Bài 25: SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT

Bài 25: SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT

I. KHÁI NIỆM VỀ SINH TRƯỞNG

1. Khái niệm sinh trưởng của quần thể vi sinh vật:

Sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật được hiểu là sự tăng số lượng tế bào của quần thể.

2. Thời gian thế hệ (g)

Thời gian từ khi sinh ra một tế bào cho đến khi tế bào đó phân chia hoặc số tế bào trong quần thể tăng gấp đôi gọi là thời gian thế hệ (kí hiệu là g).

Công thức tính thời gian thế hệ: g = t/n

với: t: thời gian

n: số lần phân chia trong thời gian t

Ví dụ : E.coli trong điều kiện nuôi cấy thích hợp cứ 20 phút tế bào lại phân đôi một lần.

3. Công thức tính số lượng tế bào

Sau n lần phân chia từ N₀ tế bào ban đầu trong thời gian t:

N_t = N₀ x 2ⁿ

Với:

N_t: số tế bào sau n lần phân chia trong thời gian t

N₀: số tế bào ban đầu

n: số lần phân chia

II. SINH TRƯỞNG CỦA QUẦN THỂ VI SINH VẬT

Nuôi cấy không liên tục

Môi trường nuôi cấy không được bổ sung chất dinh dưỡng mới và không được lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất được gọi là môi trường nuôi cấy không liên tục.
Số tế bào trong bình sau n lần phân chia từ N₀ tế bào ban đầu trong thời gian t là :

N_t = N₀ X 2ⁿ.

Quần thể vi khuẩn trong nuôi cấy không liên tục sinh trưởng theo một đường cong gồm 4 pha:

+pha tiềm phát

+ pha cấp số

+ pha cân bằng

+ pha suy vong.

µ là tốc độ sinh trưởng riêng của VSV, chỉ số lần phân chia trong một đơn vị thời gian.

- Pha tiềm phát (pha lag): tính từ khi vi sinh vật được cấy vào bình cho đến khi chúng bắt đầu sinh trưởng. Đây là giai đoạn thích nghi của VSV, chúng tiến hành tổng hợp mạnh ADN và các enzyme chuẩn bị cho sự phân bào.

- Pha lũy thừa (pha log-pha cấp số): vi sinh vật phân chia mạnh mẽ, số lượng tế bào tăng theo lũy thừa và đạt đến cực đai. Thời gian thế hệ đạt tới hằng số, quá trình trao đổi chất diễn ra mạnh mẽ nhất.

- Pha cân bằng: tốc độ sinh trưởng và trao đổi chất của vi sinh vật giảm dần. Do chất dinh dưỡng bắt đầu cạn kiệt, chất độc hại tăng trong môi trường nuôi cấy, số lượng tế bào đạt cực đại và không đổi theo thời gian.

- Pha suy vong: số lượng tế bào trong quần thể giảm do bị phân huỷ ngày càng nhiều, chất dinh dưỡng cạn kiệt, chất độc hại tăng

Ý nghĩa: nghiên cứu sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật,

Một số hạn chế của nuôi cấy không liên tục:

+ Chất dinh dưỡng cạn dần

+ Các chất độc hại tích lũy ngày càng nhiều

→ Ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật

2. Nuôi cấy liên tục:

Trong nuôi cấy không liên tục, chất dinh dưỡng cạn dần, các chất qua chuyển hóa tích lũy ngày càng nhiều đã ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật.

Để tránh hiện tượng suy vong của quần thể vi sinh vật, người ta luôn đổi mới môi trường nuôi cấy bằng cách bổ sung liên tục các chất dinh dưỡng vào và đồng thời lấy ra một lượng dịch nuôi cấy tương đương, đó là nguyên tắc của phương pháp nuôi cấy liên tục.

Người ta sử dụng phương pháp nuôi cấy liên tục trong sản xuất sinh khối để thu nhận prôtêin đơn bào, các hợp chất có hoạt tính sinh học như các axit amin, enzim, các kháng sinh, các hoocmôn ...

