I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Trao đổi khí ở sinh vật

Trao đổi khí là quá trình sinh vật lấy khí $O_2$ hoặc $CO_2$ từ môi trường bên ngoài vào cơ thể, đồng thời thải ra môi trường khí $CO_2$ hoặc $O_2$.

Sự trao đổi khí giữa cơ thể sinh vật với môi trường diễn ra theo cơ chế khuếch tán: các phân tử khí di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp.

Quá trình trao đổi khí xảy ra ở cả thực vật và động vật, diễn ra suốt cả ngày đêm (không chỉ riêng ban ngày hay ban đêm):

• Ở động vật: trao đổi khí được thực hiện thông qua quá trình hô hấp.
• Ở thực vật: trao đổi khí được thực hiện ở cả hai quá trình quang hợp và hô hấp.

Bảng tổng hợp sự trao đổi khí ở sinh vật:

Mối liên hệ giữa trao đổi khí và hô hấp tế bào: Trao đổi khí cung cấp $O_2$ cho quá trình hô hấp tế bào (quá trình phân giải chất hữu cơ để tạo năng lượng cho cơ thể). Đồng thời, khí $CO_2$ sinh ra từ hô hấp tế bào được trao đổi khí đưa ra ngoài môi trường.

2. Trao đổi khí ở thực vật

a) Cấu tạo của khí khổng

Thực vật trao đổi khí với môi trường chủ yếu thông qua khí khổng ở lá cây. Lá cây là nơi diễn ra sự trao đổi khí mạnh nhất ở thực vật.

Mỗi khí khổng được cấu tạo gồm hai tế bào hình hạt đậu nằm áp sát nhau. Hai tế bào này có đặc điểm: thành ngoài mỏng, thành trong dày. Nhờ cấu tạo này, khi tế bào trương nước, thành ngoài mỏng căng ra kéo thành trong dày cong theo, làm khí khổng mở. Khi tế bào mất nước, khí khổng đóng lại.

Lá cây có dạng phiến mỏng với diện tích bề mặt lớn, giúp tăng diện tích tiếp xúc với không khí, từ đó tăng hiệu quả khuếch tán khí qua khí khổng.

b) Chức năng của khí khổng

Khí khổng thực hiện hai chức năng chính: trao đổi các loại khí ($O_2$, $CO_2$) và thoát hơi nước cho cây.

Trong quá trình quang hợp:

$CO_2$ từ môi trường → khí khổng → khoang chứa khí → tế bào thịt lá.

$O_2$ được tạo ra từ tế bào thịt lá → khoang chứa khí → khí khổng → môi trường ngoài.

Trong quá trình hô hấp:

$O_2$ từ môi trường → khí khổng → khoang chứa khí → tế bào thịt lá.

$CO_2$ từ tế bào thịt lá → khoang chứa khí → khí khổng → môi trường ngoài.

Như vậy, sự khác nhau cơ bản giữa trao đổi khí trong quang hợp và hô hấp là chiều khuếch tán của $O_2$ và $CO_2$ ngược nhau.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trao đổi khí ở thực vật:

• Ánh sáng: Khí khổng mở khi cây được chiếu sáng. Độ mở khí khổng tăng dần từ sáng đến trưa, sau đó giảm dần và nhỏ nhất vào chiều tối.
• Nước: Khí khổng mở khi cây được cung cấp đủ nước. Khi cây thiếu nước, khí khổng đóng lại để hạn chế thoát hơi nước, đồng thời làm giảm sự khuếch tán khí, khiến quá trình trao đổi khí bị chậm lại.
• Nhiệt độ: Vào những ngày nắng nóng mạnh, khí khổng đóng lại để giữ nước, nên sự trao đổi khí diễn ra chậm.

Để quá trình trao đổi khí ở thực vật diễn ra thuận lợi, ta cần tưới nước đầy đủ, đảm bảo đủ ánh sáng và lau bụi cho lá cây.

3. Trao đổi khí ở động vật

a) Cơ quan trao đổi khí ở động vật

Tuỳ theo loài, động vật có cơ quan trao đổi khí khác nhau:

Trong các cơ quan hô hấp trên cạn, phổi của chim là cơ quan trao đổi khí hiệu quả nhất nhờ hệ thống túi khí phụ trợ.

b) Quá trình trao đổi khí ở động vật (ví dụ ở người)

Đường đi của khí qua hệ hô hấp ở người:

Khi hít vào: Không khí → khoang mũi → hầu → thanh quản → khí quản → phế quản → phổi (phế nang).

Tại phổi, $O_2$ khuếch tán từ phế nang vào máu, theo máu đến cung cấp cho tất cả các tế bào trong cơ thể.

Khi thở ra: Tại các tế bào, $CO_2$ sinh ra từ hô hấp tế bào được chuyển vào máu, theo máu đến phổi. Tại phổi, $CO_2$ khuếch tán từ máu vào phế nang và được đưa ra ngoài môi trường qua đường dẫn khí theo chiều ngược lại.

Nếu đường dẫn khí bị tắc nghẽn, $O_2$ không thể vào phổi và $CO_2$ không thể thải ra ngoài, cơ thể sẽ bị thiếu $O_2$, gây ngạt thở và nguy hiểm đến tính mạng.

Những việc làm có lợi cho quá trình trao đổi khí ở người: tập thể dục thường xuyên, hít thở sâu, giữ môi trường sống thông thoáng, trồng nhiều cây xanh, không sưởi ấm bằng than củi trong phòng kín, không hút thuốc lá.

Lưu ý về cây xanh và ban đêm: Vào ban đêm, đa số cây chỉ thực hiện hô hấp (hấp thụ $O_2$, thải $CO_2$), không quang hợp. Vì vậy, không nên để nhiều cây xanh trong phòng ngủ đóng kín cửa vào ban đêm, vì sẽ làm giảm lượng $O_2$ và tăng lượng $CO_2$ trong phòng.

Tuy nhiên, một số loài cây đặc biệt như cây lưỡi hổ, cây nha đam, cây phú quý, cây oải hương có khả năng hấp thụ $CO_2$ và tạo ra $O_2$ vào ban đêm, có thể trồng trong nhà.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Xác định cơ quan trao đổi khí ở các loài động vật

Phương pháp chung:

Ghi nhớ bảng phân loại cơ quan trao đổi khí theo nhóm động vật:

• Động vật đơn bào, giun → trao đổi qua da (bề mặt cơ thể).
• Côn trùng (châu chấu, kiến, bướm,…) → trao đổi qua hệ thống ống khí.
• Động vật sống dưới nước (cá, tôm, cua, trai, ốc) → trao đổi qua mang.
• Động vật có xương sống trên cạn (chim, bò sát, thú, người) → trao đổi qua phổi.
• Ếch nhái → trao đổi qua cả phổi và da.

Ví dụ 1

Đề bài: Động vật hô hấp bằng phổi là:

A. Chim bồ câu B. Kiến C. Cá chép D. Ốc sên

Lời giải:

• Chim bồ câu: là chim, thuộc nhóm động vật có xương sống trên cạn → hô hấp bằng phổi. Đúng.
• Kiến: là côn trùng → hô hấp bằng hệ thống ống khí.
• Cá chép: sống dưới nước → hô hấp bằng mang.
• Ốc sên: thuộc nhóm thân mềm → hô hấp bằng mang (hoặc phổi nguyên thuỷ tuỳ loài, nhưng ốc sên đề bài ở đây không phải đáp án đúng).

Đáp án: A. Chim bồ câu

Ví dụ 2

Đề bài: Xét các loài sinh vật sau: (1) tôm, (2) cua, (3) châu chấu, (4) trai, (5) giun đất, (6) ốc. Những loài nào hô hấp bằng mang?

A. (1), (2), (3) và (5) B. (4) và (5) C. (1), (2), (4) và (6) D. (3), (4), (5) và (6)

Lời giải:

Xét từng loài:

• (1) Tôm: sống dưới nước → hô hấp bằng mang.
• (2) Cua: sống dưới nước → hô hấp bằng mang.
• (3) Châu chấu: côn trùng → hô hấp bằng hệ thống ống khí, không phải mang.
• (4) Trai: thân mềm sống dưới nước → hô hấp bằng mang.
• (5) Giun đất: hô hấp qua da, không phải mang.
• (6) Ốc: thân mềm → hô hấp bằng mang.

