Mở đầu trang 41 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Câu hỏi: Hiện nay, việc sử dụng khí \(CO_2\) để bảo quản nông sản là một biện pháp hiện đại và cho hiệu quả cao. Tại sao?
Giải:
Khí \(CO_2\) có vai trò quan trọng trong việc bảo quản nông sản vì nó làm giảm tốc độ hô hấp của các loại rau củ quả sau khi thu hoạch. Hô hấp là quá trình oxy hóa chất hữu cơ để cung cấp năng lượng, đồng thời làm mất dần khối lượng và chất lượng của nông sản. Khi tăng nồng độ \(CO_2\), áp lực của \(O_2\) trong không khí giảm, dẫn đến việc ức chế hoạt động của các enzym liên quan đến hô hấp, làm chậm sự oxy hóa chất hữu cơ. Ngoài ra, nồng độ \(CO_2\) cao còn có tác dụng ức chế sự phát triển của một số loại vi sinh vật gây hại, giúp bảo quản nông sản trong thời gian dài hơn mà vẫn giữ được độ tươi ngon. Đây là lý do vì sao phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong công nghệ bảo quản hiện đại.
Giải Câu hỏi 1 trang 41 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Câu hỏi: Hãy cho biết nguyên liệu và sản phẩm của quá trình hô hấp ở thực vật.
Giải:
Hô hấp ở thực vật là quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ để giải phóng năng lượng.
Nguyên liệu của hô hấp:
Glucose \((C_6H_{12}O_6)\): Là hợp chất hữu cơ chính được sử dụng trong hô hấp.
Oxy (\(O_2\)): Tham gia vào quá trình hô hấp hiếu khí, được lấy từ môi trường qua quá trình trao đổi khí.
Nước (\(H_2O\)) và các khoáng chất: Cần thiết để duy trì hoạt động của tế bào.
Sản phẩm của hô hấp:
Năng lượng (ATP): Là sản phẩm chính của hô hấp, được dùng cho mọi hoạt động sống của tế bào.
Khí carbon dioxide (\(CO_2\)): Được thải ra môi trường.
Nước (\(H_2O\)): Một phần được giữ lại trong tế bào, một phần thải ra ngoài.
Hô hấp không chỉ cung cấp năng lượng mà còn tạo ra các phân tử trung gian cần thiết cho các quá trình sinh hóa khác trong cơ thể thực vật.
Giải Câu hỏi 2 trang 41 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Câu hỏi: Hãy cho biết vai trò của hô hấp đối với quá trình hút nước và khoáng ở cây.
Giải:
Hô hấp ở thực vật có vai trò quan trọng trong quá trình hút nước và khoáng. Hô hấp cung cấp năng lượng dưới dạng ATP để cây duy trì hoạt động của các bơm ion tại màng tế bào rễ. Những bơm ion này vận chuyển các ion khoáng từ đất vào tế bào rễ theo cơ chế chủ động. Năng lượng từ hô hấp cũng giúp duy trì áp suất thẩm thấu bên trong tế bào rễ cao hơn bên ngoài, tạo điều kiện cho nước di chuyển vào theo cơ chế thẩm thấu. Như vậy, hô hấp không chỉ hỗ trợ việc hấp thu nước mà còn thúc đẩy cây hấp thụ các chất dinh dưỡng khoáng thiết yếu từ đất.
Giải Câu hỏi 3 trang 42 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Câu hỏi: Quan sát Hình 6.1, cho biết quá trình hô hấp ở thực vật có thể diễn ra theo các con đường nào.
Giải:
Hô hấp ở thực vật có thể diễn ra theo hai con đường chính:
Hô hấp hiếu khí:
Xảy ra khi có đủ oxy.
Bao gồm ba giai đoạn chính: Đường phân (glycolysis), chu trình Krebs, và chuỗi chuyền electron.
Sản phẩm: Năng lượng ATP, \(CO_2\), và \(H_2O\).
Hô hấp kỵ khí:
Xảy ra khi thiếu oxy, thường gặp ở các tế bào trong điều kiện ngập úng hoặc thiếu không khí.
Chỉ bao gồm giai đoạn đường phân, sau đó là lên men.
Sản phẩm: Ít năng lượng hơn (chỉ 2 ATP), cùng với các hợp chất như ethanol hoặc acid lactic.
Hai con đường này giúp thực vật duy trì hoạt động sống trong các điều kiện khác nhau của môi trường.
Luyện tập trang 42 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Câu hỏi: Tại sao thực vật có thể tồn tại được trong điều kiện thiếu \(O_2\) tạm thời?
Giải:
Trong điều kiện thiếu oxy tạm thời, thực vật chuyển từ hô hấp hiếu khí sang hô hấp kỵ khí (lên men). Mặc dù hô hấp kỵ khí tạo ra ít năng lượng hơn (chỉ 2 ATP từ mỗi phân tử glucose so với 36-38 ATP của hô hấp hiếu khí), nhưng nó vẫn đủ để duy trì các hoạt động sống cơ bản của tế bào trong thời gian ngắn. Đồng thời, nhiều loại thực vật còn có cơ chế tích trữ năng lượng và các hợp chất hữu cơ dự trữ như tinh bột hoặc dầu, giúp chúng vượt qua giai đoạn thiếu oxy. Tuy nhiên, nếu thiếu oxy kéo dài, cây sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng do năng lượng không đủ để duy trì các hoạt động sống.
Giải Câu hỏi 4 trang 43 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Câu hỏi: Khi điều kiện thời tiết khô hạn, quá trình hô hấp ở thực vật bị ảnh hưởng như thế nào? Giải thích.
Giải:
Trong điều kiện thời tiết khô hạn, quá trình hô hấp ở thực vật bị ảnh hưởng theo nhiều cách:
Giảm hiệu suất hô hấp: Thiếu nước dẫn đến việc giảm quá trình vận chuyển các chất dinh dưỡng và chất hữu cơ cần thiết cho hô hấp.
Tăng hô hấp kỵ khí: Do khô hạn, các tế bào rễ thiếu oxy, buộc chúng phải chuyển sang hô hấp kỵ khí.
Ức chế enzym: Nhiều enzym tham gia vào hô hấp hoạt động kém hiệu quả hơn trong điều kiện khô hạn, làm giảm tốc độ sản xuất năng lượng ATP.
Thay đổi chất lượng sản phẩm hô hấp: Hô hấp kỵ khí tạo ra các sản phẩm phụ như ethanol hoặc acid lactic, có thể gây độc cho tế bào.
Khô hạn kéo dài sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của cây, làm suy giảm sự phát triển và khả năng sinh sản.
Giải Câu hỏi 5 trang 43 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Câu hỏi: Quan sát Hình 6.2, hãy cho biết nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến hô hấp ở thực vật.
Giải:
Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ hô hấp ở thực vật, vì nó tác động trực tiếp đến hoạt động của các enzym tham gia vào quá trình này. Tác động của nhiệt độ đến hô hấp có thể được phân tích qua các giai đoạn như sau:
Ở nhiệt độ thấp:
Khi nhiệt độ thấp hơn mức tối ưu, tốc độ hô hấp giảm đáng kể. Nguyên nhân là do các enzym hoạt động chậm hơn, làm giảm hiệu quả các phản ứng sinh hóa.
Trong một số trường hợp, nhiệt độ quá thấp có thể làm đông đặc màng tế bào, cản trở trao đổi chất và hô hấp.
Ở nhiệt độ tối ưu:
Tốc độ hô hấp cao nhất khi nhiệt độ nằm trong khoảng tối ưu cho hoạt động enzym (thường là 25-35°C ở thực vật nhiệt đới và 15-25°C ở thực vật ôn đới).
Trong điều kiện này, các enzym làm việc hiệu quả, tạo ra nhiều năng lượng ATP hơn để hỗ trợ các hoạt động sống.
Ở nhiệt độ cao:
Khi nhiệt độ vượt quá mức tối ưu, tốc độ hô hấp bắt đầu giảm do enzym bị biến tính.
Nhiệt độ cao cũng làm tăng sự bốc hơi nước, khiến cây bị mất nước, ảnh hưởng đến quá trình hô hấp.
Nếu nhiệt độ cực cao, hô hấp có thể ngừng hoàn toàn, dẫn đến cái chết của tế bào.
Như vậy, nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến sự sống của thực vật thông qua tác động lên quá trình hô hấp. Cây phải thích nghi với các điều kiện nhiệt độ khác nhau để duy trì hoạt động sống.
Giải Câu hỏi 6 trang 43 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Câu hỏi: Tại sao nhiều loài thực vật (cải ngọt, hoa hồng,...) chỉ có thể sống trong điều kiện môi trường đất thoáng khí và thoát nước tốt?
