quá trình tạo thành trong ATP gắn liền với vận chuyến NDA từ dạng oxi hóa sang dạng khử. hv (năng lượng mặt trời) Sắc tố quang hợpA D P + p N A D 0X+ R H 2 Hình 12 : Sơ đố tự dưỡng cacbon ► A T P N A D khừ + R hv : Năng lượng mặt trời ; ADP : Adenozindiphotphat ; ATP : Adenozintriphotphat ; Pvc : Photphat vô cơ ; NAD0X : Nicotinamit adenin dinucleotit oxi hóa ồ NADkhử : Nicotinamit adenin dinucleotit khử. ở cây xanh, sắc tố quang hơp là chlorophin (chlorophylle). RH2 là H-,0 và R là 0 2. ở vi khuẩn quang hợp. RH2 không bao giờ là H20 và R không bao giờ là 0 2. 80 c o(C ,0 ) Cệ ...... --------------► Sinh khỗi H2A(H) A2 Hình 13 ể- Sơ đồ tổng quát tự dưỡng quang năng H2A là chất cung cấp H2 để khử C 0 2 thành họfp chất hữu cơ của tế bào. H2A có thể là chất vô cơ hoặc hữu cơ. v s v sử dụng hai hợp chất này thuộc về hai nhóm khác nhau : a) Nhóm dinh dưỡng quang năng vô cơ (photolitotroph) : Sử dụng chất vô cơ ngoại bào làm nguồn cung cấp electron (H). Ví dụ : vi khuẩn lưu huỳnh màu lục (họ Cholorobiaceae hay Cholorobacteriaceae) : 2C0 2 + H 2S + 2H20 ---- — > - [ C 6H 120 6 ] + H2S04 b) Nhóm dinh dưỡng quang nănẹ hữu cơ (photoorgantroplì) : Dùng chất hữu cơ ngoại bào để làm nguồn cung cấp electron. Trong trườns hợp này H2A là các axit hữu cơ hoặc là rượu... Nhóm này bao gồm một số vi khuẩn trong họ Rhữdosperiỉlaceac hay Arthiorhodaceac, ví dụ Rhodospiriìỉum rubrum (xoắn khuẩn màu hồng hay đò tía) có thể sừ dụng chất hữu cơ làm chất cung cấp hiđro. Loại này khi phát triển cần yếu tố sinh trường. 4. Dinh dưỡng hóa năng v s v dinh dưỡng hóa năng sử dụng nãng lượng chứa trong các hợp chất hóa học. Tùy thuộc vào hợp chất hóa học khác nhau mà người ta chia v s v ra làm 2 nhóm : 4.1. Dinh dưỡng hóa nâng vô cơ Trons trường hợp này chất cho electron là chất vô cơ, còn chất nhận electron là 0X1 hoặc một chất vô cơ khác. 81 Hình 14 : Sơ đố dinh dưỡng hóa năng vô cơ H2M : đại diện của nhiều hợp chất cho electron ; Q : năng lượng. Ví dụ : vi khuẩn Nitrosomanas có thể tiến hành quá trình như sau : 2NH3 + 2O2 ------ > 2 H N 0 2 + 4H + Q C Ơ 2+4H + Q ------- * 4 (C 6H 120 6 )+ H 20 6 Vi khuẩn chuyển hoá s Beggiator có thể tiến hành quá trình như sau : 2H2S + 0 2 ------ > 2H20 + 2S + Q C 02 +4H + Q -------> ì( C 6H120 6)+ H 20 Ò Phương trình tổng quát quá trình dinh dưỡng hoá năng vô cơ có thể trinh bày như sau : Hợp chất vô cơ + 0 2 ------ > Chất oxi hoá + 4H +Q C 02 + 4H + Q ------» - ( C 6H120 6) + H20 0 4.2. Dinh dưỡng hóa năng hữu cơ Trong trường hợp này chất cho điện tử là một hợp chất hữu cơ. Phần lớn các loài v s v có kiểu dinh dưỡng này. Tuỳ theo chất nhận điện tử mà chia thành ba kiểu trao đổi chất khác nhau là lên men, hô hấp hiếu khí, hô hấp kị khí. Chú ỷ về dinh dưỡng cacbon : + Sự phân loại hình dinh dưỡng không phải là tuyệt đối. Giữa loại hình dị dưỡng và tự dưỡng, giữa loại hình quang năng và hóa năng đều có các loại hình trung gian. 82