Bài 21. Trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật
Tóm tắt Lý thuyết Trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật
<div id="11">
<h2>I. Quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật</h2>
</div>
<p><strong>1. Quá trình tổng hợp là gì?</strong></p>
<p><strong>Sinh tổng hợp </strong>hay <strong>quá trình đồng hóa</strong>, 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. Vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp tất cả các chất thiết yếu cho tế bào như carbohydrate, protein, nucleic acid và lipid.</p>
<p><strong>a) Tổng hợp carbohydrate</strong></p>
<p>- Nhiều loài vi sinh vật có khả năng tổng hợp nên một loại đường đơn quan trọng là glucose theo nhiều con đường khác nhau như quang hợp ở vi khuẩn lam và các loài tảo, quang khử ở vi khuẩn màu lục và màu tía hay hoá tổng hợp ở vi khuẩn sắt, vi khuẩn nitrate, trong đó con đường quang hợp là phổ biến và quan trọng nhất.</p>
<p>- Từ glucose, các vi sinh vật tổng hợp nên các đường đa làm nguyên liệu xây dựng tế bào và dự trữ năng lượng (H 21.1).</p>
<p><img class="wscnph" style="max-width: 100%;" src="https://static.colearn.vn:8413/v1.0/upload/library/12122022/hinh-211-trand-123-sdk-sinh-hoc-10-kntt-5paALl.jpg" /></p>
<p><strong>b) Tổng hợp protein</strong></p>
<p>- Protein được tổng hợp từ các đơn phân là các amino acid. Phần lớn vi sinh vật có khả năng tự tổng hợp được toàn bộ 20 amino acid cần thiết cho sự phát triển, trong khi con người chỉ có thể tổng hợp được 11 amino acid. Tất cả các amino acid đều được tổng hợp từ những sản phẩm của quá trình phân giải đường và nguồn nitrogen lấy từ môi trường.</p>
<p>- Một số vi sinh vật (vi khuẩn lam, vi khuẩn Rhizobium) 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 này được gọi là quá trình cố định nitrogen (H 21.2)</p>
<p><img class="wscnph" style="max-width: 100%;" src="https://static.colearn.vn:8413/v1.0/upload/library/12122022/hinh-212-trand-123-sdk-sinh-hoc-10-kntt-XcUv21.jpg" /></p>
<p><strong>c) Tổng hợp lipid</strong></p>
<p>Lipid là thành phần chính của màng tế bào và màng ngoài của vi khuẩn Gram âm; lipid cũng có thể là nguồn dự trữ năng lượng và carbon. Ở vi sinh vật, lipid được tổng hợp từ các acid béo và glycerol.</p>
<p><strong>d) Tổng hợp nucleic acid</strong></p>
<p>Nucleotide được tổng hợp từ một gốc đường 5 carbon và các amino acid glutamine, glycine, aspartate và phosphoric acid. Các phản ứng đều sử dụng năng lượng từ ATP. Nucleic acid được tổng hợp từ các đơn phân là nucleotide qua một quá trình phức tạp.</p>
<blockquote>
<p><strong>Kết luận: Vi sinh vật có khả năng tự tổng hợp các đại phân tử hữu cơ cần thiết cho cơ thể như các đường đa, protein, nucleic acid và lipid từ các chất đơn giản hấp thụ từ môi trường.</strong></p>
</blockquote>
<p><strong>2. Phân giải các chất</strong></p>
<p>Các vi sinh vật dị dưỡng phân giải các hợp chất hữu cơ do sinh vật khác cung cấp để lấy nguồn nguyên liệu cung cấp cho các hoạt động sống. 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 vi sinh vật, các chất hữu cơ đơn giản có thể tiếp tục được phân giải (ví dụ: Các đường đơn tiếp tục được phân giải theo con đường hô hấp hiếu khí, hô hấp kị khí hoặc lên men) để tạo ra năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào (H 21.3).</p>
