QUÁN TRIỆT QUAN ĐIỂM SINH THÁI VÀ TIẾN HÓA KẾT HỢP VẬN DỤNG TIẾP CẬN SINH HỌC HỆ THỐNG TRONG DẠY HỌC SINH HỌC VI SINH VẬT (SINH HỌC 10)

CƠ SỞ KHOA HỌC, SƯ PHẠM VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC QUÁN TRIỆT QUAN ĐIỂM SINH THÁI VÀ TIẾN HÓA KẾT HỢP VẬN DỤNG TIẾP CẬN SINH HỌC HỆ THỐNG TRONG DẠY HỌC SINH HỌC VI SINH VẬT SINH HỌC 10 1.1..

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM -*** -

NGUYỄN THU TƯ

QUÁN TRIỆT QUAN ĐIỂM SINH THÁI VÀ TIẾN

HÓA KẾT HỢP VẬN DỤNG TIẾP CẬN SINH HỌC

HỆ THỐNG TRONG DẠY HỌC

SINH HỌC VI SINH VẬT (SINH HỌC 10)

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

Thái Nguyên - 2010

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM -*** -

NGUYỄN THU TƯ

QUÁN TRIỆT QUAN ĐIỂM SINH THÁI VÀ TIẾN HÓA KẾT HỢP VẬN DỤNG TIẾP CẬN SINH HỌC

HỆ THỐNG TRONG DẠY HỌC SINH HỌC VI SINH VẬT (SINH HỌC 10)

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Sinh học

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tác giả luận văn xin được bày tỏ lòng tri ân sâu sắc tới thầy

Nguyễn Như Ất, tuy đã 75 tuổi với 54 năm thâm niên nghề giáo dục, đạt học

vị Tiến sĩ Giáo dục học từ 1973 của Viện Hàn lâm Khoa học sư phạm Liên xô

(cũ) vẫn không quản tuổi cao sức yếu nhận hướng dẫn khoa học cho một học

trò mới bắt đầu học làm nghiên cứu khoa học Thầy rất nghiêm khắc về mặt

khoa học nhưng đã tận tâm dẫn dắt trò tiến dần từng bước trong quá trình

nghiên cứu đề tài luậnvăn

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Thầy, Cô giảng viên khoa Sinh - KTNN

và khoa Sau đại học trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã tạo

mọi điều kiện thuận lợi trong thời gian học tập khóa học và nghiên cứu hoàn

thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu và các giáo viên trường THPT

Lương Phú, trường THPT Phú Bình - huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên đã

tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực nghiệm đề tài

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã cổ vũ, động

viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

NGUYỄN THU TƯ MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 5

Chương 1 CƠ SỞ KHOA HỌC, SƯ PHẠM VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC QUÁN TRIỆT QUAN ĐIỂM SINH THÁI VÀ TIẾN HÓA KẾT HỢP VẬN DỤNG TIẾP CẬN SINH HỌC HỆ THỐNG TRONG DẠY HỌC SINH HỌC VI SINH VẬT (SINH HỌC 10) 1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu 10

1.2 Cơ sở khoa học 16

1.3 Cơ sở sư phạm 25

1.4 Cơ sở thực tiễn 28

Chương 2 QUÁN TRIỆT QUAN ĐIỂM SINH THÁI VÀ TIẾN HÓA KẾT HỢP VẬN DỤNG TIẾP CẬN SINH HỌC HỆ THỐNG TRONG DẠY HỌC SINH HỌC VI SINH VẬT (SINH HỌC 10) 2.1 Phân tích vị trí và nội dung phần Sinh học vi sinh vật 33 2.2 Quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa 33

2.3 Những điểm cần lưu ý về mặt kiến thức phần sinh học vi sinh vật theo tiếp cận sinh học hệ thống

56 2.4 Phương hướng tổ chức dạy học phần Sinh học vi sinh vật thực hiện tiếp cận sinh thái và tiến hoá kết hợp tiếp cận sinh học hệ thống

61 Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm 83

3.2 Nội dung và phương pháp thực nghiệm 83

3.3 Kết quả thực nghiệm 86

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 96

Tài liệu tham khảo 98

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CT- HT Cấu trúc - hệ thống

CTSHPT 2006

Chương trình giáo dục phổ thông môn SH ban hành kèm theo Quyết định số 16/2006/QĐ-BGDĐT ngày 05 tháng 5 năm 2006 của Bộ Giáo dục và Đào tạo

SGKSHPT 2006

Sách giáo khoa Sinh học soạn theo chương trình giáo dục phổ thông môn Sinh học ban hành kèm theo Quyết định số 16/2006/QĐ-BGDĐT ngày 05 tháng 5 năm

2006 của Bộ Giáo dục và Đào tạo

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 2.1 Kiến thức sinh thái, tiến hoá cần khai thác trong các bài

phần Sinh học VSV (Sinh học 10 - chương trình chuẩn)

55 Bảng 2.2 Thành phần cấu trúc của tế bào và vi sinh vật 58

Bảng 2.3 So sánh tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực 59

Bảng 3.1 Các bài dạy thực nghiệm 83

Bảng 3.2 Tần suất điểm các bài kiểm tra trong TN 86

Bảng 3.3 Tần suất hội tụ tiến điểm các bài kiểm tra trong TN 87

Bảng 3.4 Kiểm định X điểm các bài kiểm tra trong TN 89

Bảng 3.5 Phân tích phương sai điểm kiểm tra trong TN 90

Bảng 3.6 Tần suất điểm các bài kiểm tra sau TN 91

Bảng 3.7 Tần suất hội tụ tiến điểm các bài kiểm tra sau TN 92

Bảng 3.8 Kiểm địnhXđiểm kiểm tra sau TN 93

Bảng 3.9 Phân tích phương sai điểm kiểm tra sau TN 94

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang Hình 1.1 Sự thống nhất giữa hai phương pháp phân tích - cấu trúc và

tổng hợp - hệ thống

23

Hình 3.1 Biểu đồ tần suất điểm các bài kiểm tra trong TN 87

Hình 3.2 Đồ thị tần suất hội tụ tiến điểm các bài kiểm tra trong TN 88

Hình 3.3 Biểu đồ tần suất điểm các bài kiểm tra sau TN 91

Hình 3.4 Đồ thị tần suất hội tụ tiến điểm các bài kiểm tra sau TN 92

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

1 Xuất phát từ yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học

Trong thời đại khoa học và công nghệ tiến nhanh như vũ bão, nhân loại đang chuyển sang nền kinh tế tri thức với xu thế toàn cầu hóa sâu sắc và cạnh tranh quốc tế khốc liệt thì việc tạo nguồn lực con người thích ứng với điều kiện thế giới đổi thay phức tạp là điều kiện tiên quyết để tồn tại và phát triển của mỗi quốc gia Trong bối cảnh đó, mọi quốc gia đều coi công tác giáo dục

và đào tạo là lĩnh vực ưu tiên hàng đầu Ngày nay, với triết lý “giáo dục suốt đời” và “giáo dục cho cho mọi người” theo xu thế toàn cầu hóa thì hệ thống giáo dục phổ thông cần được hiện đại hóa về nội dung và thường xuyên đổi mới về phương pháp dạy học

Báo cáo chính trị của Đại hội Đảng Cộng sản Việt Nam lần thứ IX, tháng 4 năm 2001 đã xác định: “Phát triển giáo dục và đào tạo là một trong những động lực quan trọng thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa, là điều kiện để phát huy nguồn lực con người - yếu tố cơ bản để phát triển xã hội, tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững Tiếp tục nâng cao giáo dục toàn diện, đổi mới nội dung phương pháp dạy và học Phát huy tinh thần độc lập suy nghĩ và sáng tạo của học sinh và sinh viên, để nâng cao năng lực tự học, tự hoàn thiện học vấn và tay nghề” [7] Định hướng đó đặt ra cho nhà trường phổ thông nhiệm vụ quan trọng là phải tích cực nghiên cứu đổi mới phương pháp dạy học nhằm nâng cao hơn nữa chất lượng dạy học

Điều 24 Luật Giáo dục 2005 đã nêu rõ: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh, phù hợp với đặc điểm từng lớp học, môn học, bồi dưỡng phương pháp tự học, tự rèn

luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem

lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh” [19]

2 Xuất phát từ quan điểm xây dựng và phát triển chương trình môn

Sinh học phổ thông

CTSHPT 2006 đã nêu rõ các quan điểm xây dựng và phát triển chương

trình: chương trình phải thể hiện được những tri thức cơ bản, hiện đại trong

các lĩnh vực sinh học, ở các cấp độ tổ chức sống, đồng thời phải lựa chọn

những vấn đề thiết yếu trong Sinh học có giá trị thiết thực cho bản thân học

sinh và cộng đồng, ứng dụng vào đời sống, sản xuất, bảo vệ sức khoẻ, bảo vệ

môi trường, Chương trình cần quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa

[3, tr 7] Các kiến thức sinh học trong chương trình THPT được trình bày

theo các cấp tổ chức sống từ các hệ nhỏ đến các hệ lớn: tế bào cơ thể

quần thể - loài quần xã hệ sinh thái - sinh quyển [3, tr 8] Điều đó

nghĩa là đã thể hiện tiếp cận SHHT

3 Xuất phát từ yêu cầu cấp bách về giáo dục môi trường

Hiện nay con người đang phải chịu những hậu quả do việc ô nhiễm MT và

hiện tượng biến đổi khí hậu Vì vậy cần phải giáo dục bảo vệ MT cho mọi

người, đặc biệt là cho thế hệ trẻ Do tầm quan trọng cực kỳ lớn lao của nhiệm

vụ giáo dục này, hiện nay các quốc gia đã nâng quan niệm từ giáo dục thái độ

ứng xử lên mức “đạo đức” ứng xử có văn hóa với MT sống Trong nhà trường

phổ thông thì môn học SH là nguồn cung cấp tri thức khoa học quan trọng

nhất và chủ yếu cho HS để có cơ sở nhận thức văn hóa, để giáo dục về đạo

đức ứng xử với MT sống Vì vậy, quán triệt quan điểm sinh thái trở thành một

trong những quan điểm chỉ đạo dạy học chương trình SH phổ thông hiện

hành

4 Xuất phát từ thực trạng dạy học bộ môn Sinh học nhìn từ góc độ

quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá, vận dụng tiếp cận sinh học hệ

để ý, một phần là do GV chưa có tài liệu hướng dẫn việc thực hiện yêu cầu này Về việc vận dụng tiếp cận SHHT trong dạy học SH nói chung và dạy học

SH VSV nói riêng cũng còn nhiều hạn chế Có những GV còn chưa hiểu thế nào là quan điểm hệ thống, tiếp cận SHHT nên việc vận dụng tiếp cận này còn ít được quan tâm Những bất cập đó đã phần nào hạn chế chất lượng dạy học SH

Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi đã chọn nghiên cứu đề tài “Quán

triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá kết hợp vận dụng tiếp cận sinh học

hệ thống trong dạy học Sinh học Vi sinh vật (Sinh học 10)”

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu để tìm nguyên tắc chung và phương pháp thực hiện việc quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa cũng như vận dung tiếp cận SHHT vào quá trình dạy học nhằm nâng cao chất lượng dạy học SH VSV (SH 10)

III NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của các quan điểm sinh thái và tiến hóa, tiếp cận

hệ thống và SHHT làm cơ sở cho việc vận dụng vào dạy học

- Nghiên cứu chương trình SH 10, nghiên cứu các các phương pháp dạy học SH tìm ra các biện pháp dạy học cụ thể để thực hiện việc quán triệt quan điểm sinh thái

và tiến hóa kết hợp vận dụng tiếp cận SHHT trong phần SH VSV (SH 10)

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng giả thuyết khoa học đã đưa ra

IV ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu: các giải pháp thực hiện việc quán triệt quan điểm

sinh thái và tiến hoá kết hợp vận dụng tiếp cận SHHT trong dạy học phần SH

VSV (SH 10)

- Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học SH

V GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Trên cơ sở nắm vững quan điểm xây dựng chương trình và SGK SH, nếu

người GV tiếp tục phát triển chương trình trong quá trình dạy học nhằm quán

triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá và theo tiếp cận SHHT thì sẽ có tác dụng

nâng cao chất lượng học tập của HS đối với phần SH VSV (SH 10)

VI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: nghiên cứu các tài liệu, văn bản liên

quan đến đề tài làm cơ sở để xác định các nguyên tắc và biện pháp thực hiện

quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa kết hợp vận dụng tiếp cận SHHT

trong dạy học SH VSV (SH 10)

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: dự giờ, trao đổi với giáo viên, thu thập

các thông tin liên quan đến nội dung nghiên cứu trong thực tiễn

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: thực nghiệm sư phạm ở trường phổ

thông nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài

- Phương pháp thống kê toán học: các số liệu trong thực nghiệm sư phạm

được xử lý thống kê bằng phần mềm Microsoft Excel, xác định các tham số

đặc trưng mang tính khách quan

VII NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN

- Góp phần làm rõ cơ sở khoa học của việc quán triệt quan điểm sinh thái

và tiến hoá, vận dụng tiếp cận SHHT trong dạy học SH

- Đề xuất giải pháp thực hiện việc quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá

kết hợp vận dụng tiếp cận hệ thống trong dạy học phần SH VSV (SH 10)

VIII CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương:

- Chương I Cơ sở khoa học, sư phạm và thực tiễn của việc quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa kết hợp vận dụng tiếp cận sinh học hệ thống trong dạy học Sinh học vi sinh vật (Sinh học 10)

- Chương II Quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá kết hợp vận dụng tiếp cận sinh học hệ thống trong dạy học Sinh học vi sinh vật (Sinh học 10)

- Chương III Thực nghiệm sư phạm

Chương I

CƠ SỞ KHOA HỌC, SƯ PHẠM VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC QUÁN TRIỆT QUAN ĐIỂM SINH THÁI VÀ TIẾN HÓA KẾT HỢP

VẬN DỤNG TIẾP CẬN SINH HỌC HỆ THỐNG

TRONG DẠY HỌC SINH HỌC VI SINH VẬT (SINH HỌC 10)

1.1 Lịch sử vấn đề nghiên cứu

1.1.1 Trên thế giới

K.Marx và S.Darwin là những người có công lao to lớn và thành công

trong việc vận dụng phương pháp tiếp cận hệ thống vào nghiên cứu các đối

tượng phức tạp về xã hội và tự nhiên Tập “Tư bản” của K.Marx được coi là

mẫu mực kinh điển nghiên cứu hệ thống xã hội tư bản như là một chỉnh thể và

các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội, thể hiện trong đó các nguyên lý

nghiên cứu sự toàn vẹn hữu cơ (bắt nguồn từ trừu tượng đến cụ thể, sự thống

nhất của phân tích và tổng hợp, làm sáng tỏ những mối liên hệ đa dạng và sự

tương tác giữa chúng, sự tổng hợp những hiểu biết cấu trúc - chức phận )

S.Darwin không chỉ là người đã sử dụng phương pháp tiếp cận phát triển lịch

sử nghiên cứu giới tự nhiên mà còn là người đầu tiên đưa ra quan niệm về sự

tồn tại và biến đổi của “loài sinh học” - vừa là đơn vị tiến hóa SH, vừa là một

cấp độ tồn tại độc lập của hệ thống sinh giới Điều đó có nghĩa là chính

Đacuyn đã sử dụng tiếp cận hệ thống trong nghiên cứu khoa học, tạo tiến đề

cho sự hình thành lý thuyết hệ thống như một khoa học mà về sau người có

công đầu là nhà SH Mỹ Ludwig von Bertalanffy

Lý thuyết hệ thống được đề xướng năm 1940 bởi Ludwig von Bertalanffy

và bắt nguồn từ Ross Ashby Ngay từ buổi đầu hình thành lý thuyết tổng quát

về hệ thống, bằng trực cảm và bằng thực nghiệm, các nhà sáng lập như

Bertalanffy, Ashby đã đưa ra một hệ thống các quan niệm và các vấn đề cơ

bản như tính toàn thể, tính trội, tính mở của các hệ thống; hành vi hướng

đích và cơ chế phản hồi, tính nội cân bằng, tính tổ chức và tính nội tổ chức

của các hệ thống [18] Với “Lý thuyết những hệ thống chung - General

Systems Theory” (1968), Ludwig von Bertalanffy được xem là người đi đầu

trong việc vận dụng tiếp cận hệ thống, đã đưa ra quan niệm về các cấp hệ

thống mang tính thứ bậc của sinh giới, về sau được các nhà SH và triết học

trên thế giới phát triển hoàn thiện thành lý thuyết về các cấp tổ chức sống Và trong SH hiện đại, người ta vận dụng đồng thời hai tiếp cận nghiên cứu là phương pháp phát triển lịch sử và phương pháp CT - HT để nghiên cứu các hiện tượng, các quá trình sống, từ đó phát hiện ra các quy luật của sự sống Một trong những mô phỏng đầu tiên trong SH được xuất bản năm 1952 bởi các nhà bệnh học thần kinh của Anh và là những người đoạt giải Nobel là Alan Lloyd Hodgkin và Andrew Fielding Huxley, người đã xây dựng nên mô hình tính toán để giải thích việc lan truyền dọc theo trục thần kinh của một TB thần kinh [31] Vào những năm 2000, nhân loại chứng kiến sự xuất hiện trước tiên tại Mỹ và Nhật một ngành SH non trẻ là SHHT

Ngày nay, người ta sử dụng các khái niệm có nội hàm gần nhau là “tiếp cận cấu trúc - hệ thống sinh học”, “tiếp cận các cấp độ sự sống hay “tiếp cận sinh học hệ thống”

Tiếp cận CT-HT SH sau khi chính thức ra đời và trở thành phương pháp nghiên cứu SH thì từ những năm 60 thế kỷ trước đã được các nhà sư phạm tìm cách vận dụng, phối hợp với quan điểm tiến hóa sinh giới đã trở thành quan điểm chỉ đạo để xây dựng nội dung và logic của chương trình SH phổ thông Cụ thể như: “Cải cách bộ môn Sinh học trong trường sư phạm” (Ph L‟ Héritier và G Rizet Pa- ri, Báo cáo OCDE, tr.77, 1963); “Những tư tưởng xây dựng bộ môn Sinh học trong trường trung học” (P Duvignau Pa - ri OCDE, 1963); “Vấn đề liên quan giữa sự tổ chức và tiến hoá của các hệ thống sống” (K M Khai-lôp, Tạp chí “Những vấn đề triết học”, số 4, 1966); “Quan điểm hệ thống - cấu trúc vận dụng vào giảng dạy Sinh học” (W Voigt Béc-lin, Sinh học trong nhà trường, số 3, 1969); “Thuyết cấu trúc và vị trí của nó trong phương pháp luận hệ thống” (A.A Ma-li-rôp-xki - trong quyển “Những vấn đề nghiên cứu hệ thống”, Nxb “Khoa học”, Mat-xcơ-va, 1970); “Phương pháp luận hệ thống và ý nghĩa của nó trong sinh học” (P I Cu-pa-lô, Sinh

học trong nhà trường, số 2, 1971); “Mối tương quan giữa hai phương pháp

luận lịch sử và cấu trúc - hệ thống nhằm nghiên cứu bản chất và các mức độ

tổ chức của sự sống” (V.A Alếc-xây-ép, trong cuốn “Phát triển những khái

niệm mức độ cấu trúc”, Nxb “Khoa học”, Mat-xcơ-va, 1972) [1]

Chương trình, SGK SH của nhiều nước trên thế giới được xây dựng trên

quan điểm sinh thái và tiến hoá, theo các CĐTCS Ví dụ, bộ sách Biological

Sciences Curriculum Study (gọi tắt là BSCS) của tổ chức “Nghiên cứu

chương trình sinh học” của Mỹ được tiến hành từ năm 1958 và dạy thí điểm

từ năm học 1960 – 1961 được biên soạn theo cách tiếp cận CĐTCS và theo

quan điểm sinh thái Từ những năm 1974 - 2005 Liên Bang Nga đã cải cách

chương trình SH phổ thông tiến bộ xa hơn so với chương trình SH thời giáo

dục Xô viết, coi quan điểm sinh thái - tiến hóa và tiếp cận các cấp tổ chức

sống là quan điểm chỉ đạo chương trình và SGK SH Chương trình và SGK

môn SH ở trường THPT Australia (1999 - 2004) được biên soạn theo quan

điểm sinh thái [2]

1.1.2 Ở Việt Nam

Năm 1973, trong luận án Phó tiến sĩ khoa học sư phạm “Những vấn đề cải

cách giáo trình Sinh học đại cương trường phổ thông nước Việt Nam dân chủ

Cộng hoà”, tác giả Nguyễn Như Ất đã cho rằng sự vận dụng đồng thời hai tư

tưởng lớn là tư tưởng tiến hoá và tư tưởng cấu trúc - hệ thống sẽ cho phép thể

hiện trong nội dung dạy học SH phổ thông những vấn đề trọng tâm của SH

hiện đại - đó là sự tiến hoá của các mức độ tổ chức vật chất sống Tác giả cho

rằng: “chỉ trên cơ sở cơ sở vận dụng đồng thời hai tư tưởng đó mới có thể mở

ra trước mắt học sinh những mối quan hệ phức tạp và khăng khít của sinh

quyển trong quá trình phát triển lịch sử, mối quan hệ giữa con người và sinh

quyển Đó là cơ sở để giáo dục cho học sinh thái độ của con người có văn hoá

đối với tự nhiên, vũ trang cho họ những tri thức khoa học đúng đắn về những

quy luật tiến hoá của những mối cân bằng trong tự nhiên” Tác giả luận án đã

đề xuất cấu trúc chung của giáo trình SH phổ thông nước Việt Nam dân chủ Cộng hoà gồm các chương tương ứng với các nội dung cơ bản là: tế bào - đơn

vị cấu trúc và chức phận của sự sống; những quy luật cơ bản của hệ thống cơ thể đa bào; những quy luật cơ bản của các hệ thống lớn (quần thể - loài, hệ sinh thái, sinh quyển); sự tiến hoá của sinh giới; con người và tự nhiên (SH ứng dụng) [1]

Chương trình SH phổ thông đổi mới của nước ta được thực nghiệm từ năm học 2000 - 2001, áp dụng đại trà từ năm học 2001 – 2002 (ở cấp THCS) và từ năm học 2006 - 2007 (ở cấp THPT) là một tiến bộ rất quan trọng trong nền giáo dục nước nhà Chương trình đã được xây dựng trên quan điểm sinh thái

và tiến hoá, các kiến thức SH được trình bày theo các CĐTCS từ các hệ nhỏ đến các hệ lớn [2]

Một hướng nghiên cứu tiếp theo là căn cứ vào chương trình, SGK đã được xây dựng theo các tiếp cận nêu trên nghiên cứu tìm ra những giải pháp để thể hiện các tiếp cận trên vào thực tiễn dạy học môn học

Năm 1999, trong luận án tiến sĩ khoa học giáo dục “Giáo dục môi trường qua dạy học Sinh thái học lớp 11 phổ thông trung học”, tác giả Dương Tiến

Sỹ đã vận dụng tiếp cận CT-HT vào việc phân tích nội dung, xây dựng các nguyên tắc tích hợp giáo dục MT qua dạy học Sinh thái học ở toàn chương trình và từng bài học, từng khái nhiệm cụ thể theo hướng phát huy tính tích cực của HS, từ đó cho phép tích hợp hữu cơ giữa dạy học Sinh thái học với giáo dục MT [20]

Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục của tác giả Nguyễn Phúc Chỉnh (2004)

“Nâng cao hiệu quả dạy học Giải phẫu sinh lý và vệ sinh người ở THCS bằng

áp dụng phương pháp Grap” tuy cũng sử dụng phương pháp tiếp cận hệ thống vào dạy học SH nhưng theo một khía cạnh khác Ở đây, phương pháp hệ

thống trở thành phương pháp luận để chuyển hoá Grap toán học thành Grap

dạy học SH Căn cứ vào đặc thù của phương pháp tiếp cận CT-HT là hướng

nghiên cứu vào việc khám phá tính chỉnh thể đó Vận dụng tiếp cận CT-HT

để phân tích đối tượng thành các yếu tố cấu trúc, xác định các đỉnh của Grap

trong một hệ thống mang tính logic khoa học, qua đó thiết lập các mối quan

hệ của các yếu tố cấu trúc trong một chỉnh thể [4]

Tác giả Dương Tiến Sỹ trong bài viết “Quán triệt tư tưởng cấu trúc - hệ

thống và tư tưởng tiến hoá sinh giới trong dạy học sinh học ở trường phổ

thông” (2006) đã cho rằng việc quán triệt đầy đủ và vận dụng đồng thời hai tư

tưởng CT-HT và tư tưởng tiến hoá sinh giới trong quá trình dạy học SH cho

phép dễ dàng phân tích nội dung SH về các CĐTCS, khắc phục được sự tách

rời giữa cấu trúc và chức năng, giữa cấu trúc - chức năng với MT Từ đó giúp

cho việc xác định các phương pháp, phương tiện dạy học theo hướng tích cực

hoá hoạt động của HS Khi tổ chức cho HS nghiên cứu mỗi CĐTCS dù đơn

giản hay phức tạp đều phải tuân thủ theo các nguyên tắc chính là nguyên tắc

tổ chức, nguyên tắc hệ thống, nguyên tắc hoạt động Quá trình dạy học SH về

các CĐTCS theo tư CT-HT và tư tưởng tiến hoá được tiến hành theo hướng

tổng - phân - hợp [21]

Trong luận án Tiến sĩ giáo dục học “Vận dụng tiếp cận hệ thống trong dạy

học sinh học cơ thể lớp 11 THPT phân ban” (2009) của tác giả Nguyễn Thị

Nghĩa đã vận dụng tiếp cận hệ thống định hướng tổ chức hoạt động nhận thức

của HS bằng gia công trí tuệ tài liệu SH chuyên khoa TV, ĐV theo logic tổng

- phân - hợp để cuối cùng khái quát hoá, trừu tượng hoá, hình thành các khái

niệm đại cương về SH cấp độ cơ thể Tác giả luận án cũng đã xây dựng được

ba con đường logic tổ chức dạy học SH cơ thể phù hợp với cách biên soạn nội

dung từng chương của SGK, năng lực của GV và trình độ của HS, giúp HS

đối chiếu, so sánh tìm các dấu hiệu tương đồng về bản chất SH, hình thành các khái niệm SH đại cương cấp độ cơ thể [18]

Luận án tiến sĩ giáo dục học “Hình thành và phát triển các khái niệm về cấp độ tổ chức sống trên cơ thể trong dạy học sinh học ở trường THPT” (2009) của tác giả Đặng Thị Dạ Thuỷ đã quán triệt logic vận dụng tiếp cận CT-HT để phân tích logic của các khái niệm về các CĐTCS trên cơ thể (quần thể, quần xã, sinh quyển) Đồng thời tác giả luận án đã xác định được biện pháp logic trên cơ sở vận dụng tiếp cận CT-HT là công cụ để định hướng tổ chức các hoạt động học tập của HS thông qua câu hỏi, bài tập để hình thành

và phát triển có hiệu quả các khái niệm về CĐTCS trên cơ thể [26]

Như vậy, các công trình trên mới khai thác theo cách phân tích từng quan điểm chỉ đạo trong CTSHPT 2006 như quan điểm sinh thái, quan điểm các cấp tổ chức sống để nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn dạy học Chưa có công trình nào tại Việt Nam nghiên cứu một cách tổng hợp, vận dụng đồng thời các quan điểm mà CTSHPT 2006 đã nêu ra là quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa kết hợp vận dụng tiếp cận SHHT vào trong thực tiễn dạy học

SH Đề tài nghiên cứu của chúng tôi mạnh dạn đi theo hướng mới này, tuy nhiên chỉ vận dụng vào một phần nội dung cụ thể là phần SH VSV (SH 10, chương trình chuẩn)

1.2 Cơ sở khoa học 1.2.1 Quan điểm sinh thái

Thuật ngữ “sinh thái” được Ernst Haeckel, nhà bác học người Đức đề xướng năm 1866 chỉ mối quan hệ tương hỗ giữa SV với MT

Sinh thái học là khoa học nghiên cứu về quan hệ tương hỗ giữa SV với SV

và SV với MT Đối tượng nghiên cứu của Sinh thái học là mối quan hệ tương

hỗ giữa SV với SV và SV với MT ở mọi cấp độ tổ chức sống từ cá thể, quần thể, loài, quần xã - hệ sinh thái, sinh quyển Vì vậy, Sinh thái học là cơ sở khoa học cho việc bảo vệ tài nguyên thiên nhiên và MT

Người ta phân chia Sinh thái học thành sinh thái học đại cương và sinh thái

học chuyên biệt Sinh thái học đại cương nghiên cứu những nguyên tắc cơ bản

về tổ chức và chức năng của các hệ thống trên cơ thể Sinh thái học đại cương

được phân thành các phân môn là sinh thái học cá thể, sinh thái học quần thể,

sinh thái học quần xã Sinh thái học chuyên biệt chỉ giới hạn nghiên cứu

những đối tượng cụ thể như: Sinh thái học thực vật, Sinh thái học động vật,

Sinh thái học vi khuẩn, Sinh thái học côn trùng Về mặt ứng dụng còn có

Sinh thái học nông nghiệp nghiên cứu đối tượng vật nuôi, cây trồng

Sinh thái học có ý nghĩa trong nhiều lĩnh vực Trong lĩnh vực bảo vệ sức

khoẻ, vấn đề sinh thái trọng tâm là nghiên cứu phát hiện các ổ dịch bệnh đối

với con người và vật nuôi; tìm phương pháp vệ sinh phòng trừ dịch bệnh

Trong lĩnh vực này, vấn đề sinh thái cốt lõi và đặc biệt phức tạp là đấu tranh

chống ô nhiễm MT bởi chất thải từ các hoạt động của con người Trong lĩnh

vực bảo vệ tính đa dạng SH, vấn đề cấp thiết hiện nay là bảo tồn quỹ gen Do

đó, phải thiết lập các vườn quốc gia, các khu bảo vệ và khôi phục các loài quý

hiếm Đó là hình mẫu của tự nhiên và là những phòng thí nghiệm sinh thái

học ngoài trời Trong lĩnh vực bảo vệ MT, sinh thái học là cơ sở cho công tác

nghiên cứu các biện pháp ngăn ngừa ô nhiễm MT Cần phải nghiên cứu các

nguyên lý sinh thái đảm bảo thiết lập mối quan hệ giữa con người và thiên

nhiên theo hướng bảo tồn tính đa dạng SH và phát triển MT bền vững

Mỗi cơ thể SV trong quá trình tồn tại và phát triển luôn luôn chịu tác động

tổng hợp của cả phức hệ nhân tố sinh thái và theo những quy luật sinh thái cơ

bản:

Quy luật giới hạn sinh thái: mỗi loài SV có một giới hạn đặc trưng về mỗi

nhân tố sinh thái Ngoài giới hạn sinh thái thì SV không thể tồn tại được

Quy luật tác động không đồng đều của nhân tố sinh thái: mỗi nhân tố sinh

thái tác động không giống nhau lên cùng một chức phận sống ở các giai đoạn

phát triển khác nhau Đối với các CĐTCS cao hơn mức cá thể, trong quá trình

tồn tại và phát triển luôn có sự biến đổi theo quy luật phát triển và tiến hoá qua các giai đoạn khác nhau

Quy luật tác động qua lại giữa SV và MT: MT thường xuyên tác động lên

cơ thể SV làm chúng không ngừng biến đổi, ngược lại SV cũng tác động trở lại MT là cải biến MT

Quy luật hình tháp sinh thái: SV mắt lưới nào càng xa vị trí của SV sản xuất thì có sinh khối trung bình càng nhỏ

Quy luật lượng tối thiểu: khi MT đã được đảm bảo đủ tất cả các nhân tố cần thiết cho sự sinh trưởng của SV, nhưng nếu chỉ thiếu một nhân tố, mà nếu nhân tố đó đảm bảo cho sự sinh trưởng của SV thì dù chỉ thiếu với một lượng tối thiểu cũng sẽ hạn chế sự phát triển của loài SV đó

Con người là một thành phần sống trong hệ sinh thái cũng như tất cả những loài khác, bị các quy luật tự nhiên chi phối nhưng lại vừa là chủ thể điều khiển tự nhiên Muốn tồn tại bền vững, con người phải ý thức được mình là một bộ phận của thiên nhiên, phục tùng các quy luật tự nhiên chứ không đơn thuần một chiều là chỉ biết khai thác, cải tạo biến đổi nó phục cho nhu cầu của mình bất chấp cả sự cân bằng tự nhiên Tri thức bảo vệ MT thực chất là sự hiểu biết giá trị của các quy luật sinh thái thể hiện trong các nguyên lí cân bằng tự nhiên để vừa khai thác sử dụng tài nguyên thiên nhiên, vừa phải có trách nhiệm duy trì và phát triển MT bền vững

Để bảo vệ MT, trước hết con người cần nắm vững các quy luật tồn tại, phát triển của tự nhiên để hình thành văn hoá ứng xử đối với tự nhiên [22], [24] Trong CTSHPT 2006, quan điểm sinh thái được hiểu theo nghĩa “Các đối tượng tìm hiểu được đặt trong mối quan hệ mật thiết giữa cấu tạo và chức năng, giữa cơ thể với MT”

1.2.2 Quan điểm tiến hóa

Thuật ngữ “tiến hoá” ngày nay được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học Người ta nói tới sự tiến hoá của các nguyên tử, các phân tử, sự tiến

hoá của trái đất, của xã hội với nghĩa chung là sự biến đổi có kế thừa trong

thời gian dẫn tới sự hoàn thiện trạng thái ban đầu và sự nảy sinh cái mới

Sự tiến hoá SH (tiến hoá hữu cơ) dựa trên quá trình tự nhân đôi, tự đổi mới

của các đại phân tử hữu cơ, sự sinh sản của các cơ thể sống, sự biến đổi thành

phần kiểu gen của quần thể dẫn tới sự biến đổi của các loài SV Quá trình này

chứa đựng khả năng cải biến vô hạn của các hệ sống, từ cấp độ phân tử - tế

bào đến cấp độ sinh quyển Dấu hiệu nổi bật nhất của sự tiến hoá SH là sự

thích nghi của các hệ sống đang phát triển với các điều kiện tồn tại của chúng

Tư tưởng thừa nhận sự biến đổi, phát triển của giới hữu cơ đã có mầm

mống từ lâu nhưng mãi đến nửa đầu thế kỷ XIX với đóng góp to lớn của

J.B.Lamac và S.R Đacuyn, học thuyết tiến hoá mới ra đời

J.B.Lamac (1809) là người đầu tiên nêu ra một học thuyết tương đối có hệ

thống về sự phát triển liên tục của giới hữu cơ có tính quy luật theo hướng

hoàn thiện dần về tổ chức - từ giản đơn đến phức tạp Tuy nhiên, cách giải

thích cơ chế tiến hoá bằng sử dụng hay không sử dụng các cơ quan và do tác

động trực tiếp của điều kịên MT là không phù hợp với thực tế và không được

mọi người chấp nhận

Người đặt nền móng vững chắc cho học thuyết tiến hoá là S.R Đacuyn

(1959) Căn cứ vào những bằng chứng trong thiên nhiên và trong thực tiễn

chọn giống, tổng hợp các thành tựu SH đương thời, Đacuyn đã chứng minh

rằng toàn bộ sinh giới ngày nay là kết quả của quá trình lịch sử lâu dài theo

những quy luật SH, loài mới được xuất hiện từ loài cũ thông qua đấu tranh

sinh tồn và chọn lọc tự nhiên Có những loài mới xuất hiện, đồng thời có loài

cũ bị diệt vong Kết quả tiến hóa các loài trong tự nhiên làm cho số lượng loài

ngày càng đa dạng, có nhiều loài khác nhau có nguồn gốc chung, đặc tính

thích nghi của các loài ngày càng hoàn thiện qua quá trình tiến hóa Sự ra đời

của học thuyết tiến hoá của Đacuyn là bước ngoặt lớn, là cái mốc tạo nên

cuộc cách mạng trong khoa học tự nhiên và trong triết học, văn hoá ở cuối thế

kỷ XIX và nửa đầu thế kỷ XX Học thuyết tiến hoá ra đời không chỉ gây ảnh hưởng đến sự phát triển của các chuyên ngành SH mà còn là mối liên hệ gắn kết các ngành SH riêng lẻ thành một khối thống nhất biện chứng Trong SH

đã xuất hiện một tư duy chung là tư duy „tiến hoá”

Trong các thập niên 30 đến 50 của thế kỷ XX đã hình thành thuyết tiến hoá tổng hợp là thuyết tiến hoá hiện đại Đây là sự tổng hợp các thành tựu lí thuyết trong nhiều lĩnh vực SH như phân loại học, cổ SV học, sinh thái học, học thuyết về sinh quyển, đặc biệt là di truyền học quần thể Thuyết tiến hoá tổng hợp đã làm sáng tỏ cơ chế tiến hoá Ngày nay, người ta phân biệt quá trình tiến hóa nhỏ (microevolution) với quá trình tiến hóa lớn (macroevolution) Tiến hóa nhỏ là sự biến đổi cấu trúc di truyền của quần thể, bao gồm sự phát sinh đột biến, sự phát tán đột biến qua giao phối, sự chọn lọc các đột biến có lợi, sự cách li sinh sản giữa quần thể đã biến đổi với quần thể gốc, kết quả là

sự hình thành loài mới Tiến hóa lớn là sự hình thành các nhóm phân loại trên loài như chi, họ, bộ, lớp, ngành Quá trình tiến hoá SH bao gồm tiến hoá nhỏ

và tiến hoá lớn được chi phối bởi các quy luật SH Thích nghi là một dấu hiệu

cơ bản của tiến hoá SH Hướng tiến hoá chung của toàn bộ giới hữu cơ là phân hoá ngày càng đa dạng, tổ chức ngày càng cao, thích nghi ngày càng hoàn thiện [14], [25]

Theo từ điển Bách khoa Việt Nam, “Hệ thống là một tập hợp những yếu tố,

bộ phận có mối liên hệ qua lại với nhau, tác động lẫn nhau và tạo thành một

chỉnh thể nhất định”[28]

1.2.3.2 Khái niệm hệ thống sống

Thế giới sống vô cùng đa dạng, SH xem tế bào, cơ thể, quần thể, quần xã,

hệ sinh thái, sinh quyển là những hệ thống sống ở các cấp độ khác nhau Hệ

thống sống khác với hệ thống vô sinh ở những đặc điểm chủ yếu là có tính tổ

chức cao, trao đổi chất, sinh trưởng và phát triển, sinh sản, cảm ứng

Hệ thống sống là hệ mở, tự điều chỉnh, cân bằng động bảo đảm thích ứng

với MT và hệ liên tục tiến hoá

Hệ thống sống là hệ mở, có tính tổ chức cao, đặc tính này của hệ sống vừa

là đặc điểm phân biệt với hệ vô cơ nhưng đồng thời cũng là cơ sở để hiểu

được các đặc tính khác của hệ sống như chuyển hoá vật chất và năng lượng,

sinh trưởng và phát triển, sinh sản, cảm ứng

Hệ thống sống gồm nhiều yếu tố thành phần cấu tạo nên, khi một yếu tố

thành phần bị tổn thương thì có thể dẫn đến hệ thống bị phá huỷ

Hệ thống sống có khả năng tự điều chỉnh, duy trì sự cân bằng Nếu mất cân

bằng nội môi sẽ dẫn đến rối loạn hoạt động của các thành phần cấu trúc bên

trong, làm cho hệ tổn thương, thậm chí bị huỷ diệt Trong hệ thống sống,

entropi có xu hướng giảm, độ trật tự của hệ được tăng cao, lượng thông tin

của hệ ngày càng tăng, vì vậy mà hệ sống tồn tại và phát triển Tuy nhiên, sự

tự điều chỉnh của các hệ sống có giới hạn nhất định, nếu sự thay đổi vượt quá

giới hạn các hệ sống sẽ mất khả năng tự điều chỉnh

Hệ thống sống có tổ chức phức tạp gồm nhiều cấp độ lệ thuộc nhau và

tương quan với MT Người ta chia hệ sống thành các cấp tổ chức cơ bản từ

thấp đến cao là: tế bào cơ thể quần thể - loài quần xã hệ sinh

thái - sinh quyển Trong mỗi cấp tổ chức chính còn có các cấp phụ Các tổ

chức sống tồn tại và phát triển theo nguyên tắc thứ bậc lệ thuộc Tổ chức sống

dưới là đơn vị cấu trúc cơ sở để xây dựng tổ chức sống cấp trên, sự ổn định của tổ chức sống cấp trên là điều kiện tồn tại của tổ chức sống cấp dưới Mỗi cấp tổ chức sống có cấu tạo và chức năng sống nhất định nhưng chịu sự lệ thuộc vào các cấp tổ chức cao hơn và cấp thấp hơn, cùng phối hợp hoạt động thống nhất theo một cơ chế điều hoà chung Tổ chức sống cao hơn không chỉ

có những đặc điểm nổi trội mà tổ chức sống thấp hơn không có mà còn thừa hưởng các đặc điểm của các tổ chức sống ở cấp thấp hơn Những đặc tính nổi trội ở mỗi cấp tổ chức sống được hình thành do sự tương tác giữa các bộ phận cấu thành Vì vậy khi nghiên cứu một cấp tổ chức sống nào đó phải xem xét trong mối quan hệ tương tác giữa các cấp với nhau và với MT Trong mỗi CĐTCS đều thể hiện mối liên quan mật thiết giữa cấu trúc và chức năng và với MT sống Quan hệ giữa cấu trúc và chức năng được hình thành dưới tác dụng của chọn lọc tự nhiên làm cho mỗi tổ chức sống thực hiện các chức năng chuyên biệt trong một MT nhất định Chính sự tổ chức của các thành phần cấu tạo và sự tương tác giữa chúng đã làm phát sinh những đặc tính nổi trội của hệ Trong một hệ thống, các thành phần cấu trúc của hệ thống có mối quan hệ tương tác qua lại và toàn bộ hệ thống luôn luôn có mối quan hệ tương

hỗ với MT thông qua quá trình trao đổi vật chất, năng lượng và thông tin Các đặc trưng của một hệ thống sống được duy trì nhờ quá trình tự điều chỉnh về thành phần cấu trúc, về tốc độ trao đổi chất và năng lượng với MT trong quá trình phát triển và tiến hoá; tính ổn định tương đối trong không gian qua thời gian được gọi là trạng thái cân bằng sinh thái của hệ thống [21]

1.2.3.3 Tiếp cận cấu trúc - hệ thống

Tiếp cận là cách đến gần một đối tượng để nghiên cứu, là hệ phương pháp

để nghiên cứu một đối tượng Theo quan niệm của khoa học hiện đại thì bất

kỳ một khách thể nào trong thế giới hiện thực cũng là một hệ thống Việc nghiên cứu khách thể với tính cách là một hệ thống đã dẫn đến sự hình thành

một phương pháp mới gọi là tiếp cận CT-HT Tiếp cận CT-HT là một phương

pháp của triết học duy vật biện chứng, có thể vận dụng vào mọi lĩnh vực nhận

thức và thực tiễn

Quan niệm CT-HT chính là phép suy rộng quan niệm biện chứng về mối

quan hệ giữa bộ phận và toàn thể Trong SH, quá trình tìm hiểu mối quan hệ

giữa bộ phận của toàn thể đã sản sinh ra 4 khái niệm: thành phần, cấu tạo, cấu

trúc và hệ thống

 Khái niệm thành phần: Theo phương pháp phân tích hệ thống thì thành

phần là những bộ phận cấu tạo nên một toàn thể, những bộ phận này được xác

định bằng con đường phân tích một toàn thể thành những bộ phận khác nhau

 Khái niệm cấu tạo: Nói tới những bộ phận (thành phần) có quan hệ với

nhau tạo nên một toàn thể về mặt không gian Ví dụ: cấu tạo của tim gồm tâm

thất, tâm nhĩ; một quần xã SV gồm các quần thể thuộc những loài khác nhau

 Khái niệm cấu trúc: Nói tới những mối liên hệ bên trong của sự vật,

những mối liên hệ này là bền vững, quy định đặc điểm của sự vật Sẽ không

một yếu tố nào của cấu trúc có thể hiểu được nếu tách ra khỏi hệ thống Trong

khái niệm cấu trúc, cái toàn thể nổi lên so với cái bộ phận, vì thế mà người ta

chú ý tới mối quan hệ giữa các bộ phận

 Khái niệm hệ thống: Nói đến một tập hợp các đối tượng hoặc các yếu tố

nằm trong mối liên hệ tương tác xác định Một hệ lớn có thể bao gồm những

hệ con, hệ con cấp I lại gồm những hệ con cấp II, hệ con cấp II lại gồm những

hệ con cấp III

Khái niệm CT-HT ra đời là hệ qủa của phương pháp tổng hợp đi từ cái bộ

phận đến cái toàn thể theo sơ đồ hình 1.1

Hệ con gồm những hệ nhỏ hơn, giữa các bộ phận trong một hệ con và giữa các

hệ con với nhau cũng như giữa hệ lớn với MT cũng có mối tương tác xác định Nhờ mối tương tác này mà hệ thống có những thuộc tính mới, những chất lượng mới vốn không có ở các bộ phận riêng lẻ, chưa từng có trước đó và

không phải là số cộng các tính chất của các bộ phận Đó là những chất lượng mới mang tính toàn vẹn hay tính tích hợp của hệ thống Toàn hệ thống là một

chỉnh thể có khả năng tự điều chỉnh, tự thân vận động và phát triển [21] SHHT là một lĩnh vực nghiên cứu, cụ thể tập trung vào tìm hiểu các tương tác của các thành phần của các hệ thống SH, những sự tương tác này sẽ đưa đến chức năng cũng như hành vi như thế nào của hệ thống đó SHHT nghiên cứu sự sống ở tất cả các CĐTCS Mục tiêu cuối cùng của SHHT là mô hình hoá cách thức hoạt động của mọi hệ thống SH Các mô hình chính xác giúp các nhà SH dự đoán sự thay đổi trong một hay nhiều bộ phận gây ảnh hưởng lên các bộ phận khác và toàn hệ thống như thế nào? Ví dụ, nồng độ canxi trong TB cơ chỉ tăng lên một chút cũng sẽ gây ảnh hưởng lên hoạt tính của hàng chục protein tham gia vào sự điều chỉnh hoạt động co cơ như thế nào? Một loại thuốc hạ áp sẽ gây ảnh hưởng đến các chức năng của các cơ quan trong cơ thể và có thể gây ra các tác dụng phụ nguy hiểm như thế nào? Sự tăng cao từ từ nồng độ cacbon dioxit trong khí quyển làm biến đổi các hệ sinh thái và sinh quyển ra sao? Các nhà khoa học nghiên cứu các hệ sinh thái đã đi tiên phong trong việc áp dụng tiếp cận hệ thống từ năm 1960 để xây dựng các

mô hình sơ đồ hoá mạng lưới các tương tác giữa các loài và thành phần vô cơ trong các hệ sinh thái đầm lầy và các hệ sinh thái khác Ngày nay, SHHT tập trung nghiên cứu sự sống ở các cấp độ TB và phân tử một phần do tích luỹ dữ

liệu về việc giải trình tự các hệ gen cũng như chức năng đã biết của hệ protein

[2], [31]

Vận dụng tiếp cận SHHT chính là vận dụng tiếp cận hệ thống vào để

nghiên cứu sinh giới theo các CĐTSC

Trong SH cũng cần lưu ý để tránh nhầm lẫn giữa “tiếp cận SHHT” và

“ngành khoa học SHHT” Ngày nay đã xuất hiện một ngành khoa học mới

của SH, đó là ngành Sinh học hệ thống Đây là một lĩnh vực nghiên cứu khá

mới mẻ tập trung vào việc nghiên cứu một cách có hệ thống các tương tác

phức tạp trong các hệ thống SH SHHT chính thức ra đời từ những năm 2000

và nay đang rất phát triển tại Mỹ và nhiều nước khác Vào những năm 2000,

khi Viện SHHT (Institutes of Systems Biology) được thành lập ở Seattle và

Tokyo, SHHT phát triển mạnh nhờ vào sự hoàn thành các dự án bản đồ gen

khác nhau, sự ra đời của lượng lớn dữ liệu từ họ omics và sự phát triển tin

sinh học [31]

Trong dạy học SH, khi giúp HS nghiên cứu mỗi CĐTCS theo tiếp cận

SHHT dù đơn giản hay phức tạp đều phải tuân thủ các nguyên tắc chính sau

đây:

Nguyên tắc tổ chức: Yêu cầu phân tích các đối tượng nghiên cứu ra các

yếu tố cấu thành Tìm hiểu cấu trúc và chức năng của tất cả các yếu tố cấu

thành ấy

Nguyên tắc hoạt động: Yêu cầu tìm hiểu các mối quan hệ qua lại giữa

các yếu tố cấu thành ở bên trong hệ, dựng được sơ đồ cấu trúc của đối tượng

Nguyên tắc hệ thống: Yêu cầu xem xét đối tượng như là một hệ mở toàn

vẹn tương tác với MT

Trên cơ sở lôgíc sinh thành và phát triển của các CĐTCS giúp điều khiển

nguyên lý vận hành của hệ sống đó theo quy luật của nó theo hướng đảm bảo

sự cân bằng sinh thái [21]

1.3 Cơ sở sư phạm

CTSHPT 2006 được xây dựng theo trình tự tổ chức của thế giới sống, tức

là theo tiếp cận SHHT, bắt đầu từ TB đến cơ thể rồi quần thể, quần xã, hệ sinh thái và sinh quyển Vì vậy, các kiến thức được bố trí theo mạch nội dung gồm

7 phần cơ bản

Lớp 10 gồm phần I, II, III:

 Phần I Giới thiệu chung về thế giới sống Giới thiệu các cấp tổ chức của sự sống và những đặc trưng của hệ thống sống Phần này cũng điểm qua hệ thống phân loại sinh giới, nguyên tắc phân loại các giới SV, đặc điểm chung của mỗi giới trong hệ thống phân loại 5 giới

 Phần II Sinh học tế bào Phần này đề cập đến TB như một hệ cấu trúc - chức năng thông qua phân tích cấu trúc - chức năng của các bộ phận cấu trúc của TB TB được xem là một CĐTCS nên có các đặc điểm chủ yếu như chuyển hoá vật chất và năng lượng, sinh trưởng và phát triển, sinh sản thông qua quá trình nguyên phân

 Phần III Sinh học vi sinh vật

Đề cập đến TB như một quá độ từ cấp CĐTCS TB lên CĐTCS cơ thể, đề cập đến các quá trình sống như chuyển hoá vật chất và năng lượng, sinh trưởng, sinh sản các VSV - các cơ thể đơn bào

 Phần IV - Sinh học cơ thể (Lớp 11) Nội dung đề cập đến SH cơ thể đa bào (TV, ĐV) biểu hiện ở các quá trình

SH cơ bản là chuyển hoá vật chất và năng lượng, sinh trưởng và phát triển, sinh sản, cảm ứng

Lớp 12 gồm phần V, VI, VII:

 Phần V Di truyền học Nội dung bao gồm những vấn đề về cơ sở vật chất, cơ chế di truyền ở cấp

độ phân tử, TB Các quy luật di truyền, biến dị, ứng dụng di truyền và biến dị

 Phần VI Tiến hoá

Đề cập đến các bằng chứng tiến hoá, nguyên nhân và cơ chế tiến hoá, sự

phát sinh và phát triển của sự sống

 Phần VII Sinh thái học

Bao gồm những nội dung về mối quan hệ giữa SV với SV và SV với MT

từ cấp độ cá thể đến quần thể, quần xã và hệ sinh thái, sinh quyển Phần này

là khái quát những dấu hiệu bản chất của tổ chức sống cấp độ trên cơ thể:

quần thể, quần xã, hệ sinh thái - sinh quyển

Như vậy, việc xây dựng chương trình và SGK đã quán triệt các quan điểm

tiến hoá và sinh thái cũng như vận dụng tiếp cận SHHT Nhiệm vụ quán triệt

và vận dụng các quan điểm trên tiếp theo là của người GV trong giảng dạy

Thông qua quá trình giảng dạy của GV để chuyển đến HS những tư tưởng đó,

hình thành ở HS kiến thức, kĩ năng, thái độ đúng đắn Để làm được như vậy,

bản thân người GV phải nắm vững vấn đề, trên cơ sở đó lựa chọn nội dung,

phương pháp phù hợp với từng chương, từng bài trong quá trình dạy học để

hình thành ở HS kiến thức, kĩ năng, thái độ cần thiết theo yêu cầu của mục

tiêu đề ra, trong đó thái độ rất quan trọng của văn hoá SH là ý thức bảo vệ MT

sinh thái

CTSHPT 2006 đã nêu rõ các quan điểm xây dựng và phát triển chương

trình:

 Chương trình phải thể hiện được những tri thức cơ bản, hiện đại trong

các lĩnh vực sinh học, ở các cấp độ tổ chức sống, đồng thời phải lựa chọn

những vấn đề thiết yếu trong Sinh học có giá trị thiết thực cho bản thân học

sinh và cộng đồng, ứng dụng vào đời sống, sản xuất, bảo vệ sức khoẻ, bảo vệ

môi trường,

 Chương trình cần quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa Các đối

tượng tìm hiểu được đặt trong mối quan hệ mật thiết giữa cấu tạo và chức

năng, giữa cơ thể và môi trường Các nhóm sinh vật về cơ bản được trình bày theo hệ thống tiến hóa từ nhóm có tổ chức đơn giản đến nhóm có tổ chức phức tạp

 Các kiến thức sinh học trong chương trình THPT được trình bày theo các cấp tổ chức sống từ các hệ nhỏ đến các hệ lớn: tế bào cơ thể quần thể - loài quần xã hệ sinh thái - sinh quyển [3, tr 7,8]

Sau khi học xong môn SH trong nhà trường phổ thông, HS cần đạt được một trong các mục tiêu về kiến thức là: có những hiểu biết phổ thông, cơ bản, hiện đại, thực tiễn về các cấp tổ chức sống, từ tế bào, cơ thể đến các cấp trên

cơ thể như quần thể - loài, quần xã, hệ sinh thái - sinh quyển Có một số hiểu biết về các quá trình và quy luật sinh học cơ bản ở cấp TB và cơ thể như trao đổi chất và năng lượng, sinh trưởng và phát triển, cảm ứng và vận động, sinh sản và di truyền, biến dị [3, tr 6]

1.4 Cơ sở thực tiễn 1.4.1 Yêu cầu cấp bách của việc giáo dục môi trường

Biến đổi khí hậu, ô nhiễm MT, hiện nay đã trở thành những vấn đề nóng bỏng không chỉ của một quốc gia nào mà là của toàn nhân loại Nhân loại đã và đang phải đối mặt với những vấn đề cấp bách về tài nguyên, MT: tài nguyên suy giảm, sự biến đổi khí hậu, suy giảm đa dạng SH do chính con người gây ra Biến đổi khí hậu với biểu hiện chính là sự nóng lên toàn cầu

và mực nước biển dâng đã trở thành một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ XXI Đặc biệt là với Việt Nam, quốc gia được các mhà khoa học quốc tế đã nhận định là một trong 5 nước sẽ chịu ảnh hưởng nghiêm trọng nhất của biến đổi khí hậu Hiện nay ở Việt Nam, biến đổi khí hậu đã đe dọa đến cuộc sống, sức khỏe của hàng chục triệu người dân, đặc biệt những người nghèo sinh sống ở những vùng dễ bị tổn hại do biến đổi khí hậu gây ra

SH là môn khoa học nghiên cứu về vật chất sống ở CĐTCS khác nhau,

đồng thời nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa SV với SV và giữa SV với

MT sống Khi mỗi người thấu hiểu các hiện tượng và quy luật SH thì sẽ có

thái độ văn hoá đối với SV, đối với thiên nhiên như khai thác hợp lý nguồn tài

nguyên thiên nhiên, bảo vệ MT bền vững… Tuy nhiên, để bồi dưỡng được

thái độ "ứng xử" như vậy với MT tự nhiên ở mọi cấp độ (vùng - lãnh thổ,

quốc gia, toàn cầu) thì nhà trường phổ thông phải chú ý giáo dục văn hoá sinh

học có kế hoạch thông qua các biện pháp, con đường giáo dục thích hợp Việc

giảng dạy SH không phải chỉ cần nhen nhóm trong HS tình yêu thiên nhiên vì

vẻ đẹp diệu kì và lợi ích to lớn của nó mà còn phải xây dựng cho được những

thái độ, hành vi, thói quen bảo vệ MT sống, bảo đảm sự cân bằng sinh thái

[15] Trong dạy học môn SH cần phải giáo dục để mỗi HS ngay từ khi ngồi

trên ghế nhà trường đã ý thức được mình là một thành viên xã hội thời đại toàn

cầu hoá, “vì sao” và “làm như thế nào” để bảo vệ MT sinh thái “ngôi nhà toàn

cầu”

VSV có hai tác động đồng thời lên MT sống nói chung và với cuộc sống

của con người riêng: khả năng chuyển hoá vật chất và năng lượng, sinh

trưởng, sinh sản với tốc độ rất nhanh, năng lực thích ứng mạnh, dễ phát sinh

biến dị đều có thể có lợi hoặc có hại cho MT và đời sống con người Trình

độ ứng xử, điều tiết thế giới VSV thế nào để phục vụ lợi ích của con người và

bảo vệ cân bằng sinh thái phụ thuộc vào trình độ nhận thức về VSV

Quán triệt tốt quan điểm sinh thái trong dạy học SH nói chung và dạy học SH

VSV nói riêng là một trong những con đường hiệu quả để giáo dục bảo vệ MT

1.4.2 Thực trạng việc quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá cũng

như việc vận dụng tiếp cận hệ thống của giáo viên trong thực tiễn dạy

học Sinh học

Chúng tôi đã tiến hành điều tra đối với 20 GV SH ở 5 trường THPT của

tỉnh Thái Nguyên (Trường THPT Lương Phú, THPT Phú Bình, THPT Điềm

Thuỵ, THPT Phú Lương và THPT Phổ Yên) Kết quả thu được từ việc phân tích phiếu điều tra với 5 câu hỏi như sau:

Câu 1 Thầy (Cô) hãy cho biết những quan điểm xây dựng và phát triển chương trình Sinh học THPT hiện hành

Với câu hỏi này, có 5/20 GV (25%) nêu được một quan điểm là: các kiến thức SH trong chương trình THPT được trình bày theo các CĐTCS, từ các hệ nhỏ đến các hệ trung lên các hệ lớn (tế bào, cơ thể, quần thể - loài quần xã, hệ sinh thái - sinh quyển) Có 7/20 GV (35%) nêu thêm được một quan điểm nữa ngoài quan điểm trên là: các kiến thức được trình bày trong chương trình THPT là những kiến thức sinh học đại cương, chỉ ra những nguyên tắc tổ chức, những quy luật vận động chung cho giới SV Có 8/20 GV (40%) nêu thêm được quan điểm thứ 3 là: quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá Như vậy, nhiều giáo viên chưa nắm được các quan điểm cơ bản xây dựng và phát triển chương trình đã được nêu ra trong CTSHPT 2006

Câu 2 Thầy (Cô) hiểu như thế nào về tiếp cận sinh học hệ thống? Việc vận dụng tiếp cận này được thể hiện như thế nào trong chương trình Sinh học THPT hiện hành?

Có 13/20 GV (65%) trả lời một cách chung chung: tiếp cận SHHT là sự sắp xếp các kiến thức trong chương trình một cách logic, việc vận dụng tiếp cận này thể hiện trong chương trình SH THPT là chương trình gồm 7 phần lần lượt từ phần I - giới thiệu chung về thế giới sống đến phần 7 - sinh thái học Có 7/20 GV (35%) nêu được gần đúng đáp án: tiếp cận SHHT là vận dụng quan điểm hệ thống để nghiên cứu hệ thống sống; trong chương trình

SH THPT thì các kiến thức được trình bày từ các hệ nhỏ đến các hệ lớn, SH

10 chủ yếu nghiên cứu sự sống ở cấp TB, sinh học 11 nghiên cứu cấp cơ thể,

SH 12 chủ yếu nghiên cứu các cấp trên cơ thể

Câu 3 Thầy (Cô) hiểu như thế nào về yêu cầu “quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá” trong chương trình Sinh học phổ thông?

Có 12/20 GV (60%) trả lời không biết đây là một trong những quan điểm

xây dựng chương trình, có lẽ điều này nói đến mối quan hệ giữa SV với MT

và sự tiến hoá của thế giới SV Có 8/20 GV (40%) trả lời gần đúng đáp án:

các đối tượng tìm hiểu được đặt trong mối quan hệ giữa cấu tạo và chức năng,

giữa cơ thể và MT, các nhóm SV về cơ bản được trình bày theo hệ thống tiến

hoá từ nhóm có tổ chức đơn giản đến nhóm có tổ chức phức tạp

Câu 4 Theo Thầy (Cô), có thể coi phần Sinh học vi sinh vật (Sinh học 10)

là phần giới thiệu về các quá trình sống ở cấp độ nào trong hệ thống sống?

Khi dạy phần này các Thầy (Cô) có lưu ý học sinh về điều đó không? Nếu có

thì cách làm như thế nào?

Có 11/20 GV (55%) cho rằng phần SH VSV là SH TB, có 9/20 GV (35%)

cho rằng SH VSV vừa là SH TB vừa là SH cơ thể (đơn bào) Có 8/20 GV

(40%) được hỏi trả lời là khi dạy phần này chỉ dạy theo kiến thức ở có trong

SGK, không lưu ý gì về việc phần này nghiên cứu sự sống ở cấp nào Có

12/20 GV (60%) trả lời là có chỉ ra cho HS là phần VSV nghiên cứu về cấp

TB

Câu 5 Theo Thầy (Cô), nếu quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hoá, vận

dụng tiếp cận sinh học hệ thống thì sẽ có ý nghĩa như thế nào trong dạy học

Sinh học ở trường THPT nói chung và dạy học phần sinh học vi sinh vật nói

riêng?

Có 13/20 GV (65%) trả lời là chưa rõ vấn đề này, có lẽ sẽ giáo dục được

HS ý thức bảo vệ MT và giúp HS thấy được sự tiến hoá của thế giới SV Có

7/20 GV (35%) cho rằng điều này giúp HS hiểu được các đặc trưng của các

CĐTCS và sự tiến hoá của thế giới sống, giáo dục HS ý thức bảo vệ MT, rèn

luyện các kĩ năng tư duy hệ thống; trong phần SH VSV thì giúp HS hiểu ý

nghĩa của việc vận dụng các quá trình sống của VSV trong việc bảo vệ MT,

bảo vệ sức khoẻ con người

Qua việc phân tích kết quả phiếu điều tra, qua trao đổi ý kiến và dự giờ một

số GV, chúng tôi thấy rằng nhận thức về việc quán triệt quan điểm sinh thái

và tiến hoá cũng như vận dụng tiếp cận SHHT trong dạy học SH nói chung và trong dạy học phần SH VSV nói riêng của GV còn nhiều hạn chế Tình trạng này do nhiều nguyên nhân Trước hết, bản thân GV chưa nhận thức được tinh thần chỉ đạo đã viết trong văn bản chỉ thị của trong CTSHPT 2006, thứ hai do thiếu văn bản hướng dẫn cụ thể hóa yêu cầu đó từ phía các cơ quan quản lý giáo dục Từ đó dẫn đến tình trạng GV không biết cách tìm tòi các biện pháp dạy học để vận dụng có cơ sở khoa học nhằm quán triệt đồng thời cả hai quan điểm xây dựng và phát triển chương trình là quan điểm sinh thái và tiến hoá Còn một tình trạng phổ biến là đông đảo GV còn chưa được bồi dưỡng cập nhật tri thức mới về SHHT Do đó, họ không hiểu thế nào là “tiếp cận hệ thống” và “tiếp cận SHHT” nên cũng không hiểu được tinh thần viết trong văn bản pháp quy: “Các kiến thức sinh học trong chương trình THPT được trình bày theo các cấp tổ chức sống từ các hệ nhỏ đến các hệ lớn: tế bào cơ thể quần thể - loài quần xã hệ sinh thái - sinh quyển” Khi dạy học phần SH VSV, nhìn chung GV thiên về truyền đạt cho HS tri thức chuyên sâu

về VSV mà không biết khai thác theo hướng giúp HS tìm hiểu tri thức SH VSV nhìn từ góc độ là một hệ thống tổ chức sống cấp cơ thể dạng đơn bào đặc thù của hệ thống sống Do đó, sau khi học xong phần này HS không biết

có thể coi VSV ở CĐTCS nào? Có liên hệ gì với SH TB và SH cơ thể (SH 11) cũng như với các phần khác

