Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
I. Lý thuyết trọng tâm
1. Khái niệm và đặc điểm chung của vi sinh vật
Vi sinh vật (VSV) là những sinh vật có kích thước rất nhỏ bé, thường chỉ quan sát được dưới kính hiển vi.
Đặc điểm chung (dù khác nhau về hình dạng, kích thước, cấu tạo):
- Tốc độ chuyển hóa vật chất và năng lượng nhanh.
- Sinh trưởng, sinh sản nhanh.
- Phân bố rộng – gần như khắp mọi nơi trên Trái Đất.
Giải thích tốc độ trao đổi chất nhanh: Do kích thước tế bào nhỏ nên VSV có tỉ số diện tích bề mặt/thể tích (S/V) lớn. Mỗi đơn vị thể tích tiếp xúc với nhiều bề mặt môi trường hơn → trao đổi chất qua màng tế bào diễn ra rất nhanh → chuyển hóa mạnh → sinh trưởng, sinh sản nhanh.
Ví dụ: Tốc độ tổng hợp protein của nấm men cao gấp 1 000 lần đậu tương và 100 000 lần trâu bò. Một tế bào E. coli ở điều kiện tối ưu phân chia sau mỗi 20 phút, sau 24 giờ có thể tạo ra 4,7 × 10²¹ tế bào.
Về số lượng: Vi khuẩn là nhóm có số lượng lớn nhất (chiếm khoảng 1/2 sinh khối trên Trái Đất). Số lượng VSV sống trên cơ thể mỗi người cao gấp hàng chục lần số tế bào của toàn bộ cơ thể. Con người mới phát hiện khoảng 10% số loài VSV.
2. Phân loại các nhóm vi sinh vật
Dựa vào thành phần cấu tạo, VSV được chia thành hai nhóm lớn:
| Nhóm | Đại diện |
|---|---|
| VSV nhân sơ | Vi khuẩn (Bacteria) và Cổ khuẩn (Archaea) |
| VSV nhân thực | Nấm đơn bào (nấm men), tảo đơn bào, động vật nguyên sinh; nấm và tảo đa bào có kích thước hiển vi |
Đa số VSV thuộc nhóm nhân sơ.
3. Các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật
VSV có nhiều kiểu dinh dưỡng hơn so với thực vật và động vật. Phân loại dựa trên hai tiêu chí: nguồn năng lượng và nguồn carbon mà VSV sử dụng.
- Tự dưỡng: Tự tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ (nguồn C: CO₂).
- Dị dưỡng: Tổng hợp chất hữu cơ từ chất hữu cơ có sẵn (nguồn C: chất hữu cơ).
| Kiểu dinh dưỡng | Nguồn năng lượng | Nguồn carbon | VSV điển hình |
|---|---|---|---|
| Quang tự dưỡng | Ánh sáng | CO₂ (chất vô cơ) | Vi khuẩn lam, trùng roi, tảo |
| Hóa tự dưỡng | Chất vô cơ (H₂S, NH₃, Fe²⁺) | CO₂ (chất vô cơ) | Một số vi khuẩn và Archaea (VK nitrate hóa, VK oxy hóa hydrogen) |
| Quang dị dưỡng | Ánh sáng | Chất hữu cơ | Một số VK và Archaea (VK không lưu huỳnh màu lục, màu tía) |
| Hóa dị dưỡng | Chất hữu cơ | Chất hữu cơ | Nhiều vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh |
So sánh với thực vật và động vật: Thực vật có kiểu dinh dưỡng quang tự dưỡng, động vật có kiểu hóa dị dưỡng. So với thực vật và động vật, VSV có thêm 2 kiểu: quang dị dưỡng và hóa tự dưỡng.
Cách nhớ nhanh: Tên gọi = [Nguồn năng lượng] + [Nguồn carbon]. “Quang” = ánh sáng, “Hóa” = chất hóa học. “Tự dưỡng” = C từ CO₂, “Dị dưỡng” = C từ chất hữu cơ.
4. Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật
4.1. Phương pháp quan sát
Do kích thước nhỏ bé, phải làm tiêu bản rồi soi dưới kính hiển vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử.
Các phương pháp làm tiêu bản:
a) Soi tươi:
- Thao tác đơn giản, tiến hành nhanh.
- Dùng lam kính, lamen (hoặc lam kính lõm).
- Quan sát trạng thái sống và khả năng di động của vi khuẩn.
b) Nhuộm đơn:
- Chỉ dùng một loại thuốc nhuộm (xanh methylene, tím kết tinh, hoặc đỏ fuchsin).
- Tăng độ tương phản → quan sát rõ hơn hình dạng, cách sắp xếp, hình thái tế bào.
- Nhanh chóng, hữu ích để đánh giá sơ bộ.
c) Nhuộm Gram (quan trọng nhất):
Kĩ thuật do Hans Christian Gram phát minh, có ý nghĩa quan trọng trong định loại vi khuẩn và lựa chọn thuốc điều trị bệnh nhiễm khuẩn.
Quy trình 4 bước:
| Bước | Thuốc thử | Kết quả Gr⁺ | Kết quả Gr⁻ |
|---|---|---|---|
| 1. Nhuộm | Tím kết tinh | Bắt màu tím | Bắt màu tím |
| 2. Nhuộm | Iodine | Giữ màu tím | Giữ màu tím |
| 3. Rửa | Ethyl alcohol 95% | Giữ màu tím | Mất màu |
| 4. Nhuộm | Fuchsin (đỏ) | Vẫn màu tím | Bắt màu đỏ |
Kết quả: Gr⁺ → màu tím; Gr⁻ → màu đỏ.
Giải thích nguyên lí: Vi khuẩn Gr⁺ có lớp peptidoglycan dày → giữ chặt thuốc nhuộm tím, không bị rửa trôi bởi cồn. Vi khuẩn Gr⁻ có lớp peptidoglycan mỏng → thuốc nhuộm tím dễ bị rửa trôi bởi cồn → sau đó bắt màu đỏ của fuchsin ở bước nhuộm cuối.
Ứng dụng y học: Dựa vào kết quả nhuộm Gram, bác sĩ xác định vi khuẩn gây bệnh thuộc nhóm Gr⁺ hay Gr⁻ để lựa chọn loại kháng sinh phù hợp.
Ngoài ra, để định loại chính xác từng loài và mối quan hệ họ hàng, các nhà khoa học còn sử dụng phương pháp phân tích hóa sinh và sinh học phân tử (phân tích DNA, RNA).
4.2. Phương pháp phân lập và nuôi cấy
Mục đích: Nuôi cấy VSV ở dạng thuần khiết (không lẫn loài khác) để nghiên cứu.
Quy trình:
- Mẫu vật chứa vi khuẩn/vi nấm được pha loãng trong nước đã tiệt trùng.
- Phết dung dịch pha loãng lên bề mặt môi trường thạch đặc.
- Mỗi tế bào vi khuẩn phát triển tạo thành một khuẩn lạc riêng rẽ.
- Các tế bào từ một khuẩn lạc được nuôi cấy tiếp trong môi trường dinh dưỡng lỏng để nhân lên số lượng lớn.
Khuẩn lạc là tập hợp các tế bào được sinh ra từ một tế bào ban đầu trên môi trường thạch, có thể quan sát bằng mắt thường.
Cô Nguyễn Ngọc Châu
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Sinh Học THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Sinh học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ AT sinh học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Trần Phú