Câu hỏi mở đầu

Đề bài: Escherichia coli là một loại vi khuẩn sống trong đường tiêu hoá 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 (hình dưới). 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?

Lời giải:

Đếm số lượng vi khuẩn ở mỗi thời điểm trong hình:

→ Trong bức ảnh tiếp theo (lúc 01:40:00) sẽ có 32 vi khuẩn.

Nhận xét về quá trình sinh sản của vi khuẩn E. coli:

• Vi khuẩn E. coli sinh sản bằng cách phân đôi: 1 tế bào mẹ tạo ra 2 tế bào con giống hệt nhau.
• Tốc độ sinh sản rất nhanh: cứ sau 20 phút lại phân đôi 1 lần.
• Số lượng vi khuẩn tăng theo cấp số nhân (theo công thức $N_t = N_0 \times 2^n$, với $n$ là số lần phân chia).

→ Đây là lí do vì sao vi khuẩn có thể tăng lên số lượng cực lớn trong thời gian ngắn nếu điều kiện môi trường thuận lợi.

I. Quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật

Câu 1 trang 124

Đề bài: Nêu một số ví dụ về quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật.

Lời giải:

Ví dụ về quá trình tổng hợp:

• Tổng hợp carbohydrate: vi khuẩn lam, các loài tảo tổng hợp glucose nhờ quang hợp; vi khuẩn sắt, vi khuẩn nitrate tổng hợp glucose nhờ hoá tổng hợp. Từ glucose, vi sinh vật tổng hợp tinh bột, cellulose, chitin, peptidoglycan.
• Tổng hợp protein: vi sinh vật tổng hợp protein từ các amino acid; vi khuẩn lam, vi khuẩn Rhizobium có khả năng cố định nitrogen ($\text{N}_2 \to \text{NH}_3$) để tạo nguồn nitrogen cho tổng hợp amino acid.
• Tổng hợp lipid: từ các acid béo và glycerol.
• Tổng hợp nucleic acid: từ các nucleotide.

Ví dụ về quá trình phân giải:

• Vi sinh vật tiết enzyme ra ngoài tế bào để phân giải các chất hữu cơ phức tạp (protein, đường đa, lipid, nucleic acid) thành các chất đơn giản (amino acid, đường đơn, acid béo + glycerol, nucleotide).
• Sau đó, vi sinh vật hấp thụ các chất đơn giản này và tiếp tục phân giải (qua hô hấp hiếu khí, hô hấp kị khí hoặc lên men) để tạo năng lượng cho hoạt động sống.

Câu 2 trang 124

Đề bài: Quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật có gì giống và khác so với các quá trình này ở động vật và thực vật?

Lời giải:

Giống nhau:

• Đều có quá trình tổng hợp (đồng hoá) và phân giải (dị hoá) các chất.
• Đều sử dụng năng lượng ATP cho quá trình tổng hợp.
• Đều tổng hợp các đại phân tử hữu cơ chính: carbohydrate, protein, lipid, nucleic acid.

Khác nhau:

Câu 3 trang 124

Đề bài: 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 hoạ.

Lời giải:

Quá trình phân giải đường đa, lipid và protein ở vi sinh vật được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực:

• Sản xuất thực phẩm lên men: vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ trong nguyên liệu tạo ra sản phẩm có hương vị, dễ tiêu hoá.
  • Phân giải đường: sản xuất rượu, bia, sữa chua, dưa muối.
  • Phân giải protein: sản xuất nước mắm, nước tương, nem chua.
  • Phân giải lipid: sản xuất phô mai, bơ.
• Xử lí rác thải, nước thải: vi sinh vật phân giải các chất hữu cơ trong rác và nước thải → làm sạch môi trường.
• Sản xuất các chế phẩm sinh học: thu các enzyme (amylase, protease, lipase) dùng trong công nghiệp thực phẩm, giặt tẩy, dược phẩm.
• Sản xuất nhiên liệu sinh học: lên men đường đa tạo ethanol làm nhiên liệu.

II. Sinh trưởng của quần thể vi khuẩn

Câu 1 trang 125

Đề bài: Khái niệm sinh trưởng ở vi sinh vật có gì khác so với sinh trưởng ở thực vật và động vật? Giải thích vì sao lại có sự khác nhau đó.

Lời giải:

Khác nhau về khái niệm sinh trưởng:

• Ở thực vật và động vật: sinh trưởng là sự tăng lên về kích thước và khối lượng cơ thể.
• Ở vi sinh vật: sinh trưởng được hiểu là sự tăng lên về số lượng tế bào trong quần thể.

Giải thích:

Vi sinh vật có kích thước rất nhỏ, đa số là đơn bào, sinh sản rất nhanh (cứ sau 20 phút E. coli phân chia một lần). Vì vậy, sự thay đổi kích thước của từng tế bào rất khó quan sát và không có nhiều ý nghĩa, thay vào đó người ta theo dõi sự tăng số lượng tế bào trong quần thể để đánh giá sinh trưởng.

Câu 2 trang 125

Đề bài: Nêu điểm khác nhau giữa quá trình sinh trưởng của quần thể vi sinh vật trong môi trường nuôi cấy liên tục và môi trường nuôi cấy không liên tục. Tại sao lại có sự khác nhau đó?

Lời giải:

Điểm khác nhau:

Giải thích sự khác nhau:

• Trong nuôi cấy không liên tục, chất dinh dưỡng dần cạn kiệt, chất độc hại tích luỹ → vi sinh vật sinh trưởng chậm dần rồi chết → xuất hiện pha cân bằng và pha suy vong.
• Trong nuôi cấy liên tục, môi trường luôn được bổ sung dinh dưỡng và loại bỏ sản phẩm → điều kiện sống luôn ổn định, vi sinh vật sinh trưởng liên tục ở pha luỹ thừa.

Câu 3 trang 125

Đề bài: 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?

Lời giải:

Việc nuôi cấy vi sinh vật thu sinh khối được thực hiện trên môi trường nuôi cấy liên tục.

Vì:

• Môi trường nuôi cấy liên tục luôn được bổ sung dinh dưỡng và loại bỏ sản phẩm trao đổi chất → vi sinh vật duy trì sinh trưởng ở pha luỹ thừa trong thời gian dài.
• Nhờ đó, thu được sinh khối lớn và sản phẩm (vitamin, enzyme, kháng sinh,…) đạt năng suất cao nhất.

III. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của quần thể vi sinh vật

Câu 1 trang 128

Đề bài: Trình bày ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến sự sinh trưởng của vi sinh vật. Con người đã ứng dụng những hiểu biết này như thế nào trong lĩnh vực y tế và đời sống hằng ngày? Cho một vài ví dụ minh hoạ.

Lời giải:

Các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật:

• Nhiệt độ: ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hoá. Mỗi nhóm vi sinh vật chỉ sinh trưởng ở một khoảng nhiệt độ nhất định (ưa lạnh, ưa ấm, ưa nhiệt, siêu ưa nhiệt).
• Độ ẩm: nước là dung môi hoà tan các chất dinh dưỡng → mỗi loại vi sinh vật cần độ ẩm phù hợp.
• Độ pH: ảnh hưởng đến tính thấm qua màng, hoạt động của enzyme (vi sinh vật ưa acid, ưa kiềm, ưa pH trung tính).
• Ánh sáng: cần cho quang hợp, ảnh hưởng đến sự hình thành bào tử, tổng hợp sắc tố.
• Áp suất thẩm thấu: áp suất thẩm thấu cao gây co nguyên sinh → vi sinh vật không phân chia được.
• Chất hoá học: chất dinh dưỡng (kích thích sinh trưởng), chất ức chế như phenol, cồn, iodine, chlorine, kháng sinh,… (ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật).

