Sinh học

1. Các thiết bị thường được dùng trong nghiên cứu và học tập sinh học là:

- Kính hiển vi: Dựa trên nguồn sáng được sử dụng, kính hiển vi được chia thành hai loại: kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử.

- Máy li tâm: Được sử dụng trong phân đoạn tế bào. Đây là kĩ thuật tách các loại bào quan dựa trên khối lượng của chúng.

- Các thiết bị khác: Các loại kính lúp, ống hút đơn giản hay pipet.

2. Các phương pháp thường được dùng trong nghiên cứu và học tập sinh học:

- Phương pháp quan sát: Lựa chọn đối tượng và phạm vi quan sát → Lựa chọn công cụ quan sát → Ghi chép số liệu.

- Phương pháp làm việc trong phòng thí nghiệm:

+ Phương pháp đảm bảo an toàn khi làm việc trong phòng thí nghiệm: Người nghiên cứu cần tuân thủ các quy định để giữ an toàn cho bản thân và các thiết bị, tài sản của phòng thí nghiệm.

+ Một số kĩ thuật phòng thí nghiệm: Phương pháp giải phẫu và phương pháp làm tiêu bản tế bào/nhiễm sắc thể (NST).

- Phương pháp thực nghiệm khoa học:

+ Phương pháp nghiên cứu, phân loại sinh vật: Định danh dựa trên hình thái của sinh vật, phân tích gene, phân lập (đối với vi khuẩn).

+ Phương pháp tách chiết: Tách enzyme, gene, các chất có hoạt tính sinh học.

+ Phương pháp nuôi cấy: Nuôi cấy vi khuẩn, nuôi cấy mô tế bào động vật, thực vật; nuôi cấy động vật, thực vật trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa;…

VD1: Việc giải trình tự hệ gene của một người có thể giúp cho công tác chữa bệnh được hiệu quả nhưng những ai có quyền biết thông tin này, liệu các công ty bảo hiểm có sẵn sàng bảo hiểm cho một người khi biết rằng người đó mang gene quy định một số bệnh hiểm nghèo,…

VD2: Việc chẩn đoán, lựa chọn giới tính thai nhi sớm khiến nạn nạo phá thai ra tăng và mất cân bằng giới tính dân số.

VD3: Nhân bản người dẫn đến nhiều mối lo ngại của xã hội về đạo đức sinh học như vấn đề tội phạm,...

- Những loại vật dụng nên sử dụng để có thể góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường:

+ Sử dụng các vật dụng có nguồn gốc sinh học, an toàn và dễ phân hủy: màng bọc thực phẩm, túi đựng rác, nước giặt, nước rửa bát,…

+ Sử dụng các đồ dùng bằng nhựa dùng được nhiều lần hoặc các đồ dùng thay thế thân thiện hơn với môi trường để thay thế cho các đồ dùng bằng nhựa chỉ sử dụng được một lần.

+ Sử dụng phân vi sinh, chế phẩm thuốc bảo vệ thực vật sinh học để trồng cây.

+ Sử dụng các phương tiện đi lại ít gây ô nhiễm môi trường như xe đạp, xe điện,…

- Cần phân loại rác thải vì: Việc phân loại rác thải đóng vai trò quan trọng trong công tác quản lí chất thải; góp phần giảm thiểu nguy cơ phát tán các tác nhân gây bệnh, các yếu tố độc hại, nguy hiểm; góp phần tiết kiệm tài nguyên (tái chế rác thải); giảm chi phí cho công tác thu gom và xử lí rác thải.

- Cần hạn chế sử dụng sản phẩm làm phát sinh rác thải nhựa vì: Rác thải nhựa gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trường, cụ thể:

- Rác thải nhựa rất khó bị phân huỷ trong môi trường tự nhiên. Mỗi loại chất nhựa có số năm phân huỷ khác nhau với thời gian rất dài, hàng trăm năm có khi tới hàng nghìn năm. VD: chai nhựa phân hủy sau 450 năm – 1000 năm; ống hút, nắp chai sẽ phân hủy sau 100 năm – 500 năm; bàn chải đánh răng phân hủy sau 500 năm,…

- Các loài động vật khi ăn phải rác thải nhựa có thể chết dẫn đến nguy cơ tuyệt chủng, gây mất cân bằng sinh thái.

- Khi đốt, rác thải nhựa sẽ sinh ra chất độc dioxin, furan gây ô nhiễm không khí, gây ngộ độc, ảnh hưởng đến tuyến nội tiết, làm giảm khả năng miễn dịch, gây ung thư,…

- Khi chôn lấp, rác thải nhựa sẽ làm cho đất không giữ được nước, dinh dưỡng và ngăn cản quá trình khí oxygen đi qua đất gây tác động xấu đến sự sinh trưởng của cây trồng. Hơn nữa, nó có thể làm ô nhiễm nguồn nước, gây ra cái chết của các vi sinh vật có lợi cho cây ở dưới lòng đất.

- Rác thải nhựa gây ra tình trạng “ô nhiễm trắng” tại các điểm du lịch, ảnh hưởng đến không gian nghỉ ngơi và thư giãn của con người,…

Một vài vật dụng mà em dùng hằng ngày là sản phẩm có liên quan trực tiếp đến các ứng dụng sinh học

- Sử dụng nước rửa tay, nước sát khuẩn sinh học.

- Sử dụng nước giặt, nước rửa bát sinh học.

- Sử dụng thuốc kháng sinh, các vitamin tổng hợp.

- Sử dụng túi đựng rác, túi đựng đồ ăn sinh học.

- Sử dụng các sản phẩm lên men: Sữa chua, dưa chua, tương, nước mắm,…

- Học sinh nghiên cứu đối tượng và mục tiêu nghiên cứu của sinh học để đưa ra câu trả lời của bản thân.

- Câu trả lời tham khảo:

Nếu trở thành một nhà sinh học, em chọn đối tượng và mục tiêu nghiên cứu là:

+ Đối tượng nghiên cứu: con người.

+ Mục tiêu nghiên cứu: tìm hiểu cấu trúc, sự vận hành của các quá trình sống ở con người, qua đó đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao sức khỏe và khai thác tối đa tiềm năng sinh học của mỗi con người.

- Mối quan hệ giữa sinh học và kinh tế:

+ Việc phổ biến kiến thức sinh học cơ bản liên quan đến bảo vệ sự đa dạng sinh học, khai thác tài nguyên thiên nhiên hợp lí phục vụ phát triển kinh tế.

+ Những ứng dụng của sinh học đã đem lại giá trị kinh tế vô cùng to lớn cho con người: Những giống cây trồng và vật nuôi có năng suất và chất lượng cao được tạo ra bằng các biện pháp gây đột biến, lai hữu tính, biến đổi gen; các sản phẩm, chế phẩm sinh học có giá trị;… giúp nâng cao hiệu quả kinh tế.

+ Bên cạnh những lợi ích đem lại, việc áp dụng công nghệ sinh học vào thực tiễn cũng tiềm ẩn nguy cơ rủi ro về thiệt hại kinh tế. Ví dụ như: Khi trồng cây giống được tạo ra bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào trên diện tích lớn sẽ tiềm ẩn rủi ro mất mùa nếu điều kiện môi trường bất lợi.

- Mối quan hệ giữa sinh học và công nghệ: Nghiên cứu sinh học cơ bản giúp phát triển các công nghệ bắt chước các sinh vật áp dụng trong cải tiến, tối ưu hóa các công cụ máy móc.

- Mối quan hệ giữa sinh học và vấn đề đạo đức xã hội: Nghiên cứu sinh học cũng làm nảy sinh vấn đề đạo đức (đạo đức sinh học).

+ Việc giải trình tự hệ gene của một người làm nảy sinh nhiều vấn đề xã hội như ai có quyền biết thông tin này, những người mang gene quy định bệnh hiểm nghèo còn được chấp nhận mua bảo hiểm hay không, có nên áp dụng kĩ thuật chỉnh sửa gene để chỉnh sửa gene của người không, có nên cho phép nhân bản vô tính con người không,…

+ Ảnh hưởng của việc xác định giới tính thai nhi?

+ Các giống cây trồng biến đổi gene có thực sự an toàn với con người?

- Vai trò của sinh học trong sự phát triển bền vững môi trường:

+ Góp phần đánh giá tác động của các nghiên cứu sinh học (các nghiên cứu về cây trồng, vật nuôi biến đổi gene; các nghiên cứu về nhân bản vô tính,…) đến môi trường tự nhiên và xã hội loài người.

+ Góp phần đưa ra các kế hoạch khai thác; các biện pháp bảo tồn, phục hồi và sử dụng bền vững các hệ sinh thái đặc biệt là bảo vệ đa dạng sinh học nhằm bảo vệ môi trường sống, thích ứng với biến đổi khí hậu.

+ Góp phần cung cấp các kiến thức, công nghệ xử lí ô nhiễm và cải tạo môi trường.

+ Góp phần cung cấp cơ sở khoa học giúp cho chính phủ có những chiến lược phát triển kinh tế phù hợp với sự phát triển bền vững.

+ Góp phần xây dựng ý thức trách nhiệm của cộng đồng về bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường.

- Vai trò của sinh học với những vấn đề toàn cầu khác:

+ Đối với vấn đề phát triển kinh tế: Sinh học góp phần tạo ra những giống cây trồng và vật nuôi có năng suất và chất lượng cao; các sản phẩm, chế phẩm sinh học có giá trị;… giúp ứng dụng trong sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế và tạo việc làm. Ngoài ra, sinh học cũng góp phần vào việc xây dựng chính sách môi trường và phát triển kinh tế, xã hội nhằm xóa đói giảm nghèo, đảm bảo an ninh lương thực.

+ Đối với vấn đề nâng cao chất lượng cuộc sống: Sinh học có vai trò quan trọng trong chăm sóc sức khỏe con người (các ngành y học, công nghệ thực phẩm), đưa ra các biện pháp nhằm kiểm soát dân số cả về chất lượng và số lượng,…

+ Đối với vấn đề phát triển công nghệ: Nghiên cứu sinh học cơ bản còn giúp phát triển các công nghệ bắt chước các sinh vật áp dụng trong cải tiến, tối ưu hóa các công cụ máy móc.

* Hoạt động ảnh hưởng tiêu cực

- Vứt rác bừa bãi, không đúng quy định.

- Xả chất thải chưa qua xử lí vào môi trường.

- Khai thác rừng, săn bắt động, thực vật quá mức.

- Sử dụng nguồn năng lượng không tái tạo: than đá, dầu mỏ,…

- Không chấp hành quy định về bảo vệ môi trường.

* Hoạt động ảnh hưởng tích cực

- Vứt rác đúng nơi quy định, phân loại rác.

- Khu xả thải có hệ thống xử lí nước thải, xử lí khí thải, rác thải.

- Bảo vệ rừng đầu nguồn, động thực vật quý hiếm, khai thác hợp lí.

- Sử dụng nguồn năng lượng tái tạo: gió, thủy triều, mặt trời,…

- Chấp hành đầy đủ và tham gia tuyên truyền bảo vệ môi trường.

Khái niệm phát triển bền vững của Liên Hợp quốc (1987): Phát triển bền vững là sự phát triển đáp ứng được nhu cầu của xã hội hiện tại, nhưng không làm tổn hại đến khả năng tiếp cận với nhu cầu phát triển của các thế hệ tương lai.

- Một số lĩnh vực và ngành nghề của sinh học mà học sinh có thể tham khảo trong lựa chọn nghề nghiệp tương lai:

+ Lĩnh vực giảng dạy, nghiên cứu: Công nghệ sinh học, kĩ thuật sinh học, lâm học, sinh học ứng dụng, khai thác thủy sản, kĩ sư kĩ thuật y sinh,….

+ Lĩnh vực sản xuất: Chăn nuôi, chế biến gỗ, nuôi trồng thủy sản, trồng trọt, sản xuất thuốc chữa bệnh,…

+ Lĩnh vực chăm sóc sức khỏe: Dược học, Y đa khoa, Điều dưỡng, Y học cổ truyền, Y học dự phòng, Y tế cộng đồng, chuyên gia chăm sóc sức khỏe,…

+ Lĩnh vực hoạch định chính sách: Lâm nghiệp đô thị, tổ chức và quản lí y tế; quản lí bệnh viện, quản lí tài nguyên rừng,…

- Triển vọng tương lai của một số ngành nghề:

+ Ngành Kĩ sư kĩ thuật y sinh: Thực tế, kĩ thuật y sinh là một trong những ngành nghề tốt nhất và có tác động rất lớn đến xã hội trong tương lai. Kĩ sư kĩ thuật y sinh là những người chế tạo, bảo trì hệ thống máy móc thiết bị ngành y tế; hỗ trợ bác sĩ, y tá trong công việc thường ngày. Một vài ví dụ trực quan về các sản phẩm của ngành kĩ thuật y sinh là các bộ phận cơ thể nhân tạo, bộ phận cấy ghép nhân tạo và các phụ kiện giả tương thích sinh học. Nhìn chung, kĩ sư y sinh sẽ tham gia vào toàn bộ quá trình nghiên cứu và phát triển thiết kế giải pháp y học.

- Chuyên gia chăm sóc sức khỏe: Có thể nói, lĩnh vực y tế ngày nay đã đạt đến độ chín muồi với tiềm năng tăng trưởng cao. Khi dân số thế giới bắt đầu già đi, nhu cầu dành cho lĩnh vực sức khỏe cũng được dự đoán sẽ tăng gấp đôi trong một thập kỉ nữa. Theo số liệu gần đây của Bộ Lao động Mỹ, dân số già sẽ khiến nhu cầu tìm kiếm những bác sĩ, y tá, chuyên gia vật lí trị liệu, điều dưỡng sức khỏe tại nhà và nha sĩ càng tăng cao. Số lượng việc làm cũng được dự đoán sẽ duy trì ổn định trong thời gian dài sắp tới. Lĩnh vực chăm sóc sức khỏe sẽ phù hợp với những học sinh có thế mạnh về khoa học và toán ứng dụng. Những công việc ít đòi hỏi chuyên môn cũng như mức lương thấp hơn như điều dưỡng có thể sẽ yêu cầu phải có bằng cấp, tùy thuộc vào nơi người đó đang sống và làm việc. Trong khi đó, những nghề như bác sĩ, y tá, nha sĩ, nhà vật lí trị liệu sẽ đòi hỏi phải có bằng đại học và bằng cấp chuyên môn sau khi tốt nghiệp. Học sinh muốn theo đuổi lĩnh vực này có thể bắt đầu từ sớm bằng cách đăng kí các chương trình học đại học ngành tiền y khoa (pre-med), sinh học và khoa học.

- Trong các ngành y dược học: Thành tựu trong giải trình tự gene người và nhiều loài sinh vật khác nhau đã giúp con người sản xuất ra nhiều loại thuốc được gọi là thuốc hướng đích, tác động tới những loại protein riêng biệt để chữa các bệnh hiểm nghèo như ung thư.

- Trong ngành pháp y:

+ Dựa vào mẫu máu, vết tóc, các tế bào khác nhau trên hiện trường để truy tìm tội phạm, đối tượng liên quan đến vụ án thông qua việc giải trình tự DNA.

+ Dựa vào dấu vân tay DNA đểtìm thân nhân của người bị nạn và xác định huyết thống.

+ Sử dụng dấu vân tay DNA dùng thay dấu vân tay trong thẻ căn cước công dân hiện tại.

- Trong các ngành nông – lâm – ngư nghiệp:

+ Công nghệ di truyền giúp các nhà sinh học chuyển gen từ loài này sang loài khác hoặc làm biến đổi gene của một loài sinh vật tạo ra những sinh vật biến đổi gen theo nhu cầu của con người, đem lại năng suất cao, chất lượng tốt hoặc giá trị chữa bệnh với giá thành rẻ.

+ Nhân giống vô tính các cây trồng lâu năm có giá trị cao để rút ngắn thời gian sinh trưởng, ra hoa, kết trái của cây.

+ Tạo ra các giống cây trồng chống chịu virus.

+ Nhân bản vô tính các loài động vật như cừu, bò, mèo, khỉ, lợn,… mở ra triển vọng gia tăng số lượng của các sinh vật biến đổi gene tạo các sản phẩm protein chữa bệnh cho con người và triển vọng hồi sinh các sinh vật đã tuyệt chủng.

- Trong công nghệ thực phẩm:

+ Tạo ra sản phẩm làm thức ăn, thuốc chữa bệnh.

+ Sản xuất nhiều loại thức ăn, nước uống có giá trị dinh dưỡng cao như sữa chua và các sản phẩm của quá trình lên men khác, đáp ứng nhu cầu đa dạng của con người ở mọi lứa tuổi.

+ Nhờ những hiểu biết về vi sinh vật, hô hấp tế bào còn giúp con người có các biện pháp bảo quản thực phẩm lâu dài mà vẫn đảm bảo chất lượng.

- Trong vấn đề bảo vệ môi trường:

+ Sử dụng vi khuẩn Deinococcus radiodurans để làm sạch các địa điểm bị ô nhiễm phóng xạ và các hóa chất độc hại.

+ Nghiên cứu hệ gene của các loài vi sinh vật sử dụng CO2 làm nguồn carbon duy nhất có thể giúp làm giảm lượng CO2 trong khí quyển.

+ Sử dụng vi khuẩn Shewanella oneidensis làm sạch nước nhiễm thủy ngân, chì, sắt và có khả năng sản sinh năng lượng điện.

- Trong chế tạo: Nhiều robot và vật dụng được sản xuất dựa trên những nguyên lí vận hành của các sinh vật đã và đang đem lại những lợi ích to lớn cho xã hội

Trong chương trình giáo dục phổ thông, học sinh sẽ lần lượt nghiên cứu sinh học theo các lĩnh vực phân chia dựa vào các cấp độ tổ chức của thế giới sống:

- Lớp 10: Tìm hiểu về sinh học tế bào và thế giới vi sinh vật.

- Lớp 11: Nghiên cứu sinh học cơ thể.

- Lớp 12: Nghiên cứu di truyền học, tiến hóa và sinh thái học.