76 Ví dụ: nuôi cấy vi khuẩn nhiệt thán (Bacillus anthracis) trên môi trường dinh dưỡng đặc biệt là thạch huyết thanh, trong không khí có 10 – 30% CO 2 và đã chọn được khuẩn lạc không có vỏ nhầy. Vi khuẩn này có thể giết chết được chuột trắng nhưng không thể khôi phục lại được vỏ nhầy - yếu tố độc lực của vi khuẩn, nòi này hiện nay được dùng rộng rãi trên thế giới để phòng trừ bệnh nhiệt thán cho gia súc. - Tạo giống vi sinh vật bằng tác nhân lý học: có thể dùng các tia phóng xạ (tia X, tia tử ngoại, tia γ) để giảm độc vi sinh vật hoặc để tạo giống vi sinh vật có năng suất cao. Ví dụ: ở Pháp để tạo ra nòi Bacillus anthracis ở nhiệt độ cao 42 – 43 o C trong 12 – 24 ngày làm cho vi khuẩn mất khả năng gây bệnh cho gia súc khi tiêm dưới da nhưng giữ được tính miễn dịch (vacxin chống bệnh nhiệt thán). Hiện nay người ta đã sử dụng vi sinh vật trong kỹ thuật di truyền (genetic technology), đây là lĩnh vực tạo ra các tế bào mới mang gen tái tổ hợp có thể nuôi cấy ở quy mô lớn để tạo ra các sản phẩm có giá trị phục vụ nông nghiệp, y học và công nghiệp. Kỹ thuật di truyền bao gồm: - Phân lọc, cắt, nối, ghép gen. - Chuyển ghép gen tạo plasmid lai. - Ứng dụng các quá trình vận chuyển vật chất di truyền (biến nạp, tải nạp, tiếp hợp) để chuyển plasmid lai vào tế bào chủ (vi khuẩn hay nấm men). - Tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật mang gen ghép sinh trưởng phát triển, sinh tổng hợp các sản phẩm mong muốn. Những thành tựu về kỹ thuật di truyền mà con người đã đạt được như: chuyển ghép gen nitrogenaza vào plasmid rồi chuyển vào vi khuẩn Rhizobium cộng sinh trên cây bộ Đậu tạo giống cây có khả năng cố định đạm cao. BÀI 6. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN NGOẠI CẢNH ĐẾN VI SINH VẬT VÀ SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN I. Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến vi sinh vật: 77 Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật có quan hệ rất mật thiết với các yếu tố ngoại cảnh. Yếu tố ngoại cảnh có thể đẩy mạnh, hay ức chế hoặc đình chỉ quá trình sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật. Đa số các yếu tố đó đều có một đặc tính tác dụng chung biểu hiện ở 3 điểm hoạt động: tối thiểu, tối thích và cực đại. Với tác dụng tối thiểu của yếu tố môi trường vi khuẩn bắt đầu sinh trưởng và mở đầu các quá trình trao đổi chất, với tác dụng tối thích vi sinh vật sinh trưởng với tốc độ cực đại và biểu hiện hoạt tính trao đổi chất và trao đổi năng lượng lớn nhất, với tác dụng cực đại vi khuẩn ngừng sinh trưởng và thường chết. Thích hợp Thấp nhất Cao nhất Cường độ tác dụng của yếu tố bên ngoài Đồ thị biểu diễn tác dụng của yếu tố bên ngoài lên vi sinh vật Mức độ tác động của yếu tố ngoại cảnh đến vi sinh vật được quyết định bởi các yếu tố sau: - Tính chất và cường độ tác tác dụng. - Đặc tính của cơ thể vi sinh vật. - Trạng thái môi trường mà vi sinh vật tồn tại. - Quan hệ giữa các yếu tố ngoại cảnh với nhau. - Thời gian tác động. Tác dụng có hại của các yếu tố bên ngoài đối với vi sinh vật thể hiện chủ yếu ở những biến đổi sau: - Phá huỷ thành tế bào. - Làm biến đổi tính thấm của màng nguyên sinh chất. - Làm thay đổi đặc tính keo của nguyên sinh chất. - Kìm hãm hoạt tính của các enzim. - Phá huỷ quá trình sinh tổng hợp của tế bào. Các yếu tố ngoại cảnh tác dụng lên tế bào vi sinh vật thuộc 3 nhóm: yếu tố vật lý, yếu tố hoá học và yếu tố sinh vật học. 1. Ảnh hưởng của nhân tố vật lý: a. Độ ẩm: Hầu hết các quá trình sống của vi sinh vật có liên quan đến nước do đó độ ẩm là một yếu tố quan trọng của môi trường. Hàm lượng nước trong tế bào vi sinh vật khá cao: vi khuẩn là 75 – 85%, nấm men 73 – 82%, nấm mốc 84 – 90%. Nước 78 là môi trường hoà tan các chất dinh dưỡng trước khi hấp thụ vào tế bào, đảm bảo sự cân bằng áp suất thẩm