Ứng dụng trong y tế và đời sống:

• Y tế: dùng cồn 70%, iodine để sát trùng vết thương; dùng nhiệt độ cao để thanh trùng dụng cụ y tế; dùng kháng sinh chữa bệnh nhiễm khuẩn.
• Bảo quản thực phẩm: phơi khô, sấy khô (giảm độ ẩm); ướp muối, ướp đường (tăng áp suất thẩm thấu); bảo quản lạnh (giảm nhiệt độ); muối chua (giảm pH).
• Đời sống hằng ngày: dùng chlorine khử trùng nước máy, nước bể bơi; dùng formaldehyde thanh trùng dụng cụ.

Câu 2 trang 128

Đề bài: Nêu tác dụng của kháng sinh trong việc điều trị các bệnh do vi sinh vật gây ra. Thế nào là hiện tượng kháng kháng sinh, nêu nguyên nhân và tác hại của hiện tượng này.

Lời giải:

Tác dụng của kháng sinh:

Kháng sinh có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt vi khuẩn một cách chọn lọc (theo nhiều cơ chế khác nhau như ức chế tổng hợp thành tế bào, protein, nucleic acid của vi khuẩn) → dùng để chữa các bệnh nhiễm khuẩn ở người và động vật.

Hiện tượng kháng kháng sinh:

Là hiện tượng vi khuẩn không còn bị tiêu diệt bởi loại kháng sinh trước đây vốn có tác dụng với chúng.

Nguyên nhân:

• Sử dụng kháng sinh không đúng chỉ định của bác sĩ (sai liều, sai thời gian, tự ý dùng).
• Lạm dụng kháng sinh trong chăn nuôi (dùng như chất kích thích tăng trưởng).

Tác hại:

• Làm giảm hiệu quả điều trị các bệnh nhiễm khuẩn, có thể dẫn đến không còn thuốc chữa.
• Gene kháng kháng sinh có thể truyền sang các vi khuẩn khác (kể cả vi khuẩn gây bệnh ở người qua đường tiếp xúc, giết mổ).
• Gây tốn kém chi phí, kéo dài thời gian điều trị, đe doạ sức khoẻ cộng đồng.

Câu 3 trang 128

Đề bài: Loét dạ dày từng được cho là do ăn nhiều thức ăn cay hoặc căng thẳng thần kinh, nay được biết là do vi khuẩn (Helicobacter pylori) gây ra. Với phát hiện mới này, việc điều trị loét dạ dày đã thay đổi như thế nào?

Lời giải:

• Trước đây: loét dạ dày được cho là do ăn cay hoặc căng thẳng → việc điều trị chủ yếu là điều chỉnh chế độ ăn uống, nghỉ ngơi, giảm căng thẳng và dùng thuốc giảm acid dạ dày → bệnh thường khó khỏi dứt điểm, dễ tái phát.
• Hiện nay: đã xác định nguyên nhân chính là do vi khuẩn Helicobacter pylori → việc điều trị kết hợp:
  • Dùng thuốc kháng sinh để tiêu diệt vi khuẩn H. pylori.
  • Dùng thuốc giảm tiết acid dạ dày để làm lành ổ loét.
  • Kết hợp chế độ ăn uống, sinh hoạt hợp lí.

→ Nhờ đó, bệnh loét dạ dày được điều trị hiệu quả hơn, hạn chế tái phát.

IV. Các hình thức sinh sản ở vi sinh vật

Câu 1 trang 129

Đề bài: Vi sinh vật có những hình thức sinh sản nào? Nêu đặc điểm của mỗi hình thức đó và cho ví dụ.

Lời giải:

Vi sinh vật có 3 hình thức sinh sản chính:

1. Phân đôi:

• Là hình thức sinh sản phổ biến nhất ở vi sinh vật. Một tế bào mẹ phân chia thành 2 tế bào con giống nhau.
• Vi khuẩn (nhân sơ) chỉ phân đôi vô tính. Một số vi sinh vật nhân thực (ví dụ trùng giày) có thể phân đôi hữu tính theo cách tiếp hợp.
• Ví dụ: vi khuẩn E. coli, trùng roi Euglena, trùng amip Amoeba, trùng giày Paramecium.

