Chương 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ VI SINH VẬT Giới thiệu: Chương đại cương về vi sinh vật giúp người học nhận biết được một số nhóm vi sinh vật và đặc điểm chung cơ bản nhất của các nhóm vi sinh vật. Mục tiêu chương: - Trình bày được đặc điểm chung của vi sinh vật. - Nêu được sự phân bố của vi sinh vật trong nước.
- Phân tích được vai trò của vi sinh vật trong nuôi trồng thủy sản. KHÁI NIỆM VI SINH VẬT Vi sinh vật là những cơ thể rất nhỏ bé, mà đa số không được nhìn thấy bằng mắt thường. Chúng bao gồm nhiều loại cơ thể, khác nhau rất cơ bản về mức độ tổ chức tế bào và lịch sử tiến hóa, cũng như về ý nghĩa thực tiễn. Những nhóm vi sinh vật chủ yếu là: vi khuẩn (bacteria), cổ khuẩn (archaea), nấm(fungi), tảo (algae), động vật nguyên sinh (protozoa), và virut (viruses).
Riêng virut là những thực thể chưa có cấu tạo tế bào, các vi sinh vật khác đều thuộc một trong hai loại tế bào: tế bào chưa có nhân điển hình – hay tế bào procaryot (procaryotic cells) và tế bào có nhân điển hình – hay tế bào eucaryot (eucaryotic cells). Về mặt ứng dụng ngành vi sinh học gồm có: vi sinh học công nghiệp, vi sinh học thực phẩm, vi sinh học y học, vi sinh học thú y, bệnh lý thực vật (plantpathology), vi sinh vật đất, vi sinh học nước, vi sinh học không khí, vi sinh học dầu hỏa. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA VI SINH VẬT Các loài vi sinh vật có chung những đặc điểm sau đây: 1) Kích thước nhỏ bé: Vi sinh vật thường được đo kích thước bằng đơn vị micromet (1mm= 1/1000mm hay 1/1000 000m). Virus được đo kích thước đơn vị bằng nanomet (1nn=1/1000 000mm hay 1/1000 000 000m).3: Kích thước của một Trang 4 2) Hấp thu nhiều, chuyển hoá nhanh: Tuy vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé nhưng chúng lại có năng lực hấp thu và chuyển hoá vượt xa các sinh vật khác.
Chẳng hạn 1 vi khuẩn lắctic (Lactobacillus) trong 1 giờ có thể phân giải được một lượng đường lactose lớn hơn 100-10 000 lần so với khối lượng của chúng. tốc độ tổng hợp protein của nấm men cao gấp 1000 lần so với đậu tương và gấp 100 000 lần so với trâu bò. 3) Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh: Chẳng hạn, 1 trực khuẩn đại tràng (Escherichia coli ) trong các điều kiện thích hợp chỉ sau 12-20 phút lại phân cắt một lần. Nếu lấy thời gian thế hệ là 20 phút thì mỗi giờ phân cắt 3 làn, sau 24 giờ phân cắt 72 lần và tạo ra 4 722 366 500 000 000 000 000 000 tế bào (4 722 366.
1017), tương đương với 1 khối lượng. Với tảo Tiểu cầu ( Chlorella) là 7 giờ, với vi khuẩn lam Nostoc là 23 giờ.Có thể nói không có sinh vật nào có tốc độ sinh sôi nảy nở nhanh như vi sinh vật. Nấm men Vi kuẩn Escherichia Nấm sợi Saccharomyces Vi tảo Chlorella coli Alternaria cerevisiae 4)Có năng lực thích ứng mạnh và dễ dàng phát sinh biến dị: Trong quá trình tiến hoá lâu dài vi sinh vật đã tạo cho mình những cơ chế điều hoà trao đổi chất để thích ứng được với những điều kiện sống rất khác nhau, kể cả những điều kiện hết sức bất lợi mà các sinh vật khác tgường không thể tồn tại được. Có vi sinh vật sống được ở môi trường nóng đến 1300C,lạnh đến 0-50C, mặn đến nồng độ 32% muối ăn, ngọt đến nồng độ mật ong, pH thấp đến 0,5 hoặc cao đến 10,7, áp suất cao đến trên 1103 at.
