Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật

DINH DƯỠNG - CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở VI SINH VẬT

A: TÓM TẮT LÝ THUYẾT:

I. KHÁI NIỆM VI SINH VẬT

- Vi sinh vật là những cơ thể nhỏ bé, chỉ quan sát được dưới kính hiển vi.

* Đặc điểm:

- Cơ thể đơn bào nhân sơ hoặc nhân thực, một số là tập hợp đơn bào.

- Hấp thụ và chuyển hóa chất dinh dưỡng nhanh.

- Sinh trưởng và sinh sản rất nhanh.

- Phân bố rộng.

II. MÔI TRƯỜNG VÀ CÁC KIỂU DINH DƯỠNG

1. Các loại môi trường cơ bản

a. Khái niệm:

- Môi trường là nơi sinh vật sống và sinh sản.

- Gồm có: môi trường tự nhiên và môi trường phòng thí nghiệm.

b. Các loại môi trường:

Trong phòng thí nghiệm, căn cứ vào các chất dinh dưỡng, môi trường nuôi cấy được chia làm 3 loại cơ bản:

- Môi trường dùng chất tự nhiên (gồm các hợp chất tự nhiên)

- Môi trường tổng hợp (gồm các chất có thành phần và số lượng đã biết)

- Môi trường bán tổng hợp (gồm các hợp chất tự nhiên và các hợp chất đã biết thành phần)

Chúng có thể ở dạng đặc hoặc dạng lỏng.

2. Các kiểu dinh dưỡng

a. Khái niệm kiểu dinh dưỡng

Kiểu dinh dưỡng là cách thức vi sinh vật sử dụng nguồn năng lượng và cacbon để tổng hợp các chất sống.

b. Các kiểu dinh dưỡng

Dựa vào nhu cầu của vi sinh vật về nguồn năng lượng và nguồn cacbon, người ta chia các hình thức dinh dưỡng thành 4 kiểu:

- Quang tự dưỡng: vi sinh vật sử dụng nguồn năng lượng là ánh sáng và nguồn cacbon là CO₂.

- Hóa tự dưỡng: vi sinh vật sử dụng nguồn năng lượng là chất vô cơ và nguồn cacbon là CO₂.

- Quang dị dưỡng: vi sinh vật sử dụng nguồn năng lượng là ánh sáng và nguồn cacbon là chất hữu cơ.

- Hóa dị dưỡng: vi sinh vật sử dụng nguồn năng lượng là chất hữu cơ và nguồn cacbon là chất hữu cơ.

→ VSV có kiểu dinh dưỡng tương đối phong phú khác với các sinh vật khác.

II. HÔ HẤP VÀ LÊN MEN

- Khi môi trường có O₂: vi sinh vật tiến hành hô hấp hiếu khí.

- Khi môi trường không có O₂: vi sinh vật tiến hành lên men hoặc hô hấp kị khí.

1. Hô hấp:

a. Hô hấp hiếu khí

- Hô hấp hiếu khí là quá trình ôxi hóa các phân tử hữu cơ mà chất nhận electrôn cuối cùng là ôxi phân tử tạo sản phẩm là 36 (hay 38) ATP, CO₂ và H₂O

C₆H₁₂O₆ + 6CO2₂→ 6CO₂ + 6H₂O + ATP

* Nơi xảy ra:

- Ở sinh vật nhân sơ: diễn ra trên màng sinh chất.

- Ở sinh vật nhân thực: diễn ra ở màng trong ti thể.

Hô hấp không hoàn toàn: Xảy ra khi môi trường thiếu một số nguyên tố vi lượng làm rối loạn trao đổi chất ở giai đoạn kế tiếp với chu trình Crep thu được những sản phẩm ngoài mong đợi…

b. Hô hấp kị khí

Hô hấp kị khí là quá trình phân giải cacbohiđrat để thu năng lượng cho tế bào, chất nhận electrôn cuối cùng là một phân tử vô cơ không phải là ôxi.

VD: Chất nhận electrôn cuối cùng trong hô hấp nitrat là NO₃-

VD: vi khuẩn phản nitrat hóa.

VD: vi khuẩn phản sunphat hóa.

2. Lên men

Lên men là quá trình chuyển hóa kị khí diễn ra trên tế bào chất, chất cho và chất nhận electrôn là những phân tử hữu cơ.

VD: lên men rượu, lên men lactic…

B. BÀI TẬP VẬN DỤNG
Bài 1: Cho các ví dụ về môi trường tự nhiên có vi sinh vật phát triển.
Đáp án:
Trong các môi trường tự nhiên, vi sinh vật có mặt ở khắp nơi, trong các môi trường và điều kiện sinh thái rất đa dạng. Ví dụ, vi khuẩn lên men lactic, lên men êtilic; nấm rượu vang; nấm men cadina albicans gây bệnh ở người.

