Câu hỏi mở đầu

Đề bài: 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.

Lời giải:

Một số ví dụ về vai trò của vi sinh vật trong đời sống hằng ngày:

• Trong chế biến thực phẩm: vi sinh vật được dùng để lên men tạo ra các sản phẩm quen thuộc như sữa chua, phô mai, bia, rượu, nước mắm, nước tương, dưa muối, bánh mì,…
• Trong y dược: sản xuất các loại thuốc kháng sinh (penicillin,…), vaccine phòng bệnh, probiotics (men vi sinh) hỗ trợ tiêu hoá.
• Trong nông nghiệp: sản xuất phân bón vi sinh giúp cây trồng phát triển tốt; sản xuất thuốc trừ sâu sinh học thay cho thuốc hoá học gây hại môi trường.
• Trong xử lí môi trường: vi sinh vật được dùng để xử lí nước thải, rác thải, sản xuất biogas từ chất thải chăn nuôi.
• Trong cơ thể con người: hệ vi sinh vật cộng sinh ở đường ruột giúp tiêu hoá thức ăn, tổng hợp một số vitamin và tăng cường miễn dịch.

I. Vai trò của vi sinh vật

Câu 1 trang 132

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

Lời giải:

Quan sát hình 22.1, vi sinh vật có 3 vai trò chính đối với tự nhiên:

• Phân giải chất thải và xác sinh vật: vi sinh vật phân huỷ xác động vật, thực vật, lá rụng,… thành chất khoáng → đảm bảo vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên và làm giàu chất dinh dưỡng cho đất.
  • Ví dụ: vi khuẩn, nấm mốc phân giải lá cây mục thành mùn cho đất.
• Vi sinh vật tự dưỡng tạo ra $\text{O}_2$ và chất hữu cơ: cung cấp nguồn thức ăn và oxygen cho các sinh vật dị dưỡng.
  • Ví dụ: vi khuẩn lam, tảo đơn bào quang hợp tạo $\text{O}_2$ và chất hữu cơ.
• Cộng sinh với nhiều loài sinh vật: giúp các loài đó tồn tại và phát triển trong tự nhiên.
  • Ví dụ: vi khuẩn Rhizobium cộng sinh trong nốt sần rễ cây họ Đậu giúp cố định nitrogen; vi sinh vật cộng sinh trong dạ cỏ của trâu, bò giúp tiêu hoá cellulose.

Câu 2 trang 132

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

Lời giải:

Một số sản phẩm từ vi sinh vật phục vụ đời sống con người:

• Thực phẩm lên men: sữa chua, phô mai, bánh mì, bia, rượu, nước mắm, nước tương, dưa muối, nem chua, tương,…
• Thuốc và chế phẩm y học: thuốc kháng sinh (penicillin,…), vaccine, insulin, interferon, các loại vitamin, probiotics,…
• Sản phẩm trong nông nghiệp: phân bón vi sinh, thuốc trừ sâu sinh học.
• Sản phẩm xử lí môi trường: chế phẩm vi sinh xử lí nước thải, rác thải, biogas dùng làm chất đốt.
• Sản phẩm công nghiệp: enzyme amylase, lipase, protease dùng trong bột giặt sinh học, chế biến da.

Câu 3 trang 132

Đề bài: 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.

Lời giải:

Em KHÔNG đồng ý với ý kiến của bạn.

Giải thích:

• Đúng là có một số ít vi sinh vật gây bệnh cho người, vật nuôi và cây trồng. Nhưng đa số vi sinh vật lại có lợi, đóng vai trò rất quan trọng đối với tự nhiên và con người:
  • Đối với tự nhiên: phân giải chất thải làm sạch môi trường, tạo $\text{O}_2$ và chất hữu cơ, cộng sinh với các sinh vật khác.
  • Đối với con người: cộng sinh trong cơ thể giúp tăng miễn dịch, tiêu hoá, tổng hợp vitamin; được dùng để chế biến thực phẩm, sản xuất thuốc kháng sinh, vaccine,…
• Vì vậy, không nên tiêu diệt tất cả vi sinh vật mà chỉ cần kìm hãm, tiêu diệt các vi sinh vật gây hại và bảo vệ, sử dụng các vi sinh vật có lợi phục vụ đời sống.

