B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
1
Më ®Çu
1. §Æt vÊn ®Ò
§· tõ xa x−a, mÆc dï ch−a nhËn thøc ®−îc sù tån t¹i cña vi khuÈn,
nh−ng loµi ng−êi còng ®· biÕt ®−îc kh¸ nhiÒu vÒ t¸c dông do vi khuÈn g©y
nªn. §Õn nay trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt vµ trong cuéc sèng, loµi ng−êi ®· tÝch
lòy ®−îc rÊt nhiÒu kinh nghiÖm quý b¸u vÒ c¸c biÖn ph¸p øng dông nh÷ng vi
khuÈn cã Ých vµ phßng tr¸nh nh÷ng vi khuÈn cã h¹i.
Vi khuÈn cã kÝch th−íc nhá bÐ vµ cã cÊu tróc c¬ thÓ t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n
nh−ng chóng cã tèc ®é sinh s«i n¶y në rÊt nhanh chãng vµ ho¹t ®éng trao ®æi
chÊt v« cïng m¹nh mÏ. Vi khuÈn cã kh¶ n¨ng gãp phÇn ph©n gi¶i hÇu hÕt c¸c
lo¹i chÊt trªn Tr¸i §Êt, kÓ c¶ c¸c chÊt rÊt khã ph©n gi¶i, hoÆc c¸c chÊt th−êng
g©y ®éc h¹i ®Õn c¸c nhãm sinh vËt kh¸c. Bªn c¹nh kh¶ n¨ng ph©n gi¶i vi
khuÈn cßn cã kh¶ n¨ng tæng hîp nhiÒu hîp chÊt h÷u c¬ phøc t¹p trong ®iÒu
kiÖn nhiÖt ®é, ¸p suÊt b×nh th−êng.
Ngoµi nh÷ng t¸c dông to lín cña vi khuÈn th× chóng ta còng kh«ng thÓ
kh«ng kÓ ®Õn kh«ng Ýt nh÷ng vi khuÈn cã h¹i, chóng g©y bÖnh cho ng−êi, cho
gia sóc, gia cÇm, t«m c¸, cho c©y trång, c©y rõng, chóng lµm h− h¹i hoÆc biÕn
chÊt l−¬ng thùc, thùc phÈm, nguyªn vËt liÖu, hµng hãa. Chóng s¶n sinh ra c¸c
®éc tè trong ®ã cã nh÷ng ®éc tè hÕt søc ®éc h¹i.
Trong Y häc còng nh− trong ch¨n nu«i, trång trät mét trong nh÷ng vÊn
®Ò lín ®ã lµ cã thÓ phßng chèng ®−îc c¸c bÖnh truyÒn nhiÔm vµ c¸c ph−¬ng
ph¸p ®Ò phßng dÞch bÖnh cã thÓ l©y nhiÔm tõ sóc vËt sang ng−êi, tõ ng−êi sang
ng−êi...
Trong xu thÕ ¸p dông réng r·i §iÖn tö, Tin häc vµo cuéc sèng, hÇu hÕt
c¸c thiÕt bÞ hiÖn nay cã sö dông §iÖn tö ®· vµ ®ang ®−îc hoµn thiÖn nh»m
n©ng cao chÊt l−îng cuéc sèng. §Æc biÖt lµ trong Y häc vµ trong ch¨n nu«i, ®Ó
cã thÓ nu«i cÊy vµ duy tr× sù sèng cña nh÷ng vi khuÈn nh»m nghiªn cøu phôc
vô cho cuéc sèng vµ s¶n xuÊt, ®Æc biÖt lµ phôc vô cho viÖc nghiªn cøu khoa
häc nh»m ph¸t hiÖn ra nh÷ng vi khuÈn cã Ých kh¸c vµ nh÷ng vi khuÈn cã h¹i
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
2
míi ®Ó cã thÓ khèng chÕ ®−îc chóng, sö dông chóng vµo nh÷ng viÖc cã lîi cho
con ng−êi. Khi ®ã, tñ nu«i cÊy vi khuÈn cã sö dông m¹ch ®iÖn tö vµo ®iÒu
khiÓn ®· ra ®êi nh»m duy tr× sù sèng cho vi khuÈn vµ nu«i cÊy chóng ë nhiÖt
®é vµ thêi gian nhÊt ®Þnh nµo ®ã.
