Kiến thức cần nhớ
I. Phương pháp nghiên cứu sinh học
1. Phương pháp quan sát
Bất cứ công trình nghiên cứu sinh học nào cũng bắt đầu từ các quan sát và được thực hiện qua các bước:
- Lựa chọn đối tượng và phạm vi quan sát.
- Lựa chọn công cụ quan sát.
- Ghi chép số liệu quan sát được.
2. Một số phương pháp làm việc trong phòng thí nghiệm
Phương pháp đảm bảo an toàn trong phòng thí nghiệm
Người nghiên cứu sinh học cần tuân thủ các quy định để giữ an toàn cho bản thân và cá thiết bị, tài sản của phòng thí nghiệm.
- Các lưu ý về cháy nổ, an toàn về hóa chất.
- Vận hành thiết bị: Nắm bắt tốt quy tắc vận hành máy móc trong phòng thí nghiệm.
- Trang bị cá nhân: Tùy theo từng yêu cầu của nghiên cứu mà cần có những trang thiết bị riêng biệt.
Một số kĩ thuật trong phòng thí nghiệm
- Phương pháp giải phẫu
- Phương pháp làm tiêu bản tế bào/nhiễm sắc thể (NST)
3. Phương pháp thực nghiệm khoa học
- Phương pháp nghiên cứu, phân loại sinh vật: định danh dựa trên hình thái, phân tích gene, hay phân lập (đối với vi khuẩn).
- Phương pháp tách chiết: tách chiết enzyme, gene, các chất có hoạt tính sinh học.
- Phương pháp nuôi cấy: dùng trong công nghệ sinh học.
II. Các thiết bị nghiên cứu và học tập môn sinh học
1. Kính hiển vi
- Kính hiển vi quang học
- Kính hiển vi điện tử
2. Máy ly tâm
3. Các thiết bị khác
III. Các kĩ năng trong tiến trình nghiên cứu khoa học
IV. Tin sinh học - Công cụ nghiên cứu và học tập môn sinh học
Tin sinh học là ngành khoa học sử dụng các phần mềm máy tính chuyên dụng, các thuật toán, mô hình để lưu trữ, phân loại, phân tích các bộ dữ liệu sinh học ở quy mô lớn nhằm sử dụng chúng một cách có hiệu quả trong nghiên cứu khoa học.
Bài tập tự luyện
Bài 1: Để nghiên cứu các đối tượng của sinh học cần có phuơng pháp và thiết bị phù hợp. Các thiết bị và phương pháp nào thường được dùng trong nghiên cứu và học tập Sinh học?
Phương pháp giải:
Trong chương trình Trung học cơ sở các em đã được tiếp cận với các môn khoa học tự nhiên và được làm thực hành nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Cùng nhớ lại và liệt kê các các thiết bị và phương pháp em đã từng được tiếp cận.
Trả lời:
1. Các thiết bị thường được dùng trong nghiên cứu và học tập sinh học là:
- Kính hiển vi: Dựa trên nguồn sáng được sử dụng, kính hiển vi được chia thành hai loại: kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử.
- Máy li tâm: Được sử dụng trong phân đoạn tế bào. Đây là kĩ thuật tách các loại bào quan dựa trên khối lượng của chúng.
- Các thiết bị khác: Các loại kính lúp, ống hút đơn giản hay pipet.
2. Các phương pháp thường được dùng trong nghiên cứu và học tập sinh học:
- Phương pháp quan sát: Lựa chọn đối tượng và phạm vi quan sát → Lựa chọn công cụ quan sát → Ghi chép số liệu.
- Phương pháp làm việc trong phòng thí nghiệm:
+ Phương pháp đảm bảo an toàn khi làm việc trong phòng thí nghiệm: Người nghiên cứu cần tuân thủ các quy định để giữ an toàn cho bản thân và các thiết bị, tài sản của phòng thí nghiệm.
+ Một số kĩ thuật phòng thí nghiệm: Phương pháp giải phẫu và phương pháp làm tiêu bản tế bào/nhiễm sắc thể (NST).
- Phương pháp thực nghiệm khoa học:
+ Phương pháp nghiên cứu, phân loại sinh vật: Định danh dựa trên hình thái của sinh vật, phân tích gene, phân lập (đối với vi khuẩn).
