Giáo án và PPT Sinh học 10 kết nối Bài 21: Trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật

BÀI 21: TRAO ĐỔI CHẤT, SINH TRƯỞNG VÀ SINH SẢN Ở VI SINH VẬT

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

- GV sử dụng tình huống mở đầu về vi khuẩn E.coli (SGK tr.122), khơi gợi trí tò mò của HS:

Escherichia coli là một loại vi khuẩn sống trong đường tiêu hóa của người và động vật. Chúng sinh sản bằng cách phân đôi. Hãy tưởng tượng các em đang nuôi vi khuẩn E.coli, cứ sau 20 phút, các em chụp ảnh qua kính hiển vi và đếm số lượng vi khuẩn tại thời điểm đó.

Theo em, sẽ có bao nhiêu vi khuẩn E.coli trong bức ảnh tiếp theo? Em có nhận xét gì về quá trình sinh sản của chúng.

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1: Tìm hiểu về quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu: 

• Em hãy trình bày tóm tắt quá trình tổng hợp carbohydrate, tổng hợp protein, tổng hợp lipid và nucleic acid ở vi sinh vật. Nêu quá trình phân giải các chất của vi sinh vật.

Câu 1: Quá trình phân giải ở VSV có gì giống và khác so với quá trình phân giải ở động vật và thực vật.

Câu 2: Theo em, người ta có thể ứng dụng quá trình phân giải đường đa, lipid và protein ở vi sinh vật vào những lĩnh vực nào? Giải thích và lấy ví dụ minh họa.

Sản phẩm dự kiến:

1. Quá trình tổng hợp

Sinh tổng hợp (đồng hóa) là quá trình tế bào sử dụng năng lượng để liên kết các phân tử đơn giản thành các phân tử hữu cơ phức tạp cần thiết. 

a) Tổng hợp carbohydrate

- Nhiều loài VSV có khả năng tổng hợp nên glucose theo nhiều con đường khác nhau: quang hợp ở vi khuẩn lam, các loại tảo; quang khử ở vi khuẩn màu lục và màu tía; hóa tổng hợp ở vi khuẩn sắt, vi khuẩn nitrate.

- Con đường quan trọng và phổ biến nhất là quang hợp.

b) Tổng hợp protein

Phần lớn vi sinh vật có khả năng tổng hợp được toàn bộ 20 loại amino acid, trong khi còn người không làm được.

Một số vi sinh vật (vi khuẩn lam, Rhizobium) có thể chuyển hóa N2 của khí quyển thành ammonia (NH3) cung cấp nitrogen cho cả hệ sinh thái.

c) Tổng hợp lipid

Ở vi sinh vật, lipid được tổng hợp từ các acid béo và glycerol. 

d) Tổng hợp nucleic acid

Nucleotide được tổng hợp từ 1 gốc đường 5 cacbon + amino acid + phosphoric acid. Tất cả các phản ứng đều sử dụng ATP.

2. Phân giải các chất

- Các VSV dị dưỡng phân giải các hợp chất hữu cơ do VSV khác cung cấp để lấy làm nguyên liệu cho hoạt động sống của chúng. 

- Trong tế bào vi sinh vật, các chất hữu cơ có thể tiếp tục phân giải.

* Gợi ý trả lời câu hỏi:

Câu 1 (NV1): Quá trình tổng hợp các chất ở VSV: Sinh tổng hợp, còn gọi là quá trình đồng hoá, trong đó tế bào sử dụng năng lượng để liên kết các phân tử đơn giản thành các phân tử hữu cơ phức tạp cần thiết cho tế bào. VSV có khả năng sinh tổng hợp tất cả các chất thiết yếu cho tế bào như carbohydrate, protein, nucleic acid và lipid.

Ví dụ: Vi khuẩn Rhizobium có trong nốt sần của các cây họ Đậu có khả năng chuyển hoá N, trong khí quyển thành ammonia (NH,) cung cấp nguồn nitrogen cho quá trình tổng hợp các amino acid của chúng.

- Quá trình phân giải các chất ở vi sinh vật: Những vi sinh vật dị dưỡng hoại sinh thường tiết các enzyme ra bên ngoài tế bào để phân giải chất hữu cơ thành các chất đơn giản rồi hấp thụ chúng vào trong tế bào. Trong tế bào, các chất hữu cơ đơn giản có thể tiếp tục được phân giải (ví dụ: các monosaccharide tiếp tục được phân giải theo con đường hô hấp hiếu khí, hô hấp kị khí hoặc lên men) để giải phóng năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống.

Ví dụ: Để sản xuất nước tương và nước mắm, con người đã sử dụng các enzyme ngoại bào đo các vi sinh vật sinh ra để phân giải các protein có trong đậu nành và cá.

Câu 2 (NV1) +  Câu 1 (NV2):

- Một số vi sinh vật có khả năng quang hợp sinh oxygen giống như thực vật, ngoài ra một số khác còn có khả năng quang hợp không sinh oxygen, một số lại có hình thức tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ nhờ nguồn năng lượng từ các phản ứng hoá học. Đây là những hình thức tổng hợp các chất chỉ có ở vi sinh vật.

- Khả năng phân giải của VSV đa dạng hơn, đặc biệt nhiều loại vi sinh vật (vi khuẩn, nấm) có thể tiết ra nhiều loại enzyme ngoại bào để phân giải các chất hữu cơ thành chất dinh dưỡng đơn giản ở bên ngoài cơ thể, sau đó mới hấp thụ vào trong tế bào. Đây cũng là khả năng chỉ vi sinh vật mới có.

