Bài 26.Công nghệ vi sinh vật trang 124, 125, 126, 127, 128, 129 Sinh 10 Chân trời sáng tạo

>> Xem chi tiết: Lý thuyết công nghệ vi sinh vật - Sinh 10 Chân trời sáng tạo

Mở đầu 

Mỗi năm, con người thải vào môi trường hàng triệu tấn rác thải thông qua các hoạt động sản xuất và sinh hoạt hàng ngày. Giả sử không có vi sinh vật tham gia phân huỷ rác, thì điều gì sẽ xảy ra trên Trái Đất của chúng ta?

Hướng dẫn giải:

Vi sinh vật có khả năng tổng hợp enzyme sử dụng cho quá trình tổng hợp và phân giải các đại phân tử như protein, polysaccharide, lipit, nucleic acid.

Lời giải chi tiết:

Nếu không có vi sinh vật, các rác thải sẽ không được phân hủy và gây ra các hậu quả như ô nhiễm môi trường, gây tốn diện tích đất để chứa rác thải,...

Câu hỏi

Câu 1: Sản phẩm tạo ra từ công nghệ vi sinh vật có đặc điểm gì? Cho ví dụ minh hoạ.

Câu 2: Hãy kể tên một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật.

Hướng dẫn giải:

Công nghệ vi sinh vật là một lĩnh vực quan trọng của công nghệ sinh học, sử dụng vi sinh vật hoặc các dẫn xuất của chúng để tạo ra sản phẩm phục vụ cho đời sống của con người.

Lời giải chi tiết:

Câu 1: Sản phẩm từ công nghệ vi sinh vật thường có đặc điểm là an toàn, thân thiện với môi trường, giá thành rẻ, hiệu quả lâu dài.

Câu 2: Một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật:

- Trong y tế: Tạo ra các chất có hoạt tính sinh học cao như kháng sinh, enzyme,...

- Trong nông nghiệp: Tạo ra các chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học giúp ức chế hoặc tiêu diệt các sinh vật gây hại, các chế phẩm phân vi sinh sử dụng cho cây trồng.

- Trong công nghiệp thực phẩm: các enzyme, các acid hữu cơ, các chất ức chế sinh trường do vi sinh vật tạo ra được sử dụng trong công nghiệp giấy, dệt nhuộm, giặt tẩy,...; trong sản xuất ethanol sinh học, công nghiệp hóa chất.

- Trong bảo vệ môi trường: Được ứng dụng trong xử lý rác thải và nước thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, khí thải.

Luyện tập

Hãy liệt kê các sản phẩm từ công nghệ vi sinh vật được sử dụng trong đời sống hằng ngày.

Hướng dẫn giải:

Công nghệ vi sinh vật là lĩnh vực nghiên cứu, ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất, chế biến các sản phẩm phục vụ cho đời sống của con người theo quy trình kỹ thuật, công nghệ đặc thù.

Các thành tựu của công nghệ vi sinh vật được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, công nghiệp, y học và xử lí môi trường.

Lời giải chi tiết:

Các sản phẩm từ công nghệ vi sinh vật được sử dụng trong đời sống hằng ngày

- Các chế phẩm sinh học trong bảo vệ sức khỏe con người như vaccine, kháng sinh,...

- Các chế phẩm sinh học trong nông nghiệp: Thuốc trừ sâu, phân bón.

- Nhiên liệu sinh học như xăng E95, khí biogas được sử dụng trong sinh hoạt.

- Các loại thực phẩm, đồ uống như rượu, bia, phomai, bánh mì,...

Câu hỏi 2 

Câu 3: Cho biết cơ sở khoa học của việc sản xuất phân bón vi sinh.

Câu 4: Kể tên một số loại phân bón vi sinh được sử dụng phố biến hiện nay.

Hướng dẫn giải:

Phân bón vi sinh chế phẩm, có chứa một hoặc nhiều chủng VSV vật sống, có ích cho cây trồng đã được tuyển chọn, sử dụng bón vào đất hoặc xử lý cho cây để cải thiện hoạt động của VSV trong đất vùng rễ cây bằng cách cung cấp dinh dưỡng cho cây, tăng độ màu mỡ của đất.

Lời giải chi tiết:

Câu 3: Cơ sở khoa học của việc sản xuất phân bón vi sinh là khả năng phân giải các chất hữu cơ, vô cơ mà cây khó hấp thụ thành các chất vô cơ mà cây có thể hấp thụ được.

