màu lục
Trả lời: Vì lá cây chỉ hấp thụ ánh sáng đỏ và xanh tím, khơng hấp thụ màu xanh .Do đó lá có màu xanh.
* Tính thấm của tế bào
Là một hệ thống hở, tế bào ln diễn ra q trình trao đổi chất với môi trường ngồi. Q trình này chỉ có thể xảy ra nhờ khả năng của tế bào cho thấm hoặc giải phóng khí, nước, các chất hòa tan trong nước. Khả năng đó của từng loại tế bào, mô thể hiện rất khác nhau và bị chi phối không chỉ bởi chức năng đặc trưng của chúng mà còn phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của chúng. Tính chất đặc biệt này của tế bào gọi là tính thấm của tế bào. Tính thấm có vai trị quan trọng đối với quá trình trao đổi chất, phân bố các chất giữa tế bào và môi trường cũng như đối với bệnh lý và dược lý tế bào.
Quá trình xâm nhập của các chất vào tế bào là một quá trình rất phức tạp. Hiện nay, người ta thường phân biệt ba cách xâm nhập của vật chất vào tế bào. Vận chuyển vật chất vào tế bào theo tổng gradient không hao tốn năng lượng gọi là vận chuyển thụ động. Vận chuyển vật chất vào tế bào ngược tổng
gradient cần hao tốn năng lượng gọi là vận chuyển tích cực. Ngồi ra ở một số tế bào, trong những giai đoạn hoạt động nhất định, do chức năng tích cực của màng tế bào, một số chất hòa tan trong nước, các loại protein và ngay cả các hạt bao gồm số phân tử khá lớn cũng có thể xâm nhập vào tế bào, quá trình thâm nhập này gọi là thực bào và ẩm bào.
Một trong những cơ chế cơ bản của sự thâm nhập các chất vào tế bào là
hiện tượng khuếch tán.
Tốc độ khuếch tán được tính bằng biểu thức Fich: dm/dt = - DS(dC/dx) Trong đó:
dm/dt : tốc độ khuếch tán (gam/giây) dC/dx: gradient nồng độ (gam/cm2) S : tiết diện ngang (cm2)
D : hệ số khuếch tán (cm2/giây)
Hệ số D là đặc trưng cho bản chất của chất khuếch tán.
Tốc độ khuếch tán không những phụ thuộc vào bản chất của từng chất khuếch tán mà còn phụ thuộc vào chiều dày của màng. Đối với các đối tượng khác nhau, chiều dày của màng cũng khác nhau. Việc xác định chiều dày của màng rất khó khăn nên phương trình Fich được thay thế bằng phương trình:
dm/dt = -PS(C2-C1) Trong đó:
C2-C1: hiệu số nồng độ vật chất giữa tế bào và mơi trường S: diện tích bề mặt của màng tế bào
34
Tốc độ thâm nhập của vật chất vào tế bào duy trì ở mức khơng đổi, nó phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài (đặc biệt phụ thuộc vào nồng độ của các chất ở mơi trường ngồi) và vào cường độ trao đổi chất bên trong tế bào.
Màng tế bào có một đặc tính quan trọng là cho vật chất thấm qua có chọn lọc. Đối với nhiều chất, màng tế bào chỉ cho thấm qua một chiều (bán thấm). Nhờ tính chất này mà giữa tế bào và môi trường tồn tại gradient nồng độ, đáp ứng nhu cầu sống của tế bào. Chiều thấm của vật chất được quyết định bởi tính chất lí hóa của màng tế bào. Tính thấm một chiều của màng tế bào khơng phải là bất biến mà có thể thay đổi. Khi thay đổi tính chất lí hóa của mơi trường có thể làm tăng hoặc giảm tính thấm của tế bào và mô đối với một vật chất nào đó, thậm chí thay đổi cả chiều thấm. Khả năng thấm một chiều của tế bào chỉ tồn tại khi tế bào đang còn sống. Khi tế bào bị chết thì tính thấm chọn lọc của tế bào sẽ biến mất.
* Thẩm thấu và áp suất thẩm thấu.
Thẩm thấu là sự chuyển dịch của dung môi từ dung dịch có nồng độ thấp sang dung dịch có nồng độ cao hơn qua màng. Q trình thẩm thấu giữa hai dung dịch sẽ tiếp tục cho đến khi nồng độ của hai dung dịch bằng nhau. Quá trình thẩm thấu là một đặc trưng rất quan trọng của các quá trình sinh học.