thấu, ngoài ra nước rất cần thiết cho việc thực hiện các phản ứng hoá học xảy ra trong tế bào. Đa số vi khuẩn thuộc nhóm ưa nước (hydrophil) nghĩa là chúng cần nước ở dạng tự do dễ hấp thụ, chỉ có một số xạ khuẩn thuộc nhóm ưa khô (xerophilic) vì chúng sử dụng được cả nước hydroscopic gắn trền bề mặt các hạt đất ở dạng các phân tử. Nhu cầu của vi sinh vật đối với nước có thể được biểu thị một cách định lượng bằng độ hoạt động của nước (water activity, a w ) trong môi trường. P a w = P 0 Trong đó: P là áp suất hơi nước của dung dịch. Po là áp suất hơi nước của nước nguyên chất. Nước nguyên chất có a w = 1, nước biển có a w = 0,980, máu người có a w = 0,995, cá muối có a w =0,750, kẹo, mứt có a w = 0,700. Đa số vi sinh vật sinh trưởng được trong phạm vi a w = 0,63 – 0,99. Khi thiếu nước sẽ xảy ra hiện tượng loại nước ra khỏi tế bào, trao đổi chất bị giảm và tế bào có thể bị chết. Sức đề kháng của vi sinh vật với trạng thái khô là khác nhau và phụ thuộc vào: - Nguồn gốc vi sinh vật: vi sinh vật trong không khí chịu khô tốt hơn vi sinh vật trong đất, vi sinh vật trong đất chịu khô tốt hơn vi sinh vật trong nước. - Loại hình vi sinh vật: sức đề kháng của xạ khuẩn tốt hơn nấm men, nấm men tốt hơn vi khuẩn và vi khuẩn tốt hơn nấm mốc. Ngay trong một nhóm vi sinh vật thì sức đề kháng của các loài vi sinh vật khác nhau là không giống nhau, ví dụ: một số đơn cầu khuẩn G - nếu thiếu nước một vài giờ sẽ bị chết , trong khi đó các loài Streptococcus có thể chịu được hàng tuần, đặc biệt trực khuẩn lao (Micobacterim tuberculosis) có sức đề kháng cao với sự khô trong không khí. - Trạng thái tế bào: tế bào già chịu khô tốt hơn tế bào non, bào tử chịu khô tốt hơn tế bào tế bào dinh dưỡng. Đa số vi sinh vật đất phát triển mạnh mẽ nhất ở độ ẩm đồng ruộng 60 – 80% (vi khuẩn cố định đạm hiếu khí sinh trưởng được ở độ ẩm 40 – 80%, vi khuẩn nitrat hoá sinh trưởng được ở độ ẩm 60 – 70%). Do đó việc đảm bảo độ ẩm trong đất có ý nghĩa quyết định hoạt tính sinh học của đất. Hoạt đông của vi sinh vật sẽ bị ức chế nếu đất thiếu ẩm, trong điều kiện đất khô hạn quá (độ ẩm dưới 40% độ ẩm bão hoà) thì mọi quá trình sinh học trong đất sẽ bị ngừng trệ. Ứng dụng: do vi sinh vật cần độ ẩm nhất định để sinh trưởng và phát triển cho nên bằng cách phơi khô, sấy khô hoặc đông khô có thể bảo quản được lâu dài nông sản, thực phẩm và các nguyên liệu khác b. Nhiệt độ: Hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật có thể coi là kết quả của hàng loạt các phản ứng hoá học trong tế bào. Vì các phản ứng này phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt 79 độ nên yếu tố nhiệt độ rõ ràng là ảnh hưởng sâu sắc đến quá trình sống của tế bào. Hoạt động của vi sinh vật bị giới hạn trong môi trường chứa nước ở dạng có thể hấp thụ. Vùng này của nước nằm từ 2 0 đến 100 0 C gọi là vùng sinh động học. Nhiệt độ cao làm biến tính protein, các enzim bị mất hoạt tính, ngoài ra nhiệt độ cao còn phá hoại màng nguyên sinh chất và làm bất hoạt ARN. Do đó ở nhiệt độ cao vi sinh vật có thể bị tiêu diệt. Các vi khuẩn không sinh bào tử thường chỉ chịu được 60 o C trong vòng 30 phút, 70 o C trong 10 – 15 phút, 80 – 100 o C trong 30 – 60 giây. Như vậy nhiệt độ cao trên 65 o C sẽ gây tác hại cho vi sinh vật, ở nhiệt độ trên 100 o C hầu hết tế bào sinh dưỡng bị tiêu diệt trong một thời gian nhất định. Sức đề kháng của vi sinh vật đối với nhiệt độ cao phụ thuộc vào từng loài vi sinh vật, tuổi tế bào, có hay không có bào tử, ngoài ra còn phụ thuộc vào điều kiện môi trường (pH, áp suất thẩm thấu, thành phần chất hữu cơ trong môi trường). Đây chính là cơ sở cho việc xác định biện pháp khử trùng ở nhiệt độ cao có hiệu quả. Nhiệt độ thấp (dưới vùng sinh động học) có thể làm bất hoạt quá trình vận chuyển các chất hoà tan qua màng nguyên sinh chất do thay đổi cấu hình không gian của một số permeaza chứa trong màng hoặc ảnh hưởng đến việc hình thành và tiêu thụ ATP cần thiết cho quá trình vận chuyển chủ động các chất dinh dưỡng. Vi sinh vật thường chịu được nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ dưới điểm băng hoặc thấp hơn chúng không thể hiện hoạt động trao đổi chất rõ rệt. Sức đề kháng của vi sinh vật đối với nhiệt độ thấp phụ thuộc vào loại hình vi sinh vật, trạng thái sinh lý của tế bào vi sinh vật cũng như thành phần môi trường. Để bảo quản giống vi sinh vật, thực phẩm và các vật liệu cần thiết người ta dùng phương pháp làm lạnh. Tuy nhiên cần chú ý sử dụng phương pháp làm lạnh thích hợp để đáp ứng yêu cầu. Vùng nhiệt sinh trưởng của vi sinh vật là giới hạn giữa nhiệt độ cực tiểu và nhiệt độ cực đại. Giới hạn này giữa các vi sinh vật khác nhau là khác nhau, ở các vi khuẩn sống hoại sinh giới hạn này tương đối rộng nhưng các vi khuẩn gây bệnh thì giới hạn này lại rất hẹp. Căn cứ vào giới hạn nhiệt độ sinh trưởng của vi sinh vật mà người ta chia vi sinh vật thành 3 nhóm: - Nhóm vi sinh vật ưa lạnh (psychrophilic): sinh trưởng được ở nhiệt độ từ 0 - 20 o C, và tốt nhất là 10 o C. Nhóm vi sinh vật này thường phân bố trong nước biển, các ao hồ và suối nước lạnh, trong các kho lạnh bảo quản thực phẩm ví dụ : vi khuẩn phát quang Photobacterium ficheri, vi khuẩn Flavobacterium, Pseudomonas, Alcaligenes . gây hư hỏng thực phẩm. Hoạt tính trao đổi chất của nhóm vi sinh vật này thường thấp. - Nhóm vi sinh vật ưa ấm (mesophilic): sinh trưởng được ở nhiệt độ 20 – 25 o C; 30 – 37 0 C; 40 – 45 o C. Đa số vi sinh vật thuộc nhóm này, bao gồm nấm men, nấm mốc, vi khuẩn hoại sinh, vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật. - Nhóm vi sinh vật ưa nóng (thermophilic): sinh trưởng được ở nhiệt độ từ 45 – 50 o C; 50 – 60 o C; 70 – 80 o C. Các vi sinh vật ưa nóng gồm chủ yếu là xạ khuẩn, vi khuẩn sinh bào tử, nấm mốc thường gặp ở các bãi rác, đống phân ủ, suối nước nóng, vùng núi lửa. 80 Đặc biệt còn có một số vi sinh vật có khả năng chịu nhiệt, đó là nhóm vi sinh vật có khả năng sinh trưởng trên nhiệt độ sôi của nước như vi khuẩn Pyrodium occultum ở 110 o C, Pyrococcus woesei ở 104,8 o C, Thermococcus celer ở 103 o C, virut HIV chịu được nhiệt độ 100 0 C trong 30 phút. c. Không khí: Oxy là chất có vai trò quan trọng trong sinh trưởng của vi sinh vật, tuy vậy oxy có thể rất cần cho nhóm vi sinh vật này nhưng lại gây độc đối với nhóm vi sinh vật khác. Căn cứ vào sự thích ứng với oxy của vi sinh vật, người ta chia vi sinh vật thành 3 nhóm: - Vi sinh vật hiếu khí: có thể sinh trưởng trong khí quyển chứa 21% O 2 . Chúng cần nhiều năng lượng hơn từ sự oxy hoá chất dinh dưỡng so với các nhóm vi sinh vật khác, do đó khi oxy bị hạn chế thì sinh trưởng của nhóm này bị chậm lại. Vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng tốt ở nồng độ oxy 1 – 15%. - Vi sinh vật kỵ khí: không thể sinh trưởng trong môi trường có oxy, thậm chí một số vi sinh vật bị chết khi tiếp xúc với oxy. - Vi sinh vật tuỳ tiện: có thể sinh trưởng trong môi trường có đủ hoặc thiếu oxy, có hoặc không có oxy. Trong điều kiện không có oxy chúng thu năng lượng bằng sự lên men. d. Các tia bức xạ: Ánh sáng có thể gây ra những biến đổi hoá học và dẫn đến những tổn thương sinh học nếu được tế bào hấp thụ. Mức độ gây hại của ánh sáng tuỳ thuộc vào mức năng lượng trong lượng tử ánh sáng được hấp thụ và mức năng lượng trong lượng tử lại phụ thuộc gián tiếp vào chiều dài sóng của tia chiếu. Thường các tia sóng có chiều dài khoảng 10.000 A o mới gây tác hại cho vi sinh vật, đó là ánh sáng mặt trời, tia tử ngoại, tia X, tia gamma và tia vũ trụ. Ánh sáng mặt trời: là nguồn tia chiếu tự nhiên nhất có tác dụng phá huỷ tế bào vi sinh vật (trừ nhóm vi khuẩn dinh dưỡng