Câu 4: Một số loại phân bón vi sinh được sử dụng phố biến hiện nay:

- Phân vi sinh cố định đạm (N)

- Phân vi sinh phân giải lân.

- Phân bón vi sinh phân giải silicat.

- Phân bón vi sinh ức chế các vi sinh vật gây bệnh.

- Phân bón vi sinh chứa chất giữ ẩm polysacarit.

- Phân vi sinh giúp phân giải hợp chất hữu cơ (cellulose)

Câu hỏi 

Câu 5: Kể tên một số loại thực phẩm được tạo ra nhờ ứng dụng công nghệ vi sinh vật.

Câu 6: Công nghệ vi sinh vật có vai trò như thế nào đối với ngành chăn nuôi?

Hướng dẫn giải:

- Một số vi sinh vật được sử dụng trong quá trình lên men để sản xuất thực phẩm như nấm men Saccharomyces cerevisiae, vi khuẩn Thermobacterium cereale, nấm mốc Lactococcus lactisc,...

- Các sản phẩm của quá trình tổng hợp và phân giải từ vi sinh vật như enzyme, acid amin, sinh khối,.. được ứng dụng trong sản xuất thức ăn và các chế phẩm trong chăn nuôi.

Lời giải chi tiết:

Câu 5: Một số loại thực phẩm được tạo ra nhờ ứng dụng công nghệ vi sinh vật:

- Rượu, bia sử dụng các vi sinh vật như nấm men Saccharomyces cerevisiae, S. ellipsoideus,...; nấm mốc Aspergillus oryzae,...; vi khuẩn Clostridium, vi khuẩn lactic Thermobacterium cereale,...

- Bánh mì sử dụng nấm men Saccharomyces cerevisiae.

- Phomat sử dụng nấm mốc Lactococcus lactisc.

- ...

Câu 6: Vai trò của công nghệ vi sinh vật đối với ngành chăn nuôi:

Công nghệ vi sinh có vai trò trong tạo ra các loại thức ăn cho vật nuôi, các chế phẩm giúp tăng sức đề kháng và tăng năng suất cho vật nuôi, các sản phẩm xử lý rác thải trong chăn nuôi như mùi hôi, phân,...

Câu hỏi 

Câu 7: Hãy kể tên một số loại kháng sinh. Cho biết nguồn gốc và tác dụng của loại thuốc kháng sinh đó.

Hướng dẫn giải:

Nhiều vi sinh vật có thể sinh tổng hợp kháng sinh đề ức chế sự phát triển của các sinh vật khác. Do vậy, có thể tuyển chọn và nuôi các vi sinh vật để sản xuất thuốc kháng sinh dùng trong chữa bệnh.

Lời giải chi tiết:

Câu hỏi 

Câu 7: Dựa vào đặc điểm nào của vi sinh vật mà người ta có thể ứng dụng chúng để xử lí ô nhiễm môi trường? Cho ví dụ.

Hướng dẫn giải:

Vi sinh vật có khả năng phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản nên được ứng dụng trong xử lý rác thải hữu cơ, giúp bảo vệ môi trường, đồng thời làm phân bón cho cây trồng.

Lời giải chi tiết:

- Khả năng phân hủy các chất hữu cơ của vi sinh vật như như: cellulose, tinh bột, protein, lipid, pectin, chitin,... có trong môi trường là cơ sở để con người ứng dụng chúng để xử lí ô nhiễm môi trường.

- Ví dụ:

+ Sử dụng vi khuẩn Clostridium thermocellum để phân huỷ rác hữu cơ.

+ Sử dụng chế phẩm EM (gồm hỗn hợp các vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, vi khuẩn Bacillus subtilis, vi khuẩn Bacillus mesentericus, vi khuẩn Bacillus megaterium, xạ khuẩn và nấm men) để xử lí các bãi rác chôn lấp bằng phương pháp kị khí,..

+ Chế phẩm Bio-EM chứa các vi sinh vật Bacillus sp., Lactobacillus sp., Streptomyces sp., Saccharomyces sp., Aspergillus sp., Nitrobacter sp., Nitrosomonas sp.,... giúp phân huỷ các chất hữu cơ  trong môi trường nước.

Câu hỏi 

Câu 9: Sự phát triển của công nghệ vi sinh vật có ảnh hưởng như thế nào đến các ngành nghề khác?

Câu 10: Hãy kể tên một số ngành nghề có liên quan đến công nghệ vi sinh vật. Xác định vị trí và cơ quan làm việc của các ngành nghề đó.

Hướng dẫn giải:

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

- Các vị trí việc làm liên quan đến các ngành nghề về công nghệ vi sinh vật gồm: nghiên cứu viên, kĩ thuật viên, kĩ sư, chuyên viên tư vấn, chuyên gia hoạch định chính sách,...

Lời giải chi tiết:

Câu 9: Sự phát triển của công nghệ vi sinh vật sẽ dẫn đến sự phát triển của nhiều ngành nghề có liên quan và mở ra nhiều cơ hội nghề nghiệp mới trong tương lai.

Câu 10: Một số ngành nghề có liên quan đến công nghệ vi sinh vật và vị trí và cơ quan làm việc tương ứng:

Luyện tập 

Hãy lựa chọn một ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật mà em quan tâm và cho biết em cần chuẩn bị kiến thức, kĩ năng gì để làm tốt công việc của ngành nghề đó.

Hướng dẫn giải:

Các vị trí việc làm chủ yếu liên quan đến các ngành nghề về công nghệ vi sinh vật gồm: nghiên cứu viên, kĩ thuật viên, kĩ sư, chuyên viên tư vấn, chuyên gia hoạch định chính sách,...

Lời giải chi tiết:

Em có thể chọn một trong các ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật và tìm hiểu về các vị trí việc làm của nghề, các kĩ năng và kiến thức cần có của ngành nghề đó.

Ví dụ: Ngành kĩ sư – Vị trí việc làm: Kĩ sư thực phẩm.

Các kiến thức cần có: Công nghệ thực phẩm, công nghệ sinh học, hóa học, vệ sinh an toàn thực phẩm, dinh dưỡng,…

Các kĩ năng cần có: Phân tích, tổng hợp, thu thập mẫu,...

Câu hỏi 

Câu 11: Hãy nêu một số triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai.

Hướng dẫn giải:

Trong tương lai, công nghệ sinh học hướng tới các triển vọng về nhiên liệu sinh học, tạo nguồn gene vi sinh vật mới thông qua các phương pháp gây đột biến, chuyển gene; khai thác nguồn gene của các vi sinh vật sống ở điều kiện môi trường cực đoan; xây dựng các hệ thống tự động hóa trong quy trình sản xuất,...

Lời giải chi tiết:

- Sản xuất pin nhiên liệu vi sinh vật (microbial fuel cell) để làm chỉ thị đánh giá nhanh nước thải bằng cách dựa vào dòng điện.

- Sử dụng công nghệ Nano Bioreactor (là sự kết hợp giữa vật liệu sinh học bioreactor và máy sục khí nano) để xử lí nước thải bằng cách thúc đẩy quá trình tự làm sạch của môi trường thông qua việc phát huy tối đa khả năng phân giải các chất bẩn, độc hại của các vi sinh vật sẵn có trong môi trường.

- Tạo giống vi sinh vật bằng công nghệ DNA tái tổ hợp, tạo đột biến định hướng, chỉnh sửa gene, phân lập gene.

- Sử dụng công nghệ chuyển gene để sản xuất các chế phẩm sinh học, nhờ vào khả năng sinh trưởng nhanh, chuyển hoá mạnh của vi sinh vật.

- Bảo quản giống vi sinh vật bằng công nghệ làm lạnh sâu.

- Lên men quy mô lớn, thu hồi sản phẩm bằng cách tăng tính đồng bộ hoá, ứng dụng công nghệ 4.0 trong kiểm soát, điều khiển quá trình lên men, tự động hoá trong các khâu.

- Thu hồi và tạo sản phẩm bằng công nghệ lọc tiếp tuyến; li tâm liên tục, siêu li tâm, công nghệ sấy phun, công nghệ tạo vi nang,.

- Sử dụng công nghệ vi sinh vật Microbiome (hệ vi sinh vật sống trên cơ thể con người) trong sản xuất mĩ phẩm bảo vệ da.

Luyện tập

Hãy để xuất một ý tưởng ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong tương lai có thể đem lại hiệu quả cao và thúc đẩy sự phát triển kinh tế – xã hội.

