9. Cấu trúc luận văn
2.2.2. Thiết kế một số thí nghiệm phần chuyển hóa vật chất và năng lượng ở
ở thực vật
Chúng tôi đã thiết kế 13 thí nghiệm sử dụng trong dạy học các nội dung kiến thức phần chuyển hóa vật chất và năng lƣợng ở thực vật (bảng 2.4).
Bảng 2.4. Các thí nghiệm được thiết kế và sử dụng trong dạy học phần “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật, Sinh học 11”
STT Tên bài học sử dụng TN Tên thí nghiệm
1 Bài 1. Sự hấp thụ nƣớc và muối khoáng ở rễ
Tìm hiểu hình thái hệ rễ và các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hút nƣớc và muối khoáng ở rễ cây.
2
Bài 2. Vận chuyển các chất trong cây
Vai trò của thoát hơi nƣớc ở lá đối với sự vận chuyển dòng mạch gỗ.
3 Vị trí, cấu tạo, vai trò của mạch gỗ, mạch rây và hệ thống mạch dẫn đối với vận chuyển các chất trong cây.
4
Bài 3. Thoát hơi nƣớc
So sánh tốc độ thoát hơi nƣớc trên 2 mặt lá ở 3 loại lá cây: lá non, lá bánh tẻ, lá già.
5 Quan sát sự đóng mở khí khổng
6 Tìm hiểu ảnh hƣởng của các nhân tố ngoại cảnh đến thoát hơi nƣớc
7 Vai trò của tƣới tiêu hợp lí cho cây. 8 Bài 4. Vai trò của các
nguyên tố khoáng
Nguồn cung cấp dinh dƣỡng khoáng cho cây trồng; vai trò của phân bón và sự
Bài 5,6. Dinh dƣỡng nitơ ở thực vật
bón phân hợp hợp lí đối với cây trồng và môi trƣờng.
9 Bài 5,6. Dinh dƣỡng nitơ ở thực vật
Vai trò của vi khuẩn cố định đạm trong việc bổ sung đạm đối với cây trồng. 10 Bài 10. Ảnh hƣởng của các nhân tố ngoại cảnh đến quang hợp Ảnh hƣởng của cƣờng độ ánh sáng đến quang hợp. 11 Bài 12. Hô hấp ở thực vật Phát hiện hô hấp ở thực vật . 12 Phát hiện nguyên liệu của hô hấp.
13 Ảnh hƣởng của môi trƣờng đến hô hấp ở thực vật.
2.2.2.1. Thí nghiệm 1. Tìm hiểu hình thái hệ rễ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hút nước và muối khoáng ở rễ cây
Mục tiêu của thí nghiệm
- Tìm hiểu cấu tạo rễ phù hợp với chức năng hút nƣớc và muối khoáng. - Phát hiện ảnh hƣởng của các yếu tố ngoại cảnh tới sự hút nƣớc của hệ rễ, từ đó có biện pháp chăm sóc cây trồng thích hợp giúp cây hút nƣớc và muối khoáng tốt.
Chuẩn bị
- Dụng cụ: 8 chậu nhựa nhỏ kích thƣớc 1l, ống đong 600ml, cân, kéo - Mẫu vật: đất, 40 cây đậu con đều nhau.
- Hóa chất: nƣớc cất, phân bón NPK, axit HCl, kéo
Tiến hành thí nghiệm
- Quy trình thí nghiệm: trồng 40 cây đậu trong 8 chậu với các điều kiện: Chậu 1 5 cây đậu trồng trong nƣớc cất
Chậu 2 5 cây đậu bị xử lí hết lông hút và trồng trong nƣớc cất
Chậu 3 5 cây đậu trồng trong 700ml nƣớc đƣợc hòa tan 1g phân bón Chậu 4 5 cây đậu trồng trong 700ml nƣớc có hòa tan 10g phân bón Chậu 5 5 cây đậu trồng trong đất tơi xốp
Chậu 6 5 cây đậu trồng trong đất nén chặt
Chậu 7 5 cây đậu trồng trong nƣớc có pH trung tính Chậu 8 5 cây đậu trồng trong nƣớc có hòa tan 5ml HCl
Sau 10 ngày, nhổ các cây đậu lên, quan sát và so sánh theo cặp (chậu 1 và chậu 2; chậu 3 và chậu 4; chậu 5 và chậu 6; chậu 7 và chậu 8).
- Thu hoạch
So sánh số lƣợng rễ cây còn sống của các cây đậu theo cặp. Giải thích. Cứ 3 ngày HS đo chiều cao cây 1 lần rồi điền vào bảng sau:
Cây đậu Đo lần 1 Đo lần 2 Đo lần 3 Chậu 1 Chậu 2 Chậu 3 Chậu 4 Chậu 5 Chậu 6 Chậu 7 Chậu 8
Sau khi đo chiều cao cây 3 lần và so sánh sự khác biệt theo cặp, giải thích tại sao lại có sự khác nhau nhƣ vậy.
Qua kết quả TN, rút ra biện pháp chăm sóc cây trồng để bộ rễ phát triển bình thƣờng, tránh các tác hại xấu từ môi trƣờng giúp cây sinh trƣởng tốt.
Giải thích tại sao khi trồng cây phải luôn làm đất tơi xốp? Giải thích hiện tƣợng cây chết xót?
- Phân tích thí nghiệm
Quan sát hình thái bộ rễ, phân tích các đặc điểm phù hợp với chức năng hút nƣớc và muối khoáng.
So sánh cấu tạo của bộ rễ và sự phát triển của cây đậu trong các điều kiện khác nhau, từ đó khái quát tác động của các yếu tố môi trƣờng lên sự phát triển của bộ rễ, rút ra các biện pháp bảo vệ rễ giúp cây phát triển tốt.
Lƣu ý trong quá trình thí nghiệm
- Chọn các cây đậu đều nhau.
- Các cặp so sánh chỉ khác nhau về yếu tố nghiên cứu, các yếu tố còn lại phải giống nhau.
- Các chậu cây cần đƣợc mang ra ngoài ánh sáng, tránh tác nhân xấu. - Nếu thời tiết xấu cần mang vào phòng và thắp đèn cho cây quang hợp. - Nếu nhiệt độ môi trƣờng thấp sẽ dài thời gian TN lên 15-20 ngày.
- Giao cho mỗi nhóm HS làm một cặp TN về một yếu tố. Sau đó cho toàn bộ HS di chuyển theo “trạm” để nghiên cứu tất cả các yếu tố ở các TN.
Dự đoán kết quả
Chậu 1 Rễ cây phát triển đâm sâu, lan rộng, cây đang sinh trƣởng Chậu 2 Rễ bị xử lí hết lông hút, cây bị héo
Chậu 3 Rễ cây phát triển đâm sâu, lan rộng, cây sinh trƣởng mạnh Chậu 4 Cây bị chết héo
Chậu 5 Rễ cây phát triển đâm sâu, lan rộng, cây sinh trƣởng tốt
Chậu 6 Rễ cây bị gãy và tiêu nhiều lông hút, cây sinh trƣởng chậm hơn Chậu 7 Rễ cây phát triển đâm sâu, lan rộng, cây đang sinh trƣởng Chậu 8 Rễ cây bị gãy và tiêu nhiều lông hút, cây không lấy đƣợc nƣớc
2.2.2.2. Thí nghiệm 2. Vai trò của thoát hơi nước ở lá đối với sự vận chuyển dòng mạch gỗ
Mục tiêu của thí nghiệm: chứng minh thoát hơi nƣớc ở lá là động lực đầu trên của dòng mạch gỗ.
Chuẩn bị
- Dụng cụ: 2 cốc nhựa trong 600ml, ống đong 100ml, kéo, thƣớc đo mm.
- Mẫu vật: 2 cây đậu đều nhau
- Hóa chất: nƣớc, dầu ăn
- Quy trình thí nghiệm
Trồng 2 cây đậu trong 2 cốc nhựa trong:
Cốc 1 Cây đậu + 500ml nƣớc, nhỏ dầu ăn phủ kín mặt nƣớc.