quang năng) do tia UV (2900 – 4000 A o ) trực tiếp tác động lên tế bào hoặc có thể gián tiếp do tạo ra các chất độc loại peroxit trong môi trường có chứa vi sinh vật. Tác dụng này sẽ bị yếu đi nếu tế bào có vỏ nhầy, có chứa sắc tố, có bào tử và tăng cường hơn khi vi sinh vật được xử lý bằng thuốc nhuộm như metilen, eritrozin, xanh toluidin . Tia tử ngoại (tia cực tím – UV) có bước sóng từ 100 – 3.000 A o có thể kìm hãm sự sinh trưởng, gây đột biến gen, cải biến tính chất di truyền, giết chết vi sinh vật. Tác dụng của tia tử ngoại phụ thuộc vào: - Loại hình vi sinh vật. - Liều lượng và thời gian chiếu. - Chiều dài bước sóng: Tia tử ngoại có bước sóng 2537 – 2650 A o có tác dụng mạnh nhất - Trạng thái môi trường: môi trường có mặt xistin (hợp chất có chứa SH) sẽ hạn chế tác dụng do các hợp chất này hấp thụ tia tử ngoại, bảo vệ vi sinh vật, tuy nhiên nếu có mặt thuốc nhuộm (eosin, eritrosin) nồng độ 0,01% sẽ tăng cường tác dụng. 81 Do lực xuyên sâu của tia tử ngoại kém, chỉ xuyên qua lớp nước trong và thuỷ tinh mỏng nên chúng thường được sử dụng để khử trùng không khí như phòng mổ, buồng cấy . Tia bức xạ ion hoá: các tia bức xạ có bước sóng ngắn như tia X (0,06 – 136 A o ), tia γ (0,006 – 1,4 A o ) sẽ có năng lượng lớn đủ để gây ion hoá các phân tử, tách các electrron và phân huỷ các phân tử thành các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử được gọi là tia bức xạ ion hoá. Tia bức xạ ion hoá gây tác dụng trực tiếp làm phá huỷ các thành phần quan trọng và đặc biệt nhạy cảm của tế bào như ADN, protein và tác dụng gián tiếp do sự hình thành các gốc oxy hoá hoạt động làm hư hại ADN và protein tế bào. Ví dụ: phân tử H 2 O bị tách thành OH - và H + , gốc OH - rất hoạt động sẽ gây hư hại ADN và protein. Người ta sử dụng các tia bức xạ ion hoá trong công tác khử trùng, tiêu độc, trong bảo quản chế biến và trong tác y, vi sinh vật học (gây đột biến, phá huỷ các độc tố vi khuẩn). e. Nồng độ các chất hoà tan (áp suất thẩm thấu): Màng nguyên sinh chất là một màng bán thấm. Áp suất thẩm thấu của tế bào vi sinh vật thường ở 5 – 20 atm, do vậy chúng cần môi trường có áp suất thẩm thấu tương ứng. Áp suất thẩm thấu của môi trường được quyết định bởi nồng độ các chất hoà tan trong môi trường mà vi sinh vật tồn tại. Trong môi trường ưu trương (hypertonic) tức là môi trường có áp suất thẩm thấu cao, tế bào vi sinh vật bị co nguyên sinh chất do bị mất nước, tế bào bị khô sinh lý và sẽ bị chết nếu kéo dài. Do đó trong thực tế người ta thường bảo quản và chế biến thực phẩm (muối dưa, cà, ướp thịt, cá, làm mứt .) bằng cách dùng môi trường có nồng độ chất tan cao (nồng độ muối 15 – 20%, nồng độ đường 50 – 80%). Với nồng độ chất tan như vậy để tạo áp suất thẩm thấu khoảng 100 atm, cao hơn rất nhiều so với giới hạn áp suất thẩm thấu mà vi sinh vật tồn tại được (5 – 20 atm ứng với nồng độ muối dưới 2% và đường 20 – 30%). Trong môi trường nhược trương (hypotonic), tế bào vi sinh vật bị trương nguyên sinh chất do hút nước nhiều, tuy nhiên do thành tế bào vi sinh vật khá vững chắc nên không xảy ra hiện tượng vỡ sinh chất. 2. Ảnh hưởng của nhân tố hoá học: a. pH môi trường: pH môi trường có ý nghĩa quyết định đối với sinh trưởng của nhiều vi sinh vật. Các ion H + và OH - là 2 ion hoạt động lớn nhất trong tất cả các ion, cho nên những biến đổi dù nhỏ trong nồng độ của chúng cũng có ảnh hưởng mạnh mẽ đến hoạt động của vi sinh vật. pH rất cần cho sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật do pH có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình trao đổi chất của tế bào, cần cho hoạt động của nhiều enzim, ngoài ra nồng độ ion H + còn ảnh hưởng trực tiếp đến điện tích bề mặt và mức độ 82 điện ly của một số muối khoáng K, Na, Mg .do đó ảnh hưởng đến sự thẩm thấu và vận chuyển các chất trao