Sinh trưởng quần thể nói về số tế bào
Sinh trưởng quần thể vi sinh vật thường được xét qua sự tăng số tế bào. Thời gian thế hệ $g$ là thời gian để quần thể tăng gấp đôi trong điều kiện phân đôi đang xét; $g$ thay đổi theo loài và môi trường.
Bốn pha của nuôi cấy không liên tục
Trong nuôi cấy không liên tục, không bổ sung môi trường mới và không lấy sản phẩm ra:
| Pha | Dạng đường cong số tế bào sống | Diễn biến chính |
|---|---|---|
| Tiềm phát | Gần ngang | Tế bào thích nghi, tổng hợp thành phần; chưa tăng số lượng rõ |
| Lũy thừa | Tăng gần đường thẳng trên trục $\log_{10}$ | Phân chia đều, số lượng tăng theo cấp số nhân |
| Cân bằng | Gần ngang | Số sinh ra xấp xỉ số chết; dinh dưỡng giảm, sản phẩm bất lợi tích lũy |
| Suy vong | Giảm | Số chết lớn hơn số sinh ra |
Đoạn ngang ở pha tiềm phát không có nghĩa tế bào ngừng chuyển hóa; đoạn ngang ở pha cân bằng không có nghĩa mọi tế bào đều dừng hoạt động. Khi đọc đồ thị phải kiểm tra trục tung là tế bào sống hay tổng số tế bào.
Tính từ số lần tăng gấp đôi
Trong pha lũy thừa, phân đôi đều và không hao hụt:
$$n=\frac{t}{g}.$$
$$N=N_0\times2^n.$$
Ví dụ, $N_0=120$, $g=30$ phút, $t=120$ phút:
$$n=4.$$
$$N=120\times2^4=1\,920.$$
Tổng cuối là 1 920 tế bào; số tăng thêm là $1\,920-120=1\,800$.
Bài toán ngược: quần thể tăng từ 500 lên 4 000 tế bào trong 90 phút. Vì $4\,000/500=8=2^3$, có ba thế hệ và:
$$g=\frac{90}{3}=30\text{ phút}.$$
Các phép tính chỉ dùng khi khoảng thời gian thực sự thuộc pha tăng lũy thừa theo giả thiết.
Tìm thời gian thế hệ
Một quần thể tăng từ 500 lên 4.000 tế bào trong 90 phút, theo mô hình phân đôi lũy thừa, không hao hụt và có thời gian thế hệ không đổi. Thời gian thế hệ $g$ là bao nhiêu?
15 phút sẽ tương ứng sáu thế hệ, làm số lượng tăng $2^6=64$ lần.
Đúng. Quần thể tăng tám lần, tương ứng ba lần tăng gấp đôi trong 90 phút.
45 phút chỉ cho hai thế hệ trong 90 phút, tương ứng tăng bốn lần.
90 phút chỉ cho một thế hệ, tương ứng tăng hai lần.
Lời giải
Tìm số thế hệ từ tỉ số đầu–cuối:
$$\frac{4.000}{500}=8=2^3,$$
nên có 3 thế hệ trong 90 phút. Do đó:
$$g=\frac{90}{3}=30\text{ phút}.$$
Kết quả dùng đúng giả thiết phân đôi lũy thừa, không hao hụt và $g$ không đổi. Chọn B.
Không tính pha tiềm phát như pha lũy thừa
Tổng thời gian là 150 phút, nhưng 30 phút đầu thuộc pha tiềm phát và chưa tăng số tế bào. Chỉ 120 phút sau tăng lũy thừa với $g=40$ phút, nên:
$$n=120/40=3.$$
Nếu ban đầu có 50 tế bào thì cuối khoảng tăng lũy thừa có $50\times2^3=400$ tế bào. Không dùng toàn bộ 150 phút trong công thức.