Hay có độ phóng xạ cao đến 750 000 rad. Nhiều vi sinh vật có thể phát triển tốt trong điều kiện tuyệt đối kỵ khí, có loài nấm sợi có thể phát triển dày đặc trong bể ngâm tử thi với nộng độ Formol rất cao… Vi sinh vật đa số là đơn bào, đơn bội, sinh sản nhanh,số lượng nhiều, tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống … do đó rất dễ dàng phát sinh biến dị. Tần số biến dị thường ở mức 10-5-10-10. Chỉ sau một thời gian ngắn đã có thể tạo ra một số lượng rất lớn các cá thể biến dị ở các hế hệ sau.Những biến dị có ích sẽ đưa lại hiệu quả rất lớn trong sản xuất.
Nếu như khi mới phát hiện ra penicillin hoạt tính chỉ đạt 20 đơn vị/ml dịch lên men (1943) thì nay đã có thể đạt trên 100 000 đơn vị/ml. Khi mới phát hiện ra Trang 5 acid glutamic chỉ đạt 1-2g/l thì nay đã đạt đến 150g/ml dịch lên men (VEDAN-Việt Nam) 5) Phân bố rộng, chủng loại nhiều: Vi sinh vật có mặt ở khắp mọi nơi trên Trái đất, trong không khí, trong đất, trên núi cao, dưới biển sâu, trên cơ thể, người, động vật, thực vật, trong thực phẩm, trên mọi đồ vật… Vi sinh vật tham gia tích cực vào việc thực hiện các vòng tuần hoàn sinh-địa- hoá học (biogeochemical cycles) như vòng tuần hoàn C, vòng tuần hoàn n, vòng tuần hoàn P, vòng tuần hoàn S, vòng tuần hoàn Fe… Trong nước vi sinh vật có nhiều ở vùng duyên hải (littoral zone), vùng nước nông (limnetic zone) và ngay cả ở vùng nước sâu (profundal zone), vùng đáy ao hồ (benthic zone). Trong không khí thì càng lên cao số lượng vi sinh vật càng ít. Số lượng vi sinh vật trong không khí ở các khu dân cư đông đúc cao hơn rất nhiều so với không khí trên mặt biển và nhất là trong không khí ở Bắc cực, Nam cực… Hầu như không có hợp chất carbon nào (trừ kim cương, đá graphít…) mà không là thức ăn của những nhóm vi sinh vật nào đó (kể cả dầu mỏ, khí thiên nhiên, formol.
Vi sinh vật có rất phong phú các kiểu dinh dưỡng khác nhau : quang tự dưỡng (photoautotrophy), quang dị dưỡng (photoheterotrophy), hoá tự dưỡng (chemoautotrophy), hoá dị dưỡng (chemoheterotrophy).tự dưỡng chất sinh trưởng (auxoautotroph), dị dưỡng chất sinh trưởng(auxoheterotroph)… 6)Là sinh vật xuất hiện đầu tiên trên trái đất: Trái đất hình thành cách đây 4,6 tỷ năm nhưng cho đến nay mới chỉ tìm thấy dấu vết của sự sống từ cách đây 3,5 tỷ năm. Đó là các vi sinh vật hoá thạch còn để lại vết tích trong các tầng đá cổ. Vi sinh vật hoá thạch cỗ ưa nhất đã được phát hiện là những dạng rất giống với Vi khuẩn lam ngày nay. Chúng được J.William Schopf tìm thấy tại các tầng đá cổ ở miền Tây Australia.
Chúng có dạng đa bào đơn giản, nối thành sợi dài đến vài chục mm với đường kính khoảng 1-2 mm và có thành tế bào khá dày. Trước đó các nhà khoa học cũng đã tìm thấy vết tích của chi Gloeodiniopsis có niên đại cách đây 1,5 tỷ năm và vết tích của chi Palaeolyngbya có niên đại cách đây 950 triệu năm. Trang 6 Vết tích vi khuẩn Vết tích Gloeodiniopsis cách Vết tích Palaeolyngbya lam cách đây 3,5 tỷ đây 1,5 tỷ năm cách đây 950 triệu năm năm III. SỰ PHÂN BỐ VI SINH VẬT TRONG NƯỚC Trong thủy vực do tập tính sống, đặc tính dinh dưỡng mà vùng phân bố của sinh vật sẽ khác nhau.
Các yếu tố môi trường quan trọng quyết định sự phân bố của vi sinh vật là hàm lượngmuối, chất hữu cơ, pH, nhiệt độ, ánh sáng. Số lượng và thành phần vi sinh vật thấy trong nước mang đặc trưng vùng đất bị nhiễm mà nước chảy qua. Nước mưa, tuyết và băng có rất ít vi khuẩn. Số lượng vi sinh vật thay đổi tuỳ theo mùa tuyết rơi trên các vùng khác nhau của trái đất.
Trong 2 ml nước mưa rơi trên vùng không khí nhiễm bẩn nhiều như các thành phố có thể có tới hàng trăm vi khuẩn. Nếu như rơi trên sông, hồ, biển, cánh đồng…thì trong 1ml chỉ có một vài đến vài chục vi khuẩn. Nước ngầm (nước giếng phun, nước mạch ) có số lượng vi sinh vật tương đối ít, bởi vì nước đã thấm qua đất làm màng lọc rất tốt, nên hầu hết vi khuẩn bị giữ lại qua màng lọc thiên nhiên đó. Nước bề mặt cũng như nước trong những thuỷ vực mở ( ao, hồ, sông ngòi, đầm vực… ) khác nhau rất lớn về số lượng cũng như thành phần hệ vi sinh vật có trong đó, thành phần hoá học của các loại thuỷ vực này luôn luôn không ổn định và khác nhau rất xa.Trong nước thường có xác động, thực vật và rác thải công nghiệp và sinh hoạt, nước chảy tràn vào trong canh tác nông nghiệp.
Ô nhiễm các thuỷ vực chủ yếu là nước mưa, nước canh tác, nước thải công nghiệp và sinh hoạt. Cùng với ô nhiễm các chất Trang 7 hữu cơ và vô cơ ta thấy các vi sinh vật, trong đó có thể có vi sinh vật gây bệnh ở trong nước. Thành phần và số lượng vi sinh vật của các thủy vực phụ thuộc vào thành phần hóa học của nước, vào số cư dân sống ven bờ, cách thức xử lý chất thải, thời gian trong năm. và nhiều nguyên nhân khác Trong các thủy vực được coi là sạch thấy có 80% vi khuẩn họai sinh, hiếu khí ở dạng hình cầu, số còn lại dạng hình que không sinh bào tử.
Trong thế giới thuỷ sinh gần gũi với vi sinh vật là các loài tảo. Khi tảo hiển vi phát triển mạnh sẽ làm nước có hiện tượng “ nở hoa “. Hiện tượng này làm nước giảm chỉ tiêu cảm quan, làm cho nước khó lọc hơn ở các trạm dẫn nước. Một số loài tảo xanh lục phát triển có thể là nguyên nhân gây dịch cho súc vật, gây ngộ độc cho cá và gây bệnh cho người Sự phân bố của vi sinh vật ở các tầng nước trong thủy vực dạng hồ Trong phần lắng đọng của hồ, lớp bùn trên cùng có hàm lượng chất dinh dưỡng caonhất nên có nhiều vi sinh vật, trong đó vi sinh vật hoại sinh chiếm ưu thế.
Càng xuống sâu visinh vật càng giảm. VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT 1. Vai trò của vi sinh vật trong đời sống Vi sinh vật tham gia tích cực vào quá trình phân giải các chất hữu cơ, biến chúng thành CO2 và các hợp chất vô cơ, cung cấp dinh dưỡng cho tảo, cây trồng. Các vi sinh vật cố định nitơ thực hiện quá trình biến khí nitơ trong không khí thành hợp chất nitơ cho thực vật.
Vi sinh vật có khả năng phân giải các hợp chất khó tan chứa P, K, S, tạo ra các vòng tuần hoàn trong tự nhiên. Các vi sinh vật sống trong đất tham gia Trang 8 hình thành mùn cho cây. Một số loài vi sinh vât tham gia tích cực vào việc phân giải các phế thải nông nghiệp, công nghiệp và đô thị, góp phần bảo vệ môi trường. Ngoài ra vi sinh vật có vai trò quan trọng trong ngành năng lượng.
Vi sinh vật còn là yếu tố quan trọng trong ngành công nghiệp lên men. Vai trò của vi sinh vật trong nuôi trồng thủy sản 2.