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
Hướng động và ứng động
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em phân biệt được hướng động và ứng động theo đặc điểm dẫn truyền kích thích và cơ chế, nhận diện đúng dạng cảm ứng trong các hiện tượng thực vật quen thuộc, và giải thích được vì sao phản ứng của cây trinh nữ diễn ra nhanh hơn hẳn một phản ứng hướng động.
Kiến thức nền cần nhớ
Ở lớp 7 (KHTN), em đã biết thực vật có khả năng phản ứng lại với các kích thích từ môi trường như ánh sáng, trọng lực, va chạm — gọi chung là cảm ứng ở thực vật, và đã quan sát hiện tượng cây luôn vươn về phía có ánh sáng (prior-grade review). Bài này gọi tên chính xác hai kiểu phản ứng đó, và giải thích vì sao chúng khác nhau đến vậy về tốc độ và tính chất.
Khởi động
Một chậu cây trinh nữ (cây xấu hổ) đặt trên bàn học. Chỉ cần chạm nhẹ ngón tay vào một lá kép, toàn bộ các lá chét gấp lại gần như ngay lập tức, chỉ trong vài giây. Cùng lúc đó, ngọn của chậu cây cảnh đặt cạnh cửa sổ cũng đang "quay" dần về phía ánh sáng — nhưng phải mất vài ngày em mới nhận ra sự thay đổi đó. Cùng là phản ứng với kích thích từ môi trường, vì sao một bên nhanh như chớp còn một bên chậm như vậy?
Kiến thức trọng tâm
Cảm ứng ở sinh vật nói chung là khả năng cơ thể tiếp nhận kích thích từ môi trường rồi phản ứng lại theo cách phù hợp, giúp sinh vật thích nghi và tồn tại. Ở thực vật — cơ thể không có cơ quan vận động chuyên hoá như động vật — cảm ứng biểu hiện chủ yếu qua sự thay đổi hình dạng, hướng mọc hoặc trạng thái của một cơ quan, chứ không phải bằng cách di chuyển cả cơ thể.
Hướng động là kiểu phản ứng trong đó cơ quan thực vật sinh trưởng theo một hướng xác định, phụ thuộc vào hướng của tác nhân kích thích. Cơ chế đứng sau hầu hết các kiểu hướng động là sự sinh trưởng không đều giữa hai phía của cơ quan: phía nhận nhiều hormone sinh trưởng hơn giãn dài nhanh hơn phía còn lại, kéo cả cơ quan cong về một hướng. Vì sinh trưởng tế bào là một quá trình cần thời gian — tế bào phải hấp thụ nước, giãn thành, tổng hợp thêm vật chất — hướng động luôn diễn ra chậm, tính bằng giờ đến vài ngày, và kết quả là một sự thay đổi không thể đảo ngược. Tuỳ chiều cong so với nguồn kích thích, hướng động chia thành dương (cong về phía kích thích) và âm (cong ra xa kích thích).
Ứng động là kiểu phản ứng không phụ thuộc vào hướng của kích thích — cùng một tác nhân, dù đến từ phía nào, cây vẫn phản ứng theo một kiểu cố định đã được quy định sẵn trong cấu tạo cơ quan. Ứng động chia làm hai nhóm theo cơ chế. Ứng động sinh trưởng do tốc độ sinh trưởng không đều ở hai mặt của cơ quan dưới tác động của kích thích khuếch tán như nhiệt độ hay ánh sáng — ví dụ hoa nghệ tây nở khi trời ấm lên, khép lại khi trời lạnh — và vẫn diễn ra chậm vì vẫn dựa trên sinh trưởng. Ứng động không sinh trưởng do sự thay đổi đột ngột sức trương nước trong các tế bào chuyên hoá, không liên quan gì tới sinh trưởng tế bào, nên có thể diễn ra chỉ trong vài giây và thường đảo ngược được.
Hai tiêu chí phân biệt cốt lõi: có hướng xác định theo kích thích hay không, và có dựa trên sinh trưởng hay không.
Phản ứng cụp lá của cây trinh nữ là ví dụ kinh điển của ứng động không sinh trưởng. Tại gốc mỗi lá chét và cuống lá có một cấu trúc phình to gọi là thể gối, chứa các tế bào vận động với không bào lớn. Khi bị chạm, tín hiệu điện lan truyền rất nhanh qua các tế bào của thể gối, kích hoạt các kênh ion mở ra, kali và nước ồ ạt thoát khỏi tế bào ở nửa dưới thể gối. Tế bào đó xẹp xuống gần như tức thì, mất sức trương, kéo lá chét cụp lại — toàn bộ quá trình chỉ mất vài giây vì không phải chờ tế bào sinh trưởng thêm.