Nuôi cấy liên tục khác ở dòng vật chất
| Hệ nuôi | Dòng vật chất | Vì sao mật độ có thể ổn định? |
|---|---|---|
| Không liên tục | Không thêm môi trường mới, không lấy dịch ra | Pha cân bằng xuất hiện khi điều kiện trong bình dần hạn chế |
| Liên tục | Thêm môi trường mới và lấy một phần dịch nuôi ra | Tốc độ tạo tế bào có thể cân bằng với tốc độ tế bào bị lấy ra |
Mật độ ổn định trong hệ liên tục không đồng nhất với pha cân bằng do cạn dinh dưỡng trong bình kín. Thời điểm thu còn phụ thuộc sản phẩm cần lấy.
Vì sao thay điều kiện lại thay sinh trưởng?
| Yếu tố | Tác động cần hiểu đúng |
|---|---|
| Nhiệt độ, pH | Ảnh hưởng enzyme, màng và chuyển hóa; mỗi nhóm có khoảng thích hợp riêng |
| Nước và nồng độ chất tan | Nước cần cho hoạt động; môi trường ưu trương có thể làm tế bào mất nước |
| Carbon, nitrogen, khoáng | Phải phù hợp với nhu cầu của chủng |
| Nhân tố sinh trưởng | Chất cần thiết mà một chủng có thể không tự tổng hợp được |
Khuyết dưỡng không đồng nghĩa dị dưỡng. Nhiệt độ thấp thường làm chậm hoạt động nhưng không tự chứng minh mọi tế bào đã chết.
Phân đôi, nảy chồi và bào tử
Phân đôi và nảy chồi làm tăng số tế bào. Nhiều nấm tạo bào tử sinh sản. Ngược lại, một tế bào vi khuẩn tạo một nội bào tử rồi nảy mầm trở lại thành một tế bào không làm tăng số cá thể; nội bào tử chủ yếu giúp tồn tại khi điều kiện bất lợi. Trao đổi vật chất di truyền qua tiếp hợp cũng không phải một lần tăng số tế bào.
Phân biệt nội bào tử với sinh sản
Một tế bào vi khuẩn tạo một nội bào tử; sau đó nội bào tử nảy mầm thành một tế bào hoạt động. Nhận định nào đúng?
Mô tả chỉ có một nội bào tử và sau nảy mầm vẫn trở lại một tế bào hoạt động.
Đúng. Vai trò chính đang xét là chống chịu, không phải tạo thêm cá thể.
Vi khuẩn không tạo giao tử theo cách gọi này; nội bào tử là cấu trúc chống chịu.
Tế bào ban đầu chuyển sang trạng thái nội bào tử rồi nảy mầm, không đồng thời tồn tại thành hai cá thể.
Lời giải
Chuỗi biến đổi là một tế bào → một nội bào tử → một tế bào hoạt động. Số cá thể không tăng, nên đây không phải sinh sản tạo thêm cá thể. Nội bào tử giúp một số vi khuẩn chống chịu điều kiện bất lợi. Chọn B.
Hiểu đúng kháng kháng sinh
Kháng sinh có thể ức chế các hoạt động của vi khuẩn như tạo thành tế bào hoặc tổng hợp protein. Khi vi khuẩn mang đặc điểm kháng phù hợp, thuốc kém hiệu quả với chúng; đây là sự kháng của vi khuẩn, không phải cơ thể người “quen thuốc”. Sử dụng sai hoặc quá mức góp phần thúc đẩy kháng thuốc. Bài học chỉ nêu nguyên lí, không dùng hình ảnh hay dữ liệu nuôi cấy để tự chọn thuốc hoặc liều.
Đọc điều kiện trước khi tính
Trước khi tính, xác định kiểu nuôi cấy, pha sinh trưởng, khoảng thời gian thực sự phân đôi và đơn vị. Trước khi kết luận kiểm soát, xác định yếu tố tác động và giới hạn của dữ kiện.
Đang học