Bài 25: Sinh trưởng của vi sinh vật

I. Lý thuyết sinh trưởng của vi sinh vật

Nội dung 1. Khái niệm sinh trưởng của vi sinh vật

Sinh trưởng của quần thể vi sinh vật là sự tăng số lượng tế bào của quần thể.

Thời gian thế hệ (g): là thời gian tính từ khi một tế bào sinh ra cho đến khi tế bào đó phân chia hoặc số tế bào trong quần thể tăng lên gấp đôi.

Mỗi loài vi khuẩn có thời gian thế hệ riêng; trong cùng một loài, với điều kiện nuôi cấy khác nhau cũng có thời gian thế hệ (g) khác nhau [Xem nội dung 2].

Bảng 1. Thời gian thế hệ của một số loài vi sinh vật

* Công thức tính thời gian thế hệ: g = t / n       

Trong đó,

t: thời gian nuôi cấy;

n: số lần phân chia trong thời gian t.

Bảng 2. Số lượng tế bào vi khuẩn E. coli trong quần thể theo thời gian

* Công thức tính số lượng tế bào sau n lần phân chia từ N_o tế bào ban đầu trong thời gian xác định t: 

N_t  = N_o . 2ⁿ

Trong đó,

N_t: số tế bào sau n lần phân chia trong thời gian t;

N_o: số tế bào ban đầu;

n: số lần phân chia.

Nội dung 2. Sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn

Để tìm hiểu sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn, người ta nuôi cấy chúng trong môi trường không liên tục, còn gọi là nuôi cấy không liên tục.

a. Nuôi cấy không liên tục là môi trường nuôi cấy không được bổ sung chất dinh dưỡng và không được lấy đi các sản phẩm chuyển hóa trong quá trình nuôi cấy.

Quần thể vi khuẩn trong nuôi cấy không liên tục sinh trưởng theo 1 đường cong gồm 4 pha: pha tiềm phát (pha lag), pha lũy thừa (pha log), pha cân bằng và pha suy vong.

Lưu ý: µ là tốc độ sinh trưởng riêng của vi sinh vật (số lần phân chia trong một giờ).

→ Thời gian thế hệ ở pha log: g = 1/µ .

Vì tốc độ sinh trưởng riêng (µ) của vi khuẩn khác nhau ở các pha, do đó thời gian thế hệ (g) cũng khác nhau ở các pha trong nuôi cấy không liên tục.

Ứng dụng: Nghiên cứu sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật.

Một số hạn chế:

• Chất dinh dưỡng cạn dần.
• Các chất độc hại tích lũy ngày càng nhiều và ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật.

Để khắc phục hạn chế của nuôi cấy không liên tục, người ta tiến hành nuôi cấy vi khuẩn trong các bình lên men liên tục → Nuôi cấy liên tục.

b. Nuôi cấy liên tục là môi trường nuôi cấy được bổ sung thường xuyên chất dinh dưỡng và đồng thời lấy ra một lượng tương đương dịch nuôi cấy.

Quần thể vi khuẩn sinh trưởng theo 1 đường cong gồm 2 pha: pha lũy thừa (sinh trưởng chủ yếu) và pha cân bằng.

Ứng dụng: để sản xuất sinh khối, thu nhận các sản phẩm sinh học như vitamin, enzim, axit amin, hoocmôn, prôtêin,...

II. Bài tập luyện tập sinh trưởng ở vi sinh vật của trường NK - LTT

Phần 1: Bài tập tự luận

Câu 1: Phân biệt nuôi cấy liên tục và nuôi cấy không liên tục?

Lời giải đáp

Nuôi cấy không liên tục

• Không được bổ sung chất dinh dưỡng.
• Không được lấy sản phẩm chuyển hoá vật chất.
• Không được lấy sản phẩm chuyển hoá vật chất
• Quá trình sinh trưởng được biểu thị bằng đồ thị gồm 4 pha.
• Nghiên cứu môi trường nuôi cấy của vi sinh vật.

Nuôi cấy liên tục

• Bổ sung chất dinh dưỡng liên tục
• Được lấy 1 lượng chất dinh dưỡng tương đương
• Không có pha suy vong và pha tiềm phát (sau khi bổ sung chất dinh dưỡng)
• Sản xuất sinh khối 

Câu 2: Tại sao số lượng tế bào trong pha lũy thừa tăng lên rất nhanh?

Lời giải đáp

Vi khuẩn đã thích nghi với môi trường, trao đổi chất diễn ra mạnh mẽ, tế bào phân chia liên tục.

Câu 3: Có thể coi dạ dày - ruột ở người là một hệ thống nuôi cấy liên tục với vi sinh vật được không?

 Lời giải đáp

Thức ăn thường xuyên được bổ sung, sản phẩm chuyển hóa được thải ra ngoài cùng với các vi sinh vật.

Câu 4: Trong môi trường tự nhiên, vi khuẩn có sinh trưởng theo 4 pha như vậy không?

Lời giải đáp

Trong môi trường tự nhiên, vi khuẩn không sinh trưởng đủ 4 pha, nó không thể đạt đến pha lũy thừa, bởi vì trong môi trường tự nhiên lượng thức ăn có thể không đầy đủ, mặt khác lại phải cạnh tranh với các vi sinh vật khác và yếu tố môi trường không ổn định (nhiệt độ, độ ẩm, độ pH,...).

Phần II: Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Thời gian cần thiết để một tế bào vi sinh vật phân chia được gọi là 

1. thời gian một thế hệ.
2. thời gian sinh trưởng.
3. thời gian sinh trưởng và phát triển.
4. thời gian tiềm phát.

