Sinh học 10 Kết nối tri thức Bài 22: Vai trò và ứng dụng của vi sinh vật

Vi sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với tự nhiên và con người (H 22.1.)

Hình 22.1. Sơ đó vai trò của vi sinh vật đối với tự nhiên và con người

a. Cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn

Việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn dựa trên các đặc điểm sinh học của chúng như: kích thước hiển vi, sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh, hình thức dinh dưỡng đa dạng, hất tạo ra các quá trình tổng hợp và phân giải các chất tạo ra các sản phẩm có giá trị dinh dưỡng hoặc có ý nghĩa lớn trong đời sống con người.

Kích thước hiển vi: Vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé, dao động từ 0,2 km tới hơn 700 km và chỉ có thể quan sát được dưới kính hiển vi.

Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh: Do có kích thước nhỏ nên tỉ lệ diện tích/thể tích (SV) cơ thể ở vi sinh vật lớn, làm tăng tốc độ trao đổi chất và sinh trưởng. Tỉ lệ S/V lớn cho phép tốc độ trao đổi chất trên mỗi đơn vị thể tích của vi sinh vật cao hơn nhiều so với các cơ thể có kích thước lớn. 

Tổng hợp và phân giải các chất nhanh: Sử dụng vi sinh vật trong công nghiệp và nghiên cứu có thể thu được sản lượng rất lớn trong một khoảng thời gian ngắn.

Đa dạng về di truyền: Do tốc độ sinh sản nhanh, tốc độ đột biến lớn, khả năng tái tổ hợp di truyền và lịch sử tiến hoá lâu dài nên vi sinh vật có sự đa dạng di truyền rất lớn.

Phổ sinh thái và dinh dưỡng rộng: Mức độ đa dạng di truyền vô cùng lớn ở vi sinh vật cũng được phản ánh ở khả năng thích nghi của chúng

b. Ứng dụng của công nghệ vi sinh

Trong nông nghiệp Nhiều loại vi sinh vật có khả năng cố định N, trong không khí thành NH, làm giàu chất đạm cho đất; biển lần khó tiêu thành lân dễ tiêu, giúp cây trồng hấp thụ lân dễ dàng hơn; phân giải mùn và các chất hữu cơ trong đất thành chất khoáng vô cơ mà cây có thể hấp thụ được; tiết ra chất kích thích tăng trưởng, polysaccharide hay chất kháng sinh giúp cây sinh trưởng, phát triển tốt hơn, giữ ẩm cho đất và ức chế mầm bệnh cho cây trồng.

Trong chế biến thực phẩm mô của vi sinh vật được ứng d Khả năng phân giải ngoại bào của vi sinh vật được ứng dụng nhiều trong công nghiệp chế biến thực phẩm. Bánh mì, bia và rượu đều là sản phẩm lên men của năm Saccharomyces cerevisiae vi khuẩn lactic (H 22.2)

Quá trình phân giải của vi sinh vật còn được ứng dụng để sản xuất các sản phẩm như nước tương, xì dầu, nước mắm (H22.2).

Hình 22.2. Một số vi sinh vật và các thực phẩm được tạo ra từ hoạt động của chúng.

Nấm men dùng để sản xuất rượu, bia (a), vi khuẩn lactic lên men tạo thành sữa chua (b), nấm mốc tương dùng để sản xuất tương (d)

Trong y dược: Các sản phẩm trao đổi chất ở vi sinh vật còn được ứng dụng trong lĩnh vực y dược để sản xuất thuốc kháng sinh, vaccine, các amino acid, protein đơn bào, hormone, probiotics và nhiều chế phẩm sinh học có giá trị khác.

Trong xử lí chất thải: Dựa vào khả năng hấp thụ và phân giải nhiều hợp chất, kể cả chất thải, chất độc hại và kim loại nặng của vi sinh vật, con người đã sử dụng chúng để xử lí ô nhiễm môi trường. Biện pháp này đang trở thành xu hướng phổ biến trên thế giới vì vừa hiệu quả, ít tốn kém lại không gây ô nhiễm môi trường như các biện pháp truyền thống.

Trong các khu xử lí nước thải (H 22.3), có những bể xử lí sinh học bao gồm bể hiếu khí, bể thiếu khí và bể kị khí với những hệ vi sinh vật riêng. Tại đó, các chất thải trong nước được vi sinh vật chuyển hoá thành methane (CH₄), carbon dioxide (CO₂) và chất lắng không phân huỷ. Những sự cố tràn dầu (H 22.4) gây ô nhiễm hàng nghìn km mặt nước biển có thể được xử lí nhờ các vi sinh vật “ăn” dầu như Alcanivorax borkumensis.

