Bài 2: Phương pháp nghiên cứu và học tập môn Sinh học
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 14 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Để đảm bảo an toàn khi làm việc trong phòng thí nghiệm, học sinh và các nhà nghiên cứu cần tuân thủ một số quy định và phương pháp cơ bản nhằm bảo vệ sức khỏe và tính mạng, đồng thời bảo vệ các thiết bị, vật tư trong phòng thí nghiệm. Các bước đảm bảo an toàn trong phòng thí nghiệm bao gồm:
Mang trang phục bảo hộ: Đảm bảo mang áo lab coat, găng tay và kính bảo vệ mắt để tránh tiếp xúc với hóa chất, vi khuẩn hoặc các tác nhân có hại khác.
Sử dụng thiết bị đúng cách: Trước khi sử dụng các thiết bị trong phòng thí nghiệm, cần nắm rõ cách sử dụng và các bước vận hành an toàn.
Kiểm tra các hóa chất và vật liệu: Trước khi sử dụng, cần kiểm tra kỹ các hóa chất và vật liệu thí nghiệm, đảm bảo rằng chúng không quá hạn sử dụng và được bảo quản đúng cách.
Vệ sinh sau thí nghiệm: Sau khi thí nghiệm kết thúc, cần vệ sinh sạch sẽ dụng cụ và khu vực làm việc, đặc biệt là các dụng cụ tiếp xúc với hóa chất hoặc các sinh vật.
Xử lý sự cố: Trong trường hợp xảy ra sự cố như rơi vỡ thiết bị, rò rỉ hóa chất, cần có biện pháp xử lý ngay lập tức, bao gồm báo cáo với giảng viên hoặc nhân viên phòng thí nghiệm để có hướng xử lý kịp thời.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 14 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Các thiết bị nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của trường học thường phục vụ cho việc quan sát và phân tích các hiện tượng sinh học. Một số thiết bị cơ bản có thể kể đến bao gồm:
Kính hiển vi quang học: Dùng để quan sát tế bào, vi sinh vật, cấu trúc chi tiết của các mẫu sinh học nhỏ.
Ống nghiệm và đĩa petri: Được sử dụng trong các thí nghiệm sinh học, đặc biệt là trong các thí nghiệm nuôi cấy vi sinh vật, động vật hoặc thực vật.
Cân phân tích: Dùng để đo khối lượng chính xác của các mẫu sinh học hoặc hóa chất.
Bếp điện hoặc bếp gas: Được sử dụng để đun nóng các mẫu sinh học, pha chế dung dịch, hoặc tạo nhiệt độ cho các thí nghiệm.
Pipet: Dùng để lấy chính xác thể tích dung dịch trong các thí nghiệm sinh học.
Các thiết bị này chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực sinh học như sinh lý học, di truyền học, sinh học tế bào, vi sinh học và sinh học phân tử. Chúng giúp cho việc nghiên cứu các hiện tượng sinh học trở nên dễ dàng và chính xác hơn.
Dừng lại và suy ngẫm 3 trang 14 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử đều là những thiết bị quan trọng trong việc nghiên cứu các hiện tượng sinh học. Tuy nhiên, chúng có những đặc điểm khác biệt quan trọng:
Kính hiển vi quang học: Đây là một công cụ phổ biến trong các phòng thí nghiệm, có khả năng phóng đại mẫu vật từ 100 đến 1.000 lần. Kính hiển vi quang học sử dụng ánh sáng để chiếu qua mẫu vật và giúp người quan sát thấy các cấu trúc tế bào và các thành phần nhỏ trong tế bào. Mặc dù có khả năng phóng đại hạn chế, nhưng nó có ưu điểm là dễ sử dụng, chi phí thấp và không yêu cầu môi trường chuyên biệt.
Kính hiển vi điện tử: Khác với kính hiển vi quang học, kính hiển vi điện tử sử dụng chùm tia điện tử để chiếu qua mẫu vật, có khả năng phóng đại lên đến hàng triệu lần, cho phép quan sát các cấu trúc tế bào siêu nhỏ, vi khuẩn, virus và các bộ phận nhỏ hơn của tế bào. Kính hiển vi điện tử có độ phân giải rất cao, nhưng chi phí vận hành và sử dụng rất lớn, yêu cầu môi trường chuyên dụng và các điều kiện cụ thể để sử dụng.
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 16 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Quy trình nghiên cứu khoa học là một chuỗi các bước được thực hiện để giải quyết vấn đề nghiên cứu. Các bước trong quy trình nghiên cứu khoa học bao gồm:
Quan sát: Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu dựa trên quan sát thực tế.
Xây dựng giả thuyết: Dựa trên các quan sát ban đầu, xây dựng một giả thuyết để giải thích hiện tượng.
Tiến hành thí nghiệm: Thực hiện các thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết và thu thập dữ liệu.
Phân tích kết quả: Xử lý các dữ liệu thu thập được để kiểm tra giả thuyết.
Rút ra kết luận: Dựa vào phân tích kết quả, đưa ra kết luận về giả thuyết và vấn đề nghiên cứu.
Công bố kết quả: Trình bày kết quả nghiên cứu và chia sẻ với cộng đồng khoa học.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 16 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Để hình thành một giải thuyết khoa học và kiểm chứng một giả thuyết, chúng ta cần sử dụng tư duy khoa học. Tư duy khoa học là quá trình phân tích, đánh giá và đưa ra giả thuyết dựa trên các dữ liệu thực tế. Nó yêu cầu người nghiên cứu phải có khả năng quan sát khách quan, phân tích sâu sắc, và suy luận hợp lý để kiểm chứng hoặc bác bỏ các giả thuyết.
Dừng lại và suy ngẫm 3 trang 16 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Trong một thí nghiệm, nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm có sự khác biệt quan trọng:
Nhóm đối chứng: Là nhóm không thay đổi điều kiện thí nghiệm, được sử dụng để so sánh với nhóm thực nghiệm. Nhóm này giúp xác định xem sự thay đổi trong nhóm thực nghiệm có phải do yếu tố được kiểm tra hay không.
Nhóm thực nghiệm: Là nhóm được thay đổi một yếu tố nào đó trong thí nghiệm để kiểm tra tác động của yếu tố đó đến kết quả.
Ví dụ: Nếu nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đối với sự sinh trưởng của cây, nhóm thực nghiệm sẽ được chiếu sáng theo các mức độ khác nhau, còn nhóm đối chứng sẽ không có sự thay đổi về ánh sáng để so sánh kết quả.
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 17 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Tin sinh học là việc ứng dụng công nghệ thông tin và các phương pháp toán học để xử lý, phân tích, và mô hình hóa dữ liệu sinh học. Nó giúp khai thác dữ liệu sinh học từ các nghiên cứu thực nghiệm, như dữ liệu di truyền, protein, và hệ thống sinh học, để rút ra những kết luận có giá trị trong nghiên cứu y học, nông nghiệp và bảo vệ môi trường.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 17 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Chúng ta có thể sử dụng các công cụ thông tin trong học tập sinh học như phần mềm mô phỏng sinh học, cơ sở dữ liệu sinh học, tài liệu nghiên cứu, và các công cụ học trực tuyến để tiếp cận thông tin về các nghiên cứu, phương pháp sinh học và các hiện tượng sinh học phức tạp.
Luyện tập và vận dụng 1 trang 17 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Tin sinh học là một lĩnh vực kết hợp giữa sinh học và công nghệ thông tin, giúp xử lý và phân tích dữ liệu sinh học lớn và phức tạp. Đây là một công cụ quan trọng trong nghiên cứu sinh học hiện đại.
Luyện tập và vận dụng 2 trang 17 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Để quan sát hình dạng và kích thước của các tế bào thực vật, chúng ta cần sử dụng kính hiển vi. Kính hiển vi có thể phóng đại các mẫu vật, giúp quan sát được cấu trúc tế bào và các thành phần trong tế bào, như vách tế bào, nhân, và các bào quan.
Để quan sát được nhiễm sắc thể (NST) trong tế bào thực vật, cần thực hiện các kỹ thuật sau:
Chuẩn bị mẫu tế bào:
Chọn mẫu: Lấy mẫu từ các bộ phận thực vật có tế bào đang phân chia (thường là tế bào trong giai đoạn phân bào).
Loại bỏ các lớp ngoài: Đối với các mô thực vật như rễ non hoặc mầm, bạn có thể cần cắt bỏ vỏ để dễ dàng quan sát tế bào.
Kỹ thuật nhuộm tế bào:
Nhuộm tế bào: Các tế bào thường được nhuộm bằng các chất nhuộm đặc biệt như DAPI (Nucleic Acid Dye), Feulgen, hoặc Aceto-orcein để giúp làm nổi bật nhiễm sắc thể. Các chất nhuộm này bám vào DNA, khiến nhiễm sắc thể dễ dàng quan sát hơn dưới kính hiển vi.
Sử dụng kính hiển vi:
Kính hiển vi quang học: Sau khi nhuộm, mẫu được quan sát dưới kính hiển vi quang học với độ phóng đại cao (thường từ 400x đến 1000x) để thấy rõ cấu trúc của nhiễm sắc thể.
Kính hiển vi điện tử (nếu cần độ phóng đại cực kỳ cao): Để quan sát chi tiết hơn cấu trúc của nhiễm sắc thể hoặc các thành phần trong nhân tế bào, kính hiển vi điện tử có thể được sử dụng.
Phân tích hình ảnh:
Quan sát và ghi nhận sự phân bố, hình dạng, số lượng nhiễm sắc thể trong các giai đoạn phân bào như kỳ đầu, kỳ giữa, kỳ sau, và kỳ cuối của quá trình phân chia tế bào.
Các kỹ thuật bổ sung:
Kỹ thuật phân tách nhiễm sắc thể: Đôi khi, các nhà khoa học sử dụng phương pháp phân tách nhiễm sắc thể từ tế bào thực vật để nghiên cứu cấu trúc và chức năng của chúng, bao gồm kỹ thuật ly giải tế bào và kỹ thuật chuẩn bị mẫu đặc biệt như làm tiêu bản lạnh.
Những phương pháp này giúp quan sát được các nhiễm sắc thể trong tế bào thực vật một cách chi tiết và chính xác.
Luyện tập và vận dụng 3 trang 17 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Giải bài tập Sinh học 10 Kết nối tri thức Bài 2 Phương pháp nghiên cứu và học tập môn Sinh học
Câu hỏi: Để kiểm chứng nhân tế bào có vai trò quyết định sự sống của tế bào, một nhà khoa học đã dùng móc nhỏ để loại bỏ nhân tế bào của trùng giày (một sinh vật nhân thực đơn bào). Kết quả tế bào mất nhân bị chết. Nhà khoa học này cũng làm 1 thí nghiệm đối chứng theo cách dùng lấy nhân tế bào của trùng giày và đặt lại vào vị trí cũ. Hãy cho biết:
a) Nếu trong thí nghiệm đối chứng tế bào sau khi được đặt nhân trở lại vẫn chết thì kết luận rút ra là gì?
b) Nếu tế bào ở thí nghiệm đối chứng không bị chết thì kết luận rút ra là gì?
Giải đáp:
Trong thí nghiệm này, nhà khoa học đang kiểm tra vai trò của nhân tế bào trong việc duy trì sự sống của tế bào. Kết quả thí nghiệm đối chứng sẽ giúp xác định liệu nhân tế bào có thực sự quyết định sự sống của tế bào hay không.
a) Nếu trong thí nghiệm đối chứng tế bào sau khi được đặt nhân trở lại vẫn chết thì kết luận rút ra là gì?
Nếu tế bào sau khi được đặt lại nhân mà vẫn chết, điều này có thể chỉ ra rằng một yếu tố khác ngoài nhân tế bào (như các thành phần khác trong tế bào hoặc môi trường sống) cũng có thể quyết định sự sống của tế bào. Kết luận từ kết quả này là nhân tế bào không phải là yếu tố duy nhất quyết định sự sống của tế bào. Cần phải có các yếu tố khác, có thể là các cấu trúc hoặc yếu tố ngoài nhân, tham gia vào quá trình duy trì sự sống của tế bào.
Một khả năng khác là nhân tế bào không được đưa về đúng vị trí hoặc không phục hồi đầy đủ chức năng sau khi được đưa lại vào tế bào, dẫn đến tế bào vẫn không thể duy trì sự sống. Điều này cho thấy rằng sự sống của tế bào có thể còn phụ thuộc vào các yếu tố khác ngoài nhân tế bào.
b) Nếu tế bào ở thí nghiệm đối chứng không bị chết thì kết luận rút ra là gì?
Nếu tế bào sau khi được đặt lại nhân không bị chết, điều này chứng minh rằng nhân tế bào đóng vai trò quyết định sự sống của tế bào. Nhân tế bào chứa thông tin di truyền, điều khiển các quá trình sinh lý trong tế bào, và quyết định các hoạt động sống như phân chia tế bào, trao đổi chất và sinh tổng hợp protein. Sự sống của tế bào được duy trì khi nhân tế bào còn nguyên vẹn và có thể thực hiện các chức năng di truyền và sinh lý bình thường.
Kết quả này sẽ củng cố giả thuyết rằng nhân tế bào là yếu tố quan trọng nhất trong việc điều khiển và duy trì sự sống của tế bào.
Tóm lại:
Nếu tế bào trong thí nghiệm đối chứng vẫn chết sau khi đặt nhân trở lại, kết luận là nhân tế bào không phải yếu tố duy nhất quyết định sự sống.
Nếu tế bào trong thí nghiệm đối chứng không chết, kết luận là nhân tế bào quyết định sự sống của tế bào.
