Chuyên đề dinh dưỡng của Vi sinh vật

CHUYÊN ĐỀ DINH DƯỠNG CỦA VI SINH VẬT A-LÝ THUYẾT Trong quá trình phát triển tiến hóa, các vi sinh vật có quan hệ mật thiết đối với các yếu tố của điều kiện sống. Mọi hoạt động sống của vi sinh vật đều phụ thuộc vào sự tác động chi phối của môi trường sống, ngược lại, bản thân vi sinh vật cũng có tác dụng làm biến đổi điều kiện ngoại cảnh. Sự hiểu biết những yếu tố tác động lên sự dinh dưỡng, sinh trưởng phát triển và sự chết của vi sinh vật có ý nghĩa to lớn, được ứng dụng trong thực tiễn đời sống, trong sản xuất công-nông nghiệp và công nghệ sinh học. 1. Các chất dinh dưỡng cần thiết Các chất dinh dưỡng đối với vi sinh vật là bất kỳ chất nào được vi sinh vật hấp thụ từ môi trường xung quanh và được chúng sử dụng làm nguyên liệu để cung cấp cho quá trình sinh tổng hợp tạo ra các thành phần của tế bào hoặc để cung cấp cho quá trình trao đổi năng lượng. Quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng để thoả mãn mọi nhu cầu sinh trưởng và phát triển được gọi là quá trình dinh dưỡng. Chất dinh dưỡng phải là những hợp chất có tham gia vào các quá trình trao đổi chất nội bào. Có hai nhóm vật chất cần thiết cho sự sống của vi sinh vật, nhóm thứ nhất là nước, là yếu tố quyết định sự dinh dưỡng của vi sinh vật ; nhóm thứ hai gồm các vật chất cấu tạo bởi các nguyên tố C, H, O, N, P, S, K, Na, Ca… Các nguyên tố này cũng có thể chia ra các nguyên tố tối cần cho vi sinh vật và các nguyên tố thứ yếu. 1.1. Nguyên tố đa lượng C, H, O, N, P, S và K. Các nguyên tố này hiện diện trong tất cả các hợp chất (như chất protein, chất béo, đường bột…) và ở dưới dạng cấu trúc giống nhau trong tất cả các loài vi sinh vật, ngay cả trong virus. Riêng các nguyên tố C, H, O, N chiếm tới 90 % đến 97% toàn bộ chất khô của tế bào. Một số nguyên tố khác cũng là nguyên tố tối cần như Ca, Na, Fe, Mg. Tuy nhiên là các nguyên tố tối cần cho từng nhóm vi sinh vật. Thí dụ: Fe rất cần thiết cho vi khuẩn hiếu khí, các vi sinh vật có quang hợp rất cần Mg. Bảng 1: Các nguyên tố sinh học đa lượng và một số chức năng của chúng trong vi sinh vật Nguyên tố nguồn cung cấp Chức năng trong trao đổi chất C Các hợp chất hữu cơ, CO2 Thành phần chủ yếu của vật chất tế bào ( các nguyên tố CHON thường O O2H2O, hợp chất hữu cơ, CO2 Nguyễn Duy Khánh Trường THPT Chuyên Hùng Vương SĐT: 0988222106 Trang 1 được hấp thụ qua một chất) H H2, H2O, Hợp chất hữu cơ N NH4+, NO3-, N2, hợp chất hữu cơ S SO42-, HS-, S, các hợp chất Thành phần của Systeine, chứa lưu huỳnh. methionine, thiamine, pyrophosphat, coenzyme A, biotin, axit lipoic P HPO42- Thành phần của axit nucleic, phospholipid và nucleotid K K+ Cation vô cơ chủ yếu trong tế bào, cofacteur của một số enzym như pyruvatekinase Mg Mg2+ Cofacteur của nhiều enzym ( như các loại kinaza) có mặt trong thành tế bào, màng tế bào chất, ribosome và các phosphat este Ca Ca2+ Có mặt trong exoenzym ( amilaza, proteaza), trong thành tế bào. Cadipicolinate là một hợp chất quan trọng của nội bào tử ( endospores) Fe Fe3+, Fe 2+ Có mặt trong xitocrom, ferredoxin và các protein chứa lưu huỳnh và kim loại khác. Na