Sinh học 10 Chân trời sáng tạo Bài 26: Công nghệ vi sinh vật

Tóm tắt lý thuyết

1.1. Một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật

a. Khái niệm và cơ sở khoa học của công nghệ vi sinh vật

– 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. Sản 1. Sản phẩm tạo ra từ công nghệ vi sinh phẩm từ công nghệ vi sinh vật thường có đặc điểm là an toàn, vật có đặc điểm gi? Cho ví dụ minh hoa. thân thiện với môi trường, giá thành rẻ, hiệu quả lâu dài.

– Cơ sở khoa học của việc ứng dụng công nghệ vi sinh vật là dựa trên các đặc điểm của vi sinh vật như: có kích thước hiển vi, tốc độ trao đổi chất với môi trường nhanh, sinh trưởng và sinh sản nhanh, có hình thức dinh dưỡng đa dạng. Ngoài ra, một số loài vi sinh vật có thể sống ở những môi trường cực đoan (nhiệt độ cao, độ mặn cao,…). Quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật tạo nên nguồn sản phẩm giá trị cho con người (sinh khỏi, chế phẩm sinh học, sản phẩm lên men,…).

b. Một số thành tựu hiện đại của công nghệ vi sinh vật

– Trong nông nghiệp

+ Công nghệ vi sinh sản xuất phân bón: Sử dụng chế phẩm vi sinh vật để sản xuất các loại phân bón vi sinh. Chế phẩm có thể chứa một hoặc nhiều chủng vi sinh vật có khả năng cố định đạm hoặc phân giải các chất hữu cơ, vô cơ khó hấp thụ thành các chất vô cơ mà cây có thể hấp thụ. Chế phẩm vi sinh vật được phối trộn với chất mang hoặc chất hữu cơ để tạo phân bón. Ví dụ: phân vi sinh cố định đạm, phân vi sinh phản giải lân, phân vi sinh phân giải cellulose,… Hiện nay, các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ gene để tạo ra các chủng vi sinh vật có nhiều đặc điểm tốt, có khả năng ức chế hoặc tiêu diệt các loài vi sinh vật gây hại trong đất nhằm cải thiện đất, tăng năng suất cây trồng.

Hình 26.1. Một số loại phân bón vi sinh vật

+ Công nghệ vi sinh sản xuất thuốc trừ sâu: Sử dụng các chế phẩm vi khuẩn có khả năng tiết ra chất độc diệt sâu bệnh hoặc nấm kí sinh trên côn trùng để sản xuất thuốc trừ sau vi sinh. Ví dụ: sử dụng vi khuẩn Bacillus thuringiensis để sản xuất chế phẩm sinh học trừ sâu Bacillus thuringiensis Bio-B diệt sâu tơ, sâu cuốn lá, sâu xanh, sâu khoang sử dụng chế phẩm nấm Nomuraea rileyi để sản xuất thuốc trừ sâu diệt các loại sâu hại rau…Hiện nay, các nhà khoa học đã sử dụng vi khuẩn làm vector chuyển gene để tạo giống thực vật kháng sâu bệnh, như tạo Hình 26.2. Một số loại chế phẩm thuốc trừ sâu vi sinh vật ra giống bông kháng sâu, chịu thuốc trừ cỏ,

– Trong công nghiệp thực phẩm

Sử dụng các vi khuẩn có khả năng sản xuất sinh khối nhanh để tạo ra các nguyên liệu trong công nghiệp và đời sống. Ví dụ: Sử dụng năm men Saccharomyces cerevisiae để sản xuất ethanol dùng làm nhiên liệu sinh học và sản xuất protein đơn bảo làm thức ăn bổ sung cho vật nuôi; sử dụng vi khuẩn Corynebacterium glutamicum để sản xuất mì chính (bột ngọt); sử dụng nấm mốc Aspergillus niger để sản xuất enzyme amylase, protease bổ sung vào thức ăn chăn nuôi. Sử dụng các vi sinh vật lên men để sản xuất các loại rượu, bia, nước giải khát, thực phẩm. Ví dụ: Sử dụng năm men Saccharomyces cerevisiae để sản xuất rượu vang, bia, bánh mì; sử dụng vi khuẩn

