BÀI 22 - VAI TRÒ VÀ ỨNG DỤNG CỦA VI SINH VẬT

MỞ ĐẦU

Câu 1: Vi sinh vật có vai trò rất quan trọng với con người và tự nhiên. Hãy kể một số ví dụ về vai trò của vi sinh vật trong đời sống hằng ngày.

Giải nhanh:

Để kê đơn thuốc chính xác giúp người bị bệnh nhiễm khuẩn phổi mau khỏi, bác sĩ có thể đưa ra các chỉ định sau:

- Chụp X-quang phổi: Chẩn đoán viêm phổi.

- Xét nghiệm máu: Kiểm tra tình trạng nhiễm khuẩn phổi qua số lượng hồng cầu.

- Nuôi cấy đờm: Xác định vi khuẩn gây bệnh và khả năng kháng thuốc của chúng, từ đó chọn loại kháng sinh phù hợp.

I. VAI TRÒ CỦA VI SINH VẬT

Câu 1: Quan sát hình 22.1, nêu một số ví dụ minh hoạ về vai trò của vi sinh vật đối với tự nhiên.

Giải nhanh:

- Phân giải chất thải và xác sinh vật thành chất khoáng, đảm bảo vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên và làm giàu chất dinh dưỡng cho đất.

- Tạo ra chất dinh dưỡng từ quá trình tự dưỡng, cung cấp cho các sinh vật dị dưỡng.

- Cộng sinh với nhiều loài sinh vật khác, đảm bảo sự tồn tại và phát triển của các loài này trong tự nhiên.

- Phân giải các chất thải, đặc biệt là các chất thải độc hại như nhựa, hoá chất nhân tạo, chất phóng xạ, giúp làm giảm ô nhiễm môi trường.

- Cộng sinh trong cơ thể người, hỗ trợ tăng cường hệ miễn dịch, quá trình tiêu hoá, tổng hợp một số vitamin và axit amin không thể tổng hợp bởi cơ thể.

- Sử dụng trong chế biến thực phẩm, sản xuất thuốc kháng sinh, vitamin và các sản phẩm sinh học khác trên quy mô công nghiệp.

Câu 2: Hãy kể tên những sản phẩm từ vi sinh vật phục vụ cho đời sống con người mà em biết.

Giải nhanh:

- Đồ tập luyện cho vận động viên với vi khuẩn Escherichia coli được thêm vào chất liệu vải may.

- Phân vi sinh phục vụ trong nông nghiệp.

- Thuốc chữa bệnh và thức ăn cho chăn nuôi.

- Vaccine, thuốc kháng sinh, men tiêu hoá, và các loại protein để chữa bệnh.

- Các sản phẩm lên men như bánh mỳ, rượu, bia, sữa chua, nước mắm.

Câu 3: Một bạn học sinh nói: “Vi sinh vật có hại vì chúng gây bệnh cho con người, vì vậy cần kìm hãm và tiêu diệt chúng”. Em có đồng ý với ý kiến của bạn không? Giải thích.

Giải nhanh:

Một bạn học sinh nói như vậy là không đúng, vì bên cạnh các vi sinh vật có hại thì có rất nhiều vi sinh vật có lợi và có ích trong cuộc sống của con người như probiotic, geobacter, prokaryote,...

II. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA VI SINH VẬT

Câu 1: Việc ứng dụng vi sinh vật trong thực tiễn dựa trên những cơ sở khoa học nào?

Giải nhanh:

Vi sinh vật có những đặc điểm sinh học quan trọng như kích thước nhỏ, sinh trưởng nhanh và phát triển mạnh, khả năng tổng hợp và phân giải các chất nhanh chóng, đa dạng về di truyền, và phổ sinh thái và dinh dưỡng rộng. Nhờ những đặc điểm này, vi sinh vật được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và nghiên cứu, từ sản xuất các sản phẩm dinh dưỡng đến nghiên cứu sinh thái và chế biến công nghiệp.

Câu 2: Công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong các lĩnh vực nào? Nêu một số ví dụ minh hoạ cho từng lĩnh vực.

Giải nhanh:

- Trong nông nghiệp: sản xuất phân bón vi sinh vật giúp phân giải các hợp chất phân bón khó tan như phospho, xenlulose và các loại phân bón hữu cơ vi sinh. Các sản phẩm như Bacillus thuringiensis (Bt) và nấm xanh – nấm trắng được sử dụng làm thuốc sâu vi sinh.

- Trong chế biến thực phẩm: vi sinh vật như Saccharomyces cerevisiae được sử dụng để lên men trong sản xuất bánh mì, bia và rượu; vi khuẩn lactic được sử dụng trong sản xuất sữa chua và pho mát; và các sản phẩm như rượu tương và nước mắm.

- Trong y dược: sản xuất thuốc kháng sinh, vaccine, amino acid, protein đơn bào, hormone, probiotics và các sản phẩm sinh học khác. Vi sinh vật cũng được sử dụng trong chẩn đoán các bệnh như ung thư và các bệnh mới như COVID-19 bằng kỹ thuật PCR.

- Trong xử lý chất thải: sử dụng để xử lí sinh học trong các bể hiếu khí, thiếu khí và kị khí. Vi sinh vật giúp chuyển hoá chất thải thành methane (CH4), carbon dioxide (CO2) và chất lắng không phân huỷ. Chúng cũng được áp dụng để xử lí các sự cố môi trường như tràn dầu và sản xuất bột giặt.

Câu 3: Việc ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất nước tương, nước mắm dựa trên cơ sở khoa học nào?

Giải nhanh:

- Quá trình phân giải của vi sinh vật.

III. MỘT SỐ THÀNH TỰU VÀ TRIỂN VỌNG CỦA CÔNG NGHỆ VI SINH VẬT TRONG TƯƠNG LAI

Câu 1: Nêu một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật.

Giải nhanh:

Một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật bao gồm:

- Công nghệ lên men: sản xuất thức ăn chăn nuôi, bia, rượu, sữa chua và các sản phẩm lên men khác.

- Công nghệ thu hồi sản phẩm: sản xuất thuốc bảo vệ thực vật sinh học như Bacillus thuringiensis (Bt), thuốc kháng sinh, vaccine, chế phẩm xử lí chất thải rắn và nước thải, phân bón vi sinh, acid và dung môi hữu cơ.

Câu 2: Phân tích triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai. Kể tên một số ngành nghề liên quan đến vi sinh vật trong tương lai và triển vọng của các ngành nghề đó.

Giải nhanh:

- Triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai:

• Công nghệ vi sinh vật đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trên thế giới.
• Sự kết hợp giữa công nghệ vi sinh hiện đại, công nghệ nano, công nghệ thông tin và trí tuệ nhân tạo có thể mở ra những mô hình công nghệ mới và trở thành xu thế trong tương lai.
• Những vấn đề lớn về công nghệ vi sinh vật đang được nghiên cứu trên thế giới bao gồm nghiên cứu hệ vi sinh vật Trái Đất và nghiên cứu hệ vi sinh vật con người. Những nghiên cứu này mở ra nhiều hướng ứng dụng mới có giá trị to lớn đối với mọi mặt của đời sống con người, trong đó có những hướng phát triển mới chưa từng có như nghiên cứu sản xuất ra điện từ những loại vi khuẩn có thể sản sinh ra điện năng hay xử lí vết nứt bê tông cho các công trình xây dựng bằng các vi sinh vật.

- Một số ngành nghề liên quan đến vi sinh vật trong tương lai và triển vọng của các ngành nghề đó:

• Sự phát triển của công nghệ vi sinh vật kéo theo sự phát triển và xuất hiện của nhiều ngành nghề có liên quan như ngành công nghiệp thực phẩm chuyên nghiên cứu và sản xuất các loại rượu, bia, các sản phẩm lên men từ sữa,...; công nghiệp dược phẩm chuyên nghiên cứu và sản xuất các loại kháng sinh, kháng thể đơn dòng, vaccine, enzyme...; lĩnh vực y tế với các phòng xét nghiệm vi sinh giúp chẩn đoán bệnh, các trung tâm dịch tễ,...; lĩnh vực môi trường với các trung tâm xử lý ô nhiễm môi trường, tái tạo năng lượng.
• Sự phát triển của các ngành nghề đó mở ra cơ hội nghề nghiệp cho nhiều người như nghề kĩ sư chế biến thực phẩm, dược sĩ, nhân viên xét nghiệm, kĩ sư môi trường, nhà dịch tễ học,...  