+ Phương pháp tách chiết: Tách enzyme, gene, các chất có hoạt tính sinh học.
+ Phương pháp nuôi cấy: Nuôi cấy vi khuẩn, nuôi cấy mô tế bào động vật, thực vật; nuôi cấy động vật, thực vật trong phòng thí nghiệm và ngoài thực địa;…
Bài 2: Trình bày phương pháp đảm bảo an toàn khi làm việc trong phòng thí nghiệm.
Phương pháp giải:
*Phương pháp đảm bảo an toàn trong phòng thí nghiệm
Người nghiên cứu sinh học cần tuân thủ các quy định để giữ an toàn cho bản thân và cá thiết bị, tài sản của phòng thí nghiệm.
- Các lưu ý về cháy nổ, an toàn về hóa chất.
- Vận hành thiết bị: Nắm bắt tốt quy tắc vận hành máy móc trong phòng thí nghiệm.
- Trang bị cá nhân: Tùy theo từng yêu cầu của nghiên cứu mà cần có những trang thiết bị riêng biệt.
Một số nội quy an toàn trong phòng thí nghiệm
Trả lời:
Người nghiên cứu cần tuân thủ các quy định để giữ an toàn cho bản thân và các thiết bị, tài sản của phòng thí nghiệm:
- Lưu ý về an toàn cháy nổ, an toàn về hóa chất:
+ Khi làm việc với những nơi có hóa chất độc hại, dễ bay hơi cần phải thực hiện ở nơi có tủ hút khí độc hoặc ở nơi thoáng khí.
+ Tuân thủ các quy tắc pha hóa chất để tránh xảy ra cháy nổ đặc biệt khi sử dụng acid hoặc những chất dễ nổ như cồn.
+ Kiểm tra vận hành của các thiết bị phòng chống cháy nổ, các máy hút mùi, chống độc, các thiết bị cấp cứu khi có sự cố.
- Vận hành thiết bị: Trước khi sử dụng thiết bị, cần phải nắm được quy tắc vận hành máy móc, thiết bị để thu được kết quả chính xác và không làm hư hại máy móc, thiết bị. Ghi lại nhật kí làm việc và tình trạng hoạt động máy móc.
- Trang bị cá nhân: Tùy từng yêu cầu của nghiên cứu mà mỗi người khi làm việc trong phòng thí nghiệm cần phải có các trang thiết bị riêng biệt. Thông thường, cần phải mặc áo choàng, găng tay, kính bảo hộ hoặc mặt nạ để tránh tiếp xúc với hóa chất độc hại, vi sinh vật gây bệnh trước khi bắt đầu thí nghiệm,…
Bài 3: Hãy kể tên một số thiết bị nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của trường em và cho biết những thiết bị này dùng để nghiên cứu lĩnh vực nào của sinh học.
Phương pháp giải:
Quan sát phòng thí nghiệm của trường em và liệt kê các thiết bị mà em quan sát được.
Trả lời:
Các thiết bị nghiên cứu mà em quan sát được:
- Kính hiển vi: lĩnh vực nghiên cứu công nghệ tế bào
- Tủ ấm: lĩnh vực nghiên cứu công nghệ sinh học vi sinh
- Máy nuôi lắc: lĩnh vực nghiên cứu công nghệ sinh học vi sinh
- Máy ly tâm: lĩnh vực nghiên cứu công nghệ tế bào
Bài 4: So sánh đặc điểm của kính hiển vi quang học và kính hiển vi điện tử.
Trả lời:
- Giống nhau: Đều giúp tăng độ phóng đại đối tượng được quan sát (giúp quan sát rõ những cấu tạo của đối tượng mà mắt thường không thể quan sát được).
