Đang tải... (xem toàn văn)
Mục đích nghiên cứu đề tài là vận dụng các kiến thức cơ bản phần sinh lí động vật để xây dựng các tình huống dạy học có vấn đề, bao gồm các kênh hình (bảng biểu, hình vẽ), các kênh chữ, hệ thống câu hỏi, bài tập vận dụng để rèn luyện khả năng tư duy học sinh, rèn luyện khả năng tự học, khả năng tự khái quát của học sinh.
a KHAI THÁC MỘT SỐ CHUN ĐỀ HAY VÀ KHĨ PHẦN SINH LÍ ĐỘNG VẬT BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA Trần Mộng Lai. THPT chun Phan Bội Châu, Sinh học Phần I. Đặt vấn đề Việc bồi dưỡng học sinh giỏi chưa bao giờ là một cơng việc nhẹ nhàng đối với tất cả các giáo viên, tuy nhiên đây lại là một cơng việc đầy tính sáng tạo và thú vị. Theo quan điểm đổi mới chương trình hiện nay đó là tang cu ̆ ̛ơng đao tao ̀ ̀ ̣ học sinh giỏi theo hương “day cach hoc”; xay d ́ ̣ ́ ̣ ̂ ựng chương trình theo hương ́ “phat triên va duy tri đ ́ ̉ ̀ ̀ ộng lực tự hoc, t ̣ ự nghien c ̂ ưu”, tang cu ́ ̆ ̛ơng ren luy ̀ ̀ ẹn cac ̂ ́ ky nang “v ̃ ̆ ạn dung kiên th ̂ ̣ ́ ưc đê giai quyêt vân đê” va “nang l ́ ̉ ̉ ́ ́ ̀ ̀ ̆ ực tim hiêu kham ̀ ̉ ́ pha (phat minh/sang chê)”, đinh hinh phâm chât cua h ́ ́ ́ ́ ̣ ̀ ̉ ́ ̉ ọc sinh giỏi: đam me, sang ̂ ́ tao, bên b ̣ ̀ ỉ, kha nang phat minh va sang chê. ̉ ̆ ́ ̀ ́ ́ Trong chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế thì chun đề sinh lí động vật bao gồm nhiều hệ cơ quan liên quan chặt chẽ với nhau, kiến thức liên hệ thực tiễn khá rộng. Các đề thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế hiện nay có số lượng câu hỏi về sinh lí động vật chiếm khá lớn. Hiện nay chưa có nhiều tài liệu hướng dẫn học sinh tự học phần sinh lí động vật một cách hiệu quả nhất Từ thực tế trên, tơi tiến hành đề tài: “Khai thác một số chun đề hay và khó phần sinh lí động vật bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia” Phần II. Nội dung nghiên cứu Trong đề tài này tơi vận dụng các kiến thức cơ bản phần sinh lí động vật để xây dựng các tình huống dạy học có vấn đề, bao gồm các kênh hình (bảng biểu, hình vẽ), các kênh chữ, hệ thống câu hỏi, bài tập vận dụng để rèn luyện khả năng tư duy học sinh, rèn luyện khả năng tự học, khả năng tự khái qt của học sinh. Các sơ đồ bảng biểu thường đưa ra các kết quả thí nghiệm, hoặc các tình huống giả định, từ đó sẽ đặt ra các câu hỏi kiểm tra, đánh giá năng lực của học sinh. Để có các câu hỏi phần vận dụng thì cần có các số liệu thơng qua bảng biểu, đồ thị. Vì vậy trong đề tài, tơi đã cố gắng tập hợp các bảng biểu, đồ thị để phân tích các kiến thức, nêu ra cách tạo các tình huống để rèn luyện khả năng tư duy của học sinh, phát triển các năng lực cần có của một học sinh giỏi mơn sinh học. Mỗi sơ đồ đều là sự đúc kết của những nội dung kiến thức nhất định, vì vậy việc tập hợp hệ thống tình huống qua các sơ đồ, bảng biểu là rất quan trọng để giảng dạy, bồi dưỡng và kiểm tra đánh giá học sinh giỏi Thơng qua hệ thống sơ đồ, bảng biểu tơi thấy học sinh học tập rất hào hứng, phát triển tư duy, khi sử dụng vào các đề kiểm tra cũng có tác dụng phân loại thí sinh rất tốt. Hiện nay các đề học sinh giỏi vịng 1 chọn học sinh giỏi Quốc gia và vịng 2 chọn đội tuyển dự thi Olympic Quốc tế, chủ yếu là các câu hỏi có hình ảnh, bảng biểu. Đặc biệt là các đề Quốc tế, hầu hết các câu hỏi đều sử dụng sơ đồ bảng biểu, hình ảnh, u cầu học sinh xử lí số liệu, các tình huống thực tế hoặc giả định. Do thời lượng của sáng kiến kinh nghiệm có hạn, nên trong đề tài này tơi chủ yếu đưa ra các tình huống điển hình của chun đề sinh lí động vật để hướng dẫn cách khai thác kiến thức, cách đặt ra các câu hỏi để đánh giá năng lực học sinh Các tình huống tơi sử dụng trong đề tài này là tơi đã vận dụng các câu hỏi, bài tập tình huống trong các đề thi học sinh giỏi Quốc Gia, Quốc tế. 1. Một số nội dung chọn lọc trong hệ tuần hồn. A. Phân tích đường cong về ái lực của sắc tố hơ hấp hêmơglơbin đối với ơxi. Hêmơglơbin (Hb) được cấu tạo từ 4 tiểu phần (Hình 1), mỗi tiểu phần liên kết được với 1 phân tử O2, mỗi Hb liên kết được với 4 phân tử O 2. Điều đặc biệt ở đây là ái lực của Hb với O 2 liên quan đến số phân tử O2 liên kết với Hb. Đường cong phân li của hêmơglơbin có dạng hình chữ S là do có sự