Áp suất thẩm thấu là lực đẩy của các phân tử dung mơi từ dung dịch có nồng độ thấp đến dung dịch có nồng độ cao qua màng. Áp suất thẩm thấu đóng vai trị quan trọng trong cuộc sống của sinh vật. Đối với đời sống thực vật, những quá trình vận chuyển dinh dưỡng và nước từ đất vào rễ cây, lên thân, sự vận chuyển nhựa dọc theo thân cây đều gắn liền với áp suất thẩm thấu.
Áp suất thẩm th bình được ngăn cách nhau b đi qua mà không cho các ch
dịch nhưng nồng độ khác nhau (C A, tức là từ nơi có nồng đ
mực nước của bên A cao hơn bên B. C thẩm thấu lên màng ngăn, đ
đầu, dịng dung mơi từ bằng khi bên ngăn A tạ dâng cao gây nên. Po đư
Hình 2.4. Thí nghi Ở nhiệt độ không đ nồng độ của chúng và đư Trong đó: P : là áp suấ R : là hằng s T : là nhiệt đ C là nồng độ
m thấu của các dung dịch: Khi hai phần A và B c c ngăn cách nhau bởi một màng bán thấm C (màng chỉ
đi qua mà không cho các chất tan đi qua). Hai bên đều chứa cùng m khác nhau (CA>CB). Dung môi sẽ chuyển d
ng độ thấp đến nơi có nồng độ cao hơn. Kế a bên A cao hơn bên B. Cột nước dâng lên ấy tạ
u lên màng ngăn, đẩy dung môi trở lại bên B. Tuy vậy trong th ừ B sang A vẫn lớn hơn từ A sang B. Dòng
ạo được một áp suất thẩm thấu Po nào đó do m dâng cao gây nên. Po được gọi là áp suất thẩm thấu của dung dịch ngăn A.
Thí nghiệm về áp suất thẩm thấu và màng bán thấm
không đổi, áp suất thẩm thấu của dung dịch l a chúng và được tính bằng biểu thức:
P = CRT
ất thẩm thấu thường tính theo đơn vị atmơtphe ng số = 0,082
t độ tuyệt đối = 273 + toC,
ộ dung dịch tính theo nồng độ phân tử (gam/lít).
n A và B của một ỉ cho dung môi a cùng một dung n dời từ B sang ết quả làm cho ạo một áp suất y trong thời gian A sang B. Dòng ấy chỉ cân u Po nào đó do mực nước ch ngăn A. ệm về áp suất thẩm thấu và màng bán thấm. ch luôn tỉ lệ với atmơtphe-atm gam/lít).
36
Áp suất thẩm thấu phụ thuộc vào nồng độ các tiểu phần hòa tan (số lượng các phân tử hay ion). Vì vậy, hai dung dịch có cùng nồng độ nhưng dung dịch điện phân bao giờ cũng có áp suất thẩm thấu lớn hơn dung dịch không điện phân. Biểu thức tổng quát sẽ là:
P = αCRT α : hệ số phân ly
Đối với hệ keo và các dung dịch cao phân tử lỗng thì có thể áp dụng được phương trình trên nhưng cần lưu ý:
- Áp suất thẩm thấu của các dung dịch cao keo thường có giá trị bé hơn áp suất thẩm thấu của dung dịch thực, vì hệ keo có khả năng keo tụ, nên kết quả là số lượng hạt trong hệ sẽ giảm đi.
- Nếu hai hệ keo có cùng nồng độ, nhưng khác nhau về kích thước hạt do quá trình keo tụ thì ở cùng một điều kiện nồng độ, áp suất thẩm thấu của chúng sẽ tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc 3 của bán kính phân tử, cho nên thay đổi kích thước của hạt không đáng kể cũng dẫn tới sự thay đổi của áp suất thẩm thấu.
Đối với dung dịch thực hoặc dung dịch có nồng độ cao, thì giá trị của áp suất thẩm thấu được tính bằng:
P = CRT (1/M + BC) M: trọng lượng phân tử (phân tử khối)
B: hằng số đặc trưng cho sự tương tác giữa các hạt với nhau.
Áp suất thẩm thấu có thể được xác định bằng phương pháp trực tiếp hoặc gián tiếp nhưng sử dụng phương pháp gián tiếp dễ dàng hơn. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc sự phụ thuộc giữa nồng độ của dung dịch với áp suất bão hòa trên bề mặt dung dịch.
Ví dụ 5: nội dung: “Các cơ chế hấp thu ion khoáng” bài 3 “Trao đổi khoáng và nito ở thực vật” Sinh học 11 nâng cao.