- Khác nhau:
|
Kính hiển vi quang học |
Kính hiển vi điện tử |
|
- Nguồn chiếu sáng là ánh đèn thông thường (Hallogen, Led) hoặc ánh sáng mặt trời chiếu lên mẫu vật. - Việc chuẩn bị tiêu bản sẽ mất vài phút hoặc vài giờ. - Có thể sử dụng cả mẫu sống lẫn mẫu chết. - Vật kính, tụ quang, mắt kính đều được sản xuất từ thủy tinh. - Độ phóng đại của kính hiển vi quang học tối đa là 1500 lần và độ phân giải chỉ khoảng 200 nm. - Được sử dụng để quan sát kích thước hiển vi của đối tượng. |
- Nguồn chiếu sáng là chùm electron chiếu qua hoặc lên bề mặt mẫu vật. - Chuẩn bị mẫu luôn mất vài ngày. - Chỉ thấy được mẫu chết hoặc mẫu đã làm khô. - Ống kính là điện tử. - Độ phóng đại của kính hiển vi điện tử có thể lên tới 50 triệu lần và độ phân giải nhỏ hơn 1 Å. - Được sử dụng để quan sát kích thước siêu hiển vi của đối tượng. |
Bài 5: Quan sát hình 2.4, nêu trình tự các bước trong tiến trình nghiên cứu khoa học.
Trả lời:
Trình tự các bước trong tiến trình nghiên cứu khoa học:
- Bước 1: Quan sát, thu thập dữ liệu. Trong khi quan sát cần rèn luyện đức tính kiên trì, thận trọng. Sử dụng các công cụ nghiên cứu thích hợp giúp các nhà khoa học thu được số liệu chính xác và nhanh chóng.
- Bước 2: Đặt câu hỏi. Thu thập số liệu từ đó đặt ra câu hỏi và tìm cách lí giải.
- Bước 3: Hình thành giả thuyết. Một giả thuyết được gọi là khoa học khi nó được kiểm chứng bằng thực nghiệm, để kiểm chứng giả thuyết các nhà khoa học sử dụng các suy luận diễn giải.
- Bước 4: Thiết kế và tiến hành thí nghiệm kiểm chứng. Thí nghiệm kiểm chứng được thiết kế thành hai lô: Một lô được gọi là lô đối chứng, một lô được gọi là lô thí nghiệm.
- Bước 5: Phân tích kết quả nghiên cứu và xử lí dữ liệu. Dữ liệu từ quá trình quan sát thực địa hay thí nghiệm cần được xử lí thận trọng từ đó rút ra kết luận phù hợp.
- Bước 6: Rút ra kết luận. Có hai cách rút ra kết luận đó là bác bỏ giả thuyết hoặc chấp nhận. Nếu bác bỏ giả thuyết thì sẽ quay lại bước 3. Nếu chấp nhận giả thuyết thì kết quả nghiên cứu sẽ thường được thẩm định và công bố trên các tạp chí khoa học và các nhà khoa học khác có thể cùng kiểm chứng, thẩm định. Một giả thuyết được kiểm nghiệm trên nhiều đối tượng khác nhau bởi các nhà khoa học khác nhau và được giới khoa học thừa nhận thì sẽ trở thành học thuyết khoa học.
Bài 6: Để hình thành nên một giả thuyết khoa học và kiểm chứng một giả thuyết, chúng ta cần sử dụng cách tư duy khoa học nào? Giải thích.
Trả lời:
Để hình thành một giả thuyết và kiểm chứng một giả thuyết, các nhà khoa học thường sử dụng cách suy luận logic ngược lại với quy nạp, đi từ cái chung đến cái riêng, được gọi là diễn giải. Vì: Cách suy luận diễn giải giúp chúng ta suy diễn từ giả thuyết hay nguyên lí chung ra những điều tất yếu sẽ xảy ra nếu giả thuyết hay nguyên lí đó đúng.
Bài 7: Nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm trong một thí nghiệm có gì khác nhau? Cho ví dụ minh họa.
Trả lời:
Điểm khác nhau giữa nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm trong một thí nghiệm là: Yếu tố cần nghiên cứu.
VD:
*Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng lên cây trồng:
- Tiến hành thiết kế hai lô thí nghiệm, mỗi lô trồng cùng 1 loại cây, cùng độ tuổi sinh lí và số lượng cây như nhau, trong cùng điều kiện môi trường;
- Ở lô thí nghiệm tiến hành bổ sung nguyên tố khoáng nghiên cứu, lô đối chứng thì không bổ sung.
- Tiến hành quan sát hiện tượng thí nghiệm và lập bảng so sánh.
* Nghiên cứu khả năng chịu nồng độ cồn cao của nấm men.
- Tiến hành chuẩn bị 2 mẫu nấm men được cấy đầu trên đĩa thạch (hộp lồng nuôi cấy), cùng thời gian nuôi cấy, số lượng tế bào và trong cùng loại môi trường nuôi cấy.
