Уроку біології та хімії Тема. Фотосинтез

Вид материала

Содержание

Хід уроку
Винахідник паровоза Стефенсон якось запитав друга: «Що рухає поїзд?» Друг відповів: «Звичайно, твій винахід?» «Ні, — сказав Стеф
Щоб відповісти на це, треба вивчити складний механізм процесу фотосинтезу.
Фотосинтезуючі пігменти.
Світлова фаза фотосинтезу
4. Темнова фаза фотосинтезу
Космічна роль зелених рослин
Волик Галина Павлівна

Подобный материал:

Методична розробка інтегрованого уроку біології та хімії

Тема. Фотосинтез

Мета: ознайомити учнів з історією відкриття фотосинтезу, сформувати знання учнів про фотосинтез як пластичний обмін речовин у рослин, світлову і темнову фази, механізм використання енергії світла у хлоропластах, про значення фотосинтезу для живих організмів на Землі, шляхи підвищення його ефективності, роль рослин у формуванні біосфери;

виховувати бережливе ставлення до рослин і навколишнього середовища взагалі; почуття прекрасного;

розвивати логічне мислення, вдосконалювати вміння користуватися комп'ютером.

Обладнання: комп'ютерна презентація уроку, фрагмент відеофільму «Цитологія», схема «Процес фотосинтезу», тестові завдання (комп’ютерний варіант).

Хід уроку

Хлорофіл - це Прометей, який викрав вогонь з небес і подарував його людям

К. Тімірязєв

І. Мотивація навчальної діяльності

Розповідь, бесіда.

Коли б на Землю прилетіли гості з інших Галактик, то перше, що б їх вразило, це наша атмосфера. Цілий 21 відсоток припадає на дуже активний газ! За логікою речей, він повинен був би зникнути, вступивши в хімічні реакції, а ось же - не зникає, бо його запаси весь час поповнюються. Древні греки уявляли Землю як кулю, що лежить на плечах титана Антея. Без перебільшення можна сказати: могутнім Антеєм, що тримає життя цілої планети, є зелені рослини, без них вона б стала мертвою.

До чого тут рослини?

Колись К.А. Тімірязєв сказав: «Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка или, лучше сказать, на хлорофиллово зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез... В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы... Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в зту минуту он играет в нашем мозгу».

- Про який процес іде мова?

- Які умови необхідні для фотосинтезу?

- В чому полягає космічна роль зелених рослин?

Кажуть, що вивчення фотосинтезу зможе допомогти вченим вирішити глобальні проблеми людства.

- Як ви гадаєте, які проблеми?

(Енергетичну, екологічну, проблему харчових ресурсів)

В каждом маленьком растеньице,

словно в колбочке живом,

влага солнечная пенится и кипит сама собой.

М. Заболотний

-Такий звичайний процес і глобальні проблеми?

Чи не перебільшуємо ми значення фотосинтезу?

Щоб відповісти на це запитання, треба цей процес добре вивчити. Тож почнемо...

II. Вивчення нового матеріалу

1. Історія дослідження фотосинтезу (повідомлення учнів).

(Досліди В. Гельмінта, Д. Прістлі, М.В. Ломоносова)

Чим живляться рослини? Ці питання давно хвилювали вчених.

Голландський природодослідник Ян Батист Ван Гельмонт (1577 -1644) ще у XVII ст. провів дослід, за допомогою якого довів, що рослини живляться не тільки речовинами ґрунту.

Ми кидаємо в землю малесеньке зерно, а з нього виростає дерево – гігант. Вирости таке дерево з нічого не зможе. Ви всі спостерігали, що в ґрунті рослина розвиває велику кореневу систему, і якщо пошкодити коріння, рослина загине.

Отже, на перший погляд здається, що їжу рослина знаходить у землі, добуваючи її за допомогою коріння. Так думав і Аристотель (384—322 рр. до н.е.), давньогрецький філософ і вчений: «Рослина — це тварина, поставлена на голову. Органи розмноження в рослини вгорі, а голова знизу. За допомогою коріння, що відіграє роль рота, рослина добуває із землі готову їжу». А що ще рослині потрібно? Вода. Наші предки відводили воді незначну роль.

Саме Ян Батист Ван Гельмонт, якому в 1889 р. (через 245 років після смерті) в Брюсселі було споруджено пам'ятник, провів дослід, яким довів, що рослини живляться не тільки речовинами ґрунту.

Учений взяв висушену землю і заповнив нею діжку (вага землі — 80кг). Він посадив у цю діжку гілку верби, яка важила 2 кг. Рослину поливав дощовою водою (щоб уникнути будь-яких мінеральних домішок). Через 5 років дерево виросло і вага його становила 60кг, маса землі — 79 кг 943 г.

За 5 років вага дерева збільшилася на 58 кг, а маса землі зменшилася всього на 57 г. Це був перший в історії кількісний експеримент з живим організмом — біологічний експеримент. У його проведенні й полягає заслуга Гельмонта.

Але щодо висновків Гельмонт помилився, відвівши велику роль воді. Так виникла водна теорія живлення рослин, яка протрималася до XIX ст.

Російський вчений Ломоносов (1711 – 1765 рр.) народився на півночі, де ґрунти бідні. Він не раз замислювався над питанням: як ялина могла так вирости, живлячись такою бідного землею?

Ось в ті часи, коли всі вчені погоджувалися, що листок - лише насос, який викачує з рослини залишок вологи, а краще живлення для рослини - чиста вода, М. Ломоносов стверджував інше: «Преазобильное ращение тучных деревьев, которые на бесплодном песку корень свой утвердили, ясно изъявляет, что жирными листьями тук в себя из воздуха впитывает: ибо из бессочного песка столько смоляной материи в себя получить им невозможно...»

У 1774 р. англійський учений Джшеф Прістлі (1733—1804) відкрив кисень як складову частину повітря. Він і не думав розгадати таємниці фотосинтезу, у нього була інша мета — знайти спосіб очищення повітря, забрудненого горінням.

На повітря, що знаходилося в закритій посудині, й було забруднене горінням свічки, учений діяв світлом, нагрівав його, охолоджував, стискував, поміщав різні предмети і речовини. Та все було марно. Повітря не очищалося: свічка в ньому гасла, мишка під ковпаком жила недовго. Але одного разу він помістив під скляний ковпак рослину — м'яту в горщику... Через тиждень, впевнений, що рослина зів'яла (бо думав так, як і всі: рослинам, як і тваринам, потрібне чисте повітря), він підійшов до столу, І що ж? Рослина була свіжа і здорова. Прістлі зрозумів, що зробив відкриття.

Рослинам потрібне забруднене диханням чи горінням свічки повітря, тобто необхідний вуглекислий газ для утворення поживних речовин.

Прістлі продовжував досліди. Тепер учений посадив під ковпак поряд з м'ятою мишку. Чи виживе вона? День, другий, третій... Мишка все бігала.

Ось що писав Прістлі про свої досліди в 1772 р.: «Мені пощастило випадково знайти метод очищення повітря, яке було забруднене горінням свічки, і відкрити хоча б один очисник, яким користується Природа,- це рослинність. З досліду я переконався, що це повітря не гасить свічку і не шкодить миші, яку я туди помістив...»

Прістлі був нагороджений великою золотою медаллю. Його сучасниками було зазначено: «Тепер ми знаємо, що від дуба в лісі до травинки в полі всі рослини вносять свою частку в підтримання необхідної для всього живого світу чистоти повітря!»

Ось так 1771 р. {іноді 1772 р. — рік публікації робіт Прістлі) офіційно вважається датою відкриття фотосинтезу.

Сьогоднішній урок - це проникнення у механізм фотосинтезу - одну з найцікавіших проблем науки. У дослідженні цього процесу беруть участь учені різних спеціальностей - фізіологи, цитологи, біохіміки, фізики, хіміки, процес фотосинтезу складний за своєю природою і має надзвичайно важливе значення для багатьох галузей життя і науки.

Винахідник паровоза Стефенсон якось запитав друга: «Що рухає поїзд?» Друг відповів: «Звичайно, твій винахід?» «Ні, — сказав Стефенсон, — ним рухає той сонячний промінь, який сотні мільйонів років назад поглинула зелена рослина».

Звертаємо увагу учнів на епіграф: «Хлорофіл – це Прометей, який викрає вогонь з небес і подарував його людям»

Проблемне запитання: Чому хлорофіл — це Прометей?

Щоб відповісти на це, треба вивчити складний механізм процесу фотосинтезу.

В який органелі відбувається цей процес?

2.Хлоропласти - органели фотосинтезу (бесіда, робота з моделлю хлоропласта або таблицею).

Пластиди —- органоїди, специфічні для рослинних клітин, а в клітинах тварин, бактерій, ціанобактерій і грибів їх нема?.. У клітинах вищих рослин знаходиться від 10 до 200 пластид розміром 3— 10 мкм, більшість з них мають форму двоопуклої лінзи (бувають у формі паличок, пластинок, лусок і зерен).