MÆc dï trªn thÕ giíi hiÖn nay cã kh¸ nhiÒu chñng lo¹i thiÕt bÞ nu«i cÊy
hiÖn ®¹i, c«ng suÊt lín. Song mét phÇn nµo ®ã kh«ng hoµn toµn phï hîp víi
®iÒu kiÖn ë ViÖt Nam.
Do ®ã, ®Ó ®¸p øng phÇn nµo ®ã nh÷ng nhu cÇu trªn cïng víi sù n¾m b¾t
®−îc nh÷ng tiÕn bé cña khoa häc kü thuËt ®Æc biÖt lµ ®iÖn tö ®· vµ ®ang ®−îc
øng dông m¹nh mÏ vµo cuéc sèng vµ s¶n xuÊt chóng t«i tiÕn hµnh ®Ò tµi:
“Nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i
cÊy vi khuÈn”. Trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi chóng t«i tiÕn hµnh nghiªn
cøu vµ kh¶o s¸t c¸c lo¹i tñ nu«i cÊy trong bÖnh viÖn B¹ch Mai, kh¶o s¸t sù
biÕn ®æi cña nhiÖt ®é vµ thêi gian trong qu¸ tr×nh nu«i cÊy. Tõ kÕt qu¶ ®ã
chóng t«i tiÕn hµnh x©y dùng m« h×nh vµ l¾p r¸p trªn thùc tÕ. Víi nh÷ng kÕt
qu¶ ®· ®¹t ®−îc, kh¼ng ®Þnh hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy do
chóng t«i thiÕt kÕ lµ hoµn toµn cã tÝnh kh¶ thi trong ®iÒu kiÖn n−íc ta hiÖn nay.
2. Môc ®Ých cña ®Ò tµi
Trªn c¬ së nh÷ng kiÕn thøc ®· häc ®−îc trong nhµ tr−êng vµ nh÷ng kiÕn
thøc thùc tÕ tiÕp thu ®−îc trong qu¸ tr×nh thùc tËp chóng t«i m¹nh d¹n ®Ò xuÊt,
thiÕt kÕ m¹ch tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi khuÈn vµ l¾p r¸p
m¹nh tù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é. M¹ch nµy cã thÓ dïng ®Ó thay thÕ c¸c m¹ch
®iÒu chØnh nhiÖt ®é trong c¸c tñ gÆp sù cè cÇn söa ch÷a ®Ó kh«ng lµm gi¸n
®o¹n thêi gian nghiªn cøu cña c¸c nhµ vi sinh vËt. §Æc biÖt, m¹ch nµy còng cã
thÓ dïng ®Ó l¾p míi.
3. Néi dung cña ®Ò tµi
T×m hiÓu kh¸i qu¸t vÒ ®Æc ®iÓm vµ c¸c ®iÒu kiÖn sèng cña vi khuÈn, c¸c
t¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi víi ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn cña vi khuÈn.
Tr×nh bµy nguyªn t¾c chung cña m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é tñ nu«i cÊy.
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
3
Giíi thiÖu mét sè s¬ ®å ®iÒu khiÓn thùc tÕ ®ang ®−îc sö dông vµ nh÷ng
phô kiÖn quan träng ®èi víi m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é.
TÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é trong tñ nu«i cÊy vi
khuÈn.
4. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu
- Nghiªn cøu theo ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt
- Nghiªn cøu theo ph−¬ng ph¸p øng dông
- Nghiªn cøu theo ph−¬ng ph¸p chuyªn gia
Ch−¬ng 1
T×m hiÓu ®Æc ®iÓm, ®iÒu kiÖn sinh sèng cña vi khuÈn vµ t¸c ®éng cña m«i tr−êng ®èi
víi sù ph¸t triÓn cña vi khuÈn
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
4
1.1. Kh¸i niÖm chung
Xung quanh ta ngoµi c¸c sinh vËt lín mµ chóng ta cã thÓ nh×n thÊy ®−îc
cßn cã v« vµn c¸c sinh vËt nhá bÐ, muèn nh×n thÊy chóng ph¶i dïng kÝnh hiÓn
vi. Ng−êi ta gäi chóng lµ vi khuÈn.
Vi khuÈn sèng ë kh¾p mäi n¬i trªn Tr¸i §Êt: tõ ®Ønh nói cao cho ®Õn tËn
®¸y biÓn s©u, trong kh«ng khÝ, trong ®Êt, trong hÇm má, trong s«ng ngßi, ao
hå, trªn da, trong tõng bé phËn cña c¬ thÓ ng−êi, ®éng vËt, thùc vËt, trong c¸c
s¶n phÈm l−¬ng thùc, thùc phÈm, vËt liÖu, hµng hãa... ngay c¶ ë trong nh÷ng
n¬i mµ ®iÒu kiÖn sèng t−ëng chõng nh− hÕt søc phøc t¹p vµ kh¾c nhiÖt nhÊt mµ
vÉn thÊy cã sù ph¸t triÓn cña vi khuÈn.
Ch¼ng h¹n nh− vi khuÈn Pseudomonas bathycetes chóng cã thÓ sèng
®−îc d−íi ®¸y ®¹i d−¬ng, n¬i mµ cã ¸p suÊt lªn tíi 1000 atm vµ nhiÖt ®é
th−êng xuyªn chØ vµo kho¶ng 30C. Vi khuÈn Sulfolobus acidorcaldrius ph¸t
triÓn mét c¸ch b×nh th−êng trong nhiÖt ®é kho¶ng tõ 85 – 900C. Vi khuÈn
Thiobacillus ferroxidans ph¸t triÓn trong c¸c dung dÞch ë má s¾t cã ®é pH = 1 - 2.
Vi khuÈn Streptococcus faecalis l¹i cã thÓ ph¸t triÓn tèt ë m«i tr−êng cã ®é
PH = 10 - 11. Vi khuÈn −a mÆn thuéc c¸c chi Halobacterium, Halococcus
ph¸t triÓn ®−îc trong c¸c dung dÞch b·o hßa muèi (32% NaCl). Cã c¶ nh÷ng vi
khuÈn cã kh¶ n¨ng ®ång hãa dÇu má, phenol, khÝ thiªn nhiªn...
Ng−êi ta ®· lµm thÝ nghiÖm vµ tÝnh to¸n ®−îc r»ng trong 1gam ®Êt lÊy ë
tÇng canh t¸c th−êng cã kho¶ng tõ 1 - 22 tØ con vi khuÈn, 0.5 - 14 triÖu x¹
khuÈn, 3 - 50 triÖu vi nÊm, 10 - 30 ngh×n vi t¶o... vµ trong 1m3 kh«ng khÝ ë
phÝa trªn chuång gia sóc th−êng cã tõ 1 - 2 triÖu vi sinh vËt, trªn ®−êng phè cã
kho¶ng 5000 vi sinh vËt sinh sèng, nh−ng ®Æc biÖt trªn mÆt biÓn chØ cã kho¶ng
tõ 1 - 2 vi sinh vËt sinh sèng mµ th«i.
