Giải Câu hỏi 2a trang 48 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Nhiệt độ trong bình chứa hạt thay đổi như thế nào tại thời điểm sau 1 giờ, 2 giờ và 3 giờ so với lúc mới cắm nhiệt kế? Giải thích.
Trong thí nghiệm, nhiệt độ trong bình chứa hạt sẽ có sự thay đổi tăng dần qua các thời điểm 1 giờ, 2 giờ, và 3 giờ so với lúc mới cắm nhiệt kế.
Hô hấp là quá trình mà các tế bào thực vật phân giải các chất hữu cơ, chủ yếu là glucose, để giải phóng năng lượng. Trong quá trình này, năng lượng được giải phóng một phần dưới dạng nhiệt. Khi hạt nảy mầm, tốc độ hô hấp rất cao do các tế bào cần nhiều năng lượng để phân chia và phát triển. Điều này dẫn đến việc sản sinh ra lượng nhiệt lớn trong môi trường kín của bình chứa.
Ban đầu, nhiệt độ trong bình gần bằng với nhiệt độ môi trường bên ngoài. Sau 1 giờ, nhiệt độ bắt đầu tăng lên do quá trình hô hấp của hạt diễn ra mạnh mẽ. Đến 2 giờ và 3 giờ, nhiệt độ tiếp tục tăng cao hơn nữa vì sự tích tụ nhiệt lượng từ hoạt động chuyển hóa trong hạt. Bình chứa là một không gian kín, do đó nhiệt lượng không thể thoát ra dễ dàng, dẫn đến hiện tượng nhiệt độ tăng liên tục.
Giải thích chi tiết dựa vào cơ sở sinh lý học, khi hạt nảy mầm, các enzyme liên quan đến hô hấp như amylase, maltase, và dehydrogenase hoạt động tích cực để chuyển đổi tinh bột dự trữ thành đường đơn. Đường này sau đó đi vào quá trình hô hấp tế bào và tạo ra năng lượng, kèm theo sự phát sinh nhiệt. Hạt khô hoặc không hoạt động sinh lý mạnh mẽ sẽ không sản sinh ra nhiệt lượng đáng kể, do đó không làm tăng nhiệt độ như hạt nảy mầm.
Kết quả này còn được giải thích bằng các yếu tố môi trường. Nếu nhiệt độ bên ngoài bình không thay đổi và môi trường bên trong bình được kiểm soát tốt, sự gia tăng nhiệt độ là bằng chứng rõ ràng cho thấy hoạt động hô hấp tích cực của hạt. Đây cũng là cơ sở để xác nhận hô hấp là một quá trình sinh lý tạo nhiệt ở thực vật.
Giải Câu hỏi 2b trang 48 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Màu sắc ở hai cốc nước vôi trong thay đổi như thế nào? Giải thích.
Trong thí nghiệm, sự thay đổi màu sắc của nước vôi trong ở hai cốc khác nhau có thể quan sát rõ rệt. Cốc chứa nước vôi trong tiếp xúc với không khí trong bình chứa hạt nảy mầm sẽ trở nên đục, trong khi cốc không tiếp xúc với không khí trong bình sẽ giữ nguyên trạng thái trong suốt.
Nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi màu sắc là do khí CO₂ được sinh ra trong quá trình hô hấp của hạt. Khi hạt nảy mầm, các tế bào thực vật sử dụng oxy để phân giải chất hữu cơ, đồng thời thải ra khí CO₂. Khí CO₂ này thoát ra khỏi hạt, lan tỏa trong không khí trong bình, sau đó được dẫn vào cốc nước vôi trong qua hệ thống dẫn khí. Trong nước vôi trong, CO₂ phản ứng với canxi hydroxit (Ca(OH)₂) để tạo thành kết tủa canxi cacbonat (CaCO₃), gây nên hiện tượng vẩn đục.
Phương trình hóa học của phản ứng này là: CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ ↓ + H₂O
Đối với cốc không tiếp xúc với không khí từ bình thí nghiệm, không có khí CO₂ đi vào nên không xảy ra phản ứng. Vì vậy, nước vôi trong vẫn giữ nguyên màu sắc ban đầu.
Hiện tượng trên khẳng định vai trò của hô hấp ở thực vật trong việc sản sinh khí CO₂, đồng thời minh họa mối liên hệ giữa quá trình này và chu trình khí carbon trong tự nhiên.
Giải Câu hỏi 2c trang 48 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Hiện tượng gì đã xảy ra đối với cây nến (hoặc que diêm) trong mỗi bình thí nghiệm? Giải thích.
Trong thí nghiệm, khi đưa cây nến hoặc que diêm cháy vào các bình chứa hạt, có thể quan sát hiện tượng sau:
Trong bình chứa hạt nảy mầm, ngọn lửa nhanh chóng tắt.
Trong bình không chứa hạt hoặc chứa hạt khô, ngọn lửa cháy lâu hơn hoặc có thể duy trì trong một thời gian nhất định.
Hiện tượng này xảy ra do sự thay đổi thành phần khí trong bình. Khi hạt nảy mầm, quá trình hô hấp tiêu thụ khí oxy và thải ra khí CO₂. Điều này dẫn đến sự giảm nồng độ oxy trong bình và tăng nồng độ CO₂, làm cho không gian trong bình không còn đủ oxy để duy trì sự cháy của ngọn lửa. Ngọn lửa cần oxy để duy trì quá trình oxy hóa cháy. Khi nồng độ oxy giảm xuống dưới mức cần thiết, ngọn lửa sẽ bị dập tắt.
Trong bình không chứa hạt hoặc chứa hạt khô, do không có hoạt động hô hấp hoặc hoạt động hô hấp rất yếu, nồng độ oxy vẫn ở mức cao hơn so với bình chứa hạt nảy mầm. Điều này giúp duy trì ngọn lửa cháy lâu hơn.
Hiện tượng này không chỉ minh họa quá trình tiêu thụ oxy và sản sinh CO₂ trong hô hấp của thực vật mà còn khẳng định vai trò thiết yếu của oxy đối với các phản ứng cháy và hoạt động sống của tế bào thực vật.
Giải Câu hỏi 2d trang 48 SGK Sinh học 11 Chân trời sáng tạo – CTST
Khi tiến hành thí nghiệm, tại sao phải dùng hạt đã nảy mầm mà không dùng hạt khô?
Hạt đã nảy mầm được sử dụng trong thí nghiệm vì chúng đang trong giai đoạn hoạt động sinh lý mạnh mẽ, đặc biệt là quá trình hô hấp. Khi hạt nảy mầm, các chất dự trữ bên trong hạt, như tinh bột và protein, được chuyển hóa để cung cấp năng lượng cho sự phát triển. Quá trình này đòi hỏi một lượng lớn oxy và tạo ra khí CO₂ cùng nhiệt lượng đáng kể. Vì vậy, các hiện tượng như gia tăng nhiệt độ, tạo khí CO₂, và tiêu thụ oxy có thể quan sát rõ ràng khi sử dụng hạt nảy mầm.
Ngược lại, hạt khô không trải qua quá trình hô hấp mạnh mẽ vì chúng đang ở trạng thái “ngủ đông” sinh lý. Các enzyme cần thiết cho quá trình chuyển hóa và hô hấp không hoạt động mạnh trong hạt khô. Do đó, hạt khô không tạo ra lượng CO₂ hoặc nhiệt độ đáng kể để quan sát trong thí nghiệm.
Sử dụng hạt nảy mầm còn giúp minh họa một cách sinh động các khía cạnh của hô hấp ở thực vật, chẳng hạn như sự giải phóng năng lượng, tạo khí CO₂, và tiêu thụ oxy. Thí nghiệm cũng cho thấy sự khác biệt giữa trạng thái sống động của hạt nảy mầm và trạng thái tiềm sinh của hạt khô.
Ngoài ra, hạt nảy mầm là đối tượng điển hình để nghiên cứu hoạt động hô hấp của thực vật, vì nó thể hiện rõ ràng nhất sự tương tác giữa các quá trình trao đổi chất và môi trường bên ngoài.