Hướng dẫn giải:

Trong tương lai, công nghệ sinh học hướng tới các triển vọng về nhiên liệu sinh học, tạo nguồn gene vi sinh vật mới thông qua các phương pháp gây đột biến, chuyển gene; khai thác nguồn gene của các vi sinh vật sống ở điều kiện môi trường cực đoan; xây dựng các hệ thống tự động hóa trong quy trình sản xuất,...

Lời giải chi tiết:

Em có thể đề xuất một ý tưởng về ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong tương lai dựa theo các triển vọng của công nghệ vi sinh vật.

Ví dụ: vi khuẩn chứa gen có khả năng tiêu diệt tế bào ung thư; chế phẩm vi sinh vật có khả năng xử lý rác thải nhựa,....

Vận dụng

Thực hiện dự án tìm hiểu về các sản phẩm công nghệ vi sinh vật và làm tập san các bài viết, tranh ảnh về công nghệ vi sinh vật.

Hướng dẫn giải:

Các nhóm dựa vào đề tài và các bước đã được gợi ý trong sách để thực hiện dự án về sản phẩm công nghệ vi sinh vật. Nội dung cần tìm hiểu gồm

- Tên các sản phẩm ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong các lĩnh vực.

- Hình ảnh/ tên của các sản phẩm đó trên thị trường.

- Vai trò của sản phẩm đó trong từng linh vực.

- Các chủng vi sinh vật được sử dụng trong các sản phẩm đó.

- Cơ sở của việc ứng dụng sản phẩm

- Quy trình sản xuất các vi sinh vật.

- ....

Lời giải chi tiết:

Ví dụ các nội dung cần tìm hiểu của mỗi nhóm:

(1) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong sản xuất nông nghiệp;

- Tên các sản phẩm: Chế phẩm sinh học BT.

- Vai trò: Tiêu diệt các côn trùng gây hại cho côn trùng như sâu bướm, bọ cánh cứng, ong bắp cày, kiến,...

- Chủng vi sinh vật được sử dụng: vi khuẩn Bacillus thuringiensis.

- Cơ sở của sản phẩm: Vi khuẩn tiết ra các protein gây độc cho hệ thống tiêu hóa của các côn trùng ăn phải lá có chứa vi khuẩn này.

- Quy trình sản xuất:

(2) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong sản xuất công nghiệp và thực phẩm;

Ví dụ: Sữa chua

- Tên các sản phẩm: Sữa chua.

- Vai trò:

- Chủng vi sinh vật được sử dụng: vi khuẩn Lactobacterium bulgaricus và Streptococcus thermophilus.

- Cơ sở của sản phẩm: Quá trình lên men của các vi khuẩn lactic có lợi cho đường tiêu hóa.

- Quy trình sản xuất:

Nguyên liệu → Phối trộn → Gia nhiệt → Đồng hoá 1 → Làm lạnh → Ageing → Thanh trùng → Đồng hoá 2 → Hạ nhiệt → Cấy men → Ủ → Làm lạnh → Bồn rót → Đóng gói, dán nhãn.

(3) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong y tế;

Ví dụ: Kháng sinh

- Tên các sản phẩm: Kháng sinh Penicillin

- Vai trò: Sử dụng để tiêu diệt các vi khuẩn trong điều trị các bệnh nhiễm trùng.

- Chủng vi sinh vật được sử dụng: vi khuẩn Penicillium chrysogenum.

- Cơ sở của sản phẩm: Vi khuẩn tiết kháng sinh làm phá vỡ thành tế bào của vi khuẩn bằng cách ngăn chặn protein liên kết các peptidoglycan với nhau.

- Quy trình sản xuất:

(4) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong xử lí môi trường.

- Tên các sản phẩm: Chế phẩm EM

- Vai trò: Cải tạo hệ vi sinh môi trường thủy sản, xử lý mùi hôi chuồng trại, ủ rác thải hữu cơ như phân giá súc, các bộ phận của cây,... và cung cấp phân bón cho cây.

- Chủng vi sinh vật được sử dụng: vi khuẩn vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, vi khuẩn Bacillus subtilis, vi khuẩn Bacillus mesentericus, vi khuẩn Bacillus megaterium, xạ khuẩn và nấm men.