§Æc biÖt lµ kÓ tõ ®Çu thËp kû 70 cña thÕ kû XX ng−êi ta ®· b¾t ®Çu thùc
hiÖn thµnh c«ng thao t¸c di truyÒn ë vi khuÈn. §ã lµ viÖc chuyÓn mét gen hay
mét nhãm gen tõ mét vi khuÈn hay mét tÕ bµo c¸c vi khuÈn bËc cao (nh−
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46
Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
5
ng−êi, ®éng vËt, thùc vËt) sang tÕ bµo cña vi khuÈn kh¸c. Vi khuÈn mang gen
t¸i tæ hîp nhiÒu khi ®· mang l¹i nh÷ng lîi Ých rÊt to lín bëi v× cã thÓ s¶n sinh ë
quy m« c«ng nghiÖp nh÷ng s¶n phÈm tr−íc ®©y ch−a ®−îc t¹o thµnh bëi vi
khuÈn.
1.2. §Æc ®iÓm chung cña vi khuÈn
1.2.1. KÝch th−íc nhá bÐ
M¾t con ng−êi khã thÊy ®−îc râ nh÷ng vËt cã kÝch th−íc nhá kho¶ng
1mm. VËy mµ vi khuÈn th−êng ®−îc ®o b»ng micromet. ChÝnh v× vi khuÈn cã
kÝch th−íc nhá bÐ cho nªn diÖn tÝch bÒ mÆt cña vi khuÈn hÕt søc lín. Ch¼ng
h¹n nh− sè l−îng cÇu khuÈn chiÕm thÓ tÝch 1cm3 cã diÖn tÝch bÒ mÆt lµ 6m2.
1.2.2. HÊp thu nhiÒu, chuyÓn hãa nhanh
Vi khuÈn tuy cã kÝch th−íc nhá bÐ nhÊt trong sinh giíi nh−ng n¨ng
l−îng hÊp thu vµ chuyÓn hãa cña chóng cã thÓ v−ît xa c¸c sinh vËt bËc cao.
Ch¼ng h¹n nh− vi khuÈn Lactic trong 1 giê cã thÓ ph©n gi¶i mét l−îng ®−êng
Lactoz¬ nÆng h¬n 1000 - 10000 lÇn khèi l−îng cña chóng. NÕu tÝnh sè l
μ
O2
mµ mçi mg chÊt kh« cña c¬ thÓ vi khuÈn tiªu hao trong mét giê th× ë m« l¸
hoÆc m« rÔ thùc vËt lµ 0.5 - 4, ë tæ chøc gan vµ thËn ®éng vËt lµ 10 - 20, ë vi
khuÈn thuéc chi Pseudomonas lµ 1200, ë vi khuÈn thuéc chi Azotobacter lµ
2000. N¨ng lùc chuyÓn hãa sinh hãa m¹nh mÏ cña vi sinh vËt dÉn ®Õn nh÷ng
t¸c dông lín lao cña chóng trong thiªn nhiªn còng nh− trong c¸c ho¹t ®éng
sèng cña con ng−êi.
1.2.3. Sinh tr−ëng nhanh, ph¸t triÓn m¹nh
So víi c¸c sinh vËt kh¸c th× vi sinh vËt nãi chung vµ vi khuÈn nãi riªng
cã tèc ®é sinh tr−ëng vµ sinh s«i n¶y në cùc lín. Ch¼ng h¹n nh− vi khuÈn
Escherichia coli trong c¸c ®iÒu kiÖn thÝch hîp th× cø kho¶ng 12 - 20 phót l¹i
ph©n chia mét lÇn. NÕu lÊy thêi gian thÕ hÖ lµ 20 phót th× mçi giê ph©n chia 3
lÇn, 24 giê ph©n chia 72 lÇn, tõ mét tÕ bµo ban ®Çu sÏ sinh ra 5×1021 tÕ bµo
t−¬ng ®−¬ng víi kho¶ng 4722 tÊn. Tuy nhiªn trong thùc tÕ kh«ng thÓ t¹o ra
®−îc c¸c ®iÒu kiÖn sinh tr−ëng lý t−ëng nh− vËy ®−îc cho nªn sè l−îng vi