Giải Sinh học 10 Bài 21 (Kết nối tri thức): Trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật

Giải bài tập Sinh học lớp 10 Bài 21: Trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật

Mở đầu trang 122 Sinh học 10: E.coli là một loại vi khuẩn sống trong đường tiêu hóa 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?

Trả lời:

- Bức ảnh tiếp theo vi khuẩn E. coli sẽ nhân đôi được tất cả 5 lần. Suy ra số lượng tế bào vi khuẩn ở bức ảnh tiếp theo là 2⁵ = 32 tế bào.

- Nhận xét về quá trình sinh sản của vi khuẩn: Quá trình sinh sản của chúng diễn ra nhanh hơn rất nhiều so với tế bào động vật và thực vật. Ví dụ: Cứ 20 phút, tế bào E.coli lại phân chia một lần.

Dừng lại và suy ngẫm (trang 124)

Câu hỏi 1 trang 124 Sinh học 10: Nêu một số ví dụ về quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật.

Trả lời:

- Ví dụ về quá trình tổng hợp:

+ Vi khuẩn lam có khả năng tổng hợp glucose thông qua quá trình quang hợp.

+ Vi khuẩn Rhizobium có khả năng chuyển hóa N₂ khí quyển thành NH₃ cung cấp nguồn nitrogen cho quá trình tổng hợp amino acid, từ đó tổng hợp protein.

+ Tổng hợp lipid từ acid béo và glycerol.

- Ví dụ về quá trình phân giải:

+ Phân giải protein thành các amino acid.

+ Phân giải đường đa thành đường đơn.

Câu hỏi 2 trang 124 Sinh học 10: 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?

Trả lời:

• Giống nhau:

- Tổng hợp các chất là sự hình các hợp chất phức tạp từ các chất đơn giản và tiêu tốn năng lượng.

- Phân giải các chất là quá trình phá vỡ các liên kết trong các phân tử sinh học để tạo ra các phân tử nhỏ hơn đồng thời giải phóng năng lượng.

• Khác nhau:

Câu hỏi 3 trang 124 Sinh học 10: 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 họa.

Trả lời:

Người ta có thể ứng dụng quá trình phân giải đường đa, lipid và protein ở vi sinh vật vào một số lĩnh vực như: sản xuất nông nghiệp, môi trường, sản xuất hàng tiêu dùng,…

- Ứng dụng của phân giải đường đa:

+ Phân giải tinh bột để sản xuất kẹo, siro, rượu,…

+ Tận dụng bã thải thực vật làm nấm ăn.

+ Vi sinh vật tiết enzyme cellulase phân giải cellulose ⟶ Tạo chất mùn, làm giàu chất dinh dưỡng cho đất, tránh ô nhiễm môi trường.

- Ứng dụng của phân giải lipid: Sản xuất nước tẩy rửa có chứa VSV hoặc enzyme phân giải dầu mỡ, sử dụng VSV xử lí chất thải ô nhiễm (rác thải hữu cơ, dầu loang, nước thải,…).

- Ứng dụng của phân giải protein: Nhờ protease của vi sinh vật phân giải protein thu được các amino acid ứng dụng trong: làm tương, làm nước mắm,…

Dừng lại và suy ngẫm (trang 125)

Câu hỏi 1 trang 125 Sinh học 10: 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?

Trả lời:

- Điểm khác giữa khái niệm sinh trưởng ở vi sinh vật với sinh trưởng ở thực vật và động vật:

+ Sinh trưởng ở thực vật và động vật là sự tăng lên về kích thước, khối lượng của cơ thể.

+ Sinh trưởng ở VSV là sự tăng lên về mặt số lượng tế bào trong quần thể VSV.

- Có sự khác nhau này vì: VSV có kích thước nhỏ, không nhìn thấy bằng mắt thường nên sự tăng lên về kích thước của 1 cơ thể là rất khó nhận thấy, không giống như ở thực vật và động vật. Chính vì thế nên xét sự tăng trưởng ở mức độ cao hơn là quần thể.

Câu hỏi 2 trang 125 Sinh học 10: 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?

Trả lời:

• 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:

• Có sự 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 vì:

Câu hỏi 3 trang 125 Sinh học 10: 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?

Trả lời:

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 liên tục. Vì trong nuôi cấy liên tục, môi trường nuôi cấy ổn định, số lượng VSV sẽ được duy trì ở mức độ cân bằng sao cho năng suất sản phẩm đạt cao nhất.

Dừng lại và suy ngẫm (trang 128)

Câu hỏi 1 trang 128 Sinh học 10: Trình bày ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến sự sinh trưởng của vi sinh vật. Con người đã ứng dụng những biểu biết này như thế nào trong lĩnh vực y tế và đời sống hằng ngày? Cho một vài ví dụ minh họa.

Trả lời:

Câu hỏi 2 trang 128 Sinh học 10: 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.

Trả lời:

- Tác dụng của kháng sinh trong việc điều trị các bệnh do vi sinh vật gây ra: Kháng sinh giúp ức chế và tiêu diệt vi khuẩn có tính chọn lọc theo nhiều cơ chế khác nhau như ức chế tổng hợp thành tế bào, protein hay nucleic acid… của vi khuẩn. Người ta đã sử dụng kháng sinh để điều trị các bệnh gây ra bởi VSV, giúp cứu sống nhiều người và thúc đẩy ngành chăn nuôi phát triển.

- Hiện tượng kháng kháng sinh:

+ Khái niệm: Hiện tượng kháng kháng sinh là hiện tượng xảy ra khi mầm bệnh hay vi khuẩn có khả năng tạo ra cách chống lại thuốc kháng sinh làm cho kháng sinh không thể tiêu diệt hoặc ngăn chặn được sự phát triển của chúng.

+ Nguyên nhân: Sử dụng thuốc kháng sinh không đúng theo chỉ định của bác sĩ hoặc do bệnh nhân tự ý dùng thuốc, sử dụng rộng rãi thuốc kháng sinh trong chăn nuôi.

+ Hậu quả: Vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh làm cho việc điều trị bệnh nhiễm khuẩn trở nên khó khăn, thậm chí không thể điều trị được. Nhiễm khuẩn do vi khuẩn đề kháng buộc bác sĩ phải sử dụng thuốc kháng sinh thay thế, thường có độc tính cao hơn dẫn đến thời gian nằm viện kéo dài và gây ra tốn kém chi phí y tế.

Câu hỏi 3 trang 128 Sinh học 10: 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?

Trả lời:

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: điều trị bằng thuốc kháng sinh để tiêu diệt vi khuẩn HP.

Dừng lại và suy ngẫm (trang 129

Câu hỏi 1 trang 129 Sinh học 10: Vi sinh vật có những hình thức sinh sản nào? Nêu đặc điểm của mỗi hình thức đó và cho ví dụ.

Trả lời:

- Những hình thức sinh sản của VSV: phân đôi, nảy chồi, hình thành bào tử.

+ Phân đôi: là hình thức phổ biến nhất, từ một tế bào mẹ phân chia thành 2 tế bào con giống nhau, có thể phân đôi vô tính hoặc hữu tính theo cách tiếp hợp. Ví dụ: Phân đôi ở trùng roi Euglena, trùng giày Paramecium.

+ Hình thành bào tử: Nấm có khả năng sinh sản bằng bào tử vô tính hoặc hữu tính, vi khuẩn cũng có thể sinh sản nhờ các ngoại bào tử. Có nhiều loại bào tử khác nhau như bào tử đính ở nấm, bào tử tiếp hợp ở nấm tiếp hợp, ngoại bào tử hay bào tử đốt ở xạ khuẩn. Ví dụ: Sinh sản bằng bào tử đính ở nấm.

+ Nảy chồi: là phương thức sinh sản vô tính đặc trưng của một số ít vi sinh vật như vi khuẩn quang dưỡng màu tía, nấm men. Một cá thể con sẽ dần hình thành ở một phía của cá thể mẹ. Cá thể con sau khi trưởng thành sẽ tách ra thành một cá thể độc lập. Khác với phân đôi, một cá thể mẹ có thể nảy chồi ra nhiều cá thể con. Ví dụ: Nảy chồi ở nấm men Saccharomyces cerevisiae.

Câu hỏi 2 trang 129 Sinh học 10: 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)?

Trả lời:

- VSV nhân sơ (vi khuẩn): chỉ sinh sản vô tính; có thể phân đôi vô tính, sinh sản nhờ ngoại bào tử, nảy chồi là phương thức sinh sản vô tính đặc trưng.

- VSV nhân thực (vi nấm): sinh sản theo cả hai phương thức vô tính và hữu tính; phân đôi hữu tính theo cách tiếp hợp, sinh sản bằng bào tử dạng vô tính hoặc hữu tính, nảy chồi chỉ gặp ở một số đối tượng.

Luyện tập và vận dụng (trang 130)

Câu 1 trang 130 Sinh học 10: Trong môi trường nuôi cấy không liên tục, số lượng tế bào vi khuẩn tăng nhanh nhất ở pha nào?

A. Pha lũy thừa.

B. Pha cân bằng.

C. Pha suy vong.

D. Pha tiềm phát.

Trả lời:

Đáp án đúng là: A

Tại pha lũy thừa (vi khuẩn đã làm quen với môi trường đồng thời chất dinh dưỡng đầy đủ), vi sinh vật phân chia mạnh mẽ theo tiềm năng, số lượng tế bào tăng theo lũy thừa và đạt đến cực đại ở cuối pha.

Câu 2 trang 130 Sinh học 10: 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.

Trả lời:

Người ta có thể điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, áp suất thẩm thấu để bảo quản thực phẩm vì trong thực phẩm có chứa rất nhiều VSV. Để bảo quản được thực phẩm lâu dài thì cần điều khiển sinh trưởng của VSV. Mà quá trình sinh trưởng của VSV trong thực phẩm bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, áp suất thẩm thấu. Cụ thể:

+ Nhiệt độ: ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học, sinh hóa học trong tế bào. Nhiệt độ cao làm VSV chết, nhiệt độ thấp kìm hãm sự sinh trưởng của VSV.

+ Độ ẩm: mỗi loại VSV sinh trưởng trong một giới hạn độ ẩm nhất định, ngoài giới hạn độ ẩm sẽ khiến sự sinh trưởng của VSV bị ức chế.

+ Độ pH: ảnh hưởng đến tính thấm qua màng, hoạt động chuyển hóa vật chất trong tế bào, hoạt tính enzyme, sự hình thành ATP,… Mỗi loại VSV sinh trưởng trong một giới hạn pH nhất định, ngoài giới hạn pH sẽ khiến sự sinh trưởng của VSV bị ức chế.

+ Áp suất thẩm thấu: Áp suất thẩm thấu cao gây co nguyên sinh ở các tế bào VSV khiến chúng không phân chia được. Áp suất thẩm thấu thấp làm cho các tế bào VSV bị trương nước và có thể vỡ ra (đối với vi khuẩn không có thành tế bào).

Câu 3 trang 130 Sinh học 10: 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.

Trả lời:

Một số biện pháp bảo quản thực phẩm:

- Bảo quản lạnh.

- Bảo quản bằng phương pháp phơi khô, sấy khô.

- Bảo quản bằng ướp muối, ướp đường.

- Bảo quản bằng chiếu xạ.

- Bảo quản bằng phương pháp lên men, muối chua,…

Câu 4 trang 130 Sinh học 10: 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?

Trả lời:

Ở vùng nhiệt đới có nhiệt độ ấm, độ ẩm cao, là điều kiện thuận lợi cho các VSV gây bệnh, VSV gây hỏng thực phẩm và đồ dùng sinh trưởng, phát triển mạnh hơn so với ở vùng ôn đới có nhiệt độ thấp và độ ẩm thấp hơn. Do đó, 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 đồng thời thực phẩm và đồ dùng ở vùng nhiệt đới rất nhanh bị hỏng nếu không được bảo quản đúng cách.

Câu 5 trang 130 Sinh học 10: 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 có nên hay không? Vì sao?

Trả lời:

Theo em, việc làm của bạn là không nên vì: Bạn ấy chưa biết chính xác nguyên nhân gây bệnh, các triệu chứng gặp phải có thể do rất nhiều nguyên nhân khác nhau chứ không nhất thiết là vi sinh vật. Kể cả nguyên nhân gây bệnh là vi sinh vật đi nữa thì sử dụng kháng sinh không đúng cũng sẽ không đem lại hiệu quả. Thậm chí, việc làm này có thể gây ra hiện tượng kháng kháng sinh, vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh làm cho việc điều trị bệnh nhiễm khuẩn trở nên khó khăn, thậm chí không thể điều trị được.

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 21: Trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật

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

1. Quá trình tổng hợp:

Sinh tổng hợp (đồng hóa) là quá trình tế bào sử dụng năng lượng để liên kết các phân tử đơn giản thành các phân tử hữu cơ phức tạp cần thiết.

a) Tổng hợp carbohydrate:

Vi sinh vật tổng hợp glucose theo 2 cách:

• Quang hợp ở vi khuẩn lam, tảo là con đường phổ biến và quan trọng nhất.

• Quang khử ở vi khuẩn màu lục, màu tía

• Hóa tổng hợp ở vi khuẩn sắt, vi khuẩn nitrate

Glucose làm nguyên liệu xây dựng tế bào và dự trữ năng lượng, Chitin cấu tạo nấm, peptidoglycan tạo thành vi khuẩn và cellulose cấu tạo thành tảo lục.

b) Tổng hợp protein:

Phần lớn vi sinh vật có khả năng tổng hợp được toàn bộ 20 loại amino acid, trong khi còn người không làm được.

Một số vi sinh vật (vi khuẩn lam, Rhizobium) có thể chuyển hóa N2 của khí quyển thành ammonia (NH3) cung cấp nitrogen cho cả hệ sinh thái.

c) Tổng hợp lipid:

Ở vi sinh vật, lipid được tổng hợp từ các acid béo và glycerol. Lipid là thành phần chính của màng tế bào và màng ngoài của vi khuẩn Gram âm.

d) Tổng hợp nucleic acid:

Nucleotide được tổng hợp từ 1 gốc đường 5 cacbon + amino acid + phosphoric acid. Tất cả các phản ứng đều sử dụng ATP.

2. Phân giải các chất:

Các vi sinh vật dị dưỡng phân giải các hợp chất hữu cơ do vi sinh vật khác cung cấp để lấy làm nguyên liệu cho hoạt động sống của chúng.

II. Sinh trưởng của quần thể vi khuẩn

Sinh trưởng của quần thể sinh vật là sự tăng lên về mặt số lượng tế bào trong quần thể.

Thời gian thế hệ (g) là thời gian tính từ khi tế bào sinh ra đến khi tế bào đó phân chia, thời gian thế hệ của một quần thể là hằng số.

Mỗi loài có một thời gian thế hệ khác nhau.

Ví dụ: Thời gian thế hệ của E.coli là g = 20 phút, còn ở vi khuẩn lao g = 12 giờ.

Ở điều kiện lí tưởng, sau n lần phân chia từ No tế bào ban đầu, trong thời gian t, số tế bào tạo thành Nt là:

1. Nuôi cấy không liên tục:

Môi trường nuôi cấy không liên tục là môi trường không được bổ sung chất dinh dưỡng mới và không được lấy đi các chất thải từ quá trình trao đổi chất. Sinh trưởng của vi khuẩn chia thành 4 pha:

2. Nuôi cấy liên tục:

Môi trường nuôi cấy liên tục là môi trường thường xuyên được bổ sung chất dinh dưỡng và loại bỏ các sản phẩm trao đổi chất. Vi khuẩn nuôi để sản xuất sinh khối (enzyme, vitamin …).

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

Trong tự nhiên, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của quần thể sinh vật.

1. Các yếu tố vật lí:

2. Các yếu tố hóa học

a) Chất dinh dưỡng:

Vi sinh vật chỉ có thể tồn tại trong môi trường có chất dinh dưỡng (protein, carbohydrate …) và các nhân tố sinh trưởng (amino acid, vitamin hoặc nguyên tố vi lượng).

Vi sinh vật không tự tổng hợp được các nhân tố sinh trưởng gọi là vi sinh vật khuyết dưỡng, loài có thể tự tổng hợp được gọi là vi sinh vật nguyên dưỡng.

b) Chất ức chế:

Một số chất hóa học ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật là:

3. Kháng sinh, ý nghĩa của kháng sinh và tác hại của việc lạm dụng kháng sinh:

Vi sinh vật trong quá trình sinh trưởng có thể tiết ra môi trường chất ức chế phát triển hoặc tiêu diệt vi khuẩn khác, gọi là chất kháng sinh.

Dựa vào đặc điểm này, con người đã phát triển và sử dụng rộng rãi các loại thuốc kháng sinh điều trị bệnh gây ra bởi vi khuẩn.

Lạm dụng thuốc kháng sinh không theo chỉ dẫn của bác sĩ gây hiện tượng kháng thuốc.

Lạm dụng thuốc kháng sinh trong chăn nuôi cũng tăng nguy cơ xuất hiện vi khuẩn kháng thuốc.

IV. Hình thức sinh sản ở vi sinh vật

Vi sinh vật có 3 hình thức sinh sản chính: phân đôi, hình thành bào tử và nảy chồi.

1. Phân đôi:

Là hình thức sinh sản phổ biến nhất, tế bào mẹ phân chia thành 2 tế bào con giống nhau. Có 2 hình thức phân đôi: vô tính (vi khuẩn nhân sơ) và hữu tính (trùng giày).

2. Sinh sản bằng bào tử:

Nấm và vi khuẩn sinh sản bằng bào tử dạng vô tính hoặc hữu tính. Có nhiều loại bào tử: ngoại bào tử chỉ có màng mỏng giúp sinh sản, nội bào tử có lớp vỏ dày chứa calcium dipicolinate giúp vi khuẩn tiềm sinh ở điều kiện bất lợi.

3. Nảy chồi:

Là phương thức sinh sản vô tính đặc trưng của số ít vi khuẩn quang dưỡng (vi khuẩn tía, nấm men …). Một cá thể con sẽ dần hình thành ở một phần cơ thể mẹ, sau khi trưởng thành sẽ tách ra và sống độc lập.

Sơ đồ tư duy trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật:

Xem thêm lời giải bài tập Sinh học lớp 10 Kết nối tri thức với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Bài 20: Dự đa dạng và phương pháp nghiên cứu vi sinh vật

Bài 21: Trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở vi sinh vật

Bài 22: Vai trò và ứng dụng của vi sinh vật

Bài 23: Thực hành: Một số phương pháp nghiên cứu vi sinh vật thông dụng, tìm hiểu về các sản phẩm công nghệ vi sinh vật và làm một số sản phẩm lên men từ vi sinh vật

Bài 24: Khái quát về virus