Cốc 2 Cây đậu đã cắt hết lá + 500ml nƣớc, nhỏ dầu ăn phủ kín mặt nƣớc. Sau 2 đêm, đo và so sánh mực nƣớc còn lại ở 2 cốc.
- Thu hoạch
Đo và so sánh mực nƣớc còn lại ở 2 cốc thí nghiệm. Giải thích.
Qua kết quả TN, nêu vai trò của thoát hơi nƣớc đối với dòng mạch gỗ. Giải thích tại sao khi chuyển nơi ở của cây, ngƣời ta thƣờng cắt bớt lá.
- Phân tích thí nghiệm
Nhỏ dầu ăn phủ kín mặt nƣớc tránh nƣớc bị bốc hơi qua bề mặt. Cây trong cốc 2 bị cắt hết nhằm loại bỏ thoát hơi nƣớc qua lá.
Sau 2 đêm, so sánh lƣợng nƣớc còn lại trong 2 cốc. Qua đó chứng minh vai trò của thoát hơi nƣớc đối với việc hút nƣớc của rễ cây và vận chuyển của dòng mạch gỗ.
Lƣu ý trong quá trình thí nghiệm: chọn 2 cây đậu đều nhau. Dự đoán kết quả
- Sau 2 ngày, nƣớc trong cốc 1 sẽ ít hơn trong cốc 2. Nguyên nhân là do cây trong cốc 1 có lá, quá trình thoát hơi nƣớc diễn ra bình thƣờng tạo động lực đầu trên của dòng mạch gỗ giúp vận chuyển nƣớc từ rễ lên lá, rễ liên tục hút nƣớc làm lƣợng nƣớc của cốc 1 vơi đi.
- Nƣớc trong cốc 2 giảm không đáng kể. Nguyên nhân do cây đậu bị cắt hết lá nên quá trình thoát hơi nƣớc bị ngƣng trệ, nên lƣợng nƣớc thay đổi không đáng kể.
2.2.2.3. Thí nghiệm 3. Xác định vị trí, cấu tạo, vai trò của mạch gỗ, mạch rây và hệ thống mạch dẫn đối với vận chuyển các chất trong cây
- Định vị và xác định đƣợc cấu tạo mạch gỗ (ở cây 2 lá mầm), mạch rây và hệ thống mạch dẫn (ở cây 1 lá mầm) trên thân cây.
- Tìm hiểu vai trò của chúng đối với sự vận chuyển vật chất trong cây.
Chuẩn bị
- Dụng cụ: 4 kính hiển vi
- Mẫu vật: 4 bộ tiêu bản lát cắt ngang thân cây lúa, thân cây đậu già.
Tiến hành thí nghiệm
- Quy trình thí nghiệm
Phân 4 nhóm HS, phát dụng cụ cho mỗi nhóm gồm 1 kính hiển vi và 2 tiêu bản lát cắt ngang thân cây lúa và thân cây đậu.
Hƣớng dẫn HS sử dụng kính hiển vi để quan sát các tiêu bản rõ nhất. Định vị cấu tạo mạch gỗ, mạch rây trên tiêu bản thân cây đậu và vai trò của các loại mạch đó trong vận chuyển các chất.
Định vị, xác định cấu tạo mạch gỗ, mạch rây trên tiêu bản thân cây lúa.
- Thu hoạch
Vẽ cấu trúc lát cắt ngang thân cây đậu đã quan sát, chỉ rõ các tế bào mạch gỗ và mạch rây trên bản vẽ.
Cây lúa không có mạch gỗ thì dẫn nƣớc và muối khoáng bằng bộ phận nào? Vẽ và chỉ rõ trên hình vẽ.
Giải thích tại sao khi chiết cành, ngƣời ta lại cắt một khoanh vỏ bên ngoài cành chiết?
- Phân tích thí nghiệm
Khi tìm hiểu tiêu bản lát cắt ngang thân cây đậu, HS sẽ nhìn rõ và nêu đƣợc vị trí, cấu tạo của mạch gỗ và mạch rây.