Giải:
Các loài thực vật như cải ngọt và hoa hồng cần môi trường đất thoáng khí và thoát nước tốt vì:
Đảm bảo oxy cho hô hấp:
Rễ cây cần oxy để thực hiện hô hấp hiếu khí, tạo năng lượng (ATP) cho các hoạt động sống như hút nước và chất khoáng. Nếu đất không thoáng khí, rễ sẽ thiếu oxy, buộc phải hô hấp kỵ khí, tạo ra ít năng lượng hơn và sản sinh các sản phẩm phụ độc hại như ethanol, gây tổn thương tế bào rễ.
Tránh ngập úng:
Đất thoát nước tốt giúp tránh tình trạng ngập úng, vì ngập úng làm giảm khả năng trao đổi khí và cản trở sự phát triển của rễ.
Ngăn chặn vi sinh vật gây hại:
Đất ngập nước là môi trường thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật kỵ khí gây hại, dẫn đến hiện tượng thối rễ và chết cây.
Tạo điều kiện hút nước và chất dinh dưỡng:
Đất thoáng khí giúp duy trì cấu trúc đất ổn định, đảm bảo rễ cây dễ dàng hấp thu nước và khoáng chất.
Vì vậy, môi trường đất thoáng khí và thoát nước tốt là điều kiện thiết yếu cho sự sống và phát triển của những loài thực vật này.
Luyện tập trang 43 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Câu hỏi: Tại sao khi nồng độ \(CO_2\) trong không khí tăng lên khoảng 35% so với mức bình thường thì hầu hết các loại hạt giống sẽ bị mất khả năng nảy mầm?
Giải:
Hạt giống cần một lượng oxy ổn định để thực hiện hô hấp hiếu khí trong quá trình nảy mầm. Khi nồng độ \(CO_2\) trong không khí tăng lên khoảng 35% so với mức bình thường, sự cân bằng giữa \(O_2\) và \(CO_2\) bị phá vỡ, dẫn đến các hậu quả sau:
Giảm oxy cần thiết cho hô hấp:
Nồng độ \(CO_2\) cao làm giảm áp lực phân tử của \(O_2\), gây thiếu hụt oxy trong môi trường. Điều này buộc hạt phải thực hiện hô hấp kỵ khí, tạo ra ít năng lượng hơn để duy trì các quá trình sinh lý cần thiết cho nảy mầm.
Tích lũy các sản phẩm phụ độc hại:
Hô hấp kỵ khí sinh ra các sản phẩm phụ như ethanol, acid lactic, có thể gây tổn thương tế bào mầm.
Ức chế các enzym liên quan đến nảy mầm:
Nồng độ \(CO_2\) cao làm thay đổi pH nội môi, ảnh hưởng đến hoạt động của các enzym xúc tác quá trình phân hủy chất dự trữ trong hạt, dẫn đến việc thiếu hụt năng lượng và chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển.
Do đó, khi \(CO_2\) tăng cao, phần lớn các loại hạt giống sẽ mất khả năng nảy mầm, dẫn đến sự suy giảm chất lượng sinh trưởng.
Giải Câu hỏi 7 trang 44 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Câu hỏi: Hãy cho biết cơ sở khoa học của biện pháp tăng hiệu quả hô hấp ở cây trồng.
Giải:
Để tăng hiệu quả hô hấp ở cây trồng, cần dựa vào các cơ sở khoa học sau:
Cung cấp đủ oxy:
Cày xới đất và đảm bảo hệ thống thoát nước tốt giúp cung cấp đủ oxy cho rễ cây, thúc đẩy hô hấp hiếu khí hiệu quả hơn.
Điều chỉnh nhiệt độ:
Duy trì nhiệt độ phù hợp với cây trồng, tránh để nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp, giúp các enzym hô hấp hoạt động tối ưu.
Cung cấp đủ nước:
Nước là yếu tố cần thiết để vận chuyển chất dinh dưỡng và duy trì áp suất thẩm thấu. Cung cấp đủ nước sẽ đảm bảo hô hấp diễn ra hiệu quả.
Bón phân hợp lý:
Bổ sung các khoáng chất như nitơ, phốt pho, và kali giúp tăng cường các quá trình sinh hóa trong tế bào, bao gồm cả hô hấp.
Ánh sáng và CO2 hợp lý:
Điều chỉnh ánh sáng và nồng độ \(CO_2\) trong môi trường sao cho phù hợp giúp cân bằng giữa quang hợp và hô hấp, tối ưu hóa năng lượng cho cây trồng.
Biện pháp này không chỉ tăng năng suất mà còn cải thiện sức khỏe và chất lượng cây trồng.
Giải Câu hỏi 8 trang 44 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Bảo quản hạt và nông sản là một trong những khâu quan trọng trong nông nghiệp nhằm giữ cho các sản phẩm này không bị hư hỏng, giảm chất lượng hoặc bị mất đi giá trị dinh dưỡng. Để làm được điều này, người ta sử dụng nhiều biện pháp khác nhau dựa trên cơ sở khoa học về sinh học, hóa học, và vật lý. Các biện pháp bảo quản này được áp dụng tùy thuộc vào đặc tính của sản phẩm, điều kiện môi trường và yêu cầu của từng loại hạt hoặc nông sản. Việc nắm rõ cơ sở khoa học của các biện pháp này giúp tối ưu hóa hiệu quả bảo quản, giảm thiểu tổn thất và tăng giá trị sử dụng của sản phẩm.
1. Bảo quản ở điều kiện khô ráo
Cơ sở khoa học: Nấm mốc, vi khuẩn và nhiều loài sinh vật khác cần độ ẩm cao để phát triển. Khi độ ẩm trong môi trường thấp, các quá trình phân hủy sinh học cũng bị hạn chế. Độ ẩm thấp làm giảm sự phát triển của nấm mốc và vi sinh vật, từ đó giúp bảo vệ sản phẩm lâu dài. Ngoài ra, giảm độ ẩm còn ngăn cản sự nảy mầm của hạt, giúp duy trì trạng thái ngủ của chúng.
Đối tượng bảo quản: Hạt giống (lúa, ngô, đậu), các loại ngũ cốc, gạo, lúa mì.
2. Bảo quản trong môi trường lạnh
Cơ sở khoa học: Ở nhiệt độ thấp, tốc độ hoạt động của vi sinh vật gây hại như vi khuẩn, nấm mốc và các enzym nội sinh của sản phẩm bị giảm đáng kể. Nhiệt độ lạnh cũng làm chậm quá trình chín và lão hóa của nông sản. Điều này giúp kéo dài thời gian bảo quản và giữ được chất lượng của sản phẩm.
Đối tượng bảo quản: Rau củ quả tươi (cà rốt, bắp cải, ớt), trái cây (táo, lê, nho), các loại thịt cá.
3. Bảo quản bằng hóa chất bảo quản
Cơ sở khoa học: Một số hóa chất có khả năng ức chế sự phát triển của vi sinh vật hoặc làm chậm quá trình chín, phân hủy của nông sản. Hóa chất bảo quản có thể tiêu diệt hoặc ngăn chặn sự phát triển của nấm, vi khuẩn, hoặc các loại côn trùng gây hại. Tuy nhiên, việc sử dụng hóa chất phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định để không gây ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng.
Đối tượng bảo quản: Trái cây (cam, quýt, xoài), hạt giống (lúa, ngô), rau quả chế biến.
4. Bảo quản bằng cách chiếu xạ
Cơ sở khoa học: Chiếu xạ sử dụng các tia bức xạ ion hóa như tia gamma hoặc tia X để tiêu diệt vi sinh vật, ức chế sự phát triển của côn trùng và làm chậm quá trình chín hoặc nảy mầm. Phương pháp này không làm ảnh hưởng nhiều đến giá trị dinh dưỡng và chất lượng của sản phẩm nếu được thực hiện đúng quy trình.
Đối tượng bảo quản: Trái cây (dưa hấu, nhãn, vải), khoai tây, hành tỏi.
5. Bảo quản trong điều kiện chân không hoặc khí quyển kiểm soát
Cơ sở khoa học: Trong điều kiện chân không hoặc môi trường khí quyển kiểm soát, hàm lượng oxy bị giảm hoặc thay thế bằng các loại khí khác như carbon dioxide hoặc nitơ. Điều này ngăn chặn sự hô hấp và phát triển của vi sinh vật gây hại, đồng thời làm chậm quá trình phân hủy và oxi hóa sản phẩm.
Đối tượng bảo quản: Cà phê, hạt điều, trái cây tươi xuất khẩu (chuối, táo).
6. Bảo quản bằng cách đông lạnh
Cơ sở khoa học: Đông lạnh làm giảm nhiệt độ của sản phẩm xuống dưới mức đóng băng, ngăn cản hoàn toàn sự hoạt động của vi sinh vật và các phản ứng hóa học gây hư hỏng. Phương pháp này giúp giữ nguyên cấu trúc, hương vị và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm trong thời gian dài.
Đối tượng bảo quản: Thịt, cá, hải sản, rau quả chế biến sẵn.
7. Bảo quản bằng cách sấy khô
Cơ sở khoa học: Sấy khô làm giảm độ ẩm trong sản phẩm đến mức vi sinh vật không thể sinh sôi hoặc hoạt động. Đồng thời, quá trình sấy khô cũng giúp làm giảm khối lượng và dễ dàng vận chuyển. Tuy nhiên, cần kiểm soát nhiệt độ sấy để tránh làm mất chất dinh dưỡng hoặc làm thay đổi cấu trúc sản phẩm.
Đối tượng bảo quản: Hạt giống (lúa, đậu), hoa quả khô (chuối, xoài), dược liệu.
8. Bảo quản trong hầm lạnh hoặc nhà kho thông thoáng
Cơ sở khoa học: Các hầm lạnh hoặc kho thông thoáng cung cấp môi trường bảo quản có nhiệt độ và độ ẩm ổn định, tránh được sự xâm nhập của côn trùng và nấm mốc. Không khí lưu thông tốt giúp giảm tích tụ hơi ẩm, từ đó hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây hại.
Cơ sở khoa học: Lên men sử dụng vi sinh vật có lợi để biến đổi thành phần của sản phẩm, tạo ra môi trường axit hoặc giàu các hợp chất kháng khuẩn. Điều này không chỉ giúp bảo quản sản phẩm mà còn làm tăng giá trị dinh dưỡng và hương vị.
Đối tượng bảo quản: Rau củ muối (dưa, cà), sữa chua, nước tương.
10. Bảo quản bằng phương pháp ngâm muối hoặc đường
Cơ sở khoa học: Muối và đường có khả năng hút nước, tạo môi trường áp suất thẩm thấu cao, khiến vi sinh vật không thể tồn tại. Đồng thời, chúng cũng làm thay đổi cấu trúc và vị của sản phẩm, giúp tăng thời gian bảo quản.
Đối tượng bảo quản: Trái cây ngâm đường (mơ, đào), cá muối, thịt xông khói.
Tóm lại, mỗi biện pháp bảo quản đều có cơ sở khoa học riêng dựa trên nguyên lý sinh học, hóa học và vật lý. Sự lựa chọn biện pháp phù hợp không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất mà còn đảm bảo chất lượng và giá trị của nông sản trong suốt quá trình lưu trữ và vận chuyển.
Vận dụng trang 44 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Câu hỏi: Tại sao biện pháp bảo quản lạnh vừa hạn chế giảm hàm lượng chất hữu cơ, vừa có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật gây hại cho nông sản?
Giải:
Bảo quản lạnh là một phương pháp hiệu quả trong việc giữ gìn chất lượng nông sản, vì:
Hạn chế giảm hàm lượng chất hữu cơ:
Nhiệt độ thấp làm chậm quá trình hô hấp của nông sản, giảm sự oxy hóa các chất hữu cơ như đường và tinh bột. Điều này giúp bảo quản chất lượng dinh dưỡng trong thời gian dài hơn.
Ngăn chặn vi sinh vật gây hại:
Nhiệt độ thấp ức chế sự phát triển và sinh sôi của vi sinh vật gây hại, đặc biệt là các loài vi khuẩn và nấm mốc. Nhiều vi sinh vật không thể tồn tại hoặc hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp, từ đó bảo vệ nông sản khỏi sự hư hỏng.
Biện pháp này không chỉ kéo dài thời gian bảo quản mà còn đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.
Giải Câu hỏi 9 trang 45 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Câu hỏi: Quan sát Hình 6.3, hãy phân tích mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp ở thực vật.
Giải:
Quang hợp và hô hấp là hai quá trình sinh lý quan trọng, có mối quan hệ mật thiết với nhau:
Quang hợp cung cấp nguyên liệu cho hô hấp:
Trong quang hợp, thực vật tổng hợp chất hữu cơ (glucose) từ \(CO_2\) và \(H_2O\) dưới tác động của ánh sáng. Glucose này là nguyên liệu chính cho quá trình hô hấp, cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của cây.
Hô hấp cung cấp năng lượng cho quang hợp:
Hô hấp tạo ra ATP, được sử dụng để vận chuyển các chất và duy trì sự hoạt động của các tế bào quang hợp.
Tái sử dụng sản phẩm của nhau:
Sản phẩm của quang hợp (\(O_2\)) là nguyên liệu cho hô hấp, và sản phẩm của hô hấp (\(CO_2\)) lại được tái sử dụng trong quang hợp.
Mối quan hệ này đảm bảo sự cân bằng năng lượng và duy trì sự sống của thực vật trong môi trường tự nhiên.
