Trình bày đặc điểm 4 pha sinh trưởng của quần thể vi khuẩn?

1. Sinh trưởng của quần thể vi sinh vật là gì?

Sự tăng trưởng của vi sinh vật được hiểu là sự tăng dần về số lượng và chủng loại vi sinh vật theo thời gian. Vi sinh vật có ở khắp mọi nơi trên trái đất, ngay ở nơi khắc nghiệt nhất như có áp suất cao trong miệng núi lửa. Nhiệt độ thấp ở Nam Cực, và áp suất cao dưới đáy biển vẫn thấy sự xuất hiện của vi sinh vật. Quá trình tăng trưởng của vi sinh vật diễn ra thường xuyên để thích ứng với các điều kiện môi trường khác nhau. Và hiện nay có sự gia tăng cả về số lượng và chất lượng.

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

– 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 và ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của sinh vật:

a. Chất hóa học

* Chất dinh dưỡng

– Các chất hữu cơ như cacbonhiđrat, prôtêin, lipit … là các chất dinh dưỡng.

– Các nguyên tố vi lượng như Zn, Mn, Mo, … có tác dụng điều hoà áp suất thẩm thấu và hoạt hoá các enzyme.

– Nhân tố sinh trưởng là các chất hữu cơ như axít amin, vitamin, … với hàm lượng rất ít nhưng rất cần thiết cho vi sinh vật song chúng không có khả năng tự tổng hợp.

– Vi sinh vật không tự tổng hợp được nhân tố dinh dưỡng gọi là vi sinh vật khuyết dưỡng, vi sinh vật tự tổng hợp được gọi là vi sinh vật nguyên dưỡng.

* Chất ức chế sự sinh trưởng

– Sinh trưởng của vi sinh vật có thể bị ức chế bởi nhiều loại hoá chất tự nhiên cũng như nhân tạo, con người đã lợi dụng các hoá chất này để bảo quản thực phẩm cũng như các vật phẩm khác và để phòng trừ các vi sinh vật gây bệnh.

– Một số chất diệt khuẩn thường gặp như các halogen: flo, clo, brom, iod; các chất oxy hoá: perocid, ozon, formalin…

b. Các yếu tố vật lí

* Nhiệt độ

– Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ các phản ứng sinh hoá bên trong tế bào do đó cũng ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của VSV.

– Căn cứ vào khả năng chịu nhiệt chia thành 4 nhóm VSV: ưa lạnh (< 15oC), ưa ấm (20 – 40oC), ưa nhiệt (55 – 65oC), ưa siêu nhiệt (85 – 110oC).

* Độ ẩm: Nước cần thiết cho sinh trửơng và chuyển hoá vật chất của VSV. Nước là dung môi hòa tan các enzyme, các chất dinh dưỡng và tham gia trong nhiều phản ứng chuyển hoá vật chất quan trọng.

* Độ pH

– Độ pH ảnh hưởng đến tính thấm của màng, hoạt động chuyển hoá vật chất, hoạt tính enzyme, sự hình thành ATP.

– Dựa vào pH thích hợp chia vi sinh vật thành 3 nhóm: nhóm ưa axít (pH = 4 – 6), nhóm ưa trung tính (pH = 6 – 8), nhóm ưa kiềm (pH > 9).

* Ánh sáng

– Ánh sáng có tác dụng chuyển hoá vật chất trong tế bào và ảnh hưởng đến các hoạt động sinh trưởng của VSV.

– Các bức xạ ánh sáng có thể tiêu diệt hoặc ức chế vi sinh vật như: tia tử ngoại, tia gamma, tia X.

* Áp suất thẩm thấu

– Sự chênh lệch nồng độ của một chất giữa 2 bên màng sinh chất gây nên áp suất thẩm thấu. Vì vậy khi đưa vi sinh vật vào trong môi trường có nồng độ cao thì vi sinh vật sẽ bị mất nước dẫn đến hiện tượng co nguyên sinh làm chúng không phân chia được.

4. Một số vai trò của sinh vật trong thực tiễn:

4.1. Vai trò của vi sinh vật trong tự nhiên:

Nấm và vi sinh vật có vai trò tích cực đối với quá trình phân huỷ chất hữu cơ của các loài động, thực vật thành vô cơ và nó còn gọi là vi sinh vật phân huỷ. Nấm chủ yếu hoạt động trong môi trường đất, nhưng vi khuẩn có thể sống trong cả môi trường đất và môi trường nước. – Các vi sinh vật sống trong đất và nước tham gia tích cực vào việc phân huỷ những xác chất hữu cơ, sau đó biến chúng thành cacbonic và những hợp chất vô cơ khác. Kết quả là biến chúng trở thành phân bón cho cây trồng. 

– Nhóm vi sinh vật cố định Nito thực hiện quá trình biến khí N2 trong đất thành hợp chất nitơ NH3, NH 4 + và bón cho cây trồng. 

– Vi sinh vật có khả năng phân huỷ những hợp chất không tan như photpho, kali, nitơ và tạo ra những vòng tuần hoàn trong tự nhiên. Nhờ có vi sinh vật các chất hữu cơ bị ô nhiễm sẽ trở về lại không khí, đất và nước.

Điều này giúp sự sống không bị ô nhiễm, chẳng hạn như: Khí cacbonic giúp thực vật quang hợp, muối của Nito, photpho, nitơ được cơ thể sống sử dụng để tổng hợp trở lại các chất hữu cơ. Đồng thời, sự phân huỷ vi sinh vật cũng giúp làm cho môi trường sông hồ bị ô nhiễm nhẹ, phân huỷ xác động vật và chất hữu cơ trong đất, khiến cho mặt đất không bị ngập trong xác động vật thực vật phân huỷ.

4.2. Vai trò của vi sinh vật trong nông nghiệp:

– Giúp cải thiện kết cấu đất: Vi sinh vật giúp phân giải xenluloza thành protein, từ đó tăng cường cấu trúc bằng việc liên kết những phân tử protein với nhau.

– Chuyển hoá dinh dưỡng trong đất cung cấp cho cây trồng thông qua hoạt động phân giải những chất hữu cơ thành dạng vô cơ giúp cây trồng hấp thụ, biến chất hữu cơ khó tiêu trở thành dễ tiêu.

– Những vi sinh vật cư trú trong bộ rễ sử dụng các chất tiết của cây thành chất dinh dưỡng, đồng thời bổ sung chất dinh dưỡng cho cây thông qua các hoạt động phân giải của vi sinh vật. Đổng thời nó cũng tiết ra các vitamin và chất khoáng có lợi cho cây trồng.

– Phân giải những chất hữu cơ có trong đất như xenluloza, lignin. .. và tiết ra những hợp chất khoáng, mùn cần thiết cung cấp cho đất.

– Hoạt động của vi sinh vật, chủ yếu là nhóm mùn đã hình thành nên một thành phần của mùn là axit humic, phối hợp với những axit mùn để thúc đẩy quá trình sinh trưởng của bộ rễ, giúp cây hấp thu dinh dưỡng tốt hơn để cây sinh trưởng, phát triển tốt hơn. Đồng thời, axit humic cũng giúp tăng sức đề kháng của cây với bệnh tật và những yếu tố thuận lợi như trời mưa, lạnh, nóng, ngập úng, chua phèn.

– Chuyển hoá các chất không hoà tan trong đất trở thành chất dễ hoà tan, giúp cây trồng hấp thụ nhanh

– Giải phóng những chất dinh dưỡng như canxi, sắt, kali bị giữ lại trong đất thành hình dạng cây được hấp thụ dễ hơn.

– Tham gia quá trình phân huỷ chất mùn trong đất.

4.3. Vai trò của vi sinh vật trong công nghiệp:

– Góp phần tích cực trong công cuộc bảo vệ môi trường sinh thái qua quá trình phân huỷ các phế phẩm công nghiệp, phế thải sinh hoạt, phế thải công nghiệp.

– Vi sinh vật có vai trò to lớn đối với nhiên liệu, sinh khối hoá thạch (dầu mỏ, khí thiên nhiên, than). Đây là nguồn tài nguyên tương lai mà con người hi vọng sẽ khai thác được.

– Là lực lượng sản xuất trực tiếp của những ngành công nghiệp khác như các chất axit, enzim, nấm men, các loại kháng sinh, những axit amin, các vitamin. .. vì chúng có thể tạo ra được nhiều sản phẩm trao đổi chất khác nhau.

– Trong công nghiệp luyện kim: Nhiều chủng vi khuẩn được sử dụng để chiết xuất những kim loại từ các khu mỏ hoặc từ bãi chứa xỉ mỏ.

4.4. Vai trò của vi sinh vật trong chăn nuôi:

– Trong chăn nuôi, vi sinh vật được sử dụng để khử mùi hôi chuồng trại, làm đệm lót sinh học cho gia súc, gia cầm, giúp súc, gia cầm tăng nhanh về trọng lượng, sức đề kháng và sức chống chịu với bệnh tật.

– Thúc đẩy quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong phân, nước thải, đồng thời hấp thụ nhanh các khí độc như NO2, amoniac, H2S, COD, BOD5,…và chuyển hóa chúng thành dạng năng lượng có ích khác.

4.5. Vai trò của vi sinh vật trong thẩm mỹ

Các loại vi sinh vật như Saccharomyces cerevisiae, Lactose bacillus, Streptococcus thermophilus,….là thành phần để tạo ra các sản phẩm men vi sinh, xịt lợi khuẩn giúp tăng sức đề kháng cho da, mang đến cho bạn một làn da khỏe mạnh, đều màu và mịn màng.