BÀI TẬP
Sau thời gian của một thế hệ, số tế bào tế bào như thế nào?

- Nếu số lượng tế bào ban đầu N_o không phải là 1 tế bào mà là 10⁵ tế bào thì sau 2 giờ số lượng tế bào trong bình (N) là bao nhiêu?

Trả lời:

- Sau 1 thế hệ, số tế bào trong quần thể tăng gấp đôi

- Ta có thời gian thế hệ là g = 20’; t= 2h = 120’

Vậy số lần phân chia là: lần

Số tế bào trong bình sau 2h là: = 10⁵ × 2⁶ tế bào.

Hãy tính số lần phân chia của E.coli trong 1 giờ?

Trả lời:

Số lần phân chia của E.coli trong 1 giờ là:

n = t/g = 60/20 = 3 lần

Để thu được số lượng vi sinh vật tối đa thì nên dừng ở pha nào?

Trả lời:

Ta nên dừng ở pha cân bằng vì số lượng vi sinh vật đạt cực đại và không đổi theo thời gian.

Để không xảy ra pha suy vong của quần thể vi khuẩn thì phải làm gì?

Trả lời:

Để không xảy ra pha suy vong, người ta cần bổ sung liên tục chất dinh dưỡng vào và đồng thời lấy ra 1 lượng dịch nuôi cấy tương đương.

Hãy nêu đặc điểm 4 pha sinh trưởng của quần thể vi khuẩn.

Trả lời:

Đặc điểm 4 pha sinh trưởng của quần thể vi khuẩn:

- Pha tiềm phát (pha lag): Vi khuẩn thích nghi với môi trường, số lượng tế bào trong quần thể chưa tăng, enzim cảm ứng được hình thành để phân giải cơ chất.

- Pha lũy thừa (pha log): Vi khuẩn sinh trưởng với tốc độ rất lớn, số lượng tế bào trong quần thể tăng rất nhanh.

- Pha cân bằng: Số lượng vi khuẩn trong quần thể đạt đến cực đại và không đổi theo thời gian.

- Pha suy vong: Số tế bào sống trong quần thể giảm dần do tế bào trong quần thể bị phân hủy ngày càng nhiều, chất dinh dưỡng cạn kiệt, chất độc hại tích lũy quá nhiều.

Vì sao quá trình sinh trưởng của vi sinh vật trong nuôi cấy không liên tục có pha tiềm phát, còn trong nuôi cấy liên tục thì không có pha này?

Trả lời:

Khi nuôi cấy không liên tục vi khuẩn cần thời gian để làm quen với môi trường (các hợp chất của môi trường cảm ứng để hình thành các enzim tương ứng), còn trong nuôi cấy liên tục thi môi trường ổn định vi khuẩn đã có enzim cảm ứng nên không cần thiết phải có pha tiềm phát.

Vì sao trong nuôi cấy không liên tục, vi sinh vật tự phân hủy ở pha suy vong, còn trong nuôi cấy liên tục hiện tượng này không xảy ra?

Trả lời:

- Trong nuôi cấy không liên tục các chất dinh dưỡng dần cạn kiệt, các chất độc hại qua trao đổi tích lũy ngày càng nhiều. Do đó, tính thẩm thấu của màng bị thay đổi, làm cho vi khuẩn bị thủy phân.

- Còn trong nuôi cấy liên tục các chất dinh dưỡng và các chất trao đổi luôn ở trong trạng thái tương đối ổn định nên không có hiện tượng tự thủy phân của vi khuẩn.

Hãy nêu đặc điểm 4 pha sinh trưởng của quần thể vi khuẩn.

Trả lời:

Đặc điểm 4 pha sinh trưởng của quần thể vi khuẩn:

Pha tiềm phát (pha lag): Vi khuẩn thích nghi với môi trường, số lượng tế bào trong quần thể chưa tăng, enzim cảm ứng được hình thành để phân giải cơ chất.
Pha lũy thừa (pha log): Vi khuẩn sinh trưởng với tốc độ rất lớn, số lượng tế bào trong quần thể tăng rất nhanh.
Pha cân bằng: Số lượng vi khuẩn trong quần thể đạt đến cực đại và không đổi theo thời gian.
Pha suy vong: Số tế bào sống trong quần thể giảm dần do tế bào trong quần thể bị phân hủy ngày càng nhiều, chất dinh dưỡng cạn kiệt, chất độc hại tích lũy quá nhiều.

Vì sao quá trình sinh trưởng của vi sinh vật trong nuôi cấy không liên tục có pha tiềm phát, còn trong nuôi cấy liên tục thì không có pha này?

Trả lời:

Khi nuôi cấy không liên tục vi khuẩn cần thời gian để làm quen với môi trường (các hợp chất của môi trường cảm ứng để hình thành các enzim tương ứng), còn trong nuôi cấy liên tục thì môi trường ổn định, vi khuẩn đã có enzim cảm ứng nên không cần thiết phải có pha tiềm phát.

Vì sao trong nuôi cấy không liên tục, vi sinh vật tự phân hủy ở pha suy vong, còn trong nuôi cấy liên tục hiện tượng này không xảy ra?

Trả lời:

Trong nuôi cấy không liên tục các chất dinh dưỡng dần cạn kiệt, các chất độc hại qua trao đổi tích lũy ngày càng nhiều. Do đó, tính thẩm thấu của màng bị thay đổi, làm cho vi khuẩn bị thủy phân. Còn trong nuôi cấy liên tục các chất dinh dưỡng và các chất trao đổi luôn ở trong trạng thái tương đối ổn định nên không có hiện tượng tự thủy phân của vi khuẩn.

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM:

Câu 1: Nói đến sự sinh trưởng của vi sinh vật là nói đến sự sinh trưởng của

A. Từng vi sinh vật cụ thể
B. Quần thể vi sinh vật
C. Tùy từng trường hợp, có thể là nói đến sự sinh trưởng của từng vi sinh vật cụ thể hoặc cả quần thể vi sinh vật
D. Tất cả các quần thể vi sinh vật trong một môi trường nào đó

Câu 2: Sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật được đánh giá thông qua

A. Sự tăng lên về số lượng tế bào của quần thể
B. Sự tăng lên về kích thước của từng tế bào trong quần thể
C. Sự tăng lên về khối lượng của từng tế bào trong quần thể
D. Sự tăng lên về cả kích thước và khối lượng của từng tế bào trong quần thể

Câu 3: Thời gian thế hệ là khoảng thời gian được tính từ

A. Khi một tế bào được sinh ra cho đến khi số lượng các tế bào trong quần thể sinh vật tăng lên gấp đôi
B. Khi một tế bào được sinh ra cho đến khi tế bào đó chết đi
C. Khi một tế bào được sinh ra cho đến khi tế bào đó tạo ra 2 tế bào
D. Cả A và C

Câu 4: Vi khuẩn E. coli trong điều kiện nuôi cấy thích hợp cứ 20 phút lại phân đôi một lần. Số tế bào của quần thể vi khuẩn E.coli có được sau 10 lần phân chia từ một tế bào vi khuẩn ban đầu là

A. 1024 B. 1240 C. 1420 D. 200

Câu 5: Môi trường nuôi cấy không liên tục là

A. Môi trường nuôi cấy được bổ sung chất dinh dưỡng mới, và được lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất
B. Môi trường nuôi cấy không được bổ sung chất dinh dưỡng mới, nhưng được lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất
C. Môi trường nuôi cấy không được bổ sung chất dinh dưỡng mới, cũng không được lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất
D. Môi trường nuôi cấy liên tục được bổ sung chất dinh dưỡng mới, và liên tục được lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất

Câu 6: Có một pha trong quá trình nuôi cấy không liên tục mà ở đó, số lượng vi khuẩn tăng lên rất nhanh. Pha đó là

A. Pha tiềm phát
B. Pha lũy thừa
C. Pha cân bằng
D. Pha suy vong

Câu 7: Có một pha trong quá trình nuôi cấy không liên tục mà ở đó, số lượng vi khuẩn đạt mức cực đại và không đồi, số lượng tế bào sinh ra bằng số lượng tế bào chết đi. Pha đó là

A. Pha tiềm phát
B. Pha lũy thừa
C. Pha cân bằng
D. Pha suy vong

Câu 8: Với trường hợp nuôi cấy không liên tục, để thu được lượng sinh khối vi sinh vật tối đa nên tiến hành thu hoạch vào cuối của

A. Pha tiềm phát
B. Pha lũy thừa
C. Pha cân bằng
D. Pha suy vong

Câu 9: Trong nuôi cấy không liên tục, ở pha suy vong số lượng cá thể giảm dần vì

A. Chất dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy bị cạn kiệt
B. Chất độc hại đối với vi sinh vật được tích lũy quá nhiều
C. Vi sinh vật trong quần thể bị phân hủy ngày càng nhiều
D. Cả A, B và C

Câu 10: Điều nào sau đây là đúng với trường hợp nuôi cấy liên tục?

A. Thành phần của môi trường nuôi cấy luôn ổn định do luôn được bổ sung chất dinh dưỡng mới và lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất
B. Thành phần của môi trường nuôi cấy luôn ổn định do quần thể vi sinh vật sinh trưởng liên tục
C. Thành phần của môi trường nuôi cấy luôn ổn định do mật độ vi sinh vật tương đối ổn định
D. Cả B và C

Câu 11: Hình thức nuôi cấy không liên tục không có đặc điểm nào sau đây?

A. Đường cong sinh trưởng của quần thể vi khuẩn gồm có 4 pha
B. Quần thể vi khuẩn không được bổ sung thêm chất dinh dưỡng mới
C. Quá trình sinh trưởng của quần thể vi khuẩn chỉ trải qua 2 pha đó là pha cân bằng và pha suy vong
D. Trong nuôi cấy không liên tục không có sự đổi mới môi trường nuôi cấy

Câu 12: Trong nuôi cấy không liên tục, số lượng vi sinh vật ở pha tiềm phát

A. Chưa tăng
B. Đạt mức cực đại
C. Đang giảm
D. Tăng lên rất nhanh

Câu 13: Phương pháp nuôi cấy liên tục có mục tiêu

A. Tránh cho quần thể vi sinh vật bị suy vong
B. Kìm hãm sự sinh trưởng của vi sinh vật
C. Rút ngắn thời gian thế hệ của quần thể vi sinh vật
D. Làm cho chất độc hại trong môi trường nằm trong một giới hạn thích hợp

ĐÁP ÁN:

Câu 1: B. Quần thể vi sinh vật

Câu 2: A. Sự tăng lên về số lượng tế bào của quần thể

Câu 3: A. Khi một tế bào được sinh ra cho đến khi số lượng các tế bào trong quần thể sinh vật tăng lên gấp đôi

Câu 4: A. 1024

Câu 5: C. Môi trường nuôi cấy không được bổ sung chất dinh dưỡng mới, cũng không được lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất

Câu 6: B. Pha lũy thừa

Câu 7: C. Pha cân bằng

Câu 8: B. Pha lũy thừa

Câu 9: D. Cả A, B và C

Câu 10: A. Thành phần của môi trường nuôi cấy luôn ổn định do luôn được bổ sung chất dinh dưỡng mới và lấy đi các sản phẩm chuyển hóa vật chất

Câu 11: C. Quá trình sinh trưởng của quần thể vi khuẩn chỉ trải qua 2 pha đó là pha cân bằng và pha suy vong