2. Sinh sản bằng bào tử:

• Vi sinh vật tạo ra các bào tử để sinh sản. Có thể là bào tử vô tính (bào tử đính ở vi nấm, bào tử đốt ở xạ khuẩn, ngoại bào tử ở vi khuẩn) hoặc bào tử hữu tính (bào tử tiếp hợp ở nấm tiếp hợp).
• Ví dụ: nấm mốc, xạ khuẩn.
• Lưu ý: nội bào tử ở vi khuẩn (như Bacillus, Clostridium) không phải là hình thức sinh sản mà chỉ là cách giúp vi khuẩn chống chịu với điều kiện bất lợi.

3. Nảy chồi:

• Cá thể con hình thành ở một phía của cá thể mẹ, sau khi trưởng thành sẽ tách ra thành cá thể độc lập. Khác với phân đôi, một cá thể mẹ có thể nảy chồi ra nhiều cá thể con.
• Ví dụ: nấm men Saccharomyces cerevisiae, vi khuẩn quang dưỡng màu tía Rhodomicrobium vannielii.

Câu 2 trang 129

Đề bài: Các hình thức sinh sản của vi sinh vật nhân sơ (vi khuẩn) có gì khác so với vi sinh vật nhân thực (vi nấm)?

Lời giải:

→ Nhìn chung, vi sinh vật nhân thực có hình thức sinh sản đa dạng hơn, đặc biệt có thêm sinh sản hữu tính, trong khi vi sinh vật nhân sơ chỉ sinh sản vô tính.

Luyện tập và vận dụng

Câu 1 trang 130

Đề bài: Trong môi trường nuôi cấy không liên tục, số lượng tế bào vi khuẩn tăng nhanh nhất ở pha nào?

A. Pha luỹ thừa.     B. Pha cân bằng.     C. Pha suy vong.     D. Pha tiềm phát.

Lời giải:

Đáp án đúng: A. Pha luỹ thừa.

Giải thích: Ở pha luỹ thừa, vi khuẩn đã thích nghi với môi trường, chất dinh dưỡng còn dồi dào nên phân chia mạnh mẽ theo tiềm năng → số lượng tế bào tăng theo cấp số nhân và đạt cực đại ở cuối pha.

Câu 2 trang 130

Đề bài: Hãy giải thích vì sao người ta có thể điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, áp suất thẩm thấu để bảo quản thực phẩm.

Lời giải:

Thực phẩm bị hỏng chủ yếu do vi sinh vật sinh trưởng và phân giải chất hữu cơ trong thực phẩm. Vì vậy, có thể điều khiển các yếu tố môi trường để ức chế sinh trưởng của vi sinh vật, giúp bảo quản thực phẩm lâu hơn:

• Nhiệt độ thấp (bảo quản lạnh, đông lạnh): làm chậm hoặc dừng các phản ứng sinh hoá → vi sinh vật không sinh trưởng được.
• Độ ẩm thấp (phơi khô, sấy khô): vi sinh vật không có nước để hoạt động → ngừng sinh trưởng.
• Độ pH thấp (muối chua, ngâm giấm): môi trường acid ức chế đa số vi sinh vật gây hỏng thực phẩm.
• Áp suất thẩm thấu cao (ướp muối, ướp đường): làm tế bào vi sinh vật co nguyên sinh, không phân chia được → không gây hỏng thực phẩm.

Câu 3 trang 130

Đề bài: Vi sinh vật và hoạt động phân giải chất hữu cơ của chúng là nguyên nhân chủ yếu gây hỏng thực phẩm. Dựa vào những kiến thức đã học, em hãy đề xuất một số biện pháp bảo quản thực phẩm.