đổi qua màng tế bào. Giới hạn pH hoạt động đối với vi sinh vật ở trong khoảng 4 – 10, tuy nhiên mỗi một nhóm vi sinh vật khác nhau có giới hạn pH khác nhau. - Vi sinh vật ưa trung tính: sinh trưởng ở độ pH từ 4,5 – 5; 6,5 – 7,4; 8 – 8,5. Đa số vi sinh vật gây bệnh cho người và động vật thuộc nhóm này. - Vi sinh vật ưa kiềm: sinh trưởng ở pH từ 6 – 6,5; 7,5 – 8,5; 9 – 9,5. Thuộc nhóm này gồm vi sinh vật nitrat hoá, vi khuẩn phân giải ure, vi khuẩn cố định nitơ, xạ khuẩn, tảo. - Vi sinh vật chịu kiềm: pH tối thích ≥ 9, ví dụ: Vibrio cholera thích ứng ở pH = 9, một số loài thuộc giống Bacillus có thể sinh trưởng ở pH = 11. - Vi sinh vật ưa axit nhẹ: sinh trưởng được ở pH từ 3 – 4,5; 5,5 – 6,5; 7 – 7,5. Thuộc nhóm này chủ yếu là nấm men và nấm mốc. - Vi sinh vật ưa axit: sinh trưởng được ở pH từ 2 – 4; 5 – 6; 6,5 – 7,0. Các vi khuẩn lên men axit như vi khuẩn lactic, vi khuẩn axetic. - Vi sinh vật chịu axit: sinh trưởng được trong phạm vi pH từ 1; 2 – 2,8; 4 – 6. Đặc biệt một số loài thuộc giống Thiobacillus có thể sinh trưởng ở pH < 0,5, loại này thường gặp trong nước thải từ các mỏ có chứa S và Fe. b. Thế oxy hoá khử: Mức độ thoáng khí hay độ oxy hoá khử của môi trường có quan hệ chặt chẽ với hoạt động sống của vi sinh vật. Độ oxy hoá khử của môi trường được biểu thị bằng trị số rH 2 = -log (H 2 ), trong đó H 2 là nồng độ nguyên tử H trong dung dịch hay khí quyển. Dung dịch nước bão hoà hydro có rH 2 = 0. Dung dịch nước bão hoà oxy có rH 2 = 41. Thang từ 0 – 41 xác định mức độ thoáng khí của môi trường. Hầu hết vi sinh vật không thích ứng ở rH 2 > 30. - Vi sinh vật hiếu khí bắt buộc thích ứng với rH 2 = 10 – 30. - Vi sinh vật kỵ khí bắt buộc thích ứng với rH 2 <8 – 10. - Vi sinh vật hiếu khí hay kỵ khí tuỳ tiện thích ứng với rH 2 = 0 – 30. Như vậy, trong nuôi cấy vi sinh vật hoặc trong bảo quản chế biến cần khống chế lượng oxy cũng như điều chỉnh pH để thay đổi độ oxy hoá khử của môi trường nhằm tăng cường hay ức chế sự sinh trưởng phát triển của vi sinh vật. Trị số rH 2 có quan hệ chặt chẽ với pH của môi trường, điều này được thể hiện qua công thức: Eh rH 2 = + 2 pH 0,029 Trong đó: - Eh là thế oxy hoá khử , tính bằng von (V). Do đó trong điều kiện cần thiết có thể nuôi cấy vi khuẩn kỵ khí trong điều kiện có oxy không khí bằng cách điều chỉnh pH môi trường để làm giảm trị số rH 2 . 83 c. Chất khử trùng tiêu độc: Bao gồm các chất gây hại cho vi sinh vật đồng thời cũng gây hại cho động vật. Chúng gồm nhiều chất có nguồn gốc, thành phần, hoạt tính hoá học và cơ chế tác động khác nhau. Căn cứ vào mức độ tác động của chúng người ta có thể chia thành các nhóm chất sau: * Chất sát trùng hay chất tiêu độc: chỉ các chất có thể tiêu diệt được vi sinh vật nhưng không giết chết được bào tử của chúng. * Chất ức chế: là những chất làm ngừng quá trình sinh trưởng phát triển của vi sinh vật, tế bào vi sinh vật không bị tiêu diệt mà ở trạng thái tiềm tàng. * Chất phòng thối (chất kháng khuẩn): là những chất làm ngừng sinh trưởng phát triển của vi sinh vật, tế bào có thể bị tiêu diệt hoặc không bị tiêu diệt. * Chất diệt khuẩn: chỉ những chất có thể tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật kể cả bào tử của chúng. Một chất có thể là sát trùng, ức chế hay diệt khuẩn còn tuỳ thuộc vào nồng độ, thời gian tác dụng , loại hình vi sinh vật mà nó tác động và các yếu tố khác. - Axít: tác dụng khử trùng của axit là do nồng độ ion hydro quyết định, tuy nhiên tác động mạnh hay yếu còn phụ thuộc vào một số yếu tố: + Nồng độ ion H + và độ pH: các axit mạnh có nồng độ ion H + lớn như HCl, H 2 SO 4 có tính sát trùng mạnh hơn các axit yếu như axit lactic, axetic. + Tốc độ phân ly của axit: axit HCl và H 2 SO 4 có nồng độ ion H + như nhau nhưng tốc độ phân ly của HCl cao hơn nên có tác dụng mạnh hơn. + Tác dụng