phối hợp của 4 tiểu đơn vị của hêmơglơbin. Khi một trong 4 chuỗi polipeptit liên kết được với O2 thì sự biến đổi cấu hình khơng gian của nó lại kích thích các phân tử bên cạnh thay đổi cấu hình làm tăng ái lực liên kết với O 2 của nó. Như vậy, chỉ cần gia tăng một ít phân áp O2 của mơi trường cũng nhanh chóng làm gia tăng mức độ liên kết với O2 của hêmơglơbin. Ái lực của Hb với O2 chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố ngoại cảnh như phân áp O2, nhiệt độ, độ pH. Hình 2: Phân tích ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến đường cong phân li HbO2. Đường cong B là đường cong chuẩn, trong điều kiện bình thường. Khi đọc các đề thi thì hướng dẫn học sinh sẽ lấy đường cong này làm chuẩn, sau đó sẽ suy ra các đường cong khác. Đường cong chuẩn có dạng chữ S, thay đổi theo phân áp O2. Khi phân áp O2 tăng thì tỉ lệ % bão hồ Hb và O2 cũng tăng nhưng sẽ đạt đến trị số bão hồ. Khi học sinh nắm chắc được cơ chế gắn của Hb và O 2; các yếu tố ảnh hưởng đến đường cong này, giáo viên sẽ khai thác các tình huống thực tế và giả định để rèn tư duy học sinh. Trên đồ thị hình 2 cho thấy, nếu H + trong máu tăng, tức là pH máu giảm; nhiệt độ tăng, phân áp CO2 tăng thì đường cong lệch sang phải, tăng phân li HbO2. Ngược lại, nếu H+ giảm (pH tăng), nhiệt độ giảm, phân áp CO2 giảm thì đường cong lệch sang trái, nghĩa là tăng sự kết hợp HbO2. Những yếu tố này thay đổi do nhiều ngun nhân như hoạt động thể lực, chuyển hố, dùng thuốc có tính axit, bazơ. Ngồi ra có thể so sánh mức độ bão hồ O2 của các loại sắc tố khác nhau: miơglơbin là sắc tố dự trữ O2 trong cơ, ái lực của nó với O2 sẽ cao hơn Hb. Các động vật khác nhau sống trong các mơi trường khác nhau sẽ có ái lực giữa Hb và O2 cũng khác nhau. Ví dụ, các động vật sống trên núi cao, do nồng độ O2 thấp nên sẽ có ái lực của Hb với O2 cao hơn so với động vật sống ở đồng bằng. Trường hợp Hb của thai nhi khi nằm trong bụng mẹ có sự thay đổi về cấu trúc so với người trưởng thành: Từ giai đoạn phơi : HbE gồm 2 mạch α và 2 mạch ε. Giai đoạn 3 tháng → Lọt lịng: HbF gồm 2 mạch α và 2 mạch γ. Giai đoạn lọt lịng → 3 tháng tuổi: HbF chiếm 20% và HbA chiếm 80%. Giai đoạn 3 tháng tuổi → trưởng thành: HbA gồm 2 mạch α và 2 mạch β. Sự thay đổi này là một đặc điểm thích nghi của cơ thể, trong bụng mẹ, Hb của bào thai phải có ái lực với O2 cao hơn ái lực Hb của mẹ với O2 thì bào thai mới lấy được O2 từ cơ thể mẹ. Từ những phân tích trên, giáo viên sẽ tạo ra các tình huống có vấn đề để giảng dạy, phát triển năng lực tư duy của học sinh Tình huống 1: Hình 3: mơ tả 2 đường cong phân li HbO2 ở 2 lồi khác nhau. Cho các ví dụ sau: (I) Mèo và hổ. (II) Gà và lợn (III) Rắn và thỏ (IV) Voi và chuột nhắt Hãy cho biết loài ứng với đường cong 1, lồi nào ứng với đường cong 2? Giải thích. Trả lời: Các động vật này đại diện cho các trường hợp khác nhau về ảnh hưởng của ngoại cảnh đến sự kết hợp của Hb và O2 (I) Mèo ứng với đường cong 2, hổ ứng với đường cong 1. Do mèo có kích thước nhỏ, tỉ lệ S/V lớn, trao đổi chất của mèo mạnh hơn hổ, H+ trong máu và thân nhiệt của mèo cũng cao hơn nên sự phân li HbO 2 của mèo mạnh hơn hổ. H+ trong máu cao và thân nhiệt cao đều làm tăng sự phân li của Hb với O2 (II) Gà ứng với đường cong 2, lợn ứng với đường cong 1. Do gà có thân nhiệt cao hơn, trao đổi chất mạnh hơn nên đường cong lệch về phía bên phải Khi q trình trao đổi chất diễn ra mạnh, kèm theo H+ trong máu và thân nhiệt đều tăng, dẫn đến tăng phân li HbO2 (III) Rắn ứng với đường cong 1, thỏ ứng với đường cong 2. Do rắn là động vật biến nhiệt nên trao đổi chất ít, đường cong lệch về phía bên trái. Cịn thỏ là động vật đẳng nhiệt nên trao đổi chất mạnh hơn, giải phóng nhiều CO 2, thân nhiệt cao hơn nên đường cong lệch về phía bên phải (IV) Voi ứng với đường cong 1, chuột nhắt ứng với đường cong 2. Do voi có kích thước lớn, tỉ lệ S/V của voi nhỏ hơn chuột nhắt nên trao đổi chất ở voi có tốc độ nhỏ hơn. Nên đường cong phân li HbO2 của voi lệch về phía bên trái Như vậy kích thước cơ thể, kiểu thân nhiệt, mơi trường sống đều ảnh hưởng đến đường cong phân li của HbO2 Tình huống 2: Khả năng lấy O2 từ mơi trường của nhiều động vật có thể phản ánh qua đường cong phân ly hêmơglơbin của chúng. Hình 4 thể đường cong phân ly hêmơglơbin của hai nhóm cá thể có kích thước, khối lượng và mức độ trưởng thành tương đương của hai lồi cá I và II. Hãy trả lời và giải thích cho các câu hỏi dưới đây Trong hai lồi cá I và II, a. lồi nào sống ở vùng nước chảy nhanh hơn? b. lồi nào có tốc độ trao đổi chất thấp hơn? c. lồi nào sống ở vùng nước sâu hơn? Trả lời: a. Lồi II hay sống vùng nước chảy mạnh hơn. Do vùng nước chảy mạnh hơn có nồng độ (phân áp) O2 cao hơn, nên ái lực Hb với O2 thấp hơn, ứng với đường cong bên phải b. Lồi I có tốc độ trao đổi chất thấp hơn. Do tốc độ trao đổi chất thấp tiêu thụ ít O2 và thải ít CO2 trong máu, nên ái lực Hb với O2 cao hơn, ứng với đường cong bên trái c. Lồi I sống ở vùng nước sâu hơn. Do vùng nước sâu hơn có nồng độ O 2 thấp hơn, ái lực của Hb với O2 cao hơn, ứng với đường cong bên trái Nhận xét: câu hỏi, có nhiều tình phân ly hêmôglôbin với O2. Nhưng học sinh cần nắm được các nguyên tắc về sự phân li Hb với O2: Mơi trường nhiều O2 thì ái lực Hb với O2 thấp hơn mơi trường ít O2. Ví dụ các động vật vật sống trên núi cao, nơi có nồng độ O2 thấp thì ái lực của Hb với O2 cao hơn so với sống đồng bằng. Các lồi cá sống mơi trường nước chảy sẽ có nhiều O2 hơn động vật sống ở mơi trường nước đứng, nên ái lực của Hb với O2 của động vật vùng nước chảy thấp hơn cá sống ở vùng nước đứng. Động vật trao đổi chất mạnh thì ái lực Hb với O 2 thấp hơn động vật có trao đổi chất thấp hơn. Ngun nhân là do khi hoạt động mạnh thì thải ra nhiều CO2, dẫn đến nồng độ ion H+ trong máu tăng, pH giảm, thân nhiệt tăng, từ đó làm giảm ái lực của Hb với O2. Ví dụ HbO2 bão hồ của gà cao hơn HbO2 bão hồ của thỏ, do gà hoạt động trao đổi chất mạnh hơn thỏ; HbO2 bão hồ của rắn (động vật biến nhiệt) cao hơn HbO 2 bão hoà thỏ (động vật đẳng nhiệt). Tình 3: Dựa vào sự hiểu biết về ái lực của sắc tố hô hấp đối với ôxi, hãy cho biết trong số các đường cong A, B, C và D hình 5, đường nào là đường cong phân li ôxi của: (1) Hêmôglôbin trong máu người bình thường đang nghỉ ngơi, hít thở bình thường (2) Miơglơbin. (3) Hêmơglơbin trong máu người uống thuốc aspirin làm tăng nồng độ H+ trong máu. (4) Hêmơglơbin trong máu người ở trạng thái nghỉ ngơi và đang hít thở với nhịp tăng dần. Hãy giải thích các phương án trên Trả lời: Đường cong A là của miơglơbin, Đường cong B là của người trạng thái nghỉ ngơi và đang hít thở với nhịp tăng dần Đường cong C là của người bình thường đang nghỉ ngơi, hít thở bình thường Đường cong D là người uống thuốc làm tăng nồng độ H+ trong máu Giải thích: Ta nhận ra các đường cong B, C và D là của hêmơglơbin vì hêmơglơbin liên kết và nhả ơxi một cách linh hoạt hơn nhiều so với miơglơbin để đáp ứng chức năng vận chuyển ơxi trong khi đó miơglơbin có chức năng dự trữ ơxi nên nó liên kết chặt chẽ hơn với ơxi vì thế đường cong phân li của nó phải là A. Ở các đường cong B, C, D: trước hết ta chọn ra người ở trạng thái bình thường đó là C, các đường cong khác đều chịu ảnh hưởng của ngoại cảnh. Đường cong C là của người bình thường đang nghỉ ngơi, hít thở bình thường Đường cong B là của Hêmơglơbin trong máu của người đang ở trạng thái nghỉ ngơi và hít thở với nhịp tăng dần. Người này sẽ có phân áp O2 cao hơn những người khác nên tỉ lệ kết hợp HbO2 cao hơn Đường cong D là người uống thuốc aspirin làm tăng nồng độ H+ trong máu. Khi H+ trong máu tăng sẽ làm tăng phân li HbO2. Vì vậy giảm tỉ lệ bão hồ HbO2 Tóm lại, qua phân tích lí thuyết và các câu hỏi trích từ các đề thi học sinh giỏi Quốc gia, đề thi học sinh giỏi Quốc tế tơi nhận thấy rằng: học sinh cần phải học được các ngun lí của đường cong phân li HbO2, nắm được ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến sự phân li của đường cong HbO 2. Từ đó sẽ trả lời được các tình huống của đề thi B. Mối quan hệ giữa huyết áp, thể tích máu và các bệnh về tim Lí thuyết căn bản: trong một chu kì tim, khi tâm nhĩ co sẽ tống phần máu cịn lại trong tâm nhĩ xuống tâm thất. Khi tâm thất co, làm tăng áp lực trong tâm thất, đầu tiên là van nhĩ thất sẽ đóng lại, tâm thất co tiếp (giai đoạn co đẳng tích) cho đến khi áp lực trong tâm thất cao hơn trong động mạch sẽ làm mở van thất động (van tổ chim), đây chính là giai đoạn tâm thất co tống máu Sau đó tâm thất dãn, đầu tiên là van thất động đóng lại khi áp lực trong tâm thất nhỏ hơn áp lực trong động mạch. Tâm thất tiếp tục dãn sẽ làm mở van nhĩ thất, máu từ trong tâm nhĩ sẽ xuống tâm thất. Giai đoạn tâm thất dãn sẽ trùng với giai đoạn tâm nhĩ dãn nên gọi là pha dãn chung. Tim có tính tự động nhưng chịu ảnh hưởng của trung khu điều hồ tim mạch. Do đó các yếu tố ngoại ảnh sẽ ảnh hưởng gián tiếp đến sự co bóp của tim, từ đó ảnh hưởng đến nhịp tim, huyết áp… Tình huống 1. Hình 6 mơ tả sự thay đổi huyết áp và thể tích máu ở trong một ngăn (buồng) tim trong một chu kỳ tim Hãy phân tích sự thay đổi của huyết áp và thể tích máu ở các giai đoạn P Q, QR, RS, SP. Hãy cho biết, các giai đoạn đó ứng với giai đoạn nào trong một chu kì tim Trả lời: Đây là mơ tả về tâm thất trái: Giai đoạn PQ: thể tích máu tăng nhiều, từ 60ml lên 130ml còn huyết áp tăng nhẹ, đây là giai đoạn tâm thất giãn, tâm nhĩ co, van nhĩ thất mở, máu chảy xuống tâm thất. Giai đoạn QR: thể tích máu khơng tăng huyết áp tăng mạnh, đây là giai đoạn tâm thất co đẳng tích Giai đoạn đầu làm van nhĩ thất đóng, cuối chu kì khi áp lực trong tâm thất cao hơn trong động mạch thì van thất động mở. Giai đoạn RS: tâm thất co tống máu, do áp lực của tâm thất cao hơn động mạch nên sẽ làm mở van thất động, máu từ tâm thất tống vào động mạch chủ, lúc này thể tích máu trong tâm thất giảm nhanh Giai đoạn SP: tâm thất giãn đẳng tích, huyết áp giảm nhanh nhưng thể tích tâm thất khơng thay đổi. Lúc này van thất động đã đóng lại, nhưng van nhĩ thất vẫn chưa mở. Thực ra sơ đồ hình trên chỉ là kiểm tra lại lí thuyết về chu kì hoạt động của tim. Để nắm được về hoạt động của các van tim, học sinh cần nhớ: “van nhĩ thất ln mở, chỉ đóng khi tâm thất co, van thất động (van bán nguyệt) ln đóng, chỉ mở khi tâm thất co. Một số học sinh nhầm lẫn: máu chảy từ tâm nhĩ xuống tâm thất vào pha nào? Nhiều bạn sẽ trả lời là khi tâm nhĩ co, câu này khơng chính xác. Bởi vì ở pha dãn chung thì máu vẫn từ tâm nhĩ xuống tâm thất, lúc này tâm nhĩ đang dãn. Từ đồ thị hình trên, nếu tim bị các bệnh về van thì đồ thị sẽ bị biến dạng Trong trường hợp bị hở van nhĩ thất thì khi tâm thất co sẽ làm một phần máu bị trào ngược lên tâm nhĩ, điều này dẫn đến máu đi vào động mạch sẽ 10 Khi học về nội tiết phải nắm được kiến thức cơ bản: nguồnnơi tạo ra hooc mơn, đíchnơi mà hooc mơn tác động và con đường truyền hooc mơn. Mỗi loại hooc mơn lại có sơ đồ riêng, học sinh cần nắm kĩ các sơ đồ này để trả lời các câu hỏi vận dụng. Hiện nay các bệnh về nội tiết khá nhiều, dựa vào các tình huống thực tế về các bệnh mà giáo viên có thể đặt ra các tình huống để khai thác khả năng tư duy của học sinh. Sơ đồ tổng qt về các loại hooc mơn trong cơ thể: 13 Vùng dưới đồi tiết ra các yếu tố giải phóng hướng đến tuyến n, từ tuyến n sẽ tiết ra các hooc mơn hướng đến các cơ quan trả lời hoặc các tuyến nội tiết khác. Các hooc mơn ở các tuyến sau có thể liên hệ ngược âm tính hoặc liên hệ ngược dương tính lên các tuyến trên như vùng dưới đồi hoặc tuyến n. Sai hỏng về nội tiết có nhiều dạng, có thể phụ thuộc vào cơ quan nguồn, cơ quan đích hay đường truyền hooc mơn Các câu hỏi khai thác về nội tiết chủ yếu là về các bệnh do rối loạn các hooc mơn, rối loạn các tuyến nội tiết Sau đây tơi chỉ khai thác một số tình huống nổi bật mà đề thi thường khai thác: Thác hoocmon của tuyến thượng thận. Giải thích sơ đồ: khi có tín hiệu từ mơi trường, ví dụ như stress (căng thẳng), vùng dưới đồi sẽ tiết ra yếu tố giải phóng (CRH) tác động lên thuỳ trước tuyến n, thuỳ trước tuyến n tiết ra hooc mơn ACTH tác động lên vỏ thượng thận. Vỏ thượng thận sẽ tiết ra các hooc mơn corticoit, gồm cortisol và andosteron. Các hooc mơn này gây ra phản ứng stress dài hạn, có thể làm tăng đường huyết, huyết áp, ức chế hệ miễn dịch. Các hooc mơn corticoit lại liên hệ ngược âm tính lên vùng dưới đồi và tuyến n. Cũng là tín hiệu stress nhưng nếu đi theo con đường thần kinh thì lại tác động lên tuỷ thượng thận (tuỷ thượng thận bắt nguồn từ các tế bào thần kinh), tiết loại hooc môn epinephrine (adrenalin) norepinephrine 14 (noradrenalin) gây ra phản ứng stress ngắn hạn: tăng nhịp tim, huyết áp, tăng nhịp thở. Các hooc mơn thuộc tuỷ trên thận có tác dụng nhanh hơn. Một số tình huống về nội tiết Tình huống 1: Hoocmon cortisol của miền vỏ tuyến thượng thận kích thích phân giải prôtêin lipit Bảng dưới cho biết mức nồng độ hoocmon cortisol, ACTH (hoocmon kích thích vỏ tuyến thận) CRH (hoocmon giải phóng hướng vỏ tuyến trên thận) ở 6 mẫu xét nghiệm (kí hiệu P1 – P6) Mẫu P1 P2 P3 Cortisol Thấp Thấp ACTH Cao CRH Cao P4 P5 P6 Bình thường Cao Thấp Cao Thấp Bình thường Cao Thấp Cao Thấp Bình thường Cao Cao Thấp Hoocmơn a. Hãy cho biết bốn mẫu nào trong sáu mẫu (P1 – P6) tương ứng với bốn bệnh nhân được chẩn đốn: (1) Ưu năng tuyến n, (2) Giảm nhạy cảm thụ thể với ACTH ở vỏ tuyến trên thận, (3) Bị stress kéo dài, (4) Tăng nhạy cảm của thụ thể với cortisol ở vùng dưới đồi. Giải thích b. Ưu năng tuyến trên thận kéo dài (mãn tính) ảnh hưởng đến kích thước tuyến n và khối lượng cơ thể như thế nào? Giải thích Trả lời: Ngun tắc để xác định: theo chiều xi: vùng dưới đồi tiết CRH kích thích tuyến n tiết ACTH, hooc mơn này kích thích vỏ tuyến thượng thận tiết ra cortisol. Cơ chế liên hệ ngược: cortisol sẽ ức chế ngược lên tuyến n và vùng dưới đồi, ức chế tiết ACTH và CRH. Nếu một bộ phận nào đó hỏng chức năng sẽ dẫn đến rối loạn tiết hooc mơn. Quan sát số liệu ở bảng ta có thể dự đốn được bộ phận nào bị hỏng Bệnh nhân (1): ưu năng tuyến n: làm tăng hooc mơn ACTH, kéo theo tăng cortisol, 2 hooc mơn này ức chế ngược lên vùng dưới đồi làm giảm tiết CRH. Bệnh nhân (1) thuộc P6: ACTH và cortisol cao còn CRH thấp. Bệnh nhân (2): giảm nhạy cảm thụ thể với ACTH ở vỏ tuyến trên thận, làm giảm tiết cortisol, giảm ức chế ngược lên tuyến yên và vùng dưới đồi nên ACTH và CRH tăng. Vậy (2) là P1 Bệnh nhân (3): bị stress kéo dài làm tăng CRH, dẫn đến tăng ACTH, kéo theo tăng cortisol. Vậy (3) là P4 Bệnh nhân (4) Tăng nhạy cảm của thụ thể với cortisol ở vùng dưới đồi , làm cho các hooc mơn CRH, ACTH, cortisol đều thấp. Vậy (4) là P2. 15 Nhận xét: như vậy nếu nắm được sơ đồ cơ chế tác động của hooc mơn ta dễ dàng suy ra được bộ phận nào bị hỏng, bộ phận nào hoạt động q mức hay hoạt động q yếu Tình huống 2: thác hooc mơn của tuyến giáp 16 Ví dụ: Trong một thí nghiệm, những con chuột được chia thành 3 lơ. Một lơ tiêm hoocmơn vùng dưới đồi CRH (hooc mơn kích thích tuyến n sản sinh ACTH). Một lơ tiêm TSH (hoocmơn kích thích tuyến giáp). Lơ cịn lại (đối chứng) tiêm dung dịch sinh lí. Sau hai tuần, người ta xác định khối lượng của một số tuyến nội tiết và khối lượng cơ thể của các lô chuột. Kết quả thu được như sau: Lô đối chứng Lô TN 1 Lô TN 2 Tuyến yên (mg) 12,9 8,0 14,5 Tuyến giáp (mg) 250,0 500,0 250,0 Tuyến trên thận (mg) 40,0 40,0 75,0 Khối lượng cơ thể (g) 400,0 252,0 275,0 Lơ TN 1 và lơ TN 2 được tiêm loại hoocmơn nào? Giải thích kết quả thí nghiệm Trả lời: Lơ 1 được tiêm TSH và lơ 2 được tiêm CRH. Giải thích: Ở lơ 1 tiêm TSH, TSH tăng làm tăng khối lượng tuyến giáp (từ 250 mg lên 500 mg) và gây tăng tiết tiroxin. + Tăng tiroxin gây điều hịa ngược âm tính lên vùng dưới đồi làm giảm tiết hooc mơn giải phóng CRH. Hooc mơn CRH giảm, làm tuyến n giảm khối lượng (từ 12,9 mg xuống 8 mg) + Tăng tiroxin làm tăng tốc độ chuyển hóa, tăng sử dụng vật chất và năng lượng, làm khối lượng cơ thể giảm (từ 400 g xuống 252 g) Ở lơ 2 tiêm CRH, CRH tăng, làm tăng khối lượng tuyến n (từ 12,9 mg lên 14,5 mg) và gây tăng tiết ACTH + ACTH tăng cao làm tăng khối lượng tuyến trên thận (từ 40 mg lên 75 mg) và gây tăng tiết cortizol + Tăng cortizol làm tăng phân giải prơtêin và lipit, làm khối lượng cơ thể giảm (từ 400 g xuống 275 g). Tình huống 3: Hình dưới đây thể hiện kiểu hình đặc trưng của 3 nhóm chuột trưởng thành (a, b, c) cùng lồi, cùng lứa tuổi, cùng giới tính và được ni cùng một loại thức ăn. Các chuột này thuộc 3 nhóm chuột có con đường tín hiệu leptin khác nhau 17 Các chuột sau đó được phẫu thuật nối tuần hồn theo từng cặp, ni trong 6 tuần, cho ăn tự do. Sự thay đổi kiểu hình ngồi được ghi lại dưới đây a. Mỗi nhóm chuột (a), (b), (c) là tương ứng với mỗi nhóm chuột nào sau: (1) đột biến leptin, (2) đột biến thụ thể leptin, (3) bình thường (BT)? b Nối tuần hồn giữa chuột BT và chuột (c), sau 6 tuần thì khối lượng của chuột BT và chuột (c) thay đổi như thế nào? Trả lời: a. Chuột (b) và (c) béo phì chứng tỏ (a) là chuột bình thường Chuột (b) nối với chuột (a) hoặc chuột (b) với chuột (c) thì chuột (b) đều béo phì, chứng tỏ chuột (b) bị đột biến hỏng thụ thể leptin Vậy chuột (c) bị đột biến leptin. b. Khi nối tuần hồn giữa chuột bình thường và chuột (c), chuột (c) sẽ có leptin từ chuột (a), nên khối lượng chuột (c) sẽ giảm đi. Cịn chuột bình thường bị thiếu leptin nên khối lượng sẽ tăng 18 Các hooc mơn liên quan đến béo phì: Khi nắm được vai trị của các loại hooc mơn này, học sinh sẽ suy luận được các trường hợp bị rối loạn hooc mơn liên quan đến béo phì. 3. Một số vấn đề về điện thế thần kinh Điện thế thần kinh đề cập đến điện thế nghỉ và điện thế hoạt động Điện thế nghỉ là sự chênh lệch về điện thế giữa hai bên màng tế bào khi tế bào khơng bị kích thích, phía trong màng tế bào tích điện âm so với phía ngồi màng tích điện dương. Ngun nhân có điện thế nghỉ chủ yếu là 3 yếu tố sau đây: + Nồng độ ion kali bên trong tế bào cao hơn bên ngồi. + Các cổng kali mở nên các ion K+ sát màng tế bào đồng loạt đi từ trong ra ngồi tế bào và tập trung ngay sát mặt ngồi màng tế bào, làm cho mặt ngồi tích điện dương so với mặt trong tích điện âm. + Bơm NaK vận chuyển ion K+ từ bên ngồi trả vào phía bên trong màng tế bào giúp duy trì nồng độ ion K+ bên trong tế bào cao hơn bên ngồi tế bào. Điện thế hoạt động là sự biến đổi điện thế nghỉ màng tế bào từ phân cực sang mất phân cực, đảo cực và tái phân cực. Trong q trình này có sự di chuyển của các ion Na+, ion K+ vào và ra khỏi tế bào + Khi có kích thích: đầu tiên kênh Na+ mở, các ion Na+ ồ ạt từ bên ngồi đi vào bên trong màng tế bào tạo nên hiện tượng khử cực và đảo cực, lúc này mặt trong trở nên dương hơn so với mặt ngồi màng tế bào. Tiếp theo đó, kênh Na + 19 đóng, kênh K+ mở, ion K+ ạt đi ra ngồi màng tế bào, gây ra hiện tượng khử cực, sau đó là tái phân cực. Sự biến đổi điện thế màng đó sẽ gây ra sự biến đổi tính thấm của màng ở điểm kế tiếp và cơ chế dịch chuyển ion Na +, K+ lại tiếp tục theo chu kì như vậy; nhờ đó xung thần kinh được lan truyền trên sợi trục thần kinh + Đối với sợi thần kinh khơng có bao miêlin, xung thần kinh lan truyền liên tục từ vùng này sang vùng khác kề bên. + Trên sợi trục thần kinh có bao miêlin, xung thần kinh lan truyền theo lối nhảy cóc, từ eo Ranvie này sang eo Ranvie khác. Do lan truyền theo lối nhảy cóc nên tốc độ lan truyền của xung thần kinh trên sợi trục thần kinh có bao miêlin nhanh hơn so với trên sợi thần kinh khơng có bao miêlin. + Mức độ tiến hố của hệ thần kinh liên quan đến tỉ lệ tế bào nơron có bao mielin. Từ kiến thức cơ bản, giáo viên tạo ra các tình huống biến đổi điện thế để phát triển khả năng tư duy của học sinh Tình huống 1: Một tế bào thần kinh có điện thế nghỉ là 70mV. Có hai trường hợp sau đây: a. Tế bào thần kinh tăng tính thấm đối với ion canxi (biết rằng nồng độ canxi ở dịch ngoại bào cao hơn dịch nội bào). b. Bơm NaK của nơron hoạt động yếu đi (do rối loạn chuyển hóa) Trường hợp nào làm thay đổi (tăng phân cực, giảm phân cực) hoặc giữ ngun điện thế nghỉ? Giải thích Trả lời: Trường hợp a. Làm thay đổi điện thế nghỉ. Iơn canxi mang điện tích dương đi vào làm trung hồ bớt điện tích âm, từ đó làm giảm phân cực ở màng tế bào. Trường hợp b. Làm thay đổi điện thế nghỉ. Do làm giảm chuyển K+ vào trong tế bào, giảm chuyển Na+ ra ngồi tế bào, (bơm Na/K mỗi lần bơm đồng thời 2K+ vào và 3Na+ ra) Nhận xét: điện thế nghỉ được kí hiệu là 70mV, dấu trừ kí hiệu điện thế nghỉ chứ khơng phải nó có giá trị âm. Điện thế nghỉ được tạo ra do sự chênh lệch các ion trong và ngồi màng tế bào. Trong đó có sự linh hoạt của ion K+, ion này di chuyển từ trong ra ngồi màng. Nếu khi lượng ion K + dịch chuyển ra ít hơn do các yếu tố nào đó hoặc do 1 loại ion dương nào đó di chuyển từ ngồi vào bên trong thì sẽ làm giảm điện thế nghỉ 20 Tình huống 2: Trường hợp nào sau đây có thể gây ra sự dịch chuyển điện thế màng từ 70 mV đến 50 mV ở nơron? Giải thích Trường hợp 1: Tăng nồng độ aldosteron trong máu Trường hợp 2: Giảm nồng độ aldosteron trong máu Trường hợp 3: Bơm NaK trên màng sinh chất của nơron hoạt động yếu Trả lời: Trường hợp tăng nồng độ aldosteron máu không gây dịch chuyển điện thế màng từ 70mV đến 50mV mà ngược lại gây tăng phân cực, vì: + Nồng độ aldosteron cao gây tăng Na+, giảm K+ trong máu và trong dịch kẽ. + Do chênh lệch K+ hai bên màng nơron tăng, dịng K+ đi ra tăng nên trong màng âm hơn, gây tăng phân cực ở nơron. Trường hợp giảm nồng độ aldosteron trong máu có thể gây ra sự dịch chuyển điện thế màng từ 70mV đến 50mV, vì: + Nồng độ aldosteron thấp gây giảm Na+ và tăng K+ trong máu và trong dịch kẽ. + Do chênh lệch K+ hai bên màng nơron giảm, dịng K+ đi ra giảm nên phía bên trong màng ít âm hơn, điện thế màng có thể dịch chuyển từ 70mV đến 50mV. + Trường hợp bơm NaK hoạt động yếu, điện màng có thể dịch chuyển từ 70mV đến 50mV. Bơm NaK hoạt động yếu dẫn đến giảm K+ vận chuyển vào trong tế bào. Nồng độ K+ trong tế bào giảm, dịng K+ đi ra giảm làm cho trong màng ít âm hơn. Nhận xét: điện thế nghỉ phụ thuộc chênh lệch nồng độ ion K+ ở 2 bên màng tế bào, các yếu tố ảnh hưởng đến chênh lệch ion K + đều ảnh hưởng đến điện thế nghỉ. Tình huống 3: Người ta kích thích sợi trục của nơron và ghi được đồ thị điện thế hoạt động A. Giả sử sau đó tiếp tục tiến hành 3 thí nghiệm độc lập: Thí nghiệm 1: Kích thích sợi trục của nơron sau khi làm giảm nồng độ K trong nơron + Thí nghiệm 2 : Kích thích sợi trục của nơron sau khi làm tăng nồng độ K trong nơron + Thí nghiệm 3. Kích thích sợi trục của nơron với cường độ kích thích nhỏ 21 hơn lúc đầu Hãy cho biết thí nghiệm nào trong 3 thí nghiệm nêu trên gây nên sự thay đổi từ đồ thị điện thế hoạt động A (đường cong nét liền) sang đồ thị điện thế hoạt động B (đường cong nét đứt qng). Tại sao? Đồ thị điện thế hoạt động của sợi trục nơron Trả lời: a. Thí nghiệm 1 gây nên sự thay đổi đồ thị từ A sang B b. Giải thích : Giảm K+ sẽ làm giảm chênh lệch điện thế ở hai bên màng, giảm giá trị điện thế nghỉ (từ 70mV xuống cịn 50mV) và giảm điện thế hoạt động. Tăng K+ làm tăng giá trị điện thế nghỉ và điện hoạt động. Giảm cường độ kích thích chỉ làm giảm tần số xung thần kinh Tình huống 4: Bốn chất hố học (A, B, C, D) có các tác động đặc trưng lên sự truyền tin qua xinap như sau: Chất A tăng cường sự phân giải chất truyền tin thần kinh. Chất B ức chế sự giải phóng chất truyền tin thần kinh. Chất C ức chế sự loại bỏ chất truyền tin thần kinh khỏi khe xinap Chất D tăng cường hoạt hố kênh Ca2+ ở màng trước xinap Bảng dưới đây bao gồm các kết quả của các lần ghi điện thế khử cực cấp độ của màng sau xinap nơron khi sử dụng kích thích đơn lẻ giống nhau tác động lên nơron trước xinap trong trường hợp có mặt của từng chất (A, B, C, D) và khơng có mặt của chất (đối chứng). Biết rằng điện thế cấp độ có biên độ (độ lớn) và thời gian khử cực thay đổi tương ứng với số lượng và thời gian tồn 22 tại của chất truyền tin thần kinh được giải phóng ở khe xinap; thời gian tồn tại của chất truyền tin thần kinh khơng phụ thuộc vào số lượng của nó. Các mức “Giảm” hoặc “Tăng” ở trong bảng là khác biệt rõ ràng (có ý nghĩa thống kê) so với mức “BT” (bình thường). Các lần ghi điện thế Đối chứng (1) (2) (3) (4) (5) (6) Biên độ điện BT Giảm BT Giảm Tăng BT Tăng Thời gian khử cực BT BT Giảm Giảm BT Tăng Tăng a. Hãy cho biết tác động của từng chất A, B, C, D là tương ứng ở kết quả ghi điện thế nào từ (1) đến (6) nêu ở trên? Giải thích b. Nếu thay tồn bộ sự mở kênh Na+ màng sau xinap bằng sự mở kênh Cl khi hoạt hố thụ thể của chất truyền tin thần kinh ở màng sau xinap, thì tác động của chất nào trong 4 chất A, B, C, D gây ra sự phân cực lớn nhất của điện thế màng sau xinap? Giải thích. Trả lời: a. Chất A kết quả (2) Do chất A tăng cường phân giải chất truyền tin thần kinh làm thời gian của chất dẫn truyền thần kinh ở khe xinap ngắn → thời gian khử cực ngắn. Biên độ điện thế bình thường (lượng chất truyền tin giải phóng khe xinap khơng đổi) Chất B kết quả (1) Do chất B ức chế giải phóng chất truyền tin thần kinh, giảm kích thích thụ thể sau xinap, giảm khử cực → biên độ thần kinh giảm. Thời gian khử cực bình thường (thời gian phân giải chất truyền tin ở khe xinap bình thường). Chất C kết quả (5) Do chất C ức chế loại bỏ chất dẫn truyền tin thần kinh khỏi khe xinap làm cho chất dẫn truyền thần kinh khe xinap lâu → thời gian bám thụ thể màng sau và thời gian mở kênh ion dương tăng → tăng thời gian khử cực. Biên độ điện thế bình thường (lượng chất thần kinh giải phóng khe xinap khơng đổi) Chất D kết quả (4). 23 Do chất D tăng cường hoạt hố kênh Ca2+ màng trước xinap làm tăng giải phóng chất dẫn truyền thần kinh, tăng số lượng thụ thể màng sau xinap bị kích thích → tăng khử cực → tăng biên độ điện thế. Thời gian khử cực bình thường (thời gian phân giải chất truyền tin ở khe xinap bình thường). b. Chất D gây ra sự phân cực lớn nhất của điện thế màng sau xinap. Do chất D tăng cường hoạt hố kênh Ca2+ ở màng trước xinap làm tăng giải phóng chất dẫn truyền thần kinh (so với các chất A, B, C) → tăng số lượng ion Clở ngoại bào đi vào (Cl ở ngồi cao hơn trong màng) → tăng sự phân cực của điện thế màng Phân tích tình huống qua ví dụ trên: Hoạt động của xinap thần kinh: khi có xung thần kinh đến, các ion Ca2+ sẽ khuếch tán qua kênh để vào chuỳ xinap → làm giải phóng các túi chứa chất trung gian hố học axêtincơlin, chất này sẽ vào khe xinap rồi gắn vào thụ thể màng sau xinap, gây mở kênh ion tạo nên điên thế hoạt động ở màng sau xinap Sau enzim axêtincôlin esteraza phân huỷ chất trung gian hoá học axêtincơlin, tạo ra axêtin và cơlin để tái tạo axêtincơlin. Lượng Ca2+ đi vào chuỳ xinap phụ thuộc vào xung thần kinh, từ đó quyết định lượng chất trung gian hố học axêtincơlin được giải phóng vào khe xinap nhiều hay ít. Lượng chất trung gian axêtincơlin quyết định đến biên độ hoạt động của điện thế hoạt động. Cịn thời gian tồn tại của axêtincơlin quyết định đến độ dài của điện thế hoạt động. 24 Ví dụ về sự thay đổi thời gian khử cực, thay đổi mức độ khử cực: BT: bình thường Nếu một chất nào đó làm giảm giải phóng chất dẫn truyền thần kinh Giảm (số lượng) mở kênh Na+ Giảm mức khử cực, sẽ có đồ thị hình I Nếu một chất làm tăng lượng chất trung gian hố học hoặc tăng số lượng kênh Na+ ở màng sau xinap sẽ làm tăng mức khử cực, đồ thị hình III Nếu số lượng chất trung gian vẫn khơng đổi nhưng nếu làm cho chất này tồn tại lâu hơn, ví dụ ức chế enzim axêtincơlin hoặc làm giảm thời gian mở kênh Na+ (đóng kênh nhanh/ sớm) Giảm thời gian khử cực. Đồ thị hình II 25 Phần III. KẾT LUẬN Trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi thì khâu vơ cùng quan trọng là cung cấp các tài liệu cho học sinh tự học, một trong những tài liệu đó là các đề tài do giáo viên viết ra hoặc biên soạn, biên tập lại. Từ các nguồn tư liệu có sẵn, giáo viên sẽ biên tập, chỉnh sửa, biến thành các tình huống có vấn đề. Qua thực tế đã triển khai viết các chun đề bồi dưỡng, tơi thấy học sinh học tập hiệu quả hơn, nâng cao khả năng tự học của học sinh. Tơi mong muốn đề nghị giáo viên trong tồn tỉnh tham gia viết các chun đề bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và chia sẻ cho các đồng nghiệp thì chắc chắn chúng ta sẽ có nguồn tư liệu vơ cùng phong phú. Trên đây chỉ là lược trích một số tình huống trong chun đề sinh lí động vật, chắc chắn cịn thiếu sót, rất mong nhận được góp ý từ các đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn. 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Các đề thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế. 2. Các tài liệu chun về sinh lí động vật của Lê Đình Tuấn. Mai Văn Hưng. 27 .. .KHAI? ?THÁC MỘT SỐ CHUN ĐỀ? ?HAY? ?VÀ KHĨ PHẦN SINH? ?LÍ ĐỘNG VẬT BỒI DƯỠNG HỌC? ?SINH? ?GIỎI QUỐC? ?GIA Trần Mộng Lai. THPT chun Phan Bội Châu,? ?Sinh? ?học Phần? ?I. Đặt vấn? ?đề Việc? ?bồi? ?dưỡng? ?học? ?sinh? ?giỏi? ?chưa bao giờ... trên, tơi tiến hành? ?đề tài: ? ?Khai? ?thác? ?một? ?số? ?chun? ?đề ? ?hay? ? và? ?khó? ?phần? ?sinh? ?lí? ?động? ?vật? ?bồi? ?dưỡng? ?học? ?sinh? ?giỏi? ?Quốc? ?gia? ?? Phần? ?II. Nội dung nghiên cứu Trong? ?đề? ?tài này tơi vận dụng các? ?kiến? ?thức cơ bản? ?phần? ?sinh? ?lí? ?động? ?vật? ?... thực tiễn khá rộng. Các? ?đề thi? ?học? ?sinh? ?giỏi? ?Quốc? ?gia, Quốc? ?tế hiện nay có? ?số? ?lượng câu hỏi về? ?sinh? ?lí? ?động? ?vật? ?chiếm khá lớn. Hiện nay chưa có nhiều tài liệu hướng dẫn? ?học? ?sinh? ?tự ? ?học? ?phần? ?sinh? ?lí? ? động? ?vật? ?một? ?cách hiệu quả nhất