II. Một số ứng dụng của vi sinh vật

Câu 1 trang 134

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

Lời giải:

Việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn dựa trên các đặc điểm sinh học của chúng:

• Kích thước hiển vi: vi sinh vật rất nhỏ (0,2 µm đến hơn 700 µm) → dễ nuôi cấy, lưu trữ một số lượng lớn trong không gian nhỏ.
• Sinh trưởng nhanh, sinh sản mạnh: do tỉ lệ S/V (diện tích bề mặt/thể tích) lớn → tốc độ trao đổi chất và sinh trưởng cao → thu được sinh khối lớn trong thời gian ngắn.
• Tổng hợp và phân giải các chất nhanh: tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị (thực phẩm, thuốc, enzyme,…) với năng suất cao.
• Đa dạng về di truyền: tốc độ đột biến lớn, dễ tái tổ hợp di truyền → có nhiều chủng vi sinh vật khác nhau để lựa chọn ứng dụng.
• Phổ sinh thái và dinh dưỡng rộng: sống được ở nhiều môi trường, có nhiều kiểu dinh dưỡng → có thể nuôi cấy trong nhiều điều kiện khác nhau.

Câu 2 trang 134

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

Lời giải:

Công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong 4 lĩnh vực chính:

1. Trong nông nghiệp:

• Sản xuất phân bón vi sinh (chứa vi khuẩn cố định $\text{N}_2$, vi khuẩn phân giải lân,…) → tăng năng suất cây trồng, cải tạo đất.
• Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học → tiêu diệt sâu bệnh mà không gây hại môi trường.

2. Trong chế biến thực phẩm:

• Lên men nấm men Saccharomyces cerevisiae để sản xuất bánh mì, bia, rượu.
• Lên men vi khuẩn lactic để sản xuất sữa chua, phô mai, dưa muối.
• Lên men nấm mốc Aspergillus oryzae để sản xuất nước tương, xì dầu, nước mắm.

3. Trong y dược:

• Sản xuất thuốc kháng sinh, vaccine, probiotics.
• Sản xuất insulin, hormone sinh trưởng, interferon nhờ công nghệ tái tổ hợp.
• Ứng dụng trong chẩn đoán bệnh bằng kĩ thuật PCR.

4. Trong xử lí chất thải:

• Xử lí nước thải bằng các bể hiếu khí, kị khí.
• Vi khuẩn Alcanivorax borkumensis xử lí sự cố tràn dầu trên biển.
• Archaea sinh methane (biogas) từ chất thải chăn nuôi → làm chất đốt.

Câu 3 trang 134

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

Lời giải:

Việc sản xuất nước tương, nước mắm dựa trên khả năng phân giải protein ngoại bào của vi sinh vật:

• Vi sinh vật (như nấm mốc Aspergillus oryzae) tiết enzyme protease ra ngoài tế bào.
• Enzyme protease phân giải protein trong đậu tương (làm nước tương) hoặc trong cá (làm nước mắm) thành các amino acid và các chất tạo hương vị đặc trưng.

→ Sản phẩm thu được giàu amino acid, dễ tiêu hoá, có vị đậm đà.

III. Một số thành tựu và triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai

Câu 1 trang 136

Đề bài: Nêu một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật.

Lời giải:

Công nghệ vi sinh vật hiện đại có 2 công nghệ then chốt với nhiều thành tựu nổi bật:

1. Công nghệ lên men:

• Sản xuất thức ăn chăn nuôi.
• Sản xuất bia, rượu, sữa chua,… trên quy mô công nghiệp.

2. Công nghệ thu hồi sản phẩm:

• Thuốc bảo vệ thực vật sinh học (ví dụ: chế phẩm Bt từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis).
• 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 trang 136

Đề bài: 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.

Lời giải:

Triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai:

• Công nghệ vi sinh vật sẽ phát triển mạnh mẽ nhờ kết hợp với công nghệ nano, công nghệ thông tin và trí tuệ nhân tạo (AI) → mở ra nhiều mô hình công nghệ mới.
• Các hướng nghiên cứu lớn:
  • Nghiên cứu hệ vi sinh vật Trái Đất và hệ vi sinh vật cơ thể người → ứng dụng trong y học, môi trường.
  • Sản xuất điện năng từ vi khuẩn (ví dụ: Shewanella oneidensis).
  • Dùng vi khuẩn để xử lí vết nứt bê tông trong các công trình xây dựng (ví dụ: Bacillus sản sinh đá vôi).

Một số ngành nghề liên quan và triển vọng:

• Công nghiệp thực phẩm: kĩ sư chế biến thực phẩm — sản xuất các loại rượu, bia, sản phẩm lên men từ sữa,…
• Công nghiệp dược phẩm: dược sĩ — sản xuất kháng sinh, kháng thể đơn dòng, vaccine, enzyme,…
• Y tế: nhân viên xét nghiệm vi sinh, nhà dịch tễ học — chẩn đoán bệnh, phòng chống dịch.
• Môi trường: kĩ sư môi trường — xử lí ô nhiễm, tái tạo năng lượng.

→ Đây đều là những ngành nghề thú vị, hứa hẹn nhiều cơ hội phát triển trong tương lai.

Luyện tập và vận dụng

Câu 1 trang 137

Đề bài: 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.

Lời giải:

Sinh vật nhân sơ (vi khuẩn, Archaea) tuy nhỏ bé và đơn giản nhưng có vai trò “khổng lồ” vì:

• Số lượng rất lớn, phân bố khắp nơi: có mặt ở mọi môi trường trên Trái Đất, kể cả những nơi khắc nghiệt → tổng sinh khối rất lớn.
• Sinh trưởng và sinh sản cực nhanh: tỉ lệ S/V lớn → trao đổi chất nhanh → tạo ra khối lượng sản phẩm khổng lồ.
• Đảm nhiệm nhiều vai trò quan trọng:
  • Phân giải xác sinh vật và chất thải → đảm bảo vòng tuần hoàn vật chất, làm giàu dinh dưỡng cho đất.
  • Tạo $\text{O}_2$ và chất hữu cơ (vi khuẩn lam) → cung cấp cho các sinh vật khác.
  • Cố định nitrogen ($\text{N}_2 \to \text{NH}_3$) → bổ sung nguồn đạm cho hệ sinh thái.
  • Cộng sinh với nhiều loài sinh vật → giúp các loài đó tồn tại và phát triển.

→ Nếu không có vi sinh vật nhân sơ, vòng tuần hoàn vật chất sẽ bị phá vỡ, sự sống trên Trái Đất không thể tồn tại.

Câu 2 trang 137

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

Lời giải:

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

• Chế biến thực phẩm: dùng nấm men làm bánh mì, bia, rượu; dùng vi khuẩn lactic làm sữa chua, dưa muối, kim chi; dùng nấm mốc làm nước tương, nước mắm.
• Nông nghiệp: sản xuất phân bón vi sinh, thuốc trừ sâu sinh học (Bt) để tăng năng suất và bảo vệ môi trường.
• Y dược: sản xuất thuốc kháng sinh (penicillin), vaccine, insulin, probiotics; chẩn đoán bệnh bằng kĩ thuật PCR.
• Xử lí môi trường: xử lí nước thải bằng các bể vi sinh; xử lí sự cố tràn dầu trên biển; sản xuất biogas từ chất thải chăn nuôi.
• Công nghiệp: sản xuất các enzyme amylase, lipase, protease dùng trong bột giặt sinh học và thuộc da.

Câu 3 trang 137

Đề bài: 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.

Lời giải:

• Cây khoai (và đa số cây trồng khác) hấp thụ một lượng lớn nitrogen từ đất để sinh trưởng → sau khi thu hoạch, đất trở nên nghèo nitrogen.
• Cây đậu nành (thuộc họ Đậu) có rễ cộng sinh với vi khuẩn Rhizobium trong các nốt sần. Vi khuẩn này có khả năng cố định nitrogen trong không khí ($\text{N}_2$) thành ammonia ($\text{NH}_3$) → cung cấp nguồn đạm cho cây đậu và bổ sung nitrogen cho đất.

→ Vì vậy, sau khi trồng khoai (làm đất nghèo nitrogen), việc chuyển sang trồng đậu nành sẽ giúp bù lại lượng nitrogen đã mất, duy trì độ phì nhiêu cho đất, đồng thời chuẩn bị cho vụ mùa tiếp theo.

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