khử trùng không phải chỉ do ion H + quyết định mà còn do tác dụng của ion âm, tác dụng phụ của của các phân tử phi điện giải. Ta có thể so sánh tác dụng của HCl và axit benzoic, axit axetic: Nồng độ phân ly của HCl là 7,49 x 10 -6 , của axit benzoic là 1,20 x 10 -6 , của axit axetic là 0,10 x 10 -6 . Nồng độ ion H + của axit benzoic và axetic rất thấp nhưng hiệu quả tác dụng cao, cụ thể là axit axetic 0,0812N, axit benzoic 0,0097N có tác dụng như axit HCl 0,0077N. - Kiềm: tác dụng sát trùng do ion OH - nhưng OH - kém độc hơn H + . Các loại kiềm độc với vi khuẩn là KOH, NaOH, NH 4 OH, Ba(OH) 2 . Độ độc của kiềm phụ thuộc vào tốc độ phân ly ion, trong đó KOH có độ độc cao nhất do độ phân ly cao, NH 4 OH có độ độc thấp nhất. Trường hợp ngoại lệ: Ba(OH) 2 có độ độc cao hơn KOH mặc dù nó có độ phân ly thấp hơn bởi vì độc tính của Ba 2+ cao hơn nên có sự cộng lực với OH - . Kiềm có tác dụng khử trùng tốt đối với virut dịch tả. - Chất oxy hoá: là các chất tự nó cung cấp oxy hoặc gây ra sự giải phóng oxy từ các hợp chất khác. Các chất oxy hoá thường dùng làm chất khử trùng như: H 2 O 2 , KMnO4, Ca(OCl) 2 , cloramin (CH 3 C 6 H 4 SO 2 Na – NCl.3H 2 O), dicloramin (CH 3 C 6 H 4 SO 4 Cl 2 ). Dưới tác dụng của oxy được giải phóng ra từ các chất oxy hoá mạnh đã gây ra sự bất hoạt các enzim có chứa nhóm SH 2R – SH + X R – S – S – R + XH 2 (enzim) (chất oxy hoá) 84 + H 2 O 2 là chất oxy hoá hoạt động, dễ bị phân giải thành H 2 O và O 2 . H 2 O 2 3% có thể tiêu diệt bào tử nhiệt thán trong 1 giờ. + KMnO 4 : trong dung dịch axít có tác dụng khử trùng cao, ví dụ: KMnO 4 1% và HCl 1,1% có thể giết chết bào tử nhiệt thán trong 30 phút. Tuy nhiên do KMnO 4 có phản ứng nhanh với hợp chất hữu cơ hình thành MnO 2 không tan, nên ít được sử dụng để sát trùng trực tiếp đối với cơ thể mà thường sử dụng trong khử trùng không khí kết hợp với focmon. + O 3 : có khả năng oxy hoá mạnh nhưng chỉ xảy ra khi nồng độ O 3 trong không khí là 0,1%. Người ta thường dùng để khử trùng nước với 4 – 6 gam/m 3 . - Halogen và các hợp chất của nó: + Clo: tác dụng khử trùng của Cl và hợp chất của nó là sự hình thành axit pecloric (HOCl), axít này rất hoạt động nên phân huỷ tiếp thành H 2 O và O 2 , O 2 được sinh ra ở trạng thái này có khả năng oxy hoá rất mạnh làm phá huỷ thành phần tế bào. Clo còn có thể ức chế các enzim chứa gốc –SH và các loại enzim khác mẫn cảm với tác dụng oxy hoá, sự ức chế enzim sẽ gây rối loạn trao đổi chất, làm cho tế bào có thể chết, ngoài ra clo còn trực tiếp tác động đối với một số thành phần tế bào, làm ảnh hưởng tới cấu trúc tế bào và đặc biệt là xuất hiện hợp chất cloramin chứa clo hoạt động gây trúng độc cho tế bào. Hợp chất chứa clo như hypoclorit canxi Ca(OCl)2 1% dùng trong vệ sinh cá nhân và gia đình, nồng độ 5 – 12% dùng để tẩy trùng các đồ dùng vệ sinh trong khách sạn và thiết bị trong sản xuất sữa. Cloramin R 2 = NCl và dicloramin R – N = Cl 2 là hợp chất chứa clo hoạt động, sử dụng trong khử trùng nước uống: HOCl là chất hoạt động nên tiếp tục phân huỷ giải phóng O 2 gây tác dụng oxy hoá. + Brom (Br 2 ): cơ chế tác dụng khử trùng như clo, đó là sự giải phóng O 2 có tác dụng oxy hoá mạnh. Br là chất kháng khuẩn tốt, đặc biệt là đối với nhóm không có bào tử như E. coli, Salmonella. Ở nồng độ 0,2 ppm có thể diệt 95 – 97% E.coli, ở nồng độ 15ppm diệt tụ cầu khuẩn, ở nồng độ 0,03 – 0,06 ppm diệt vi khuẩn thương hàn. + Iot (I 2 ): hoà tan trong cồn và trong dung dịch của KI hoặc NaI. Iot là tác nhân oxy hoá mạnh làm phá huỷ các chất trao đổi chủ yếu của vi sinh vật như làm bất hoạt enzim. Ở nồng độ 0,2ppm diệt 95% E.coli trong 60 phút, nồng độ 0,05 – 0,5N làm virut bất hoạt. Iot được dùng trong sát trùng da, nước, không khí. - Kim loại nặng và hợp chất của nó: Tác dụng của kim loại nặng là do độ độc của ion kim loại chứ không phải là kết quả của phản ứng hoá học tác động đối với tế bào sống. Các ion kim loại nặng được giải phóng đã gây bất hoạt đối với enzim: R – SH + X + R – S – H + H + (enzim) (ion KL) Trong các ion kim loại thì Hg và Pb là độc nhất, sau đó là Ag, Cu, As . 