Залежно від характеру пігменту розрізняють: хлоропласти (гр. спіогоз — зелений) — зеленого кольору, хромопласті — жовтого, оранжевого і червоного кольорів і лейкопласти — безбарвні пластиди. У процесі розвитку рослин пластиди одного типу можуть перетворюватися на пластиди іншого типу. Це явище поширене в природі і особливо помітне при достиганні плодів, під час якого змінюється їхнє забарвлення. Внутрішня будова хлоропластів досить складна У хлоропластах є свої рибосоми, ДНК, РНК, включення жиру, зерна крохмалю. Зовні хлоропласти вкриті двома мембранами, всередині заповнені напіврідкою речовиною (строма), в якій містяться особливі, властиві тільки хлоропластам структури — грани. Грани (розміром близько 1 мкм) — пакети круглих плоских мішечків (тилакоїдів), складених подібно до стовпчика монет перпендикулярно до широкої поверхні хлоропласта. Тилакоїди сусідніх гран сполучені між собою мембранними каналами (ламели) в єдину взаємозв'язану систему. Хлорофіл розташований у певному порядку на поверхні і в товщі цих мембранних структур хлоропласта. Число гран у хлоропластах різне. Наприклад, у клітинах овочевої культури шпинату кожний хлоропласт містить 40-60 гран.

Подібно до інших органоїдів хлоропласти не закріплені на певних місцях, а здатні змінювати своє положення в клітині, або шляхом пасивного переміщення разом з течією цитоплазми, або шляхом активного орієнтованого переміщення (фототаксису). Активний рух хлоропластів особливо чітко спостерігається при значному підвищенні однобічного освітлення. При цьому хлоропласти збираються біля бічних стінок клітини і орієнтуються до джерела світла ребром. На слабкому світлі хлоропласти орієнтуються більшою площиною до світла й розташовуються вздовж стінки клітини, яка звернена до світла. При середній силі освітлення вони займають серединне положення. Цим досягаються найбільш сприятливі умови для процесу фотосинтезу.

Складна внутрішня просторова організація структурних елементів хлоропласта сприяє ефективному поглинанню і використанню променистої енергії, а також розмежовує в часі і просторі численні й різноманітні реакції, які в сукупності складають процес фотосинтезу. Відомо, що залежні від світла реакції цього процесу відбуваються лише в тилакоїдах, а біохімічні (темнові) реакції — в стромі хлоропласта.

Фотосинтезуючі пігменти.

Молекула хлорофілу дуже подібна до молекули гемоглобіну й відрізняється в основному тим, що розташований в центрі молекули гемоглобіну атом заліза замінений в хлорофілі на атом магнію.

У природі зустрічається чотири типи хлорофілу: а, в, с, d. Хлорофіли а і в містяться у вищих рослинах і зелених водоростях, діатомові водорості містять хлорофіл а і с, червоні — а і d. Краще за інші вивчено хлорофіли а і в (їх вперше розділив російський вчений М. С. Цвєт на початку XX ст.). Крім них існує чотири види бактеріохлорофілів — зелених пігментів пурпурних і зелених бактерій: а, в, с, d. Більшість фотосинтезуючих бактерій містять бактеріохлорофіл а, деякі — бактеріохлорофіл в, зелені бактерії — с і d. Хлорофіл має здатність досить ефективно поглинати променисту енергію і передавати її інтим молекулам. Завдяки цій здатності хлорофіл —єдина структура на Землі, яка забезпечує процес фотосинтезу.

Світлова фаза фотосинтезу (відбувається а тилакоїдах).

Н₂О - Н⁺+ ОН^- Фотон, потрапивши в молекулу хлорофілу, що міститься в мембранах тилакоїдів, приводить її у збуджений стан: її електрони перескакують на зовнішні орбіти, дальші від ядер, потім вони відриваються і переміщуються на протилежний бік мембрани.

Молекула хлорофілу відразу відновлює втрачений електрон, забираючи його від молекули НІО. Під дією світла молекула води розкладається на протон гідрогену і гідроксильну групу. Процес називається фотолізом.

Гідроксильна група втрачає свій електрон, який заміщує втрачений електрон хлорофілу:

ОН^- — е - ОН^-

Гідроксильні радикали об'єднуються і утворюється молекули води та кисню:

4ОН^- - 2Н₂О + О₂

Молекулярний кисень дифундує крізь мембрану й виділяється в атмосферу.

Для протонів мембрана не проникла, тому вони нагромаджуються в тилакоїдах. 3 одного боку мембрана заряджається негативно, а з іншого — позитивно. 3 нагромадженням протилежно заряджених частинок зростає різниця потенціалів (протонний потенціал). На мембранах гран містяться молекули ферменту АТФ - синтетаза. Коли величина протонного потенціалу досягає критичного рівня, молекула АТФ - синтетаза, змінюючи свою просторову структуру відкриває протонний канал, через який проходять протони гідрогену. Вивільнена при цьому енергія використовується на синтез АТФ:

АДФ+ Ф →АТФ

Утворена А ТФ переправляється в тi місця хлоропласта, де синтезуються вуглеводи.

