BÀI 21 - TRAO ĐỔI CHẤT, SINH TRƯỞNG VÀ SINH SẢN Ở VI SINH VẬT

MỞ ĐẦU

Câu 1: 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?

Giải nhanh:

- Xác định số lượng vi khuẩn E.coli trong bức ảnh tiếp theo:

Hình 1: có 1 vi khuẩn.

Hình 2: có 2 vi khuẩn.

Hình 3: có 4 vi khuẩn.

Hình 4: có 8 vi khuẩn.

Hình 5: có 16 vi khuẩn.

Như vậy, cứ sau 20 phút thì số lượng vi khuẩn E.coli tăng gấp đôi, do đó sẽ có 16 × 2 = 32 vi khuẩn E.coli trong bức ảnh tiếp theo.

- Nhận xét về quá trình sinh sản của E.coli: Quá trình sinh sản của E.coli tăng nhanh về số lượng tế bào trong quần thể. Cứ 20 phút, tế bào E.coli lại phân chia một lần.

I. QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP VÀ PHÂN GIẢI CÁC CHẤT Ở VI SINH VẬT

Câu 1: Nêu một số ví dụ về quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật.

Giải nhanh:

- Quá trình tổng hợp bao gồm tổng hợp carbohydrate, protein, lipid, nucleic acid,...

- Quá trình phân giải bao gồm phân giải protein, polysaccharide, lipid,...

Câu 2: 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?

Giải nhanh:

• Quá trình tổng hợp:

• Quá trình phân giải

Câu 3: 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 hoạ.

Giải nhanh:

- Ứng dụng vào lĩnh vực sản xuất nông nghiệp như sản xuất thực phẩm cho người và thức ăn cho gia súc. 

- Ví dụ: Nhờ prôtêaza của vi sinh vật mà prôtêin của cá, đậu tương... được phân giải tạo ra các axit amin, dùng nước muối chiết chứa các axit amin này ta được các loại nước mắm, nước chấm...

II. SINH TRƯỞNG CỦA QUẦN THỂ VI KHUẨN

Câu 1: 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.

Giải nhanh:

Khái niệm sinh trưởng ở vi sinh vật và sinh trưởng ở thực vật và động vật:

• Sinh trưởng ở động vật và thực vật là sự tăng lên về kích thước cơ thể sinh vật.
• Sinh trưởng của quần thể sinh vật là sự tăng lên về mặt số lượng tế bào trong quần thể.

Sở dĩ có sự khác nhau đó là do vi khuẩn có kích thước vô cùng nhỏ không thể nhìn thấy bằng mất thường và sinh sống bằng cách xâm nhập vật chủ và sống theo quần thể chứ không tồn tại độc lập từng cá thể như động, thực vật. Do đó khi nói đến sinh trưởng ở vi khuẩn là nói đến sự tăng lên về số lượng tế bào trong quần thể.

Câu 2: 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?

Giải nhanh:

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: 

Câu 3: 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?

Giải nhanh:

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 chúng ta có thể điều chỉnh các điều kiện và quá trình trong nuôi cấy, loại bỏ các ảnh hưởng khắc nghiệt của các thành phần môi trường, tránh các hiệu quả độc của thành phần môi trường, do đó các chế phẩm cho hiệu quả theo nhu cầu mong muốn.

III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SINH TRƯỞNG CỦA QUẦN THỂ VI SINH VẬT

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

Giải nhanh:

- Các yếu tố vật lý:

- Các yếu tố hóa học:

• Chất dinh dưỡng: Các loài vi sinh vật chỉ có thể tồn tại và sinh sản trong môi trường có các chất dinh dưỡng như protein, carbohydrate, lipid, ion khoáng,...
• Chất ức chế: Một số chất hoá học có khả năng ức chế sự sinh trưởng của vi sinh vật theo các cơ chế khác nhau:

Câu 2: 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.

Giải nhanh:

- Tác dụng của kháng sinh: Kháng sinh được sử dụng để tiêu diệt hoặc kiềm hãm sự phát triển của vi khuẩn, giảm đáp ứng viêm do vi khuẩn gây ra.

- Hiện tượng kháng kháng sinh: Là khi vi khuẩn phát triển kháng lại kháng sinh, khiến thuốc không còn hiệu quả trong điều trị. Nguyên nhân thường là do sử dụng không đúng chỉ định hoặc tự ý sử dụng thuốc. Vi khuẩn kháng thuốc cũng có thể lây từ động vật qua tiếp xúc hoặc tiếp cận trong quá trình chế biến thực phẩm.

- Tác hại: Vi khuẩn kháng thuốc làm cho điều trị nhiễm khuẩn trở nên khó khăn, có thể dẫn đến biến chứng nghiêm trọng, kéo dài thời gian điều trị và tăng chi phí y tế. Nếu không điều trị được, nguy cơ tử vong có thể xảy ra.

Câu 3: 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?

Giải nhanh:

- Trước đây, loét dạ dày được cho là do ăn nhiều thực phẩm cay và căng thẳng thần kinh. Bác sĩ thường khuyên tập thể dục, giảm căng thẳng và áp dụng các phương pháp thư giãn như yoga, thiền, thư giãn cơ bắp tiến bộ và phản hồi sinh học. Chế độ ăn uống cân bằng, giàu rau xanh, hoa quả, hạn chế chất béo và tránh rượu, bia cũng được khuyên dùng.

- Hiện nay, loét dạ dày được biết là do vi khuẩn Helicobacter pylori gây ra. Trường hợp nhẹ, bác sĩ thường chỉ định sử dụng thuốc kháng sinh để tiêu diệt vi khuẩn này cùng với các thuốc kháng axit và ức chế bơm proton để điều trị triệu chứng.

- Các loại thuốc điều trị loét dạ dày bao gồm kháng sinh để kháng vi khuẩn, thuốc kháng axit để điều chỉnh axit dịch vị, thuốc ức chế bơm proton giúp hạn chế tiết axit, thuốc tạo màng bảo vệ ổ loét và thuốc kháng vi khuẩn Helicobacter pylori.

- Trường hợp nặng, bác sĩ có thể chỉ định phẫu thuật để loại bỏ phần dạ dày bị loét hư hỏng và may lại, giúp giảm các triệu chứng đau rát trong dạ dày.

IV. CÁC HÌNH THỨC SINH SẢN Ở VI SINH VẬT

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

Giải nhanh:

Vi sinh vật có ba hình thức sinh sản chính là phân đôi, bào tử và nảy chồi.

- Phân đôi là hình thức phổ biến nhất, trong đó một tế bào mẹ chia thành hai tế bào con giống nhau. Vi sinh vật nhân sơ phân đôi vô tính, vi sinh vật nhân thực có thể phân đôi hữu tính theo cách tiếp hợp. Ví dụ: trùng giày, trùng roi.

- Sinh sản bằng bào tử xảy ra khi nấm và vi khuẩn tạo ra bào tử, có thể là vô tính hoặc hữu tính. Ví dụ: bào tử đốt ở xạ khuẩn, bào tử đính ở nấm.

- Nảy chồi là phương thức sinh sản vô tính đặc trưng của một số ít vi sinh vật, trong đó cá thể con hình thành từ một phần của cá thể mẹ và sau khi trưởng thành, tách ra thành cá thể độc lập. Ví dụ: vi khuẩn quang dưỡng màu tía, nấm men.

Câu 2: 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)?

Giải nhanh:

LUYỆN TẬP VÀ VẬN DỤNG

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

A. Pha luỹ thừa.                                         B. Pha cân bằng.                 

C. Pha suy vong.                                        D. Pha tiềm phát.

Giải nhanh:

Trong môi trường nuôi cấy không liên tục, số lượng tế bào vi khuẩn tăng nhanh nhất pha luỹ thừa.

Câu 2: 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.

Giải nhanh:

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 vi sinh vật. Mà quá trình sinh trưởng của quần thể sinh vật có thể bị ảnh hưởng bới các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, áp suất thẩm thấu,...

• Nhiệt độ: ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hoá học, sinh hoá học trong tế bào. Nếu nhiệt độ cao vi sinh vật sẽ chết, còn nếu nhiệt độ thấp sẽ kìm hãm sự sinh trưởng của vi sinh vật.
• Độ ẩm: Mỗi loại sinh vật sinh trưởng trong một giới hạn độ ẩm nhất định.
• Độ pH: Ảnh hưởng đến tính thấm qua màng, hoạt động chuyển hóa vật chất trong tế bào, hoạt tính enzim, sự hình thành ATP...
• Áp suất thẩm thấu: Sự chênh lệch nồng độ của một chất giữa 2 bên màng sinh chất gây nên một áp suất thẩm thấu. Áp suất thẩm thấu cao sẽ gây co nguyên sinh ở các tế bào vi sinh vật khiến chúng không phân chia được. Áp suất thẩm thấu thấp làm các tế bào vi sinh vật bị trương nước và có thể vỡ ra.

Câu 3: 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.

Giải nhanh:

- Phương pháp đông lạnh, hút chân không, đóng hộp, chai, lọ, sấy khô, hun khói

Câu 4: 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?

Giải nhanh:

• 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 do đặc trưng khí hậu ở vùng nhiệt đới là khô - nóng hoặc nóng - ẩm, đây là điều kiện nhiệt độ thích hợp để vi khuẩn phát triển. Thời tiết như vậy thường gây ra những rối loạn quá mức về điều hòa nhiệt, dẫn tới tình trạng ngất, co rút, say nóng, suy kiệt do mất nhiều nước trong cơ thể, các vi khuẩn dễ phát triển dịch bệnh. Ở vùng nhiệt đới thì sự thay đổi thời tiết khí hậu rõ ràng và khắc nghiệt hơn so với các nước ôn đới nên dễ làm xuất hiện các loại bệnh xuất hiện theo mùa, do cơ thể bị giảm sức đề kháng hoặc do khí hậu tạo thuận lợi cho các bệnh nhiễm trùng lây lan.
• Thực phẩm và đồ dùng ở vùng nhiệt đới rất nhanh bị hỏng nếu không được bảo quản đúng các vì hầu hết các phản ứng sinh hóa hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật đều bị ảnh hưởng bởi yếu tố nhiệt độ.
• Các vùng nhiệt đới có nhiệt độ trung bình trong khoảng 18-20^oC, đây là nhiệt độ thích hợp làm tăng cường hoạt tính của enzyme và hoạt động của vi sinh vật. 
• Nhiệt độ cao sẽ làm tăng cường độ của các biến đổi về hóa học, hóa sinh và sinh học, tăng cường sự trao đổi chất của tế bào, sự sinh trưởng của vi sinh vật sẽ tăng dần. 
• Độ ẩm không khí cũng là một yếu tố quan trọng giúp vi sinh vật tồn tại và sinh trưởng, vì vậy các thức ăn chứa nhiều nước sẽ dễ bị nhiễm khuẩn. Nhiệt độ nóng ẩm, nóng khô sẽ làm tăng độ hư hỏng do nhóm vi sinh vật ưa ẩm gây ra.

Câu 5: 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 là nên hay không nên? Vì sao?

Giải nhanh:

Việc làm của bạn A là không nên bởi kháng sinh chỉ giúp tiêu diệt vi khuẩn chứ không có hiệu quả trong điều trị các bệnh do virus gây ra, trong đó có cảm cúm và không nên sử dụng trừ khi bị nhiễm khuẩn. 

• Khi cảm lạnh không kèm nhiễm khuẩn, uống kháng sinh không những không có tác dụng điều trị mà còn gây ra các tác dụng phụ. 
• Các tác dụng phụ thông thường như chóng mặt, buồn nôn hoặc nôn, nhiễm trùng nấm men hoặc có thể bị tiêu chảy. Các tác dụng phụ gây ra các vấn đề nghiêm trọng nhưng hiếm gặp có thể là phản ứng dị ứng, khó thở, tổn thương đại tràng,...
• Sử dụng thuốc kháng sinh không cần thiết, theo thời gian, thuốc sẽ trở nên kém hiệu quả hơn ở những lần điều trị tiếp theo. Do vi khuẩn tiếp xúc nhiều với kháng sinh có thể biến đổi để tiếp tục sống sót và có khả năng kháng lại thuốc kháng sinh.