85 Có thể dùng kim loại để xử lý các chế phẩm rượu, dấm, siro, rượu vang hay nước. Các muối kim loại nặng đều rất độc đối với vi sinh vật. Tác dụng độc là do các ion kim loại làm bất hoạt các enzim có nhóm –SH hoặc làm kết tủa protein trong tế bào. Ví dụ: HgCl 2 có tính sát trùng mạnh, ở nồng độ 0,01% ức chế nhiều loại vi sinh vật, còn ở nồng độ 0,02% thì tiêu diệt nhiều vi khuẩn. AgNO 3 nồng độ 0,01% gây kìm hãm vi sinh vật, nồng độ 2% diệt vi khuẩn, người ta thường dùng dung dịch AgNO 3 1% dùng nhỏ mắt trẻ sơ sinh; bông băng tẩm AgNO 3 0,5% để đắp vết bỏng. CuSO 4 0,001% ức chế được vi khuẩn, nồng độ 0,001% ức chế được tảo ở ao hồ, nồng độ cao hơn có thể giết chết tảo sau 1 ngày. CuSO 4 được dùng để xử lý các bể nước và là thành phần của dung dịch Bordaux dùng để trừ nấm. - Phenol và các dẫn suất của nó: Phenol và các dẫn xuất của nó là cresol, lysol . với nồng độ thích hợp trong dung dịch có tính sát trùng mạnh. Tác dụng của chúng chủ yếu là do tác dụng vật lý của chúng, là do chúng phá hoại tính thấm của màng tế bào chất, làm biến tính protein. Tuy nhiên tác dụng của chúng phụ thuộc vào nồng độ, môi trường, trạng thái vi sinh vật và tính chất của hợp chất. - Cồn: Tác dụng khử trùng của cồn là do nó gây đông tụ protein nguyên sinh chất, hoà tan lipit màng tế bào. Tuy nhiên tác dụng khử trùng của cồn phụ thuộc vào nhiều yếu tố: + Khối lượng phân tử của cồn: tác dụng sát trùng của metylic < etylic < butylic < propylic. + Nồng độ cồn: nồng độ có hiệu quả sát trùng cao của metylic là 70 – 90%, còn của propylic là 40 – 80%. Ở nồng độ cao do tác dụng khử nước mạnh, gây ra sự rút nước ra khỏi tế bào, ngăn cản sự xâm nhập của cồn vào trong tế bào. + Bào tử đề kháng tốt hơn tế bào sinh dưỡng. + Phương pháp tác động: thời gian sát trùng lâu, tác động mạnh và giữ nồng độ ổn định thì hiệu quả sát trùng cao. Người ta thường dùng cồn trong sát trùng da, dụng cụ mổ . - Fomandehit: là chất khí , rất độc. Dung dịch chứa 37 – 40% focmaldehyt gọi là focmol (focmalin). Dung dịch focmol có tác dụng khử trùng mạnh. Người ta thường dùng để sát trùng nhưng có nhược điểm là bay hơi mạnh gây kích thích niêm mạc mắt mũi, làm xơ cứng tổ chức. Có thẻ dùng để tiêu độc dụng cụ dựng phân, nước tiểu (nồng độ 10%), sát trùng chuồng trại, ngâm xác chết, trị nấm dùng dung dịch 1 – 5%. - Xà phòng: là muối K, Na của axit béo bậc cao. Tác dụng diệt khuẩn của xà phòng là do tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của tế bào, nhưng tác dụng này yếu mà chủ yếu là do sự tẩy rửa để loại trừ vi sinh vật ra khỏi vật thể. - Thuốc nhuộm: thuốc nhuộm là chất kìm hãm vi sinh vật. d. Các chất hoá trị liệu: gồm những chất có thể tổng hợp được bằng phương pháp hoá học. Có tác dụng độc đối với vi sinh vật nhưng hầu như không gây hại cho động vật. [...]... chất Ví dụ: - Vi khuẩn lactic ức chế nhóm vi khuẩn gây thối rữa - Aspergillus flavus sinh ra aflatoxin là một độ tố nguy hiểm có thể tiêu diệt nhiều vi sinh vật khác - Các vi sinh vật sinh kháng sinh ức chế sinh trưởng phát triển của nhiều vi sinh vật khác II Sự phân bố của vi sinh vật trong tự nhiên: Vi sinh vật là những cơ thể nhỏ bé dễ dàng phát tán trong thiên nhiên hoặc bám vào các vật thể để di... tảo, nguyên sinh động vật Trong 1 gam đất có khoảng 100 triệu vi khuẩn, 10 triệu xạ khuẩn, 10 vạn đến 1 triệu nấm, 1 – 10 vạn tảo và nguyên sinh động vật (theo Kraxinnhicốp) Vi sinh vật trong đất có thể chia thành 2 nhóm chính: - Nhóm vi sinh vật đặc trưng của đất: đó là nhómvi sinh vật thích