<p><img class="wscnph" style="max-width: 100%;" src="https://static.colearn.vn:8413/v1.0/upload/library/12122022/hinh-213-trand-124-sdk-sinh-hoc-10-kntt-AmfJiq.jpg" /></p>
<blockquote>
<p><strong>Kết luận: Các vi sinh vật tiết enzyme phân giải các chất hữu cơ phức tạp trong môi trường thành các chất đơn giản rồi hấp thụ vào tế bào, một phần các chất này tiếp tục được phân giải theo kiểu hộ hấp hay lên men.</strong></p>
</blockquote>
<div id="12">
<h2>II. Sinh trưởng của quần thể vi khuẩn</h2>
</div>
<p>Thời gian thế hệ (kí hiệu là g) là thời gian tính từ khi một tế bào sinh ra đến khi tế bào đó phân chia, hay cũng là thời gian cần có để số tế bào trong quần thể tăng gấp đôi. Trong điều kiện lí tưởng (mọi yếu tố trong môi trường đều là tối ưu đối với sự phát triển của vi sinh vật), thời gian thế hệ của quần thể là một hàng số. Thời gian thế hệ khác nhau ở mỗi loài vi sinh vật.</p>
<p>Ví dụ: Vi khuẩn E. coli ở điều kiện tối ưu, cứ 20 phút phân chia một lần (g = 20), ở vi khuẩn lao là 12 giờ.</p>
<p>Trong điều kiện lí tưởng, sau n lần phân chia từ Ng tế bào ban đầu, trong thời gian t, số tế bào tạo thành Nụ là:</p>
<p><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mi mathvariant="normal">N</mi><mi mathvariant="normal">t</mi></msub><mo> </mo><mo>=</mo><mo> </mo><msub><mi mathvariant="normal">N</mi><mi mathvariant="normal">o</mi></msub><mo> </mo><mi mathvariant="normal">x</mi><mo> </mo><msup><mn>2</mn><mrow><mi mathvariant="normal">t</mi><mo>/</mo><mi mathvariant="normal">g</mi></mrow></msup><mo> </mo><mo>=</mo><mo> </mo><msub><mi mathvariant="normal">N</mi><mi mathvariant="normal">o</mi></msub><mo> </mo><mi mathvariant="normal">x</mi><mo> </mo><msup><mn>2</mn><mi mathvariant="normal">n</mi></msup></math></p>
<p>Số lượng tế bào trong quần thể thay đổi theo thời gian và còn tuỳ thuộc vào hình thức nuôi cấy vi sinh vật.</p>
<blockquote>
<p><strong>Kết luận: Sinh trưởng của quần thể vi khuẩn chỉ sự tăng lên về mặt số lượng tế bào trong quần thể.</strong></p>
</blockquote>
<p><strong>1. Nuôi cấy không liên tục</strong></p>
<p>Trong môi trường nuôi cấy không liên tục – môi trường không được bổ sung chất dinh dưỡng mới và không được lấy đi các sản phẩm trao đổi chất, sự sinh trưởng của vi khuẩn bao gồm bốn pha cơ bản: pha tiềm phát, pha luỹ thừa, pha cân bằng và pha suy vong (H 21.4).</p>
<p><img class="wscnph" style="max-width: 100%;" src="https://static.colearn.vn:8413/v1.0/upload/library/12122022/hinh-214-trand-125-sdk-sinh-hoc-10-kntt-m4Agp2.jpg" /></p>
<p><strong>- Pha tiềm phát (pha lag): </strong>Tính từ khi vi khuẩn được nuôi cấy cho đến khi chúng bắt đầu sinh trưởng (phân chia). Ở pha này, vi khuẩn dẫn thích nghi với môi trường, tổng hợp vật chất chuẩn bị cho sự phân chia.</p>
<p><strong>- Pha luỹ thừa (phalog): </strong>Vi sinh vật phân chia mạnh mẽ theo tiềm năng, số lượng tế bào tăng theo luỹ thừa và đạt đến cực đại ở cuối pha.</p>
<p><strong>- Pha cân bằng: </strong>Dinh dưỡng trong môi trường giảm, chất độc hại tăng. Tốc độ sinh trưởng và trao đổi chất của vi sinh vật giảm dần. Lượng tế bào sinh ra bằng lượng tế bào chết đi.</p>
