Bài 21: Trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật

1. Kiến thức trọng tâm

Vi sinh vật trao đổi chất với môi trường để lấy năng lượng và nguyên liệu xây dựng tế bào. Dựa vào nguồn carbon và năng lượng, vi sinh vật được chia thành các nhóm dinh dưỡng: quang tự dưỡng (dùng ánh sáng và $CO_2$), hóa tự dưỡng (dùng năng lượng từ phản ứng hóa học và $CO_2$), quang dị dưỡng (dùng ánh sáng và chất hữu cơ) và hóa dị dưỡng (dùng chất hữu cơ làm nguồn carbon và năng lượng). Phần lớn vi khuẩn gây bệnh và vi khuẩn phân giải thuộc nhóm hóa dị dưỡng.

Sinh trưởng của quần thể vi sinh vật trong môi trường nuôi cấy kín trải qua bốn pha: pha tiềm phát (vi sinh vật thích nghi, chưa phân chia), pha lũy thừa (phân chia mạnh, số lượng tăng theo cấp số nhân), pha cân bằng (số tế bào sinh ra bằng số tế bào chết) và pha suy vong (số tế bào chết vượt số tế bào sinh ra do cạn kiệt dinh dưỡng và tích lũy chất độc). Thời gian thế hệ là thời gian cần thiết để số lượng tế bào tăng gấp đôi.

Vi sinh vật sinh sản chủ yếu bằng hình thức vô tính: vi khuẩn phân đôi, nấm men nảy chồi, nấm mốc sinh sản bằng bào tử. Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ pH, độ ẩm, oxygen và áp suất thẩm thấu đều ảnh hưởng mạnh đến sinh trưởng của vi sinh vật.

2. Ví dụ minh họa

Nuôi cấy vi khuẩn E. coli trong môi trường dinh dưỡng lỏng ở $37^\circ C$, thời gian thế hệ khoảng $20$ phút. Từ một tế bào ban đầu, sau $2$ giờ (6 thế hệ) số tế bào là $2^6 = 64$ tế bào nếu điều kiện thuận lợi và chưa bước sang pha cân bằng. Ví dụ này cho thấy vi sinh vật sinh sản rất nhanh, vì vậy một vết thương nhỏ nếu không được sát trùng kịp thời có thể nhanh chóng bị nhiễm trùng nặng.

3. Ghi nhớ

• Vi sinh vật có bốn kiểu dinh dưỡng: quang tự dưỡng, hóa tự dưỡng, quang dị dưỡng, hóa dị dưỡng.
• Sinh trưởng quần thể gồm bốn pha: tiềm phát, lũy thừa, cân bằng, suy vong.
• Vi sinh vật sinh sản chủ yếu vô tính: phân đôi, nảy chồi, bào tử; sinh sản rất nhanh.