nghi, sinh trưởng phát triển tốt và trở thành hệ vi sinh vật thường trú ở trong đất Vi sinh vật trong đất chủ... thức ăn và gây bệnh cho người, gia súc 2 Sự phân bố của vi sinh vật trong nước: Nguồn vi sinh vật trong nước là từ đất, không khí và chất thải Nước tự nhiên là môi trường thích hợp cho nhiều loại vi sinh vật sinh trưởng và phát triển do trong nước có chứa đầy đủ các chất hữu cơ, các muối khoáng cần thiết cho sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật Hơn nữa nhiệt độ, không khí của nước cũng ở trong giới... hơn nữa vi sinh vật lại có tốc độ sinh sôi nảy nở rất nhanh chóng Dó đó chúng phân bố rộng rãi trong tự nhiên, chúng có nhiều ở trong đất, nước, trong đại dương tới độ sâu 9 km, hay trên tầng khí quyển cao 20 km Tuy vậy, ở các môi trường khác nhau thì số lượng và thành phần vi sinh vật cũng rất khác nhau 1 Sự phân bố của vi sinh vật trong đất: a Đất là môi trường tự nhiên rất thích hợp cho sự sinh trưởng,... vi sinh vật Đất đai vùng á nhiệt đới, nhiệt đới có nhiệt độ bình quân 20 – 30 oC cũng là nhiệt độ thích hợp cho nhiều loại vi sinh vật hoạt động Như vậy, đất có đầy đủ các điều kiện thuận lợi để cho vi sinh vật sinh sôi nảy nở và hoạt động tốt b Sự phân bố của vi sinh vật trong đất: Khu hệ vi sinh vật trong đất rất phức tạp, có những đặc điểm sinh lý và sinh thái rất khác nhau Chúng bao gồm vi khuẩn,... 97,5 x 106 vi sinh vật/ gam bùn Ngoài ra số lượng và thành phần vi sinh vật còn tuỳ thuộc vào hàm lượng chất hữu cơ ở trong nước Những ao hồ gần thành phố, làng mạc nhiều chất hữu cơ có số lượng vi sinh vật lớn Ở gần bờ vì được bổ sung nhiều chất hữu cơ nên số lượng vi sinh vật cũng nhiều hơn xa bờ một cách rõ rệt Điều kiện thời tiết khí hậu cũng ảnh hưởng nhiều đến sự có mặt của vi sinh vật ở trong nước... cây bộ Đậu thu hút vi khuẩn khoáng hoá lân, vi khuẩn cố định nitơ; cây có rễ chùm thu hút nấm, vi khuẩn phân giải xenluloza, vi khuẩn phản nitrat hoá - Sự tác động của con người có ảnh hưởng tích cực tới sự biến động của quần thể vi sinh vật trong đất Vi c cày bừa, xới xáo đất, bón phân, tưới tiêu hợp lý đã xúc tiến mạnh mẽ sự phát triển của vi sinh vật, làm tăng độ phì nhiêu của đất và tăng năng suất... các bào tử Vi sinh vật gây bệnh sống sót được lâu hơn trong nước lạnh và sạch so với nước nóng và giầu chất hữu cơ a Vi sinh vật trong ao hồ Trong ao hồ chứa nhiều chất hữu cơ và muối khoáng nên tập trung khá nhiều vi sinh vật, 1 lít nước ao hồ có thể có hàng chục triệu vi khuẩn Trong ao hồ vi sinh vật hoại sinh phát triển mạnh, ngoài ra nước ao hồ chứa nhiều vi khuẩn gây bệnh như E coli, vi khuẩn tả,... chế sự tổng hợp axit nucleic, ngăn cản sự sao chép AND, ngăn cản sinh tổng hợp ARN – polimeraza, tức là ức chế sự sinh tổng hợp những chất cần thiết cho tế bào Thuộc về nhóm này có các kháng sinh như actinomixin, mitomixin, novobioxin 3 Ảnh hưởng của nhân tố sinh học: Trong tự nhiên vi sinh vật cùng với các loại sinh vật khác tập hợp thành những quần thể phức tạp Trong quá trình sống, giữa vi sinh vật. .. nghèo dinh dưỡng nên vi sinh vật ít 88 + Đất vùng trũng, ngập nước, mặc dù dinh dưỡng nhiều nhưng độ thoáng khí kém nên số lượng vi sinh vật kỵ khí nhiều Sự hoạt động của vi sinh vật kỵ khí sinh ra nhiều chất có hại ảnh hưởng đến cây trồng cũng như các nhóm vi sinh vật khác Chính vì thế khi đánh giá độ phì nhiêu của đất phải kết hợp đánh giá cả tính chất lý, hoá học và sinh học của đất Nếu chỉ chú ý . 6. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN NGOẠI CẢNH ĐẾN VI SINH VẬT VÀ SỰ PHÂN BỐ CỦA VI SINH VẬT TRONG TỰ NHIÊN I. Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến vi sinh vật: . vi sinh vật khác. - Các vi sinh vật sinh kháng sinh ức chế sinh trưởng phát triển của nhiều vi sinh vật khác. II. Sự phân bố của vi sinh vật trong tự nhiên: