Giải chuyên đề học tập Sinh học 10 CTST bài 11: Vi sinh vật trong phân hủy các hợp chất

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Ô nhiễm môi trường hiện nay đang nhận được sự quan tâm rất lớn của toàn thế giới. Đây là một vấn đề nan giải và đáng báo động trên toàn cầu. Ô nhiễm môi trường ngày càng tăng lên và không có dấu hiệu dừng lại. Hãy quan sát môi trường sống xung quanh và cho biết giữa thành thị và nông thôn thì nơi nào bị ô nhiễm nhiều hơn?

Theo em, thành thị bị ô nhiễm nhiều hơn. 

Do vùng thành thị có mật độ dân cư cao hơn so với nông thôn, kèm theo việc các chất thải sinh hoạt, nước thải, rác thải từ các ngành công nghiệp không được xử lí triệt để tạo nên nhiều gánh nặng cho môi trường.

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI CÁC HỢP CHẤT CỦA VI SINH VẬT

1. Phân giải hiếu khí

Câu hỏi 1. Trình bày cơ sở khoa học của ứng dụng vi sinh vật trong việc bảo vệ môi trường.

Cơ sở khoa học của ứng dụng vi sinh vật trong bảo vệ môi trường chính là quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật. Chúng hấp thụ các chất hữu cơ có trong chất thải để tạo ra các sản phẩm đơn giản (chất vô cơ).

Câu hỏi 2. Trình bày tóm tắt quá trình phân giải hiếu khí của vi sinh vật.

Tóm tắt quá trình phân giải hiếu khí của vi sinh vật như sau:

Là quá trình được sử dụng phổ biến nhất.

Vi sinh vật phân giải chất hữu cơ khi được cung cấp oxygen với thiết bị sục khí.

Phân giải hiếu khí tạo ra lượng lớn năng lượng: 1 phần dùng để tạo ra vi sinh vật mới, 1 phần cho tổng hợp.

Sản phẩm vô cơ từ oxi hóa các chất ô nhiễm là: CO2, H2O, nitrate, sulfate, …

Câu hỏi luyện tập: Nêu ứng dụng của phân giải hiếu khí các chất hữu cơ bằng vi sinh vật trong tự nhiên.

Ứng dụng:

Người ta sử dụng các máy bơm nước tạo oxy cho ao nuôi cá để cung cấp nguồn oxy đầy đủ cho vi sinh vật sống ở đáy ao hồ phân giải thức ăn thừa và các chất thải từ quá trình sinh sống của cá. 

2. Phân giải kị khí

Câu hỏi 3. Hãy kể tên một số chất thải gây ô nhiễm môi trường trong các thành phố lớn.

Chất thải gây ô nhiễm môi trường trong các thành phố lớn:

• Nước thải sinh hoạt không được xử lí xả xuống ao hồ.
• Chất thải rắn như ni lông, thủy tinh, sành, sứ từ quá trình sinh hoạt.
• Thuốc trừ sâu, phân bón làm ô nhiễm đất trồng.
• Khí CO₂ từ hoạt động đốt rơm, rạ gây ô nhiễm không khí.

Câu hỏi 4. Trình bày tóm tắt quá trình phân giải kị khí của vi sinh vật.

Tóm tắt quá trình phân giải kị khí của vi sinh vật:

Là quá trình phân hủy chất hữu cơ của nhóm vi sinh vật không cần oxygen.

Gồm 4 bước: thủy phân → lên men hoặc Acidogenesis → Acetogenesis → Methanogenesis.

Sản phẩm phân giải là khí sinh học chủ yếu là khí methane, carbon dioxide và một ít chất rắn sinh học.

Khí methane được sử dụng làm nhiên liệu.

Câu hỏi luyện tập: Nêu ứng dụng của phân giải kị khí các chất hữu cơ bằng vi sinh vật trong tự nhiên.

Ứng dụng quá trình sinh học kị khí trong xử lí nước thải công nghiệp trước khi thải ra môi trường qua bể UASB, lọc kị khí, …

VẬN DỤNG

Bài tập 1. Việc xử lí chất thải không đúng cách hay không xử lí sẽ làm môi trường bị ô nhiễm nặng. Hãy giải thích vì sao cây trồng, các loại sinh vật và con người có thể bị nhiễm độc.