- Cơ sở của sản phẩm: Quá trình phân giải các chất hữu cơ.

- Quy trình sản xuất:

Bước 1: Nhân giống cấp 1 trên máy lắc: Chuẩn bị các môi trường phù hợp và các điều kiện nuôi cấy (nhiệt độ, ảnh sáng,...).

Bước 2: Lên men (nhân giống cấp 2) trong nồi ở  điều kiện hiếu khí (3 ngày) sau đó chuyển sang môi trường kỵ khí ( 3- 4 ngày), kiểm tra pH hàng ngày và bổ sung các phụ gia.

Bước 3: Kiểm tra mật độ và kiểm tra chất lượng sản phẩm.

Bước 4: Đóng gói sản phẩm.

Bài tập 

Câu 1: Hãy tìm hiểu và lập bảng thống kê một số chủng vi sinh vật được con người ứng dụng trong đời sống hằng ngày.

Câu 2: Hãy nêu tên các sản phẩm có ứng dụng công nghệ vi sinh vật được sản xuất ở Việt Nam.

Câu 3: Hãy phân biệt phân bón vi sinh vật và phân bón hữu cơ vi sinh vật.

Hướng dẫn giải:

- Một số chủng vi sinh vật được sử dụng hàng ngày:

+ Vi sinh vật có trong các loại thực phẩm như sữa chua (Lactobacillus bulgaricus và Streptococcus thermophilus); rau, củ muối chua (Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum, Lactobac barssicae fermentati); trong quá trình sản xuất rượu, bia (nấm men Saccharomyces cerevisiae); trong quá trình sản xuất nước tương (nấm mốc Aspergillus oryzae)

+ Vi sinh vật trong các loại phân bón sinh học: nấm Mycorrhizae, vi khuẩn Rhizobium; trong chế phẩm thuốc trừ sâu: nấm Metarhizium sp., Bavaria sp., vi khuẩn Bacillus thuringiensis,...

+ Vi sinh vật có trong các chế phẩm xử lý rác thải: vi khuẩn Clostridium thermocellum, vi khuẩn Bacillus sp., Lactobacillus sp., Streptomyces sp., Saccharomyces sp., Aspergillus sp., Nitrobacter sp., Nitrosomonas sp.,...

- Các thành tựu của công nghệ sinh học:

+ Trong nông nghiệp: tạo các chế phẩm sinh học làm phân bón vi sinh hoặc thuốc trừ sâu sinh học.

+ Trong công nghiệp thực phẩm: Sản xuất các loại nước uống, bánh mì, phomai, các sản phẩm cung cấp vi khuẩn có lợi như sữa chua,...

+ Trong y học: Tạo các loại vaccine, kháng thể, hormone,...

+ Trong xử lý ô nhiễm môi trường; Tạo các chế phẩm xử lý rác thải hữu cơ trong môi trường, đồng thời tạo ra các sản phẩm phụ có lợi cho con người như phân bón hữu cơ, khí sinh học,...

- Phân hữu cơ vi sinh là loại phân bón hữu cơ có chứa từ một đến nhiều chủng vi sinh vật có ích, được chế biến bằng cách xử lý và phối trộn các nguyên liệu hữu cơ sau đó lên men với các chủng vi sinh.

- Phân bón vi sinh là một loại chế phẩm chứa những chủng vi sinh vật đã qua tuyển chọn kỹ lưỡng, nhằm đảm bảo đáp ứng các điều kiện kỹ thuật về các loại vi sinh được phép sử dụng làm chế phẩm sinh học.

Lời giải chi tiết:

Câu 1: Bảng thống kê một số sản phẩm sử dụng các chủng vi sinh vật:

Câu 2: Các sản phẩm có ứng dụng công nghệ vi sinh vật được sản xuất ở Việt Nam:

- Trong nông nghiệp: Phân hữu cơ vi sinh Sông Gianh, thuốc bảo vệ thực vật BT Bitadin WP,...

- Trong công nghiệp thực phẩm: Sữa chua Vinamilk, trà Kombucha,...

- Trong y học: Kháng sinh Penicillin V, Bột tảo xoắn Spirulina Mediworld,...

- Trong xử lý môi trường: Chế phẩm Emuniv; Chế phẩm sinh học Emozeo,...

Câu 3: Phân biệt phân bón vi sinh vật và phân bón hữu cơ vi sinh vật: