Giải Sinh học 10 Bài 27 (Chân trời sáng tạo): Ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn

Giải Sinh học 10 Bài 27: Ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn

Mở đầu trang 130 Sinh học 10: Để bảo quản rau, củ, quả dùng dần vào những tháng trái vụ hoặc khi thời tiết khắc nghiệt, người nông dân thường dùng biện pháp muối chua (lên men lactic). Vì sao khi muối chua, thực phẩm không bị các vi sinh vật khác phân hủy và có thể bảo quản được lâu hơn?

Trả lời:

Khi muối chua, thực phẩm không bị các vi sinh vật khác phân hủy và có thể bảo quản được lâu hơn vì: Khi muối chua, vi khuẩn lactic tạo ra lactic acid khiến độ pH của môi trường giảm xuống thấp. Nhờ độ pH thấp, sự hoạt động của các vi sinh vật gây hư thối bị ức chế, giúp kéo dài thời gian bảo quản.

Câu hỏi 1 trang 130 Sinh học 10: Hãy nêu các đặc điểm có lợi và gây hại của vi sinh vật đối với con người.

Trả lời:

- Đặc điểm có lợi của vi sinh vật đối với con người:

+ Vi sinh vật có khả năng trao đổi chất mạnh và sinh trưởng nhanh kết hợp với việc một số vi sinh vật có thể tổng hợp các chất quý cho con người như các amino acid quý, protein đơn bào, chất kháng sinh,…

+ Vi sinh vật có khả năng phân giải các chất hữu cơ dư thừa, chất độc hại trong môi trường.

+ Một số vi sinh vật tạo ra chất gây độc hại cho côn trùng.

+ Một số vi sinh vật có khả năng tạo ra chất dinh dưỡng cho cây trồng.

+ Vi sinh vật có chứa plasmid được sử dụng làm vector chuyển gene.

- Đặc điểm gây hại của vi sinh vật đối với con người:

+ Vi sinh vật gây ra nhiều bệnh cho con người, thực vật và động vật.

+ Vi sinh vật hư hỏng thực phẩm.

Câu hỏi 2 trang 130 Sinh học 10: Trình bày cơ sở khoa học của việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn.

Trả lời:

Câu hỏi 3 trang 132 Sinh học 10: Hãy tóm tắt một số ứng dụng của vi sinh vật trong đời sống (tên ứng dụng, cơ sở khoa học, loại vi sinh vật được sử dụng, vai trò trong đời sống,...).

Trả lời:

Câu hỏi 4 trang 132 Sinh học 10: Quan sát Hình 27.3, hãy phân tích quy trình sản xuất penicillin.

Trả lời:

Quy trình sản xuất penicillin:

- Nhân giống: Chọn chủng giống vi sinh vật phù hợp và chọn môi trường nuôi cấy. Chủng giống vi sinh vật thường được sử dụng là xạ khuẩn chi Streptomyces, vi khuẩn chi Bacillus và nấm chi Penicillium.

- Lên men 2 pha: Pha 1 là pha sinh trưởng, pha 2 là pha sinh tổng hợp để tích tụ chất kháng sinh. Môi trường lên men phải đảm bảo đủ chất dinh dưỡng, để đạt năng suất cao cần phải thêm tiền chất phenylacetic. Mặt khác, quá trình lên men cần đảm bảo các thông số như pH, nhiệt độ, độ thông khí và thời gian.

- Tách chiết: Thực hiện theo các bước: Lọc tách sinh khối → Trích li bằng dung môi → Hấp thụ bằng than hoạt tính → Nhả và lọc loại than → Kết tinh penicillin → Lọc tách tinh thể → Rửa tinh thể → Sấy khô.

Câu hỏi 5 trang 133 Sinh học 10: Quan sát Hình 27.4, hãy mô tả quá trình sản xuất thuốc trừ sâu Bt.

Trả lời:

Quá trình sản xuất thuốc trừ sâu Bt theo phương pháp lên men chìm:

(1) Chuẩn bị giống vi khuẩn. Giống vi khuẩn dùng để sản xuất thuốc trừ sâu Bt là chủng Bacillus thuringiensis.

(2) Nhân giống cấp 1, cấp 2.

(3) Lên men.

(4) Li tâm để thu sinh khối.

(5) Sấy, nghiền sinh khối vi khuẩn.

(6) Phối trộn phụ gia và đóng gói sản phẩm.

Luyện tập trang 133 Sinh học 10:

• Kể tên các loại thuốc kháng sinh, thuốc trừ sâu được sản xuất từ vi sinh vật.

• Giải thích vì sao sữa chuyển từ trạng thái lỏng sang dạng đông đặc sau khi lên men.

Trả lời:

• Một số loại thuốc kháng sinh, thuốc trừ sâu được sản xuất từ vi sinh vật:

- Một số loại thuốc kháng sinh được sản xuất từ vi sinh vật: penicillin, erythromycin, cefazolin, cefuroxim, tetracyclin, streptomycin,…

- Một số loại thuốc trừ sâu được sản xuất từ vi sinh vật: thuốc trừ sâu sinh học Bt, vi sinh trừ sâu, vi sinh trừ bệnh cây trồng, chế phẩm sinh học trichoderma bacillus, chế phẩm nấm xanh metarhizium, chế phẩm nấm xanh và nấm trắng (chế phẩm CNX-RS, chế phẩm BIO HLC,…),…

• Giải thích hiện tượng sữa chuyển từ trạng thái lỏng sang dạng đông đặc sau khi lên men: Khi lên men, vi khuẩn lactic sinh ra lactic acid, làm giảm độ pH trong dịch sữa khiến protein trong sữa kết tủa lại, chuyển sang dạng đông đặc.

Câu hỏi 6 trang 134 Sinh học 10: Quan sát Hình 27.5 và 27.6, hãy mô tả quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính và bể UASB.

Trả lời:

• Quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính:

(1) Các vi sinh hiếu khí được cấy vào bể hiếu khí. Chúng phát triển, kết dính nhau và tạo thành bông bùn hoạt tính.

(2) Bùn hoạt tính sẽ được tách trong bể lắng.

(3) Phần bùn hoạt tính sẽ được tuần hoàn trở lại bể hiếu khí. Nước sau xử lí sẽ chảy ra ngoài hệ thống. Bùn thừa được phân giải yếm khí.

• Quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp bể UASB:

(1) Nước thải sẽ được dẫn qua các đường ống cấp dưới đáy bể.

(2) Nước thải được xử lí bằng bùn hoạt tính.

(3) Khí thải được thu bằng tấm chắn khí, nước thải đã được xử lí được đưa ra ngoài.

Vận dụng trang 134 Sinh học 10: Hãy quan sát và mô tả lại một quá trình ứng dụng vi sinh vật trong đời sống ở địa phương (muối chua rau, củ, quả; làm giấm; nấu rượu; làm tương;…)

Trả lời:

Quy trình làm sữa chua:

- Bước 1: Tạo nguyên liệu để lên men

Sử dụng bình chứa, pha một hộp sữa đặc có đường 380 mL với khoảng 1000 mL nước sôi sao cho sữa ngọt vừa uống (có thể dùng sữa tươi có đường đun nóng lên).

- Bước 2: Cấy giống và lên men tạo sữa chua

+ Để nguội sữa khoảng 40 ^oC và cho một hộp sữa chua làm men giống vào và khuấy đều.

+ Rót hỗn hợp sữa nguyên liệu đã cấy giống vào hũ có nắp đậy, đặt vào thùng xốp có chứa nước ấm khoảng 40 ^oC (nước ngập 2/3 lọ sữa) và ủ trong khoảng thời gian 6 – 8 giờ.

- Bước 3: Thu nhận và bảo quản sữa chua.

+ Kiểm tra sữa chua thành phẩm.

+ Bảo quản sữa chua ở nhiệt độ từ 2 – 8 ^oC (cho vào ngăn mát tủ lạnh).

Bài tập 1 trang 134 Sinh học 10: Hãy liệt kê các sản phẩm có ứng dụng vi sinh vật trong bảo vệ môi trường.

Trả lời:

Một số sản phẩm có ứng dụng vi sinh vật trong bảo vệ môi trường:

- Chế phẩm xử lí nước thải: Emzeo, Microbelift ind/hc, Emic, Bio-em,…

- Chế phẩm vi sinh xử lí chất thải hữu cơ S.EM.

- Chế phẩm vi sinh xử lí rơm rạ AT - YTB.

- Chế phẩm xử lí mùi hôi chuồng trại EM.

- Chế phẩm sinh học xử lí hầm cầu BIO-PHỐT.

Bài tập 2 trang 134 Sinh học 10: Tìm hiểu và nêu thực trạng sử dụng thuốc trừ sâu, phân bón hóa học ở địa phương. Từ đó, hãy đề xuất các biện pháp giúp người dân địa phương chuyển sang sử dụng thuốc trừ sâu sinh học và phân bón vi sinh.

Trả lời:

• Học sinh tự tìm hiểu thực trạng sử dụng thuốc trừ sâu, phân bón hóa học ở địa phương và báo cáo kết quả tìm hiểu thực trạng.

• Một số biện pháp khuyến khích người dân địa phương chuyển sang sử dụng thuốc trừ sâu sinh học và phân bón vi sinh:

- Tuyên truyền trực tiếp hoặc trên các phương tiện thông tin đại chúng về tác hại của thuốc trừ sâu và phân bón hóa học; lợi ích của thuốc trừ sâu sinh học và phân bón vi sinh.

- Có chính sách hỗ trợ người dân sử dụng thuốc trừ sâu sinh học và phân bón vi sinh: hỗ trợ giá, hỗ trợ hướng dẫn sử dụng, hỗ trợ đầu ra cho các nông phẩm an toàn,…

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 27: Ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn

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

- Dựa vào đặc điểm sinh trưởng, phát triển, sinh sản của vi sinh vật, con người đã khai thác, ứng dụng chúng vào nhiều lĩnh vực của đời sống nhằm tạo ra các sản phẩm có ích, an toàn và thân thiện với môi trường.

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

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

1. Khái quát về ứng dụng của vi sinh vật trong thực tiễn

- Vi sinh vật được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, chế biến và bảo quản thực phẩm, bảo vệ môi trường, phát triển bền vững, trong y học,... nhằm nâng cao sức khỏe và tạo môi trường sống thân thiện, an toàn.

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

a. Sản xuất phomat (cheese)

- Phomat là sản phẩm được làm từ sữa (bò, dê, cừu,...) nhờ ứng dụng quá trình phân giải của Lactococcus lactis.

- Quy trình:

Quy trình sản xuất phomat trong nhà máy

+ Thanh trùng sữa ở 72 ^oC trong 15 giây.

+ Cấy vi khuẩn Lactococcus lactis và enzyme rennin để lên men: Vi khuẩn lactic lên men đường lactose tạo acid làm đông tụ sữa. Enzyme rennin thủy phân k–cazein trong sữa làm cho protein đông vón. Thêm chất phụ gia CaCl₂ làm tăng khả năng kết tủa sữa.

+ Cắt cục vón, khuấy đều, để yên 10 - 30 phút, nâng nhiệt độ lên đến 49 - 54 ^oC. Rửa cục vón bằng nước Clo năm phần triệu để tách lactose. Khuấy đều cho đến khi cục vón chắc lại, cho vào khuôn nén, sau vài tuần thu được phomat.

b. Sản xuất tương

- Tương là sản phẩm đượctạo thành nhờ ứng dụng quá trình phân giải tinh bột và protein nhờ enzyme của nấm mốc Aspergillus oryzae.

- Một số loại tương nổi tiếng như tương Bần, tương Cự Đà, tương Nam Đàn, tương hột.

- Quy trình:

Quy trình sản xuất nước tương lên men

+ Bước 1 - Tạo chế phẩm enzym từ nấm mốc: Ngâm gạo nếp 4 – 8 tiếng → Nấu xôi, để nguội, dàn mỏng lên nong → Cho nhiễm nấm tự nhiên hoặc dùng mốc trong phòng thí nghiệm để tạo mốc → Chọn mốc có màu vàng, nâu vàng lục, loại bỏ những chỗ có mốc xanh, đen, hồng → Khi bào tử mốc đã mọc đều, đem phơi hoặc sấy khô, đóng gói, dán kín, cách ẩm để dùng dần.

+ Bước 2 - Chuẩn bị đậu tương: Đậu tương rửa sạch để ráo, sấy hoặc rang vàng → Nghiền hạt đậu tương bể làm đôi, làm sạch vỏ, đun sôi, để nguội → Cho vào chum ngâm nước khoảng 7 ngày.

+ Bước 3 - Ủ tương (ngả tương): Cho chế phẩm enzyme từ nấm mốc vào chum chứa đậu tương, cho thêm muối ăn (khoảng 15 % lượng nước trong chum) để tương không bị thối → Để chum nơi có ánh nắng, khấy đều mỗi buổi sáng, ủ trong thời gian thích hợp.

c. Sản xuất chất kháng sinh

- Chất kháng sinh chủ yếu được tạo ra do xạ khuẩn (chi Streptomyces), vi khuẩn (chi Bacillus) và nấm (chi Penicillium).

- Quy trình:

Quá trình sản xuất penicillin

+ Nhân giống: Chọn chủng giống vi khuẩn phù hợp, chọn môi trường nuôi cấy.

+ Lên men 2 pha: Pha 1 là pha sinh trưởng, tính từ khi cấy giống vào thùng lên men đến khi sinh khối ngừng tăng lên. Pha 2 là pha sinh tổng hợp để tích tụ chất kháng sinh. Môi trường lên men phải đảm bảo đủ chất dinh dưỡng, để đạt năng suất cao cần phải thêm tiền chất. Mặt khác, quá trình lên men cần đảm bảo các thông số như pH, nhiệt độ, độ thông khí và thời gian.