LUYỆN TẬP VÀ VẬN DỤNG

Câu 1: Giải thích vì sao các sinh vật nhân sơ mặc dù có kích thước nhỏ bé và cấu tạo đơn giản nhưng lại có vai trò “khổng lồ" đối với Trái Đất và sự sống.

Giải nhanh:

Các sinh vật nhân sơ mặc dù có kích thước nhỏ bé và cấu tạo đơn giản nhưng lại có vai trò “khổng lồ" đối với Trái Đất và sự sống vì:

• Sinh vật nhân sơ rất cần thiết trong việc duy trì mọi khía cạnh của sự cân bằng sinh thái của thế giới sống như chất phân hủy, nhà sản xuất và chất cố định nitơ, tham gia chính vào chu trình cacbon và.
• Chúng sản xuất hoặc xử lý các chất dinh dưỡng trong đường tiêu hóa của con người và các loài động vật khác.
• Sinh vật nhân sơ được sử dụng để sản xuất một số thực phẩm cho con người, và cũng được sử dụng để phân hủy các vật liệu nguy hiểm.
• Sinh vật nhân sơ được sử dụng để làm sạch các mối nguy môi trường khác nhau và làm cho các nguồn năng lượng sẵn có và hiệu quả hơn. Ngoài ra, một số loài có công dụng cụ thể trong công nghiệp của con người.

Câu 2: Nêu một số ví dụ về ứng dụng của vi sinh vật trong đời sống.

Giải nhanh:

- Sản xuất phân bón vi sinh từ khả năng cố định Nitơ (N2) trong không khí, cải tạo đất và tăng năng suất cây trồng.

- Sản xuất thuốc trừ sâu vi sinh từ khả năng ức chế sự phát triển của sâu và bệnh hại trên cây trồng, thay thế thuốc trừ sâu hóa học để đảm bảo hiệu quả và an toàn cho môi trường.

- Sử dụng vi khuẩn Saccharomyces cerevisiae và vi khuẩn lactic để lên men sản xuất rượu, bia, bánh mì, sữa chua và pho mát.

- Sản xuất các sản phẩm sinh học như insulin, hormone sinh trưởng, cytokine kích thích miễn dịch và interferon từ công nghệ tái tổ hợp vi khuẩn và nấm men.

- Ứng dụng vi sinh vật trong chuẩn đoán các bệnh hiểm nghèo, ung thư và các bệnh mới phát sinh.

- Sử dụng hệ vi sinh hiếu khí và kị khí trong các bể xử lí sinh học để xử lí nước thải.

- Sử dụng vi sinh vật như Alcanivorax borkumensis để xử lí các sự cố tràn dầu trên biển.

- Sử dụng các Archaea sinh methane để xử lí chất thải vật nuôi, sản xuất khí biogas và phân bón hữu cơ cho cây trồng, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Câu 3: Giải thích vì sao việc chuyển sang trồng đậu nành trên mảnh đất đã trồng khoai trước đó lại có tác dụng duy trì nitrogen trong đất.

Giải nhanh:

Cây họ đậu có thể tăng hàm lượng nitơ trong đất vì:

• Các loại đậu lấy nitơ từ không khí chuyển hóa thành amoniac, amoniac là dạng mà cây trồng có thể được chuyển đổi ngay lập tức thành protein giúp cây phát triển. Các mô đặc biệt trên rễ cây họ đậu cung cấp một nơi trú ẩn an toàn cho hàng ngàn vi khuẩn cố định nitơ.
• Những vi khuẩn này cung cấp nitơ dồi dào ở dạng hữu ích nhất cho sự phát triển của thực vật. Sau khi vụ mùa được thu hoạch, phế phẩm của chúng phân hủy và cung cấp nitơ hữu ích cho đất để các cây khác có thể sử dụng nó.
  • Vì thế, những cây trồng họ đậu này thậm chí còn như một loại phân xanh, bằng cách cày những cây họ đậu vào đất, chúng sẽ cung cấp nhiều nitơ hơn cho đất trồng.