Mở đầu
Câu hỏi mở đầu SGK Sinh 10 Chân trời sáng tạo Bài 26 (trang 124): Mỗi năm, con người thải vào môi trường hàng triệu tấn rác thải thông qua các hoạt động sản xuất và sinh hoạt hàng ngày. Giả sử không có vi sinh vật tham gia phân huỷ rác, thì điều gì sẽ xảy ra trên Trái Đất của chúng ta?Trả lời:
- Mỗi năm, con người thải vào môi trường hàng triệu tấn rác thải thông qua các hoạt động sản xuất và sinh hoạt hàng ngày trong khi lượng rác được xử lý để an toàn cho môi trường thì không tương xứng. Những công nghệ xử lý rác thải truyền thống như: chôn lấp, đốt,… không mang lại hiệu quả cao, và chưa là giải pháp hữu hiệu để bảo vệ môi trường.
- Đứng trước những thực trạng trên, đòi hỏi cần có những giải pháp lâu dài, hiệu quả, mang tính công nghệ và đặc biệt là an toàn cho môi trường để xử lý rác thải. Ngày nay, sự phát triển của công nghệ sinh học đặc biệt là công nghệ vi sinh vật ngày càng đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực bảo vệ môi trường. Nhiều quy trình công nghệ xử lý ô nhiễm môi trường hiện tại được xây dựng trên cơ sở tham gia tích cực của vi sinh vật. Điều này chứng tỏ vi sinh vật có vai trò rất quan trọng đối với tự nhiên và sự sống trên Trái Đất.
- Nếu không có vi sinh vật, các rác thải sẽ không được phân hủy và gây ra các hậu quả như ô nhiễm môi trường, gây tốn diện tích đất để chứa rác thải, không xảy ra chu trình chuyển hóa vật chất, dẫn đến giảm lượng mùn, khoáng chất cung cấp cho thực vật;…
I. Một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật
1. Khái niệm và cơ sở khoa học của công nghệ vi sinh vật
Câu hỏi 1 SGK Sinh 10 Chân trời sáng tạo Bài 26 (trang 124): Sản phẩm tạo ra từ công nghệ vi sinh vật có đặc điểm gì? Cho ví dụ minh hoạ.Trả lời:
– Sản phẩm từ công nghệ vi sinh vật thường có đặc điểm là an toàn, thân thiện với môi trường, giá thành rẻ, hiệu quả lâu dài.
– Ví dụ:
+ Phân bón vi sinh có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt các loài vi sinh vật gây hại trong đất nhằm cải thiện đất, tăng năng suất cây trồng, không gây ô nhiễm môi trường.
+ Xử lý nước thải bằng công nghệ vi sinh dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm môi trường
+ Công nghệ vi sinh được ứng dụng trong quá trình sản xuất ra nhiều loại thuốc, chất dinh dưỡng mới, vaccine phòng bệnh.
+ Công nghệ vi sinh giúp giảm ô nhiễm môi trường nước, giúp ngăn chặn tối đa các loại vi khuẩn gây hại cho tôm, cá,…
Câu hỏi 2 SGK Sinh 10 Chân trời sáng tạo Bài 26 (trang 124): Hãy kể tên 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:
– Trong y học: Tạo ra nhiều loại thuốc, chất dinh dưỡng mới, vaccine phòng bệnh, một số loại thuốc kháng sinh, quá trình xét nghiệm và nhiều loại chất khác.
– Trong chăn nuôi: Sản xuất ra nhiều loại sản phẩm như nấm, men,… chuyên dùng để khử mùi, khử trùng chuồng trại, giúp giảm mùi hôi thối từ các chuồng chăn nuôi gia súc, gia cầm.
– Trong nông nghiệp: Tạo ra các chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học giúp ức chế hoặc tiêu diệt các sinh vật gây hại, các chế phẩm phân vi sinh sử dụng cho cây trồng.
– Trong công nghiệp thực phẩm: các enzyme, các acid hữu cơ, các chất ức chế sinh trường do vi sinh vật tạo ra được sử dụng trong công nghiệp giấy, dệt nhuộm, giặt tẩy,…; trong sản xuất ethanol sinh học, công nghiệp hóa chất.
– Trong bảo vệ môi trường: Được ứng dụng trong xử lý rác thải và nước thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, khí thải.
– Trong nuôi trồng thủy sản: Công nghệ vi sinh đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm ô nhiễm môi trường nước, giúp ngăn chặn tối đa các loại vi khuẩn gây hại cho tôm, cá,…
– Trong lĩnh vực khoa học: Vi sinh vật giúp nghiên cứu, xây dựng bộ chủng vi sinh vật để có thể phục vụ cho nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống, từ đó đưa ra những đánh giá và kết quả để đóng góp vào quá trình ứng dụng trong y tế, xử lý môi trường.
Luyện tập: Hãy liệt kê các sản phẩm từ công nghệ vi sinh vật được sử dụng trong đời sống hằng ngày.
Trả lời:
* Một số sản phẩm từ công nghệ vi sinh vật được sử dụng trong đời sống hằng ngày:
– Thực phẩm, đồ uống từ công nghệ vi sinh vật: Sữa chua, dưa muối, cà muối, làm giấm, bánh mì, rượu vang, bia, phomat,…
– Các chế phẩm sinh học trong bảo vệ sức khỏe con người như vaccine, kháng sinh,…
– Nước tương, nước mắm,…
– Dược phẩm: thuốc kháng sinh, vaccine, men vi sinh,…
– Phân bón vi sinh, thuốc trừ sâu vi sinh, đệm lót sinh học trong nuôi gà,…
– Nhiên liệu sinh học như xăng E95, khí biogas được sử dụng trong sinh hoạt.
– Thuốc tiêu hủy bồn cầu vi sinh.
2. Một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật
Câu hỏi 3 SGK Sinh 10 Chân trời sáng tạo Bài 26 (trang 124): Cho biết cơ sở khoa học của việc sản xuất phân bón vi sinh.Trả lời:
- Cơ sở khoa học của việc sản xuất phân bón vi sinh là khả năng phân giải các chất hữu cơ, vô cơ mà cây khó hấp thụ thành các chất vô cơ mà cây có thể hấp thụ được.
Câu hỏi 4 SGK Sinh 10 Chân trời sáng tạo Bài 26 (trang 124): Kể tên một số loại phân bón vi sinh được sử dụng phố biến hiện nay.
Trả lời:
* Một số loại phân bón vi sinh được sử dụng phổ biến hiện nay:
– Phân vi sinh cố định đạm (N).
– Phân vi sinh phân giải lân: Giúp phân giải các hợp chất khó tan này thành dạng hòa tan mà cây có thể dùng được.
– Phân vi sinh kích thích sinh trưởng.
– Phân vi sinh phân giải cellulose.
– Phân vi sinh phân giải chất hữu cơ.
– Phân bón vi sinh phân giải silicat: Giúp tăng cường khả năng hấp thụ các ion khoáng của cây
– Phân bón vi sinh ức chế các vi sinh vật gây bệnh: Giúp tiêu diệt những vi sinh vật gây bệnh.
– Phân bón vi sinh giữ ẩm cho đất: Có tác dụng tăng cường khả năng liên kết các hạt khoáng, sét, limon có trong đất.
– Phân vi sinh hoạt động vùng rễ: Giúp bộ rễ phát triển và kháng bệnh hiệu quả.
Câu hỏi 5 SGK Sinh 10 Chân trời sáng tạo Bài 26 (trang 125): Kể tên một số loại thực phẩm được tạo ra nhờ ứng dụng công nghệ vi sinh vật.
Trả lời:
* Một số loại thực phẩm được tạo ra nhờ ứng dụng công nghệ vi sinh vật:
– Rượu, bia sử dụng các vi sinh vật như nấm men Saccharomyces cerevisiae, S. ellipsoideus,…; nấm mốc Aspergillus oryzae,…; vi khuẩn Clostridium, vi khuẩn lactic Thermobacterium cereale,…
– Sản xuất mỳ chính từ corynebacterium glutamicum
– Bánh mì sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae.
– Phomat sử dụng nấm mốc Lactococcus lactisc.
Câu hỏi 6 SGK Sinh 10 Chân trời sáng tạo Bài 26 (trang 125): Công nghệ vi sinh vật có vai trò như thế nào đối với ngành chăn nuôi?
Trả lời:
– Đối với ngành chăn nuôi công nghệ vi sinh vật có vai trò :
+ Tạo ra nguồn thức ăn chi phí thấp, giàu dinh dưỡng cung cấp cho ngành chăn nuôi.
=> Ví dụ: Sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae để sản xuất protein đơn bào làm thức ăn bổ sung cho vật nuôi.
+ Tạo ra các sản phẩm xử lý rác thải trong chăn nuôi như mùi hôi, phân,…
=> Ví dụ: Chế phẩm sinh học xử lý môi trường trong chăn nuôi SBIO men khử mùi hôi
+ Tạo ra các chế phẩm men vi sinh giúp nâng cao năng suất của vật nuôi mà không ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu dùng.
=> Ví dụ: Sử dụng nấm mốc Aspergillus niger để sản xuất enzyme amylase, protease bổ sung vào thức ăn chăn nuôi;…
Câu hỏi 7 SGK Sinh 10 Chân trời sáng tạo Bài 26 (trang 125): Hãy kể tên một số loại kháng sinh. Cho biết nguồn gốc và tác dụng của loại thuốc kháng sinh đó.
Trả lời:
- Một số loại kháng sinh:
+ Sử sụng nấm penicillium chorysogenum để sản xuất kháng sinh penicilin điều trị vết thương nhiễm khuẩn, Sử dụng xạ khuẩn streptomyces griseus để sản xuất thuốc kháng sinh streptomycin điều trị bệnh viêm phổi,...
+ Kháng sinh streptomycin điều trị bệnh viêm phôi, có nguồn gốc từ xạ khuẩn Streptomyces griseus.
+ Kháng sinh Amoxicilin thuộc nhóm kháng sinh beta-lactam, có thể được sử dụng để điều trị cho viêm họng do liên cầu khuẩn, viêm phổi, nhiễm trùng da và nhiễm trùng đường tiết niệu cùng với một số các bệnh khác.
+ Kháng sinh Demeclocycline là một loại kháng sinh tetracycline có nguồn gốc từ một chủng đột biến của Streptomyces aureofaciens, có thể được sử dụng để điều trị bệnh Lyme, mụn trứng cá, và viêm phế quản.
Câu hỏi 8 SGK Sinh 10 Chân trời sáng tạo Bài 26 (trang 125): Dựa vào đặc điểm nào của vi sinh vật mà người ta có thể ứng dụng chúng để xử lí ô nhiễm môi trường? Cho ví dụ.
– Dựa vào khả năng phân hủy của vi sinh vật, người ta có thể ứng dụng chúng để xử lí ô nhiễm môi trường.
– Ví dụ:
+ Sử dụng vi khuẩn Clostridium thermocellum để phân huỷ rác hữu cơ.
+ Sử dụng chế phẩm EM (gồm hỗn hợp các vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, vi khuẩn Bacillus subtilis, vi khuẩn Bacillus mesentericus, vi khuẩn Bacillus megaterium, xạ khuẩn và nấm men) để xử lí các bãi rác chôn lấp bằng phương pháp kị khí,..
+ Sử dụng chế phẩm Bio-EM chứa các vi sinh vật Bacillus sp., Lactobacillus sp.,… giúp phân hủy các chất hữu cơ như: cellulose, tinh bột, protein, lipid,… có trong môi trường nước.
II. Một số nghành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật
Câu hỏi 9 SGK Sinh 10 Chân trời sáng tạo Bài 26 (trang 126): Sự phát triển của công nghệ vi sinh vật có ảnh hưởng như thế nào đến các ngành nghề khác?Trả lời:
Sự phát triển của công nghệ vi sinh vật đã thúc đẩy sự phát triển của các ngành nghề liên quan và mở ra triển vọng cho nhiều ngành nghề khác.
Câu hỏi 10 SGK Sinh 10 Chân trời sáng tạo Bài 26 (trang 126): Hãy kể tên một số ngành nghề có liên quan đến công nghệ vi sinh vật. Xác định vị trí và cơ quan làm việc của các ngành nghề đó.
Trả lời:
* Một số ngành nghề có liên quan đến công nghệ vi sinh vật và vị trí và cơ quan làm việc tương ứng:
– Kỹ thuật viên.
+ Vị trí: Phân tích vi sinh vật gây bệnh.
+ Cơ quan làm việc: các Cơ sở y tế
– Kĩ sư.
+ Vị trí kỹ sư thực phẩm
+ Cơ quan làm việc: các công ti thực phẩm
– Nghiên cứu viên.
+ Vị trí: Nghiên cứu viên công nghệ sinh học ở viện nghiên cứu,
+ Cơ quan làm việc: các trường đại học có phòng nghiên cứu.
– Chuyên viên, chuyên gia hoạch định chính sách.
+ Vị trí: Chuyên gia hoạch định chính sách môi trường
+ Cơ quan làm việc: sở tài nguyên và môi trường.
Luyện tập: Hãy lựa chọn một ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật mà em quan tâm và cho biết em cần chuẩn bị kiến thức, kĩ năng gì để làm tốt công việc của ngành nghề đó.
Trả lời:
* Ngành kĩ sư
+ Vị trí việc làm: Kĩ sư thực phẩm.
+ Các kiến thức cần có: Công nghệ thực phẩm, công nghệ sinh học, hóa học, vệ sinh an toàn thực phẩm, dinh dưỡng,…
+ Các kĩ năng cần có: Phân tích, tổng hợp, thu thập mẫu,…
* Kĩ thuật viên
+ Vị trí: kĩ thuật viện phân tích vi sinh vật gây bệnh
+ Các kiến thức cần có: Kỹ năng tính toán chính xác, nhanh chóng, cẩn thận, tỉ mỉ, kiến thức chuyên môn tốt…
+ Các kĩ năng cần có: Phân tích, tổng hợp, thu thập mẫu,…
III. Triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai
Câu hỏi 11 SGK Sinh 10 Chân trời sáng tạo Bài 26 (trang 127): Hãy nêu một số triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai.Trả lời:
* Một số triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai:
– Sản xuất pin nhiên liệu vi sinh vật (microbial fuel cell) để làm chỉ thị đánh giá nhanh nước thải bằng cách dựa vào dòng điện.
– Sử dụng công nghệ Nano Bioreactor để xử lí nước thải.
– Tạo giống vi sinh vật bằng công nghệ DNA tái tổ hợp, tạo đột biến định hướng chỉnh sửa gene, phân lập gene.
– Sử dụng công nghệ chuyển gene để sản xuất các chế phẩm sinh học, nhờ vào khả năng sinh trưởng nhanh, chuyển hoá mạnh của vi sinh vật.
– Bảo quản giống vi sinh vật bằng công nghệ làm lạnh sâu.
– Lên men quy mô lớn, thu hồi sản phẩm bằng cách tăng tính đồng bộ hóa, ứng dụng công nghệ 4.0 trong kiểm soát, điều khiển quá trình lên men, tự động hóa trong các khâu.
– Thu hồi và tạo sản phẩm bằng công nghệ lọc tiếp tuyến; li tâm liên tục, siêu li tâm, công nghệ sấy phun, công nghệ tạo vi nang,.
– Sử dụng công nghệ vi sinh vật Microbiome trong sản xuất mĩ phẩm bảo vệ da.
Luyện tập: Hãy để xuất một ý tưởng ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong tương lai có thể đem lại hiệu quả cao và thúc đẩy sự phát triển kinh tế – xã hội.
Trả lời:
- Em có thể đề xuất một ý tưởng về ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong tương lai dựa theo các triển vọng của công nghệ vi sinh vật.
+ Ví dụ: vi khuẩn chứa gen có khả năng tiêu diệt tế bào ung thư; chế phẩm vi sinh vật có khả năng xử lý rác thải nhựa,....
IV. Dự án tìm hiểu về các sản phẩm công nghệ vi sinh vật
Vận dụng: Thực hiện dự án tìm hiểu về các sản phẩm công nghệ vi sinh vật và làm tập san các bài viết, tranh ảnh về công nghệ vi sinh vật.Trả lời:
* Ví dụ các nội dung cần tìm hiểu của mỗi nhóm:
(1) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong sản xuất nông nghiệp;
- Tên các sản phẩm: Chế phẩm sinh học BT.
- Vai trò: Tiêu diệt các côn trùng gây hại cho côn trùng như sâu bướm, bọ cánh cứng, ong bắp cày, kiến,...
- Chủng vi sinh vật được sử dụng: vi khuẩn Bacillus thuringiensis.
- Cơ sở của sản phẩm: Vi khuẩn tiết ra các protein gây độc cho hệ thống tiêu hóa của các côn trùng ăn phải lá có chứa vi khuẩn này.
- Quy trình sản xuất:
(2) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong sản xuất công nghiệp và thực phẩm;
Ví dụ: Sữa chua
- Tên các sản phẩm: Sữa chua.
- Vai trò:
- Chủng vi sinh vật được sử dụng: vi khuẩn Lactobacterium bulgaricus và Streptococcus thermophilus.
- Cơ sở của sản phẩm: Quá trình lên men của các vi khuẩn lactic có lợi cho đường tiêu hóa.
- Quy trình sản xuất:
Nguyên liệu → Phối trộn → Gia nhiệt → Đồng hoá 1 → Làm lạnh → Ageing → Thanh trùng → Đồng hoá 2 → Hạ nhiệt → Cấy men → Ủ → Làm lạnh → Bồn rót → Đóng gói, dán nhãn.
(3) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong y tế;
Ví dụ: Kháng sinh
- Tên các sản phẩm: Kháng sinh Penicillin
- Vai trò: Sử dụng để tiêu diệt các vi khuẩn trong điều trị các bệnh nhiễm trùng.
- Chủng vi sinh vật được sử dụng: vi khuẩn Penicillium chrysogenum.
- Cơ sở của sản phẩm: Vi khuẩn tiết kháng sinh làm phá vỡ thành tế bào của vi khuẩn bằng cách ngăn chặn protein liên kết các peptidoglycan với nhau.
- Quy trình sản xuất:
(4) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong xử lí môi trường.
- Tên các sản phẩm: Chế phẩm EM
- Vai trò: Cải tạo hệ vi sinh môi trường thủy sản, xử lý mùi hôi chuồng trại, ủ rác thải hữu cơ như phân giá súc, các bộ phận của cây,... và cung cấp phân bón cho cây.
- Chủng vi sinh vật được sử dụng: vi khuẩn vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, vi khuẩn Bacillus subtilis, vi khuẩn Bacillus mesentericus, vi khuẩn Bacillus megaterium, xạ khuẩn và nấm men.
- Cơ sở của sản phẩm: Quá trình phân giải các chất hữu cơ.
- Quy trình sản xuất:
Bước 1: Nhân giống cấp 1 trên máy lắc: Chuẩn bị các môi trường phù hợp và các điều kiện nuôi cấy (nhiệt độ, ảnh sáng,...).
Bước 2: Lên men (nhân giống cấp 2) trong nồi ở điều kiện hiếu khí (3 ngày) sau đó chuyển sang môi trường kỵ khí ( 3- 4 ngày), kiểm tra pH hàng ngày và bổ sung các phụ gia.
Bước 3: Kiểm tra mật độ và kiểm tra chất lượng sản phẩm.
Bước 4: Đóng gói sản phẩm.
Bài tập
Bài tập 1: Hãy tìm hiểu và lập bảng thống kê một số chủng vi sinh vật được con người ứng dụng trong đời sống hằng ngày.Trả lời:
Bài tập 2: Hãy nêu tên các sản phẩm có ứng dụng công nghệ vi sinh vật được sản xuất ở Việt Nam.
Trả lời:
* Các sản phẩm có ứng dụng công nghệ vi sinh vật được sản xuất ở Việt Nam:
– Trong nông nghiệp, tạo các chế phẩm sinh học làm phân bón vi sinh hoặc thuốc trừ sâu sinh học như: Phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh, thuốc bảo vệ thực vật BT Bitadin WP,…
– Trong công nghiệp thực phẩm: Sản xuất các loại nước uống, bánh mì, phomai, các sản phẩm cung cấp vi khuẩn có lợi như sữa chua,…trà Kombucha,…
– Trong y học, tạo các loại vaccine, kháng thể như: Penicillin V, Bột tảo xoắn Spirulina Mediworld,…
– Trong xử lý môi trường, tạo các chế phẩm xử lý rác thải hữu cơ trong môi trường, đồng thời tạo ra các sản phẩm phụ có lợi cho con người như: Chế phẩm Emuniv; Chế phẩm sinh học Emozeo,…
Bài tập 3: Hãy phân biệt phân bón vi sinh vật và phân bón hữu cơ vi sinh vật.
Trả lời:
