Tài liệu Bổ sung tư liệu về vai trò của vi sinh vật trong giảng dạy phần ba - sinh học vi sinh vật - sinh học 10 - ctc

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Sinh học là khoa học tự nhiên nghiên cứu về sự sống. Đối tượng của sinh học là thế giới sống. Nhiệm vụ của sinh học là tìm hiểu cấu trúc, cơ chế và bản chất các hiện tượng, quá trình, quy luật, quan hệ trong thế giới sống và với môi trường, phát hiện các quy luật của sinh giới làm cơ sở cho loài người nhận thức đúng và điều khiển được sự phát triển của sinh vật nhằm mục đích cuối cùng là phục vụ cho con người. Một trong các ứng dụng đó phải kể đến là ứng dụng các đặc tính của vi sinh vật và các sản phẩm từ chúng. Từ xưa tuy chưa hiểu biết về các vi sinh vật, loài người đã biết sử dụng chúng trong thực phẩm lên men cổ truyền như: rượu, bia, giấm...Ngày nay, việc ứng dụng đó ngày càng tinh vi và phức tạp hơn. Vi sinh vật hiện diện hầu như trong tất cả các hệ sinh thái và có vai trò rất quan trọng trong sinh quyển, thiếu chúng sự sống trên trái đất khó tồn tại, đặc biệt là các vi sinh vật phân huỷ. Vì không có chúng phân giải các chất quanh ta thì chúng ta đã chết trên đống bùn rác, nước thải do chính chúng ta thải ra. Vi sinh vật với khả năng trao đổi chất của chúng là vô cùng phức tạp và đa dạng. Nhưng có thể coi vi sinh vật là nguồn lợi thiên nhiên mới chỉ khai thác được một ít, đặc biệt ở nước ta việc khai thác tài nguyên này chưa được nhiều. Với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng dạy và học nội dung kiến thức vi sinh vật học, đặc biệt là khai thác tính ứng dụng của kiến thức trong dạy học tôi chọn đề tài: "Bổ sung tư liệu về vai trò của vi sinh vật trong giảng dạy phần ba - Sinh học vi sinh vật - Sinh học 10 - CTC". 2. Mục đích của đề tài Cung cấp kiến thức bổ sung, nâng cao chất lượng dạy và học nội dung kiến thức sinh học vi sinh vật - Sinh học 10 - SGK - CTC. 1 Vận dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn đời sống, sản xuất. Khẳng định tiềm năng của vi sinh vật sẽ góp phần tích cực vào nền kinh tế quốc dân. 3. Nhiệm vụ Phân tích vai trò của VSV Phân tích vị trí, cấu trúc và nội dung của phần ba: Sinh học vi sinh vật Sinh học 10 - CTC. Thiết kế bài giảng có bổ sung thêm về vai trò của vi sinh vật. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng Kiến thức cơ bản về vi sinh vật ở THPT Biện pháp khai thác ứng dụng vai trò của vi sinh vật trong dạy học 4.2 Phạm vi Chỉ áp dụng trong giảng dạy phần ba: Sinh học vi sinh vật - Sinh học 10 - CTC. 5. Ý nghĩa 5.1 Ý nghĩa lý luận Nâng cao chất lượng dạy học, làm cho bài giảng trở nên phong phú, sinh động cuốn hút, làm học sinh đam mê và hứng thú với môn học. 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Vận dụng các kiến thức học được vào phục vụ đời sống con người. Qua đó hình thành thái độ đúng đắn với tự nhiên và với con người. 6. Phương pháp nghiên cứu 6.1 Phương pháp lý thuyết Nghiên cứu, phân tích, tổng hợp các nguồn tài liệu có liên quan như: sách giáo khoa, sách giáo viên, sách bài tập, sách tham khảo về vi sinh vật và vai trò của chúng 2 6.2 Phương pháp điều tra cơ bản Tiến hành quan sát sư phạm thăm dò, điều tra, phỏng vấn… tìm hiểu thực tiễn giảng dạy phần ba: “Sinh học vi sinh vật”, tiến hành trao đổi kinh nghiệm với các thầy cô có nhiều kinh nghiệm trong giảng dạy nhằm đưa ra giả thuyết và tìm kiếm các luận cứ thực tế cho đề tài. Tìm hiểu tình hình học tập của học sinh. 3 NỘI DUNG Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VỀ VI SINH VẬT 1.1 Vi sinh vật Vi sinh vật (Microorganisms) không phải là khái niệm phân loại, là tên chung dùng để chỉ tất cả các sinh vật nhỏ có kích thước hiển vi, chủ yếu là đơn bào hoặc tập đoàn đơn bào. Chúng giống nhau về kích thước nhỏ bé, nhưng thuộc về các nhóm phân loại khác nhau. Xét trong hệ thống phân loại sinh vật theo Whitaker (1969) thì VSV thuộc 3 giới trong 5 giới: + Giới khởi sinh: vi khuẩn, vi khuẩn cổ + Giới nguyên sinh: ĐVNS, vi tảo, nấm nhầy + Giới nấm: vi nấm (nấm sợi, nấm men) 1.2. Đặc điểm chung của vi sinh vật Đặc điểm nổi bật nhất của VSV là kích thước nhỏ bé. Đặc điểm này chi phối hình dạng, hoạt động trao đổi chất và cả sự phân bố rộng trong tự nhiên. 1.2.1. Kích thước nhỏ bé Phần lớn các VK có đường kính vài micromet. Tế bào nấm men rượu Saccharomyces cerevisiae có lớn hơn nhiều cũng không quá 10 micromet. Chúng đều phải nhìn dưới KHV quang học mới thấy, còn virut thì phải cần đến kính hiển vi điện tử. Kích thước càng nhỏ thì diện tích bề mặt của VSV trong một đơn vị thể tích càng lớn. Chúng có mặt ở khắp mọi nơi mà ta không thấy. Khi nhiễm trên mẫu vật ở mức ít thì không thấy được, khi trông thấy được dấu vết thì chúng đã sinh sản đến hàng tỉ tỉ tế bào. Do đó việc đánh giá sự hiện diện và số lượng 4 của chúng có khó khăn. Hơn nữa các thao tác nuôi cấy và phân tích mẫu đều phải thực hiện trong điều kiện vô trùng. 1.2.2. Dinh dưỡng 1.2.2.1. Hấp thụ chất dinh dưỡng trực tiếp qua bề mặt Đa số VSV là đơn bào nên chúng nhận các chất dinh dưỡng bằng hấp thụ qua bề mặt tế bào, khác với TV là tự dưỡng và ĐV là nội tiêu hóa qua ống tiêu hóa. Chính điều này mà việc nuôi cấy VSV được thực hiện dễ dàng và nhanh chóng. 1.2.2.2. Kiểu dinh dưỡng đa dạng - Quang tự dưỡng (Photoautotrophes) VSV dùng năng lượng ánh sáng khử CO2 như ở các VK tía, VK lam, tảo - Quang dị dưỡng (Photoheterotrophes) VSV dùng năng lượng ánh sáng để khử các hợp chất hữu cơ như ở các VK tía và lục không có lưu huỳnh - Hóa tự dưỡng (Chemoautrophes) VSV thường dùng các điện tử từ các hợp chất vô cơ để khử CO 2 như ở các VK hidro, VK sắt, VK nitrat hóa - Hóa dị dưỡng (Chemoheterotrophes) VSV thường dùng các điện tử từ các hợp chất hữu cơ để khử các hợp chất hữu cơ như ở phần lớn các VK, nấm Đa phần các VSV thuộc kiểu dinh dưỡng này và glucozơ là chất cung cấp năng lượng chủ yếu. Nhờ vậy mà các VSV dễ nuôi từ các nguồn phụ phế phẩm khác nhau có glucozơ và một số loại đường khác. 1.2.3. Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh 5 Do tỉ lệ của bề mặt trên thể tích lớn nên hoạt động sống của VSV diễn ra nhanh hơn nhiều so với thực vật và động vật Tương ứng với hoạt động sống nhanh, nhịp độ tăng trưởng của VSV rất cao, thời gian thế hệ ngắn nên sinh sản nhanh, tạo sinh khối lớn khi có đủ chất dinh dưỡng. Ví dụ: tế bào E.coli nhân đôi chỉ trong 20 phút. Nấm men nhân đôi chậm hơn cũng chỉ trong 2 -3 giờ Quần thể VK sinh trưởng theo cấp số mũ Nt = No . 2n Trong đó: Nt : số tế bào sau khi phân chia No : số tế bào ban đầu n : số lần phân chia 1.2.4. Sự đa dạng của các phản ứng hóa học Tuy VSV có kích thước nhỏ bé nhưng chúng lại có năng lực hấp thụ và chuyển hóa vật chất vượt xa các sinh vật khác. Ví dụ: VK lactic (lactobacillus) trong 1giờ có thể phân giải được một lượng đường lactozơ lớn hơn 100-10000 lần so với khối lượng của chúng. Các phản ứng sinh hóa trong cơ thể VSV thường đơn giản hơn nhiều so với trong cơ thể ĐTV. Nhưng mỗi loài lại có một số phản ứng riêng nên các phản ứng sinh hóa của các loài khác nhau rất đa dạng. Ví dụ: các sản phầm lên men của các loài khác nhau từ pyruvat. Dù một hợp chất phức tạp đến đâu trong thiên nhiên đều có các VSV sử dụng hoặc phân hủy chúng. Sản phẩm do loài này tạo ra có thể được loài khác sử dụng. Mỗi loài thường tạo ra một số chất trao đổi thứ cấp đặc biệt giúp chúng phát triển tốt hơn và kìm hãm một số loài khác. Ví dụ: các loài nấm men rượu thích nghi với nồng độ đường cao và tạo ra rượu là chất hạn chế sự phát triển 6 của nhiều loài khác. Do đó sản phẩm khi bị nhiễm sẽ kìm hãm sự tăng trưởng của các chủng sản xuất. 1.2.5. Có năng lực thích ứng mạnh, và dễ dàng phát sinh biến dị Trong quá trình tiến hoá lâu dài VSV sẽ tạo cho mình những cơ chế điều hoà TĐC để thích ứng được với điều kiện sống rất khác nhau kể cả những môi trường hết sức bất lợi được mà các sinh vật khác thường không thể tồn tại. VSV đa số là đơn bào, sinh sản nhanh, số lượng nhiều tiếp xúc trực tiếp với môi trường sống... do đó rất dễ dàng phát sinh biến dị. Tần số biến dị thường ở mức 10-3 - 10-10. Chỉ sau một thời gian ngắn đã có thể tạo ra một số lượng lớn các cá thể biến dị ở các thế hệ sau. Những biến dị có ích sẽ đem lại hiệu quả rất lớn cho sản xuất. Như khi mới phát hiện ra penicilin hoạt tính chỉ đạt 20 đơn vị/ ml dịch lên men ( 1943 ) thì nay có thể đạt tới 100.000đơn vị / ml. Khi mới phát hiện ra axit glutamic chỉ đạt 1-2 g/ml thì nay đã đạt tới 150g/ml dịch lên men. 1.2.6. Phân bố rộng VSV có mặt ở khắp nơi trên trái đất. Nếu như sự phân bố rộng rãi của TV dễ nhận thấy qua màu xanh thì các VSV là một thế giới vô hình khó nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng chúng có mặt ở khắp mọi nơi trong không khí, đất, nước...trên cơ thể TV, ĐV, con người , trong thực phẩm, trên mọi đồ vật... cả những nơi có điều kiện sống khắc nghiệt như ở độ sâu 10.000m của Đông Thái Bình Dương nơi hoàn toàn tối tăm, lạnh lẽo và có áp suất cao người ta vẫn phát hiện thấy có khoảng 1 triệu - 1 tỉ vi khuẩn/ ml, hay ở núi lửa, suối nước nóng ... đều thấy có VSV. VSV hiện diện hầu như trong tất cả các hệ sinh thái và có vai trò rất quan trọng trong hệ sinh quyển, thiếu chúng sự sống trên trái đất khó tồn tại, 7 đặc biệt là các VSV phân huỷ (decomposers) một số VK dị dưỡng sử dụng các chất hữu cơ có sẵn. Các loài VK quang hợp tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ nhờ năng lượng mặt trời. Nhiều VSV phân huỷ các chất hữu cơ làm sạch môi trường, số khác phân huỷ độc tố. 1.3. Vai trò của vi sinh vật Sản phẩm tử VSV là vô cùng phong phú và đa dạng. Chúng được sử dụng như là các thực phẩm làm thức ăn, thức uống trực tiếp của con người như: rượu, bia, sữa chua, phomat … dùng làm thuốc bảo vệ cho con người,vật nuôi, thực vật, bảo vệ môi trường…Nói chung xã hội loài người phát triển không thể thiếu các sản phẩm từ VSV. Con người sử dụng các sản phẩm này trong nhiều lĩnh vực như một số lĩnh vực sau: 1.3.1. Thực phẩm và dinh dưỡng Từ lâu con người đã biết lợi dụng hoạt tính của VSV để làm sữa chua từ sữa bò, làm nở bánh mì từ nấm men, biết làm phomat, làm dưa, làm giấm, nấu rượu, bia…Ngày nay, việc ứng dụng VSV ngày càng tinh vi và hoàn thiện hơn. Axit glutamic với monosodium glutamat ( mì chính) được sản xuất từ VSV là chất điều vị phổ biến trong thực phẩm. Hàng năm sản lượng của sản phẩm này tới hàng trăm ngàn tấn. Việc dùng nhiều mì chính trong thức ăn khiến nhiều ngành bảo vệ sức khoẻ có lúc phải khuyến cáo nên giảm bớt hoặc không nên dùng 1 cách tràn lan. Ngoài mì chính là chất điều vị ngày nay người ta còn sản xuất ra chất mới có độ ngọt đậm gấp hàng chục hàng trăm lần mì chính như 5- nucleotit Đối với dinh dưỡng việc sử dụng VSV sản xuất ra các axit amin, đặc biệt là các axit amin không thay thế và protein, VTM ngày càng có ý nghĩa to lớn. Cân đối dinh dưỡng bằng cách bổ sung protein từ VSV đã được làm sạch, 8 các axit amin và VTM vào khẩu phần ăn là một việc làm cần thiết. Nhưng vì thói quen truyền thống nên con người còn có những ngần ngại với loại thức ăn mới mẻ này chăng? Các sản phẩm này sẽ có giá trị dinh dưỡng đầy đủ và thuận tiện cho lối sống công nghiệp. Trong công nghiệp thực phẩm và công nghiệp đồ uống, các enzim VSV ngày càng được ứng dụng nhiều. Tại các nhà máy rượu, bia aminlaza và proteaza gây ra những biến đổi trong bột nhào khiến cho chất lượng của sản phẩm được nâng cao. 1.3.2. Dược phẩm và y tế Trong lĩnh vực này con người cũng đã sản xuất ra được nhiều loại thuốc trị bệnh hữu hiệu, nhất là những bệnh nhiễm khuẩn như: chất kháng sinh, VTM, vacxin, alcaloit… Các chế phẩm enzim có vai trò quan trọng trong lĩnh vực này như + Các enzim được dùng trực tiếp như những thuốc chữa bệnh. Ví dụ Streptokinaza dùng để tiêu cục nghẽn, L- asparaginaza có tác dụng kìm hãm sự sinh trưởng của những khối u nhất định + Các enzim được dùng để tổng hợp dược phẩm. Như trong sản xuất penixilin bán tổng hợp thì enzim penixilin-axilaza đóng vai trò phân huỷ penixilin thành axit aminopenixilanic là chất khởi đầu cho sự tổng hợp vể sau. + Phân tích bằng enzim: không thể có một sự chuẩn đoán lâm sàng hiện đại trong PTN mà lại thiếu sự hỗ trợ của các enzim. Nhờ enzim ta có thể xác định một cách rất đặc biệt và chính xác những rối loạn về hàm lượng các chất trao đổi, qua đó chuẩn đoán được bệnh 1.3.3. Nông nghiệp và đời sống Trong chăn nuôi, việc cân đối hợp chất protein trong khẩu phần ăn cho vật nuôi là vấn đề rất quan trọng. Để giải quyết được vấn đề này người ta đã 9 dựa vào công nghệ VSV sản xuất ra protein đơn bào - sinh khối nấm men được nuôi trên phụ phẩm của các ngành công nghiệp thực phẩm, công nghiệp gỗ, giấy… Trong trồng trọt các chất hoạt động do VSV sinh ra được dùng làm thuốc trừ sâu bệnh và bảo vệ thưc vật. VK Bacillus thuringiensis gây bệnh cho côn trùng và các chất trao đổi có tính độc của nó được dùng như chất diệt côn trùng đặc hiệu. Sự phát triển của các chất trừ sâu hại có nguồn gốc VSV mang ý nghĩa ngày càng lớn. Chúng được sử dụng theo cách tương tự như các sản phẩm tổng hợp hóa học và khác với những sản phẩm này là có tính đặc hiệu cao và khả năng bị phân hủy, không gây ô nhiễm môi trường. Nói chung không có vấn đề tích tụ các sản phẩm sinh học. Giberelin (GA) sản xuất bằng con đường lên men có ứng dụng rất phong phú. Đó là hoạt chất ảnh hưởng tới sinh trưởng và sự ra hoa của TV. GA được chế hỗn hợp với các nguyên tố vi lượng ở dạng muối của chúng thành các loại phân bón lá có tác dụng tốt với nhiều loại cây trồng, kích thích ra hoa, kết trái, làm tăng năng suất. GA được tìm thấy trong việc phá ngủ các loại hạt giống, kích thích nảy mầm, được dùng nhiều trong việc khai thác malt cho làm bia Một số VK trong đất, các chủng của giống VK Rhizobium sống cộng sinh với cây họ đậu có khả năng cố định nitơ từ không khí thành hợp chất nitơ cây dễ hấp thụ. Để duy trì và tăng cường độ phì nhiêu của đất không thể không có sự tham gia của VSV. Ở đây các quá trình phân giải và tổng hợp có vai trò nhất định. Các chất mùn và chất nhầy do VSV tạo thành góp phần đáng kể vào việc cải tạo cấu trúc đất. Phân bón và sử dụng các chất hoá học phát huy hiệu quả tốt khi ta quan tâm tới hoạt tính của VSV. Từ lâu người ta đã giải thích 10 VSV quyết định độ phì nhiêu của đất. Việc nghiên cứu độ phì nhiêu ấy là nhiệm vụ to lớn trong tương lai. Ngoài các lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, y học, nông nghiệp…Còn có một số các enzim được ứng dụng vào thực tiễn công nghiệp giấy, công nghiệp dệt…Việc dùng enzim để bổ sung vào bột giặt và để tẩy các vết bẩn là những ví dụ đầu tiên về việc ứng dụng enzim trong công việc gia đình. 1.3.4. Tuyển khoáng và khai thác nguyên liệu Trong tự nhiên có nhiều loại quặng nghèo, đặc biệt là những quặng kim loại quý và uran. Nếu khai thác theo phương pháp truyền thống thì sẽ không kinh tế. Người ta có thể trông cậy vào VSV và phương pháp làm giàu quặng, tuyển khoáng bằng phương pháp leaching (tiếng anh có nghĩa là chắt lọc) Tác nhân chắt lọc là các chủng giống VK Thiobacillus. Chủng oxy hoá các hợp chất lưu huỳnh thành muối sunfat có thể hoà tan vào dung dịch. Phương pháp này đã được triển khai ở quy mô lớn trong việc khai thác đồng từ quặng sunfit. Khả năng này của VSV có thể áp dụng cho việc phân giải các chất khó tan như quặng apatit thành các hợp chất dễ tan TV có thể hấp thụ được. VSV có khả năng hoà tan kim loại nhờ các chất tạo phức hữu cơ do chúng sinh ra và có thể tích luỹ kim loại ở các gian bào của chúng. Nhờ đó mà ta có thể thu nhận được kim loại dễ dàng hơn, kể cả vàng. Vàng là một nguyên tố không bị hoà tan trong axit và kiềm. Nhưng ở khu đất có vàng người ta thấy các giống VSV có thể hoà tan được vàng. Tác nhân hoà tan này là do hỗn hợp các axit amin do VSV sinh ra như: xerin, glyxin, histidin, axit glutamic. VSV còn có khả năng lên men từ các dịch đường được thuỷ phân từ các xenlulozơ - nguồn nguyên liệu phong phú có thể tái sinh thành các sản phẩm 11 2,3 butadiol, axeton, butanol hoặc metan …Đây cũng là một hướng khai thác nguyên liệu trong tương lai có nhiều triển vọng tốt. 1.3.5. Bảo vệ môi trường VSV đóng vai trò quyết định trong việc bảo vệ môi trường, vì chúng có những chức năng then chốt trong vòng tuần hoàn vật chất tự nhiên, đặc biệt là những VSV phân huỷ. Vì không có chúng phân giải các hợp chất quanh ta thì chúng ta đã chết trong chính đống bùn, rác, nước thải do chúng ta thải ra. Đối với rác thải, nước thải từ các nguồn ĐV, TV, VSV sẽ dễ dàng làm sạch trong quá trình hoạt động sống của chúng. Tuy nhiên chúng ta cần phải đưa các biện pháp kĩ thuật sao cho các tập đoàn VSV phát triển và hoạt động tối ưu để rút ngắn thời gian phân huỷ phế thải. Vấn đề môi trường đáng lo ngại đặc biệt là các chất dường như không hay khó bị phân huỷ của nước thải công nghiệp, trước hết của công nghiệp hoá học. Để loại trừ các chất lạ này cần phải lựa chọn các chủng có năng lực phân hủy mới và mạnh. Trong tự nhiên việc hình thành các năng lực mới đòi hỏi một thời gian rất dài. Tuy nhiên nhờ phương pháp di truyền học ta có khả năng chọn được các chủng VSV dùng để giải độc môi trường. Để làm sạch nước thải một cách triệt để có thể sử dụng tảo và tảo lam trong việc đồng hoá các chất vô cơ sinh ra trong quá trình phân huỷ chất hữu cơ. Bằng cách tách ra các tế bào tảo để thu nhận sinh khối mà các chất vô cơ được loại trừ và do vậy sự giàu dinh dưõng của thuỷ vực bị giảm đi. Việc sử dụng VSV và tảo để làm sạch nước thải sẽ góp phần làm tăng hiệu quả kinh tế của phương pháp. Bên cạnh đó còn phải kể đến không ít các VSV có hại. Chúng gây bệnh cho con người, cho gia súc, gia cầm, tôm cá, cho cây trồng, cây rừng. Chúng làm hư hao hoặc biến chất lương thực thực phẩm, nguyên liệu, vật liệu, hàng hóa. Chúng sản sinh các độc tố trong đó có các độc tố hết sức độc. Chỉ cần 12 1mg độc tố của Clostridium botulinum cũng đủ để giết hại tới 1000tấn cơ thể sinh vật. Chỉ riêng sự tấn công của virut HIV (gây ra bệnh AIDS) cũng đủ gây ra ở cuối thế kỷ 20 khoảng 30 - 40 triệu người mang HIV (90% thuộc về các nước đang phát triển). Vào thời điểm ấy có khoảng 4,5 triệu trẻ em bị mẹ truyền HIV sang trong quá trình mang thai và khoảng 10 triệu trẻ em trở thành mồ côi vì bố mẹ đã bị chết vì bệnh AIDS. Như vậy, VSV với khả năng trao đổi chất của chúng là vô cùng phức tạp và đa dạng. Nhưng có thể coi VSV là nguồn lợi thiên nhiên mà chỉ khai thác một ít, đặc biệt ở nước ta thì việc khai thác tài nguyên VSV chưa được nhiều. Ngành công nghệ vi sinh vật của ta mới bắt đầu. Nhưng ngành công nghệ VSV trên thế giới đã và đang phát triển nhanh chóng. Điều này cho phép chúng ta tin vào tiềm năng VSV sẽ góp phần tích cực vào nền kinh tế quốc dân trong tương lai. 13 Chương 2. PHÂN TÍCH CẤU TRÚC NỘI DUNG PHẦN BA: SINH HỌC VI SINH VẬT 2.1. Khái quát cấu trúc nội dung phần ba: Sinh học vi sinh vật 2.1.1. Vị trí Phần ba: Sinh học vi sinh vật được đặt ở cuối chương trình sinh học 10 là rất hợp lí. Vì kiến thức của nó là sự kế thừa những kiến thức về tế bào trước đó như: cấu tạo tế bào, chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào… Các kiến thức đó là nền tảng cho chúng ta nắm bắt kiến thức phần sinh học vi sinh vật một cách dễ dàng hơn . 2.1.2. Cấu trúc Gồm 3 chương: - Chương I: Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật - Chương II: Sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật - Chương III: Virut và bệnh truyền nhiễm 2.1.3. Nội dung Chương I: “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật” đề cập tới các kiểu dinh dưỡng và chuyển hóa vật chất ở VSV thông qua các quá trình tổng hợp và phân giải các chất đồng thời cũng nêu nên vai trò của VSV trong tự nhiên và những ứng dụng của nó với đời sống con người. Chương II: “Sinh trưởng và sinh sản của vi sinh vật” đề cập tới sự sinh trưởng và sinh sản của VSV, các yếu tố vật lý, hóa học ảnh hưởng tới sự sinh trưởng. Chương III: “Virut và bệnh truyền nhiễm” đề cập tới các dạng virut, sự nhân lên của virut trong tế bào chủ và mối quan hệ của nó với các sinh vật khác. Đặc biệt là hội chứng AIDS được chú trọng và bắt đầu đề cập tới các vấn đề interferon, truyền nhiễm và miễn dịch 14 Trong ba chương trên thì chương II và chương III là quan trọng nhất. Chương I là cơ sở để tìm hiểu hai chương sau. Chương này cung cấp những kiến thức chung nhất về VSV: khái niệm VSV, MT nuôi cấy, dinh dưỡng chuyển hóa vật chất và năng lượng …Sau đó mới đi vào các kiến thức cụ thể và các ứng dụng của nó. Các bài trong một chương có liên hệ với nhau rất chặt chẽ, nội dung chương trước là nền tảng để học tiếp chương sau. Ví dụ nhờ có quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng mà VSV mới mới có thể sinh trưởng và sinh sản hoặc sau khi đi tìm hiểu về sinh trưởng của VSV ta mới tìm hiểu về các yếu tố ảnh hưởng tới sinh trưởng của VSV…tính logic của các phần còn được thể hiện ở các kiến thức đi từ khái quát tới cụ thể từ VSV nói chung cho tới virut… Trong mỗi bài đều được lồng ghép các kiến thức liên hệ thực tiễn từ đó giúp học sinh có ý thức hơn trong việc vận dụng kiến thức vào phục vụ đời sống tạo cho HS niềm đam mê khoa học. 2.2. Phân tích nội dung các bài thuộc phần ba: Sinh học vi sinh vật 2.2.1. Phân tích nội dung chương I: Chuyển hoá vật chất và năng lượng ở vi sinh vật 2.2.1.1. Các bài nghiên cứu trong chương I Bài 22: Dinh dưỡng, chuyển hoá vật chất và năng lượng ở vi sinh vật Bài 23: Quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật 2.2.1.2. Nhiệm vụ của chương I Đây là chương mở đầu của phần vi sinh vật. Chương này đề cập đến các kiểu dinh dưỡng và trao đổi chất rất đa dạng ở vi sinh vật cùng với những ứng dụng của vi sinh vật trong đời sống của con người và vai trò của sinh vật trong quá trình chuyển hóa vật chất. 15 