Ô nhiễm khói bụi làm tăng hiệu ứng nhà kính, làm cho Trái đất nóng lên, làm tan băng và nước biển dâng cao gây ảnh hưởng đến cuộc sống của con người, sinh ra các bệnh ung thư hô hấp, ung thư da …

Ô nhiễm nguồn nước có thể hủy diệt hoàn toàn các sinh vật sống trong đó, gây thiếu nguồn nước ngọt cho sinh hoạt …

Ô nhiễm đất làm thu hẹp môi trường sống của động thực vật, giảm hiệu quả kinh tế, nguồn thực phẩm bị nhiễm bệnh ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người …

Bài tập 2. Phân giải kị khí tạo ra khí methane, carbon dioxide và một lượng nhỏ các chất rắn sinh học. Quá trình kị khí chỉ diễn ra trong điều kiện kị khí nghiêm ngặt, do vậy phản ứng đòi hỏi các chất rắn sinh học thích nghi ở những điều kiện cụ thể. Tại sao sự tăng trưởng sinh khối trong quá trình phân giải này thấp hơn nhiều so với phân giải hiếu khí?

Sự tăng trưởng sinh khối của vi sinh vật ở quá trình phân hủy kị khí thấp hơn nhiều so với phân giải hiếu khí do: sự chênh lệch nguồn năng lượng được tạo ra sau quá trình phân giải. 

Phân giải hiếu khí tạo ra lượng năng lượng lớn giúp vi sinh vật tổng hợp và phát triển nhanh hơn => tạo ra vi sinh vật mới. 

Còn quá trình phân hủy kị khí tạo ra rất ít năng lượng nên vi sinh vật cần thời gian dài hơn để phát triển và tạo ra sinh khối.

Bài tập 3. Trong quá trình tổng hợp polysaccharide, chất khởi đầu tổng hợp là chất nào? Hãy trình bày sơ lược cơ chế và giải thích vai trò của chất này.

Bài tập 4. Bằng cách nào vi sinh vật có thể hấp thụ được các chất có kích thước phân tử lớn như protein, tinh bột, lipid, cellulose?

Đối với các phân tử có kích thước lớn như protein, cellulose, tinh bột … vi sinh vật phân giải chúng bằng cách tiết ra môi trường một hoạt vài loại enzyme phân giải các chất này thành những phân tử nhỏ hơn, sau đó mới hấp thụ vào cơ thể và tiếp tục phân giải.

Bài tập 5. Những đặc điểm chung của quá trình phân giải vi sinh vật là gì? Hãy cho ví dụ minh hoạ

Đặc điểm chung của quá trình phân giải vi sinh vật là:

Là biện pháp xử lí sinh học vô cùng hiệu quả với chi phí thấp để xử lí tình trạng ô nhiễm môi trường.

Nguồn nguyên liệu là các chất hữu cơ trong chất thải.

Sản phẩm là chất vô cơ không gây hại cho môi trường.

Quá trình phân giải tạo ra các sản phẩm trung gian có ích trong cuộc sống (khí sinh học, khí methane, bùn …).

Ví dụ:

Xử lí rơm, rạ thành phân bón hữu cơ áp dụng quá trình phân hủy kị khí cellulose của vi sinh vật.

Bài tập 6. Quá trình phân giải hiếu khí gồm 3 giai đoạn:

Vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng và sinh sản mạnh mẽ để phân hủy các chất hữu cơ thông qua quá trình oxy hóa. Sau phân giải, các chất thải được xử lí sẽ biến thành bùn và lắng xuống đáy. Bùn này có hàm lượng dinh dưỡng cao nên thường được sử dụng làm phân bón cho cây. Em hãy sử dụng các thông tin trên và kiến thức trong bài để chứng minh phân giải hiếu khí có hiệu quả cao hơn phân giải kị khí.

Phân giải hiếu khí có hiệu quả cao hơn phân giải kị khí vì:

Tạo ra lượng lớn năng lượng góp phần tổng hợp và tăng sinh khối của vi sinh vật nhanh hơn.

Các sản phẩm trung gian từ quá trình phân giải hiếu khí có nhiều lợi ích với con người: khí sinh học (biogas) từ quá trình ủ phân, bùn hữu cơ …

Dễ dàng thực hiện hơn: chỉ cần cung cấp đủ oxy cho vi sinh vật.