Giải Sinh học 10 Bài 20 (Cánh diều): Thành tựu của công nghệ vi sinh vật và ứng dụng của vi sinh vật

Giải Sinh học 10 Bài 20: Thành tựu của công nghệ vi sinh vật và ứng dụng của vi sinh vật

Mở đầu 1 trang 123 Sinh học 10: Quan sát các công đoạn sản xuất phô mai trong một nhà máy (hình 20.1) và cho biết vi sinh vật được sử dụng trong công đoạn nào? Đó là nhóm vi sinh vật gì?

Trả lời:

- Trong các công đoạn sản xuất phô mai ta thấy vi sinh vật được sử dụng trong công đoạn thanh trùng và lên men.

- Nhóm vi sinh vật được sử dụng trong quá trình sản xuất phô mai: vi khuẩn lactic, nhóm vi khuẩn propionic, các loại nấm mốc thuộc giống Penicillium,…

Mở đầu 2 trang 123 Sinh học 10: Có thể sử dụng tế bào vi sinh vật như một “nhà máy” thực hiện đầy đủ các công đoạn khác nhau trong quy trình sản xuất sản phẩm phục vụ con người được không?

Trả lời:

Sản phẩm được vi sinh vật tạo ra cần trải qua một số bước nữa mới có thể trở thành sản phẩm hoàn chỉnh, phục vụ con người. Bởi vậy, không thể sử dụng tế bào vi sinh vật như một "nhà máy" thực hiện đầy đủ các công đoạn khác nhau trong quy trình sản xuất sản phẩm phục vụ con người.

I. Công nghệ vi sinh vật và một số ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn

Câu hỏi 1 trang 124 Sinh học 10: Nêu các cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn.

Trả lời:

Các cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn:

- Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân giải và tổng hợp các chất hữu cơ, chuyển hoá các chất vô cơ tạo ra nhiều sản phẩm hữu ích cho tự nhiên và con người.

- Vi sinh vật có khả năng sinh trưởng nhanh hoặc sống trong các môi trường cực kì khắc nghiệt.

Tìm hiểu thêm trang 124 Sinh học 10: Em hãy tìm hiểu thông tin trên internet và cho biết tảo xoắn Arthrospira platensis có chứa các hoạt chất sinh học có giá trị gì. Vì sao chúng được dùng làm thực phẩm chức năng chống lão hoá và làm trẻ da?

Trả lời:

- Các hoạt chất sinh học có giá trị trong tảo xoắn Arthrospira platensis: protein với đầy đủ các acid amin không thay thế (cơ thể người và động vật không tự tổng hợp được), các vitamin và khoáng chất, aicd béo không bão hòa,…

- Tảo xoắn Arthrospira platensis được dùng làm thực phẩm chức năng chống lão hoá và làm trẻ da vì: Trong tảo xoắn Arthrospira platensis có chứa nhiều loại chất chống lão hóa như phycocyanin, β-caroten, vitamin E, acid γ-linoleic. Những chất này có khả năng loại bỏ các gốc tự do thông qua tác dụng chống oxi hóa, làm chậm sự lão hóa của tế bào.

Câu hỏi 2 trang 124 Sinh học 10: Kể tên một số chế phẩm vi sinh vật dùng trong chăn nuôi, trồng trọt mà em biết.

Trả lời:

Một số chế phẩm vi sinh vật dùng trong chăn nuôi, trồng trọt:

- Chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học: Thuốc trừ sâu vi sinh Bt, thuốc trừ sâu Pethian, thuốc trừ sâu Muskardin,…

- Chế phẩm phân vi sinh: Phân vi sinh cố định đạm, phân vi sinh phân giải lân, phân vi sinh phân giải silicat,…

- Men vi sinh: Men ủ vi sinh thảo dược, chế phẩm vi sinh ủ thức ăn chăn nuôi Gebio Men, men ủ vi sinh NN1,…

Câu hỏi 3 trang 124 Sinh học 10: Việc ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất phân hữu cơ dựa trên cơ sở khoa học nào?

Trả lời:

Cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất phân hữu cơ: Một số vi sinh vật như nấm Microrrhizae, vi khuẩn Rhizobium,… đóng vai trò quan trọng trong phân giải lân khó tan trong đất, tăng cường cố định đạm, hỗ trợ và kích thích sinh trưởng bộ rễ cây trồng.

Câu hỏi 4 trang 125 Sinh học 10: Quan sát hình 20.4 và cho biết nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra của ngành công nghiệp sản xuất ethanol sinh học. Hãy kể tên những sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất ethanol sinh học trên thị trường hiện nay mà em biết.

Trả lời:

- Nguyên liệu đầu vào: đường mía, tinh bột ngô, sinh khối thực vật, phụ phẩm của trồng trọt.

- Sản phẩm đầu ra: ethanol sinh học.

- Một số sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất ethanol sinh học là: xăng sinh học, vecni, dung dịch vệ sinh vi mạch trong ngành điện tử và vệ sinh các dụng cụ y tế, nước hoa, dược phẩm (chất sát trùng, thuốc ngủ,…),…

Câu hỏi 5 trang 125 Sinh học 10: Quan sát hình 20.5 và cho biết nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học (biogas). Sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học được ứng dụng trong những lĩnh vực nào?

Trả lời:

- Nguyên liệu đầu vào: rác thải hữu cơ; phân và nước thải chăn nuôi; sinh khối thực vật, phụ phẩm của trồng trọt.

- Sản phẩm đầu ra của ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học là: khí gas hữu cơ (methan) và phân hữu cơ.

- Lĩnh vực được ứng dụng của sản phẩm ngành công nghiệp sản xuất khí sinh học là:

+ Môi trường: Sử dụng khí sinh học để đun nấu.

+ Công nghiệp: Sử dụng khí sinh học để tạo ra điện.

+ Nông nghiệp: Dùng nước xả và phân từ hầm khí sinh học làm phân hữu cơ cho cây trồng.

Tìm hiểu thêm trang 125 Sinh học 10: Ở một số vùng nông thôn Việt Nam, người ta cũng sản xuất khí sinh học (biogas) tại các hộ nông dân. Tìm kiếm thông tin và cho biết nông dân ta đã tận dụng những phế phụ phẩm nông nghiệp nào để sản xuất khí sinh học và dùng sản phẩm khí sinh học đó cho những mục đích gì?

Trả lời:

- Phế phụ phẩm nông nghiệp chủ yếu được sử dụng để làm nguyên liệu trong sản xuất khí sinh học ở một số vùng nông thôn Việt Nam là bèo, cỏ, rơm rạ, phân động vật,…

- Khí sinh học tạo ra từ quá trình trên được sử dụng cho những mục đích sinh hoạt hằng ngày như làm chất đốt, làm nguyên liệu để chạy máy phát điện,…

Câu hỏi 6 trang 126 Sinh học 10: Việc ứng dụng vi sinh vật để sản xuất nước tương, nước mắm dựa trên cơ sở khoa học nào?

Trả lời:

Việc ứng dụng vi sinh vật để sản xuất nước tương, nước mắm dựa trên cơ sở khoa học là: Một số vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp protein ngoại bào để phân giải protein trong đậu tương, cá thành các sản phẩm giàu amino acid như nước tương, nước mắm.

Vận dụng trang 126 Sinh học 10: Kể tên một số sản phẩm thực phẩm ứng dụng công nghệ vi sinh vật mà em biết?

Trả lời:

Một số sản phẩm thực phẩm ứng dụng công nghệ vi sinh vật: sữa chua, phô mai, bánh mì, bia, rượu, nước tương, nước mắm, dưa muối, thịt chua,…

II. Một số thành tựu và dự án điều tra sản phẩm thương mại của công nghệ vi sinh vật

Luyện tập 1 trang 126 Sinh học 10: Vì sao vi sinh vật được sử dụng như những “nhà máy” để sản xuất các protein, DNA, RNA và các sản phẩm khác?

Trả lời:

Vi sinh vật được sử dụng như những “nhà máy” để sản xuất các protein, DNA, RNA và các sản phẩm khác vì chúng có khả năng trao đổi chất mạnh mẽ, sinh trưởng nhanh và hệ gene của chúng đã được nghiên cứu kĩ giúp dễ dàng điều khiển các hoạt động trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng.

Câu hỏi 7 trang 127 Sinh học 10: Để sản xuất các enzyme hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao thì cần sử dụng nhóm vi sinh vật nào? Vì sao?

Trả lời:

Để sản xuất các enzyme có thể hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao thì cần sử dụng nhóm vi sinh vật sống trong điều kiện cực đoan (nhóm ưa nhiệt và ưa siêu nhiệt) vì protein của những vi sinh vật này không bị biến tính (bất hoạt) trong điều kiện nhiệt độ cao.

III. Ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật và triển vọng của công nghệ vi sinh vật

Câu hỏi 8 trang 129 Sinh học 10: Quan sát hình 20.7:

a) Cho biết người hoạt động trong lĩnh vực công nghệ vi sinh vật có thể làm việc trong các cơ quan, đơn vị nào?

b) Công nghệ vi sinh vật hiện nay đang cung cấp những sản phẩm gì cho phát triển kinh tế, xã hội ở Việt Nam?

c) Các sản phẩm của công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong các lĩnh vực nào?

Trả lời:

a) Người hoạt động trong lĩnh vực công nghệ vi sinh vật có thể làm việc trong các cơ quan, đơn vị như:

- Các cơ quan quản lí nhà nước: bộ và sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn, bộ và sở Khoa học và Công nghệ, bộ và sở Tài nguyên và Môi trường.

- Các viện nghiên cứu: các Viện nghiên cứu trực thuộc Chính phủ, các bộ và sở, các trường đại học.

- Các đơn vị sản xuất: các công ty sản xuất liên quan đến công nghệ vi sinh vật, các nhà máy sản xuất các sản phẩm liên quan đến công nghệ vi sinh vật.

b) Những sản phẩm của công nghệ vi sinh vật góp phần phát triển kinh tế, xã hội ở Việt Nam gồm:

- Các sản phẩm lên men lactic (sữa chua, phô mai, thịt, cá, tôm,…).

- Nước mắm, nước tương.

- Đồ uống: bia, rượu, nước ngọt,…

- Các thực phẩm khác như bánh mì, giấm,…

- Chất phụ gia cho thức ăn chăn nuôi, thuỷ hải sản.

- Men vi sinh, thuốc thú y, vaccine cho vật nuôi, thuỷ hải sản;…

- Phân hữu cơ vi sinh và chế phẩm vi sinh cho cây trồng.

- Thuốc trừ sâu sinh học.

- Vaccine cho người.

- Men vi sinh và các chất hoạt tính sinh học hỗ trợ điều trị.

- Dược phẩm sinh học kháng sinh, enzyme,…)

- Chế phẩm vi sinh sản xuất enzyme cho công nghiệp giấy, dệt nhuộm, thuộc da, mĩ phẩm,…

- Chế phẩm vi sinh xử lí nước thải, khí thải và chất thải rắn, phế phụ phẩm nông nghiệp,…

- Các acid hữu cơ, dung môi hữu cơ.

c) Các sản phẩm của công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong lĩnh vực sau:

- Chế biến thực phẩm

- Chăn nuôi

- Trồng trọt

- Y – dược học

- Môi trường

- Hóa chất

- Các ngành công nghiệp khác như công nghiệp giấy, dệt nhuộm, thuộc da, mĩ phẩm,…

Luyện tập 2 trang 130 Sinh học 10: Dựa vào bảng 20.2 để liệt kê một số vị trí việc làm trong ngành Công nghệ vi sinh vật và hoàn thành các cột trong bảng 20.3.

Trả lời:

Bảng 20.3. Yêu cầu cho các vị trí việc làm liên quan đến ngành công nghệ vi sinh vật

Câu hỏi 9 trang 130 Sinh học 10: Kể tên các hướng phát triển của công nghệ vi sinh vật trong tương lai.

Trả lời:

Các hướng phát triển của công nghệ vi sinh vật trong tương lai:

1 - Chỉnh sửa, tạo đột biến định hướng các gene trong tế bào vi sinh vật.

2 - Tìm kiếm và khai thác các nguồn gene vi sinh vật.

3 - Thiết lập các hệ thống lên men lớn, tự động, liên tục và đồng bộ với công nghệ thu hồi.

4 - Xây dựng các giải pháp phân tích vi sinh vật tự động trong công nghiệp, nông nghiệp và xử lí môi trường.

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 20: Thành tựu của công nghệ vi sinh vật và ứng dụng của vi sinh vật

I. Công nghệ vi sinh vật và một số ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn

1. Công nghệ vi sinh vật

- Công nghệ vi sinh vật là ngành khoa học nghiên cứu và ứng dụng các vi sinh vật trong công nghiệp để sản xuất các sản phẩm phục vụ đời sống con người.

2. Cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn

Cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn:

- Khả năng phân giải và tổng hợp các chất của vi sinh vật.

- Khả năng sinh trưởng nhanh của vi sinh vật.

- Khả năng sống trong môi trường khắc nghiệt của một số vi sinh vật.

3. Một số ứng dụng của vi sinh vật trong thực tiễn

3.1. Ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe cộng đồng

- Nhiều chất có hoạt tính sinh học (kháng sinh, enzyme, các chất kích thích hoặc ức chế sinh trưởng,…) được sản xuất từ vi sinh vật dùng làm thuốc.

- Sử dụng vi sinh vật để sản xuất sinh khối làm chế phẩm hỗ trợ sức khỏe cho con người:

+ Sinh khối vi khuẩn Lactobacillus casei, Lactobacillus plantarum, Bifidobacterium bifidum,… dùng làm men vi sinh giúp tăng cường hệ miễn dịch và cân bằng hệ vi sinh vật đường đường ruột,…

+ Sinh khối của một số vi tảo được dùng để bồi bổ sức khỏe, chống lão hóa, làm đẹp da,…

3.2. Ứng dụng trong nông nghiệp

- Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học: Nhiều vi sinh vật được sử dụng làm chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học giúp ức chế hoặc tiêu diệt một số sinh vật gây hại cho cây trồng. Ví dụ: nấm Metarizum sp., Bovaria sp., vi khuẩn Bacillus thuringiensis,…

- Sản xuất phân bón sinh học: Một số vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong phân giải lân khó tan trong đất, tăng cường cố định đạm, hỗ trợ và kích thích sinh trưởng bộ rễ cây trồng như nấm Microrrhizae, vi khuẩn Rhizobium được ứng dụng trong các chế phẩm phân vi sinh sử dụng cho cây trồng.

3.3. Ứng dụng trong công nghiệp

- Các enzyme, các acid hữu cơ, các chất ức chế sinh trưởng do vi sinh vật tạo ra được sử dụng trong công nghiệp giấy, dệt nhuộm, giặt tẩy, thuộc gia,…

- Nấm men được sử dụng trong công nghiệp sản xuất ethanol sinh học.

- Một số vi khuẩn (vi khuẩn lactic, vi khuẩn acetic) được sử dụng để sản xuất các acid hữu cơ trong công nghiệp hóa chất.

3.4. Ứng dụng trong bảo vệ môi trường

Vi sinh vật được sử dụng trong các quy trình xử lí rác thải và nước thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp:

- Nhiều chế phẩm vi sinh vật hữu hiệu (chế phẩm EM) đã được sản xuất, ứng dụng trong chuyển hóa rác thải hữu cơ thành phân bón hữu cơ, khí sinh học (biogas) và xử lí rác thải dạng rắn, nước thải dạng lỏng.

- Một số vi sinh vật hoặc chế phẩm enzyme sản xuất từ vi sinh vật được sử dụng trong quy trình xử lí khí thải.

3.5. Ứng dụng trong chế biến và bảo quản thực phẩm

- Các enzyme từ vi sinh vật được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm. Ví dụ: Enzyme amylase được dùng trong chế biến bánh kẹo, protease được dùng trong chế phẩm làm mềm thịt,…

- Sinh khối của một số vi sinh vật được sử dụng trực tiếp để lên men. Ví dụ: Nấm men được sử dụng trong sản xuất nước hoa quả lên men, bia, rượu và làm men bánh mì; một số vi khuẩn được sử dụng trong các quy trình chế biến sữa, làm phô mai, làm nước mắm, nước tương;…

- Lactic acid, acetic acid, ethanol và một số chất ức chế sinh trưởng (bacteriocin, diacetyl,…) do vi sinh vật sinh ra được dùng như các chất bảo quản trong chế biến thực phẩm.

II. Một số thành tựu và dự án điều tra sản phẩm thương mại của công nghệ vi sinh vật

1. Một số thành tựu của công nghệ vi sinh vật

- Vi sinh vật được sử dụng như các “nhà máy” sản xuất các chế phẩm sinh học như protein, kháng sinh, nhiên liệu sinh học,…

+ Sử dụng vi khuẩn Escherichia coli trong sản xuất insulin để điều trị bệnh tiểu đường.

+ Sử dụng vi khuẩn Corynebacterium glutamicum trong sản xuất mì chính.

+ Sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae trong sản xuất ethanol dùng làm nhiên liệu sinh học và sản xuất protein đơn bào làm thức ăn bổ sung.

+ Sử dụng nấm mốc Aspergillus niger trong sản xuất một số enzyme như amylase, protease để bổ sung vào thức ăn chăn nuôi.

+ Trên 90 % các chất kháng sinh tự nhiên được sản xuất từ vi sinh vật, đặc biệt là từ xạ khuẩn và nấm. Ví dụ: kháng sinh penicillin được chiết xuất từ nấm Penicillium rubens, Penicillium chrysogenum; kháng sinh streptomycin được sản xuất từ xạ khuẩn Streptomyces griseus.

- Vi sinh vật còn được dùng để nhân nhanh các đoạn DNA tái tổ hợp trong các vector plasmid của vi khuẩn, sản xuất các đoạn DNA hoặc RNA làm vaccine thế hệ mới,…

- Nhóm vi sinh vật sống trong các điều kiện khắc nghiệt còn là nguồn cung cấp các chất có hoạt tính sinh học đặc biệt, phục vụ cho các ứng dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và nghiên cứu công nghệ sinh học:

+ Các enzyme thủy phân tinh bột, lipid của các vi khuẩn ưa kiềm, chịu nhiệt được dùng trong công nghiệp giặt tẩy do các enzyme này có độ bền cao trong môi trường kiềm và nhiệt độ cao của quy trình giặt tẩy.

+ Enzyme Taq – polymerase của vi khuẩn ưa nhiệt Thermus aquaticus phân lập từ suối nước nóng, được dùng trong phản ứng PCR nhân đoạn DNA trong nghiên cứu công nghệ sinh học hoặc chẩn đoán bệnh nhờ khả năng bền ở nhiệt độ 90 – 99 ^oC.

2. Dự án điều tra sản phẩm thương mại của công nghệ vi sinh vật

Mục tiêu: Điều tra các sản phẩm thương mại của công nghệ vi sinh vật.

Chuẩn bị: Phiếu điều tra theo gợi ý như bảng 20.1 và thiết bị chụp ảnh.

Thực hiện:

- Đến khu trung tâm thương mại, các chợ ở nơi em sống tìm các sản phẩm thương mại của công nghệ vi sinh vật.

- Điền các thông tin: Tên sản phẩm, tên vi sinh vật sử dụng trong sản phẩm, lĩnh vực ứng dụng vào phiếu điều tra.

- Chụp ảnh các sản phẩm.

Báo cáo: Trình bày kết quả điều tra.

III. Ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật và triển vọng của công nghệ vi sinh vật

1. Một số ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật và triển vọng

- Các kiến thức về công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau như chế biến thực phẩm, chăn nuôi, trồng trọt, y – dược học, môi trường, hóa chất,…:

- Một số vị trí việc làm trong ngành Công nghệ vi sinh vật:

- Trong tương lai, do sự mở rộng ứng dụng của công nghệ vi sinh vật vào các lĩnh vực của đời sống, các vị trí việc làm liên quan đến công nghệ vi sinh vật như kĩ sư, kĩ thuật viên, nghiên cứu viên trong các lĩnh vực đó ngày càng phát triển.

2. Triển vọng của ngành Công nghệ vi sinh vật

- Công nghệ vi sinh vật trong tương lai là ngành công nghệ giao thoa của nhiều ngành khác nhau: công nghệ gene, tin sinh học, tự động hóa và trí tuệ nhân tạo.

- Hướng phát triển của công nghệ vi sinh vật trong tương lai:

(1) chỉnh sửa, tạo đột biến định hướng các gene trong tế bào vi sinh vật;

(2) tìm kiếm và khai thác các nguồn gene vi sinh vật;

(3) thiết lập các hệ thống lên men lớn, tự động, liên tục và đồng bộ với công nghệ thu hồi;

(4) xây dựng các giải pháp phân tích vi sinh vật tự động trong công nghiệp, nông nghiệp và xử lí môi trường.

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

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)

Bài 1: Giới thiệu chương trình môn sinh học. Sinh học và sự phát triển bền vững

Bài 2: Các phương pháp nghiên cứu và học tập môn Sinh học