Như vậy, mâu thuẫn giữa một bên là quan điểm, nhiệm vụ của chương trình với một bên là thực tiễn GV chưa nhận thức được nhiệm vụ và chưa nắm được cơ sở của việc quán triệt các quan điểm sinh thái và tiến hoá cũng như vận dụng tiếp cận SHHT trong dạy học SH nên chất lượng dạy học SH VSV còn hạn chế

Từ thực trạng đó, chúng tôi thấy rất cần tìm ra những biện pháp dạy học

phù hợp với nội dung từng chương, bài nhưng quán triệt được các quan điểm

xây dựng và phát triển chương trình bộ môn để nâng cao chất lượng dạy học

SH VSV

Chương 2 QUÁN TRIỆT QUAN ĐIỂM SINH THÁI VÀ TIẾN HÓA

KẾT HỢP VẬN DỤNG TIẾP CẬN SINH HỌC HỆ THỐNG

TRONG DẠY HỌC SINH HỌC VI SINH VẬT (SINH HỌC 10)

2.1 Phân tích vị trí và nội dung phần Sinh học vi sinh vật

Trong chương trình SH cấp THPT, phần SH VSV là phần thứ 3 được bố

trí ở lớp 10 ngay sau phần SH TB Phần hai - SH TB đề cập đến TB như một

hệ cấu trúc - chức năng thông qua phân tích cấu trúc và chức năng của từng

bộ phận cấu trúc nên TB nhân sơ và nhân thực Đồng thời, nghiên cứu các đặc

trưng của cấp tổ chức TB, đó là chuyển hoá vật chất và năng lượng, sinh

trưởng và phát triển, sinh sản thông qua quá trình nguyên phân Phần ba giới

thiệu với HS về thế giới của những SV vô cùng nhỏ bé, phần lớn là SV đơn

bào, có kích thước ở mức độ hiển vi - đó là các VSV Có thể nói, phần ba giới

thiệu các quá trình SH đặc trưng ở cấp cơ thể (đơn bào) như chuyển hoá vật

chất và năng lượng, sinh trưởng và sinh sản cùng với những ứng dụng của các

quá trình đó Ngoài ra, phần này còn giới thiệu về virut, tuy chúng chưa được

xem là một cơ thể SV hoàn chỉnh (vì chưa có cấu tạo TB) nhưng có vai trò

quan trọng trong thế giới sống nói chung và đối với con người nói riêng

2.2 Quán triệt quan điểm sinh thái và tiến hóa

2.2.1 Quan điểm sinh thái

VSV có vai trò vô cùng quan trọng trong tự nhiên cũng như đối với đời sống con người Nó tham gia vào tất cả các vòng tuần hoàn trong các hệ sinh thái, đóng vai trò quan trọng trong quá trình tự làm sạch các môi trường tự nhiên VSV còn tham gia tích cực vào việc phân giải các phế thải nông nghiệp, phế thải đô thị, chất thải công nghiệp do đó có vai trò hết sức quan trọng trong việc bảo vệ môi trường Tất nhiên, các VSV gây bệnh lại tham gia vào việc làm ô nhiễm MT ở những nơi có điều kiện vệ sinh kém VSV có ý nghĩa lớn đối với đời sống con người Vì vậy, nếu con người biết khai thác những mặt có ích và có biện pháp hạn chế tác hại của VSV sẽ mang lại lợi ích cho sự phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ MT và sức khoẻ con người Quán triệt quan điểm sinh thái trong dạy học SH VSV cần hình thành ở HS các kiến thức về vai trò của VSV trong các hệ sinh thái, ý nghĩa của các quá trình tổng hợp và phân giải ở VSV; các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng

và sinh sản của VSV; virut gây bệnh và ứng dụng của virut Qua đó hình thành ở HS ý thức, thói quen bảo vệ MT sống nhờ vai trò của VSV, phòng tránh những ảnh hưởng xấu của VSV, góp phần bảo vệ cân bằng sinh thái Những hiểu biết về vai trò của VSV trong các hệ sinh thái và ý nghĩa của các quá trình sống của VSV đối với khoa học, sản xuất và đời sống cũng là cơ sở cho HS tìm hiểu các kiến thức sẽ được học ở các lớp sau

Để quán triệt quan điểm sinh thái, GV cần lưu ý những nội dung kiến thức VSV về mặt sinh thái như sau: [8], [9], [17], [23], [27], [29]

* Vai trò của VSV trong các vòng tuần hoàn vật chất

Chu trình sinh, địa hóa các chất (vòng tuần hoàn vật chất) là chu trình vận động của các chất vô cơ trong hệ sinh thái theo con đường từ ngoại cảnh chuyển vào cơ thể SV, rồi từ cơ thể SV chuyển trở lại ngoại cảnh Vòng tuần hoàn vật chất là một trong những cơ chế cơ bản trong sự duy trì sự cân bằng trong sinh quyển

Trong các khâu của các chu trình chuyển hóa vật chất, VSV đóng vai trò vô

cùng quan trọng Các nhóm VSV khác nhau tham gia vào các khâu chuyển

hóa khác nhau Nếu như vắng mặt một nhóm nào đó thì tất cả quá trình

chuyển hóa sẽ bị dừng lại, điều này sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái vì

sự tồn tại của các loài SV trong hệ sinh thái phụ thuộc vào nguồn thức ăn có

trong MT

Vai trò của VSV trong vòng tuần hoàn của cacbon

Các hợp chất cacbon hữu cơ chứa trong cơ thể ĐV, TV, VSV; khi các SV

này chết đi sẽ để lại một lượng chất hữu cơ khổng lồ trong đất Nhờ hoạt động

của nhóm VSV dị dưỡng cacbon sống trong đất, các chất hữu cơ này dần dần

được phân hủy tạo thành CO2 CO2 được TV và VSV quang tự dưỡng sử dụng

trong quá trình quang hợp tạo nên các hợp chất cacbon của cơ thể TV và

VSV ĐV và con người sử dụng cacbon hữu cơ của thực vật tạo thành cacbon

hữu cơ của ĐV và người Người, ĐV, TV, VSV đều thải CO2 trong quá trình

sống, đồng thời khi chết đi để lại trong đất lượng lớn chất hữu cơ, VSV lại

phân hủy nó Cứ như vậy, trong thiên nhiên các hợp chất chứa cacbon được

chuyển hóa liên tục Sau đây ta xét đến một số quá trình chuyển hóa cacbon

mà VSV tham gia

+ Sự phân giải xenluloza nhờ VSV

- Xenluloza là thành phần chủ yếu của thành tế bào TV Hàng ngày, hàng

giờ, một lượng lớn xenluloza được tích lũy lại trong đất do do các sản phẩm

của TV thải ra, một phần không nhỏ do con người thải ra dưới dạng các giấy

vụn, mùn cưa, Xenluloza là chất khó phân giải Bởi vậy, VSV phân hủy

xenluloza phải có một hệ enzim xenlulaza bao gồm 4 enzim khác nhau: enzim

thứ nhất là Xenlobiohydrolaza cắt đứt liên kết hidro, biến dạng xenluloza tự

nhiên có cấu hình không gian thành dạng vô định hình; enzim thứ 2 là

Endoglucanuza có khả năng cắt đứt các liên kết β-1,4 bên trong phân tử thành

những chuỗi dài; enzim thứ 3 là Exo-gluconaza tiến hành phân giải các chuỗi

trên thành các disaccarit; enzim thứ 4 là β-glusidaza tiến hành thủy phân xenlobioza thành glucoza

- Trong tự nhiên có nhiều nhóm VSV có khả năng phân hủy xenluloza nhờ

có hệ enzim xenlulaza ngoại bào Trong đó, vi nấm là nhóm có khả năng phân giải mạnh vì nó tiết ra MT một lượng lớn enzim đầy đủ các thành phần Các

nấm mốc có hoạt tính phân giải xenluloza đáng chú ý là Tricoderma Hầu hết các loài thuộc chi Tricoderma sống hoại sinh trong đất và đều có khả năng

phân hủy xenluloza Nhiều loại VK cũng có khả năng phân giải xenluloza, tuy nhiên cường độ không mạnh bằng vi nấm do lượng enzim của vi khuẩn tiết ra

MT nhỏ và thành phần không đầy đủ Nhóm VK hiếu khí bao gồm

Pseudomonas xenllulomonas, Achromobacter Nhóm vi khuẩn kị khí bao gồm Clostridium và nhóm VK sống trong dạ cỏ của ĐV nhai lại Ngoài ra, xạ

khuẩn cũng có khả năng phân hủy xenluloza người ta thường sử dụng xạ

khuẩn, đặc biệt là chi Streptomyces trong việc phân hủy rác thải sinh hoạt

Những xạ khuẩn này thuộc nhóm ưa nóng, sinh trưởng phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 45-500C nên rất thích hợp với quá trình ủ rác thải

+ Sự phân giải tinh bột nhờ VSV

- Tinh bột là chất dự trữ chủ yếu của TV, bởi vậy nó chiếm một tỷ lệ lớn trong cơ thể TV, đặc biệt là những cây có củ Khi TV chết đi, tàn dư TV tích lũy trong đất một lượng lớn tinh bột Nhóm VSV phân hủy tinh bột sống trong đất sẽ tiến hành phân hủy chất hữu cơ này thành các hợp chất đơn giản, chủ yếu là đường và axit hữu cơ VSV phân giải tinh bột có khả năng tiết ra

MT hệ enzim amilaza bao gồm 4 loại: α-amilaza, β-amilaza, amilo 1,6 glucosidaza và glucoamilaza α-amilaza có khả năng tác động vào bất kì mối liên kết 1,4 glucozit nào trong phân tử tinh bột Dưới tác dụng của enzim này, phân tử tinh bột được cắt thành những đoạn ngắn gọi là sự dịch hóa tinh bột

mà sản phẩm là đường mantotrioza β-amilaza chỉ có khả năng cắt đứt mối liên kết 1,6 glucosit ở cuối phân tử tinh bột Sản phẩm của sự phân cắt này

thường là disaccazit mantoza Amilo 1,6 glucosidaza có khả năng cắt đứt mối

liên kết 1,6 glucosit tại những chỗ phân nhánh của amilopectin Glucoamilaza

phân giải tinh bột thành glucoza và các oligosaccarit Dưới tác dụng của 4 loại

enzim trên, phân tử tinh bột được phân giải thành glucoza

- Trong đất có nhiều loại VSV có khả năng phân giải tinh bột, trong đó có

một số VSV có khả năng tiết ra MT đầy đủ 4 loại enzim trong hệ enzim

amilaza Ví dụ như một số vi nấm (bao gồm một số loài trong các chi

Aspergillus, Fusarius, Rhizopus Trong nhóm vi khuẩn có một số loài thuộc

chi Bacillus, Cytophaga, Pseudomonas Trong sản xuất người ta sử dụng

khá rộng rãi các nhóm VSV phân giải tinh bột Ví dụ: các loại nấm mốc

thường được dùng ở giai đoạn đầu của quá trình làm rượu (giai đoạn thủy

phân tinh bột thành đường) Trong chế biến rác thải hữu cơ người ta cũng sử

dụng những chủng VSV có khả năng phân giải tinh bột để phân hủy tinh bột

có trong thành phần của rác thải hữu cơ

+ Sự phân giải đường đơn nhờ VSV

Có 2 nhóm VSV phân giải đường: nhóm hiếu khí và nhóm lên men

Sự phân giải đường nhờ quá trình lên men: sản phẩm là những chất hữu cơ

chưa được ôxy hóa triệt để

- Quá trình lên men etylic

Sản phẩm là rượu etylic và CO2 Quá trình này diễn ra dưới tác dụng của

một hệ thống enzim do VSV tiết ra và có sự tham gia của photphat vô cơ:

2 C6H12O6 + 2 H3PO4 2 CO2 + 2 CH3CH2OH + 2 H2O

+ fructoza 1,6 diphotphat Nhiều loại VSV có khả năng lên men rượu, trong đó mạnh nhất và có ý

nghĩa kinh tế nhất là nấm men Saccharomyces cerevisiae

- Quá trình lên men lactic

Có 2 loại lên men lăctic là lên men đồng hình và lên men dị hình Ở sự lên

men lactic đồng hình, glucoza bị phân giải theo con đường Embden-Mayerhof

tạo thành axit pyruvic, sau đó axit pyruvic bị khử thành axit lăctic Quá trình này được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn Lactobacterium và Streptococcus Ở

sự lên men lactic dị hình, glucoza bị phân giải theo con đường pentozophotphat, sản phẩm ngoài axit lactic còn có rượu etylic, axit axetic và glyxerin

VK lactic thường đòi hỏi nhiều loại chất sinh trưởng, chúng thường phân

bố trên TV hoặc xác TV, trong sữa và các sản phẩm của sữa, trong ruột người

và ĐV

Sự phân giải đường nhờ các quá trình oxi hoá: Đó là các nhóm VSV hiếu khí có khả năng phân huỷ triệt để đường glucoza thành CO2 và H2O qua chu trình Crebs

Như vậy, các chất hữu cơ trong đất được các nhóm VSV khác nhau phân hủy, cuối cùng thành CO2 và H2O, sau đó CO2 và H2O lại được nhóm VSV quang tự dưỡng và TV đồng hóa thành chất hữu cơ khép kín vòng tuần hoàn cacbon Nếu như không có sự hoạt động của VSV thì vòng tuần hoàn cacbon không thể khép kín, các chất hữu cơ không được phân hủy sẽ gây ra tai họa sinh thái và dẫn đến khủng hoảng sinh thái toàn cầu

Vai trò của VSV trong VTH của nitơ

Trong cơ thể SV, nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng các hợp chất đạm hữu cơ như protein, axit amin Khi cơ thể SV chết đi, lượng nitơ hữu cơ này tồn tại trong đất Dưới tác dụng của các nhóm VSV hoại sinh, protein được phân giải thành các axit amin Các axit amin lại được một nhóm VSV phân giải thành

NH3 và NH4

+ gọi là nhóm VK amon hoá (quá trình khoáng hoá) NH4

+

sẽ được chuyển hoá thành NO3

nhờ nhóm VK nitrat hoá NH4

-+

và NO3 - được

TV và một số VSV sử dụng làm nguồn dinh dưỡng Một phần nitrat lại được chuyển thành nitơ phân tử do quá trình phản nitrat Khí nitơ sẽ được cố định trong TB VSV và TV sau đó chuyển hoá thành nitơ hữu cơ nhờ nhóm VK cố định nitơ Như vậy, vòng tuần hoàn nitơ được khép kín

Trong thiên nhiên tồn tại nhiều dạng hợp chất nitơ hữu cơ như protein, axit

amin, axit nucleic, urê Các hợp chất này đi vào đất từ nguồn xác ĐV, TV

(bao gồm cả các loại phân chuồng, phân xanh, rác) TV không thể đồng hóa

được dạng nitơ hữu cơ phức tạp đó, nó chỉ sử dụng sau quá trình amon hóa để

chuyển các dạng nitơ hữu cơ thành NH4+ và NH3 Urê có trong thành phần

của nước tiểu của người và ĐV, chứa tới 46,6% nitơ, vì thế nó là một nguồn

dinh dưỡng đạm tốt với cây trồng Quá trình amon hóa urê chia 2 giai đoạn:

giai đoạn đầu dưới tác dụng của enzim ureaza do VSV tiết ra, urê bị thủy

phân thành muối amoni; giai đoạn 2, các muối amoni chuyển hóa thành NH3,

CO2 và H2O Trong nước tiểu còn có axit uric, tồn tại trong đất một thời gian

axit uric sẽ bị phân giải thành ure và axit tactronic, sau đó tiếp tục bị phân giải

thành NH3

Nhiều loài VK có khả năng amôn hóa urê do chúng có khả năng tiết enzim

ureaza, trong đó có một số loài có hoạt tính phân giải cao như Planosarcina

ureae, Bacillus amylovorum, proteus vulgaris Đa số VK phân giải urê thuộc

nhóm háo khí hoặc kỵ khí không bắt buộc, chúng ưa pH trung tính hoặc hơi

kiềm Bởi vậy, khi sử dụng phân bón urê người ta thường kết hợp với bón vôi

hoặc tro, đồng thời xới xáo làm thoáng đất

Protein là thành phần quan trọng của TB SV, khi ĐV, TV chết đi, nguồn

protein có trong TB được tích lũy trong đất Nhờ các VSV phân hủy protein

mà protein sẽ được phân giải thành các chuỗi polypeptit và oligopeptit Sau

đó dưới tác dụng của các enzim do VSV tiết ra, polypeptit và oligopeptit sẽ

được phân giải thành các axit amin Một phần axit amin sẽ được TB VSV hấp

thu làm chất dinh dưỡng, phần khác sẽ thông qua quá trình khử amin tạo

thành NH3 và nhiều sản phẩm trung gian khác Nhiều VSV có khả năng amôn

hóa protein, trong đó có VK Bacillus mycoides, B subtilis, Pseudomonas

fluorescens do chúng có khă năng tiết enzim proteaza và peptidaza

Sau quá trình amôn hóa, NH3 được hình thành một phần được cây trồng hấp thụ, một phần phản ứng với các amoni trong đất tạo thành các muối amôn Một phần muối amôn cũng được cây trồng và VSV hấp thụ, phần còn lại được oxi hóa thành dạng nitrat gọi là quá trình nitrat hóa Nhóm VSV tiến hành quá trình này gọi chung là nhóm VK nitrat hóa, đó là các loài VK và xạ

khuẩn thuộc các chi Nitrobacte, Nitrospira, Nitrococcus, Pseudomonas, Streptomyces

Nhiều loài VSV có khả năng cố định nitơ phân tử Chúng gồm 3 nhóm chính: nhóm VK cố định nitơ cộng sinh, nhóm VK cố định nitơ sống tự do và nhóm vi tảo cố định nitơ Nhóm VK cố định nitơ cộng sinh với cây họ đậu (VK nốt sần) hình thành những nốt sần ở rễ cây, đôi khi ở cả thân cây rồi cư trú trong đó và tiến hành quá trình cố định nitơ VK này thuộc loại háo khí, ưa

pH trung tính hoặc hơi kiềm, thích hợp với nhiệt độ 28 - 30o

C

* Môi trường sống của VSV và sự thích nghi của VSV với môi trường

VSV có mặt ở khắp mọi nơi trên Trái đất, trong không khí, trong đất, trên núi cao, dưới biển sâu, trên cơ thể, người, động vật, thực vật, trong thực phẩm, trên mọi đồ vật VSV tham gia tích cực vào việc thực hiện các vòng tuần hoàn vật chất như vòng tuần hoàn cacbon, vòng tuần hoàn nitơ, vòng tuần hoàn photpho Trong nước, VSV có nhiều ở vùng duyên hải, vùng nước nông và ngay cả ở vùng nước sâu, vùng đáy ao hồ Trong không khí thì càng lên cao số lượng VSV càng ít Số lượng VSV trong không khí ở các khu dân

cư đông đúc cao hơn rất nhiều so với không khí trên mặt biển và nhất là trong không khí ở Bắc cực, Nam cực VSV phân bố rộng rãi nhất trong đất Sự phân bố của VSV trong đất vô cùng phong phú cả về số lượng cũng như thành phần Sở dĩ như vậy vì trong đất nói chung và trong đất trồng trọt nói riêng có một khối lượng lớn chất hữu cơ Đó là nguồn thức ăn cho các nhóm VSV dị dưỡng, ví dụ như nhóm VSV các hợp chất các bon hữu cơ, nhóm VSV phân huỷ các hợp chất nitơ hữu cơ

Năng lực thích ứng của VSV vượt rất xa so với ĐV và TV Phần lớn VSV

có thể giữ nguyên sức sống ở nhiệt độ của nitơ lỏng (- 196o), thậm chí ở nhiệt

độ của hidro lỏng (-253o

C) Một số VSV có thể sinh trưởng ở nhiệt độ 250o

C, thậm chí 300oC Một số VSV có thể thích nghi với nồng độ 32% NaCl vi

khuẩn Thiobaccilus thioxidans có thể sinh trưởng ở độ pH = 0,5 trong khi vi

khuẩn Thiobaccilus denitrificans lại thích hợp phát triển ở pH = 10,7 Vi

khuẩn Micrococus radiodurans có thể chịu được cường độ bức xạ tới 750.000

rad Ở nơi sâu nhất trong đại dương (11034 m) nơi có áp lực tới 1103,4 atm

vẫn thấy có VSV sinh sống Nhiều VSV thích nghi với điều kiện sống hoàn

toàn thiếu oxi Một số nấm sợi có thể phát triển thành váng dày ngay trong bể

ngâm xác có nồng độ phenol rất cao

* Quan hệ giữa các nhóm vi sinh vật và vi sinh vật với các nhóm sinh

vật khác

Trong MT đất, nước, không khí cũng như MT SV thường tồn tại nhiều loài

VSV Trong quá trình sống chung như vậy chúng có mối quan hệ tương hỗ rất

chặt chẽ Các VSV có thể sống cộng sinh (ví dụ như tảo và nấm cộng sinh

thành địa y), hợp tác (ví dụ như nấm mốc phân huỷ tinh bột thành đường sống

hợp tác với loại VK phân giải đường, hợp tác giữa VK phân giải photpho và

VK phân giải protein) hoặc đối kháng (ví dụ điển hình là xạ khuẩn kháng sinh

và nhóm VK mẫn cảm với kháng sinh), kí sinh (ví dụ như virut kí sinh trong

VK, VK kí sinh trên nấm)

Quan hệ giữa VSV với các nhóm SV khác (ĐV, TV) có thể là quan hệ kí

sinh hoặc cộng sinh, Trong đó đáng chú ý là việc sống kí sinh gây bệnh cho

người, vật nuôi và cây trồng Quan hệ cộng sinh giữa VSV với TV mang lại

lợi ích lớn trong trồng trọt: VK Rhizobium cộng sinh với cây họ đậu hình

thành nốt sần cố định nitơ, VK lam sống cộng sinh với bèo hoa dâu cũng có

tác dụng cố định nitơ

* Ứng dụng của quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật

Do tốc độ sinh trưởng, tổng hợp sinh khối và phân giải các chất cao nên VSV trở thành nguồn tài nguyên khai thác của con người Quá trình tổng hợp

và phân giải các chất được ứng dụng để sản xuất thực phẩm cho người và thức ăn cho gia súc, chất xúc tác SH, gôm SH, cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng Nhưng quan trọng nhất về mặt sinh thái là ứng dụng trong bảo vệ

MT

+ Xử lí chất thải

Hiện nay rác thải và nước thải sinh hoạt, phế thải và nước thải trong chế biến, sản xuất nông công nghiệp là một cản trở rất lớn đối với sự phát triển mạnh mẽ của mỗi quốc gia cũng như toàn thế giới Phế thải không những chỉ làm ô nhiễm MT, gây độc hại cho con người, vật nuôi và cây trồng mà còn làm mất đi cảnh quan văn hoá đô thị và nông nghiệp nông thôn Rác thải có thể được xử lí bằng nhiều cách như chôn lấp, đốt, nhưng những biện pháp

đó vừa không triệt để vừa gây ô nhiễm MT Chỉ có biện pháp SH (xử lí nhờ VSV) là tối ưu nhất nên hiện đang được sử dụng rộng rãi Cơ sở khoa học của biện pháp này là một số chủng VSV có khả năng phân giải những hợp chất khó phân giải và độc hại trong các sản phẩm thải của sản xuất và đời sống Các biện pháp SH bao gồm nhiều phương pháp nhưng hiệu quả cao là phương pháp sản xuất khí SH (Bioga) Nhờ sự hoạt động của VSV mà các chất khó tan được chuyển thành chất dễ tan sau đó lại được chuyển thành các chất khí chủ yếu là metan Ưu điểm của phương pháp này là các chất khí có thể sử dụng làm chất đốt, phế thải sau khi lên men được chuyển hoá thành phân hữu

cơ có hàm lượng chất dinh dưỡng cao, không gây ô nhiễm môi trường Với nước thải, trước khi đi vào làm sạch nước thải, có một hiện tượng rất được quan tâm trong tự nhiên là quá trình tự làm sạch nước thải do các yếu tố SH

mà trong đó VSV đóng vai trò chủ chốt Các ao, hồ, sông, suối, biển luôn trong tình trạng nhiễm bẩn ở các mức độ khác nhau nhưng nhờ quá trình tự làm sạch mà các chất bẩn bị loại ra Tham gia vào quá trình tự làm sạch SH

có nhiều nhóm SV, từ cá cho đến các VSV Tại chỗ nước thải đổ ra thường tụ

tập nhiều loài chim, cá, chúng sử dụng các sản phẩm trong nước thải làm thức

ăn; tiếp đó là các ĐV bậc thấp sử dụng các hạt cực nhỏ Song vai trò của VK

và nấm men có tính quyết định, chúng chuyển hoá các chất hữc cơ phức tạp

thành chất đơn giản và cuối cùng là thành các muối vô cơ và CO2 Ngoài ra,

tảo cũng tiết các chất ức chế sự phát triển của các mầm bệnh có trong nước

thải Trong xử lí nước thải bằng biện pháp SH do sự phân giải của VSV có thể

xử lí bằng biện pháp hiếu khí hoặc kị khí, nguồn nước sau khi được xử lí sẽ

được tái sử dụng vào nhiều hoạt động

+ Sản xuất thức ăn cho gia súc: Lợi dụng khả năng tổng hợp và phân giải

các chất với tốc độ cao của VSV, chất thải từ các xí nghiệp chế biến rau, quả,

bột, sữa, có thể được dùng để nuôi cấy nấm men có khả năng đồng hoá tinh

bột nhằm thu nhận sinh khối làm thức ăn cho gia súc Như vậy, việc sản xuất

sinh khối VSV vừa có giá trị kinh tế vừa góp phần giảm nhẹ ô nhiễm MT

+ Phân giải các chất độc: Muốn tăng năng xuất cây trồng, người ta phải sử

dụng các chất trừ sâu, diệt cỏ, diệt nấm Đây là các chất do con người tổng

hợp ra và thường độc đối với người ĐV Rất may, nhiều VK và nấm có khả

năng phân giải các hoá chất độc nói trên còn tồn đọng trong đất, nhờ vậy mà

giảm ô nhiễm MT đất

+ Cải thiện công nghiệp thuộc da: Để tẩy sạch lông ở bộ da ĐV, trước đây

người ta phải sử dụng các hóa chất, việc làm này vừa kém hiệu quả vừa gây ô

nhiễm MT Việc sử dụng các enzim proteaza và lipaza từ VSV thay cho hoá

chất không những làm tăng chất lượng của da mà còn tránh được các ảnh

hưởng xấu đến MT sống

+ Chế phẩm VSV bảo vệ thực vật, làm phân bón và cải tạo đất

- Một số VSV có những đặc tính quý như cố định nitơ phân tử, phân giải

dạng phân lân khó hấp thụ đối với cây trồng thành dạng dễ hấp thụ, kích thích

sự sinh trưởng của cây trồng Vì vậy, người ta đã chế tạo hỗn hợp phân bón

chứa nhiều VSV giúp cho đất thêm màu mỡ, tạo điều kiện cho cây trồng sinh trưởng và phát triển để nâng cao năng suất Một số phân bón VSV đã được chế tạo và sử dụng trong nông nghiệp như: nitragin, azôgin, phôtphobacterin

- Một số VSV là tác nhân gây bệnh cho sâu bọ phá hoại cây trồng, sử dụng chúng để diệt sâu bọ sẽ không gây ô nhiễm MT và dễ sản xuất Trong nông nghiệp có nhiều chế phẩm VSV bảo vệ cây trồng như: chế phẩm BT trừ sâu, chế phẩm virut N.P.V trừ sâu, chế phẩm nấm Beauveria bassiana trừ sâu

* Sinh trưởng của quần thể vi sinh vật

Trong nuôi cấy không liên tục

Trong suốt quá trình nuôi cấy không thêm MT mới và cũng không rút sinh khối ra khỏi bình nuôi cấy Quần thể VSV sinh trưởng theo 4 pha:

- Pha tiềm phát: tính từ khi cấy VSV cho đến khi quần thể bắt đầu sinh trưởng Trong pha này VSV đang ở thời kì thích ứng với MT sống, chưa phân chia nhưng thể tích và khối lượng TB tăng lên rõ rệt do quá trình tổng hợp các chất diễn ra mạnh mẽ

- Pha luỹ thừa: VSV phân chia mạnh mẽ, số lượng TB tăng theo luỹ thừa

và đạt đến cực đại, quá trình trao đổi chất diễn ra mạnh nhất

- Pha cân bằng: tốc độ ST cũng như trao đổi chất của VSV giảm dần Số lượng TB đạt cực đại và không đổi theo thời gian, kích thước TB nhỏ hơn trong pha luỹ thừa Nguyên nhân do chất dinh dưỡng bắt đầu cạn, nồng độ ôxi giảm, các chất độc tích luỹ, pH thay đổi,

- Pha suy vong: số lượng TB chết vượt quá số lượng TB mới được tạo thành do chất dinh dưỡng cạn kiệt, chất độc hại tích luỹ

Trong nuôi cấy liên tục

Các điều kiện của MT được duy trì ổn định nhờ việc bổ sung thường xuyên chất dinh dưỡng và loại bỏ không ngừng các chất thải Trong một hệ

thống như vậy, quần thể VSV có thể ST ở pha luỹ thừa trong một thời gian

dài Vì vậy sẽ thu được nhiều sinh khối hoặc sản phẩm của VSV

Trong điều kiện tự nhiên, sự ST của các quần thể VSV sống tự do không

diễn ra pha luỹ thừa do thiếu chất dinh dưỡng, sự cạnh tranh với các SV

khác Nhưng với các VSV sống kí sinh, khi gặp điều kiện thích hợp và khi

sức đề kháng của cơ thể vật chủ kém thì sự sinh trưởng của quần thể sẽ rất

mạnh, tương tự như pha luỹ thừa Vì vậy, khi điều kiện vệ sinh phòng dịch

kém sẽ là cơ hội cho các dịch bệnh bùng phát và lây trên diện rộng

* Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của vi sinh vật và ứng dụng

Cũng như các SV, sinh trưởng và trao đổi chất của VSV liên quan chặt chẽ

với các điều kiện của MT bên ngoài Các điều kiện này bao gồm hàng loạt các

yếu tố khác nhau, tác động qua lại với nhau Đa số các yếu tố đó có một đặc

tính tác dụng chung biểu hiện ở ba điểm hoạt động: tối thiểu, tối thích và cực

đại Ảnh hưởng của các yếu tố MT lên VSV có thể thuận lợi hoặc bất lợi

Các yếu tố hoá học

+ Các chất dinh dưỡng

Ngoài nước, cacbon là yếu tố dinh dưỡng quan trọng nhất đối với sinh

trưởng của VSV Cacbon là bộ khung cấu trúc của chất sống, cần cho tất cả

các hợp chất hữu cơ cấu tạo nên TB VSV có thể nhận cacbon từ CO2 hoặc từ

chất hữu cơ Các nguồn cacbon dễ hấp thu đối với đa số VSV là các loại

đường, sau đó là tinh bột, glyxerin và một số axit hữu cơ Khi nuôi các VSV

dị dưỡng người ta thường sử dụng MT chứa đường, tinh bột hoặc một số axit

hữu cơ làm nguồn cacbon

Nitơ chiếm khoảng 14% khối lượng khô của TB vi khuẩn, lưu huỳnh và

photpho chiếm khoảng 4% VSV sử dụng nitơ chủ yếu từ các axit amin hấp

thụ được, số khác sử dụng nitơ từ NH4

+hoặc NH3, một số khác có khả năng

sử dụng N2 trực tiếp từ khí quyển thông qua quá trình cố định nitơ Khi nuôi

cấy VSV người ta thường dùng KH2PO4 và K2HPO4 làm nguồn cung cấp photpho

Các nguyên tố khoáng khác như Fe, Mg, Ca, Zn cũng rất cần thiết đối với VSV, thiếu chúng VSV không thể sinh trưởng bình thường được Ôxi cần cho quá trình phân giải chất hữ cơ tạo năng lượng cho hoạt động sống của VSV Dựa vào nhu cầu ôxi cần cho sinh trưởng, VSV được chia thành các nhóm sau:

- Hiếu khí bắt buộc Thuộc nhóm này là các VSV chỉ có thể sinh trưởng được khi có mặt ôxi phân tử Chúng có chuỗi hô hấp hoàn chỉnh, dùng O2 làm chất nhận hidro cuối cùng Trong TB có chứa enzim SOD và peroxidaza Tuyệt đại đa số vi nấm và số đông vi khuẩn thuộc nhóm này

- Hiếu khí không bắt buộc Thuộc nhóm này là các VSV có thể sinh trưởng được cả trong điều kiện có ôxi và điều kiện không có ôxi Trong TB có chứa enzim SOD và peroxidaza Khi có ôxi chúng sinh trưởng tốt hơn Phần lớn nấm men và nhiều VK thuộc nhóm này

- Vi hiếu khí Thuộc nhóm này là các VSV chỉ có thể sinh trưởng được ở điều kiện áp lực ôxi rất thấp Chúng cũng thông qua chuỗi hô hấp và dùng ôxi làm chất nhận hidro cuối cùng

- Kị khí bắt buộc Thuộc nhóm này là những VSV chỉ có thể sinh trưởng khi không có mặt ôxi Chúng chỉ sinh trưởng được ở lớp dịch thể sâu, ở nơi không có oxi Trong TB của nhóm này không có enzim SOD, phần lớn không có peroxidaza

- Kị khí không bắt buộc Các VSV thuộc nhóm này có thể sử dụng oxi để hô hấp hiếu khí, nhưng khi không có ôxi chúng có thể tiến hành lên men hoặc hô hấp kị khí

+ Các chất sinh trưởng

Đây là các chất hữu cơ quan trọng mà một số VSV không tổng hợp được

và phải thu nhận trực tiếp từ MT, chẳng hạn như các vitamin, axit amin, các

bazơ purin và pirimidin Một số chủng VSV không có khả năng tự tổng hợp

các yếu tố sinh trưởng trên (gọi là VSV khuyết dưỡng), vì vậy khi nuôi cấy

cần phải bổ sung thêm

Các chất ức chế sinh trưởng

ST của VSV có thể bị ức chế bởi nhiều loại hoá chất tự nhiên cũng như

nhân tạo Con người đã lợi dụng các hoá chất này để bảo quản thực phẩm và

các vật phẩm khác cũng như để phòng trừ các VSV gây bệnh, chẳng hạn:

+ Các hợp chất phenol: có tác dụng chủ yếu lên các loại màng TB, phá

hoại tính bán thấm của màng sinh chất và làm biến tính protein Bào tử của

VSV kháng với tác dụng của phenol Tuỳ nồng độ mà phenol có tác dụng diệt

khuẩn hoặc ức khuẩn Phenol được dùng để khử trùng trong phòng thí nghiệm

hoặc bệnh viện

+ Các halogen: gây biến tính protein làm phá huỷ các thành phần của TB

Các halogen thường được dùng sát trùng tẩy uế và làm sạch nước

+ Các kim loại nặng: gây biến tính protein, dùng để diệt bào tử đang nảy

mầm và các TB sinh dưỡng

+ Các chất kháng sinh: diệt khuẩn có tính chọn lọc, có tác dụng lên thành

TB và màng sinh chất, kìm hãm việc tổng hợp axit nucleic và protein; dùng

trong y tế, thú y

Các yếu tố vật lí

+ Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng sinh hoá trong TB nên ảnh hưởng

đến tốc độ sinh trưởng của VSV Hầu hết TB sinh dưỡng của VSV bị chết ở

nhiệt độ cao do protein bị biến tính hoặc hàng loạt enzim bị bất hoạt Sự chết

của vi khuẩn ở nhiệt độ cao cũng có thể còn là hậu quả của sự bất hoạt hoá

ARN và sự phá hoại màng sinh chất Nhiệt độ thấp có thể làm bất hoạt quá trình vận chuyển các chất qua màng do thay đổi hình không gian của một số enzim chứa trong màng hoặc ảnh hưởng đến việc hình thành và tiêu thụ ATP cần cho quá trình vận chuyển chủ động các chất dinh dưỡng Giới hạn giữa nhiệt độ cực tiểu và nhiệt độ cực đại là vùng nhiệt sinh trưởng của VSV Giới hạn này rất khác nhau giữa các loài VSV Dựa trên phạm vi nhiệt độ ưa thích, VSV được chia thành 4 nhóm chủ yếu:

- VSV ưa lạnh: sinh trưởng tốt nhất ở nhiệt độ dưới 20oC, thường gặp trong nước biển, các hố sâu và suối nước lạnh Hoạt tính trao đổi chất ở các VSV này rất thấp

- VSV ưa ấm: cần nhiệt độ trong khoảng 20oC - 40oC Ngoài các dạng hoại sinh ta còn gặp các loài kí sinh gây bệnh cho người và ĐV, chúng sinh trưởng tốt nhất ở 37o

C ứng với nhiệt độ cơ thể người và ĐV

- VSV ưa nhiệt: sinh trưởng tốt ở 55oC- 56oC, nhiệt độ sinh trưởng cực đại của các VSV này dao động giữa 75oC - 80oC Thuộc nhóm này chủ yếu là các một số nấm và tảo, thường gặp trong suối nước nóng và trong phân ủ

- VSV siêu nhiệt: có nhiệt độ sinh trưởng tối ưu 85 - 100oC, chúng sống ở các vùng nóng bỏng của biển hoặc đáy biển

Trong sản xuất và đời sống, vận dụng ảnh hưởng của nhiệt độ đến của VSV người ta sử dụng nhiệt độ cao để thanh trùng và nhiệt độ thấp để kìm hãm sự sinh trưởng của VSV Trong nuôi cấy VSV cần điều chỉnh nhiệt độ cho phù hợp với sự sinh trưởng của từng nhóm VSV

Hiện nay, có rất nhiều bệnh truyền nhiễm ở con người, TV và ĐV đang bùng phát và gây hậu quả nghiêm trọng Một trong những nguyên nhân gây nên tình trạng này là do biến đổi khí hậu, trái đất nóng lên làm cho nhiều loài VSV ưa ấm phát triển mạnh, biến đổi gen hình thành nên những chủng mới

Đó là một trong những thách thức mà con người phải đối mặt và cần có những biện pháp mang tính toàn cầu để ngăn chặn

+ Độ ẩm

Lượng nước trong MT quyết định độ ẩm Nhu cầu của VSV đối với nước

rất cao, vì nước chiếm 80-90% trọng lượng TB VSV Tất cả các quá trình sinh

hoá xảy ra trong TB đều cần có nước Ở điều kiện khô hạn, VSV chết hoặc ở

trạng thái tiềm sinh Mỗi nhóm VSV thích hợp với một độ ẩm nhất định VK

thường đòi hỏi độ ẩm cao (93-99%) Nấm mốc có khả năng sống ở MT có độ

ẩm thấp hơn so với các nhóm VSV khác Do VK cần độ ẩm nhất định để sinh

trưởng nên bằng cách phơi khô hoặc sấy khô ta có thể bảo quản được lâu dài

nhiều loại sản phẩm (hoa quả khô, cỏ khô, ruốc thịt khô)

+ pH

Độ pH ảnh hưởng tới tính thấm qua màng, hoạt động chuyển hoá vật chất

trong TB, hoạt tính enzim, sự hình thành ATP Các giá trị pH cần cho sinh

trưởng và sinh sản của VSV tương ứng với các giá trị pH cần cho hoạt động

của nhiều enzim Giới hạn pH hoạt động đối với VSV ở trong khoảng 4 - 10

Dựa vào pH thích hợp, VSV được chia thành 3 nhóm chủ yếu:

- Nhóm ưa trung tính: gồm đa số VK và ĐV nguyên sinh, chúng sinh

trưởng tốt nhất ở pH 6 - 8 và ngừng sinh trưởng ở pH < 4 hoặc > 9 do các ion

H+ và OH- kìm hãm hoạt động của các enzim trong TB

- Nhóm ưa axit: gồm đa số nấm và số ít VK, sinh trưởng tốt ở pH khoảng 4 - 6;

một số vi khuẩn sống trong vùng đất khai mỏ có thể sinh trưởng thích hợp ở pH 2

- 3, số khác gặp trong suối nước nóng axit sinh trưởng mạnh ở pH 1 - 3 và ở nhiệt

độ cao

- Nhóm ưa kiềm: gặp ở nhiều VK, chúng sinh trưởng tốt ở pH > 9 hoặc đôi

khi ở pH > 11 Những VK này có mặt ở các hồ và đất kiềm

Để duy trì pH thích hợp đối với VSV trong thời gian nuôi cấy, nhất là đối

với các VK sinh axit nhưng lại không chịu được axit, người ta thường thêm

vào MT chất đệm hoặc dùng các cơ chất oxi hoá hoàn toàn Trong đời sống,

con người có thể chủ động điều chỉnh độ pH MT của một số VSV để tạo điều

kiện cho các VSV có ích sinh trưởng và ức chế sinh trưởng của các VSV có hại

+ Bức xạ: bức xạ ion hoá có tác dụng phá huỷ ADN của VSV, được dùng

để khử trùng các thiết bị y tế và thiết bị phòng thí nghiệm, để bảo quản thực phẩm Bức xạ không ion hoá kìm hãm sự phiên mã của VSV, được dùng để tẩy uế và khử trùng bề mặt các vật thể, các dịch lỏng trong suốt và các khí

* Ô nhiễm vi sinh vật

VSV ngoài những nhóm tham gia vào quá trình chuyển hoá vật chất có lợi cho MT sinh thái còn có những nhóm gây bệnh cho người, ĐV, TV Những nhóm VSV gây bệnh đặc biệt là nhóm gây bệnh cho con người khi tồn tại quá nhiều trong MT sẽ là nguồn lây bệnh nguy hiểm MT có tồn tại nhiều VSV gây bệnh gọi là MT bị ô nhiễm vi sinh Con người sống trong MT ô nhiễm vi sinh sẽ dễ bị các bệnh truyền nhiễm như các bệnh đường hô hấp, bệnh đường ruột

Nguyên nhân của sự ô nhiễm vi sinh phải kể đến 2 nguồn gây ô nhiễm quan trọng là chất thải của các bệnh viện và chất thải sinh hoạt Bệnh viện là nơi tập trung các loại VSV gây bệnh do các bệnh nhân mang vào Trong quá trình điều trị, những VSv gây bệnh này không chỉ nằm trong cơ thể bệnh nhân

mà còn được nhân lên trong các phòng xét nghiệm sau mỗi lần xét nghiệm tuy có khử trùng dụng cụ song việc tồn tại các VSV gây bệnh là không thể tránh khỏi Những chất thải này được đưa ra MT và đó là một trong những nguồn ô nhiễm vi sinh cho MT xung quanh Ở những bệnh viện chất thải được đưa thẳng ra MT không qua xử lý, VSV gây bệnh chiếm một tỷ lệ cao Chất thải sinh hoạt bao gồm rác rưởi hàng ngày con người thải ra trong hoạt động sống như thức ăn thừa, giấy vụn, bao bì đựng thức ăn Rác thải sinh hoạt vừa là nguồn VSV gây bệnh, vừa là nguồn dinh dưỡng cho VSV từ không khí và các nguồn khác rơi vào sinh sống và phát triển Đặc biệt, những đống rác tồn tại thường xuyên tại các điểm dân cư hoặc các chợ không được

thu dọn hết là những ổ ô nhiễm vi sinh nghiêm trọng Bên cạnh rác thải sinh

hoạt thì chất thải sinh hoạt quan trọng nữa là phân và nước tiểu Khu hệ VSV

đường ruột của con người vô cùng phong phú, trong đó có rất nhiều VSV gây

bệnh Toàn bộ những VSV đó được thải ra ngoài theo phân rồi đưa vào nguồn

nước thải chung của khu dân cư Bởi vậy, trong nguồn nước thải sinh hoạt

chứa rất nhiều VSV gây bệnh

Bên cạnh hai nguyên nhân quan trọng trên, hiện nay còn một nguyên nhân

rất quan trọng và nguy hiểm nữa là nguồn VSV gây bệnh lây lan từ vật nuôi

sang vật nuôi và sang người Vật nuôi bị bệnh truyền nhiễm, đặc biệt là các

bệnh do virut gây nên (như cúm gà, cúm lợn ) không được cách li và xử lí là

nguồn lây lan nhanh và gây hậu quả nghiêm trọng

Như vậy, VSV gây ô nhiễm MT gây hậu quả nghiêm trọng hơn nhiều

nguyên nhân khác Do đó, để bảo vệ MT sống con người cần phải có những

biện pháp hữu hiệu để hạn chế, tiêu diệt các VSV gây ô nhiễm MT Trong đó

một trong những biện pháp quan trọng là giáo dục để nâng cao ý thức bảo vệ

MT của mỗi cá nhân cũng như cả cộng đồng

2.2.2 Quan điểm tiến hoá

Sự tiến hoá của VSV thể hiện ở sự đa dạng của VSV VSV tuy rất đơn

giản về cấu tạo cơ thể nhưng vô cùng đa dạng về MT sống, hình thức dinh

dưỡng, hình thức sinh sản …

Để quán triệt quan điểm tiến hóa trong dạy học SH VSV, GV cần lưu

ý những nội dung kiến thức sau: [10], [16], [30]

* VSV có môi trường sống rất đa dạng

VSV có mặt ở khắp mọi nơi trên Trái đất, trong không khí, trong đất, trên

núi cao, dưới biển sâu, trên cơ thể, người, ĐV, TV, trong thực phẩm, trên mọi

đồ vật Trong khi TV và ĐV thường chỉ sống được ở MT trên cạn và MT

nước Ngay ở những nơi rất khắc nghiệt VSV vẫn có thể sinh trưởng

* VSV có nhiều loài, thuộc nhiều giới

Trong khi toàn bộ giới ĐV có khoảng 1,5 triệu loài, TV có khoảng 0,5 triệu loài thì VSV có tới trên 100 nghìn loài bao gồm: khoảng 30 nghìn loài

ĐV nguyên sinh; 69 nghìn loài nấm; 23 nghìn loài vi tảo; 2,5 nghìn loài VK lam; 1,5 nghìn loài VK; 1,2 nghìn loài virut Đúng như nhà VSV học Nga nổi tiếng A.A Imsenhetskii đã viết: “Các loài vi sinh vật mà ta biết đến hiện nay nhiều lắm cũng không quá được 10% tổng số loài VSV có trong thiên nhiên”

VSV rất rễ phát sinh biến dị, tần số biến dị ở VSV thường là 10-15

- 10-10 Hình thức biến dị thường gặp là đột biến gen và dẫn đến những thay đổi về hình thái, cấu tạo, kiểu trao đổi chất, tính kháng nguyên tạo nên các chủng mới

* VSV rất đa dạng về kiểu dinh dưỡng và kiểu dị hóa

Trong khi đa số TV đều sống theo kiểu quang tự dưỡng, ĐV sống dị dưỡng thì VSV lại có nhiều kiểu dinh dưỡng Dựa vào nhu cầu của VSV về nguồn năng lượng và nguồn cacbon, người ta chia các hình thức dinh dưỡng của VSV thành 4 kiểu: quang tự dưỡng, quang dị dưỡng, hoá tự dưỡng và hoá dị dưỡng

Hầu như mọi quá trình phân giải chất hữu cơ để giải phóng năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của TB và cơ thể TV, ĐV đều cần đến oxi làm chất nhận electron cuối cùng nên chúng phải sống trong MT đủ oxi Với VSV, tuỳ từng nhóm mà chúng có nhu cầu oxi khác nhau, có VSV hiếu khí bắt buộc, hiếu khí không bắt buộc, kị khí bắt buộc, kị khí không bắt buộc, vi hiếu khí

- Sinh sản hữu tính: tiếp hợp (VK, tảo đơn bào), sinh sản bằng bào tử (bào

tử túi, bào tử tiếp hợp )

* VSV trong quá trình phát sinh sự sống và nguồn gốc của cơ thể đa bào

Trong quá trình phát sinh sự sống, SV đầu tiên xuất hiện trên Trái đất là

các SV đơn bào Trong giai đoạn tiến hoá tiền SH, sự xuất hiện của các TB

nguyên thuỷ là bước khởi đầu cho sự xuất hiện cơ thể sống đầu tiên Từ các

TB nguyên thuỷ, dưới tác dụng của chọn lọc tự nhiên sẽ tiến hoá hình thành

nên các cơ thể đơn bào đơn giản - TB nhân sơ cách đây khoảng 3,5 tỉ năm Từ

TB nhân sơ tổ tiên sẽ tiến hoá cho ra các dạng cơ thể nhân sơ khác cũng như

các dạng cơ thể nhân thực, đầu tiên là đơn bào nhân thực (xuất hiện cách đây

khoảng 1,5 - 1,7 tỉ năm), sau đó là đa bào nhân thực (xuất hiện cách đây

khoảng 670 triệu năm)

Cơ thể đa bào nguyên thuỷ đầu tiên ở dạng tập đoàn Đó là những tập hợp

các TB có khả năng tự tái bản Dạng tập đoàn đầu tiên đã xuất hiện ở SV nhân

sơ Ví dụ, các TB VK lam Nostoc tập hợp thành sợi dài, trong đó gồm chủ

yếu các TB quang hợp nhưng có một số TB được phân hoá có chức năng cố

định nitơ song không có khả năng sinh sản Các cơ thể đa bào nhân thực, ví

dụ TV và ĐV đều được phát triển từ một TB đơn nhất là hợp tử thông qua sự

sinh sản hữu tính Các nhà SH cho rằng qua quá trình tiến hoá các cơ thể đa

bào nhân thực như nấm, TV, ĐV đều có nguồn gốc từ các dạng tập đoàn đơn

bào nhân thực Các dạng tập đoàn đơn bào nhân thực lại do các cơ thể đơn

bào nhân thực tiến hoá hình thành nên

TV và ĐV là những cơ thể đa bào nhân thực có nguồn gốc chung từ cơ thể

đơn bào nguyên thuỷ thuộc giới Nguyên sinh thông qua một dạng tập đoàn

đơn bào nào đấy Trong giới Nguyên sinh đã xuất hiện nhiều dạng tập đoàn

trong đó các TB liên kết với nhau trên cơ sở phân công lao động và chức

năng Sự phân hoá chức năng trong tập đoàn làm cho tập đoàn thích nghi với

MT hiệu quả hơn và dẫn đến phân hoá, biệt hoá các dạng TB Từ tập đoàn

này, khi sự phân công về chức năng và biệt hoá về hình thái đạt mức độ lệ thuộc nhau một cách bắt buộc để tồn tại và phát triển thì chúng trở thành những cơ thể đa bào thực thụ

Tổ tiên của TV có thể được bắt nguồn từ dạng tập đoàn tảo lục quang tự dưỡng, sau đó trải qua giai đoạn đa bào nguyên thuỷ Tổ tiên của ĐV có thể được bắt nguồn từ dạng tập đoàn trùng roi dị dưỡng thông qua một dạng đa bào nguyên thuỷ nào đấy đã có xoang tiêu hoá, chúng có ưu thế chuyển động nhanh, bắt các đơn bào khác và tiêu hoá chúng trong xoang

Như vậy, trong quá trình phát sinh và phát triển của sự sống trên Trái đất,

SV xuất hiện đầu tiên là VSV, chính các VSV nguyên thuỷ này là tổ tiên hình thành thế giới SV vô cùng đa dạng hiện nay

2.2.3 Những nội dung kiến thức sinh thái và tiến hoá liên quan cần khai thác đối với các bài cụ thể trong phần Sinh học vi sinh vật

Nhiều bài trong phần SH VSV có thể khai thác các kiến thức về ý nghĩa

sinh thái, tiến hoá của VSV Những kiến thức cơ bản cần khai thác được liệt

kê trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Kiến thức sinh thái, tiến hoá cần khai thác trong các bài phần SH

VSV (SH 10 - chương trình chuẩn)

22 Dinh dưỡng, chuyển hoá vật chất và năng lượng ở vi sinh vật

- Vai trò của VSV trong tự nhiên và đối với đời sống con người, tác hại của VSV

- VSV đa dạng về MT sống, kiểu chuyển hoá vật chất và năng lượng, sự thích nghi của VSV với MT

23 Quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở vi sinh vật

- Ứng dụng của các quá trình tổng hợp

và phân giải của VSV liên quan đến bảo

vệ MT

24 Thực hành: Lên men êtilic

và lactic

- Điều kiện MT ảnh hưởng đến sự lên men của VSV

26 Sinh sản của vi sinh vật

- Tác hại của nội bào tử VK với con người, sự thích nghi của VK với MT khắc nghiệt nhờ nội bào tử

- Sự đa dạng về các hình thức sinh sản của VSV

27 Các yếu tố ảnh hưởng đến

sinh trưởng của vi sinh vật

- Ảnh hưởng của các yếu tố MT đến sự sinh trưởng của VSV, vận dụng ảnh hưởng của các yếu tố đó trong việc kiểm soát sự sinh trưởng của VSV

29 Cấu trúc các loại virut - Tác hại của virut

30 Sự nhân lên của virut trong

tế bào chủ

Tác hại của virut HIV, biện pháp phòng ngừa HIV/AIDS

31 Virut gây bệnh Ứng dụng

của virut trong thực tiễn

Tác hại của virut, ứng dụng của virut trong bảo vệ MT và bảo vệ sức khoẻ con người

32 Bệnh truyền nhiễm và miễn

dịch

- Biện pháp phòng tránh bệnh truyền nhiễm

33 Ôn tập phần Sinh học vi

sinh vật

- Vai trò, tác hại của VSV

- Tiến hoá của VSV; VSV trong quá trình phát sinh sự sống và nguồn gốc của

SV đa bào

2.3 Những điểm cần lưu ý về mặt kiến thức phần Sinh học vi sinh vật

theo tiếp cận sinh học hệ thống

Do tính chất lịch sử và để tiện việc nghiên cứu người ta thường xếp các SV

nhỏ bé có kích thước hiển vi vào một nhóm được gọi là nhóm VSV Chúng có một số đặc điểm chung như có kích thước hiển vi, cơ thể đơn bào, sinh trưởng nhanh, phân bố rộng, thích ứng cao với MT Thuộc nhóm VSV có VK (thuộc giới Khởi sinh); ĐV nguyên sinh và vi tảo (tảo đơn bào) (thuộc giới Nguyên

sinh), vi nấm (thuộc giới Nấm) Người ta còn xếp virut vào nhóm VSV, mặc

dù hiện nay virut không được xem là cơ thể sống vì chúng không có cấu tạo

TB và chúng chỉ sống khi kí sinh trong TB

Khác với chương trình THCS đề cập lần lượt các đối tượng VSV - TV -

ĐV - người Chương trình THPT được trình bày theo các CĐTCS từ các hệ nhỏ đến hệ trung lên các các hệ lớn: Tế bào cơ thể quần thể quần xã

hệ sinh thái - sinh quyển Trong đó phần VSV được trình bày sau phần

SH TB như là một cấp độ tổ chức của hệ thống sống - cấp độ cơ thể và là một quá độ từ TB lên cơ thể đa bào Thực chất SH VSV là SH TB vì VSV tồn tại chủ yếu ở dạng đơn bào Nhưng đồng thời chúng cũng là những cơ thể Do đó

có thể nói SH VSV đã đề cập đến cấp độ cơ thể nguyên thuỷ là các cơ thể đơn bào Điều đó nghĩa là cần giới thiệu VSV như là những cơ thể, tức là tương đương với cơ thể TV và ĐV sẽ được học ở lớp 11 Do đó, khi dạy học phần này đòi hỏi GV không chỉ tổ chức cho HS tìm hiểu các kiến thức mang tính

“chuyên khoa” về VSV mà cần phải có những biện pháp dạy học sao cho HS nhận thấy rằng học SH VSV cũng là tìm hiểu về một CĐTCS Vì vậy, trong quá trình dạy học GV cần phải nắm được được những nội dung về mặt kiến thức cũng như phương pháp tổ chức dạy học phù hợp để đạt được mục tiêu

đó Để việc dạy học phần SH VSV như một cấp độ tổ chức sống, GV cần lưu

ý những điểm sau:

* Những điểm giống nhau giữa vi sinh vật và tế bào [11], [16]

1 Đều có thành phần hoá học tương tự nhau

- Các nguyên tố hoá học trong tế bào được chia thành hai nhóm: các nguyên tố đa lượng (các nguyên tố C, H, O, N chiếm 96% khối lượng cơ thể

sống) và các nguyên tố vi lượng Chúng đều có vai trò quan trọng trong tế

bào

- Các hợp chất hoá học trong tế bào được phân thành 2 loại nhóm lớn là

các hợp chất vô cơ và hữu cơ Các hợp chất vô cơ bao gồm nước, muối

khoáng và một số hợp chất đơn giản khác Các hợp chất hữu cơ là những hợp

chất của cacbon: cacbohiđrat, lipit, prôtêin, axit nuclêic Phân tử nước có tính

phân cực Trong TB, nước tồn tại ở hai dạng: liên kết và tự do Nước có ý

nghĩa lớn lao về nhiều mặt đối với các TB: là MT hoà tan và phản ứng của

các hợp chất vô cơ và hữu cơ, bảo đảm sự trao đổi chất và sự thống nhất trong

và ngoài TB, nước còn trực tiếp tham gia vào các phản ứng sinh hoá

2 Đều có cấu trúc gồm có ba thành phần cơ bản là màng sinh chất, tế bào chất,

nhân TB (hoặc vùng nhân)

Bảng 2.2 Thành phần cấu trúc của tế bào và vi sinh vật

Nhân (vùng nhân)

- Giúp phân chia TB (chức năng sinh sản)

- Có chứa vật chất di truyền, điều khiểu mọi hoạt động sống của TB

Tế bào chất

- Là nơi xảy ra nhiều hoạt động hoá học như tổng hợp enzim, phân giải chất hữu cơ để giải phóng năng lượng cho TB

Màng tế bào

+ Bao bọc ngoài TB giúp chất nguyên sinh không bị chảy ra ngoài

+ Màng có tính thấm chọn lọc để kiểm soát các chất

đi ra và đi vào trong TB

3 Đều biểu hiện những đặc trưng cơ bản của thế giới sống

Ở TB cũng như ở cơ thể VSV đều biểu hiện những đặc trưng cơ bản của

thế giới sống như: trao đổi chất và năng lượng, sinh sản, sinh trưởng và phát

triển, cảm ứng, khả năng tự điều chỉnh và cân bằng nội môi do nhân TB điều khiển

* Những đặc điểm đặc trưng của vi sinh vật

1 Kích thước của TB VSV rất nhỏ Kích thước của VK chỉ bằng một phần mười so với kích thước của TB nhân thực Kích thước nhỏ đã tạo cho VK những ưu thế:

- TB nhỏ thì tỷ lệ giữa diện tích bề mặt TB (màng sinh chất) và thể tích TB (tỉ lệ S/V) sẽ lớn làm tăng khả năng trao đổi chất với MT, nhờ đó VSV sinh trưởng và sinh sản nhanh hơn

- Với TB nhân thực, vì kích thước lớn hơn nên tỷ lệ S/V nhỏ hơn hàng chục lần so với TB nhân sơ nhưng vẫn đảm bảo cho quá trình trao đổi chất hiệu quả là do TB nhân thực có hệ bào quan làm tăng diện tích bề mặt trao đổi chất toàn phần Mặt khác mỗi khoang bào quan lại là một vùng duy trì được các điều kiện hoá học đặc biệt khác với các bào quan khác nên các phản ứng hoá học đặc trưng vẫn có thể xảy ra cùng lúc trong những điều kiện khác nhau phối hợp với nhau dưới sự điều khiển của nhân

2 Về cấu trúc Trong nhóm VSV, VK (thuộc giới Khởi sinh) có cấu trúc tế bào đặc thù mang nhiều điểm khác với tế bào nhân thực

Bảng 2.3 So sánh tế bào nhân sơ và tế bào nhân thực

- Kích thước bé (1 - 3 m) - Kích thước lớn (3 - 20m)

- Có cấu tạo đơn giản - Có cấu tạo phức tạp

- Chưa có nhân hoàn chỉnh:

+ Chưa có màng nhân

+ AND trần dạng vòng ở vùng nhân

- Có nhân hoàn chỉnh:

+ Có màng nhân

+ ADN kết hợp với prôtêin histôn tạo nên NST ở trong nhân

- TB chất chỉ chứa các bào quan

đơn giản như ribôxôm Không có

các bào quan có màng bao bọc

- TB chất có hệ thống nội màng, các bào quan có màng bao bọc như ti thể, lạp thể, bộ máy Gôngi, lizôxôm

- Ribôxôm có kích thước nhỏ

70S

- Ribôxôm có kích thước lớn 80S

Cấu tạo đơn giản tạo cho VK sinh sản nhanh hơn bằng kiểu phân đôi

(không có thoi phân bào) đơn giản với tốc độ nhanh Ví dụ: VK E.coli trung

bình 30 phút phân đôi một lần

3 Chuyển hoá vật chất và năng lượng

- Quá trình tổng hợp các chất ở VSV tương tự ở TB như tổng hợp prôtêin,

polisaccarit, lipit và axit nuclêtic Nhưng có điểm khác là chúng có thể tổng

hợp nhiều loại hợp chất từ chất vô cơ với các kiểu dinh dưỡng đa dạng

- Các phức chất ở MT như prôtêin, polisaccarit, lipit, axit nuclêtic và cả

các chất độc hại nữa được VSV tiết enzim ngoại bào để phân giải thành các

chất đơn giản rồi mới được VSV hấp thụ để sinh tổng hợp các thành phần TB

hay phân giải tiếp

- VSV thể hiện rõ tính đa dạng về kiểu chuyển hoá vật chất, nhiều loại

VSV có vài kiểu chuyển hoá vật chất cùng tồn tại trong TB, chúng có thể biểu

hiện trong MT hiếu khí hay kị khí do đó chúng thích nghi cao trong điều kiện

MT khác nhau

- VSV có quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng, chuyển hoá vật chất và năng

lượng, sinh tổng hợp các chất với tốc độ rất nhanh

- Người ta sử dụng mặt có lợi và hạn chế mặt có hại của quá trình tổng hợp

và phân giải các chất phục vụ cho đời sống và bảo vệ MT

4 Sinh trưởng và sinh sản

- Thông thường, sinh trưởng là tăng kích thước và khối lượng cơ thể, còn

sinh sản là tăng về số lượng cá thể Nhưng với VSV, nói đến sinh trưởng là

ám chỉ sự tăng số lượng tế bào chứ không phải tăng kích thước TB Nói đến sinh trưởng của VSV là nói đến sinh trưởng của quần thể VSV Khi nghiên cứu sinh trưởng của VSV, người ta nghiên cứu sinh trưởng của một quần thể (tập hợp tế bào cùng nguồn gốc) chứ không phải của từng TB riêng lẻ

- VSV có khả năng phát tán dễ dàng và có mặt ở khắp mọi nơi, đạt được cân bằng SH là nhờ sinh sản với tốc độ rất nhanh theo các kiểu đơn giản và đa dạng

+ Ở VSV nhân sơ có các hình thức sinh sản chủ yếu: phân đôi, ngoại bào

tử, bào tử đốt, nảy chồi

+ Ở các VSV nhân thực có thể sản sinh bằng phân chia nguyên nhiễm hoặc bằng bào tử vô tính hay hữu tính

- Sinh sản phân đôi ở VK không giống nguyên phân Ở VK không hình thành thoi vô sắc, không có các pha và các kì ở nguyên phân Sự phân đôi bắt đầu từ sự hình thành hạt mêzôxôm, ADN phân chia và hình thành vách ngăn

- Ở VSV còn có một điểm đặc biệt đó là tế bào có khả năng sản sinh ra một cấu trúc đặc biệt gọi là bào tử Tuỳ loại bào tử mà có chức năng khác nhau: phát tán, vượt qua điều kiện bất lợi, sinh sản…

5 Mặc dù TB có tính toàn năng và có tính độc lập nhưng những đặc tính

đó chỉ được biểu hiện khi TB là một phần của cơ thể sống hoặc TB được nuôi cấy trong MT thích hợp đủ chất dinh dưỡng gần giống như trong cơ thể sống Nếu ngoài MT tự nhiên TB độc lập không thể sống và biểu hiện những đặc trưng cơ bản của cơ thể sống Trong khi với VSV, mỗi TB là một cơ thể, chúng có khả năng tồn tại trong MT tự nhiên Trong cơ thể đa bào, phần lớn các TB không có khả năng di chuyển để tìm nguồn dinh dưỡng Nhưng TB VSV có khả năng chủ động tìm đến nguồn dinh dưỡng và tránh các những tác nhân độc hại Đặc biệt, VSV có năng lực thích ứng cao với điều kiện sống bất lợi như chịu lạnh, chịu nóng, chịu cường độ bức xạ mạnh; thậm chí khi gặp điều kiện bất lợi VSV còn có khả năng biến đổi cấu tạo TB để vượt qua điều