ÑAÏI HOÏC NOÂNG LAÂM TP. HOÀ CHÍ MINH
KHOA COÂNG NGHEÄ MOÂI TRÖÔØNG
WX
Leâ Quoác Tuaán
Baøi giaûng
VI SINH VAÄT HOÏC ñaïi cuông
Löu haønh noäi boä
-2003-
1
CHÖÔNG 1
MÔÛ ÑAÀU
1. Sô löôïc lòch söû phaùt trieån cuûa vi sinh vaät
Töø xöa khi chöa nhaän thöùc ñöôïc vi sinh vaät, con ngöôøi ñaõ bieát khaù nhieàu veà taùc
duïng do vi sinh vaät gaây neân. Trong saûn xuaát vaø trong ñôøi soáng, con ngöôøi ñaõ tích luyõ
nhieàu kinh nghieäm veà caùc bieän phaùp lôïi duïng vi sinh vaät coù ích vaø phoøng traùnh caùc vi sinh
vaät coù haïi.
Caùch ñaây treân 600 naêm, ngöôøi daân Ai caäp doïc soâng Nile ñaõ coù taäp quaùn naáu röôïu.
ÔÛ Trung Quoác röôïu ñaõ ñöôïc naáu caùch ñaây treân 4000 naêm. Muoái döa, laøm giaám, laøm töông,
laøm maém, laøm söõa chua, öôùp thòt caù… laø nhöõng bieän phaùp höõu hieäu ñeå söû duïng hoaëc khoáng
cheá vi sinh vaät phuïc vuï cho cheá bieán thöïc phaåm.
Vieäc saùng taïo ra caùc hình thöùc uû phaân, ngaâm phaân, ngaâm ñay, troàng luaân canh vôùi
caây hoï ñaäu…ñeàu laø nhöõng bieän phaùp maø toå tieân ta töø laâu ñaõ bieát phaùt huy taùc duïng cuûa vi
sinh vaät trong noâng nghieäp.
Veà phöông dieän chöõa beänh loaøi ngöôøi cuõng ñaõ sôùm tích luyõ ñöôïc nhieàu kinh
nghieäm phong phuù. Ngay töø tröôùc coâng nguyeân Hippocrate (460-373 TCN) ñaõ ñeà caäp ñeán
baûn chaát soáng cuûa caùc taùc nhaân gaây ra beänh truyeàn nhieãm.
Ngöôøi coù coâng phaùt hieän ra theá giôùi vi sinh vaät laø moät ngöôøi Haø Lan Antonie van
Leeuwenhoek (1632-1723). OÂng ñaõ töï cheá taïo ra treân 400 chieác kính hieån vi, nhôø ñoù oâng
coù theå quan saùt ñöôïc theá giôùi sinh vaät nhoû beù maø maét thöôøng khoâng theå phaùt hieän ñöôïc.
Cho tôùi theá kyû 19 nhöõng chieác kính hieån vi quang hoïc hoaøn chænh ra ñôøi. Naêm 1934 kính
hieån vi ñieän töû ñaàu tieân ra ñôøi. Ñoù laø loaïi kính hieån vi khoâng duøng aùnh saùng maø duøng moät
chuøm ñieän töû khueách ñaïi leân nhôø ñieän töø tröôøng.
Töø thaäp kyû 60 cuûa theá kyû 19 baét ñaàu thôøi kyø nghieân cöùu sinh lyù hoïc cuûa caùc vi sinh
vaät. Ngöôøi coù coâng lôùn trong vieäc naøy, vaø veà sau ñöôïc xem laø oâng toå cuûa vi sinh vaät hoïc
ñoù chính laø Louis Pasteur (1822-1895), moät nhaø khoa hoïc ngöôøi Phaùp. Coâng trình cuûa oâng
ñaõ ñem laïi nhöõng bieán ñoåi quan troïng trong 3 lónh vöïc: veà coâng nghieäp, oâng ñaõ ñeà ra caùc
cô sôû hôïp lyù, vöõng chaéc cho caùc quaù trình leân men; veà noâng nghieäp, cuøng vôùi caùc nhaø
khoa hoïc ñöông thôøi oâng ñaõ vaïch ra cho caùc nhaø noâng nhöõng aùnh saùng môùi veà nhieäm vuï
vaø phöông phaùp cô baûn; veà y hoïc, töø tröôùc ñeán nay trong lòch söû phaùt trieån chöa coù nhöõng
tieán boä naøo coù yù nghóa quyeát ñònh nhö caùc coâng trình nghieân cöùu cuûa L. Pasteur.