+ Tách chiết: Tùy thuộc vào từng loại chất kháng sinh mà có phương pháp tách chiết sao cho phù hợp hơn. Quá trình này thực hiện theo các bước sau: lọc tách sinh khối → tách chiết → đông khô → bột tinh sạch.

d. Sản xuất thuốc trừ sâu sinh học

- Ưu – nhược điểm của thuốc trừ sâu sinh học:

+ Ưu điểm: không gây độc hại cho con người và gia súc, không làm giảm đa dạng sinh học và không gây ô nhiễm môi trường, không ảnh hưởng đến chất lượng nông sản và thường có hiệu quả lâu dài.

+ Nhược điểm: hiệu lực chậm, phổ tác động hẹp.

- Một số chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học phổ biến: Bacillus thuringiensis, Beauveria, Metarhizium,....

- Chế phẩm Bacillus thuringiensis được sản xuất bằng phương pháp lên men chìm theo quy trình:

Quy trình sản xuất chế phẩm Bacillus thuringiensis

+ (1) Chuẩn bị giống vi khuẩn chủng Bacillus thuringiensis chuẩn.

+ (2) Nhân giống. Thực hiện nhân giống cấp 1 trên máy lắc và nhân giống cấp 2 trong nồi lên men 500 lít hoặc 5000 lít.

+ (3) Lên men.

+ (4) Li tâm để thu sinh khối.

+ (5) Sấy, nghiền sinh khối vi khuẩn.

+ (6) Phối trộn phụ gia và đóng gói sản phẩm. Sản phẩm có thể ở dạng chai hoặc dạng gói.

e. Xử lí nước thải

- Quá trình xử lí nước thải thường trải qua 3 cấp: cấp 1 (lí học), cấp 2 (sinh học), cấp 3 (hóa học).

- Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học chủ yếu dựa vào vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh và vi khuẩn nitrat hóa.

- Có hai nhóm phương pháp sinh học sử dụng trong xử lí nước thải:

+ Phương pháp xử lí sinh học hiếu khí: xử lí bằng bùn hoạt tính, hồ hiếu khí, bể phản ứng theo mẻ, quá tình tiêu hủy hiếu khí, lọc nhỏ giọt, đĩa quay sinh học, bể lọc sinh học.

Quy trình xử lí nước thải theo phương pháp bùn hoạt tính

* Quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính: Nước thải đã được xử lí sơ cấp được dẫn vào bể thổi khí để cung cấp oxygen cho vi khuẩn và vi sinh vật oxi hóa chất hữu cơ. Trong bể thổi khí, lượng bùn hoạt tính tăng dẫn → Dẫn hỗn hợp từ bể thổi khí sang bể lắng để tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải → Một phần bùn hoạt tính được đưa trở lại bể thổi khí làm giống, phần bùn thừa sau khi được tách nước sẽ được đưa đi phân giải yếm khí.

+ Phương pháp xử lí sinh học yếm khí: xử lí bằng hồ yếm khí, bể UASB, bể lọc yếm khí, lọc trên giá mang hữu cơ.

Quy trình xử lí nước thải bằng phương pháp bể UASB

* Quá trình xử lí nước thải bằng phương pháp bể UASB: Nước thải sẽ được dẫn qua các đường ống cấp dưới đáy bể với vận tốc 0,6 – 0,9 m/s và được điều chỉnh pH duy trì ở 6,6 – 7,6 nhằm đảm bảo sự phát triển của vi sinh vật kị khí → Hỗn hợp bùn và nước thải sẽ được tiếp xúc nhau. Quá trình phát triển sinh khối của các vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm và tạo thành CH₄, CO₂. Lượng khí này sẽ được bám vào bùn và nổi lên trên bề mặt của bể → Bể UASB được lắp các vách nghiêng. Tại đây xảy ra hiện tượng tách pha khí – rắn – lỏng. Để hấp thụ triệt để, hiệu quả nhất lượng khí trên thì dẫn hỗn hợp khí qua dung dịch NaOH từ 5% – 10%. Bùn sau đó sẽ được lắng xuống do tách hoàn toàn khí. Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến bể xử lí tiếp theo.

Xem thêm lời giải bài tập Sinh học lớp 10 Chân trời sáng tạo với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Bài 28: Thực hành: Lên men

Ôn tập chương 5

Bài 29: Virus

Bài 30: Ứng dụng của virus trong y học và thực tiễn

Bài 31: Virus gây bệnh