Sinh trưởng của vi sinh vật

Chương II. SINH TRƯỞNG VÀ SINH SẢN CỦA VI SINH VẬT

A - Lí thuyết

I- SINH TRƯỎNG CỦA VI SINH VẬT

1. Khái niệm sinh trưởng

Khi nghiên cứu sinh trưởng của vi sinh vật, người ta theo dõi sự thay đổi của cả quần thể vi sinh vật (vì kích thước tế bào nhỏ khó theo dõi). Nếu ta cấy một vi khuẩn (sinh sản bằng phân đôi) vào bình chứa môi trường, sự tăng số lượng tế bào sẽ diễn ra như sau:

1 → 2 → 4 → 8 → 16 → 32 → 64 → ..., nghĩa là số lượng tế bào vi khuẩn tăng theo cấp số nhân: $2^{n}$ (n là số lần phân bào).

Thời gian từ khi sinh ra một tế bào cho đến khi tế bào đó phân chia hoặc số tế bào trong quần thể tăng gấp đôi gọi là thời gian thế hệ (kí hiệu là g). Mỗi loài vi sinh vật có g riêng, thậm chí cùng một loài nhưng với điều kiện nuôi cấy khác nhau cũng thể hiện g khác nhau. Chẳng hạn, thời gian thế hệ g của E.coli ở 40°C là 21 phút, của trực khuẩn lao ở 37°C là 12 giờ, của nấm men bia ở 30°C là 2 giờ.

Khi nuôi cấy, số lượng tế bào vi khuẩn ban đầu cấy vào không phải là một mà là rất nhiều ($N_{0}$) do đó số lượng tế bào sau thời gian nuôi (N) sẽ là: N = $N_{0}$ x $2^{n}$.

2. Sinh trưởng của quần thể vi sinh vật

a) Nuôi cấy không liên tục

Nuôi cấy vi khuẩn vào môi trường có nhiệt độ thích hợp trong một thời gian nhất định. Nhưng trong suốt quá trình đó, không thêm cơ chất vào môi trường và cũng không rút sinh khối tế bào ra khỏi môi trường thì gọi là nuôi cấy không liên tục và sự sinh trưởng ở đó là của cả quần thể vi sinh vật (hình 13).

- Pha tiềm phát (pha lag):

Từ khi vi khuẩn được cấy vào bình cho đến khi chúng bắt đầu sinh trưởng là pha tiềm phát. Trong pha này, vi khuẩn phải thích ứng với môi trường mới và phải tổng hợp mạnh mẽ ADN cũng như các enzim chuẩn bị cho sự phân bào.

- Pha lũy thừa (pha log):

Trong pha lũy thừa, vi khuẩn bắt đầu phân chia, số lượng tế bào tăng theo cấp số nhân và đạt cực đại ; thời gian thế hệ đạt tới hằng số, quá trình trao đổi chất diễn ra mạnh mẽ nhất.

- Pha cân bằng:

Sự sinh trưởng của vi sinh vật giảm dần. Số lượng tế bào mới sinh ra cân bằng với số lượng tế bào chết và kích thước tế bào cũng nhỏ hơn trong pha lũy thừa. Vi khuẩn chuyển sang pha cân bằng là do sự giảm mạnh mẽ chất dinh dưỡng, $O_{2}$ (với vi khuẩn hiếu khí), sự tích lũy các chất độc (etanol, một số axit), sự thay đổi pH.

- Pha suy vong:

Ở pha suy vong, số lượng tế bào chết vượt số lượng tế bào mới được tạo thành do chất dinh dưỡng cạn kiệt, chất độc hại tích lũy. Một số vi khuẩn chứa các enzim tự phân giải tế bào, một số khác có thành tế bào bị hư hại làm thay đổi hình dạng.

b) Nuôi cấy liên tục

Để thu được nhiều sinh khối hoặc sản phẩm của vi sinh vật, trong công nghệ người ta sử dụng phương pháp nuôi liên tục. Trong đó, các điều kiện môi trường duy trì ổn định nhờ việc bổ sung thường xuyên chất dinh dưỡng và loại bỏ không ngừng các chất thải. Trong một hệ thống mở như vậy, quần thể vi khuẩn có thể sinh trưởng ở pha lũy thừa trong một thời gian dài, mật độ sinh vật tương đối ổn định. Nuôi cấy liên tục được sử dụng để sản xuất sinh khối vi sinh vật, các enzim, vitamin, êtanol...