Sau khi học song chương này, người học sẽ nhận thức được quá trình chuyển hóa ở vi sinh vật diễn ra như thế nào? Sự tổng hợp và phân giải sẽ được thực hiện ra sao? Và người ta đã ứng dụng trong thực tiễn như thế nào? Đó chính là nội dung của chương I. 2.2.1.3. Phân tích nội dung các bài thuộc chương I BÀI 22: DINH DƯỠNG CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở VI SINH VẬT 1. Vị trí của bài 22 trong chương Chương I gồm 2 bài: Bài mở đầu là bài 22: “Dinh dưỡng chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật”. Sau đó là bài 23: “Quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở VSV ” và cũng là bài cuối của chương. Như vậy trình tự nội dung kiến thức của chương I được sắp xếp là hoàn toàn hợp lý. Bài 22 là bài rất quan trọng là cơ sở để học bài sau. Bài 22 trình bày các kiểu dinh dưỡng của vi sinh vật dựa theo nguồn gốc cacbon và năng lượng. Đồng thời phân biệt các kiểu hô hấp cơ bản và lên men ở vi sinh vật. Từ đó nêu được môi trường nuôi cấy cơ bản của vi sinh vật. 2. Logic nội dung của bài 22 Để tìm hiểu quá trình dinh dưỡng và chuyển hóa vật chất ở vi sinh vật diễn ra như thế nào? Thì trước tiên chúng ta phải biết được vi sinh vật là gì? Vì vậy mục I: Khái niệm vi sinh vật được đưa lên đầu. Từ những đặc điểm của vi sinh vật là cơ thể rất nhỏ bé chỉ có thể nhìn rõ chúng dưới kính hiển vi, sinh trưởng và sinh sản nhanh, phân bố rộng, phần lớn là cơ thể đơn bào nhân sơ hoặc nhân thực. Do đó chúng cần phải có những môi trường và kiểu dinh dưỡng khác nhau để tăng nhanh số lượng và phân bố rộng. Đó là nội dung mục II: Môi trường và các kiểu dinh dưỡng 16 Sau khi hấp thụ các chất dinh dưỡng, nguồn năng lượng trong tế bào diễn ra các phản ứng hóa sinh biến đổi các chất này theo các hướng khác nhau tùy và môi trường. Tại sao vi sinh vật lại có khả năng này? Câu hỏi này sẽ được giải đáp ở mục III: Hô hấp và lên men. Như vậy có thể nói các mục trong bài được sắp xếp là hoàn toàn hợp lý. Vì vậy khi giáo viên dạy nên tuân theo trật tự này. 3. Trình tự nội dung kiến thức của bài 22 3.1 Nội dung cơ bản của bài 22 Phần I. Khái niệm vi sinh vật Khái niệm: Vi sinh vật là những cơ thể nhỏ bé chỉ nhìn rõ chúng dưới kính hiển vi. Phần lớn vi sinh vật đơn bào nhân sơ hoặc nhân thực, một số là tập đoàn đơn bào. + Giáo viên cần nhấn mạnh : Vi sinh vật không phải là đơn vị phân loại mà là tập hợp một số sinh vật thuộc nhiều giới có chung đặc điểm: Cơ thể đơn bào (một số là tập hợp đơn bào) nhân sơ hoặc nhân thực, có kích thước hiển vi, hấp thụ nhiều, chuyển hóa chất dinh dưỡng nhanh, sinh trưởng và sinh sản nhanh, phân bố rộng và có khả năng thích ứng cao với môi trường sống Virut không gọi là vi sinh vật Phần II. Môi trường và các kiểu dinh dưỡng II. 1. Các loại môi trường cơ bản - Môi trường tự nhiên: Vi sinh vật được phân bố ở khắp mọi nơi - Môi trường phòng thí nghiệm: Căn cứ và chất dinh dưỡng, môi trường nuôi cấy người ta chia làm ba môi trường cơ bản: + Môi trường dùng chất tự nhiên: Gồm các chất tự nhiên + Môi trường tổng hợp: Bao gồm các chất đã biết thành phần hóa học và số lượng 17 + Môi trường bán tổng hợp: Gồm các chất tự nhiên và các chất hóa học II.2. Các kiểu dinh dưỡng - Theo nguồn cacbon: + Vi sinh vật tự dưỡng (nguồn cacbon là C02) + Vi sinh vật dị dưỡng (nguồn cacbon là hợp chất hữu cơ) - Theo nguồn năng lượng: + Vi sinh vật quang dưỡng (năng lượng ánh sáng) + Vi sinh vật hóa dưỡng (năng lượng hóa học của các chất vô cơ hay hữu cơ) - Theo nguồn cacbon và năng lượng chia làm 4 kiểu + Quang tự dưỡng bao gồm tất cả các vi sinh vật quang hợp có nhân thực, nhân sơ có vi khuẩn lam và một số vi khuẩn lưu huỳnh màu lục và màu tía thuộc nhóm này. + Quang dị dưỡng chỉ có một số vi khuẩn màu tía và màu lục. + Hoá dị dưỡng bao gồm tất cả các động vật và đa số vi sinh vật thường gặp ở dưa muối, thực phẩm bị thối giữa, đường ruột của người và động vật. + Hoá tự dưỡng chỉ gặp ở một số vi khuẩn Phần III. Hô hấp và lên men Trong môi trường có ôxi phân tử, một số vi sinh vật tiến hành hô hấp hiếu khí. Còn môi trường không có ôxi phân tử thì vi sinh vật tiến hành lên men hoặc hô hấp kị khí III.1. Hô hấp a, Hô hấp hiếu khí: - Khái niệm: Hô hấp hiếu khí là quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ mà chất nhận electron cuối cùng là oxi phân tử. Ở sinh vật nhân sơ diễn ra 18 ngay trên màng sinh chất còn ở sinh vật nhân thực chuỗi chuyền electron ở màng trong ty thể. - Sản phẩm cuối cùng của quá trình phân giải đường, C0 2, H20 ở vi khuẩn khi phân giải một phân tử glucôzơ trung bình tích lũy được khoảng 36 -38 ATP PTPƯ: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O +(36-38) ATP - Một số vi khuẩn khi môi trường thiếu nguyên tố vi lượng làm rối loạn quá trình hô hấp. Dẫn đến loại vi sinh vật này thực hiện hô hấp không hoàn toàn. Hô hấp hiếu khí không hoàn toàn: Khi thiếu một số enzim mặc dù có oxi phân tử như vi sinh vật hô hấp hiếu khí có thể dừng lại ở pha phân giải thứ nhất (đường phân và chu trình Crep). Vì thế chúng thải ra môi trường các sản phẩm phân giải dở dang nên gọi là hô hấp hiếu khí không hoàn toàn. Nhiều sản phẩm được giải phóng ra môi trường từ chu trình Crep. b, Hô hấp kị khí: - Hô hấp không cần oxi, đó là quá trình phân giải cacbon hidrat để cung cấp năng lượng cho tế bào. - Chất nhận electron cuối cùng là một phân tử vô cơ, không phải oxi phân tử. Nguyên nhân là do biến đổi không hoàn toàn. Ví dụ : hô hấp nitrat, hô hấp sunfat... + Hô hấp nitrat: Vi sinh vật lấy oxi phân tử từ hợp chất nitrat làm chất nhận electron cuối cùng trong chuỗi hô hấp. Từ một mol glucozơ thu được khoảng 30% năng lượng. + Hô hấp Sunfat: Vi sinh vật lấy oxi từ sunfat để làm chất nhận electron cuối cùng trong chuỗi vận chuyển electron. Từ một mol glucozơ trung bình thu được khoảng 25% năng lượng của một mol glucozơ 19 III.2. Lên men : - Lên men là quá trình chuyển hóa kị khí diễn ra trong tế bào chất. Trong đó chất cho electron, chất nhận electron là các phân tử hợp chất hữu cơ - Sản phẩm của quá trình lên men ngoài C02 còn có hợp chất cacbon chưa được oxi hóa hoàn toàn như rượu, axit hữu cơ, anđehit … - Lên men phổ biến : Lên men rượu, lên men lactic làm dưa chua, làm sữa chua. 3.2. Kiến thức ứng dụng, thực tiễn có liên quan Từ việc nghiên cứu quá trình dinh dưỡng chuyển hóa vật chất và năng lượng ở vi sinh vật ta ứng dụng và thực tiễn để sản xuất rượu, bia, làm sữa chua, muối dưa … Bài 23: QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP VÀ PHÂN GIẢI CÁC CHẤT Ở VI SINH VẬT 1. Vị trí của bài trong chương Bài 23 là bài thứ hai trong chương I sau bài 22 “Dinh dưỡng, chuyển hóa vật chất và năng lượng” và cũng là bài cuối của chương là hoàn toàn hợp lý. Sau khi học song bài này, người học sẽ có một cái nhìn khái quát về quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật. Từ đó ứng dụng đặc điểm có lợi, hạn chế những đặc điểm có hại của quá trình tổng hợp và phân giải, để phục vụ cho đời sống và bảo vệ môi trường. 2. Logic nội dung của bài 23 Quá trình tổng hợp của vi sinh vật diễn ra rất nhanh vì vi sinh vật sinh trưởng rất nhanh. Do đó quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng, chuyển hóa vật chất, năng lượng và sinh tổng hợp các chất trong tế bào cũng diễn ra rất 20