2
Döôùi ñaây laø moät soá coáng hieán quan troïng cuûa L. Pasteur veà vi sinh vaät hoïc:
Naêm Coáng hieán
1854 – 1864 Chöùng minh quaù trình leân men laø do vi sinh vaät gaây neân.
1862 Nhaän giaûi thöôûng cuûa Vieän Haøn laâm Khoa hoïc Phaùp veà vieäc phuû
ñònh hoïc thuyeát Töï sinh.
1863 Chöùng minh vi khuaån laø nguoàn goác cuûa beänh than.
1865 Phaùt hieän ra nguyeân nhaân cuûa beänh baøo töû truøng ôû taèm vaø ñeà xuaát
ñöôïc caùc bieän phaùp phoøng traùnh
1877 Phaùt hieän caùc phaåy khuaån gaây beänh.
1880 - Phaùt hieän caùc tuï caàu khuaån vaø caùc lieân caàu khuaån gaây beänh
- Tìm ra vaccin choáng beänh dòch taû gaø nhôø söû duïng vi khuaån
ñaõ chuyeån sang daïng maát ñoäc löïc.
- Phaùt hieän naõo moâ caàu khuaån
1881 Tìm ra vaccin choáng beänh than
1883 Phaùt hieän tuï huyeát khuaån lôïn
1880-1885 Nghieân cöùu vaccin choáng beänh daïi vaø ñaõ thaønh coâng vaøo ngaøy 6-
7-1885
1888 Trôû thaønh vieän tröôûng ñaàu tieân cuûa Vieän Pasteur ôû Paris (cho ñeán
khi qua ñôøi)
Nhaø baùc hoïc Ñöùc Robert Koch (1843-1910), laø ngöôøi coäng söï maät thieát vôùi Pasteur.
Ngoaøi coâng lao to lôùn trong vieäc khaùm phaù ra vi khuaån lao, vi khuaån taû, oâng coøn tìm ra
phöông phaùp phaân laäp thuaàn khieát vi sinh vaät treân caùc moâi tröôøng ñaëc (solid medium).
Hoïc troø cuûa oâng laø J.R.Petri (1852-1921) ñaõ phaùt kieán ra loaïi hoäp loàng laøm baèng thuûy tinh.
R. Koch ñaõ phaùt hieän ra phöông phaùp nhuoäm maøu teá baøo vi sinh vaät. Veà sau caùc phöông
phaùp nhuoäm tieâu baûn ñaõ ñöôïc caûi tieán bôûi Ehrlich (1881), Ziehl vaø Neelsen (1883),
Loeffler (1884), Gram (1884)… R. Koch ñöôïc nhaän giaûi Nobel naêm 1905. Ngöôøi coù coâng
ñaàu tieân cho vieäc chöùng minh coù söï toàn taïi cuûa loaïi vi sinh vaät nhoû beù hôn vi khuaån nhieàu
laàn laø nhaø sinh lyù hoïc thöïc vaät Nga D.I. Ivanovskii (1864-1920). OÂng chöùng minh coù söï
toàn taïi cuûa loaïi vi sinh vaät sieâu hieån vi gaây ra beänh khaûm (mosaic) ôû laù thuoác laù vaøo naêm
3
1892. Ñeán naêm 1897 nhaø khoa hoïc Haø Lan M.W. Beijerinck (1851-1931) goïi loaïi vi sinh
vaät naøy laø virus theo goác La Tinh coù nghóa laø “noïc ñoäc”. Ñeán naêm 1917 thì F.H. d’
Heùrelle (1873-1949) phaùt hieän ra caùc virus cuûa vi khuaån vaø ñaët teân laø theå thöïc khuaån
(Bacteriophage).
Maëc daàu L. Pasteur laø ngöôøi ñaàu tieân chöùng minh cô sôû khoa hoïc cuûa vieäc cheá taïo
vaccin nhöng thuaät ngöõ vaccin (Vaccin, töø goác La Tinh Vaccinae coù nghóa laø beänh ñaäu
muøa boø) laïi do baùc só noâng thoân ngöôøi Anh Edward Jenner (1749-1823) ñaët ra. OÂng laø
ngöôøi ñaàu tieân nghó ra phöông phaùp chuûng muû ñaäu boø cho ngöôøi laønh ñeå ñeà phoøng beänh
ñaäu muøa heát söùc nguy hieåm cho tính maïng con ngöôøi.
