Bài học

Ôn tập trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em hệ thống hoá và vận dụng lại kiến thức về trao đổi chất, quang hợp, hô hấp tế bào, trao đổi khí, vận chuyển trong cây và tiêu hoá ở động vật vào một đề ôn tập tổng hợp, gồm cả một câu hỏi đọc đồ thị và một câu hỏi thiết kế thí nghiệm.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài này ôn lại sáu khoá học đầu năm — Khái quát trao đổi chất, Quang hợp ở thực vật, Hô hấp tế bào, Trao đổi khí ở sinh vật, Vận chuyển các chất trong cây, Dinh dưỡng và tiêu hoá ở động vật (same-grade bridge). Không có nội dung mới nào xuất hiện ở đây — toàn bộ khái niệm, số liệu và thí nghiệm dưới đây đều đã được dạy ở các khoá tương ứng.

Khởi động

Nếu phải tóm tắt sáu khoá học đầu năm bằng một câu, em sẽ nói gì về mối quan hệ giữa cây xanh, không khí, và bữa ăn hằng ngày của con người?

Kiến thức trọng tâm

Sáu khoá đầu năm kể chung một câu chuyện: làm sao cơ thể có đủ vật chất và năng lượng để sống. Thực vật tự tạo chất hữu cơ bằng quang hợp — nước và khí carbon dioxide, dưới ánh sáng và diệp lục, tạo ra chất hữu cơ và khí oxygen — rồi vận chuyển chất đó đi khắp cây qua mạch gỗ (nước, khoáng chất, đi lên) và mạch rây (chất hữu cơ, đi khắp hướng), trong khi khí khổng vừa trao đổi khí vừa kiểm soát thoát hơi nước. Đó là cách sinh vật tự dưỡng tự lo cho mình.

Nhưng tự tạo được chất hữu cơ không có nghĩa là không cần hô hấp tế bào — mọi tế bào sống, kể cả tế bào thực vật, đều hô hấp liên tục để giải phóng năng lượng từ chất hữu cơ, dùng khí oxygen và thải ra khí carbon dioxide cùng nước. Quang hợp và hô hấp tế bào đối lập nhau về nguyên liệu, sản phẩm và chiều năng lượng, nhưng bổ sung cho nhau: sản phẩm quá trình này là nguyên liệu của quá trình kia.

Động vật thì không tự tạo được chất hữu cơ, nên phải tiêu hoá thức ăn lấy từ ngoài — từ hình thức tiêu hoá đơn giản trong tế bào ở sinh vật nhỏ, tới ống tiêu hoá hoàn chỉnh ở người, đi qua miệng, thực quản, dạ dày, ruột non, ruột già, với ruột non được làm dài và nhiều nếp gấp, lông ruột để hấp thụ hiệu quả. Trao đổi khí ở động vật cũng đa dạng theo môi trường sống — da ở giun đất, mang ở cá, ống khí ở côn trùng, phổi ở người — nhưng đều cần bề mặt rộng, mỏng, ẩm và giàu mạch máu.

Minh hoạ mang tính tương đối theo quy luật đã học ở khoá Quang hợp: tốc độ tăng cùng ánh sáng tới một điểm bão hoà, rồi không tăng thêm dù ánh sáng tiếp tục mạnh hơn — lúc này yếu tố khác (CO2, nhiệt độ) đã trở thành giới hạn.

Ví dụ

Đọc đồ thị tốc độ quang hợp theo ánh sáng

1
Dựa vào đồ thị trên, dự đoán điều gì xảy ra với tốc độ quang hợp nếu tiếp tục tăng cường độ ánh sáng vượt qua điểm bão hoà, và giải thích vì sao.
2
Từ gốc toạ độ tới điểm bão hoà, đường cong đi lên — tốc độ quang hợp tăng khi ánh sáng tăng. Sau điểm bão hoà, đường cong đi ngang, không tăng thêm dù trục hoành (ánh sáng) vẫn tăng.
3
Theo khoá Quang hợp, tốc độ phản ứng chỉ tăng khi yếu tố đang xét (ánh sáng) còn là yếu tố giới hạn. Sau điểm bão hoà, một yếu tố khác — thường là nồng độ CO2 hoặc nhiệt độ — đã trở thành yếu tố giới hạn mới.
4
Nếu ánh sáng không còn là yếu tố giới hạn, tăng thêm ánh sáng sẽ không giúp gì thêm cho tốc độ quang hợp, vì phản ứng lúc này bị chặn bởi lượng CO2 hoặc nhiệt độ, chứ không phải ánh sáng.
5
Vậy tăng ánh sáng vượt điểm bão hoà không làm tốc độ quang hợp tăng thêm — muốn tăng tiếp, phải đồng thời tăng cả nồng độ CO2 hoặc điều chỉnh nhiệt độ về mức phù hợp.

Ví dụ

Thiết kế thí nghiệm chứng minh hô hấp tế bào ở hạt nảy mầm (dạng đề kiểm tra)

1
Hãy thiết kế một thí nghiệm đơn giản chứng minh hạt đang nảy mầm thực hiện hô hấp tế bào, nêu rõ đối chứng cần dùng và vì sao đối chứng đó cần thiết.
2
Dùng hai bình kín: một bình chứa hạt đang nảy mầm, một bình đối chứng chứa hạt đã luộc chín. Cả hai đặt trong điều kiện giống nhau.
3
Theo khoá Hô hấp tế bào, hô hấp toả nhiệt, tiêu thụ khí oxygen (làm que diêm đang cháy tắt khi đưa vào bình) và thải khí carbon dioxide (làm nước vôi trong hoá đục).
4
Hạt đã luộc chín không còn sống nên không hô hấp — nếu bình chứa hạt luộc KHÔNG có các dấu hiệu trên còn bình chứa hạt nảy mầm CÓ, kết quả mới chắc chắn do hoạt động sống của hạt nảy mầm gây ra, không phải do yếu tố nào khác trong môi trường thí nghiệm.
5
Bình chứa hạt nảy mầm sẽ ấm hơn, làm que diêm tắt nhanh hơn và làm nước vôi trong đục hơn so với bình đối chứng.
6
Vậy thí nghiệm hợp lệ khi có đối chứng bằng hạt đã chết — nếu thiếu đối chứng, không thể khẳng định chắc chắn các dấu hiệu quan sát được là do hô hấp tế bào của hạt sống gây ra.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Sai lầm thường gặp

Một nhầm lẫn phổ biến là nghĩ quang hợp chỉ diễn ra ban ngày còn hô hấp tế bào chỉ diễn ra ban đêm. Thực ra hô hấp tế bào diễn ra liên tục, cả ngày lẫn đêm, ở mọi tế bào sống — chỉ có quang hợp mới cần ánh sáng nên chỉ diễn ra ban ngày. Ban ngày, cả hai quá trình cùng chạy song song trong tế bào lá.

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Sáu khoá đầu năm đều xoay quanh một câu hỏi: cơ thể lấy vật chất, năng lượng từ đâu và dùng ra sao. Thực vật tự tạo bằng quang hợp rồi vận chuyển đi khắp cây; mọi tế bào sống đều hô hấp để giải phóng năng lượng; động vật phải tiêu hoá thức ăn lấy từ ngoài. Trao đổi khí là điều kiện chung cho cả quang hợp lẫn hô hấp tế bào.

Bài cuối cùng của chương ôn tiếp phần còn lại của năm học: cảm ứng, sinh trưởng và sinh sản.