Theo tác nhân kích thích, hướng động còn được gọi tên riêng: hướng sáng (ngọn thân hướng dương về phía ánh sáng, giúp lá nhận đủ ánh sáng cho quang hợp), hướng trọng lực (rễ hướng dương xuống lòng đất tìm nước và khoáng, ngọn thân hướng âm vươn lên tìm ánh sáng), hướng tiếp xúc (tua cuốn của cây leo như mướp, bầu quấn quanh giá thể khi chạm phải), và hướng hoá (rễ mọc hướng về vùng đất giàu dinh dưỡng, ống phấn mọc hướng về noãn theo chất dẫn dụ hoá học).
Mỗi kiểu hướng động gọi tên theo đúng tác nhân kích thích, nhưng đều dùng chung cơ chế sinh trưởng không đều hai phía.
Ví dụ
Xác định dạng cảm ứng của ba hiện tượng quen thuộc
1
Quan sát ba hiện tượng sau ở thực vật: (1) ngọn cây đặt cạnh cửa sổ nghiêng dần về phía ánh sáng sau vài ngày; (2) rễ cây trong chậu đặt nghiêng vẫn luôn đâm thẳng xuống đất; (3) lá cây trinh nữ cụp lại chỉ vài giây sau khi bị chạm. Hãy xác định mỗi hiện tượng thuộc dạng cảm ứng nào, nêu tác nhân kích thích và cơ chế tương ứng.
2
Ta có ngọn cây cong dần về phía có ánh sáng chiếu tới sau nhiều ngày — phản ứng có hướng xác định theo phía kích thích và diễn ra chậm, đúng đặc điểm của hướng động; tác nhân kích thích là ánh sáng, nên đây là hướng sáng dương. (1)
3
Dù chậu bị đặt nghiêng, rễ vẫn đổi hướng sinh trưởng để quay về đúng chiều thẳng đứng xuống dưới — phản ứng có hướng rõ ràng theo phía của trọng lực, diễn ra qua sinh trưởng không đều nên cũng chậm; đây là hướng trọng lực dương ở rễ. (2)
4
Lá cụp lại chỉ trong vài giây, và phản ứng này xảy ra như nhau dù chạm vào từ phía nào của lá — không có hướng xác định theo phía kích thích, tốc độ cực nhanh vì không dựa trên sinh trưởng mà do thay đổi sức trương nước ở thể gối; đây là ứng động không sinh trưởng, không phải hướng động dù kích thích ban đầu (chạm) nghe có vẻ giống với hướng tiếp xúc. (3)
5
Kết hợp (1), (2), (3): hai tiêu chí phân biệt cốt lõi là có hay không có hướng xác định theo phía kích thích, và tốc độ phản ứng nhanh hay chậm — cả hai đều bắt nguồn từ việc cơ chế có dựa trên sinh trưởng tế bào hay không.
6
Vậy hiện tượng (1) và (2) là hướng động (hướng sáng dương và hướng trọng lực dương), còn hiện tượng (3) là ứng động không sinh trưởng — dù kích thích chạm vào lá trinh nữ tưởng chừng giống với hướng tiếp xúc, bản chất phản ứng của nó hoàn toàn khác vì không có hướng xác định và không dựa trên sinh trưởng.
Ví dụ
Thiết kế thí nghiệm phân biệt hướng động và ứng động (dạng đề kiểm tra)
1
Một học sinh muốn kiểm tra xem phản ứng "lá cây họ đậu xoè ra ban ngày, khép lại ban đêm" là hướng động hay ứng động. Em hãy đề xuất một thí nghiệm đơn giản để kiểm tra, và dự đoán kết quả cho mỗi khả năng.
2
Ta có điểm khác biệt cốt lõi giữa hướng động và ứng động là hướng phản ứng có phụ thuộc vào hướng kích thích hay không, nên thí nghiệm cần tạo ra một tình huống mà kích thích chiếu tới từ một phía cố định, khác với điều kiện tự nhiên (ánh sáng thay đổi đều theo ngày đêm chứ không đến từ một phía). (1)
3
Đặt cây trong phòng tối, sau đó chiếu đèn từ đúng một phía cố định vào ban đêm — tương đương tạo ra kích thích ánh sáng có hướng thay vì kích thích khuếch tán theo chu kỳ ngày đêm như bình thường.
4
Nếu lá xoè ra đồng đều bất kể đèn chiếu từ phía nào, tức phản ứng chỉ phụ thuộc việc "có sáng hay không" chứ không phụ thuộc hướng sáng — xác nhận đây là ứng động sinh trưởng theo ánh sáng. (2)
5
Nếu lá chỉ cong hoặc xoè lệch về đúng phía có đèn chiếu tới, phản ứng phụ thuộc hướng kích thích — xác nhận đây là hướng động (hướng sáng).