Tiếp tục tìm mạch gỗ và mạch rây trên tiêu bản thân cây lúa. Khi HS không tìm thấy sẽ đặt vấn đề “cây lúa vận chuyển các chất bằng gì?”. Từ đó hƣớng dẫn HS nghiên cứu hệ thống mạch dẫn của cây lúa.
- Chuẩn bị tiêu bản và kính hiển vi đầy đủ, chu đáo. Chọn cây đậu già làm mẫu vật.
- Giáo viên cần kiểm tra tiêu bản trƣớc khi cho học sinh quan sát để chọn đƣợc các tiêu bản dễ quan sát nhất.
- Hƣớng dẫn chi tiết cách sử dụng, vệ sinh và bảo quản kính hiển vi.
Dự đoán kết quả
- Học sinh sẽ định vị đƣợc vị trí và cấu tạo 2 loại mạch tham gia vận chuyển các chất trong cây 2 lá mầm gồm:
Mạch gỗ: đƣợc cấu tạo từ 2 loại tế bào chết là mạch ống và quản bào, chúng nằm phía trong cùng của thân.
Mạch rây: đƣợc cấu tạo từ 2 loại tế bào sống là ống rây và tế bào kèm, chúng nằm phía ngoài trụ gỗ của thân.
- Xác định đƣợc đối với những cây 1 lá mầm không có mạch gỗ thì cây vận chuyển các chất thông qua hệ thống mạch dẫn.
2.2.2.4. Thí nghiệm 4 . So sánh tốc độ thoát hơi nước trên 2 mặt lá ở 3 loại lá cây: lá non, lá bánh tẻ, lá già
Mục tiêu của thí nghiệm: HS biết sử dụng giấy lọc thấm coban clorua để so sánh tốc độ thoát hơi nƣớc ở 3 loại lá cây: lá non, lá bánh tẻ, lá già và so sánh tốc độ thoát hơi nƣớc ở 2 mặt trên và dƣới của lá cây. Giải thích đƣợc nguyên nhân, từ đó có biện pháp chăm sóc cây trồng hợp lý.
Chuẩn bị
- Dụng cụ: 4 bộ kẹp gỗ, bản kính, đồng hồ bấm giây, giấy lọc. - Hóa chất: dung dịch coban clorua 5%.
- Mẫu vật: 4 cây cao khoảng 40cm có lá bản rộng.
Tiến hành thí nghiệm
- Quy trình thí nghiệm
Yêu cầu mỗi nhóm học sinh thực hành trên một cây đã cao khoảng 40cm, tùy nhóm và hoàn cảnh có thể sử dụng các cây khác nhau.
Chọn một lá già nhất, một lá non và một lá bánh tẻ để làm thí nghiệm. Dùng giấy lọc tẩm coban clorua đã sấy khô đặt đối xứng nhau qua 2 mặt lá, dùng kẹp gỗ ép 2 bản kính vào 2 miếng giấy này ở cả 2 mặt của lá tạo thành hệ thống kín. Thực hiện trên 3 loại lá: 1 lá già nhất, 1 lá non và 1 lá bánh tẻ.
Dùng đồng hồ bấm giây để so sánh thời gian giấy chuyển màu trên 2 mặt lá trên 3 loại lá.
- Thu hoạch: dùng đồng hồ bấm giây để so sánh thời gian giấy chuyển màu trên 2 mặt lá trên 3 loại lá rồi thống kê vào bảng sau, qua đó phát hiện hơi nƣớc thoát ra ở đâu nhanh và nhiều hơn.
Chỉ tiêu so sánh Lá non Lá bánh tẻ Lá già Mặt trên Mặt dƣới Mặt trên Mặt dƣới Mặt trên Mặt dƣới Thời gian giấy lọc chuyển màu
Diện tích giấy lọc chuyển màu
- Phân tích thí nghiệm
Quá trình thoát hơi nƣớc diễn ra chủ yếu ở lá cây, hơi nƣớc thoát ra sẽ làm giấy lọc chuyển từ màu xanh da trời sang màu hồng.
Dựa vào thời gian xuất hiện màu hồng và diện tích có màu hồng trên giấy lọc để phát hiện hơi nƣớc thoát ra ở đâu nhanh và nhiều hơn.
Lƣu ý trong quá trình thí nghiệm
- Để TN có kết quả rõ nên chọn 3 lá xa nhau: rất non, rất già và bánh tẻ.
- Sử dụng bản kính nhẹ nhàng, tránh làm vỡ.
- Giấy tẩm coban clorua cần đƣợc sấy khô và tránh hơi nƣớc (nếu có bình hút ẩm là tốt nhất).
- Tùy loại lá mà HS lấy làm TN có thể cho kết quả khác nhau.
- Sự thoát hơi nƣớc ở mặt dƣới nhanh và nhiều hơn mặt trên. Nguyên nhân là do khí khổng tập trung chủ yếu ở mặt dƣới của lá, mà thoát hơi nƣớc diễn ra chủ yếu qua khí khổng với vận tốc lớn.
- Sự thoát hơi nƣớc giảm dần từ lá non đến lá bánh tẻ rồi lá già. Nguyên nhân là do lớp cutin phủ trên các loại lá này tăng dần từ lá non, lá bánh tẻ đến lá già.
2.2.2.5. Thí nghiệm 5. Quan sát sự đóng mở khí khổng
Mục tiêu của thí nghiệm: HS biết làm thí nghiệm quan sát độ đóng mở
của khí khổng trong điều kiện đủ nƣớc và thiếu nƣớc.
Chuẩn bị.
- Dụng cụ: cốc mỏ, đũa thủy tinh, dao cạo, kim mũi mác, kính hiển vi, lam kính, lamen, giấy thấm.
- Hóa chất: dung dịch saccarozo 1M. - Mẫu vật: lá thài lài tía.
Tiến hành thí nghiệm
- Quy trình thí nghiệm
Dùng dao cạo hoặc kim mũi mác lấy một lớp mỏng tế bào dƣới lá, quan sát chúng dƣới kính hiển vi, cho vào một giọt nƣớc rồi quan sát dƣới độ phóng đại lớn hơn. Vẽ một khí khổng tùy chọn.
Nhỏ từ từ 2-3 giọt dung dịch saccarozo 1M ở một phía lamen, bên kia dùng giấy thấm rút nƣớc ra đến hết. Quan sát và vẽ một khí khổng tùy chọn.
Thay dung dịch saccarozo bằng nƣớc cất rồi làm tƣơng tự nhƣ trên. Quan sát và vẽ một khí khổng tùy chọn.
- Thu hoạch: quan sát khí khổng trong 3 trƣờng hợp trên rồi vẽ lại vào giấy. Giải thích tại sao khí khổng thay đổi độ đóng mở tƣơng ứng với 3 điều kiện trên. Qua TN có kết luận gì về mối quan hệ giữa độ mở của khí khổng với hàm lƣợng nƣớc trong tế bào.
- Phân tích thí nghiệm: do cấu tạo của tế bào khí khổng có 2 thành dày mỏng khác nhau nên khi thay đổi sức trƣơng nƣớc của các tế bào hình hạt đậu, khí khổng có thể mở ra hoặc đóng vào.
Lƣu ý khi tiến hành thí nghiệm
Lớp tế bào lấy phải mỏng mới dễ quan sát.
Hƣớng dẫn chi tiết cách làm tiêu bản và sử dụng kính hiển vi.
Dự đoán kết quả.
Lần đầu quan sát tiêu bản: Khí khổng mở.
Lần 2 quan sát tiêu bản: Khí khổng đóng do tế bào khí khổng mất nƣớc. Lần 3 quan sát tiêu bản: khí khổng mở do tế bào khí khổng no nƣớc.
2.2.2.6. Thí nghiệm 6: Tìm hiểu ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến thoát hơi nước
Mục tiêu của thí nghiệm: HS biết sử dụng các dụng cụ và mẫu vật đơn
giản để nghiên cứu ảnh hƣởng của các nhân tố ngoại cảnh đến quá THN.