Câu 2: Sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật được đánh giá thông qua

1. sự tăng lên về số lượng tế bào của quần thể.
2. sự tăng lên về kích thước của từng tế bào trong quần thể.
3. sự tăng lên về khối lượng của từng tế bào trong quần thể.
4. sự tăng lên về cả kích thước và khối lượng của từng tế bào trong quần thể.

Câu 3: Quá trình sinh trưởng của quần thể vi sinh vật trong môi trường nuôi cấy không liên tục theo trình tự là

1. pha lũy thừa → pha tiềm phát → pha cân bằng → pha suy vong.
2. pha lũy thừa → pha cân bằng → pha suy vong.
3. pha tiềm phát → pha lũy thừa → pha cân bằng.
4. pha tiềm phát → pha lũy thừa → pha cân bằng → pha suy vong.

Câu 4: Thời gian tính từ lúc vi khuẩn được nuôi cấy đến khi chúng bắt đầu sinh trưởng được gọi là

1. pha tiềm phát.
2. pha cân bằng động.                    
3. pha luỹ thừa.
4.  pha suy vong.

Câu 5: Hoạt động nào sau đây xảy ra ở vi sinh vật trong pha tiềm phát?

1. Tế bào phân chia.
2. Có sự hình thành và tích luỹ các enzim.
3. Lượng tế bào tăng mạnh mẽ.
4. Lượng tế bào tăng ít.

Câu 6: Trong môi trường nuôi cấy, vi sinh vật có quá trình trao đổi chất mạnh mẽ nhất ở

1. pha tiềm phát.
2. pha cân bằng động.                    
3. pha luỹ thừa.
4. pha suy vong.

Câu 7: Biểu hiện sinh trưởng của vi sinh vật ở pha cân bằng động là

1. số tế bào được sinh ra nhiều hơn số chết đi.
2. số tế bào chết đi nhiều hơn số tế bào được sinh ra.
3. số tế bào được sinh ra bằng với số chết đi.
4. chỉ có tế bào chết đi mà không có sinh ra.

Câu 8: Trong điều kiện nuôi cấy không liên tục, để thu sinh khối vi sinh vật tối đa nên dừng ở

1. cuối pha tiềm phát.
2. đầu pha lũy thừa.
3. đầu pha cân bằng.
4. cuối pha suy vong.

Câu 9: Có một tế bào vi sinh vật có thời gian thế hệ là 30 phút. Số tế bào tạo ra từ tế bào nói trên sau 3 giờ?

1. 64.
2. 32.
3. 16.
4. 8.

Câu 10: Trong thời gian 100 phút, từ một tế bào vi khuẩn đã phân bào tạo ra tất cả 32 tế bào mới. Hãy cho biết thời gian cần thiết cho một thế hệ của tế bào trên là bao nhiêu?

1. 2 giờ.
2. 60 phút.
3. 40 phút.
4. 20 phút.

Câu 11: Số tế bào tạo ra từ 8 vi khuẩn E. coli đều phân bào 4 lần là

1. 100.
2. 110.
3. 128.
4. 148.

Câu 12: Trong 1 quần thể vi sinh vật, ban đầu có 10⁴ tế bào. Thời gian 1 thế hệ là 20 phút, số tế bào trong quần thể sau 2 giờ là 

1. 10⁴.2³.
2. 10⁴.2⁴.
3. 10⁴.2⁵.
4. 10⁴.2⁶.

Câu 13: Ý nào sau đây không phải là đặc điểm của phương pháp nuôi cấy vi sinh vật không liên tục?

1. Điều kiện môi trường nuôi cấy được duy trì ổn định.
2. Pha lũy thừa thường chỉ được vài thế hệ.
3. Không đưa thêm chất dinh dưỡng vào môi trường nuôi cấy.
4. Không rút bỏ các chất thải và sinh khối dư thừa.

Câu 14: Trong nuôi cấy không liên tục, ở pha suy vong số lượng cá thể giảm dần do nhiều nguyên nhân. Có bao nhiêu nguyên nhân sau đây là đúng?

(1) Chất dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy bị cạn kiệt.

(2) Chất độc hại được tích lũy quá nhiều.

(3) Vi sinh vật trong quần thể bị phân hủy ngày càng nhiều.

(4) Chất dinh dưỡng trong môi trường nuôi cấy luôn ổn định.

1. 1.   
2. 2.
3. 3.
4. 4.

Câu 15: Ở vi khuẩn lactic, nếu được nuôi cấy trong điều kiện pH = 3,5 thì thời gian thế hệ là 30 phút; còn nếu nuôi cấy ở điều kiện pH = 4,5 thì thời gian thế hệ là 20 phút. Một quần thể vi khuẩn lactic được nuôi cấy liên tục trong 3 giờ, 1/3 thời gian nuôi cấy trong môi trường có độ pH = 3,5; sau đó chuyển sang môi trường có độ pH = 4,5. Biết N_o = 10⁵, sau 3 giờ thì số lượng cá thể của quần thể vi khuẩn lactic là bao nhiêu? (Nếu cho rằng không có vi khuẩn nào bị chết và quần thể vi khuẩn luôn giữ ở pha luỹ thừa)

1. 256.10⁵.
2. 4.10⁵.
3. 10⁵.2⁶.
4. 8.10⁵.

Giáo viên biên soạn: Lê Thị Dung

Trường TH – THCS – THPT  LÊ THÁNH TÔNG