Hình 22.3. Các bể xử lí sinh học trong khu xử lí nước thải

Hình 22.4. Sử dụng vi khuẩn phân huỷ dầu để xử lí sự cố tràn dầu trên biển

a. Một số thành tựu của công nghệ vi sinh vật

Cho đến nay, công nghệ vi sinh vật đã được ứng dụng rộng rãi và đạt được những thành tựu vô cùng to lớn, ngày càng có ảnh hưởng sâu rộng đến mọi mặt của đời sống con người từ lĩnh vực thực phẩm, chăm sóc sức khoẻ, nông nghiệp đến xử lí ô nhiễm môi trường. Đóng vai trò then chốt trong công nghệ vi sinh vật là công nghệ lên men và công nghệ thu hồi sản phẩm. Một số thành tựu nổi bật của công nghệ vi sinh vật được thể hiện trong hình 22.5.

Hình 22.5. Một số thành tựu của công nghệ vi sinh vật

b. Triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai

Công nghệ vi sinh vật đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới. Sự kết hợp giữa công nghệ vi sinh hiện đại, công nghệ nano, công nghệ thông tin và trí tuệ nhân tạo có thể mở ra những mô hình công nghệ mới và trở thành xu thế trong tương lai.

Hình 22.6. Vi khuẩn Shewanella oneidensis có thể sản sinh ra điện năng (a); bê tông tự lành vết nứt nhờ có vi khuẩn Bacillus sản sinh đá vôi (b)

c. Một số ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật và triển vọng phát triển của ngành nghề đó

Trong tương lai, công nghệ vi sinh vật sẽ không ngừng được cải tiến và phát triển trên quy mô lớn nhằm khai thác tối đa các lợi ích của vi sinh vật. Sự phát triển của công nghệ vi sinh vật kéo theo sự phát triển và xuất hiện của nhiều ngành nghề có liên quan như ngành công nghiệp thực phẩm chuyên nghiên cứu và sản xuất các loại rượu, bia, các sản phẩm lên men từ sữa,...; công nghiệp dược phẩm chuyên nghiên cứu và sản xuất các loại kháng sinh, kháng thể đơn dòng, vaccine, enzyme...; lĩnh vực y tế với các phòng xét nghiệm vi sinh giúp chẩn đoán bệnh, các trung tâm dịch tễ,...; lĩnh vực môi trường với các trung tâm xử lí ô nhiễm môi trường, tái tạo năng lượng. Sự phát triển của các ngành nghề kể trên lại mở ra cơ hội nghề nghiệp cho nhiều người. Kĩ sư chế biến thực phẩm, dược sĩ, nhân viên xét nghiệm, kĩ sư môi trường, nhà dịch tễ học.... là những nghề thú vị và hứa hẹn nhiều cơ hội phát triển trong tương lai.

Bài 1.

Vi sinh vật có vai trò rất quan trọng với con người và tự nhiên. Hãy kể một số ví dụ về vai trò của vi sinh vật trong đời sống hằng ngày.

Hướng dẫn giải:

Nghiên cứu nội dung kiến thức bài học, kết hợp liên hệ thực tế để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Để kê đơn thuốc chính xác giúp người bị bệnh nhiễm khuẩn phổi mau khỏi, bác sĩ có thể đưa ra những chỉ định là:

- Chụp X-quang phổi: X-quang phổi giúp chẩn đoán viêm phổi.

- Xét nghiệm máu: Kiểm tra tình trạng nhiễm khuẩn phổi thông qua số lượng hồng cầu.

- Nuôi cấy đờm: Để tìm vi khuẩn gây bệnh, từ đó xác định khả năng kháng thuốc, nhạy cảm thuốc của vi khuẩn (kháng sinh đồ), làm cơ sở kê đơn kháng sinh tiếp theo.

Bài 2.

Em hãy xác định việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn dựa trên những cơ sở khoa học nào?

Hướng dẫn giải:

Nghiên cứu nội dung kiến thức bài học mục II. Một số ứng dụng của vi sinh vật để trả lời câu hỏi.

Lời giải chi tiết:

Cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật là dựa trên các đặc điểm sinh học của chúng như kích thước hiển vi sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh, hình thức dinh dưỡng đa dạng, quá trình tổng hợp và phân giải các chất tạo ra các sản phẩm có giá trị dinh dưỡng hoặc có ý nghĩa lớn trong đời sống con người

1) Kích thước hiển vi: vi sinh vật có kích thước rất nhỏ bé, dao động từ 0,2µm tới hơn 700µm và chỉ có thể quan sát được duới kính hiển vi.

2) Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh: Do có kích thước nhỏ nên tỉ lệ diện tích/thể tích (S/V) cơ thể ở vi sinh vật lớn, làm tăng tốc độ trao đổi chất và sinh trưởng. Tỉ lệ S/V lớn cho phép tốc độ trao đổi chất trên mỗi đơn vị thể tích của vi sinh vật cao hơn nhiều so với các cơ thể có kích thước lớn. Kích thước nhỏ còn có lợi trong việc nuôi cấy, lưu trữ và nghiên cứu vi sinh vật. Một số lượng rất lớn tế bào có thể được nuôi cấy chỉ trong một khoảng không gian nhỏ.

3) Tổng hợp và phân giải các chất nhanh: Sử dụng vi sinh vật trong công nghiệp và nghiên cứu có thể thu được sản lượng rất lớn trong một khoảng thời gian ngắn.

4) Đa dạng về di truyền: Do tốc độ sinh sản nhanh, tốc độ đột biến lớn, khả năng tái tổ hợp đi truyền và lịch sử tiến hoá lâu dài nên vi sinh vật có sự đa dạng di truyền rất lớn.

5) Phổ sinh thái và dinh dưỡng rộng: Mức độ đa dạng di truyền vô cùng lớn ở vi sinh vật cũng được phản ánh ở khả năng thích nghi của chúng. Vi sinh vật có thể được tìm thấy ở tất cả những môi trường có thể có sự sống và có tất cả những hình thức dinh dưỡng sinh vật sống có thể có, trong đó bao gồm cả môi trường nuôi cấy thí nghiệm, trong bình lên men công nghiệp và các điều kiện nhân tạo khác. Sự đa dạng về sinh thái và dinh dưỡng của vi sinh vật dẫn đến sự đa dạng về hình thái, cấu trúc tế bào, thành phần và cấu trúc protein và enzyme cũng như các sản phẩm chuyển hoá thứ cấp, từ đó có rất nhiều tiềm năng có thể ứng dụng vào thực tiễn.

Sau bài học này, học sinh sẽ nắm được:

- Phân tích được vai trò của vi sinh vật trong đời sống con người và trong tự nhiên.

- Kể tên được một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật.

- Trình bày được cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn.

- Trình bày được một số ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn (sản xuất và bảo quản thực phẩm, sản xuất thuốc, xử lí môi trường

- Phân tích triển vọng công nghệ vi sinh vật trong tuong lai.

- Kể tên một số ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật và phát triển của ngành nghề đó

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Sinh học 10 Kết nối tri thức Bài 22 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Chọn ý đúng: Sản phẩm được tạo ra từ quá trình lên men lactic là?

  • A. Bia
  • B. Dưa muối
  • C. Dấm ăn
  • D. Rượu vang

• Câu 2:

  Chọn ý đúng: Axit lactic được tạo ra nhờ quá trình?

  • A. hô hấp hiếu khí.
  • B. hô hấp kị khí.
  • C. lên men.
  • D. hô hấp nhân tạo.

• Câu 3:

  Chọn ý đúng biết: Cho các sản phẩm sau:

  1. Dưa muối

  2. Cà muối

  3. Rượu vang

  4. Rượu vodka

  5. Sữa chua

  6. Bia

  7. Kim chi

  • A. 3, 4, 6 là ứng dụng của quá trình lên men êtilic; 1, 2, 5, 7 là ứng dụng của quá trình lên men lactic đồng hình
  • B. 1, 2, 5 là ứng dụng của quá trình lên men lactic đồng hình; 7 là ứng dụng của quá trình lên men lactic dị hình.
  • C. 1, 2, 6 là ứng dụng của quá trình lên men êtilic; 4, 5 là ứng dụng của quá trình lên men lactic đồng hình.
  • D. 1, 2, 3 là ứng dụng của quá trình lên men êtilic; 4, 5, 6, 7 là ứng dụng của quá trình lên men lactic.

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Sinh học 10 Kết nối tri thức Bài 22 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Mở đầu trang 131 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT

Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 132 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT

Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 132 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT

Dừng lại và suy ngẫm 3 trang 132 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT

Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 134 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT

Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 134 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT

Dừng lại và suy ngẫm 3 trang 134 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT

Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 136 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT

Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 136 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT

Luyện tập và vận dụng 1 trang 137 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT

Luyện tập và vận dụng 2 trang 137 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT

Luyện tập và vận dụng 3 trang 137 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Sinh học HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!