- Ở đĩa thí nghiệm ta bổ xung thêm nồng độ cồn (5%; 10%; 15%) còn ở hộ đối chứng thì không.
- Quan sát hiện tượng thí nghiệm, lập bảng so sánh và đưa ra kết luận.
Bài 8: Chúng ta có thể sử dụng các công cụ tin học trong học tập môn Sinh học như thế nào?
Trả lời:
Để học tập môn Sinh học một cách có hiệu quả, chúng ta có thể ứng dụng các công cụ tin học đơn giản như:
- Sử dụng các công cụ tin học đơn giản trong việc tìm kiếm, khai thác thông tin trên internet.
- Sử dụng chương trình tin học hay tự lập trình phần mềm để mô tả các quá trình sinh học phức tạp như phần mềm mô tả quá trình tái bản DNA, phiên mã, dịch mã,…
- Sử dụng phầm mềm xây dựng sơ đồ tư duy để hệ thống kiến thức.
Bài 9: Nêu một số vai trò và thành tựu của tin sinh học.
Trả lời:
- Vai trò của tin sinh học: Sử dụng các phần mềm máy tính chuyên dụng, các thuật toán, mô hình để tập hợp, lưu trữ, phân tích các bộ dữ liệu sinh học ở quy mô lớn nhằm sử dụng chúng một cách hiệu quả trong nghiên cứu khoa học và trong cuộc sống.
- Thành tựu của tin sinh học:
+ Dùng phần mềm máy tính tìm kiếm các gene trong hệ gene và so sánh các hệ gene của các loài với nhau để tìm hiểu mối quan hệ tiến hóa giữa các loài sinh vật.
+ Áp dụng trí tuệ nhân tạo để xử lí thông tin của bệnh nhân giúp các bác sĩ đưa ra được biện pháp chữa bệnh hiệu quả nhất cho từng bệnh nhân.
Bài 10: Tin sinh học là gì?
Trả lời:
Tin sinh học là ngành khoa học sử dụng các phần mềm máy tính chuyên dụng, các thuật toán, mô hình để lưu trữ, phân loại, phân tích các bộ dữ liệu sinh học ở quy mô lắm nhằm sử dụng chúng một cánh có hiệu quả trong nghiên cứu khoa học.
Bài 11: Để quan sát được hình dạng kích thước của các tế bào thực vật, chúng ta cần dụng cụ gì? Cần phải dùng những kĩ thuật gì để có thể quan sát được nhiễm sắc thể (NST)?
Phương pháp giải:
Chúng ta không thể quan sát tế bào thực vật bằng mắt thường vì kích thước của tế bào thực vật thường rất nhỏ (khoảng 10 micromet). Nên ta cần sử dụng dụng cụ có khả năng phóng đại lớn để quan sát các tế bào này đó là: Kính hiển vi quang học hoặc kính hiển vi điện tử
Trả lời:
Để quan sát được hình dạng kích thước của các tế bào thực vật, chúng ta cần sử dụng kính hiển vi quang học.
Để quan sát được NST chúng ta cần nắm vững các kĩ thuật:
- Kĩ thuật làm tiêu bản quan sát.
- Kĩ thuật sử dụng, điều chỉnh kính hiển vi.
Bài 12: 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 một thí nghiệm đối chứng theo cách dùng móc nhỏ lấy nhân tế bào của trùng giày nhưng sau đó lại đặt 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?
Hướng dẫn giải:
Quan sát hình ảnh trùng giày, xác định cấu tạo của trùng giày để đưa ra câu trả lời.
Trả lời:
TH = Trường hợp
a) Nếu trong thí nghiệm đối chứng tế bào sau khi được đặt nhân trở lại vẫn chết thì kết luận:
- TH1: Tế bào đã chết ngay khi bị tách nhân.
- TH2: Tế bào sinh vật không nhận lại nhân sau khi tách
- TH3: Thao tác tách và ghép lại nhân chưa chính xác kiến sinh vật bị tổn thương và chết.
b) Nếu tế bào ở thí nghiệm đối chứng không bị chết thì kết luận rút ra là:
- TH1: Tế bào thí nghiệm chết -> Kết luận: Tế bào cần có nhân để tồn tại
- TH2: Tế bào thí nghiệm vẫn tồn tại -> Kết luận: Tế bào không cần có nhân để tồn tại.