6
Kết hợp (1) và (2), phép thử quyết định là chiếu sáng từ một phía cố định thay vì ánh sáng khuếch tán: nếu phản ứng không phân biệt hướng chiếu thì đó là ứng động, nếu chỉ lệch về đúng phía chiếu sáng thì đó là hướng động. Vậy phản ứng "lá cây họ đậu xoè, khép theo ngày đêm" thuộc ứng động sinh trưởng vì lá xoè đều bất kể hướng sáng, chỉ phụ thuộc có ánh sáng hay không.
Sai lầm thường gặp
Nhiều em nhầm mọi phản ứng "nhanh, dễ thấy" là ứng động và mọi phản ứng "chậm" là hướng động — thực ra tốc độ chỉ là hệ quả, không phải tiêu chí gốc. Tiêu chí đúng là phản ứng có phụ thuộc vào hướng kích thích hay không. Một nhầm lẫn khác là coi phản ứng chạm của cây trinh nữ là "hướng tiếp xúc" vì kích thích ban đầu cũng là chạm — nhưng hướng tiếp xúc (như tua cuốn quấn quanh giá thể) là hướng động thật sự, có hướng cong xác định theo phía tiếp xúc và diễn ra qua sinh trưởng chậm, khác hẳn phản ứng cụp lá tức thời và không định hướng của trinh nữ.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Hướng động: phản ứng có hướng, theo đúng phía kích thích, chậm vì dựa trên sinh trưởng không đều — dương thì cong về phía kích thích, âm thì cong ra xa. Ứng động: phản ứng không định hướng theo kích thích, gồm ứng động sinh trưởng (chậm, do sinh trưởng không đều hai mặt) và ứng động không sinh trưởng (rất nhanh, do đổi sức trương nước, như ở cây trinh nữ).
Cả hai kiểu cảm ứng này đều cần một "người điều phối" hoá học đứng sau — chính là các hormone thực vật. Bài sau đi sâu vào auxin và các hormone khác, giải thích chính xác vì sao tế bào ở một phía thân lại giãn dài nhanh hơn phía kia khi có ánh sáng chiếu lệch.
Ở lớp 7 (KHTN), em đã biết thực vật có khả năng phản ứng lại với các kích thích từ môi trường như ánh sáng, trọng lực, va chạm — gọi chung là cảm ứng ở thực vật, và đã quan sát hiện tượng cây luôn vươn về phía có ánh sáng (prior-grade review). Bài này gọi tên chính xác hai kiểu phản ứng đó, và giải thích vì sao chúng khác nhau đến vậy về tốc độ và tính chất.
Một chậu cây trinh nữ (cây xấu hổ) đặt trên bàn học. Chỉ cần chạm nhẹ ngón tay vào một lá kép, toàn bộ các lá chét gấp lại gần như ngay lập tức, chỉ trong vài giây. Cùng lúc đó, ngọn của chậu cây cảnh đặt cạnh cửa sổ cũng đang "quay" dần về phía ánh sáng — nhưng phải mất vài ngày em mới nhận ra sự thay đổi đó. Cùng là phản ứng với kích thích từ môi trường, vì sao một bên nhanh như chớp còn một bên chậm như vậy?
Cảm ứng ở sinh vật nói chung là khả năng cơ thể tiếp nhận kích thích từ môi trường rồi phản ứng lại theo cách phù hợp, giúp sinh vật thích nghi và tồn tại. Ở thực vật — cơ thể không có cơ quan vận động chuyên hoá như động vật — cảm ứng biểu hiện chủ yếu qua sự thay đổi hình dạng, hướng mọc hoặc trạng thái của một cơ quan, chứ không phải bằng cách di chuyển cả cơ thể.
Hướng động là kiểu phản ứng trong đó cơ quan thực vật sinh trưởng theo một hướng xác định, phụ thuộc vào hướng của tác nhân kích thích. Cơ chế đứng sau hầu hết các kiểu hướng động là sự sinh trưởng không đều giữa hai phía của cơ quan: phía nhận nhiều hormone sinh trưởng hơn giãn dài nhanh hơn phía còn lại, kéo cả cơ quan cong về một hướng. Vì sinh trưởng tế bào là một quá trình cần thời gian — tế bào phải hấp thụ nước, giãn thành, tổng hợp thêm vật chất — hướng động luôn diễn ra chậm, tính bằng giờ đến vài ngày, và kết quả là một sự thay đổi không thể đảo ngược. Tuỳ chiều cong so với nguồn kích thích, hướng động chia thành dương (cong về phía kích thích) và âm (cong ra xa kích thích).
