Giải Sinh học 10 Bài 18 (Cánh diều): Sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật

Giải Sinh học 10 Bài 18: Sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật

Mở đầu trang 109 Sinh học 10: Hình 18.1 là ảnh chụp lát bánh mì bị mốc. Vì sao lát bánh mì bị mốc và vết mốc lại lan rộng theo thời gian?

Trả lời:

- Lát bánh mì bị mốc là do nấm mốc phát triển.

- Vết mốc lan rộng theo thời gian vì sự sinh trưởng và sinh sản của nấm mốc.

I. Sinh trưởng của vi sinh vật

Câu hỏi 1 trang 109 Sinh học 10: Quan sát hình 18.2 và nhận xét sự thay đổi của khuẩn lạc nấm (quần thể nấm) Fusarium oxysporum theo thời gian. Vì sao có sự thay đổi này?

Trả lời:

- Nhận xét sự thay đổi của khuẩn lạc nấm (quần thể nấm) Fusarium oxysporum theo thời gian: Kích thước của khuẩn lạc tăng dần theo thời gian.

- Giải thích: Sự thay đổi kích thước khuẩn lạc là do có sự sinh trưởng tăng kích thước và số lượng của nấm theo thời gian.

Câu hỏi 2 trang 110 Sinh học 10: Từ các thông tin mô tả trong hình 18.3 và bảng 18.1, cho biết:

a) Vì sao ở pha tiềm phát, chất dinh dưỡng đầy đủ mà mật độ quần thể vi khuẩn gần như không thay đổi?

b) Sinh khối vi khuẩn đạt cao nhất vào thời điểm nào? Giải thích.

c) Vì sao số tế bào chết trong quần thể vi khuẩn tăng dần từ pha cân bằng đến pha suy vong?

Trả lời:

- Ở pha tiềm phát, chất dinh dưỡng đầy đủ mà mật độ quần thể vi khuẩn gần như không thay đổi vì lúc này vi khuẩn đang thích ứng dần với môi trường, chúng tổng hợp các các enzyme trao đổi chất và DNA, chuẩn bị cho quá trình phân bào.

- Sinh khối vi khuẩn đạt cao nhất vào cuối pha lũy thừa, đầu pha cân bằng vì lúc này quần thể đạt tốc độ sinh trưởng tối đa.

- Số tế bào chết trong quần thể vi khuẩn tăng dần từ pha cân bằng đến pha suy vong vì chất dinh dưỡng bắt đầu thiếu hụt và cạn kiệt, các chất độc hại cho sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn tích lũy tăng dần.

Vận dụng 1 trang 110 Sinh học 10: Làm thế nào để khắc phục hiện tượng mật độ tế bào vi khuẩn không tăng ở pha cân bằng?

Trả lời:

Biện pháp để khắc phục hiện tượng mật độ tế bào vi khuẩn không tăng ở pha cân bằng là bổ sung thêm chất dinh dưỡng và lấy bớt đi các chất độc hại.

Vận dụng 2 trang 110 Sinh học 10: Số lượng tế bào của một quần thể vi khuẩn trong tự nhiên có tăng mãi không? Vì sao?

Trả lời:

Số lượng tế bào của một quần thể vi khuẩn trong tự nhiên không tăng mãi vì sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn trong tự nhiên bị hạn chế do thiếu thức ăn, các điều kiện môi trường bất lợi,…

II. Sinh sản của vi sinh vật

Câu hỏi 3 trang 111 Sinh học 10: Sinh sản của vi sinh vật có vai trò gì đối với sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật?

Trả lời:

Sinh sản là hình thức giúp tạo ra các tế bào vi sinh vật mới. Như vậy, sinh sản chính là cơ sở để tạo nên sự sinh trưởng của quần thể vi sinh vật, tốc độ sinh sản quyết định tốc độ sinh trưởng.

Câu hỏi 4 trang 111 Sinh học 10: Sinh sản ở vi sinh vật nhân sơ có giống với vi sinh vật nhân thực không?

Trả lời:

So sánh sinh sản ở vi sinh vật nhân sơ và vi sinh vật nhân thực:

Luyện tập 1 trang 111 Sinh học 10: Phân biệt hình thức sinh sản phân đôi và nảy chồi ở vi khuẩn.

Trả lời:

Phân biệt hình thức sinh sản phân đôi và nảy chồi ở vi khuẩn:

- Phân đôi: từ một tế bào mẹ hình thành vách ngăn tạo hai tế bào con.

- Nảy chồi: từ một phần tế bào mẹ tạo thành chồi phát triển thành tế bào con.

Câu hỏi 5 trang 112 Sinh học 10: Quan sát hình 18.7 và cho biết nảy chồi của nấm men có khác gì so với nảy chồi ở vi khuẩn?

Trả lời:

Điểm khác nhau giữa nảy chồi của nấm men so với nảy chồi ở vi khuẩn:

Luyện tập 2 trang 112 Sinh học 10: Nhóm vi sinh vật nào có hình thức sinh sản vừa bằng bào tử vô tính, vừa bằng bào tử hữu tính? Nêu ví dụ.

Trả lời:

- Một số nhóm vi sinh vật nhân thực vừa có hình thức sinh sản vừa bằng bào tử vô tính, vừa bằng bào tử hữu tính.

- Ví dụ: Nấm mốc.

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

Luyện tập 3 trang 113 Sinh học 10: Kể tên các nguyên tố đại lượng mà vi sinh vật sử dụng trong nguồn thức ăn của chúng. Nêu vai trò chính yếu của các nguyên tố này đối với vi sinh vật.

Trả lời:

- Các nguyên tố đại lượng mà vi sinh vật sử dụng trong nguồn thức ăn của chúng là C, H, O, N, S, P, K, Ca, Na,…

- Vai trò: Các nguyên tố đại lượng là các chất cung cấp nguồn dinh dưỡng chủ yếu giúp vi sinh vật tổng hợp nên các chất tham gia cấu tạo và các hoạt động sống của tế bào.

Luyện tập 4 trang 113 Sinh học 10: Từ kết quả thí nghiệm trong hình 18.10, hãy cho biết: Điều gì sẽ xảy ra với nấm men S. cerevisiae nếu thiếu nguồn dinh dưỡng carbon (chỉ bổ sung 0,1 - 0,5 g sucrose vào bình 3 trước khi làm thí nghiệm)?

Trả lời:

Carbon là nguyên tố đa lượng quan trọng giúp vi sinh vật tổng hợp nên các chất tham gia cấu tạo và các hoạt động sống của tế bào. Bởi vậy, nếu thiếu nguồn dinh dưỡng carbon, quần thể nấm men sẽ nhanh chóng tiến tới pha suy vong.

Câu hỏi 6 trang 113 Sinh học 10: Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nguồn dinh dưỡng (đường sucrose) đến sinh trưởng của nấm men rượu S. cerevisiae được bố trí trong ba bình tam giác đều chứa 100mL dung dịch 1% (NH₄)SO₄ và bổ sung thêm: 0,5 g sucrose (bình 1); 10⁶ tế bào nấm men (bình 2); 5 g sucrose và 10⁶ tế bào nấm men (bình 3). Sau hai ngày để ở nhiệt độ phòng, thu được kết quả như hình 18.10. Dựa vào cách bố trí thí nghiệm và kết quả thí nghiệm cho biết: Tại sao bình 3 có hiện tượng đục lên sau hai ngày còn bình 1 và 2 không có hiện tượng này.

Trả lời:

- Bình 3 có hiện tượng đục lên là do bình 3 có sự sinh trưởng tăng số lượng tế bào của nấm men nhờ có đủ sucrose (chất dinh dưỡng) và tế bào nấm men.

- Bình 1 và bình 2 không có hiện tượng đục lên là do bình 1 (thiếu nguồn nấm men ban đầu) và bình 2 (thiếu nguồn chất dinh dưỡng) không có sự sinh trưởng tăng số lượng tế bào của nấm men.

Câu hỏi 7 trang 114 Sinh học 10: Nếu bổ sung thêm một lượng lớn NaOH (ví dụ khoảng 4 g) vào bình 3 trước khi làm thí nghiệm (hình 18.10) thì kết quả thí nghiệm có thay đổi không? Vì sao?

Trả lời:

Nếu bổ sung thêm một lượng lớn NaOH vào bình 3 trước khi làm thí nghiệm thì kết quả thí nghiệm sẽ có thay đổi vì lượng lớn NaOH sẽ làm thay đổi pH trong bình 3 theo hướng không còn thích hợp cho sự sinh trưởng của nấm men. Khi đó, dù có đủ sucrose (chất dinh dưỡng) và tế bào nấm men, bình 3 cũng có thể không có hiện tượng đục lên.

Vận dụng 3 trang 114 Sinh học 10: Trong bệnh viện, người ta thường dùng các dung dịch nào để rửa vết thương ngoài da hoặc tiệt trùng các dụng cụ y tế? Giải thích.

Trả lời:

- Trong bệnh viện, người ta thường dùng dung dịch cồn, nước muối, nước oxi già, betadine,... để rửa vết thương ngoài da hay tiệt trùng các dụng cụ y tế.

- Giải thích: Các dung dịch trên có khả năng ức chế sinh trưởng của vi sinh vật gây hại do có khả năng gây biến tính và làm bất hoạt protein, phá huỷ cấu trúc màng sinh chất của vi sinh vật. Bởi vậy, khi sử dụng các dung dịch này để rửa vết thương ngoài da hay tiệt trùng các dụng cụ y tế sẽ có thể ngăn chặn tình trạng nhiễm trùng cho bệnh nhân.

Câu hỏi 8 trang 114 Sinh học 10: Nếu bình 3 trong thí nghiệm ở hình 18.10 được để ở 70 độ C (thay cho nhiệt độ phòng) thì kết quả thí nghiệm sau hai ngày thay đổi như thế nào? Giải thích.

Trả lời:

Nếu bình 3 trong thí nghiệm ở hình 18.10 được để ở 70^oC (thay cho nhiệt độ phòng) thì sau hai ngày, bình 3 không được đục như trong thí nghiệm ban đầu vì nhiệt độ 70 ^oC có thể khiến nấm men rượu không sinh trưởng được, thậm chí là gây chết.

Vận dụng 4 trang 115 Sinh học 10: Người ta thường bảo quản thịt, cá, trứng trong dung dịch muối đậm đặc hoặc ướp với muối hạt. Vì sao cách này giúp gia tăng thời gian bảo quản thực phẩm.

Trả lời:

Dung dịch muối đậm đặc hoặc ướp với muối hạt tạo môi trường ưu trương mạnh khiến vi sinh vật xâm nhập bị mất nước, không thể sinh trưởng được. Nhờ sự ức chế sinh trưởng của vi sinh vật mà thịt, cá, trứng được bảo quản lâu hơn trong dung dịch muối đậm đặc hoặc ướp với muối hạt.

Câu hỏi 9 trang 115 Sinh học 10: Kể tên một số thuốc kháng sinh trên thị trường mà em biết. Nêu ý nghĩa của việc dùng thuốc kháng sinh trong điều trị bệnh nhiễm khuẩn.

Trả lời:

- Các thuốc kháng sinh trên thị trường như penicilin, cephalexin, amoxicillin, gentamicin,…

- Ý nghĩa của việc dùng thuốc kháng sinh trong điều trị bệnh nhiễm khuẩn: Thuốc kháng sinh là chế phẩm có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế đặc hiệu sự sinh trưởng của một hoặc một vài nhóm vi sinh vật giúp điều trị các bệnh gây ra bởi vi khuẩn, cứu sống nhiều người và thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển.

Vận dụng 5 trang 115 Sinh học 10: Dung dịch cồn - iodine có khả năng ức chế sinh trưởng và tiêu diệt hầu hết các loại vi sinh vật. Cồn và iodine có được coi là chất kháng sinh không? Giải thích.

Trả lời:

Cồn và iodine không được coi là chất kháng sinh vì cồn và iodine không có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế đặc hiệu sự sinh trưởng của vi sinh vật.

Vận dụng 6 trang 115 Sinh học 10: Vì sao khi sử dụng thuốc kháng sinh phải tuân theo chỉ định của bác sĩ?

Trả lời:

Khi sử dụng thuốc kháng sinh phải tuân theo chỉ định của bác sĩ vì việc lạm dụng thuốc kháng sinh gây hiện tượng nhờn thuốc (kháng kháng sinh) nhanh chóng ở nhiều vi sinh vật gây bệnh, làm cho việc tiếp tục sử dụng kháng sinh đó để điểu điều trị bệnh không còn hiệu quả.

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 18: Sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật

I. Sinh trưởng của vi sinh vật

1. Khái niệm về sinh trưởng của vi sinh vật

- Sự sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật thường được mô tả bằng sự sinh trưởng của một quần thể vi sinh vật do vi sinh vật có kích thước rất nhỏ, thường không quan sát được sự sinh trưởng và phát triển của từng cá thể bằng mắt thường.

- Khái niệm sinh trưởng của vi sinh vật: Sinh trưởng của vi sinh vật là sự tăng lên về số lượng tế bào của quần thể vi sinh vật thông qua quá trình sinh sản.

2. Các pha sinh trưởng của quần thể vi khuẩn

- Trong hệ kín (môi trường mà các chất dinh dưỡng không được bổ sung thêm đồng thời không rút bớt sản phẩm và chất thải trong suốt quá trình nuôi), sự sinh trưởng của quần thể vi khuẩn được diễn ra theo 4 pha:

- Biện pháp để khắc phục hiện tượng mật độ tế bào vi khuẩn không tăng ở pha cân bằng là: Bổ sung thêm chất dinh dưỡng và lấy bớt đi dịch nuôi cấy.

II. Sinh sản của vi sinh vật

1. Sinh sản ở vi sinh vật nhân sơ

1.1. Phân đôi

- Phân đôi là hình thức sinh sản của phần lớn các vi sinh vật nhân sơ và là hình thức phân bào không có thoi vô sắc (trực phân).

- Cơ chế phân đôi của vi khuẩn:

+ Nhiễm sắc thể mạch vòng của chúng bám vào cấu trúc gấp nếp trên màng sinh chất (gọi là mesosome) làm điểm tựa để nhân đôi và phân chia về hai tế bào con. + Tế bào kéo dài, thành và màng tế bào chất thắt lại, hình thành vách ngăn để phân chia tế bào chất và chất nhân về hai tế bào mới.

1.2. Nảy chồi

- Nảy chồi là kiểu sinh sản vô tính có ở một số vi khuẩn, ví dụ như vi khuẩn màu tía Rhodomicrobium vannielli.

- Cơ chế nảy chồi: Màng tế bào phát triển về một phía hình thành ống rỗng → Chất di truyền nhân đôi → Một phần tế bào chất và chất di truyền chuyển dịch vào phần cuối của ống rỗng làm phình to ống rỗng, hình thành chồi, tạo nên tế bào con.

1.3. Hình thành bào tử

- Xạ khuẩn (nhóm vi khuẩn Gram (+) đặc biệt có tế bào dạng sợi) có hình thức sinh sản bằng bào tử vô tính.

- Cơ chế hình thành bào tử vô tính:

+ Phân cắt ở đầu các sợi khí sinh (sợi phát triển trong không khí) để hình thành chuỗi bào tử.

+ Các bào tử có thể đứt ra, phân tán trong môi trường. Khi gặp điều kiện thuận lợi, chúng nảy mầm và phát triển thành cơ thể mới.

2. Sinh sản ở vi sinh vật nhân thực

Vi sinh vật nhân thực có hình thức sinh sản vô tính (nảy chồi, phân đôi hoặc hình thành bào tử vô tính) và sinh sản hữu tính (hình thành bào tử túi, bào tử tiếp hợp,…).

2.1. Phân đôi và nảy chồi

- Phân đôi và nảy chồi là hình thức sinh sản vô tính của vi sinh vật nhân thực. Chúng thực hiện theo kiểu phân bào có thoi vô sắc.

* Điểm khác nhau giữa nảy chồi của nấm men so với nảy chồi ở vi khuẩn:

- Ở nấm men, các chồi mọc lên trực tiếp không có các ống rỗng như nảy chồi ở vi khuẩn.

- Sự phân chia vật chất di truyền trong nảy chồi ở nấm men theo kiểu phân bào có thoi vô sắc còn ở vi khuẩn phân bào không có thoi vô sắc.

2.2. Sinh sản bằng bào tử vô tính

- Hình thành bào tử vô tính là kiểu sinh sản vô tính của nhiều nấm sợi.

- Bào tử vô tính được hình thành từ các sợi nấm sinh dưỡng, không có sự kết hợp của các giao tử đực và cái:

+ Các nấm mốc thuộc chi Aspergillus và chi Penicillium hình thành bào tử đính dạng hở trên sợi khí sinh.

+ Nấm mốc chi Mucor hình thành bào tử đính dạng kín trên sợi khí sinh.

2.3. Sinh sản bằng bào tử hữu tính

- Sinh sản hữu tính có sự kết hợp của các bào tử khác giới chỉ xảy ra ở các vi sinh vật nhân thực, có hình thức phân bào giảm phân.

- Một số hình thức sinh sản hữu tính bằng bào tử thường thấy là: bào tử túi, bào tử đảm, bào tử tiếp hợp và bào tử động (còn gọi là bào tử noãn).

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

1. Các yếu tố hóa học

1.1. Nguồn dinh dưỡng

- Nguồn cung cấp: Tế bào của hầu hết các vi sinh vật hấp thu dinh dưỡng từ môi trường.

- Vai trò: Dinh dưỡng và các chất hóa học trong môi trường có ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng của vi sinh vật. Thiếu hụt dinh dưỡng dẫn đến vi sinh vật sinh trưởng chậm hoặc ngừng sinh trưởng.

- Phân loại:

+ Các nguyên tố đại lượng (C, H, O, N, S, P, Na, K, Ca,…) là nguồn dinh dưỡng chủ yếu giúp vi sinh vật tổng hợp nên các chất tham gia cấu tạo và các hoạt động sống của tế bào.

+ Các nguyên tố vi lượng (Fe, Zn, Cu,…) được vi sinh vật sử dụng với lượng nhỏ, chúng là thành phần quan trọng của nhiều enzyme, các vitamin,…

1.2. Các chất hóa học khác

- Độ pH:

+ Mỗi vi sinh vật chỉ có thể sinh trưởng trong khoảng pH thích hợp. Đa số vi khuẩn và nguyên sinh vật phát triển tốt trong môi trường trung tính; nhiều loại nấm sinh trưởng tốt trong môi trường acid; một số nhóm vi sinh vật sống trong các hồ nước mặn có độ pH cao.

+ Cơ chế ảnh hưởng: Độ pH ảnh hưởng đến tính thấm qua màng, hoạt động chuyển hoá vật chất trong tế bào, hoạt tính enzyme,...

+ Ứng dụng: Tạo môi trường pH phù hợp cho các vi sinh vật có lợi phát triển tối ưu. Tạo môi trường pH bất lợi nhằm ức chế vi sinh vật gây hại cho con người.

- Chất ức chế sinh trưởng của vi sinh vật:

+ Gồm một số chất như kim loại nặng, các hợp chất phenol, các chất oxi hóa mạnh, alcohol,…

+ Cơ chế ảnh hưởng: Các chất này có thể gây biến tính và làm bất hoạt protein, phá hủy cấu trúc màng sinh chất,…

+ Ứng dụng: Một số chất này thường được dùng để diệt khuẩn trong y tế và đời sống.

2. Các yếu tố vật lí

2.1. Nhiệt độ

- Mỗi vi sinh vật có thể sinh trưởng được trong dải nhiệt độ thích hợp. Dựa vào khả năng chịu nhiệt, vi sinh vật được chia thành 4 nhóm: ưa lạnh (< 15 ^oC), ưa ấm (20 ^oC – 40 ^oC), ưa nhiệt (55 ^oC – 65 ^oC), ưa siêu nhiệt (85 ^oC – 110 ^oC).

- Cơ chế ảnh hưởng: Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hóa học trong tế bào.

- Ứng dụng: Tạo nhiệt độ phù hợp cho vi sinh vật có lợi phát triển tối đa. Tăng nhiệt độ để tiêu diệt hoặc hạ nhiệt độ để ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật gây hại.

2.2. Áp suất thẩm thấu

- Hầu hết các vi sinh vật thích ứng sinh trưởng ở điều kiện áp suất thường. Trong khi đó, các nhóm vi sinh vật ưa áp suất cao, ưa áp suất thấp,… được tìm thấy ở các điều kiện sống có áp suất khác nhau (ví dụ dưới đáy biển sâu hay trên núi cao).

- Cơ chế ảnh hưởng: Khi đưa vi sinh vật vào môi trường ưu trương, nước trong cơ thể vi sinh vật bị rút ra ngoài, gây co nguyên sinh làm chúng không thể phân chia được.

- Ứng dụng: Tạo môi trường ưu trương để gây co nguyên sinh nhằm ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật gây hại.

2.3. Độ ẩm

- Phần lớn vi sinh vật thích ứng sinh trưởng ở độ ẩm trên 90 %. Một số ít các vi sinh vật như xạ khuẩn, nấm sợi có khả năng sinh trưởng ở độ ẩm thấp dưới 90 %.

- Cơ chế ảnh hưởng: Vi sinh vật rất cần nước vì ảnh hưởng đến sự hòa tan các chất dinh dưỡng, thủy phân cơ chất,... Nếu không có nước, vi sinh vật sẽ ngừng sinh trưởng và hầu hết sẽ chết.

- Ứng dụng: Tạo độ ẩm phù hợp cho các vi sinh vật có lợi phát triển tối ưu. Tạo độ ẩm bất lợi (phơi khô) nhằm ức chế các vi sinh vật gây hại cho con người.

3. Các yếu tố sinh học

- Yếu tố sinh học là các yếu tố do sinh vật sản sinh ra gây ảnh hưởng đến các sinh vật khác sống trong cùng môi trường.

- Một số yếu tố sinh học ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật:

+ Một số sinh vật có khả năng sinh các chất kích thích các nhóm vi sinh vật khác nhau sinh trưởng. Ví dụ: Một số thực vật tiết các chất hữu cơ đặc thù qua rễ, kích thích sự phát triển của khu hệ vi sinh vật vùng rễ.

+ Nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng sinh các chất ức chế như kháng sinh, bacteriocin,… để ức chế sinh trưởng của các vi sinh vật xung quanh.

4. Thuốc kháng sinh

- Thuốc kháng sinh là chế phẩm có khả năng tiêu diệt hoặc ức chế đặc hiệu sự sinh trưởng của một hoặc một vài nhóm vi sinh vật.

- Ứng dụng:

+ Thuốc kháng sinh được dùng điều trị các bệnh nhiễm trùng ở người, động vật và thực vật.

+ Việc lạm dụng kháng sinh gây hiện tượng nhờn thuốc nhanh chóng ở nhiều vi sinh vật gây bệnh, làm cho việc tiếp tục sử dụng kháng sinh đó để điều trị bệnh không còn hiệu quả.

Xem thêm lời giải bài tập Sinh học lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 19: Quá trình tổng hợp phân giải ở vi sinh vật và ứng dụng

Bài 20: Thành tựu của công nghệ vi sinh vật và ứng dụng của vi sinh vật

Bài 21: Khái niệm, cấu tạo và chu trình nhân lên của virus

Bài 22: Phương thức lây truyền, cách phòng chống và ứng dụng của virus

Ôn tập Phần 3 (trang 143, 144)