Mặc dù ở lớp 10 người học đã học về cơ chế vận chuyển các chất qua màng tế bào, tuy nhiên những kiến thức về cơ chế hấp thụ nước và ion khoáng ở cấp độ cơ thể thực vật tương đối khó, mang tính trừu tượng.
Thơng qua việc tích hợp kiến thức Vật lý vào dạy học, người dạy có thể giúp người học hiểu được bản chất Sinh học về:
- Đặc điểm hình thái của hệ rễ cây thích nghi với chức năng hấp thụ nước và muối khoáng.
- Cơ chế hấp thụ nước và ion khống ở rễ cây.
- Mối tương tác giữa mơi trường và rễ trong quá trình hấp thụ nước và ion khống.
Tiến trình
Người dạy yêu cầu HS đọc kỹ mục II.1 trong SGK: “Hấp thụ nước và ion khống từ đất vào tế bào lơng hút” nhớ lại những kiến thức người học đã học trong bài: “Vận chuyển các chất qua màng sinh chất” ở Sinh học 10.
Người dạy kiểm tra mức độ hiểu đúng của HS về cơ chế hấp thụ khoáng ở rễ cây, sự khác biệt giữa hấp thụ nước và hấp thụ ion khống. GV có thể tích hợp kiến thức Vật lý về khuếch tán, thẩm thấu, thẩm tách, thẩm tích vào bài học.
GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi: “Thế nào là khuếch tán và thẩm thấu?
Đặc điểm của hiện tượng khuếch tán và thẩm thấu?”
Khuếch tán và thẩm thấu khơng có tính chọn lọc, q trình này nhờ vào sự chênh lệch nồng nộ của các ion.
“Trình bày cơ ch thu từ đất vào rễ thì cần nh
Cơ chế hấp thu b độ chất tan trong dung d hút thì nước được thẩm th chuyển từ nơi có thế năng nư bào rễ thường có thế nă thân cây thành dịng liê nước.
“Nước có thể đư rất thấp hay khơng?”
Khi cây gặp điều ki nhờ tế bào lơng hút có bơm đ thẩm thấu.
Ví dụ 6: nội dung “H thực vật
Quan sát thí nghi nước ở các thời gian?
Hình 2.5. Thí nghi
38
ơ chế hấp thu bị động? Theo cơ chế này, nư n những điều kiện gì?”
p thu bị động dựa theo gradient nồng độ chất tan: t tan trong dung dịch đất thấp hơn nồng độ chất tan trong t
m thấu vào rễ cây theo cơ chế thụ động. Nư năng nước cao đến nơi có thế năng nước th năng nước thấp vì nước ln được vận chuy
ên tục và phần lớn thốt ra ngồi qua q trình thốt h
được hấp thu trong điều kiện môi trường đ
u kiện mơi trường thiếu nước thì nước vào đư
bào lơng hút có bơm đặc biệt làm tăng nồng độ chất tan, tăng áp su
i dung “Hấp thụ thụ động” bài 3 “Trao đổi khoáng và nito
Quan sát thí nghiệm vật lý hình 2.6 và nhận xét dung d
Thí nghiệm vận chuyển thụ động của CuSO4 và nư
này, nước muốn hấp
t tan: nếu nồng t tan trong tế bào lông ng. Nước được vận c thấp hơn. Tế n chuyển từ rễ lên n thốt ra ngồi qua q trình thốt hơi
ng đất có độ ẩm
c vào được rễ cây t tan, tăng áp suất
i khoáng và nito ở
n xét dung dịch CuSO4 và
- Từ 0h đến 4 ngày dung dịch CuSO4 đi từ phễu vào chậu, H2O đi chậu vào phễu.. Ngày thứ 4 màu của dung dịch trong phễu và ngoài chậu là đồng nhất
- Từ 4 ngày đến 12 ngày tiếp theo mực dung dịch trong ống phễu bằng mực dung dịch trong chậu.
- GV yêu cầu HS tìm hiểu nguyên nhân? (sử dụng kiến thức vật lí đã biết để giải thích).
Do nồng độ CuSO4 ở trong phễu cao hơn ngoài chậu khuyếch tán từ phễu vào chậu.
(Cơ chế khuếch tán: các chất hịa tan đi từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp).
Khi dung dịch đồng nhất, thế năng của dung dịch trong ống phễu cao hơn thế năng của dung dịch ở chậu thẩm thấu qua màng thấm.
(cơ chế thẩm thấu: là hiện tượng nước thấm qua màng từ nơi có thế nước cao đến nơi có thế nước thấp).
