I. QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP VÀ PHÂN GIẢI CÁC CHẤT Ở VI SINH VẬT

1. Quá trình tổng hợp

Sinh tổng hợp (đồng hóa) là quá trình tế bào sử dụng năng lượng để liên kết các phân tử đơn giản thành các phân tử hữu cơ phức tạp cần thiết. 

a) Tổng hợp carbohydrate

- Nhiều loài VSV có khả năng tổng hợp nên glucose theo nhiều con đường khác nhau: quang hợp ở vi khuẩn lam, các loại tảo; quang khử ở vi khuẩn màu lục và màu tía; hóa tổng hợp ở vi khuẩn sắt, vi khuẩn nitrate.

- Con đường quan trọng và phổ biến nhất là quang hợp.

b) Tổng hợp protein

- Phần lớn vi sinh vật có khả năng tổng hợp được toàn bộ 20 loại amino acid, trong khi còn người không làm được.

- Một số vi sinh vật (vi khuẩn lam, Rhizobium) có thể chuyển hóa N2 của khí quyển thành ammonia (NH3) cung cấp nitrogen cho cả hệ sinh thái.

c) Tổng hợp lipid

Ở vi sinh vật, lipid được tổng hợp từ các acid béo và glycerol. 

d) Tổng hợp nucleic acid

Nucleotide được tổng hợp từ 1 gốc đường 5 cacbon + amino acid + phosphoric acid. Tất cả các phản ứng đều sử dụng ATP.

2. Phân giải các chất

- Các VSV dị dưỡng phân giải các hợp chất hữu cơ do VSV khác cung cấp để lấy làm nguyên liệu cho hoạt động sống của chúng. 

- Trong tế bào vi sinh vật, các chất hữu cơ có thể tiếp tục phân giải.

* Gợi ý trả lời câu hỏi:

Câu 1 (NV1): Quá trình tổng hợp các chất ở VSV: Sinh tổng hợp, còn gọi là quá trình đồng hoá, trong đó tế bào sử dụng năng lượng để liên kết các phân tử đơn giản thành các phân tử hữu cơ phức tạp cần thiết cho tế bào. VSV có khả năng sinh tổng hợp tất cả các chất thiết yếu cho tế bào như carbohydrate, protein, nucleic acid và lipid.

Ví dụ: Vi khuẩn Rhizobium có trong nốt sần của các cây họ Đậu có khả năng chuyển hoá N, trong khí quyển thành ammonia (NH,) cung cấp nguồn nitrogen cho quá trình tổng hợp các amino acid của chúng.

- Quá trình phân giải các chất ở vi sinh vật: Những vi sinh vật dị dưỡng hoại sinh thường tiết các enzyme ra bên ngoài tế bào để phân giải chất hữu cơ thành các chất đơn giản rồi hấp thụ chúng vào trong tế bào. Trong tế bào, các chất hữu cơ đơn giản có thể tiếp tục được phân giải (ví dụ: các monosaccharide tiếp tục được phân giải theo con đường hô hấp hiếu khí, hô hấp kị khí hoặc lên men) để giải phóng năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống.

Ví dụ: Để sản xuất nước tương và nước mắm, con người đã sử dụng các enzyme ngoại bào đo các vi sinh vật sinh ra để phân giải các protein có trong đậu nành và cá.

Câu 2 (NV1) +  Câu 1 (NV2):

- Một số vi sinh vật có khả năng quang hợp sinh oxygen giống như thực vật, ngoài ra một số khác còn có khả năng quang hợp không sinh oxygen, một số lại có hình thức tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ nhờ nguồn năng lượng từ các phản ứng hoá học. Đây là những hình thức tổng hợp các chất chỉ có ở vi sinh vật.

- Khả năng phân giải của VSV đa dạng hơn, đặc biệt nhiều loại vi sinh vật (vi khuẩn, nấm) có thể tiết ra nhiều loại enzyme ngoại bào để phân giải các chất hữu cơ thành chất dinh dưỡng đơn giản ở bên ngoài cơ thể, sau đó mới hấp thụ vào trong tế bào. Đây cũng là khả năng chỉ vi sinh vật mới có.

Câu 2 (NV2): 

- Ứng dụng quá trình phân giải đường đa để tạo ra đường đơn như glucose, acid lactic,...cethanol dùng trong sản xuất bánh kẹo, rượu bia, sữa chua,... hay sản xuất nhiên liệu sạch.

-  Phân giải lipid được ứng dụng trong sản xuất xà phòng và các chất tẩy rửa nhằm đánh tan các vết dầu mỡ khó tẩy rửa.

- Hai quá trình này còn được ứng dụng để phân giải các chất thải hữu cơ trong xử lí ô nhiễm môi trường, ứng dụng để làm sạch da trong ngành thuộc da,...

II. SINH TRƯỞNG CỦA QUẦN THỂ VI KHUẨN

- Là sự tăng lên về mặt số lượng tế bào trong quần thể.

1. Nuôi cấy không liên tục

Môi trường nuôi cấy không liên tục là môi trường không được bổ sung chất dinh dưỡng mới và không được lấy đi các chất thải từ quá trình trao đổi chất. Sinh trưởng của vi khuẩn chia thành 4 pha:

+ Pha  tiềm phát (pha lag)

+ Pha lũy thừa (pha log)

+ Pha cân bằng

+ Pha suy vong

2. Nuôi cấy liên tục

Môi trường nuôi cấy liên tục là môi trường thường xuyên được bổ sung chất dinh dưỡng và loại bỏ các sản phẩm trao đổi chất. Vi khuẩn nuôi để sản xuất sinh khối (enzyme, vitamin …).

* Gợi ý trả lời câu hỏi:

Câu 1.  Môi trường nuôi cấy không liên tục không được bổ sung cơ chất và lấy đi các chất thải thường xuyên (tức là được nuôi cấy trong một hệ thống đóng) nên khi cơ chất hết, chất thải độc hại tích luỹ làm quần thể bị suy vong. Ngược lại, môi trường nuôi cấy liên tục thì chất dinh dưỡng được bổ sung và chất thải được lấy đi thường xuyên, điều này dẫn đến số lượng vi sinh vật sẽ được nhân lên và duy trì ở một mức độ cân bằng sao cho năng suất sản phẩm (các vitamin, enzyme, chất kháng sinh,...) đạt cao nhất, không có pha suy vong như ở nuôi cấy không liên tục.

Câu 2. Dựa vào kiến thức trong SGK, HS có thể trả lời ngay được đó là môi trường nuôi cấy liên tục, vì trong môi trường nuôi cấy liên tục thường xuyên được bổ sung chất dinh dưỡng mới đồng thời không ngừng loại bỏ các chất thải, vi sinh nhật sẽ nhân lên rất nhanh theo hàm mũ. Số lượng vi sinh vật sẽ được duy trì ở một mức độ cân bằng sao cho năng suất sản phẩm đạt cao nhất.

III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT

Trong tự nhiên, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của quần thể sinh vật.

1. Các yếu tố vật lí

+ Nhiệt độ

+ Độ ẩm

+ Độ pH

+ Ánh sáng

+ Áp suất thẩm thấu

2. Các yếu tố hóa học

a) Chất dinh dưỡng

- Vi sinh vật chỉ có thể tồn tại trong môi trường có chất dinh dưỡng (protein, carbohydrate …) và các nhân tố sinh trưởng (amino acid, vitamin hoặc nguyên tố vi lượng).

- Vi sinh vật không tự tổng hợp được các nhân tố sinh trưởng gọi là vi sinh vật khuyết dưỡng, loài có thể tự tổng hợp được gọi là vi sinh vật nguyên dưỡng.

b) Chất ức chế

Một số chất hóa học ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật là:

+ Các hợp chất phenol

+ Các loại cồn

+ Idoine, rượu iodine (2%)

+ Clo

+ Hợp chất kim loại nặng

+ Các aldehyde

+ Các loại khí ethylene oxide

+ Kháng sinh

3. Kháng sinh, ý nghĩa của kháng sinh và tác hại của việc lạm dụng kháng sinh

- Vi sinh vật trong quá trình sinh trưởng có thể tiết ra môi trường chất ức chế phát triển hoặc tiêu diệt vi khuẩn khác, gọi là chất kháng sinh. => Con người đã phát triển và sử dụng rộng rãi các loại thuốc kháng sinh điều trị bệnh gây ra bởi vi khuẩn.

- Lạm dụng thuốc kháng sinh không theo chỉ dẫn của bác sĩ gây hiện tượng kháng thuốc.

- Lạm dụng thuốc kháng sinh trong chăn nuôi cũng tăng nguy cơ xuất hiện vi khuẩn kháng thuốc. 

IV. CÁC HÌNH THỨC SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT

1. Phân đôi

- Là hình thức sinh sản phổ biến nhất, tế bào mẹ phân chia thành 2 tế bào con giống nhau. 

- Có 2 hình thức phân đôi: vô tính (vi khuẩn nhân sơ) và hữu tính (trùng giày).

2. Sinh sản bằng bào tử

- Nấm và vi khuẩn sinh sản bằng bào tử dạng vô tính hoặc hữu tính. 

+ Ngoại bào tử chỉ có màng mỏng giúp sinh sản;

+ Nội bào tử có lớp vỏ dày chứa calcium dipicolinate giúp vi khuẩn tiềm sinh ở điều kiện bất lợi. 

3. Nảy chồi

- Là phương thức sinh sản vô tính đặc trưng của số ít vi khuẩn quang dưỡng (vi khuẩn tía, nấm men …).