Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Tế bào trong môi trường ưu trương, nhược trương, đẳng trương
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em phân loại đúng một môi trường là ưu trương, nhược trương hay đẳng trương so với một tế bào cho trước, dự đoán và giải thích trạng thái của tế bào động vật và tế bào thực vật trong từng loại môi trường, và chỉ ra vì sao thành tế bào là nguyên nhân khiến hai loại tế bào phản ứng khác nhau.
Kiến thức nền cần nhớ
Bài trước em đã có quy tắc thẩm thấu: nước luôn di chuyển từ nơi nồng độ chất tan thấp sang nơi nồng độ chất tan cao (same-grade bridge). Bài này dùng chính quy tắc đó để đặt tên cho ba loại môi trường theo góc nhìn của một tế bào cụ thể, rồi suy ra tế bào đó sẽ to lên, nhỏ lại, hay giữ nguyên.
Khởi động
Rau sống ngâm nước đá trước khi ăn trở nên giòn, nhưng cũng chính bó rau đó để quên ngoài không khí một buổi chiều lại héo rũ. Cùng là hiện tượng nước ra vào tế bào, vì sao hai kết quả lại trái ngược hẳn nhau?
Kiến thức trọng tâm
So với nồng độ chất tan bên trong một tế bào, môi trường xung quanh được xếp vào một trong ba loại. Môi trường ưu trương có nồng độ chất tan bên ngoài cao hơn bên trong tế bào, khiến nước di chuyển ra khỏi tế bào. Môi trường nhược trương có nồng độ chất tan bên ngoài thấp hơn bên trong tế bào, khiến nước di chuyển vào tế bào. Môi trường đẳng trương có nồng độ chất tan hai bên bằng nhau, không có sự di chuyển ròng của nước, tế bào giữ nguyên hình dạng và thể tích.
Tế bào động vật, ví dụ hồng cầu, chỉ có một lớp màng sinh chất mỏng bao ngoài, không có cấu trúc nào chống đỡ từ bên ngoài. Trong môi trường ưu trương, hồng cầu mất nước và co lại. Trong môi trường nhược trương, hồng cầu nhận nước, phồng lên, và nếu nước vào quá nhiều, màng có thể căng tới mức vỡ ra — hiện tượng gọi là tan bào, vì không có gì ngăn màng giãn quá giới hạn chịu đựng.
Tế bào thực vật có thêm một lớp thành tế bào bằng cellulose, cứng và bền, nằm ngay bên ngoài màng sinh chất. Trong môi trường ưu trương, tế bào thực vật cũng mất nước, màng sinh chất co lại và tách rời khỏi thành tế bào — hiện tượng gọi là co nguyên sinh. Trong môi trường nhược trương, tế bào thực vật vẫn nhận nước và phồng lên bình thường như tế bào động vật, nhưng thành tế bào tạo một phản lực ép ngược vào màng, ngăn không cho tế bào phồng to vô hạn — tế bào chỉ đạt trạng thái trương nước ổn định mà không vỡ. Chính thành tế bào, cấu trúc chỉ tế bào thực vật mới có, là nguyên nhân trực tiếp khiến hai loại tế bào phản ứng khác nhau trước cùng một môi trường nhược trương.
Nguyên lý này giải thích nhiều tình huống quen thuộc. Rau ngâm nước lạnh (môi trường nhược trương so với tế bào rau) trương nước nên giòn; rau để khô lâu ngoài không khí mất nước dần nên héo. Bón phân quá liều tạo một môi trường ưu trương đậm đặc quanh rễ, khiến nước từ tế bào lông hút bị rút ngược ra đất thay vì được hấp thụ vào, dù đất vẫn còn ẩm — hiện tượng dân gian gọi là cây bị cháy rễ. Dịch truyền tĩnh mạch trong y tế luôn phải pha đẳng trương với máu, thường dùng NaCl 0,9%, để không làm hồng cầu co lại hay trương vỡ. Và muối dưa, muối cà chính là tạo môi trường ưu trương để rút nước ra khỏi tế bào vi sinh vật gây hỏng thực phẩm, giúp bảo quản lâu hơn.
Thành tế bào là lý do duy nhất khiến tế bào thực vật không vỡ trong môi trường nhược trương, khác với tế bào động vật.
Ví dụ
Dự đoán trạng thái hồng cầu trong ba loại môi trường
1
Ba mẫu hồng cầu được đặt riêng vào: (1) dung dịch NaCl 0,9% — đẳng trương với máu, (2) nước cất, (3) dung dịch NaCl 3%. Dự đoán điều gì xảy ra với mỗi mẫu.
2
Dung dịch NaCl 0,9% có nồng độ chất tan bằng bên trong hồng cầu — đây là môi trường đẳng trương, không có sự di chuyển ròng của nước, hồng cầu giữ nguyên hình dạng.
3
Nước cất gần như không có chất tan, thấp hơn hẳn bên trong hồng cầu — đây là môi trường nhược trương, nước đi vào hồng cầu, tế bào phồng lên và có nguy cơ vỡ vì không có thành tế bào chống đỡ. (1)
4
NaCl 3% có nồng độ chất tan cao hơn bên trong hồng cầu — đây là môi trường ưu trương, nước đi ra khỏi hồng cầu, tế bào co lại.
5
Vậy mẫu (1) giữ nguyên hình dạng; mẫu (2) có nguy cơ vỡ như đã nêu ở (1); mẫu (3) co lại — đúng lý do dịch truyền tĩnh mạch luôn phải pha đẳng trương như mẫu (1), không bao giờ dùng nước cất nguyên chất.
Ví dụ
Vì sao hồng cầu và tế bào hành phản ứng khác nhau trong cùng một môi trường (dạng đề kiểm tra)
1
Cùng đặt trong nước cất — môi trường nhược trương — một tế bào hồng cầu và một tế bào biểu bì vảy hành có phản ứng khác nhau: hồng cầu có nguy cơ vỡ, còn tế bào hành chỉ trương nước mà không vỡ. Giải thích vì sao hai tế bào phản ứng khác nhau dù cùng một môi trường.
2
Cả hai loại tế bào đều có nồng độ chất tan bên trong cao hơn nước cất, nên đều gặp môi trường nhược trương, và nước đều di chuyển vào cả hai tế bào theo đúng một quy tắc thẩm thấu.
3
Tế bào hồng cầu chỉ có màng sinh chất bao ngoài, không có thành tế bào; tế bào hành có thêm một lớp thành tế bào cellulose cứng, bền, nằm bên ngoài màng sinh chất.
4
Khi nước vào làm tế bào hành phồng lên, thành tế bào tạo một phản lực ép ngược vào màng, ngăn tế bào phồng to vô hạn — tế bào đạt trạng thái trương nước ổn định. Hồng cầu không có phản lực này nên màng có thể giãn tới mức vỡ nếu nước vào quá nhiều. (2)
5
Vậy chính thành tế bào — cấu trúc chỉ tế bào thực vật mới có — là nguyên nhân khiến tế bào hành trương nước an toàn còn hồng cầu có nguy cơ vỡ như đã nêu ở (2), dù cả hai đều nhận nước theo cùng một cơ chế thẩm thấu.
Sai lầm thường gặp
Một nhầm lẫn thường gặp là nghĩ tế bào thực vật hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi môi trường nhược trương vì đã có thành tế bào — thực ra tế bào thực vật vẫn hút nước vào và phồng lên bình thường, thành tế bào chỉ ngăn không cho tế bào vỡ chứ không ngăn nước vào. Một nhầm lẫn khác là gọi nhầm chiều: ưu trương không phải là môi trường tốt cho tế bào mà là môi trường có nồng độ chất tan cao hơn, khiến tế bào mất nước — ngược với ấn tượng ban đầu mà nhiều học sinh gán cho từ ưu.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Ba loại môi trường được xác định theo nồng độ chất tan so với tế bào: ưu trương (ngoài cao hơn, tế bào mất nước), nhược trương (ngoài thấp hơn, tế bào nhận nước), đẳng trương (bằng nhau, không đổi). Tế bào động vật có thể vỡ trong môi trường nhược trương; tế bào thực vật chỉ trương nước ổn định nhờ thành tế bào.
Chương tiếp theo chuyển sang một kiểu vận chuyển hoàn toàn khác: khi tế bào cần đưa một chất đi ngược chiều gradient nồng độ, thẩm thấu và khuếch tán không còn đủ sức.
So với nồng độ chất tan bên trong một tế bào, môi trường xung quanh được xếp vào một trong ba loại. Môi trường ưu trương có nồng độ chất tan bên ngoài cao hơn bên trong tế bào, khiến nước di chuyển ra khỏi tế bào. Môi trường nhược trương có nồng độ chất tan bên ngoài thấp hơn bên trong tế bào, khiến nước di chuyển vào tế bào. Môi trường đẳng trương có nồng độ chất tan hai bên bằng nhau, không có sự di chuyển ròng của nước, tế bào giữ nguyên hình dạng và thể tích.
Tế bào động vật, ví dụ hồng cầu, chỉ có một lớp màng sinh chất mỏng bao ngoài, không có cấu trúc nào chống đỡ từ bên ngoài. Trong môi trường ưu trương, hồng cầu mất nước và co lại. Trong môi trường nhược trương, hồng cầu nhận nước, phồng lên, và nếu nước vào quá nhiều, màng có thể căng tới mức vỡ ra — hiện tượng gọi là tan bào, vì không có gì ngăn màng giãn quá giới hạn chịu đựng.
Tế bào thực vật có thêm một lớp thành tế bào bằng cellulose, cứng và bền, nằm ngay bên ngoài màng sinh chất. Trong môi trường ưu trương, tế bào thực vật cũng mất nước, màng sinh chất co lại và tách rời khỏi thành tế bào — hiện tượng gọi là co nguyên sinh. Trong môi trường nhược trương, tế bào thực vật vẫn nhận nước và phồng lên bình thường như tế bào động vật, nhưng thành tế bào tạo một phản lực ép ngược vào màng, ngăn không cho tế bào phồng to vô hạn — tế bào chỉ đạt trạng thái trương nước ổn định mà không vỡ. Chính thành tế bào, cấu trúc chỉ tế bào thực vật mới có, là nguyên nhân trực tiếp khiến hai loại tế bào phản ứng khác nhau trước cùng một môi trường nhược trương.
Nguyên lý này giải thích nhiều tình huống quen thuộc. Rau ngâm nước lạnh (môi trường nhược trương so với tế bào rau) trương nước nên giòn; rau để khô lâu ngoài không khí mất nước dần nên héo. Bón phân quá liều tạo một môi trường ưu trương đậm đặc quanh rễ, khiến nước từ tế bào lông hút bị rút ngược ra đất thay vì được hấp thụ vào, dù đất vẫn còn ẩm — hiện tượng dân gian gọi là cây bị cháy rễ. Dịch truyền tĩnh mạch trong y tế luôn phải pha đẳng trương với máu, thường dùng NaCl 0,9%, để không làm hồng cầu co lại hay trương vỡ. Và muối dưa, muối cà chính là tạo môi trường ưu trương để rút nước ra khỏi tế bào vi sinh vật gây hỏng thực phẩm, giúp bảo quản lâu hơn.
Một nhầm lẫn thường gặp là nghĩ tế bào thực vật hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi môi trường nhược trương vì đã có thành tế bào — thực ra tế bào thực vật vẫn hút nước vào và phồng lên bình thường, thành tế bào chỉ ngăn không cho tế bào vỡ chứ không ngăn nước vào. Một nhầm lẫn khác là gọi nhầm chiều: ưu trương không phải là môi trường tốt cho tế bào mà là môi trường có nồng độ chất tan cao hơn, khiến tế bào mất nước — ngược với ấn tượng ban đầu mà nhiều học sinh gán cho từ ưu.