CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT VI SINH VẬT 4

1.5. SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VI SINH VẬT

Sinh trưởng là sự tăng kích thước và khối lượng của tế bào, còn phát triển (hoặc sinh sản) là sự tăng số lượng tế bào.
Khi nói về sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn tức là đề cập tới sinh trưởng và phát triển của một số lượng lớn tế bào của cùng một loài. Do tế bào vi khuẩn quá nhỏ nên việc nghiên cứu chúng gặp nhiều khó khăn. Sự tăng số lượng không phải bao giờ cũng diễn ra cùng với sự tăng sinh khối.
Vì vậy cần phải phân biệt các thông số và hằng số khác nhau khi xác định số lượng và khối lượng vi khuẩn.

Các thông số và hằng số sử dụng khi xác định số lượng và khối lượng vi khuẩn

-Các thông số cần xác định
+Đơn vị thể tích
+Số lần tăng đôi sau một đơn vị thời gian
+Thời gian cần thiết cho sự tăng đôi
-Số lượng vi khuẩn
+Nồng độ vi khuẩn (số tế bào/ ml)
+Hằng số tốc độ phân chia C (h−1)
+Thời gian thế hệ g (h)
-Khối lượng vi khuẩn
+Mật độ vi khuẩn (sinh khối khô/ ml)
+Hằng số tốc độ sinh trưởng μ (h−1)
+Thời gian tăng đôi (h)

Tuỳ theo tính chất thay đổi của hệ vi khuẩn có hai phương pháp nuôi cấy vi khuẩn cơ bản: nuôi cấy tĩnh và nuôi cấy liên tục.Trong vi sinh vật học khi nói đến sinh trưởng là nói đến sự sinh trưởng của cả quần thể. Dưới đây chúng ta khảo sát mẫu thí nghiệm lí tưởng để theo dõi sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn.
Nếu số tế bào ban đầu là N thì sau n lần phân chia số tế bào tổng cộng là N:
N=No x 2^n (1)
Giá trị n (số thế hệ) có thể tính nhờ logarit thập phân:
logN=logo + nlog2
n=1 : log2 x (logN - log No)
Thời gian thế hệ (g) được xác định theo công thức :
g=t : n=log2 x (t2 - t1) : (logN - log No)
trong đó: t là thời gian vi khuẩn phân chia n lần; t2− t1 biểu thị sự sai khác giữa thời gian đầu (t1) và thời gian cuối (t2), h.

Hằng số tốc độ phân chia:
C=1 : g =n : t=(1: log2) x (logN - logNo) : (t2 - t1)
Rõ ràng, thời gian thế hệ càng ngắn, vi khuẩn sinh trưởng và sinh sản càng nhanh.
Vì C=n : t nên n=Ct
Thay giá trị của n vào phương trình (1), ta có:
N=No x 2^Ct
Hằng số tốc độ phân chia C phụ thuộc vào một số điều kiện: loài vi khuẩn, nhiệt độ nuôi cấy, môi trường nuôi cấy.
Nhưng không phải bao giờ sinh trưởng cũng diễn ra song song với sinh sản, vì vậy khi nghiên cứu động học trong quá trình nuôi cấy liên tục thường theo dõi sinh trưởng và sinh sản của quần thể vi khuẩn bằng một tiêu chuẩn khác.

1.5.1. Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong điều kiện nuôi cấy tĩnh
Phương pháp nuôi cấy mà trong suốt thời gian đó người ta không bổ sung thêm chất dinh dưỡng và cũng không loại bỏ sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi chất gọi là nuôi cấy tĩnh (quần thể tế bào bị giới hạn trong một khoảng thời gian nhất định). Sự sinh trưởng trong một “hệ thống động” như vậy tuân theo những quy luật bắt buộc [theo các pha lag (pha mở đầu), pha log, pha ổn định và pha tử vong].

1.5.1.1. Pha lag

Pha này tính từ lúc bắt đầu cấy đến khi vi khuẩn đạt được tốc độ sinh trưởng cực đại. Trong pha lag vi khuẩn chưa phân chia nhưng thể tích và khối lượng tế bào tăng lên rõ rệt do quá trình tổng hợp các chất trước hết là các hợp chất cao phân tử (protein, enzim, axit nucleic) diễn ra mạnh mẽ.
Độ dài của pha lag phụ thuộc trước hết vào tuổi của ống giống và thành phần môi trường. Thường tế bào càng già thì pha lag càng dài.
Việc tìm hiểu độ dài của pha lag là cần thiết trong việc phán đoán đặc tính của vi khuẩn và tính chất của môi trường. Để thuận tiện cho việc tính toán người ta chuyển các phương trình này thành các phương trình đường thẳng bằng cách sử dụng logarit
Pha lag được coi như là khoảng cách thời gian giữa đường thẳng thực nghiệm (hoặc thực tế) và đường thẳng lý tưởng song song với nó khi mà vi khuẩn, giả dụ không phải trải qua pha lag
Như vậy trong vùng sinh tưởng logarit ,chỉ cần chọn một giá trị tr thích hợp và nếu biết được giá trị Nr tương ứng cùng với hằng số tốc độ phân chia C, ta có thể tính được độ dài của pha lag TL .
Tuy nhiên thời gian vật lý (h) không phải là giá trị đo thích hợp của pha lag. Vì vậy người ta thường đo pha lag bằng đơn vị thời gian sinh học như thời gian tăng gấp đôi, thời gian thế hệ, hằng số tốc độ sinh trưởng. Biết thời gian thế hệ (g) ta có thể xác định độ dài thời gian của pha lag (TL) gấp mấy lần thời gian thế hệ. Đại lượng này gọi là lag sinh trưởng.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến pha lag, nhưng ba yếu tố đáng chú ý nhất gồm: tuổi cấy giống, lượng cấy giống (trong công nghiệp lên men, tỷ lệ cấy giống thường ở mức 1/10) và thành phần môi trường.

1.5.1.2. Pha log

Trong pha này vi khuẩn sinh trưởng và phát triển theo luỹ thừa, nghĩa là sinh khối và số lượng tế bào tăng theo phương trình: N = No.2ct hay X = Xo.Cμt. Trong pha này kích thước của tế bào, thành phần hoá học, hoạt tính sinh lý... không thay đổi theo thời gian.
Nếu lấy trục tung là logarit của số tế bào thì đường biểu diễn sinh trưởng theo luỹ thừa của vi khuẩn sẽ là đường thẳng. Vì pha sinh trưởng theo luỹ thừa của vi khuẩn được biểu diễn bằng sự phụ thuộc theo đường thẳng giữa thời gian và logarit của số tế bào nên pha này được gọi là pha logarit. Thường dùng logarit cơ số 2 là thích hợp hơn cả vì sự thay đổi một đơn vị của log2 trên trục tung chính là sự tăng đôi số lượng vi khuẩn và thời gian cần để tăng một đơn vị của log lại là thời gian thế hệ. 2
Thời gian thế hệ (hoặc thời gian tăng đôi) g, hằng số tốc độ phân chia C và hằng số tốc độ sinh trưởng μ là ba thông số quan trọng của pha log

Trong điều kiện thí nghiệm có thể điều chỉnh sao cho tốc độ sinh trưởng của vi khuẩn chỉ mẫn cảm, nghĩa là chỉ phụ thuộc vào một yếu tố. Trong trường hợp như vậy yếu tố đã cho là yếu tố hạn chế tốc độ sinh trưởng. Chất dinh dưỡng hạn chế có thể là đường, axit amin, chất vô cơ.
1.5.1.3. Pha ổn định

Trong pha này quần thể vi khuẩn ở trạng thái cân bằng động học. Số tế bào mới sinh ra bằng số tế bào cũ chết đi. Kết quả là số tế bào và cả sinh khối không tăng cũng không giảm.
Nguyên nhân tồn tại của pha ổn định là do sự tích luỹ các sản phẩm độc của trao đổi chất và việc cạn kiệt chất dinh dưỡng.
Sự tăng sinh khối tổng cộng tỷ lệ thuận với nồng độ ban đầu của chất dinh dưỡng hạn chế.
G = K.C
trong đó:
G - độ tăng sinh khối tổng cộng;
C - nồng độ ban đầu của chất dinh dưỡng hạn chế;
K - hằng số hiệu suất

Hằng số hiệu suất K thường được biểu thị bằng số miligam chất khô đối với 1 mg chất dinh dưỡng. Đối với các loại đường, K thường dao động trong khoảng từ 0,20 đến 0,30 nghĩa là từ 100 g đường được tạo thành 20 ÷ 30 mg khối lượng khô của tế bào. Lượng sinh khối đạt được trong pha ổn định gọi là hiệu suất hoặc sản lượng. Sản lượng phụ thuộc vào tính chất và số lượng các chất dinh dưỡng sử dụng và vào điều kiện nuôi cấy. Đó là sự sai khác giữa số lượng vi khuẩn cực đại và khối lượng vi khuẩn ban đầu :
X = X − Xεmaxo
Tỷ lệ sản lượng của tế bào đối với lượng cơ chất tiêu dùng có ý nghĩa rất quan trọng. Nếu biểu thị cả hai đại luợng thành đơn vị khối lượng và sẽ gọi tỷ lệ này (X/S) là hệ số kinh tế (Y). Nếu tính sản lượng ra gam và cơ chất tiêu dùng ra mol thì được gọi là hệ số kinh tế mol (Ym). Nếu biết con đường phân huỷ cơ chất đã cho và hiệu suất ATP do kết quả của sự phân huỷ này, có thể tính được sinh khối vi khuẩn (gam) đối với 1 mol ATP. Ta gọi đó là hệ số năng lượng (Y ATP)

[còn tiếp.........lần thứ 4....]^^

anh chị cho em hỏi là tại sao số lượng tế bào trên trục tung lại được biểu diễn dưới dạng logarit ạ. Thạnks u so much

hienvui đã viết:: anh chị cho em hỏi là tại sao số lượng tế bào trên trục tung lại được biểu diễn dưới dạng logarit ạ. Thạnks u so much

theo mình do vi khuẩn phân chia theo hàm số mũ, gấp đôi số lượng sau một đơn vị thời gian nên biểu diễn dưới dạng logarit là hợp lí, chứ nếu biểu diễn theo số lượng thì quá lớn!

mình nghĩ vậy ai có ý kiến khác thì trả lời giúp!

anh chị chô em hỏi một câu nữa nhé, đọc xong câu này mà em vẫn phân vân. Đó là bốn loại đại phân tử chủ yếu của tế bào là gì và chúng được cấu tạo từ những đơn phân nào, em nghĩ là prôtêin. axit nucleic và ATP còn đại phân tử còn lại thì em không biết? Rất mong anh chị giúp em. thanks

hienvui đã viết:: anh chị cho em hỏi một câu nữa nhé, đọc xong câu này mà em vẫn phân vân. Đó là bốn loại đại phân tử chủ yếu của tế bào là gì và chúng được cấu tạo từ những đơn phân nào, em nghĩ là prôtêin. axit nucleic và ATP còn đại phân tử còn lại thì em không biết? Rất mong anh chị giúp em. thanks

4 loại đại phân tử chủ yếu cấu thành mọi loại tế bào sống là: cacbohiđrat, lipit, prôtêin và các axit nuclêic.

còn về đơn phân thì mở sách Hóa học ra mà coi! hjhj lol!

thanks u so much

» CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT VI SINH VẬT 1
» CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT VI SINH VẬT 2
» CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT VI SINH VẬT 3
» CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT VI SINH VẬT 5
» Dịch vụ tổ chức sinh nhật – tổ chức sinh nhật cho bé

hì!!! mất tích một thời gian dài, thật sự là cũng nhớ mọi người trong group quá......... liệu có cơ may nào kéo mọi người trở lại không ta

thấy cái tiêu đề là các mem cũng đủ hỉu !
thành thật sr tất cả mọi người vì tui đã vắng mặt suốt 1 thời gian dài, lí do là nghĩ tết hết 1 tháng, sau khi nghĩ tết lên thì việc học tới tấp quá nên ko có time lên diễn đàn!
hôm nay quay lại diễn đàn thấy các mem vẫn post bài nên rất là vui
trước là sorry sau là thanks tất cà chư vị đồng đạo nhe !
[You must be registered and logged in to see this image.]