Bài học

Thí nghiệm chứng minh hô hấp tế bào

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em trình bày được cách bố trí một thí nghiệm chứng minh hạt nảy mầm hô hấp tế bào, đọc đúng kết quả từng bước, và giải thích được vì sao thí nghiệm cần một bình đối chứng.

Kiến thức nền cần nhớ

Ba bài trước dạy em mối quan hệ nguyên liệu — sản phẩm, sự khác nhau với hô hấp (thở), và cách so sánh với quang hợp — toàn bộ trên cơ sở lý thuyết (same-grade bridge). Bài này chuyển những dự đoán đó thành một thí nghiệm có thể tự tay làm và quan sát kết quả.

Khởi động

Nếu hô hấp tế bào có thật, nó phải để lại dấu vết đo được: tiêu thụ khí ô-xi, thải ra khí các-bô-níc, và toả nhiệt. Em nghĩ có thể dùng những dụng cụ đơn giản nào trong lớp học để phát hiện cả ba dấu vết đó, mà không cần máy móc phức tạp?

Kiến thức trọng tâm

Hạt đang nảy mầm là mẫu vật lý tưởng để chứng minh hô hấp tế bào, vì tế bào trong hạt nảy mầm hô hấp rất mạnh để lấy năng lượng cho quá trình phát triển thành cây con, trong khi bản thân hạt không quang hợp được (chưa có lá xanh đầy đủ). Thí nghiệm kinh điển dùng một lượng hạt đậu hoặc hạt lúa đang nảy mầm, chia làm hai bình kín: bình thí nghiệm chứa hạt còn sống, và bình đối chứng chứa hạt cùng loại nhưng đã luộc chín (tế bào đã chết, không còn hô hấp).

Ba dấu hiệu được kiểm tra lần lượt. Thứ nhất, cắm nhiệt kế vào cả hai bình: sau vài giờ, nhiệt kế ở bình hạt sống chỉ số cao hơn hẳn bình đối chứng, vì hô hấp tế bào giải phóng một phần năng lượng dưới dạng nhiệt. Thứ hai, đưa một que diêm đang cháy vào miệng mỗi bình ngay khi vừa mở nắp: que diêm ở bình hạt sống tắt ngay, vì khí ô-xi trong bình đã bị hô hấp tế bào tiêu thụ gần hết, còn que diêm ở bình đối chứng vẫn cháy bình thường.

Thứ ba, rót một ít nước vôi trong vào mỗi bình rồi lắc nhẹ: nước vôi trong ở bình hạt sống hoá đục, vì khí các-bô-níc do hô hấp tế bào thải ra phản ứng với nước vôi tạo thành chất kết tủa trắng; nước vôi trong ở bình đối chứng vẫn trong, gần như không đổi. Vai trò của bình đối chứng là mấu chốt: nếu không có nó, ta không thể chắc chắn nhiệt độ tăng, que diêm tắt, hay nước vôi đục là do hạt sống hô hấp, hay do một nguyên nhân nào khác không liên quan tới sự sống của hạt — ví dụ độ ẩm hay vi khuẩn có sẵn trong bình.

Ba dấu hiệu — nhiệt độ tăng, que diêm tắt, nước vôi đục — chỉ xuất hiện ở bình hạt sống, không xuất hiện ở bình đối chứng.

Ví dụ

Đọc kết quả thí nghiệm và rút ra kết luận

1
Sau bốn giờ, bình hạt đậu nảy mầm còn sống có nhiệt độ cao hơn bình đối chứng, que diêm tắt ngay khi đưa vào, và nước vôi trong hoá đục. Rút ra kết luận về hạt đậu.
2
Nhiệt độ tăng cho thấy có năng lượng được giải phóng dưới dạng nhiệt; que diêm tắt cho thấy khí ô-xi trong bình đã giảm mạnh; nước vôi đục cho thấy có khí các-bô-níc được thải ra.
3
Cả ba dấu hiệu — toả nhiệt, tiêu thụ ô-xi, thải khí các-bô-níc — đúng là ba dấu hiệu đặc trưng của hô hấp tế bào đã học ở các bài trước.
4
Vì bình đối chứng chứa hạt đã chết không cho ba dấu hiệu này, nguyên nhân không thể đến từ môi trường bên ngoài bình, mà phải đến từ chính hạt còn sống.
5
Vậy hạt đậu nảy mầm đang hô hấp tế bào mạnh, tiêu thụ khí ô-xi và chất hữu cơ dự trữ trong hạt để giải phóng năng lượng, đúng như dự đoán.

Ví dụ

Đề xuất cách kiểm tra khí các-bô-níc khi thiếu nước vôi trong (dạng đề kiểm tra)

1
Phòng thí nghiệm của trường không có sẵn nước vôi trong. Đề xuất một cách khác để kiểm tra xem hạt nảy mầm trong bình kín có thải ra khí các-bô-níc hay không, chỉ dùng những vật liệu phổ biến trong lớp học.
2
Khí các-bô-níc có tính chất làm đục nước vôi trong, nhưng nếu không có nước vôi, cần tìm một dấu hiệu gián tiếp khác của khí các-bô-níc.
3
Có thể dùng một que diêm đang cháy đưa vào bình sau khi mở nắp: khí các-bô-níc không duy trì sự cháy, nên nếu khí các-bô-níc tích tụ nhiều trong bình, ngọn lửa sẽ tắt nhanh.
4
Cách này thực chất trùng với dấu hiệu "que diêm tắt" đã dùng để chỉ ra thiếu ô-xi — cần lưu ý đây là bằng chứng gián tiếp cho khí các-bô-níc tăng đi kèm ô-xi giảm, không tách bạch hoàn toàn hai khí như nước vôi trong.
5
Vậy khi thiếu nước vôi trong, có thể dùng que diêm đang cháy làm dấu hiệu gián tiếp, dù độ chính xác không bằng cách dùng nước vôi trong để nhận biết riêng khí các-bô-níc.

Sai lầm thường gặp

Một lỗi thường gặp khi làm thí nghiệm này là quên bình đối chứng, hoặc dùng hạt đối chứng chưa luộc chín kỹ (hạt vẫn còn sống một phần). Khi đó, kết quả ở hai bình sẽ không khác nhau rõ rệt, khiến học sinh kết luận sai rằng thí nghiệm "không chứng minh được gì". Luôn kiểm tra hạt đối chứng đã luộc đủ chín — hạt phải mềm nhũn, không còn khả năng nảy mầm — trước khi bắt đầu.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Ba dấu hiệu chứng minh hô hấp tế bào: toả nhiệt (nhiệt kế), tiêu thụ khí ô-xi (que diêm tắt), thải khí các-bô-níc (nước vôi trong hoá đục). Bình đối chứng dùng hạt đã luộc chín để loại trừ mọi nguyên nhân không phải do sự sống của hạt.

Bài cuối cùng dùng chính những hiểu biết này để giải thích vì sao con người lại bảo quản nông sản bằng cách phơi khô hay để trong tủ lạnh.