Sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật

01Sinh trưởng của quần thể vi sinh vật

Ở vi sinh vật, sinh trưởng được hiểu là sự tăng số lượng tế bào của quần thể. Thời gian thế hệ (g) là thời gian từ khi một tế bào sinh ra đến khi nó phân chia (số tế bào tăng gấp đôi). Thời gian thế hệ khác nhau rất nhiều giữa các loài: E. coli có thể chỉ khoảng 20 phút trong điều kiện tối ưu của phòng thí nghiệm, trong khi vi khuẩn lao cần 15–20 giờ.

Khi điều kiện thuận lợi, số tế bào sau n thế hệ là N = N₀ × 2ⁿ (N₀ là số tế bào ban đầu). Ví dụ, từ một tế bào phân chia 30 phút một lần, sau 24 giờ (48 thế hệ) có thể đạt khoảng 2,8 × 10¹⁴ tế bào – điều này chỉ xảy ra nếu dinh dưỡng không bao giờ cạn, trên thực tế quần thể luôn bị giới hạn.

• Pha tiềm phát (pha lag): số tế bào chưa tăng; vi khuẩn thích nghi với môi trường mới, tổng hợp enzyme, protein cần thiết.
• Pha luỹ thừa (pha log): tế bào phân chia với tốc độ không đổi và lớn nhất, số lượng tăng theo cấp số nhân.
• Pha cân bằng: số tế bào mới sinh ra bằng số tế bào chết đi, do chất dinh dưỡng cạn dần, chất thải độc tích luỹ.
• Pha suy vong: số tế bào chết nhiều hơn số tế bào mới sinh ra, quần thể giảm dần.

Trên đây là nuôi cấy không liên tục (không bổ sung dinh dưỡng, không lấy bớt sản phẩm). Trong nuôi cấy liên tục, dinh dưỡng được bổ sung và dịch nuôi cấy được lấy ra với tốc độ ổn định, quần thể được duy trì ở pha luỹ thừa – được dùng trong sản xuất công nghiệp.

02Các hình thức sinh sản

03Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng

• Chất dinh dưỡng: nguồn carbon, nitrogen, các nguyên tố khoáng, nhân tố sinh trưởng (chất vi sinh vật cần nhưng không tự tổng hợp được).
• Chất ức chế: chất kháng sinh, cồn, chất sát khuẩn chứa chlorine, iodine... dùng để khử trùng, bảo quản.
• Nhiệt độ: mỗi loài có nhiệt độ tối thiểu, tối ưu và tối đa. Nhóm ưa ấm (tối ưu khoảng 20–45 °C, như vi khuẩn sống trong cơ thể người) phổ biến nhất; còn có nhóm ưa lạnh, ưa nhiệt, ưa siêu nhiệt. Tốc độ sinh trưởng tăng dần tới nhiệt độ tối ưu rồi giảm rất nhanh vì protein bị biến tính.
• pH, độ ẩm và áp suất thẩm thấu, ánh sáng, oxygen: ví dụ nhiều vi khuẩn không chịu được môi trường acid (ứng dụng muối dưa), nồng độ muối, đường cao làm tế bào mất nước (ứng dụng ướp muối, làm mứt).

04Kháng sinh: lợi ích và tác hại khi lạm dụng

Kháng sinh là chất (thường do vi sinh vật tạo ra hoặc tổng hợp nhân tạo) có tác dụng ức chế hoặc tiêu diệt vi khuẩn. Kháng sinh giúp chữa nhiều bệnh nhiễm khuẩn ở người và vật nuôi, đã cứu sống rất nhiều người.

• Kháng sinh không có tác dụng với virus (như cảm lạnh, cúm). Dùng kháng sinh khi bị bệnh do virus không giúp khỏi bệnh.
• Lạm dụng kháng sinh (dùng khi không cần, không đủ liều, tự ý dùng, dùng tràn lan trong chăn nuôi) tạo điều kiện chọn lọc vi khuẩn kháng thuốc; gene kháng thuốc còn có thể truyền giữa các vi khuẩn qua plasmid. Bệnh do vi khuẩn kháng thuốc khó chữa hoặc không chữa được.
• Kháng sinh còn tiêu diệt cả vi khuẩn có lợi (như vi khuẩn đường ruột) và có tác dụng phụ.
• Chỉ dùng kháng sinh khi có chỉ định của bác sĩ, bác sĩ thú y; dùng đủ liều, đủ thời gian.

Thực hành và luyện tập