Bài giảng Vi sinh vật đại cương - Chương 4: Vi sinh vật nhân thật

9/18/2020 1 Chương 4. Vi sinh vật nhân thật • Vi nấm • Nấm men • Nấm mốc • Protista • Tảo • Là nhóm sinh vật dị dưỡng (heterotrophs) với thành phần loài đa dạng. Nhiều loài đóng vai trò quan trong trọng đối với sinh thái (Sử dụng và chuyển hóa các chất hữa cơ, sinh vật chết). Một số loài khác sống ký sinh (parasite). • Hầu hết là sinh vật đa bào (trừ nấm men). Không có mũ nấm hay quả thể. • Hầu hết là sinh vật hiếu khí (aerobe) hoặc kỵ khí tùy tiện (facultative anaerobe). • Thành tế bào được cấu tạo bởi chitin (polysaccharide). • Đã xác định được trên 100,000 loài trong đó có nhiều loài (trên 100) có khả năng gây độc cho người và động vật. • Rất nhiều loại nấm gây bệnh trên thực vật. Vi nấm (Fungi, Mycology) 9/18/2020 2 Là nhóm nấm có vị trí phân loại không thống nhất nhưng có các đặc điểm chung sau: • Tồn tại ở trạng thái đơn bào • Đa số sinh sản theo cách nảy chồi, một số trường hợp có hình thức phân cắt tế bào • Nhiều loài nấm men có khả năng lên men các nguồn đường khác nhau • Thích nghi với môi trường có chứa đường cao, có tính axít cao • Phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên. Đã xác định được trên 1500 loài chiếm 1% tổng số vi nấm. Nấm men (Yeast) • Đơn bào, có nhân thật, thường có hình bầu dục, hình cầu, hình trứng, hình elip... • Kích thước tế bào nấm men lớn hơn vi khuẩn, đường kính khoảng từ 1- 5µm và dài khoảng 5-30µm. • Các loài nấm men có khuẩn ty hoặc khuẩn ty giả. • Thành tế bào dày khoảng 25nm, cấu tạo bởi glucan hoặc kitin, khoảng 10% protein (một phần là các enzim) và một lượng nhỏ lipit. • Màng tế bào chất cấu tạo chủ yếu là protein (50% khối lượng khô), còn lại là lipit (40%) và một ít polisaccarit. • Nhân được bao bọc bởi một màng nhân như ở các sinh vật có nhân thật khác. Màng nhân có cấu trúc hai lớp. • Ti thể của nấm men cũng giống như các nấm sợi và các sinh vật có nhân khác. Các tế bào nấm men khi già sẽ xuất hiện không bào chứa các enzym thủy phân, poliphotphat, lipoit, ion kim loại • Chúng là những vi sinh vật hiếu khí hoặc kị khí không bắt buộc 9/18/2020 3 • Nảy chồi là hình thức sinh sản vô tính phổ biến nhất gặp ỏ hầu hết nấm men. Ở điều kiện thuận lợi nấm men sinh sôi nảy nở rất nhanh. • Khi một chồi xuất hiện các enzym thủy phân sẽ làm phân giải phần polisacarit của thành tế bào làm cho chồi chui ra khỏi tế bào mẹ. • Vật chất mới được tổng hợp sẽ được huy động đến chồi và làm chồi phình to dần lên khi đó sẽ xuất hiện vách ngăn giữa chồi và tế bào mẹ. Thành phần của vách ngăn cũng tương tự như thành tế bào. • Sau đó chồi tách khỏi tế bào mẹ. Sinh sản vô tính bằng hình thức nảy chồi (budding) Blastomyces dermatitidis Saccharomyces cerevisiae Candida albicans 9/18/2020 4 Budding Yeast Phân cắt ở các tế bào nấm men cũng tương tự như ở vi khuẩn. Tế bào dài ra, ở giữa mọc ra vách ngăn chia tế bào ra thành hai phần tương đương nhau mỗi tế bào con có một nhân. Hình thức sinh sản này thường gặp ở nấm men Schizosaccharomyces. Sinh sản vô tính bằng hình thức phân cắt (Fission) Schizosaccharomyces pombe 9/18/2020 5 Fission Yeast Sinh sản hữu tính Ở nấm men có hình thức sinh sản hữu tính bằng bào tử đính. Bào tử đính được hình thành do sự tiếp nối của hai tế bào khác giới, chỗ tiếp nối sẽ tạo một lỗ thông và qua đó nguyên sinh chất có thể đi qua để tiến hành phối chất và nhân cùng đi qua để tiến hành phối nhân. Qua phân bào giảm nhiễm sẽ tạo thành các tế bào con. 9/18/2020 6 Khuẩn ti giả (pseudohypha), bào tử chồi (blastospores), và bào tử áo (chlamydospore) ở Candida albicans Hình thành bào tử 9/18/2020 7 Vai trò của nấm men • Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm: sản xuất rượu, bia, bánh mỳ, nước giải khát • Ứng dụng trong chăn nuôi: sản xuất sinh khối • Ứng dụng trong công nghệ sinh học: cao nấm men, vật chủ biểu hiện protein • Nhiều loài gây bệnh cho người và động vật. Phân loại nấm men • Đặc điểm hình thái: tế bào, khuẩn lạc, kiểu nẩy chồi, các dạng bào tử vô tính và hữu tính, khuẩn ty và khuẩn ty giả... • Đặc điểm sinh lý và sinh hoá  Khả năng lên men các loại đường, đồng hóa đồng hóa các nguồn carbon, nitro  Khả năng sinh trưởng trong môi trường khuyết thiếu (thiếu hụt một số amino acid hay vitamin như myo-Inositol, calcium pantothenate, biotin, thiamine hydrochloride, pyridoxin hydrochloride, niacin, folic acid, p-aminobenzoic acid).  Khả năng sinh acid từ glucose, thủy phân ure, phân giải Arbutin, lipid, tạo thành tinh bột, khả năng sinh sắc tố, hóa lỏng gelatine  Khả năng sinh trưởng ở các môi trường nhiệt độ khác nhau, môi trường chứa 50% và 60% glucoza, môi trường chứa acid acetic 1%. 9/18/2020 8 Nấm sợi (Filamentous fungi)/ Nấm mốc (Mold) • Là tên gọi chung của tất cả các loại nấm không sinh mũ nấm và không phải nấm men. • Thường có cấu tạo đa bào, phân nhánh, có khả năng sinh trưởng đỉnh và tạo ra hệ sợi nấm. Sợi nấm có dạng hình ống, bên trong chứa chất nguyên sinh có thể lưu động. • Chiều ngang tương tự nấm men (1-5µm), chiều dài có thể lên tới vài cm, là sinh vật dị dưỡng sống ký sinh hoặc hoại sinh. • Đã có nhân hoàn chỉnh, phần ngọn của sợi nấm thường tập trung nhiều nhân. • Hệ sợi nấm của hầu hết các loài có vách ngăn tạo ra thể đa bào, mỗi tế bào có thể có một hoặc nhiều nhân. Một số nấm bậc thấp (Mucor, Rhizopus), khuẩn ty không có vách ngăn, toàn bộ sợi nấm là một tế bào phân nhánh. • Không có khả năng di động. • Hiếu khí bắt buộc, sinh trưởng tốt trong điều kiện thông khí • Chịu ảnh hưởng nhiều của nhiệt độ và độ axit. 9/18/2020 9 Sợi áp (Appressorium): Phần nấm tiếp xúc với vật chủ sẽ phình to, tăng diện tích tiếp xúc với vật chủ. Phần này thường có hình dĩa, nhiều nhân, áp chặt vào vật chủ. Các mô của vật chủ chịu tác động của enzym nấm tiết ra sẽ bị phá hủy. Một số dạng biến hóa của khuẩn ty 9/18/2020 10 Sợi hút (Haustorium): Gặp ở nấm ký sinh, chúng mọc ra các khuẩn ty và phân nhánh đâm sâu vào tế bào chủ, ở đó chúng biến thành các hình dạng khác nhau (cầu, ngón tay, sợi). Chúng sử dụng để hút chất dinh dưỡng từ cơ thể vật chủ. Rễ giả (Rhizoid): Trông gần giống như chùm rễ phân nhánh, có tác dụng bám chặt vào cơ chất, hấp thụ các chất (Nấm Rhizopus). 9/18/2020 11 Sợi thòng lọng (Hyphal ring): Sợi nấm có khuyên tròng nằm dọc theo sợi nấm, mỗi khuyên được tạo thành bởi ba tế bào nối tiếp nhau vào nối với sợi chính bằng một đoạn ngắn. Khi mặt trong của ba tế bào này tiếp xúc với con mồi thì các không bào sẽ phồng to ra, khuyên co lại thắt chặt con mồi, sau đó mọc ra các nhánh đâm xuyên vào con mồi và tiếp tục hình thành sợi hút (Nấm Arthrobotrys). Thể đệm (stroma): giống như một cái đệm ghế, cấu tạo bởi nhiều khuẩn ty bện chặt với nhau theo nhiều hướng. Trên hoặc trong thể đệm có mang các cơ quan sinh sản. 9/18/2020 12 Hạch nấm (Sklerotium): Là khối sợi rắn chắc thường có hình tròn không màng các cơ quan sinh sản. Chỉ có ở các nấm có vách ngăn, là dạng sống nghỉ của nấm để trải qua các điều kiện bất lợi. Hạch nấm gồm hai lớp, lớp ngoài là vỏ rắn cấu tạo bởi các sợi nấm già tổ hợp thành mô giả có thành dày, sắc tố vàng, đen, nâu lớp trong cấu tạo bởi các sợi nấm bình thường. • Bào tử đốt (arthrospore): các khuẩn ty sinh sản có sự ngắt đốt, mỗi một đốt được coi như một bào tử, rơi vào môi trường sẽ phát triển thành khuẩn ty mới. • Bào tử màng dầy/ áo (chlamydospore): trên các đoạn của khuẩn ty sinh sản xuất hiện các phần lồi hình tròn hay hơi tròn có màng dầy bao bọc. • Bào tử nang (sporangiospore): trên các đoạn của khuẩn ty sinh sản phình to dần hình thành một cái bọc hay gọi là nang, trong bọc chứa nhiều bào tử. • Bào tử đính (Conidium): nhiều loài nấm có hình thức sinh sản này, các bào tử được hình thành tuần tự, liên tiếp từ khuẩn ty sinh sản. Phần lớn bào tử đính là nội sinh -được sinh ra từ bên trong. Sinh sản vô tính bằng bào tử 9/18/2020 13 (Bào tử chồi) (Bào tử cuống) (Bào tử đốt) (Bào tử đính) (Bào tử áo) Sinh sản bằng bào tử đốt ở nấm Phellinus noxius 9/18/2020 14 Sinh sản bằng bào tử áo ở nấm Arthrobotrys flagrans Sinh sản bằng bào tử nang ở nấm Rhizopus spp. 9/18/2020 15 Sinh sản bằng bào tử đính ở nấm Penicillium spp. Sinh sản bằng bào tử đính ở nấm Aspergillus spp. 9/18/2020 16 Sinh sản hữu tính bằng bào tử Bào tử tiếp hợp (zygospore): khi hai khuẩn ty khác giống gần nhau sẽ xuất hiện hai mấu lồi được gọi là nguyên phôi nang (progametangia), hai mấu lồi có sự tiếp xúc và có sự xuất hiện vách ngăn tách hai phần đầu của hai mấu lồi thành hai tế bào đa nhân-hai tiểu giao tử tiếp hợp tạo thành một hợp tử có màng dầy bao bọc được gọi là bào tử tiếp hợp. Sau một thời gian sống tiềm tàng, bào tử tiếp hợp sẽ nẩy mầm phát triển thành một nang trong chứa nhiều bào tử. 9/18/2020 17 • Bào tử túi (ascospore ): trên một khuẩn ty đơn bội sinh sinh ra hai cơ quan sinh sản là túi giao tử đực hình ống và túi giao tử cái hình thành ở một đầu của khuẩn ty, phía trên thể sinh túi có một ống dài gọi là sợi thụ tinh. • Khi túi giao tử đực tiếp xúc với sợi thụ tinh thì khối nguyên sinh chất chứa nhiều nhân của túi giao tử đực sẽ qua sợi thụ tinh để vào thể sinh túi và nguyên sinh chất sẽ có sự phối hợp với nhau. • Các nhân sắp xếp với nhau từng đôi một (đực, cái). Trên thể sinh túi sẽ mọc ra nhiều sợi sinh túi, các nhân kép được chuyển vào trong các sợi sinh túi từng phần sẽ phân chia nhiều lần và hình thành vách ngăn làm cho sợi sinh túi sẽ bị phân chia thành nhiều tế bào chứa nhân kép. • Tế bào ở cuối sợi uốn cong lại. Nhân kép phân chia một lần tạo ra 4 nhân sau đó tế bào này tách ra thành 3 tế bào tế bào giữa chứa hai nhân, tế bào gốc và ngọn chứa 4 nhân. • Tế bào giữa hình thành túi bào tử. • Tế bào ngọn và gốc sau này sẽ tiếp hợp thành một tế bào hai nhân, sau đó phát triển thành một túi mới. Bào tử túi sẽ dài ra, hai nhân sẽ hợp thành một nhân lưỡng bội. Sau đó phân chia liên tiếp hai lần để tạo thành 8 nhân đơn bội. • Các nhân kết hợp với một phần nguyên sinh chất và có màng bọc tạo thành bào tử túi. • Tùy theo loại nấm mà số lượng, hình dạng, kích thước màu sắc bào tử túi sẽ khác nhau, khi bào tử thoát ra ngoài thì nẩy mầm. 9/18/2020 18 9/18/2020 19 • Bào tử đảm (basidiospore): Khi hai khuẩn ty đơn bội khác tính tiếp cận nhau thì trên một khuẩn ty sẽ xuất hiện một ống nối với khuẩn ty kia, nhân và nguyên sinh chất qua ống nối cũng được chuyển qua khuẩn ty ấy để tạo thành khẩn ty thứ cấp có chứa hai nhân. • Khi tế bào ở đầu khuẩn ty này chuẩn bị phân cắt thì đoạn giữa hai nhân xuất hiện một ống nhỏ mọc hướng về chồi gốc của tế bào, một nhân sẽ chui vào trong ống và từng nhân phân chia tạo thành 4 nhân con, sau đó xuất hiện hai vách ngăn tạo ra 3 tế bào: một tế bào hai nhân ở đỉnh, một tế bào một nhân ở gốc và một tế bào một nhân bên cạnh. • Tế bào hai nhân sẽ phát triển thành đảm và hai tế bào kia sẽ kết hợp để tạo thành một tế bào hai nhân khác. • Trong đảm hai nhân sẽ kết hợp với nhau, sau đó phân chia liên tiếp hai lần (lần đầu giảm nhiễm) thành 4 nhân con. Đảm phình to, phía trên xuất hiện 4 cuống nhỏ, sau đó mỗi nhân sẽ chui vào trong một thể bình và phát triển thành bào tử đảm. • Đảm có thể sinh ra trực tiếp trên đám khuẩn ty hoặc những cơ quan đặc biệt gọi là quả đảm. 9/18/2020 20 • Bào tử noãn (Oospore ): đầu tiên có sự xuất hiện noãn khí trên đỉnh các sợi nấm sinh sản. Noãn khí chín chứa nhiều noãn cầu. Cơ quan giao tử đực được sinh ra gần noãn khí sẽ tiến đến gần để tiếp xúc với noãn khí. • Sau khi tiếp xúc giao tử đực sẽ sinh ra một hoặc vài ống xuyên chứa một nhân và một phần nguyên sinh chất thụ tinh cho một noãn cầu để tạo thành một noãn bào tử. • Noãn bào tử có màng bao bọc và sau sau một thời gian phân chia giảm nhiễm sẽ phát triển thành một khuẩn ty mới. 9/18/2020 21 9/18/2020 22 • Nấm mốc hư hỏng, giảm phẩm chất lương thực, thực phẩm trước và sau thu hoạch, trong chế biến, bảo quản. • Gây hư hại vật dụng, quần áo... • Gây bệnh cho người, động vật khác và cây trồng; Rhizopus, Mucor gây bệnh trên người, Microsporum gây bệnh trên chó, Aspergillus fumigatus gây bệnh trên chim; Saprolegnia và Achlya gây bệnh nấm ký sinh trên cá. Phytophthora, Fusarium, Cercospora gây bệnh thực vật. Aspergilus flavus và Aspergillus fumigatus phát triển trên ngũ cốc trong điều kiện thuận lợi sinh ra độc tố aflatoxin. • Các qui trình chế biến thực phẩm có liên quan đến lên men đều cần đến sự có mặt của vi sinh vật trong đó có nấm mốc. • Giữ vai trò quan trọng trong việc phân giải chất hữu cơ trả lại độ mầu mỡ cho đất trồng. Vai trò của nấm mốc • Một số loài nấm mốc rất hữu ích trong sản xuất và đời sống như nấm ăn, nấm dược phẩm (nấm linh chi, Penicillium notatum tổng hợp nên Penicillin, Penicillium griseofulvum tổng hợp nên griseofulvin...), nấm Aspergillus niger tổng hợp các acit hữu cơ như acit citric, acit gluconic, nấm Gibberella fujikuroi tổng hợp Gibberellin • Một số loài nấm thuộc chi Phycomycetina hay Deuteromycetina có thể ký sinh trên côn trùng gây hại qua đó có thể dùng làm thiên địch diệt côn trùng. • Những loài nấm sống cộng sinh với thực vật như Nấm rễ (Mycorrhizae), giúp cho rễ cây hút được nhiều hơn lượng phân vô cơ khó tan và cung cấp cho nhu cầu phát triển của cây trồng. • Là đối tượng nghiên cứu về di truyền học như nấm Neurospora crassa, nấm Physarum polycephalum. 9/18/2020 23 Động vật nguyên sinh (Protista) Kingdom Protista is the most diverse of all the kingdoms All protists have a nucleus and are therefore Eukariotic. They are not animals, plants, or fungi. Single celled or multicellular Microscopic or very large Reproduce asexually and/or sexually Protists can be divided into three categories: Protozoa: Ingestive animal-like protists. Algae: Photosynthetic plant-like protists Slime molds: Absorptive, fungus-like protists 9/18/2020 24 Protozoans are animal-like protists grouped according to how they move. – heterotrophs – single-celled – Not animals because animals are multicellular and animal like protist are single-celled The word protozoa means "little animal." They are so named because many species behave like tiny animals—specifically, they hunt and gather other microbes as food. Grouped according to how they move. Paramecium Cilia tiny beating hair-like structures Coordinated movement between individual cilia 9/18/2020 25 Flagellum whip-like tail Back and forth wave motion Pseudopodia projection of cytoplasm that sticks out like a foot (false foot) 9/18/2020 26 Sessile protists are principally unicellular organisms that are attached to substrate by special adhesive organelles (such as stalks, etc) Plant like protists are Make their own food through photosynthesis (autotroph). – single-celled, colonial (live together in colonies), or multicellular (kelp) – Not plants because they have no roots, stems, or leaves 9/18/2020 27 Fungus like protists decompose dead organisms. – Heterotrophs. – Can move at some point in their life cycle whereas fungi can not. Tảo (Macroalgae) 9/18/2020 28 Algal Characteristics • Kích thước giao động từ vài 2 µm (Cyanobacteria ) đến vài chục m (Tảo bẹ khổng lồ/ Giant kelps) • Possess a cell wall. • Contain pigments – chlorophylls a, and many often have another chlorophyll, like b, c, or d and accessory red, blue and brown photosynthetic pigments Algae - What are they? • Primitive plants • No true roots, only attachment structures (Holdfasts) • No stem leaves • Produce spores (not seeds)– motile or non-motile • Most have sexual and asexual reproduction • Non-vascular, do not possess an internal transport system. Therefore nutrient uptake over surface. And wastes washed away from surface by aquatic environment. 9/18/2020 29 Where do Algae live? Marine habitats: – seaweeds, phytoplankton Freshwater habitats: – streams, rivers, lakes and ponds Terrestrial habitats: – stone walls, tree bark, leaves, in lichens, on snow How do algae function? Photoautotrophs 6C02 + 6H20  C6H1206 + O2 – use carbon, light, and water – produce chemical energy (carbohydrates) and produce O2 as a by-product. • Basic storage products: carbohydrates as starch or converted to fats as oil • Require nutrients: N, P and minerals. 9/18/2020 30 Why are ALGAE important? Ecological importance of algae a) Production of Oxygen as ‘by-product’ of photosynthesis: • All aerobic heterotrophic organisms require O2, • e.g. fungi and animals need O2, to run cellular respiration to stay alive b) Production of biomass: • autotrophic organisms - represent the base of the food chain/web, particularly in aquatic environments. Algal construction types : Morphology 1. Unicellular algae 2. Colonies 3. Filaments 4. Multicellular 9/18/2020 31 Unicellular algae ‘Microalgae’ - some may form colonies Algal colonies e.g. Chlorophyta: Volvox (Order Volvocales) - 500-5000 cells per colony. - Colonies spherical up to 1.5 mm diameter. - Individual cells surrounded by a mucilaginous sphere - marine and freshwater 9/18/2020 32 Volvox colony – with Daughter colonies Filamentous algae • Unbranched filaments • Branched filaments – Different branches can have different morphologies: 9/18/2020 33 MULTICELLULAR - Macroscopic • Kiểu Monad: Tảo đơn bào, sống đơn độc hay thành tập đoàn, chuyển động nhờ lông roi • Kiểu Pamella: Tảo đơn bào, không có lông roi, cùng sống chung trong bọc chất keo thành tập đoàn dạng khối có hình dạng nhất định hoặc không. Các tế bào trong tập đoàn không có liên hệ phụ thuộc nhau • Kiểu hạt: Tảo đơn bào , không có lông roi, sống đơn độc. • Kiểu tập đoàn: Các tế bào sống thành tập đoàn và giữa các tế bào có liên hệ với nhau nhờ tiếp xúc trực tiếp hay thông qua các sợi sinh chất • Kiểu sợi: Cấu tạo thành tản (thallus) đa bào do tế bào chỉ phân đôi theo cùng một mặt phẳng ngang, sợi có phân nhánh hoặc không. • Kiểu bản: Tản đa bào hình lá do tế bào sinh trưởng ở đỉnh hay ở gốc phân đôi theo các mặt phẳng cả ngang lẫn dọc. Bản cấu tạo bởi một hay nhiều lớp tế bào. • Kiểu ống: Tản là một ống chứa nhiều nhân, có dạng sợiphân nhánh hay dạng cây có thân , lá và rễ giả (rhizoid). các tế bào thông với nhau vì tuy phân chia nhưng không hình thành vách ngăn • Kiểu cây: Tản dạng sợi hay dạng bản phân nhánh, hoặc có dạng thân- lá- rễ giả. Thường mang cơ quan sinh sản có mức độ phân hóa cao. Các dạng hình thái của Tảo 9/18/2020 34 Uses of Seaweeds • Present • Food • Hydrocolloids and some chemical substances • Fertilizers • Potential • Source of energy/compost by digestion • Waste-water treatment Algae as human food – Annual value is about US$6 billion – Main market and production area is Asia – “Mariculture” has become very important – Main high-value species are ‘Nori’, ‘Kombu’ and ‘Wakame’ (Porphyra, Laminaria and Undaria) – Mainly used as a subsidiary food: adding relish, taste and 'feel' to food – European and North American market presently very small but has potential 9/18/2020 35 Tảo nâu (Brown Algae - Phaeophyta) Blade Stipe Holdfast Pneumatocyst The body of a seaweed is called a thallus • No flagellated stages! • Usually red colored because of an accessory pigment, phycoerythrin (similar to those in cyanobacteria!) • Plastids of red algae most likely evolved from cyanobacteria by primary endosymbiosis • Mostly marine, but may be freshwater, or even in moist soils • Mostly multicellular • Complex life cycles; dependent on water currents to bring gametes together. Tảo đỏ (Red Algae -Rhodophyta) 9/18/2020 36 • Unicellular, colonial, or multicellular • Primarily freshwater, but also marine, in soils, and symbiotic relationships (lichens!) • Share a common ancestor with land plants! The Unicellular green algae, Chlamydomonas Tảo lục (Green Algae –Chorophyta) 1. Formation of colonies of individual cells (Volvox) 2. Repeated division of nuclei without cytoplasmic division (multinucleate filaments) 3. Formation of true multicellular forms by cell division and differentiation (Ulva)