Bài 2: Nêu những tiêu chí cơ bản để phân thành các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật.
Đáp án:
Dựa vào nhu cầu về nguồn năng lượng và nguồn cacbon của vi sinh vật để phân thành các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật. Ở sinh vật có 4 kiểu dinh dưỡng.
•   Quang tự dưỡng: Nguồn năng lượng là ánh sáng, nguồn dinh dưỡng là CO2, nhóm này gồm vi khuẩn lam, tảo đơn bào, vi khuẩn lưu huỳnh màu tía và màu lục.
•   Quang dị dưỡng: Nguồn năng lượng là ánh sáng, nguồn dinh dưỡng là chất hữu cơ, nhóm này gồm vi khuẩn không chứa lưu huỳnh màu lục và màu tía.
•   Hóa tự dưỡng: Nguồn năng lượng là chất hóa học, nguồn dinh dưỡng là CO2, nhóm này gồm vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn ôxi hóa hiđrô, ôxi hóa lưu huỳnh.
•   Hóa dị dưỡng: Nguồn năng lượng là chất hóa học, nguồn dinh dưỡng là chất hữu cơ, nhóm này gồm nấm, động vật nguyên sinh, phần lớn vi khuẩn không quang hợp.

Bài 3:
Khi có ánh sáng giàu CO2 một loại sinh vật có thể phát triển trên môi trường với thành phần được tính theo đơn vị g/l như sau:
(NH4)3PO4 – 1,5; KH2PO4 – 1,0; MgSO4 – 0.2; CaCl2 – 0,1; NaCl – 5,0.
a) Môi trường trên là loại môi trường gì?
b) Vi sinh vật phát triển trên môi trường này có kiểu dinh dưỡng gì?
c) Nguồn cacbon, nguồn năng lượng và nguồn nitơ của vi sinh vật này là gì?
Đáp án:
a) Môi trường có thành phần tính theo đơn vị g/l là:
(NH4)3PO4 – 1,5; KH2PO4 – 1,0; MgSO4 – 0,2; CaCl2 – 0,1; NaCl – 1,5
Khi có ánh sáng giàu CO2 là môi trường khoáng tối thiểu chỉ thích hợp cho một số vi sinh vật quang hợp.
b) Vi sinh vật này có kiểu dinh dưỡng: quang tự dưỡng vô cơ.
c) Nguồn cacbon là CO2, nguồn năng lượng của vi sinh vật này là ánh sáng, còn nguồn nitơ của nó là phốtphatamôn.

C. BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu 1: Đặc điểm nào sau đây không đúng về cấu tạo của vi sinh vật?
A. Cơ thể nhỏ bé, chỉ nhìn thấy rõ dưới kính hiển vi
B. Tất cả các vi sinh vật đều có nhân sơ
C. Một số vi sinh vật có cơ thể đa bào
D. Đa số vi sinh vật có cơ thể là một tế bào
Câu 2: Môi trường nuôi cấy vi sinh vật mà người nuôi cấy đã biết thành phân hóa học và khối lượng của từng thành phần đó được gọi là
A. Môi trường nhân tạo
B. Môi trường dùng chất tự nhiên
C. Môi trường tổng hợp
D. Môi trường bán tổng hợp
Câu 3: Căn cứ vào nguồn dinh dưỡng là cacbon, người ta chia các vi sinh vật quang dưỡng thành 2 loại là
A. Quang tự dưỡng và quang dị dưỡng
B. Vi sinh vật quang tự dưỡng và vi sinh vật quang dị dưỡng
C. Quang dưỡng và hóa dưỡng
D. Vi sinh vật quang dưỡng và vi sinh vật hóa dương
Câu 4: Trong các nhận định sau, nhận định nào sai?
A. Môi trường gồm cao thịt, nấm men, cơm,… là môi trường bán tổng hợp
B. Môi trường gồm cao thịt, nấm men, bánh mì,… là môi trường tự nhiên
C. Môi trường gồm nước thịt, gan, glucozo là môi trường bán tổng hợp
Câu 5: Căn cứ để phân biệt các kiểu dinh dưỡng ở vi sinh vật gồm
A. Nguồn năng lượng và khí CO2
B. Nguồn cacbon và nguồn năng lượng
C. Ánh sáng và nhiệt độ
D. Ánh sáng và nguồn cacbon
Câu 6: Nấm và động vật nguyên sinh không thể sinh trưởng trong môi trường thiếu
A. Ánh sáng mặt trời
B. Chất hữu cơ
C. Khí CO2
D. Cả A và B
Câu 7: Nguồn năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của vi khuẩn là
A. Ánh sáng
B. Ánh sáng và chất hữu cơ
C. Chất hữu cơ
D. Khí CO2
Câu 8: Nguồn năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tảo lục đơn bào là
A. Khí CO2
B. Chất hữu cơ
C. Ánh sáng
D. Ánh sáng và chất hữu cơ
Câu 9: Vi khuẩn nitrat sinh trưởng được trong môi trường thiếu ánh sáng và có nguồn cacbon chủ yếu là CO2. Như vậy, hình thức dinh dưỡng của chúng là
A. Quang dị dưỡng B. Hóa dị dưỡng
C. Quang tự dưỡng D. Hóa tự dưỡng
Câu 10: Trong các vi sinh vật “vi khuẩn lam, vi khuẩn lưu huỳnh màu tía, vi khuẩn lưu huỳnh màu lục, nấm, tảo lục đơn bào”, loài vi sinh vật có kiểu dinh dưỡng khác với các vi sinh vật còn lại là
A. Nấm
B. Tảo lục đơn bào
C. Vi khuẩn lam
D. Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía
Câu 11: Nhóm vi sinh vật nào sau đây có khả năng sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ từ các hợp chất vô cơ?
A. Vi sinh vật hóa tự dưỡng
B. Vi sinh vật hóa dị dưỡng
C. Vi sinh vật quang tự dưỡng
D. Vi sinh vật hóa dưỡng
Câu 12: Một loại vi sinh vật có thể phát triển trong môi trường có ánh sáng, giàu CO2, giàu một số chất vô cơ khác. Loại sinh vật đó có hình thức dinh dưỡng là
A. Quang tự dưỡng
B. Quang dị dưỡng
C. Hóa dị dưỡng
D. Hóa tự dưỡng
Câu 13: Một số vi sinh vật thực hiện quá trình hô hấp hiếu khí trong điều kiện
A. Có oxi phân tử
B. Có oxi nguyên tử
C. Không có oxi phân tử
D. Có khí CO2
Câu 14: Một số vi sinh vật thực hiện quá trình hô hấp kị khí trong điều kiện
A. Có oxi phân tử
B. Có oxi nguyên tử
C. Không có oxi phân tử
D. Có khí CO2
Câu 15: Kết luận nào sau đây là sai khi nói về hô hấp ở vi sinh vật?
A. Hô hấp hiếu khí là quá trình oxi hóa các phân tử hữu cơ mà chất nhận electron cuối cùng là oxi phân tử
B. Hô hấp hiếu khí là quá trình oxi hóa các phân tử vô cơ mà chất nhận electron cuối cùng là oxi phân tử
C. Hô hấp kị khí là quá trình phân giải cacbohidrat mà chất nhận electron cuối cùng là một phân tử vô cơ không phải là oxi
D. Hô hấp là một hình thức hóa dị dưỡng cacbohidrat
Câu 16: Ý nào sau đây là đúng khi nói về quá trình phân giải 1 phân tử đường glucozo?
A. Sản phẩm cuối cùng là khí O2 và H2O
B. Tế bào vi khuẩn tích lũy được 36 ATP
C. Tế bào vi khuẩn tích lũy được 38 ATP, chiếm 40% năng lượng của phân tử glucozo
D. Sản phẩm cuối cùng là CO2, H2O và 36 ATP
Câu 17: Ý nào sau đây là đúng khi nói về quá trình lên men?
A. Lên men là quá trình chuyển hóa hiếu khí
B. Lên men là quá trình chuyển hóa kị khí
C. Quá trình lên men có chất nhận electron cuối cùng là các phân tử vô cơ
D. Quá trình lên men có chất nhận electron cuối cùng là NO3
Câu 18: Chất nhận electron cuối cùng của quá trình lên men là
A. Oxi phân tử
B. Một chất vô cơ không phải là oxi phân tử
C. Một chất hữu cơ
D. NO3- và SO42-

Đáp án Câu hỏi trắc nghiệm

Câu 1: B. Tất cả các vi sinh vật đều có nhân sơ
Câu 2: C. Môi trường tổng hợp
Câu 3: B. Vi sinh vật quang tự dưỡng và vi sinh vật quang dị dưỡng
Câu 4: A. Môi trường gồm cao thịt, nấm men, cơm,… là môi trường bán tổng hợp
Câu 5: B. Nguồn cacbon và nguồn năng lượng
Câu 6: B. Chất hữu cơ
Câu 7: A. Ánh sáng
Câu 8: C. Ánh sáng
Câu 9: D. Hóa tự dưỡng
Câu 10: A. Nấm
Câu 11: D. Vi sinh vật hóa dưỡng
Câu 12: A. Quang tự dưỡng
Câu 13: A. Có oxi phân tử
Câu 14: C. Không có oxi phân tử
Câu 15: B. Hô hấp hiếu khí là quá trình oxi hóa các phân tử vô cơ mà chất nhận electron cuối cùng là oxi phân tử
Câu 16: C. Tế bào vi khuẩn tích lũy được 38 ATP, chiếm 40% năng lượng của phân tử glucozo
Câu 17: B. Lên men là quá trình chuyển hóa kị khí
Câu 18: C. Một chất hữu cơ