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

BÀI 22 - VAI TRÒ VÀ ỨNG DỤNG CỦA VI SINH VẬT

MỞ ĐẦU

Câu 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.

Trả lời:

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.

I. VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT

Câu 1: Quan sát hình 22.1, nêu một số ví dụ minh hoạ về vai trò của vi sinh vật đối với tự nhiên.

Trả lời:

Vai trò của vi sinh vật đối với tự nhiên:

• Phân giải chất thải và xác sinh vật thành chất khoáng, đảm bảo vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên, làm giàu chất dinh dưỡng cho đất;
• Vi sinh vật tự dưỡng tạo ra chất dinh dưỡng cung cấp cho các sinh vật dị dưỡng;
• Cộng sinh với nhiều loài sinh vật, đảm bảo sự tồn tại và phát triển của các loài đó trong tự nhiên;
• Phân giải các chất thải, đặc biệt là các chất thải độc hại như: nhựa, hoá chất nhân tạo, chất phóng xạ giúp làm giảm ô nhiễm môi trường;
• Cộng sinh trong cơ thể người giúp tăng cường miễn dịch, tiêu hoá, tổng hợp một số vitamin, amino acid không thay thế;
• Sử dụng trong chế biến thực phẩm, sản xuất thuốc kháng sinh, vitamin,... trên quy mô công nghiệp.

Câu 2: Hãy kể tên những sản phẩm từ vi sinh vật phục vụ cho đời sống con người mà em biết.

Trả lời:

Những sản phẩm từ vi sinh vật phục vụ cho đời sống con người:

• Đồ tập luyện cho vận động viên với vi khuẩn Escherichia coli được thêm vào chất liệu vải may.
• Phân vi sinh phục vụ trong nông nghiệp
• Thuốc chữa bệnh và thức ăn trong chăn nuôi
• Vaccine và các loại thuốc kháng sinh, men tiêu hoá, các loại protein để chữa bệnh
• Các thực phẩm lên men như bánh mỳ, rượu, bia, sữa chua, nước mắm,… 

Câu 3: Một bạn học sinh nói: “Vi sinh vật có hại vì chúng gây bệnh cho con người, vì vậy cần kìm hãm và tiêu diệt chúng”. Em có đồng ý với ý kiến của bạn không? Giải thích.

Trả lời:

Một bạn học sinh nói như vậy là không đúng, vì bên cạnh các vi sinh vật có hại thì có rất nhiều vi sinh vật có lợi và có ích trong cuộc sống của con người như probiotic, geobacter, prokaryote,...

II. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VI SINH VẬT

Câu 1: Việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn dựa trên những cơ sở khoa học nào?

Trả lời:

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.

Câu 2: Công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong các lĩnh vực nào? Nêu một số ví dụ minh hoạ cho từng lĩnh vực.

Trả lời:

Ứng dụng trong công nghệ vi sinh vật:

• Trong nông nghiệp: làm phân bón vi sinh như phân bón vi sinh vật phân giải hợp chất photpho khó tan, phân bón vi sinh vật phân giải xenlulose, phân bón hữu cơ vi sinh vật,... hoặc làm thuốc sâu vi sinh như Bacillus thuringiensis (Bt) và Nấm xanh – Nấm trắng.

• Trong chế biến thực phẩm như bánh mì, bia và rượu đều là sản phẩm lên men của nấm Saccharomyces cerevisiae qua quả trình lên men ethanol, sữa chua và pho mát là sản phẩm lên men của vi khuẩn lactic hoặc ứng dụng để sản xuất các sản phẩm như rước tương xì dầu, nước mắm,...
• Trong y dược: sản xuất thuốc kháng sinh, vaccine, các amino acid, protein đơn bào, hormore, probiotics và nhiều chế phẩm sinh học có giá trị khác như các sản phẩm được tạo ra từ công nghệ tái tổ hợp vi khuẩn và nấm men như insulin, hormone sinh trưởng chất kích thích miễn dịch cytokite, chất kháng virus như interferon. Ngoài ra, chúng còn được ứng dụng trong việc chần đoán các bệnh hiểm nghèo, ung thư, bệnh mới phát sinh bằng kĩ thuật PCR như dịch covid corona,...
• Trong xử lí chất thải: làm 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. Hoặc nhờ các vi sinh vật “ăn” dấu như ABCarnivorax borgueriorsis để khắc phục sự cố tràn dầu,... Ngoài ra còn dùng để sản xuất bột giặt và ngành công nghiệp thuộc da,...

Câu 3: Việc ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất nước tương, nước mắm dựa trên cơ sở khoa học nào?

Trả lời:

Việc ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất nước tương, nước mắm dựa trên quá trình phân giải của vi sinh vật.

III. MỘT SỐ THÀNH TỰU VÀ TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT TRONG TƯƠNG LAI

Câu 1: Nêu một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật.

Trả lời:

Một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật:

• Công nghệ lên men: Thức ăn chăn nuôi, bia, rượu, sữa chua,...
• Công nghệ thu hồi sản phẩm: Thuốc bảo vệ thực vật sinh học (Bacillus thuringiensis - Bt), thuốc kháng sinh, vaccine, chế phẩm xử lí chất thải rắn và nước thải, phân vi sinh, acid và dung môi hữu cơ,...

Câu 2: Phân tích triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai. Kể tên một số ngành nghề liên quan đến vi sinh vật trong tương lai và triển vọng của các ngành nghề đó.

Trả lời:

• 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.
• Những vấn đề lớn về công nghệ vi sinh vật đang được nghiên cứu trên thế giới bao gồm nghiên cứu hệ vi sinh vật Trái Đất và nghiên cứu hệ vi sinh vật con người. Những nghiên cứu này mở ra nhiều hướng ứng dụng mới có giá trị to lớn đối với mọi mặt của đời sống con người, trong đó có những hướng phát triển mới chưa từng có như nghiên cứu sản xuất ra điện từ những loại vi khuẩn có thể sản sinh ra điện năng hay xử lí vết nứt bê tông cho các công trình xây dựng bằng các vi sinh vật.
• Một số ngành nghề liên quan đến vi sinh vật trong tương lai và triển vọng của các ngành nghề đó:
• 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 lý ô nhiễm môi trường, tái tạo năng lượng.
• Sự phát triển của các ngành nghề đó mở ra cơ hội nghề nghiệp cho nhiều người như nghề kĩ sư chế biến thực phẩm, dược sĩ, nhân viên xét nghiệm, kĩ sư môi trường, nhà dịch tễ học,...  

LUYỆN TẬP VÀ VẬN DỤNG

Câu 1: Giải thích vì sao các sinh vật nhân sơ mặc dù có kích thước nhỏ bé và cấu tạo đơn giản nhưng lại có vai trò “khổng lồ" đối với Trái Đất và sự sống.

Trả lời:

Các sinh vật nhân sơ mặc dù có kích thước nhỏ bé và cấu tạo đơn giản nhưng lại có vai trò “khổng lồ" đối với Trái Đất và sự sống vì:

• Sinh vật nhân sơ rất cần thiết trong việc duy trì mọi khía cạnh của sự cân bằng sinh thái của thế giới sống như chất phân hủy, nhà sản xuất và chất cố định nitơ, tham gia chính vào chu trình cacbon và.
• Chúng sản xuất hoặc xử lý các chất dinh dưỡng trong đường tiêu hóa của con người và các loài động vật khác.
• Sinh vật nhân sơ được sử dụng để sản xuất một số thực phẩm cho con người, và cũng được sử dụng để phân hủy các vật liệu nguy hiểm.
• Sinh vật nhân sơ được sử dụng để làm sạch các mối nguy môi trường khác nhau và làm cho các nguồn năng lượng sẵn có và hiệu quả hơn. Ngoài ra, một số loài có công dụng cụ thể trong công nghiệp của con người.

Câu 2: Nêu một số ví dụ về ứng dụng của vi sinh vật trong đời sống.

Trả lời:

Một số ví dụ về ứng dụng của vi sinh vật trong đời sống:

• Dựa vào khả năng cố định N₂ trong không khí của vi sinh vật để sản xuất phân bón vi sinh giúp tăng năng suất cho cây trồng, cải tạo đất,…
• Dựa vào khả năng ức chế sự phát triển của sâu, bệnh gây hại cho cây trồng để sản xuất ra thuốc trừ sâu vi sinh thay cho thuốc trừ sâu hóa học vừa có thể diệt trừ sâu, bệnh hại hiệu quả vừa tránh tồn dư thuốc hóa học gây độc cho con người và vật nuôi.
• Sử dụng vi khuẩn Saccharomyces cerevisiae để lên men tạo rượu, bia, bánh mì.
• Sử dụng vi khuẩn lactic để lên men tạo sữa chua và pho mát.

• Các sản phẩm được tạo ra từ công nghệ tái tổ hợp vi khuẩn và nấm men như insulin, hormone sinh trưởng, chất kích thích miễn dịch cytokine, chất kháng virus như interferon.
• Vi sinh vật còn được ứng dụng trong việc chuẩn đoán các bệnh hiểm nghèo, ung thư, bệnh mới phát sinh.
• Sử dụng hệ vi sinh hiếu khí hoặc kị khí trong các bể xử lí sinh học để xử lí nước thải.
• Sử dụng các vi sinh vật “ăn” dầu như Alcanivorax borkumensis để xử lí các sự cố tràn dầu trên biển.
• Sử dụng các Archaea sinh methane để xử lí chất thải vật nuôi nhằm vừa tạo ra khí biogas làm chất đốt cho gia đình vừa tránh ô nhiễm môi trường và tạo ra phân bón hữu cơ cho cây trồng.

Câu 3: Giải thích vì sao việc chuyển sang trồng đậu nành trên mảnh đất đã trồng khoai trước đó lại có tác dụng duy trì nitrogen trong đất.

Trả lời:

Cây họ đậu có thể tăng hàm lượng nitơ trong đất vì:

• Các loại đậu lấy nitơ từ không khí chuyển hóa thành amoniac, amoniac là dạng mà cây trồng có thể được chuyển đổi ngay lập tức thành protein giúp cây phát triển. Các mô đặc biệt trên rễ cây họ đậu cung cấp một nơi trú ẩn an toàn cho hàng ngàn vi khuẩn cố định nitơ.
• Những vi khuẩn này cung cấp nitơ dồi dào ở dạng hữu ích nhất cho sự phát triển của thực vật. Sau khi vụ mùa được thu hoạch, phế phẩm của chúng phân hủy và cung cấp nitơ hữu ích cho đất để các cây khác có thể sử dụng nó.
  • Vì thế, những cây trồng họ đậu này thậm chí còn như một loại phân xanh, bằng cách cày những cây họ đậu vào đất, chúng sẽ cung cấp nhiều nitơ hơn cho đất trồng.