Lý thuyết trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật - Sinh 10 Kết nối tri thức

I. Quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật

1. Quá trình tổng hợp:

Sinh tổng hợp (đồng hóa) là quá trình tế bào sử dụng năng lượng để liên kết các phân tử đơn giản thành các phân tử hữu cơ phức tạp cần thiết. 

a) Tổng hợp carbohydrate:

Vi sinh vật tổng hợp glucose theo 2 cách:

• Quang hợp ở vi khuẩn lam, tảo là con đường phổ biến và quan trọng nhất.

• Quang khử ở vi khuẩn màu lục, màu tía

• Hóa tổng hợp ở vi khuẩn sắt, vi khuẩn nitrate

Glucose làm nguyên liệu xây dựng tế bào và dự trữ năng lượng, Chitin cấu tạo nấm, peptidoglycan tạo thành vi khuẩn và cellulose cấu tạo thành tảo lục.

b) Tổng hợp protein:

Phần lớn vi sinh vật có khả năng tổng hợp được toàn bộ 20 loại amino acid, trong khi còn người không làm được.

Một số vi sinh vật (vi khuẩn lam, Rhizobium) có thể chuyển hóa N2 của khí quyển thành ammonia (NH3) cung cấp nitrogen cho cả hệ sinh thái.

c) Tổng hợp lipid:

Ở vi sinh vật, lipid được tổng hợp từ các acid béo và glycerol. Lipid là thành phần chính của màng tế bào và màng ngoài của vi khuẩn Gram âm.

d) Tổng hợp nucleic acid:

Nucleotide được tổng hợp từ 1 gốc đường 5 cacbon + amino acid + phosphoric acid. Tất cả các phản ứng đều sử dụng ATP.

2. Phân giải các chất:

Các vi sinh vật dị dưỡng phân giải các hợp chất hữu cơ do vi sinh vật khác cung cấp để lấy làm nguyên liệu cho hoạt động sống của chúng. 

II. Sinh trưởng của quần thể vi khuẩn

Sinh trưởng của quần thể sinh vật là sự tăng lên về mặt số lượng tế bào trong quần thể.

Thời gian thế hệ (g) là thời gian tính từ khi tế bào sinh ra đến khi tế bào đó phân chia, thời gian thế hệ của một quần thể là hằng số.

Mỗi loài có một thời gian thế hệ khác nhau.

Ví dụ: Thời gian thế hệ của E.coli là g = 20 phút, còn ở vi khuẩn lao g = 12 giờ.

Ở điều kiện lí tưởng, sau n lần phân chia từ No tế bào ban đầu, trong thời gian t, số tế bào tạo thành Nt là: 

1. Nuôi cấy không liên tục:

Môi trường nuôi cấy không liên tục là môi trường không được bổ sung chất dinh dưỡng mới và không được lấy đi các chất thải từ quá trình trao đổi chất. Sinh trưởng của vi khuẩn chia thành 4 pha:

2. Nuôi cấy liên tục:

Môi trường nuôi cấy liên tục là môi trường thường xuyên được bổ sung chất dinh dưỡng và loại bỏ các sản phẩm trao đổi chất. Vi khuẩn nuôi để sản xuất sinh khối (enzyme, vitamin …).

III. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của quần thể vi sinh vật:

Trong tự nhiên, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của quần thể sinh vật.

1. Các yếu tố vật lí:

2. Các yếu tố hóa học

a) Chất dinh dưỡng:

Vi sinh vật chỉ có thể tồn tại trong môi trường có chất dinh dưỡng (protein, carbohydrate …) và các nhân tố sinh trưởng (amino acid, vitamin hoặc nguyên tố vi lượng).

Vi sinh vật không tự tổng hợp được các nhân tố sinh trưởng gọi là vi sinh vật khuyết dưỡng, loài có thể tự tổng hợp được gọi là vi sinh vật nguyên dưỡng.

b) Chất ức chế:

Một số chất hóa học ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật là:

3. Kháng sinh, ý nghĩa của kháng sinh và tác hại của việc lạm dụng kháng sinh:

Vi sinh vật trong quá trình sinh trưởng có thể tiết ra môi trường chất ức chế phát triển hoặc tiêu diệt vi khuẩn khác, gọi là chất kháng sinh.

Dựa vào đặc điểm này, con người đã phát triển và sử dụng rộng rãi các loại thuốc kháng sinh điều trị bệnh gây ra bởi vi khuẩn.

Lạm dụng thuốc kháng sinh không theo chỉ dẫn của bác sĩ gây hiện tượng kháng thuốc.

Lạm dụng thuốc kháng sinh trong chăn nuôi cũng tăng nguy cơ xuất hiện vi khuẩn kháng thuốc. 

IV. Hình thức sinh sản ở vi sinh vật

Vi sinh vật có 3 hình thức sinh sản chính: phân đôi, hình thành bào tử và nảy chồi.

1. Phân đôi:

Là hình thức sinh sản phổ biến nhất, tế bào mẹ phân chia thành 2 tế bào con giống nhau. Có 2 hình thức phân đôi: vô tính (vi khuẩn nhân sơ) và hữu tính (trùng giày).

2. Sinh sản bằng bào tử:

Nấm và vi khuẩn sinh sản bằng bào tử dạng vô tính hoặc hữu tính. Có nhiều loại bào tử: ngoại bào tử chỉ có màng mỏng giúp sinh sản, nội bào tử có lớp vỏ dày chứa calcium dipicolinate giúp vi khuẩn tiềm sinh ở điều kiện bất lợi. 

3. Nảy chồi:

Là phương thức sinh sản vô tính đặc trưng của số ít vi khuẩn quang dưỡng (vi khuẩn tía, nấm men …). Một cá thể con sẽ dần hình thành ở một phần cơ thể mẹ, sau khi trưởng thành sẽ tách ra và sống độc lập.

Sơ đồ tư duy trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật: