Dinh dưỡng của vi sinh vật


Các chất dinh dưỡng và chức năng sinh lý



tải về 0.84 Mb.
trang2/9
Chuyển đổi dữ liệu18.05.2018
Kích0.84 Mb.
#38555
1   2   3   4   5   6   7   8   9

13.1.2. Các chất dinh dưỡng và chức năng sinh lý


      Vi sinh vật chủ yếu thu nhận được chất dinh dưỡng từ môi trường bên ngoài. Căn cứ vào chức năng sinh lý khác nhau trong tế bào mà người ta thường chia các chất dinh dưỡng thành 5 nhóm lớn:

1) Nguồn carbon (source of carbon)


      Là nguồn vật chất cung cấp C trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật. Trong tế bào nguồn C trải qua một loạt quá trình biến hoá hoá học phức tạp sẽ biến thành vật chất của bản thân tế bào và các sản phẩm trao đổi chất. C có thể chiếm đến khoảng một nửa trọng lượng khô của tế bào. Đồng thời hầu hết các nguồn C trong các quá trình phản ứng sinh hoá còn sinh ra trong tế bào nguồn năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của vi sinh vật. Một số vi sinh vật dùng CO2 làm nguồn C duy nhất hay chủ yếu để sinh trưởng, khi đó nguồn C không phải là nguồn sinh năng lượng.

      Vi sinh vật sử dụng một cách chọn lọc các nguồn C. Đường nói chung là nguồn C và nguồn năng lượng tốt cho vi sinh vật. Nhưng tuỳ từng loại đường mà vi sinh vật có những khả năng sử dụng khác nhau. Ví dụ trong môi trường chứa glucose và galactose thì vi khuẩn Escherichia coli sử dụng trước glucose (gọi là nguồn C tốc hiệu) còn galactose được sử dụng sau (gọi là nguồn C trì hiệu). Hiện nay trong các cơ sở lên men công nghiệp người ta sử dụng nguồn C chủ yếu là glucose, saccharose, rỉ đường (phụ phẩm của nhà máy đường) tinh bột (bột ngô, bột khoai sắn...), cám gạo, các nguồn cellulose tự nhiên hay dịch thuỷ phân cellulose.

      Năng lực đồng hoá các nguồn C ở các vi sinh vật khác nhau là không giống nhau. Có loài có khả năng sử dụng rộng rãi nhiều nguồn C khác nhau, nhưng có loài khả năng này rất chọn lọc. Chẳng hạn vi khuẩn Pseudomonas có thể đồng hoá được tới trên 90 loại hợp chất C, nhưng các vi khuẩn thuộc nhóm dinh dưỡng methyl (methylotrophs) thì chỉ đồng hoá được các hợp chất 1C như methanol, methane...

       Nguồn C chủ yếu được vi sinh vật sử dụng gồm có đường, acid hữu cơ, rượu, lipid, hydrocarbon, CO2, carbonat... (Bảng 13.4)



Bảng 13.4: Nguồn C được vi sinh vật sử dụng

Nguồn C

Các dạng hợp chất

Đường

glucose, fructose, maltose, saccharose, tinh bột, galactose, lactose, mannite, cellobiose, cellulose, hemicellulose, chitin...

Acid hữu cơ

acid lactic, acid citric, acid fumaric, acid béo bậc cao, acid béo bậc thấp, aminoacid...

Rượu

ethanol

Lipid

lipid, phospholipid

Hydrocarbon

khí thiên nhiên, dầu thô, dầu paraffin

Carbonate

NaHCO3, CaCO3, đá phấn

Các nguồn C khác

Hợp chất nhóm thơm, cyanide, protein, pepton, acid nucleic...



Hình 13.1: Sản lượng sinh trưởng tối ưu khi vi sinh vật dị dưỡng

sử dụng các nguồn C khác nhau

Nguồn carbon thường được sử dụng trong công nghiệp lên men là rỉ đường (molasses). Sự khác nhau giữa rỉ đường mía và rỉ đường củ cải được thấy rõ trong bảng 13.5



   Bảng 13.5: Thành phần hóa học của rỉ đường củ cải và rỉ đường mía

Thành phần

Tỷ lệ

Rỉ đường củ cải

Rỉ đường mía

Đường tổng số

%

48-52

48-56

Chất hữu cơ khá đường

%

2-17

9-12

Protein (N x 6,25)

%

6-10

2-4

K

%

2-7

1,5-5,0

Ca

%

0,1-0,5

0,4-0,8

Mg

%

khoảng 0,09

khoảng 0,06

P

%

0,02-0,07

0,6-2,0

Biotin 

mg/kg

0,02-0,15

1,0-3,0

Acid pantoteic

mg/kg

50-110

15-55

Inositol

mg/kg

5000-8000

2500-6000

Tiamin

mg/kg

khoảng 1,3

khoảng 1,8

      Tỷ lệ các nguyên tố trong các hợp chất cao phân tử ở vi sinh vật có thể thấy rõ trong bảng sau đây: 
 
 

Bảng 13.6: Tỷ lệ các nguyên tố trong các cao phân tử ở tế bào vi sinh vật 
 

Thành phần

% trọng lượng khô

%C

%H

%O

%N

%S

%P

Trung bình

Biên độ dao động

Protein

55

15c-75

53

7

23

16

1

-

RNAd

21

5c –30e

36

4

34

17

-

10

DNAd

3

1c –5f

36

4

34

17

-

10

peptidoglycan

3

0g –20h

47

6

40

7

-

-

Phospholipit

9

0i-15

67

7

19

2

-

5

Lipopolysaccharide

3

0h-4j

55

10

30

2

-

3

Lipit trung tính

-

0-45k

77

12

11

-

-

-

Acid Teichoic

-

0l-5d

28

5

52

-

-

15

Glycogen

3

0-50k

28

6

49

-

-

-

PHB

-

0-80k

45

7

37

-

-

-

PHA (C8)m

-

0-60k

56

9

23

-

-

-

Polyphosphatd

-

0-20n

68

-

61

-

-

39

Cyanophycino

-

0-10

-

15

25

27

-

-

  1. Theo Herbert (1976). Các thông số được thu nhận từ các vi sinh vật khác nhau, không điển hình cho một nhóm nào.

  2. Ở E. coli (trong pha sinh trưởng log). Theo Neidhardt et al. (1990).

  3. Các tế bào có nguồn dự trữ C.

  4. Bao gồm các cao phân tử như ARN, ADN, polyphosphate hoặc một số thành phần của thành tế bào.

  5. Tại mức độ có tỷ lệ sinh trưởng cao.

  6. Các tế bào sinh trưởng chậm.

  7. Các loài ký sinh không có thành tế bào.

  8. Vi khuẩn Gram(+).

  9. Các chủng thay thế nguồn phospholipid bằng các chất tương tự chứa P tự do, trong điều kiện hạn chế nguồn P

  10. Vi khuẩn Gram(-)

  11. Các tế bào trong điều kiện hạn chế nguồn N.

  12. Hạn chế nguồn P.

  13. PHA (polyhydroxyaldehyde) chứa 3-hydroxyoctanoic acid.

  14. Một số nấm men và vi khuẩn.

  15. Một số vi khuẩn lam có nguồn dự trữ N cyanophycin [(asp-arg)].n

*PHB= Poly- β- hydroxy butyrate 

2) Nguồn N (source of nitrogen)

      Nguồn N là nguồn cung cấp N cho vi sinh vật để tổng hợp nên các hợp chất chứa N trong tế bào. Thường không là nguồn năng lượng, chỉ một số ít vi sinh vật tự dưỡng (thuộc nhóm ammon hoá-ammonification, nhóm nitrate hoá- nitrification) dùng muối ammone, muối nitrate làm nguồn năng lượng. Trong điều kiện thiếu nguồn C một số vi sinh vật kỵ khí trong điều kiện không có oxy có thể sử dụng một số aminoacid làm nguồn năng lượng. Nguồn N thường được vi sinh vật sử dụng là protein và các sản phẩm phân huỷ của protein ( peptone, peptide, aminoacid...), muối ammone, nitrate, N phân tử (N2), purine, pyrimidine, urea, amine, amide, cyanide...(bảng 13.7)



Bảng 13.7: Nguồn N được vi sinh vật sử dụng

Nguồn N

 
Các dạng hợp chất

Protein và các sản phẩm phân giải của protein

peptone, peptide, aminoacid... (một số vi sinh vật tiết men proteinase phân giải protein thành các hợp chất phân tử nhỏ hơn rồi mới hấp thu được vào tế bào)

Ammone và muối ammone

NH3, (NH4)2SO4,... (dễ được hấp thu)

Nitrate

KNO3 (dễ được hấp thu)

N phân tử

N2 (với vi sinh vật cố định N)

Các nguồn N khác

purine, pyrimidine, urea, amine, amide, cyanide (chỉ một số nhóm vi sinh vật mới có thể đồng hoá được)

      Nguồn N thường được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật gồm có pepton, bột cá, bột nhộng tằm, bột đậu tương, bột khô lạc, cao ngô, cao thịt, cao nấm men... Vi sinh vật sử dụng chọn lọc đối với nguồn N. Chẳng hạn xạ khuẩn sản sinh terramycin sử dụng cao ngô với tốc độ nhanh hơn so với sử dụng khô đậu tương hay khô lạc, bởi vì nguồn N trong cao ngô là các sản phẩm phân giải dễ hấp thu của protein. Cao ngô được coi là nguồn N tốc hiệu, còn khô dầu được coi là nguồn N trì hiệu. Loại N tốc hiệu là có lợi cho sự sinh trưởng của vi sinh vật, còn loại trì hiệu lại có lợi cho sự hình thành các sản phẩm trao đổi chất. Khi sản xuất terramycin chẳng hạn, người ta phối hợp sử dụng cao ngô và khô dầu theo một tỷ lệ nhất định để phối hợp giữa giai đoạn sinh trưởng tạo sinh khối và giai đoạn sinh tổng hợp các sản phẩm trao đổi chất, nhằm mục tiêu là nâng cao sản lượng terramycin.

      Năng lực hấp thu muối ammone và nitrate ở vi sinh vật là khá mạnh. Ion NH4+ sau khi được tế bào hấp thu có thể được trực tiếp sử dụng, do đó các nguồn muối ammone được coi là nguồn N tốc hiệu. Còn nitrate sau khi được hấp thụ cần khử thành NH4+ rồi mới được vi sinh vật sử dụng. Đa số các vi khuẩn hoại sinh (saprophyte), vi khuẩn đường ruột, vi sinh vật gây bệnh ở người, động vật, thực vật...đều có thể dùng muối ammone, muối nitrate làm nguồn N. Chẳng hạn các vi khuẩn Escherichia coli, Enterobacter aerogenes, Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa...đều có thể sử dụng nguồn (NH4)2SO4 và NH4NO3 làm nguồn N; xạ khuẩn có thể sử dụng KNO3 làm nguồn N; nấm sợi có thể sử dụng KNO3 làm nguồn N. Lúc dùng các muối như (NH4)2SO4 để làm nguồn N nuôi cấy vi sinh vật cần chú ý là sau khi vi sinh vật hấp thu NH4+ thì sẽ làm hạ thấp pH của môi trường. Người ta gọi đó là những muối có tính sinh lý acid. Ngược lại khi dùng các muối nitrate (như KNO3) sau khi vi sinh vật hấp thu NO3- thì sẽ làm nâng cao pH của môi trường. Người ta gọi đó là các muối có tính sinh lý kiềm. Để làm cho pH trong các môi trường nuôi cấy vi sinh vật ít bị biến động người ta bổ sung thêm các chất có tính đệm (buffer substance).



3) Nguồn muối vô cơ (source of inorganic salt)

      Các muối vô cơ là nguồn chất dinh dưỡng không thể thiếu đối với sự sinh trưởng của vi sinh vật. Chúng có các chức năng sinh lý chủ yếu là: tham gia vào thành phần của các trung tâm hoạt tính ở các enzyme của vi sinh vật, duy trì tính ổn định của kết cấu cá đại phân tử và tế bào, điều tiết và duy trì cân bằng áp suất thẩm thấu của tế bào, khống chế điện thế oxy hoá khử của tế bào và là nguồn vật chất sinh năng lượng đối với một số loài vi sinh vật (bảng 13.8).



Bảng 13.8: Muối vô cơ và chức năng sinh lý của chúng

Nguyên tố

Hợp chất sử dụng

Chức năng sinh lý

 
P

 
KH2PO4, K2HPO4

Là thành phần của acid nucleic, nucleoprotein, phospholipid, coenzyme, ATP... Làm nên hệ thống đệm giúp điều chỉnh pH môi trường.

 
S

 
(NH4)2SO4, MgSO4

Là thành phần của các aminoacid chứa S, một số vitamin; glutathione có tác dụng điều chỉnh điện thế oxy hoá khử trong tế bào.

 
 
Mg

 
 
MgSO4

Là thành phần trung tâm hoạt tính của enzyme phosphoryl hoá hexose, dehydrogenase của acid isocitric, polymerase của acid nucleic, thành phần của chlorophyll và bacterio-chlorophyll.

 
Ca

 
CaCl2, Ca(NO3)2

Tạo tính ổn định của một số cofactor, enzyme duy trì, cần cho sự dựng trạng thái cảm thụ của tế bào.

 
Na

 
NaCl

Thành phần của hệ thống chuyển vận của tế bào, duy trì áp suất thẩm thấu, duy trì tính ổn định của một số enzyme.

 
K

 
KH2PO4, KH2PO4

Là cofactor của một số enzyme, duy trì áp suất thẩm thấu của tế bào, là nhân tố ổn định của ribosome ở một số vi khuẩn ưa mặn.

 
 
Fe

 
 
FeS04

Thành phần của sắc tố vi khuẩn và một số enzyme, là vật chất nguồn năng lượng của một số vi khuẩn sắt, cần thiết để tổng hợp chlorophyll và độc tố vi khuẩn bạch hầu.

      Trong quá trình sinh trưởng vi sinh vật còn cần tới một số nguyên tố vi lượng. Những nguyên tố này cũng có vai trò quan trọng mặc dầu chỉ cần với số lượng rất nhỏ, khoảng 10-8-10-6 mol/ L môi trường nuôi cấy. Nguyên tố vi lượng tham gia vào thành phần enzyme và làm hoạt hoá enzyme. (Bảng 13.9)

Bảng 13.9: Tác dụng sinh lý của nguyên tố vi lượng

Nguyên tố

Tác dụng sinh lý

Zn

Có mặt trong alcohol dehydrogenase, lactodehydrogenase, phosphatase kiềm, ARNpolymerase, ADNpolymerase...

Mn

Có mặt trong peroxyd dismutase, carboxylase ciitric synthetase

Mo

Có mặt trong reductase nitrate, nitrogenase, dehydrogenase formic.

Se

Có mặt trong reductase glycin, reductase formic.

Co

Có mặt trong mutase glutamic.

Cu

Có mặt trong cytochrome oxydase.

W

Có mặt trong dehydrogenase formic.

Br

Có mặt trong urease, cần cho sự sinh trưởng của vi khuẩn hydrogen.

      Nếu thiếu nguyên tố vi lượng trong quá trình sinh trưởng thì hoạt tính sinh lý của vi sinh vật bị giảm sút, thậm chí ngừng sinh trưởng. Do nhu cầu dinh dưỡng của vi sinh vật là không giống nhau cho nên khái niệm về nguyên tố vi lượng chi có ý nghĩa tương đối. Vi sinh vật thường tiếp nhận nguyên tố vi lượng từ các chất dinh dưỡng hữu cơ thiên nhiên, các hoá chất vô cơ, nước máy hay ngay từ trong các dụng cụ nuôi cấy bằng thuỷ tinh. Chỉ trong những trường hợp đặc biệt mới cần bổ sung nguyên tố vi lượng vào môi trường nuôi cáy vi sinh vật.

      Vì nhiều nguyên tố vi lượng là kim loại nặng cho nên nếu dư thừa sẽ gây hại cho vi sinh vật. Khi cần bổ sung thêm nguyên tô vi lượng vào môi trường cần lưu ý khống chế chính xác liều lượng.




tải về 0.84 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:
1   2   3   4   5   6   7   8   9



Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2024
được sử dụng cho việc quản lý
    Quê hương
BÁO CÁO
Tài liệu