Ngöôøi ñaët neàn moùng cho khoa Mieãn dòch hoïc (Immunology) laø nhaø khoa hoïc Nga
Ilya Ilitch Metchnikov (1845-1916). OÂng ñaõ ñeán Paris naêm 1887 ñeå gaëp L. Pasteur töø
nhöõng ngaøy ñaàu xaây döïng Vieän Pasteur Paris. Vôùi lyù thuyeát “thöïc baøo” noåi tieáng oâng ñaõ
ñöôïc nhaän giaûi thöôûng Nobel naêm 1908 (cuøng vôùi P. Ehrlich).
Caàn phaûi noùi theâm coâng lao cuûa nhaø khoa hoïc ngöôøi Anh J. Lister (1827-1912),
ngöôøi ñaõ ñeà xuaát ra vieäc söû duïng caùc hoùa chaát dieät khuaån vaø vieäc söû duïng phöông phaùp voâ
truøng trong phaåu thuaät.
Nhaø khoa hoïc Phaùp goác Nga S.N. Vinogradskii (1856-1953) laø ngöôøi ñaàu tieân phaùt
hieän ra vi khuaån saét (1880), vi khuaån löu huyønh (1887), vi khuaån nitrate hoùa (1890). Nhaø
khoa hoïc Haø Lan M.W. Beijerinck (1851-1931) laø ngöôøi ñaàu tieân phaân laäp ñöôïc vi khuaån
noát saàn Rhizobium (1888), vi khuaån coá ñònh ñaïm hieáu khí Azotobacter (1901), vi khuaån
leân men butylic, vi khuaån phaân giaûi pectin vaø nhieàu nhoùm vi khuaån khaùc.
Ngöôøi ñaàu tieân phaùt hieän ra chaát khaùng sinh laø baùc só ngöôøi Anh Alexander
Fleming (1881-1955). Naêm 1928 oâng laø ngöôøi ñaàu tieân taùch ñöôïc chuûng naám sinh chaát
khaùng sinh penicilin, môû ra moät kyû nguyeân môùi cho khaû naêng ñaåy luøi nhanh choùng caùc
beänh nhieãm khuaån. OÂng ñöôïc nhaän giaûi thöôûng Nobel naêm 1945 (cuøng vôùi B.E. Chain vaø
H.W. Florey).
Naêm 1897 Eduard Buchner (1860-1917) laàn ñaàu tieân chöùng minh ñöôïc vai troø cuûa
enzyme trong quaù trình leân men röôïu. OÂng ñaõ nghieàn naùt teá baøo naám men baèng caùt thaïch
anh vaø laáy chaát dòch voâ baøo chieát ruùt töø men ñöa vaøo moät dung dòch chöùa 37% ñöôøng, sau
nöûa giôø ñaõ baét ñaàu thaáy saûn sinh CO2 vaø röôïu ethylic. Tính ñeán naêm 1984 ngöôøi ta ñaõ bieát
ñeán 2477 loaïi enzyme khaùc nhau vaø enzyme ñaõ coù maët trong raát nhieàu hoaït ñoäng saûn xuaát
vaø ñôøi soáng cuûa con ngöôøi.
Caùc vi sinh vaät coøn taïo ra böôùc ngoaët cuûa di truyeàn hoïc trong caùc nghieân cöùu veà di
truyeàn. Con ngöôøi ñaõ ñuû nhaän thöùc veà taàm quan troïng cuûa vi sinh vaät trong nhieàu lónh vöïc.
Maët khaùc cuõng laø moái ñe doaï khuûng khieáp ñoái vôùi nhaân loaïi neáu caùc vi sinh vaät ñaõ ñöôïc
thay ñoåi gen ñöôïc söû duïng trong chieán tranh nhö nhöõng loaïi vuõ khí phaân töû voâ phöông cöùu
chöõa.
4
2. Ñaëc ñieåm chung cuûa vi sinh vaät
Vi sinh vaät (microoganisms) laø teân goïi chung ñeå chæ taát caû caùc sinh vaät coù hình theå
nhoû beù, chæ coù theå thaáy ñöôïc döôùi kính hieån vi.
Virus laø nhoùm vi sinh vaät nhoû beù tôùi möùc chæ coù theå quan saùt ñöôïc qua kính hieån vi
ñieän töû. Virus chöa coù caáu truùc teá baøo. Caùc vi sinh vaät khaùc thöôøng laø ñôn baøo hoaëc ña baøo
nhöng coù caáu truùc ñôn giaûn vaø chöa phaân hoaù thaønh caùc cô quan sinh döôõng.
Vi sinh vaät khoâng phaûi laø moät nhoùm rieâng bieät trong sinh giôùi. Chuùng thaäm chí
thuoäc veà nhieàu giôùi sinh vaät khaùc nhau. Giöõa caùc nhoùm coù theå khoâng coù quan heä maät thieát
vôùi nhau. Chuùng coù chung nhöõng ñaëc ñieåm sau ñaây:
2.1. Kích thöôùc
Kích thöôùc nhoû beù, maét ngöôøi khoâng theå thaáy ñöôïc. Thöôøng ñöôïc ño baèng
micrometer, virus ñöôïc ño baèng nanometer. Vì coù kích thöôùc nhoû neân dieän tích beà maët
cuûa moät taäp ñoaøn raát lôùn. Ví duï caàu khuaån chieám theå tích 1cm3 coù dieän tích beà maët laø 6m2.
2.2. Haáp thu vaø chuyeån hoaù
Vi sinh vaät coù khaû naêng haáp thu nhieàu vaø chuyeån hoaù nhanh, naêng löïc haáp thu cuûa
noù vöôït xa caùc sinh vaät baäc cao. Chaúng haïn vi khuaån lactic (Lactobacillus) trong 1 giôø coù
theå phaân giaûi moâït löôïng ñöôøng lactose naëng hôn 1000-10000 laàn khoái löôïng cuûa chuùng.
Naêng löïc chuyeån hoaù cuûa vi sinh vaät raát maïnh (neáu tính μl O2 maø moãi mg chaát khoâ cuûa cô
theå sinh vaät tieâu hao trong 1 giôø, thì ôû moâ laù cuûa thöïc vaät laø 0.5-4, ôû gan ñoäng vaät laø 10-20,
coøn naám men röôïu laø 110, vi khuaån thuoäc chi Azotobacter laø 2000). Vì naêng löïc chuyeån
hoaù maïnh cho neân chuùng coù taùc duïng heát söùc lôùn lao trong thieân nhieân cuõng nhö trong
hoaït ñoäng soáng cuûa con ngöôøi.
2.3. Sinh tröôûng vaø phaùt trieån
So vôùi caùc sinh vaät khaùc thì vi sinh vaät coù toác ñoä sinh tröôûng vaø phaùt trieån raát lôùn.
Vi khuaån Escherichia coli trong caùc ñieàu kieän thích hôïp cöù khoaûng 12-20 phuùt laïi phaân
chia 1 laàn. Neáu laáy thôøi gian theá heä laø 20 phuùt thì moãi giôø phaân chia 3 laàn, sau 24 giôø thì 1
teá baøo ban ñaàu seõ sinh ra 4.722.366.500.1012 teá baøo (naëng 4722 taán!). Taát nhieân trong
thöïc teá khoâng theå taïo ra caùc ñieàu kieän sinh tröôûng lyù töôûng nhö vaäy ñöôïc cho neân soá löôïng
vi khuaån thu ñöôïc trong 1 ml dòch nuoâi caáy thöôøng chæ ñaït möùc ñoä 108-109 teá baøo. Thôøi
gian theá heä cuûa moãi loaøi vi sinh vaät laø khaùc nhau, ví duï nhö naám men Saccharomyces
cerevisiae laø 120 phuùt. Khi nuoâi caáy ñeå thu nhaän sinh khoái giaøu protein phuïc vuï chaên nuoâi
ngöôøi ta nhaän thaáy toác ñoä sinh toång hôïp cuûa naám men naøy cao hôn boø ñeán 100.000 laàn.
Thôøi gian theá heä cuûa taûo Chlorella laø 7 giôø, vi khuaån lam Nostoc laø 23 giôø.