Протони, що опинилися на протилежному боці мембрани, зустрічаються тут з електронами, перетворюються в атоми водню:

Н⁺+ е→ Н

Атом Н приєднується до молекули переносника НАДФ⁺ і направляються в тi місця, де синтезуються вуглеводи.

Отже, eнepгiя світла породжує три процеси: синтез АТФ, утворює Н, О₂ — складові! частини процесу cвiтлoвoї фази.

4. Темнова фаза фотосинтезу (відбувається в стромі) - процес фіксації вуглеводу.

Подальші реакції пов'язані з утворенням вуглеводів. Вони можуть відбуватися i на cвiтлi, i в темряві. У результаті цих реакцій з СО₂ і Н₂О утворюються вуглеводи.

Для здійснення реакцій СО₂ надходить у листок з атмосфери, водень утворюється у світловій фазі в результаті фотолізу води, АТФ утворюється у світловій фазі i є джерелом енергії, крім того там постійно є п'ятивуглецеві сполуки - пентози С₅, які утворюються в циклі Кельвіна (цикл фіксації СО₂).

Ми розглянемо спрощений процес.

До пентоз приєднується СО₂, в результаті чого з'являється нестійка шестивуглецева сполука С₆, яка розщеплюється на дві трьохвуглецеві групи 2Сз — триози.

Кожна із триоз приймає по одній фосфатній групі від АТФ, що збагачує молекули енергією.

Кожна iз триоз - по одному атому водню від НАДФ*Н.

Після цього одні триози об’єднуються, утворюючи вуглеводи:

2С₃ → С₆ → С ₆Н ₁₂О ₆ (глюкоза).

Інші - об’єднуються, утворюючи пентози:

5 С₃ → З С_5.

Ці пентози потім знову беруть участь у циклі фіксації СО₂.

Космічна роль зелених рослин

Фотосинтезуючі організми вловлюють з космосу світлову енергію Сонця i перетворюють її на енергію хімічних зв'язків, синтезованих ними вуглеводів. У результаті фотосинтезу виділяється 200 млрд. тонн О_{2 .}
Із О₂ → 2 О₃. Озон затримує короткохвильові ультрафіолетові промені, що згубно діють на все живе на нашій планеті.
У процесі фотосинтезу синтезується 150 млрд. вуглеводів.
Рослинна клітина виділяє О₂ у 20 -30 разів більше, ніж використовує його під час дихання, який відбувається одночасно.

Пізнання механізмів фотосинтезу, розкриття його таємниць, реконструкція процесу поза живим зеленим листком стане справжнім науковим переворотом у науці.

Великий французький фізик Ф. Жоліо —Кюрі писав: «Хоча я вірю в майбутнє атомної енергії i впевнений у важливості цього відкриття, проте я вважаю, що справжній переворот в енергетиці настане лише тоді, коли ми зможемо здійснити масовий синтез молекул, аналогічних хлорофілу».

III. Закріплення

Тести (комп'ютерна програма).
Лабораторна робота (комп'ютерна програма).

ІV.Домашнє завдання

1) Вивчити § , схему (додаток 1).

2) Які існують шляхи підвищення продуктивності фотосинтезу?

3) Учнівські тести (в друкованому або в електронному вигляді).

Волик Галина Павлівна,

викладач біології

Київського обласного ліцею - інтернату фізичної культури і спорту.

Вона фахівець своєї справи, має добру науково-методичну підготовку, вміє володіти учнівським колективом. Постійно дбає про використання на уроках міжпредметних зв'язків, формування засад здорового способу життя з використанням сучасних форм і методів викладання предмета.

Диференційований підхід до вивчення біології здійснює через використання на уроках опорних схем, таблиць, карток та завдань за трьома рівнями складності. Такий підхід сприяє озброєнню знаннями, уміннями, навичками усіх ліцеїстів, розкриває індивідуальну особливість кожного зокрема.

Галина Павлівна обрала для себе свій шлях формування особистості ліцеїста і виділила для себе пріорітетну проблему: «Підвищення ефективності та якості уроку через проблемно – пошуковий метод з використанням нових інформаційних технологій». Вона створює дух пошуку і відкриття

Велику увагу викладач приділяє методиці використання комп’ютерних програм на уроках, а також навчає ліцеїстів створювати презентації своїх проектів.

Аналізуючи роботу Галини Павлівни, можна зробити висновок, що у педагога є свої сходинки, свій стиль і власна система навчальної праці, основою якої є продуктивне засвоєння й відтворення навчального матеріалу.

Blog

Уроку біології та хімії Тема. Фотосинтез

Содержание