<p><strong>- Pha suy vong: </strong>Số lượng tế bào trong quần thể ngày càng giảm do chất dinh dưỡng cạn kiệt, chất độc hại tích huy ngày càng nhiều thế ngày càng giảm</p>
<blockquote>
<p><strong>Kết luận: Trong môi trường nuôi cấy không liên tục, quần thể vi khuẩn sinh trưởng theo bốn pha cơ bản: pha tiềm phát, pha luỹ thừa, pha cân bằng và pha suy vong</strong></p>
</blockquote>
<p><strong>2. Nuôi cấy liên tục</strong></p>
<p>Trong mô hình nuôi cấy lớn, thường xuyên được bổ sung chất dinh dưỡng và loại bỏ các sản phẩm trao đổi chất, môi trường nuôi cấy như vậy được gọi là môi trường nuôi cấy liên tục. Vi sinh vật nuôi trong các bình/bể lên men để sản xuất sinh khối nhằm tách chiết các sản phẩm sinh học có giá trị như các vitamin, enzyme, chất kháng sinh... là một ví dụ của nuôi cấy liên tục. Số lượng vi sinh vật sẽ được duy trì ở một mức độ cân bằng sao cho năng suất sản phẩm đạt cao nhất.</p>
<blockquote>
<p><strong>Kết luận: Trong môi trường nuôi cấy liên tục, mật độ vi khuẩn trong quần thể được giữ ở mức tối ưu để cho năng suất sản phẩm cao nhất</strong></p>
</blockquote>
<div id="13">
<h3>III. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của quần thể vi sinh vật</h3>
</div>
<p>Trong tự nhiên, có nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật. Có những yếu tố làm tăng tốc độ sinh trưởng nhưng cũng có những yếu tố làm hạn chế, thậm chí tiêu diệt các loài vi sinh vật.</p>
<p><strong>1. Các yếu tố vật lí</strong></p>
<p>Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố vật lí như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm,... (Bảng 21.1).</p>
<p><img class="wscnph" style="max-width: 100%;" src="https://static.colearn.vn:8413/v1.0/upload/library/12122022/band-211-trand-126-sdk-sinh-hoc-10-kntt-KISmTe.jpg" /></p>
<div><strong>2. Các yếu tố hóa học</strong>
<p><strong>a) Chất dinh dưỡng</strong></p>
<p>Các loài vi sinh vật chỉ có thể tồn tại và sinh sản trong môi trường có các chất dinh dưỡng như protein, carbohydrate, lipid, ion khoảng,... Một số vi sinh vật chỉ sinh trưởng được khi có mặt các nhân tố sinh trưởng trong môi trường. Nhân tố sinh trưởng là những chất cần cho sự sinh trưởng của chúng nhưng với hàm lượng rất ít, có thể là một số loại amino acid, vitamin,... hay một số nguyên tố vi lượng như Mn, Zn, Mo....</p>
<p>Vi sinh vật không tự tổng hợp các nhân tố sinh trưởng được gọi là vi sinh vật khuyết dưỡng, vi sinh vật tự tổng hợp được các nhân tố sinh trưởng gọi là vi sinh vật nguyên dưỡng.</p>
<p><strong>b) Chất ức chế</strong></p>
<p>Một số chất hoá học có khả năng ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật theo các cơ chế khác nhau (Bảng 21.2).</p>
<p>Bảng 21.2. Một số chất hóa học gây ức chế quá trình sinh trưởng của vi sinh vật:</p>
<table style="border-collapse: collapse; width: 100.014%;" border="1">
<tbody>
<tr>
<td style="width: 28.0315%;"><strong>Chất hóa học</strong></td>
<td style="width: 38.6878%;"><strong>Ảnh hưởng</strong></td>
<td style="width: 33.2802%;"><strong>Ứng dụng</strong></td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 28.0315%;"><strong>Các hợp chất phenol</strong></td>
<td style="width: 38.6878%;">Biến tính protein, màng tế bào</td>
<td style="width: 33.2802%;">Khử trùng phòng thí nghiệm, bệnh viện</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 28.0315%;"><strong>Các loại cồn (ethanol, izopropanol 70% đến 80%)</strong></td>
<td style="width: 38.6878%;">Làm biến tính protein, ngăn các chất qua màng tế bào</td>
<td style="width: 33.2802%;">Diệt khuẩn trên da, tẩy trùng trong bệnh viện</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 28.0315%;"><strong>Iodine, rượu iodine (2%)</strong></td>
<td style="width: 38.6878%;">Oxy hóa các thành phần tế bào</td>
<td style="width: 33.2802%;">Diệt khuẩn trên da, tẩy trùng trong bệnh viện</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 28.0315%;"><strong>Clo (cloramin, natri hypoclorid)</strong></td>
<td style="width: 38.6878%;">Oxy hóa mạnh các thành phần tế bào</td>
<td style="width: 33.2802%;">Thanh trùng nước máy, nước bể bơi, công nghiệp thực phẩm</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 28.0315%;"><strong>Hợp chất kim loại nặng (Ag, Hg…)</strong></td>
<td style="width: 38.6878%;">Làm bất họat các protein</td>
<td style="width: 33.2802%;">Diệt bào tử đang nảy mầm</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 28.0315%;"><strong>Các aldehyde (formaldehyde 2%)</strong></td>
<td style="width: 38.6878%;">Làm bất họat các protein</td>
<td style="width: 33.2802%;">Sử dụng để thanh trùng nhiều đối tượng</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 28.0315%;"><strong>Các loại khí ethylene oxide (từ 10% đến 20%)</strong></td>
<td style="width: 38.6878%;">Oxy hóa các thành phần tế bào</td>
<td style="width: 33.2802%;">Khử trùng các dụng cụ nhựa, kim loại</td>
</tr>
<tr>
<td style="width: 28.0315%;"><strong>Kháng sinh</strong></td>
<td style="width: 38.6878%;">Diệt khuẩn có tính chọn lọc</td>
<td style="width: 33.2802%;">Dùng chữa các bệnh nhiễm khuẩn trong y tế, thú y,…</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<div>
<p><strong>3. Kháng sinh, ý nghĩa của kháng sinh và tác hại của việc lạm dụng kháng sinh</strong></p>
<p>Trong quá trình sinh trưởng, vi sinh vật có thể tiết ra môi trường những chất có tác dụng ức chế sự phát triển hoặc tiêu diệt vi khuẩn khác, được gọi là chất kháng sinh. Ngày nay, kháng sinh không chỉ được chiết xuất từ các vi sinh vật mà còn được tổng hợp nhân tạo. Kháng sinh ức chế và tiêu diệt vi khuẩn theo nhiều cơ chế khác nhau như ức chế tổng hợp thành tế bào, protein hay nucleic acid... của vi khuẩn. Dựa vào đặc điểm này, con người đã phát triển và sử dụng rộng rãi các loại thuốc kháng sinh để điều trị các bệnh gây ra bởi vi khuẩn, giúp cứu sống nhiều người và thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển.</p>
<blockquote>
<p><strong>Kết luận: Sự sinh trưởng của vi sinh vật chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố vật lí và hoá học chất dinh dưỡng, yếu tố sinh trưởng, nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, ánh sáng, chất ức chế (chất kháng sinh),...</strong></p>
</blockquote>
<h2><span style="font-family: -apple-system, BlinkMacSystemFont, 'Segoe UI', Roboto, Oxygen, Ubuntu, Cantarell, 'Open Sans', 'Helvetica Neue', sans-serif;">IV. Các hình thức sinh sản ở vi sinh vật</span></h2>