Na+ Tham gia vào các quá trình vận chuyển khác nhau Cl Cl- Là một anion vô cơ quan trọng trong tế bào 1.2.Các chất vi lượng Nguyễn Duy Khánh Trường THPT Chuyên Hùng Vương SĐT: 0988222106 Trang 2 Gồm các nguyên tố mà vi sinh vật rất cần thiết cho sự tăng trưởng, nhưng với số lượng rất ít. Thí dụ như: Fe, Mn, Ca. Ngoài ra các vitamin là những chất phức tạp, cũng dự phần như những chất vi lượng vì chỉ cần một lượng nhỏ cũng kích thích được sự tăng trưởng. Lượng các nguyên tố cần ở các vi sinh vật khác nhau là không giống nhau. Trong các điều kiện nuôi cấy khác nhau, tương ứng với các giai đoạn phát triển khác nhau, lượng các nguyên tố cần trong cùng một loài vi sinh vật cũng không giống nhau. Bảng 2: Các nguyên tố sinh học vi lượng và một số chức năng của chúng trong vi sinh vật Nguyên tố Nguồn cung cấp Chức năng trong trao đổi chất Zn Zn2+ Có trong alcohol dehidrogenaza, alkoline phosphataza adolaza, ARN và ANDpholimeaza Mn Mn2+ Có trong superoxid dismutaza của vi khuẩn và ti thể, trong hệ quang hợp II, cofacteur của một số enzym ( PEP-cacboxylaza, recytratsynthaza) Mo MoO42+ Có mặt ở nitratreductaza, xanthine dehydrogenaza và hydrogenaza Se SeO32- Có trong glycine reductaza và fomate de hydrogenaza Co Co2+ Có mặt ở Coenzyme, những enzym có chứa B12 ( glutamate mutaza, methylmalonyl-CoA mutaza) Cu Cu2+ Có mặt trong xytochrom oxidaza, trong nitrite của vi khuẩn phản nitrat hóa và oxigenaza. Ni Ni42- Có trong ureaza, hydrogenaza và trong facteur F430 W W42- Có trong vài loại fomate dehydrogenaza Nguyễn Duy Khánh Trường THPT Chuyên Hùng Vương nitrogenaza, fomate de SĐT: 0988222106 Trang 3 1.3. Nhu cầu về chất sinh trưởng của vi sinh vật Một số vi sinh vật muốn phát triển cần phải được cung cấp những chất sinh trưởng thích hợp nào đó. Đối với vi sinh vật chất sinh trưởng là một khái niệm rất linh động. Chất sinh trưởng có ý nghĩa nhất là những chất hữu cơ cần thiết cho hoạt động sống của một loài vi sinh vật nào đó không tự tổng hợp được ra chúng từ các chất khác. Như vậy những chất được coi là chất sinh trưởng của loại vi sinh vật này hoàn toàn có thể không phải là chất sinh trưởng đối với một loại vi sinh vật khác. Thông thường các chất được coi là các chất sinh trưởng đối với một loại vi sinh vật nào đó có thể là một trong các chất sau đây: các gốc kiềm purin, pirimidin và các dẫn xuất của chúng, các axit béo và các thành phần của màng tế bào, các vitamin thông thường... 2. Các nguồn dinh dưỡng thường sử dụng trong nuôi cấy vi sinh vật. 2.1. Nguồn thức ăn cacbon của vi sinh vật Căn cứ vào nguồn thức ăn cacbon người ta chia sinh vật thành các nhóm sinh lý tự dưỡng và dị dưỡng. Tuỳ nhóm vi sinh vật mà nguồn cácbon được cung cấp có thể là các chất vô cơ (CO2, NaHCO3, CaCO3...) hoặc chất hữu cơ. Giá trị dinh dưỡng và khả năng hấp thụ các nguồn thức ăn khác nhau phụ thuộc vào hai yếu tố: một là thành phần hoá học và tính chất sinh lý của nguồn thức ăn này, hai là đặc điểm sinh lý của từng loại vi sinh vật. Thường sử dụng đường làm nguồn cacbon khi nuôi cấy phần lớn các vi sinh vật dị dưỡng. Xenluloza được đưa vào các môi trường nuôi cấy vi sinh vật phân giải xenluloza dưới dạng giấy lọc, bông hoặc các dạng xenluloza . Khi sử dụng lipit, parafin, dầu mỏ... làm nguồn cácbon nuôi cấy một số loài vi sinh vật, phải thông khí mạnh để tạo từng giọt nhỏ để có thể tiếp xúc được với thành tế bào của vi sinh vật. Các hợp chất hữu cơ chứa cả C và N (pepton, nước thịt, nước chiết ngô, nước chiết nấm men, nước chiết đại mạch, nước chiết giá đậu...) có thể sử dụng vừa làm nguồn C vừa làm nguồn N đối với vi sinh vật. Trong công nghiệp lên men, rỉ đường là nguồn cacbon rẻ tiền và rất thích hợp cho sự phát triển của nhiều loại vi sinh vật khác nhau. Nguyễn Duy Khánh Trường THPT Chuyên Hùng Vương SĐT: 0988222106 Trang 4 2.2. Nguồn thức ăn nitơ của vi sinh vật Nguồn nitơ dễ hấp thụ nhất đối với vi sinh vật là NH3 và NH4+. Muối nitrat là nguồn thức ăn nitơ thích hợp đối với nhiều loại tảo, nấm sợi và xạ khuẩn nhưng ít thích hợp đối với nhiều loại nấm men và vi khuẩn. Thường sử dụng muối NH4NO3 để làm nguồn nitơ cho nhiều loại vi sinh vật. Nguồn nitơ dự trữ nhiều nhất trong tự nhiên chính là nguồn khí nitơ tự do (N2) trong khí quyển. Vi sinh vật còn có khả năng đồng hoá rất tốt nitơ chứa trong các thức ăn hữu cơ. Nguồn nitơ hữu cơ thường được sử dụng để nuôi cấy vi sinh vật là pepton loại chế phẩm thuỷ phân không triệt để của một nguồn protein nào đấy. 2.3. Nguồn thức ăn khoáng của vi sinh vật Khi tạo các môi trường tổng hợp (dùng nguyên liệu là hoá chất) bắt buộc phải bổ sung đủ các nguyên tố khoáng cần thiết. Nồng độ cần thiết của từng nguyên tố vi lượng trong môi trường thường chỉ vào khoảng 10-6 10-8 M. Nhu cầu khoáng của vi sinh vật cũng không giống nhau đối với từng loài, từng giai đoạn phát triển. 3. Phân loại vi sinh vật theo nguồn gốc cung cấp carbon và năng lượng Tùy theo cách sử dụng thực phẩm cũng như nguồn cung cấp C của thức ăn chúng ta có thể chia vi sinh vật ra các nhóm chính: a. Vi sinh vật tự dưỡng (autotrophs): gồm các vi sinh vật có khả năng tiết ra các enzyme làm xúc tác cho các phản ứng tổng hợp C từ CO 2 thành ra một chất hữu cơ phức tạp đáp ứng được nhu cầu của tế bào. Gồm một số vi sinh vật quan trọng trong nông nghiệp và công nghiêp. Lối dinh dưỡng này giống như cây xanh. b. Vi sinh vật dị dưỡng (heterotrophs): nhóm này không có khả năng tổng hợp được chất hữu cơ từ nguyên tử C. Nhóm này chiếm đại đa số trong vi sinh vật. Cách dinh dưỡng này giống như ở động vật. c. Vi sinh vật quang dưỡng (phototrophs): là các vi sinh vật cần được chiếu sáng bằng ánh sáng mặt trời (hoặc ánh sáng nhân tạo) mới sống được, chúng cần lấy năng lượng từ ánh nắng hoặc ánh sáng nhân tạo. Nhóm vi sinh vật quang dưỡng còn có thể chia ra làm hai: vi sinh vật quang khoáng dưỡng (photolithotrophs) khi lấy H từ nước trong quá trình quang hợp để khử O của CO2; và vi sinh vật quang hữu cơ dưỡng (photoorganotrophs) lấy H từ H2S thay vì từ nước. Nguyễn Duy Khánh Trường THPT Chuyên Hùng Vương SĐT: 0988222106 Trang 5 d. Vi sinh vật hóa dưỡng (chemotrophs): là các vi sinh vật không cần ánh sáng vẫn sống được. Chúng lấy năng lượng từ các phản ứng hóa học xảy ra bên trong tế bào. Các vi sinh vật trong nhóm hóa dưỡng, nếu phản ứng lấy năng lượng căn cứ trên các chất vô cơ (thí dụ: ôxy hóa chất vô cơ để sinh ra năng lượng) được gọi la hóa khoáng dưỡng hóa năng vô cơ (chemolithotrophs) (litho = đá, chất vô cơ). Các sinh vật khác, lại lấy năng lượng từ phản ứng ôxy hóa chất hữu cơ được gọi là hóa khoáng dưỡng năng hữu cơ (hóa hữu cơ dưỡng = chemoorganotrophs). e. Vi sinh vật hoại sinh (saprophytes): gồm các nấm dị dưỡng và các vi khuẩn, chúng lấy carbon từ chất hữu cơ còn nguyên vẹn ở chung quanh nó hoặc từ nước cống rãnh hoặc từ một vi sinh vật đã chết. f. Vi sinh vật ký sinh (parasites): các vi sinh vật vừa có thể lấy C từư chất hữu cơ trong cơ thể sinh vật còn sống hoặc chỉ có thể lấy C từ sinh vật còn sống mà thôi. Trong bệnh học, các vi sinh vật ký sinh là nguyên nhân phần lớn bệnh của động vật và thực vật. Trong nhóm vi sinh vật ký sinh còn có thể chia ra làm hai tiểu nhóm, ký sinh bắt buộc và ký sinh tùy ý. - Ký sinh bắt buộc là những vi sinh vật chỉ có thể sống ký sinh trên một mô còn sống của một sinh vật khác và nó không thể sống hoại sinh, tức sống trên mô đã chết hoặc trên vật chất không là sinh vật. Thí dụ: virus là ký sinh bắt buộc. Nấm gây bệnh rỉ trên cây trồng cũng là ký sinh bắt buộc vì chỉ sống trên lá, thân cây còn sống và không thể sống được trên môi trườmg nuôi cấy nhân tạo. - Ký sinh tùy ý là những vi sinh vật vừa có thể ký sinh trên mô sống của một sinh vật khác, nhưng cũng có thể sống hoại sinh trên mô đã chết cũng như trên vật chất thích hợp. Thí dụ: vi khuẩn gây bệnh cho người, gia súc và cây trồng vừa sống được trong mô của ký chủ, vừa có thể nuôi cấy được (sống được) trên môi trường nuôi cấy nhân tạo (vật chất, không sống). 4. Phân loại môi trường nuôi cấy vi sinh vật Sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo được gọi là nuôi cấy (cultivation). Một kiểu nuôi cấy chỉ chứa một loại vi sinh vật được gọi là nuôi cấy thuần khiết ( pure culture ). Nuôi cấy hỗn hợp ( mixed culture) là một loại nuôi cấy chứa nhiều hơn một loại vi sinh vật. Các bước cần thiết cho nuôi cấy vi sinh vật như sau: - Chuẩn bị môi trường nuôi cấy phù hợp với vi sinh vật, giúp cho sự sinh trưởng tốt nhất. - Tiệt trùng môi trường nuôi trước đó để loại bỏ các sinh vật sống không mong muốn có sẵn trong môi trường nuôi cấy. Nguyễn Duy Khánh Trường THPT Chuyên Hùng Vương SĐT: 0988222106 Trang 6 - Cấy vi sinh vật vào môi trường đã chuẩn bị. Thông thường môi trường nuôi cấy được chuẩn bị trong các bình nuôi phổ biến như ống nghiệm, bình tam giác, đĩa petri, nồi lên men… Môi trường dinh dưỡng thường khác nhau về tỷ lệ các thành phần nguyên tố tối cần và các chất vi lượng. Ngoài ra về hình thái môi trường nuôi cấy có hai dạng phổ biến là dạng rắn và dạng lỏng, dạng lỏng thường được áp dụng cho hệ thống nuôi cấy liên tục trong công nghiệp. Có 4 loại môi trường nuôi cấy: môi trường tự nhiên còn gọi là môi trường thực nghiệm (empirical media), môi trường tổng hợp, môi trường bán tổng hợp và môi trường sống. Các loại môi trường này khác nhau rất nhiều về hình thức và thành phần tùy theo loài vi sinh vật cần nuôi cấy cũng như tùy thuộc vào mục đích của công tác nuôi cấy. Kỹ thuật và các nghiên cứu về vi sinh học đã đạt đến mức rất cao, nên số loại môi trường nuôi cấy vi sinh vật được sử dụng rất phong phú, tùy loài hoặc chủng của vi sinh vật cũng như tùy theo mục đích. 4.1. Môi trường nuôi cấy tự nhiên Môi trường thuộc nhóm này được phân lập ra dựa trên kinh nghiệm hơn là dựa vào sự hiểu biết về thành phần dinh dưỡng đối với vi sinh vật nuôi cấy. Các môi trường tự nhiên được dùng phổ biến là: sữa, nước trích thịt bò, nước trích các loại rau củ hoặc ngũ cốc .. Các loại môi trường này thường chứa đựng nhiều chất hữu cơ và vô cơ tan trong nước có thể đáp ứng yêu cầu về dưỡng chất của một số lớn vi sinh vật (không phải là tất cả). Các loại môi trường trong nhóm này dễ chuẩn bị và có thể sử dụng cho nhiều mục đích thông thường trong nghiên cứu vi sinh vật. Khuyết điểm của loại môi trường tự nhiên là không thể biết chính xác thành phần dinh dưỡng cũng như thành phần dinh dưỡng của những lần chuẩn bị khác nhau, sẽ rất khác nhau. Do đó đôi khi kết quả nuôi cấy của các lần chuẩn bị môi trường khác nhau có thể sẽ không giống nhau. 4.2. Môi trường nuôi cấy tổng hợp Để bổ sung khuyết điểm của môi trường nuôi cấy tự nhiên, người ta đã thiết lập các môi trường nuôi cấy tổng hợp, trong đó các thành phần dinh dưỡng của môi trường được kiểm soát chặt về số lượng và chất lượng. Ưu điểm của các loại môi trường nuôi cấy tổng hợp là ta có thể biết rõ cũng như điều khiển thành phần dinh dưỡng của môi trường một cách dễ dàng. Với biện pháp tăng thêm hoặc bỏ bớt chất dinh dưỡng trong môi trường, chúng ta có thể biết rõ tác động của chầt dinh dưỡng đối với vi sinh vật. Ngoài ra, đây là loại môi trường rất chính xác nhờ đó Nguyễn Duy Khánh Trường THPT Chuyên Hùng Vương SĐT: 0988222106 Trang 7 chúng ta tránh được sự thay đổi trong các lần chuẩn bị môi trường, cũng như sẽ là môi trường rất tốt cho các loại vi sinh vật đã được biết rõ nhu cầu dinh dưỡng của chúng. Khuyết điểm của môi trường tổng hợp là tương đối mắc tiền, chuẩn bị khá phức tạp và mất thời giờ hơn đối với môi trường tự nhiên, và chỉ sử dụng cho từng loài vi sinh vật xác định được nhu cầu dinh dưỡng . Trường hợp vi sinh vật chưa xác định, không thể nuôi cấy trên môi trường loại này một cách bảo đảm. 4.3. Môi trường nuôi cấy bán tổng hợp Môi trường nuôi cấy bán tổng hợp là môi trường nuôi cấy tự nhiên được bổ sung thêm với một số chất dinh dưỡng được xác định. Thí dụ: khi nuôi cấy vi khuẩn Xanthomonas campestris pv. oryzae người ta thường dùng môi trường Wakimoto. Tuy nhiên trong lúc cần phân lập và tách ròng vi khuẩn từ một tế bào thì vi khuẩn này mọc không được tốt trên môi trường Wakimoto. Để thực hiện công tác này người ta phải thêm vào môi trường Wakimoto một số lượng rất nhỏ Fe dưới dạng chelate hóa, gọi là môi trường Wakimoto biến đổi. Vi khuẩn sẽ mọc thành các khuẩn lạc (từ một tế bào) rất tốt trên môi trường mới này 4.4. Môi trường nuôi cấy sống Dùng để nuôi cấy một số vi sinh vật đặc biệt có tính ký sinh bắt buộc. Thí dụ: Virus không nuôi cấy được trên môi trường nuôi cấy nhân tạo, do đó cần nuôi cấy chúng trên sinh vật đang sống. Ví dụ: đối với virus gây bệnh đậu mùa, người ta nuôi cấy chúng trên con bò còn sống và sau đó thu thập virus trên con bò ấy để làm thuốc chủng bệnh đậu mùa. Phần lớn các virus ký sinh trên động vật chúng ta phải nuôi cấy trong phôi của trứng gà lộn hoặc trên chuột, thỏ… 5. Ảnh hưởng của yếu tố môi trường lên sự tăng trưởng và sinh sản của vi sinh vật 5.1. Nhiệt độ Đây là yếu tố tối quan trọng ảnh hưởng đến sư sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật. Khi nhiệt độ gia tăng, các hóa chất và các phản ứng của enzyme trong tế bào tăng nhanh lên do đó sự sinh trưởng của vi sinh vật cũng tăng nhanh lên. Mặt khác, các protein, nucleic acid và các chất khác trong tế bào sẽ nhạy cảm với nhiệt đô cao và có thể trở nên bất động. Do đó thông thường nếu nhiệt độ tăng dần thì sự tăng trưởng và biến dưỡng của Nguyễn Duy Khánh Trường THPT Chuyên Hùng Vương SĐT: 0988222106 Trang 8 vi sinh vật cũng tăng theo đến một nhiệt độ nhất định thì tất cả đình lại. Nếu nhiệt độ tăng cao hơn nữa thì hoạt động của vi sinh vật sẽ xuống đến mức không. Do đó, đối với mỗi sinh vật chúng ta có thể có 3 mức độ về nhiệt độ: 1. Nhiệt độ tối thiểu hay nhiệt độ thấp nhất (minimum temperature): dưới nhiệt độ này, vi sinh vật không hoạt động được. 2. Nhiệt độ tối hảo (optimum temperature): ở nhiệt độ này, hoạt đông của vi sinh vật đạt mức cao nhất. 3. Nhiệt độ tối đa (maximum temperature): trên nhiệt độ này, vi sinh vật không hoạt động được. Ba mức nhiệt độ trên là đặc tính của từng loài vi sinh vật. Ngoài ra ba mức này cũng không cứng nhắc cho từng loài vì nó có thể thay đổi tùy theo một số tác nhân khác tác động vào, thí dụ như pH của môi trường nuôi cấy và dưỡng chất trong môi trường ấy. Do có ba mức nhiệt độ trên khác biệt nhau chúng ta có thể chia vi sinh vật ra làm ba nhóm: nhóm vi sinh vật chịu nóng (thermophiles), nhóm vi sinh vật chịu lạnh (psychrophile) và nhóm vi sinh vật chịu ấm (mesophiles). Ở những vùng lạnh thuộc hàn đới, chúng ta vẫn gặp được sự sống của vi sinh vật trong đất, trong nước và trong không khí. Ở vùng này, nhiệt độ thường xuyên dưới 0 °C.  Vi sinh vật chịu lạnh Có khả năng sống được ở 0 °C và có thể chia làm hai nhóm nhỏ: vi sinh vật chịu lạnh bắt buộc (obligate psychrophiles) và vi sinh vật chịu lạnh tùy ý (facultative psychrophiles). Vi sinh vật chịu lạnh bắt buộc chỉ có thể sống ở môi trường lạnh cố định và chúng thường chết mau lẹ khi đưa ra nhiệt độ bình thường trong phòng, nhiệt độ tối hảo của chúng vào khoảng 15 °C và nhiệt độ tối đa vào khoảng 20 °C. Còn vi sinh vật chịu lạnh tùy ý, dù có thể sống được ở 0 °C nhưng nhiệt độ tối hảo trong khoảng 25-30 °C và nhiệt độ tối đa từ 35 °C trở lên. Trong thịt tươi, sữa, trái cây, rau cải và các sản phẩm khác của sữa khi tồn trữ lạnh vẫn có thể bị vi sinh vật chịu lạnh làm hư hỏng. Thông thường, nhiệt độ tồn trữ càng thấp tốc độ hư hỏng càng chậm lại. Tuy nhiên nếu thực phẩm được đông lạnh ơ nhiệt độ dưới 0 °C (thường là từ -16 °C trở xuống) thì sự hoạt động của vi sinh vật mới gần như bị đình chỉ. Ở nhiệt độ lạnh các phản ứng của enzyme bên trong vi sinh vật chịu lạnh vẫn còn hoạt động, tuy yếu và chậm dần đi theo độ lạnh. Mặc dù sự hoạt động của vi sinh vật chịu lạnh thường ngưng ở nhiệt độ -30 °C, những hoạt động của enzyme vẫn còn và mức giới hạn mà phản ứng sinh hóa ngưng lại là -140 °C. Do đó đông lạnh có thể làm ngưng hoạt động Nguyễn Duy Khánh Trường THPT Chuyên Hùng Vương SĐT: 0988222106 Trang 9 của vi sinh vật chứ không giết chết vi sinh vật được. Và sau khi vi sinh vật bị đông lạnh, thông thường vi sinh vật ấy còn có thể sống sót trong một thời gian lâu dài.  Vi sinh vật chịu ấm Là các vi sinh vật thích nhiệt độ trung bình (mesophiles) có nhiệt độ tối hảo trong khoảng từ 25-40 °C. Nhiệt độ này trùng vào nhiệt độ do ánh nắng mặt trời cung cấp cho thực vật, động vật máu lạnh và đất. Trong cơ thể động vật máu nóng, nhiệt độ vào khoảng 37 °C cũng thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật trong nhóm này. Do đó tất cả vi sinh vật lây bệnh cho người, động vật và thực vật đều thuộc nhóm này. Đối với vi sinh vật gây bệnh cho người và gia súc khi nuôi cấy cần được úm ở nhiệt độ 37 °C. Còn đối với vi sinh vật gây bệnh cho thực vật, nhiệt độ 28-30 °C thích hợp hơn cả.  Vi sinh vật chịu nóng Thermophiles có nhiệt độ tối hảo trong khoảng từ 45-50 °C. Trong thiên nhiên nhiệt độ trong khoảng này, có thễ gặp trong đất bị ánh nắng chiếu trực tiếp, trong khu vực của suối nước nóng, trong các đống rác đang lên men... Mặt đất bị ánh nắng chiếu trực tiếp có thể có nhiệt độ trên 50 °C, có khi lên đến 70 °C ở đất có màu sậm. Trong các lớp đất có nhiệt độ cao này vẫn có một số vi sinh vật sống được. Trong nước của suối nước nóng thường có nhiều loài vi sinh vật sống mặc dù có nhiều suối có nhiệt độ rất cao. Thí dụ suối nóng Yellowstone ở Mỹ có nhiệt đô vào khoảng 99-100 °C, hoặc có nơi cao hơn 100 °C chút ít thế mà có loài vi khuẩn vẫn sống được và phát triển được trong điều kiện nhiệt độ ấy. 5. 2. Nước Nước là một yếu tố tối quan trọng đối với sự tăng trưởng và sinh sản của vi sinh vật. Nhu cầu về nước của vi sinh vật có khác nhau nhiều tùy theo đặc tính ngoại hấp của vi sinh vật và các yếu tố hòa tan của môi trường. Nước ngoại hấp ở mặt ngoài của vi sinh vật có hữu ích hay không tùy thuộc vào độ dính chặt và khả năng hấp thu nước ấy của vi sinh vật. Mặt khác, các vật chất khi hòa tan trong nước sẽ ảnh hưởng lên tính hữu dụng của nước đối với vi sinh vật. Một đặc tính của nước được dùng để tính đặc tính ngoại hấp và yếu tố hòa tan trên là hoạt tính của nước (water activity). Hoạt tính của nước là mối tương quan giữa nước và ẩm độ tương đối của không khí, hay hơn nữa, theo nhiệt độ không khí vào lúc ấy. Ngoài ra hoạt tính của nước còn tùy thuộc vào chất hòa tan trong nước ấy. Hoạt tính của nước sông và nước biển tương đối cao (lớn hơn 0,9) còn ở các dung dịch càng đậm đặc hoạt tính của nước trong dung dịch ấy càng thấp. Trong một dung dịch có hoạt tính của nước thấp, vi sinh vật phải làm việc nhiều để hấp thu nước ấy từ dung dịch. Vì vậy thông thường dung dịch có hoạt tính nước thấp ảnh Nguyễn Duy Khánh Trường THPT Chuyên Hùng Vương SĐT: 0988222106 Trang 10