Màng thấm tương tự màng tế bào màng tế bào vận chuyển các chất theo cơ chế thụ động là khuếch tán và thẩm thấu.
Ví dụ 7: nội dung: “Ứng động không sinh trưởng” bài 24 “ Ứng động” Sinh học 11 nâng cao.
Khi GV giải thích cho HS về cơ chế của kiểu ứng động không sinh trưởng bằng các kiến thức về áp suất thẩm thấu.
Ứng động không sinh trưởng là sự vận động của các bộ phận của thực vật do các kích thích cơ học. Đó là sự vận động cụp lá, cụp cành ở các cây trong họ Trinh nữ, sự vận động của các cây bắt mồi (đóng nắp của cây nắp ấm). Sự vận động này diễn ra do kết quả của các tác động cơ học (sự đụng
40
chạm) đột ngột làm thay đổi nhanh chóng áp suất thẩm thấu của nhóm tế bào phồng đặc biệt là thể gối. Các nhóm tế bào này giảm đột ngột sức căng trương nước, do đó mất khả năng chống đỡ, dẫn đến sự cụp của lá, cành hoặc nắp. * Hiện tượng mao dẫn.
Hiện tượng mao dẫn là hiện tượng chất lỏng tự dâng lên cao trong các ống rỗng trên chiều cao của dung dịch. Nguyên nhân do bản thân trong chất lỏng có lực dính ướt (lực làm cho dung dịch giữ lại trên bề mặt các chất và sức căng bề mặt. Khi lực dính ướt lớn hơn sức căng bề mặt thì dung dịch được kéo lên trên bề mặt chất lỏng một khoảng.
Thí nghiệm. Nhúng thẳng đứng các ống thủy tinh hở hai đầu và có đường kính trong nhỏ (cỡ một vài milimet) vào trong cùng một chậu nước. Kết quả của nhiều thí nghiệm chứng tỏ rằng khi nhúng các ống có đường kính
nhỏ vào trong chất lỏng. Nếu thành ống bị dính ướt chất lỏng (ví dụ: ống thủy
tinh nhúng trong nước) thì mực chất lỏng trong ống sẽ dâng lên cao hơn so với mặt thoáng của chất lỏng bên ngồi. Đồng thời mặt thống chất lỏng trong ống có dạng gần giống mặt cầu lõm. Nếu thành ống khơng bị dính ướt chất
lỏng (ví dụ: ống thủy tinh nhúng trong thủy ngân) thì mực chất lỏng trong ống
sẽ hạ xuống thấp hơn so với mặt thống của chất lỏng bên ngồi. Đồng thời mặt thống chất lỏng trong ống có dạng gần giống mặt cầu lồi.
Đường kính trong của các ống càng nhỏ thì độ dâng cao hoặc hạ thấp càng lớn. Hiện tượng mức chất lỏng trong các ống có đường kính trong nhỏ
dâng cao hoặc hạ thấp hơn so với mặt thống bên ngồi các ống gọi là hiện
tượng mao dẫn. Các ống trong đó xảy ra hiện tượng mao dẫn gọi là các ống mao dẫn.
Hình 2.6. Thí nghiệm về lực mao dẫn
Độ dâng cao (hoặc hạ thấp) của mức chất lỏng trong ống mao dẫn so với mặt thống bên ngồi ống được xác định theo cơng thức:
Trong đó: δ là hệ số lực căng mặt ngoài D là khối lượng riêng của chất lỏng d là đường kính trong của ống mao dẫn g là gia tốc rơi tự do.
Do hiện tượng mao dẫn, nước có thể vận chuyển từ đất qua hệ thống các ống mao dẫn trong bộ rễ và thân cây lên đến ngọn cây.
Ví dụ 8: Khi dạy nội dung: “Quá trình vận chuyển nước ở thân” bài 1 “Trao đổi nước ở thực vật” Sinh học 11 nâng cao.
GV định hướng cho HS bằng một hệ thống câu hỏi: “Thế nào là hiện
tượng mao dẫn? Bản chất của hiện tượng mao dẫn? Mối liên quan giữa tiết diện mao quản và khả năng vận chuyển nước? Trình bày sự phù hợp giữa cấu tạo của thực vật với chức năng vận chuyển nước bằng hiện tượng mao dẫn?”
42
GV hướng dẫn HS dựa vào tính chất lý học của nước để trả lời câu hỏi. Do tính phân cực, nên các phân tử nước bám vào nhiều loại bề mặt, do đó