Vậy các loài hô hấp bằng mang là: (1) tôm, (2) cua, (4) trai, (6) ốc.

Đáp án: C. (1), (2), (4) và (6)

Ví dụ 3

Đề bài: Côn trùng hô hấp bằng gì?

A. Hệ thống ống khí B. Mang C. Phổi D. Bề mặt cơ thể

Lời giải:

Côn trùng (như châu chấu, kiến, bướm, ong,…) có cơ quan hô hấp đặc trưng là hệ thống ống khí. Các ống khí này phân nhánh khắp cơ thể, dẫn không khí trực tiếp đến các tế bào.

Đáp án: A. Hệ thống ống khí

Dạng 2: Vận dụng giải thích các hiện tượng thực tế liên quan đến trao đổi khí

Phương pháp chung:

Dựa vào các kiến thức trọng tâm:

• Trao đổi khí diễn ra theo cơ chế khuếch tán, cần bề mặt trao đổi khí phải ẩm ướt.
• Ở thực vật: khí khổng đóng/mở phụ thuộc vào ánh sáng và nước.
• Ở động vật: cơ quan trao đổi khí phải hoạt động bình thường, đường dẫn khí không bị tắc nghẽn.
• Khi vận động mạnh, cơ thể cần nhiều năng lượng → hô hấp tế bào tăng → cần nhiều $O_2$ hơn → nhịp thở tăng.

Ví dụ 1

Đề bài: Vì sao khi bắt giun đất để trên bề mặt khô ráo thì giun nhanh bị chết?

A. Trong điều kiện khô ráo, da giun bị khô, khí $CO_2$ và $O_2$ không khuếch tán qua da, giun không hô hấp nên nhanh chết.

B. Do ở bề mặt trên mặt đất tiếp xúc với quá nhiều $CO_2$ nên bị ngộ độc.

C. Do giun chỉ sống được ở trong đất, rời khỏi đất giun sẽ bị chết.

D. Do giun đất bị sốc nhiệt, lượng $O_2$ cung cấp không đủ cho các tế bào nên giun nhanh bị chết.

Lời giải:

Giun đất hô hấp qua da. Để quá trình khuếch tán khí qua da diễn ra được, da giun phải luôn ẩm ướt. Khi đặt giun trên bề mặt khô ráo, da giun bị khô, các khí $O_2$ và $CO_2$ không thể khuếch tán qua da nữa. Giun không thể hô hấp và sẽ chết.

Đáp án: A

Ví dụ 2

Đề bài: Vì sao khi bắt cá bỏ lên môi trường cạn, sau một khoảng thời gian thì cá sẽ chết?

Lời giải:

Cá hô hấp bằng mang. Khi sống dưới nước, các lá mang được nước nâng đỡ và tách ra, tạo diện tích bề mặt trao đổi khí rộng, giúp $O_2$ hoà tan trong nước khuếch tán qua mang vào máu.

Khi bắt cá lên cạn, xảy ra hai vấn đề:

• Các lá mang mất lực đẩy của nước nên dính chặt vào nhau, làm diện tích bề mặt trao đổi khí giảm mạnh.
• Không khí khô làm các lá mang bị khô, $O_2$ và $CO_2$ không thể khuếch tán qua được.

Vì vậy, sau một thời gian cá không thể hô hấp và sẽ chết.

Ví dụ 3

Đề bài: Vì sao khi tập thể dục hoặc vận động mạnh, sự trao đổi khí diễn ra nhanh hơn?

Lời giải:

Khi tập thể dục hoặc vận động mạnh, các cơ hoạt động nhiều hơn, cơ thể cần nhiều năng lượng hơn bình thường.

Hô hấp tế bào là quá trình phân giải chất hữu cơ để tạo ra năng lượng, và quá trình này cần $O_2$. Để cung cấp đủ $O_2$ cho các tế bào đang hoạt động mạnh, hệ hô hấp phải tăng cường hoạt động, làm nhịp thở nhanh hơn và sâu hơn.

Nhờ đó, cơ thể lấy được nhiều $O_2$ hơn và thải ra nhiều $CO_2$ hơn, đáp ứng nhu cầu năng lượng tăng cao.

Dạng 3: Các yếu tố ảnh hưởng đến trao đổi khí ở thực vật

Phương pháp chung:

Quá trình trao đổi khí ở thực vật phụ thuộc vào sự đóng mở của khí khổng. Khí khổng mở khi cây có đủ nước và được chiếu sáng. Các yếu tố làm khí khổng đóng (thiếu nước, nắng nóng quá mức, ban đêm) sẽ làm trao đổi khí chậm lại.

Ví dụ 1

Đề bài: Vào những ngày nắng nóng, sự trao đổi khí của cây diễn ra mạnh hay yếu? Vì sao?

Lời giải:

Vào những ngày nắng nóng, sự trao đổi khí ở thực vật diễn ra chậm (yếu).

Nguyên nhân: Khi trời nắng nóng, cây mất nước nhanh. Để hạn chế sự mất nước, khí khổng đóng lại. Khi khí khổng đóng, các khí $O_2$ và $CO_2$ không thể khuếch tán qua được, khiến quá trình trao đổi khí bị giảm.

Ví dụ 2

Đề bài: Để có sức khoẻ tốt, vào ban đêm người ta không nên để nhiều hoa, cây xanh trong phòng ngủ đóng kín cửa. Vì sao?

A. Do cây xanh quang hợp đã lấy oxygen nhả ra carbon dioxide

B. Do cây xanh hô hấp đã lấy oxygen nhả ra carbon dioxide

C. Do cơ chế thải độc của thực vật về đêm

D. Do cây xanh có thể hấp dẫn côn trùng

Lời giải:

Vào ban đêm, không có ánh sáng nên cây không quang hợp, chỉ thực hiện hô hấp. Trong quá trình hô hấp, cây lấy $O_2$ và thải ra $CO_2$.

Nếu để nhiều cây trong phòng đóng kín cửa, cây sẽ tiêu thụ $O_2$ trong phòng và tích tụ $CO_2$, khiến không khí trong phòng thiếu $O_2$, ảnh hưởng đến sức khoẻ người ngủ.

Đáp án: B. Do cây xanh hô hấp đã lấy oxygen nhả ra carbon dioxide

III. SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. Khái niệm trao đổi khí

• 1.1. Sinh vật lấy $O_2$ hoặc $CO_2$ từ môi trường, đồng thời thải ra $CO_2$ hoặc $O_2$
• 1.2. Cơ chế: khuếch tán (từ nồng độ cao đến nồng độ thấp)
• 1.3. Diễn ra suốt cả ngày đêm

2. Trao đổi khí ở thực vật

• 2.1. Cơ quan: khí khổng ở lá
• 2.2. Cấu tạo khí khổng: hai tế bào hình hạt đậu, thành ngoài mỏng, thành trong dày
• 2.3. Chức năng: trao đổi khí ($O_2$, $CO_2$) và thoát hơi nước
• 2.4. Quang hợp: lấy $CO_2$, thải $O_2$
• 2.5. Hô hấp: lấy $O_2$, thải $CO_2$
• 2.6. Yếu tố ảnh hưởng: ánh sáng, nước, nhiệt độ

3. Trao đổi khí ở động vật

• 3.1. Cơ quan trao đổi khí:
  • Da: giun đất, động vật đơn bào
  • Hệ thống ống khí: côn trùng
  • Mang: cá, tôm, cua, trai, ốc
  • Phổi: chim, bò sát, thú, người
• 3.2. Quá trình ở người:
  • Hít vào: mũi → hầu → thanh quản → khí quản → phế quản → phổi
  • Tại phổi: $O_2$ vào máu → tế bào; $CO_2$ từ tế bào → máu → phổi
  • Thở ra: $CO_2$ ra ngoài

4. Ứng dụng thực tế

• 4.1. Không để nhiều cây xanh trong phòng ngủ kín vào ban đêm
• 4.2. Không đốt than củi trong phòng kín
• 4.3. Tập thể dục, hít thở sâu giúp trao đổi khí hiệu quả
• 4.4. Trồng cây xanh để không khí trong lành

IV. SAI LẦM THƯỜNG GẶP

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu