Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
1
Mở đầu
1. Đặt vấn đề
Đã từ xa xa, mặc dù cha nhận thức đợc sự tồn tại của vi khuẩn,
nhng loài ngời cũng đã biết đợc khá nhiều về tác dụng do vi khuẩn gây
nên. Đến nay trong quá trình sản xuất và trong cuộc sống, loài ngời đã tích
lũy đợc rất nhiều kinh nghiệm quý báu về các biện pháp ứng dụng những vi
khuẩn có ích và phòng tránh những vi khuẩn có hại.
Vi khuẩn có kích thớc nhỏ bé và có cấu trúc cơ thể tơng đối đơn giản
nhng chúng có tốc độ sinh sôi nảy nở rất nhanh chóng và hoạt động trao đổi
chất vô cùng mạnh mẽ. Vi khuẩn có khả năng góp phần phân giải hầu hết các
loại chất trên Trái Đất, kể cả các chất rất khó phân giải, hoặc các chất thờng
gây độc hại đến các nhóm sinh vật khác. Bên cạnh khả năng phân giải vi
khuẩn còn có khả năng tổng hợp nhiều hợp chất hữu cơ phức tạp trong điều
kiện nhiệt độ, áp suất bình thờng.
Ngoài những tác dụng to lớn của vi khuẩn thì chúng ta cũng không thể
không kể đến không ít những vi khuẩn có hại, chúng gây bệnh cho ngời, cho
gia súc, gia cầm, tôm cá, cho cây trồng, cây rừng, chúng làm h hại hoặc biến
chất lơng thực, thực phẩm, nguyên vật liệu, hàng hóa. Chúng sản sinh ra các
độc tố trong đó có những độc tố hết sức độc hại.
Trong Y học cũng nh trong chăn nuôi, trồng trọt một trong những vấn
đề lớn đó là có thể phòng chống đợc các bệnh truyền nhiễm và các phơng
pháp đề phòng dịch bệnh có thể lây nhiễm từ súc vật sang ngời, từ ngời sang
ngời
Trong xu thế áp dụng rộng rãi Điện tử, Tin học vào cuộc sống, hầu hết
các thiết bị hiện nay có sử dụng Điện tử đã và đang đợc hoàn thiện nhằm
nâng cao chất lợng cuộc sống. Đặc biệt là trong Y học và trong chăn nuôi, để
có thể nuôi cấy và duy trì sự sống của những vi khuẩn nhằm nghiên cứu phục

điều chỉnh nhiệt độ trong các tủ gặp sự cố cần sửa chữa để không làm gián
đoạn thời gian nghiên cứu của các nhà vi sinh vật. Đặc biệt, mạch này cũng có
thể dùng để lắp mới.
3. Nội dung của đề tài
Tìm hiểu khái quát về đặc điểm và các điều kiện sống của vi khuẩn, các
tác động của môi trờng đối với điều kiện phát triển của vi khuẩn.
Trình bày nguyên tắc chung của mạch điều khiển nhiệt độ tủ nuôi cấy.
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
3
Giới thiệu một số sơ đồ điều khiển thực tế đang đợc sử dụng và những
phụ kiện quan trọng đối với mạch điều khiển nhiệt độ.
Tính toán và thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi
khuẩn.
4. Phơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu theo phơng pháp lý thuyết
- Nghiên cứu theo phơng pháp ứng dụng
- Nghiên cứu theo phơng pháp chuyên gia
triển một cách bình thờng trong nhiệt độ khoảng từ 85 90
0
C. Vi khuẩn
Thiobacillus ferroxidans phát triển trong các dung dịch ở mỏ sắt có độ pH = 1 - 2.
Vi khuẩn Streptococcus faecalis lại có thể phát triển tốt ở môi trờng có độ
PH = 10 - 11. Vi khuẩn a mặn thuộc các chi Halobacterium, Halococcus
phát triển đợc trong các dung dịch bão hòa muối (32% NaCl). Có cả những vi
khuẩn có khả năng đồng hóa dầu mỏ, phenol, khí thiên nhiên
Ngời ta đã làm thí nghiệm và tính toán đợc rằng trong 1gam đất lấy ở
tầng canh tác thờng có khoảng từ 1 - 22 tỉ con vi khuẩn, 0.5 - 14 triệu xạ
khuẩn, 3 - 50 triệu vi nấm, 10 - 30 nghìn vi tảo và trong 1m
3
không khí ở
phía trên chuồng gia súc thờng có từ 1 - 2 triệu vi sinh vật, trên đờng phố có
khoảng 5000 vi sinh vật sinh sống, nhng đặc biệt trên mặt biển chỉ có khoảng
từ 1 - 2 vi sinh vật sinh sống mà thôi.
Đặc biệt là kể từ đầu thập kỷ 70 của thế kỷ XX ngời ta đã bắt đầu thực
hiện thành công thao tác di truyền ở vi khuẩn. Đó là việc chuyển một gen hay
một nhóm gen từ một vi khuẩn hay một tế bào các vi khuẩn bậc cao (nh
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
5
ngời, động vật, thực vật) sang tế bào của vi khuẩn khác. Vi khuẩn mang gen
tái tổ hợp nhiều khi đã mang lại những lợi ích rất to lớn bởi vì có thể sản sinh ở
quy mô công nghiệp những sản phẩm trớc đây cha đợc tạo thành bởi vi
khuẩn.
1.2. Đặc điểm chung của vi khuẩn
1.2.1. Kích thớc nhỏ bé
Mắt con ngời khó thấy đợc rõ những vật có kích thớc nhỏ khoảng

10
21
tế bào
tơng đơng với khoảng 4722 tấn. Tuy nhiên trong thực tế không thể tạo ra
đợc các điều kiện sinh trởng lý tởng nh vậy đợc cho nên số lợng vi
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
6
khuẩn thu đợc trong 1ml dịch nuôi cấy thờng chỉ đạt tới mức độ 10
8
- 10
9
tế
bào.
1.2.4. Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị
Năng lực thích ứng của vi khuẩn vợt rất xa so với động vật và thực vật.
Trong quá trình tiến hóa lâu dài vi khuẩn đã tạo cho mình những cơ chế điều
hòa trao đổi chất để thích ứng đợc những điều kiện sống rất bất lợi. Sự thích
ứng của vi khuẩn nhiều khi vợt xa trí tởng tợng của con ngời. Phần lớn vi
khuẩn có thể giữ nguyên sức sống ở nhiệt độ của nitơ lỏng (-196
0
C), thậm chí
ở nhiệt độ của hidrô lỏng (-253
0
C), một số vi khuẩn có thể sinh trởng ở nhiệt
độ 250
0
C, thậm chí 300
0

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
7
Điều kiện sinh sống của vi khuẩn ở đây là các chất dinh dỡng và nguồn
thức ăn của chúng.
1.3.1. Thành phần tế bào và các chất dinh dỡng của vi khuẩn
Các chất dinh dỡng đối với vi khuẩn là bất kỳ chất nào đợc vi khuẩn
hấp thụ từ môi trờng xung quanh và đợc chúng sử dụng làm nguyên liệu để
cung cấp cho các quá trình tổng hợp tạo ra các thành phần của tế bào hoặc để
cung cấp cho quá trình trao đổi năng lợng.
Quá trình hấp thụ các chất dinh dỡng để thỏa mãn mọi nhu cầu sinh
trởng và phát triển của vi khuẩn.
Không phải mọi thành phần của môi trờng nuôi cấy vi khuẩn đều đợc
coi là chất dinh dỡng. Một số chất rắn cần thiết cho vi khuẩn nhng chỉ làm
nhiệm vụ bảo đảm các điều kiện thích hợp về thế oxy hóa - khử, về pH, về áp
suất thẩm thấu, về cân bằng ion Chất dinh dỡng phải là những hợp chất có
tham gia vào các quá trình trao đổi chất nội bào.
Thành phần hóa học của tế bào vi khuẩn quyết định nhu cầu dinh dỡng
của chúng. Thành phần hóa học cấu tạo bởi các nguyên tố C, H, O, N, các
nguyên tố khoáng đa lợng và các nguyên tố khoáng vi lợng. Chỉ riêng các
nguyên tố C, H, O, N, P, S, K, Na đã chiếm đến 98% khối lợng khô của tế
bào vi khuẩn E.coli.
Lợng chứa các nguyên tố ở các vi khuẩn khác nhau là không giống
nhau. ở các điều kiện nuôi cấy khác nhau, các giai đoạn khác nhau, lợng chứa
các nguyên tố cùng loài vi khuẩn cũng không giống nhau. Trong tế bào vi khuẩn
các hợp chất đợc chia thành: nớc và các muối khoáng, các chất hữu cơ.
+ Nớc và muối khoáng
Nớc chiếm đến 70 - 90% khối lợng cơ thể của vi khuẩn. Tất cả các
phản ứng xảy ra trong tế bào của vi khuẩn đều đòi hỏi có sự tồn tại của n
ớc.
Yêu cầu của vi khuẩn đối với nớc đợc biểu thị một cách định lợng

trong tế bào (protein, lipit, hidrat cacbon ). Nớc liên kết mất khả năng hòa
tan và lu động.
Muối khoáng chiếm khoảng 2 - 5% khối lợng khô của tế bào. Chúng
thờng tồn tại dới dạng các muối sunphat, photphat, cacbonat, clorua Trong
tế bào chúng thờng ở dạng các ion. Dạng cation chẳng hạn nh Mg
2+
, Ca
2+
,
K
+
, Na
+
Dạng anion chẳng hạn nh HPO
4
2-
, SO
4
2-
, HCO
3
-
, Cl
-
Các ion trong
tế bào vi khuẩn luôn tồn tại ở những tỉ lệ nhất định nhằm duy trì độ pH và lực
thẩm thấu thích hợp cho từng loại vi khuẩn.
+ Chất hữu cơ
Chất hữu cơ trong tế bào vi khuẩn chủ yếu cấu tạo bởi các nguyên tố C,
H, O, N, P, S Riêng 4 nguyên tố C, H, O, N đã chiếm tới 90 - 97% toàn bộ

sinh trởng mạnh là
13
108.2

ì g; (2) là Pepidoglican và glicogen; (3) là 4
loại photpholipit, mỗi loại có nhiều nhóm khác nhau phụ thuộc vào thành
phần axit béo.
1.3.2. Nguồn thức ăn cacbon của vi khuẩn
Đối với vi khuẩn nguồn cacbon đợc cung cấp có thể là chất vô cơ (CO
2
,
NaHCO
3
, CaCO
3
) hoặc chất hữu cơ. Giá trị dinh dỡng và khả năng hấp thụ
các nguồn thức ăn cacbon khác nhau phụ thuộc vào 2 yếu tố: một là thành
phần hóa học và tính chất sinh lí của nguồn thức ăn này, hai là đặc điểm sinh lí
của từng loại vi khuẩn.
Ngời ta thờng sử dụng đờng để làm thức ăn cacbon khi nuôi cấy
phần lớn các vi khuẩn dị dỡng. Cần chú ý đờng đơn ở nhiệt độ cao có thể bị
chuyển hóa thành loại hợp chất có màu tối gọi là đờng cháy rất khó hấp thụ.
Trong môi trờng kiềm sau khi khử trùng đờng còn dễ bị axit hóa và làm biến
đổi pH môi trờng. Để tránh các hiện tợng này khi khử trùng môi trờng
chứa đờng ngời ta thờng chỉ hấp ở áp lực 0.5 atm (112.5
0
C) và duy trì trong
30 phút. Với các loại đờng đơn tốt nhất là nên sử dụng phơng pháp hấp gián
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46


trởng đợc ngoài nguồn cacbon hữu cơ còn cần phải đợc cung cấp một
lợng nhỏ CO
2
thì mới phát triển đợc.

1.3.3. Nguồn thức ăn nitơ của vi khuẩn