Câu 2 (NV2): 

- Ứng dụng quá trình phân giải đường đa để tạo ra đường đơn như glucose, acid lactic,...cethanol dùng trong sản xuất bánh kẹo, rượu bia, sữa chua,... hay sản xuất nhiên liệu sạch.

-  Phân giải lipid được ứng dụng trong sản xuất xà phòng và các chất tẩy rửa nhằm đánh tan các vết dầu mỡ khó tẩy rửa.

- Hai quá trình này còn được ứng dụng để phân giải các chất thải hữu cơ trong xử lý ô nhiễm môi trường, ứng dụng để làm sạch da trong ngành thuộc da,...

Hoạt động 2: Tìm hiểu về quá trình sinh trưởng của quần thể sinh vật

GV đưa ra câu hỏi: Sinh trưởng của quần thể sinh vật là gì? Thế nào là nuôi cấy mô không liên tục? Thế nào là nuôi cấy mô không liên tục?

• Nêu điểm khác nhau giữa quá trình sinh trưởng của quần thể vi sinh vật trong môi trường nuôi cấy mô liên tục và môi trường nuôi cấy mô không liên tục. Tại sao có sự khác nhau ấy?

• Trong công nghệ vi sinh, việc nuôi cấy vi sinh vật thu sinh khối để sản xuất các chế phẩm sinh học có giá trị được thực hiện trên môi trường nuôi cấy nào? Vì sao?

Sản phẩm dự kiến:

- Là sự tăng lên về mặt số lượng tế bào trong quần thể.

1. Nuôi cấy không liên tục

Môi trường nuôi cấy không liên tục là môi trường không được bổ sung chất dinh dưỡng mới và không được lấy đi các chất thải từ quá trình trao đổi chất. Sinh trưởng của vi khuẩn chia thành 4 pha:

+ Pha  tiềm phát (pha lag)

+ Pha lũy thừa (pha log)

+ Pha cân bằng

+ Pha suy vong

2. Nuôi cấy liên tục

Môi trường nuôi cấy liên tục là môi trường thường xuyên được bổ sung chất dinh dưỡng và loại bỏ các sản phẩm trao đổi chất. Vi khuẩn nuôi để sản xuất sinh khối (enzyme, vitamin …).

* Gợi ý trả lời câu hỏi:

Câu 1.  Môi trường nuôi cấy không liên tục không được bổ sung cơ chất và lấy đi các chất thải thường xuyên (tức là được nuôi cấy trong một hệ thống đóng) nên khi cơ chất hết, chất thải độc hại tích luỹ làm quần thể bị suy vong. Ngược lại, môi trường nuôi cấy liên tục thì chất dinh dưỡng được bổ sung và chất thải được lấy đi thường xuyên, điều này dẫn đến số lượng vi sinh vật sẽ được nhân lên và duy trì ở một mức độ cân bằng sao cho năng suất sản phẩm (các vitamin, enzyme, chất kháng sinh,...) đạt cao nhất, không có pha suy vong như ở nuôi cấy không liên tục.

Câu 2. Dựa vào kiến thức trong SGK, HS có thể trả lời ngay được đó là môi trường nuôi cấy liên tục, vì trong môi trường nuôi cấy liên tục thường xuyên được bổ sung chất dinh dưỡng mới đồng thời không ngừng loại bỏ các chất thải, vi sinh nhật sẽ nhân lên rất nhanh theo hàm mũ. Số lượng vi sinh vật sẽ được duy trì ở một mức độ cân bằng sao cho năng suất sản phẩm đạt cao nhất.

….

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Từ nội dung bài học, GV yêu cầu HS hoàn thành các bài tập trắc nghiệm sau:

Câu 1: Nấm men rượu sinh sản bằng: 

A. bào tử trần

B. bào tử hữu tính

C. bào tử vô tính

D. nảy chồi

Câu 2: Các hình thức sinh sản chủ yếu ở tế bào nhân sơ là: 

A. sinh sản bằng nội bào tử, bằng ngoại bào tử

B. sinh sản bằng phân đôi, bào tử đốt, nảy chồi

C. sinh sản nảy chồi, bằng bào tử vô tính, bào tử hữu tính

D. sinh sản bằng nội bào tử, nảy chồi

Câu 3: Hình thức sinh sản nào sau đây thuộc về nấm sợi? 

A. Sinh sản bằng bào tử vô tính

B. Sinh sản bằng bào tử hữu tính

C. Sinh sản bằng hình thức phân đôi

D. Sinh sản bằng bào tử vô tính và hữu tính

Câu 4: Ở trong tủ lạnh, thực phẩm giữ được khá lâu là vì: 

A. vi khuẩn bị tiêu diệt ở nhiệt độ thấp

B. nhiệt độ thấp làm biến đổi thức ăn, vi khuẩn không thể phân hủy được

C. khi ở trong tủ lạnh vi khuẩn bị mất nước nên không hoạt động được

D. ở nhiệt độ thấp trong tủ lạnh các vi khuẩn bị ức chế

Câu 5: Sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật được đánh giá thông qua

A. Sự tăng lên về số lượng tế bào của quần thể

B. Sự tăng lên về kích thước của từng tế bào trong quần thể

C. Sự tăng lên về khối lượng của từng tế bào trong quần thể

D. Sự tăng lên về cả kích thước và khối lượng của từng tế bào trong quần thể

Sản phẩm dự kiến:

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

Vận dụng kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi:

Câu 1: Trong thực tế, quá trình nuôi cấy liên tục thường được ứng dụng để làm gì?

Câu 2: Hình dưới mô tả đường cong sinh trưởng của quần thể vi khuẩn trong môi trường nuôi cấy không liên tục. Giải thích đường cong sinh trưởng đó.