<p>Cả vi sinh vật nhân sơ và vi sinh vật nhân thực đều có ba hình thức sinh sản chính là phản đôi, hình thành bào tử và này chồi.</p>
<p><strong>1. Phân đôi</strong></p>
<p>Phân đôi là hình thức sinh sản phổ biến nhất ở vi sinh vật, trong đó, một tế bào mẹ phân chia thành hai tế bào con giống nhau (H 21.5)</p>
<p><img class="wscnph" style="max-width: 100%;" src="https://static.colearn.vn:8413/v1.0/upload/library/12122022/hinh-215-trand-128-sdk-sinh-hoc-10-kntt-QHLhRi.jpg" /></p>
</div>
</div>
<p><strong>2. Sinh sản bằng bào tử</strong></p>
<p>Nấm có khả năng sinh sản bằng bào tử dạng vô tính hoặc hữu tỉnh, vi khuẩn cũng có thể sinh sản nhờ các ngoại bào tử. Có nhiều loại bào tử khác nhau như bào tử đính ở nấm, bào tử tiếp hợp ở nấm tiếp hợp, ngoại bào tử hay bào tử đốt ở xạ khuẩn (H 21.6). Tất cả các bào tử sinh sản ở vi khuẩn đều chỉ có các lớp màng, không có vỏ và không tìm thấy hợp chất calcium dipicolinate.</p>
<p><img class="wscnph" style="max-width: 100%;" src="https://static.colearn.vn:8413/v1.0/upload/library/12122022/hinh-216-trand-129-sdk-sinh-hoc-10-kntt-OCOgVR.jpg" /></p>
<p>Ngoài các ngoại bào tử giữ chức năng sinh sản, khi gặp điều kiện khắc nghiệt, vi khuẩn còn có thể hình thành nội bào tử với lớp vỏ dày chứa calcium dipicolinate bên trong tế bào, giúp vi khuẩn sống tiềm sinh khi gặp điều kiện môi trường bất lợi (H. 21.7). Nội bào tử thường được tạo thành ở hai chỉ vi khuẩn là Bacillus và Clostridium. Nội bào tử không phải là hình thức sinh sản của vi khuẩn mà chỉ là cách thức giúp vi khuẩn chống chịu trước những điều kiện bất lợi của môi trường.</p>
<p><img class="wscnph" style="max-width: 100%;" src="https://static.colearn.vn:8413/v1.0/upload/library/12122022/hinh-217-trand-129-sdk-sinh-hoc-10-kntt-UT7Uep.jpg" /></p>
<p><strong>3. Nảy chồi</strong></p>
<p>Nảy chối là phương thức sinh sản vô tính đặc trưng của một số ít vi sinh vật như vi khuẩn quang dưỡng màu tía, nấm men (H 21.8). Một cá thể con sẽ dần hình thành ở một phía của cá thể mẹ. Cá thể con sau khi trưởng thành sẽ tách ra thành một cá thể độc lập. Khác với phản đối, một cá thể mẹ có thể nảy chồi ra nhiều cá thể con. có thể này chơi rên nhiều cá thể</p>
<p><img class="wscnph" style="max-width: 100%;" src="https://static.colearn.vn:8413/v1.0/upload/library/12122022/hinh-218-trand-129-sdk-sinh-hoc-10-kntt-29d4EF.jpg" /></p>
<blockquote>
<p><strong>Kết luận: Vi sinh vật có ba hình thức sinh sản chính là phân đội, sinh sản bang bào tử (vô tính hoặc hữu tính) và hình thức nảy chồi.</strong></p>
</blockquote>
Xem lời giải bài tập khác cùng bài
Câu hỏi Mở đầu (Trang 122 SGK Sinh học, Bộ Kết nối tri thức)
Xem lời giải
Dừng lại và suy ngẫm (Trang 124 SGK Sinh học 10, Bộ Kết nối tri thức)
Xem lời giải
Dừng lại và suy ngẫm (Trang 125 SGK Sinh học 10, Bộ Kết nối tri thức)
Xem lời giải
Dừng lại và suy ngẫm (Trang 128 SGK Sinh học 10, Bộ Kết nối tri thức)
Xem lời giải
Dừng lại và suy ngẫm (Trang 129 SGK Sinh học 10, Bộ Kết nối tri thức)
Xem lời giải
Luyện tập và Vận dụng (Trang 130 SGK Sinh học 10, Bộ Kết nối tri thức)
Xem lời giải