Lời giải:

Một số biện pháp bảo quản thực phẩm bằng cách ức chế sinh trưởng của vi sinh vật:

• Phơi khô, sấy khô (giảm độ ẩm): bảo quản gạo, ngô, cá khô, tôm khô.
• Ướp muối, ướp đường (tăng áp suất thẩm thấu): muối dưa cà, muối thịt, làm mứt, làm siro.
• Bảo quản lạnh, đông lạnh (giảm nhiệt độ): để thực phẩm trong tủ lạnh, tủ đông.
• Muối chua (giảm pH): dưa muối, cà muối, kim chi.
• Hút chân không, đóng hộp: ngăn vi sinh vật tiếp xúc với thực phẩm.
• Thanh trùng bằng nhiệt độ cao: đun sôi sữa, đóng hộp thực phẩm.

Câu 4 trang 130

Đề bài: Hãy giải thích vì sao các bệnh do vi sinh vật gây ra (bệnh tả, nấm,…) dễ xuất hiện và phát triển thành dịch ở vùng nhiệt đới hơn so với vùng ôn đới. Vì sao thực phẩm và đồ dùng ở vùng nhiệt đới rất nhanh bị hỏng nếu không được bảo quản đúng cách?

Lời giải:

Vì sao bệnh dễ thành dịch ở vùng nhiệt đới:

Vùng nhiệt đới có nhiệt độ cao (thường 20–40 °C) và độ ẩm cao → đây là điều kiện rất thuận lợi cho hầu hết các vi sinh vật gây bệnh sinh trưởng và sinh sản nhanh. Do đó:

• Vi sinh vật gây bệnh phát triển mạnh, lan truyền nhanh → bệnh dễ bùng phát thành dịch.
• Trong khi đó, ở vùng ôn đới nhiệt độ thấp hơn → vi sinh vật sinh trưởng chậm hơn → bệnh khó lan rộng thành dịch.

Vì sao thực phẩm và đồ dùng ở vùng nhiệt đới nhanh hỏng:

Cũng do nhiệt độ và độ ẩm cao ở vùng nhiệt đới → vi sinh vật sinh trưởng nhanh và phân giải mạnh các chất hữu cơ trong thực phẩm, đồ dùng → thực phẩm nhanh ôi thiu, đồ dùng (gỗ, vải, da,…) nhanh mục, mốc nếu không được bảo quản đúng cách (phơi khô, để nơi thoáng mát, bảo quản lạnh,…).

Câu 5 trang 130

Đề bài: Bạn A bị cảm lạnh, đau họng, ho, sổ mũi, nhức đầu. Để đỡ mất thời gian đi khám, bạn đã ra hiệu thuốc mua thuốc kháng sinh về nhà tự điều trị. Theo em, việc làm của bạn là nên hay không nên? Vì sao?

Lời giải:

Việc làm của bạn A là KHÔNG NÊN.

Vì:

• Các triệu chứng cảm lạnh, đau họng, ho, sổ mũi, nhức đầu phần lớn do virus gây ra, mà kháng sinh chỉ có tác dụng với vi khuẩn, không tiêu diệt được virus → uống kháng sinh trong trường hợp này không có hiệu quả.
• Tự ý mua kháng sinh để uống mà không có chỉ định của bác sĩ rất dễ dẫn đến dùng sai loại, sai liều, sai thời gian → góp phần làm xuất hiện hiện tượng kháng kháng sinh, gây nguy hiểm cho bản thân và cộng đồng.
• Ngoài ra, kháng sinh có thể gây tác dụng phụ (dị ứng, rối loạn tiêu hoá,…) nếu dùng không đúng.

→ Bạn A nên đi khám bác sĩ để được chẩn đoán đúng bệnh và dùng thuốc theo chỉ định.

Cô Nguyễn Ngọc Châu

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Sinh Học THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Sinh học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ AT sinh học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Trần Phú