Ứng động là kiểu phản ứng không phụ thuộc vào hướng của kích thích — cùng một tác nhân, dù đến từ phía nào, cây vẫn phản ứng theo một kiểu cố định đã được quy định sẵn trong cấu tạo cơ quan. Ứng động chia làm hai nhóm theo cơ chế. Ứng động sinh trưởng do tốc độ sinh trưởng không đều ở hai mặt của cơ quan dưới tác động của kích thích khuếch tán như nhiệt độ hay ánh sáng — ví dụ hoa nghệ tây nở khi trời ấm lên, khép lại khi trời lạnh — và vẫn diễn ra chậm vì vẫn dựa trên sinh trưởng. Ứng động không sinh trưởng do sự thay đổi đột ngột sức trương nước trong các tế bào chuyên hoá, không liên quan gì tới sinh trưởng tế bào, nên có thể diễn ra chỉ trong vài giây và thường đảo ngược được.
Phản ứng cụp lá của cây trinh nữ là ví dụ kinh điển của ứng động không sinh trưởng. Tại gốc mỗi lá chét và cuống lá có một cấu trúc phình to gọi là thể gối, chứa các tế bào vận động với không bào lớn. Khi bị chạm, tín hiệu điện lan truyền rất nhanh qua các tế bào của thể gối, kích hoạt các kênh ion mở ra, kali và nước ồ ạt thoát khỏi tế bào ở nửa dưới thể gối. Tế bào đó xẹp xuống gần như tức thì, mất sức trương, kéo lá chét cụp lại — toàn bộ quá trình chỉ mất vài giây vì không phải chờ tế bào sinh trưởng thêm.
Theo tác nhân kích thích, hướng động còn được gọi tên riêng: hướng sáng (ngọn thân hướng dương về phía ánh sáng, giúp lá nhận đủ ánh sáng cho quang hợp), hướng trọng lực (rễ hướng dương xuống lòng đất tìm nước và khoáng, ngọn thân hướng âm vươn lên tìm ánh sáng), hướng tiếp xúc (tua cuốn của cây leo như mướp, bầu quấn quanh giá thể khi chạm phải), và hướng hoá (rễ mọc hướng về vùng đất giàu dinh dưỡng, ống phấn mọc hướng về noãn theo chất dẫn dụ hoá học).
Lá cụp lại chỉ trong vài giây, và phản ứng này xảy ra như nhau dù chạm vào từ phía nào của lá — không có hướng xác định theo phía kích thích, tốc độ cực nhanh vì không dựa trên sinh trưởng mà do thay đổi sức trương nước ở thể gối; đây là ứng động không sinh trưởng, không phải hướng động dù kích thích ban đầu (chạm) nghe có vẻ giống với hướng tiếp xúc. (3)
Kết hợp (1) và (2), phép thử quyết định là chiếu sáng từ một phía cố định thay vì ánh sáng khuếch tán: nếu phản ứng không phân biệt hướng chiếu thì đó là ứng động, nếu chỉ lệch về đúng phía chiếu sáng thì đó là hướng động. Vậy phản ứng "lá cây họ đậu xoè, khép theo ngày đêm" thuộc ứng động sinh trưởng vì lá xoè đều bất kể hướng sáng, chỉ phụ thuộc có ánh sáng hay không.
Nhiều em nhầm mọi phản ứng "nhanh, dễ thấy" là ứng động và mọi phản ứng "chậm" là hướng động — thực ra tốc độ chỉ là hệ quả, không phải tiêu chí gốc. Tiêu chí đúng là phản ứng có phụ thuộc vào hướng kích thích hay không. Một nhầm lẫn khác là coi phản ứng chạm của cây trinh nữ là "hướng tiếp xúc" vì kích thích ban đầu cũng là chạm — nhưng hướng tiếp xúc (như tua cuốn quấn quanh giá thể) là hướng động thật sự, có hướng cong xác định theo phía tiếp xúc và diễn ra qua sinh trưởng chậm, khác hẳn phản ứng cụp lá tức thời và không định hướng của trinh nữ.
Hướng động: phản ứng có hướng, theo đúng phía kích thích, chậm vì dựa trên sinh trưởng không đều — dương thì cong về phía kích thích, âm thì cong ra xa. Ứng động: phản ứng không định hướng theo kích thích, gồm ứng động sinh trưởng (chậm, do sinh trưởng không đều hai mặt) và ứng động không sinh trưởng (rất nhanh, do đổi sức trương nước, như ở cây trinh nữ).