– Trong y học

Lactococcus lactis để sản xuất phomat; sử dụng nấm mốc Aspergillus oryzae để sản xuất nước tương… cho người và động vật. Khoảng 90 % kháng sinh tự nhiên đều được sản 7. Hãy kể tên một số loại kháng xuất từ xạ khuẩn và nấm. Ví dụ: sử dụng nấm Penicillium chrysogenum để sinh. Cho biết nguồn gốc và tác sản xuất kháng sinh penicillin điều trị vết thương nhiễm khuẩn; sử dụng dụng của loại thuốc kháng sinh đó sử dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất thuốc kháng sinh chữa bệnh xạ khuẩn Streptomyces griseus để sản xuất kháng sinh streptomycin điều trị bệnh viêm phổi… Sử dụng công nghệ vi sinh vật để sản xuất hormone hoặc vaccine. Ví dụ: Sử dụng vi khuẩn E. coli để sản xuất insulin điều trị bệnh tiểu đường hoặc làm vector sản xuất vaccine tái tổ hợp.

– Trong xử lí ô nhiễm môi trường

+ Sử dụng công nghệ vi sinh vật đề xử lí rác thải hữu cơ giúp bảo vệ môi trường, đồng thời làm phân bón cho cây trồng. 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 năm men) để xử lí các bãi rác chôn lấp bằng phương pháp kị khi

+ Sử dụng công nghệ vi sinh vật để xử lí nước thải bằng cách phân huỷ các chất hữu cơ có trong môi trường nước, làm sạch nước, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Ví dụ: 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 như: cellulose, tinh bột, protein, lipid, pectin, chitin,… có trong môi trường nước.

1.2. Một số ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật

Công nghệ vi sinh vật đã mở ra nhiều lĩnh vực ngành nghề khác nhau, góp phần giải quyết việc làm, thúc đẩy sự phát triển kinh tế xã hội. Các ngành nghề liên quan đến công nghệ vi sinh vật gắn liền với thực tiễn đời sống sản xuất (chăn nuôi, trồng trọt, sản xuất thực phẩm,..), chăm sóc sức khoẻ, chữa bệnh (ỵ, dược), xử lí ô nhiễm môi trường, nghiên cứu, quản lí các vấn đề liên quan đến việc của các ngành nghề đó. công nghệ vi sinh vật. Qua đó, mở ra nhiều vị trí việc làm mới như: kĩ sư (thiết kế phần mềm, thiết kế và vận hành máy móc, quản lí các dự án có liên quan đến ứng dụng vi sinh vật), kĩ thuật viên (làm việc tại các cơ sở y tế, nhà máy. sản xuất,…), chuyên viên tư vấn các vấn đề liên quan đến vi sinh vật, nhà dịch tễ học,… Có thể khái quát mối liên hệ giữa công nghệ vi sinh vật và một số ngành nghề thuộc các lĩnh vực khác như Hình 26.3.

Hình 26.3. Mối liên hệ giữa công nghệ vi sinh vật và một số ngành nghề thuộc các lĩnh vực khác

Sự phát triển của công nghệ vi sinh vật đã thúc đẩy sự phát triển của các ngành nghề liên quan và mở ra triển vọng cho nhiều ngành nghề khác như: kĩ sư, kĩ thuật viên, chuyên viên tư văn, nhà dịch tễ học…

1.3. Triển vọng của công nghệ vi sinh vật trong tương lai

Công nghệ vi sinh vật ngày càng phát triển mạnh mẽ và đang trở thành một lĩnh vực mũi nhọn trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Trong tương lai, sự kết hợp giữa công nghệ vi sinh hiện đại, công nghệ nano, công nghệ thông tin và trí tuệ nhân tạo sẽ mở ra những triển vọng mới về các ứng dụng trong đời sống và tạo ra những nghề nghiệp mới.

– 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 sinh ra để đánh giá cường độ quá trình trao đổi chất của vi sinh vật và qua đó phản ánh thành phần môi trường đầu vào.

– Sử dụng công nghệ Nano Bioreactor (là sự kết hợp giữa vật liệu sinh học bioreactor và máy sục khi 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 hưởng, chỉnh sửa gene, phân lập gene.

– Sử dụng công nghệ chuyển gene đề 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 khẩu.

– Thu hồi và tạo sản phẩm bàng công nghệ lọc tiếp tuyến; li tâm liên tục, siêu li tám, 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.

Như vậy, công nghệ vi sinh vật trong tương lai hướng đến việc tạo các 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 hoá trong quy trình sản xuất,…

1.4. Dự án tìm hiểu về các sản phẩm công nghệ vi sinh vật

a. Chuẩn bị

Máy ảnh/ điện thoại thông minh (nếu có); máy tính (nếu có); bút màu, giấy A0, A4; tranh, ảnh về công nghệ vi sinh vật.

b. Hướng dẫn thực hiện dự án

– Nội dung:

+ Mỗi nhóm tiến hành chọn một trong các đề tài sau để tìm hiểu và làm tập san các bài viết, tranh ảnh về công nghệ vi sinh vật.

(1) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong sản xuất nông nghiệp; (2) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong sản xuất công nghiệp và thực phẩm; (3) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong y tế; (4) Các sản phẩm công nghệ vi sinh vật trong xử lí môi trường.

+ Trong mỗi vấn đề, cần trình bày theo các gợi ý sau: Tên sản phẩm, đặc điểm, vai trò, quy trình công nghệ sản xuất….

– Lập kế hoạch thực hiện dự án:

+ Mỗi nhóm tiến hành lập kế hoạch thực hiện dự án dựa trên kế hoạch của giáo viên và nộp cho giáo viên duyệt trước khi tiến hành.

+ Mẫu kế hoạch thực hiện dự án của học sinh:

+ Sau mỗi tuần, từng nhóm báo cáo lại cho giáo viên những nội dung đã và chưa thực hiện được. Những nội dung chưa thực hiện được thì nêu rõ lí do và đề xuất phương án giải quyết. + Có thể tham khảo các bước tiến hành dự án sau:

– Sản phẩm dự án:

+ Mỗi nhóm thực hiện hai sản phẩm học tập:

(1). Bài thuyết trình nội dung mà nhóm tìm hiểu về sản phẩm công nghệ vi sinh vật.

+ Bài thuyết trình có thể làm dưới các hình thức khác nhau như bằng PowerPoint (hoặc phân mềm trình chiều khác), video (có thuyết minh hoặc phụ đề),… Lưu ý, tăng cường sử dụng hình ảnh, video, sơ đồ,… Không để quá nhiều chữ. Xen kẽ trong bài thuyết trình cần có một số câu hỏi, bài tập, trò chơi để luyện tập, củng cố nội dung.

+ Mỗi nhóm tự lên ý tưởng cho bài thuyết trình của mình: đóng kịch, làm phim khoa học, buổi toạ đàm, trò chơi truyền hình,…

(2). Tập san các bài viết, tranh ảnh về công nghệ vi sinh vật. Có thể trình bày theo gợi ý sau: Trang bìa, mục lục, danh mục các từ viết tắt, nội dung, tài liệu tham khảo.

c. Báo cáo dự án

– Các nhóm báo cáo sản phẩm dự án theo kế hoạch của giáo viên và trong thời gian quy định.

– Sau khi mỗi nhóm báo cáo, cả lớp tiến hành tổ chức thảo luận, tranh luận về những vấn đề có liên quan đến nội dung bài được đặt ra từ giáo viên hoặc từ các thành viên khác.

– Các nhóm chỉnh sửa, hoàn thiện và nộp bài báo cáo theo yêu cầu của giáo viên.

d. Đánh giá dự án

– Tự đánh giá: Mỗi nhóm thực hiện đánh giá mức độ hoàn thành nhiệm vụ của mỗi thành viên, ghi rõ mức độ hoàn thành và điểm số.

– Đánh giá đồng đẳng: Các nhóm đánh giá chéo, theo bảng tiêu chỉ sau.

– Bảng đánh giá theo tiêu chí: Đánh giá sản phẩm “Tập san”.