close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
Цели урока: Раскрыть понятие процесса фотосинтеза; объяснить особенности
метаболизма к автотрофных организмов; охарактеризовать химизм и механизм фаз
фотосинтеза; раскрыть космическую роль фотосинтеза.
Тип урока: комбинированный интегрированный урок (биология + химия + физика) с
элементами исследования.
Оборудование:
Оформление доски: плакаты с рис.3,4, опорная схема по рис.6, портрет К.А.Тимирязева
Для опыта 1: элодея, воронка, пробирка, сосуд с водой, лучина, спички.
Для опыта 2: листья герани, спирт, йод и йодид калия.
Ход урока.
Теоретические сведения на уроке даются по плану:
История открытия фотосинтеза*
Доказательства наличия фотосинтеза.*
Хлоропласт – органоид фотосинтеза.*
Строение хлорофилла. Его виды. Физические и химические свойства.
Механизм и химизм фотосинтеза.
* - сведения и опыты, которые заранее могут подготовить ученики в виде сообщений и демонстраций
Эпиграфом к уроку привожу стихи Б. Пастернака:
« Во всем мне хочется дойти
До самой сути,
В работе, в поисках пути
В сердечной смуте.
До сущности протекших дней
До их причины
До оснований, до корней,
До сердцевины».
Невозможно дойти до оснований, до корней до сердцевины, используя данные только одной науки. И
сегодня, ученые умы человечества заняты объединением знаний, накопленных разными науками, для
восстановления единой картины мира. На сегодняшнем уроке мы с вами попытаемся проделать работу
такого рода.
? Как в курсе ботаники 6 класса определяется процесс фотосинтеза?
Предполагаемый ответ: Фотосинтез – это образование на свету в листьях из углекислого газа и воды
органических соединений.
Это определение было дано еще в 70-е годы прошлого столетия К.А.Тимирязевым. С точки зрения
современной науки процесс фотосинтеза – это совокупность процессов поглощения, превращения и
использования энергии световых квантов в различных эндергонических (т.е. с затратой энергии) реакциях.
Это определение показывает, насколько на самом деле сложен данный процесс. Наша с вами задача сегодня
– разобраться в реальном механизме протекания фотосинтеза.
Для начала давайте узнаем, как был открыт фотосинтез.
1. История открытия фотосинтеза.
Фотосинтез был открыт в конце XVIII столетия. В 1771 г.
английский химик Джозеф Пристли проделал такой опыт. Он
заключал мышь под стеклянный колпак. Через пять часов мышь
погибала. Однако при наличии под колпаком ветки мяты она
оставалась живой (рис. 1). Отсюда Пристли сделал вывод, что
животные своим дыханием делают воздух непригодным для
жизнедеятельности организма, а растения своим дыханием
восстанавливают его, т. е. делают пригодным для
жизнедеятельности. Однако опыт с мышью не всегда удавался.
Голландец Ингенхуз (1779) показал, что непременным условием удачного опыта является
наличие солнечного света.
2. Доказательства наличия процесса фотосинтеза
Мы сейчас услышали об опыте, проделанном Дж.Пристли.
? Какой газ, выделяемый веткой мяты, поддерживал жизнедеятельность мышей?
Предполагаемый ответ: кислород.
Попробуйте в течение 3-5 мин, работая в группах по 4 человека (по две парты), предложить свой опыт,
доказывающий выделение растениями кислорода на свету. Но прежде вспомним свойства кислорода.
?
Предполагаемый ответ: газ без цвета и запаха, малорастворим в воде, немного тяжелее воздуха,
поддерживает горение.
Заслушиваются предложенные модели. Затем предлагается демонстрация
нижеописанного опыта №1.
Опыт №1 «Обнаружение кислорода, выделяющегося при фотосинтезе»
Чтобы доказать, что при фотосинтезе на свету выделяется кислород,
возьмите водное растение элодею. Несколько веточек ее поместите в
наполненную водой широкую банку срезами вверх и накройте их воронкой (рис.2). Затем
возьмите пробирку, наполните ее водой, зажмите большим пальцем и наденьте ее под
водой на конец воронки. В воду положите немного (на кончике ножа) гидрокарбоната
натрия, которая служит источником углекислого газа:
2NaHCO3 =Na2CO3+CO2+H2O
Банку выставьте на свет. На свету сразу же начинается выделение пузырьков газа,
который вытесняет воду из пробирки. Чтобы убедиться, что выделенный газ — кислород,
осторожно снимите пробирку, закройте ее пальцем и внесите в нее тлеющую лучину.
Лучина вспыхнет.
Горение лучины доказывает, что в пробирке действительно находится кислород.
А теперь давайте посмотрим результаты еще одного эксперимента. (Учащийся показывает лист герани,
обработанный по схеме нижеописанного опыта №2, одновременно рассказывая методику эксперимента без
обсуждения результатов)
Опыт №2. «Обнаружение крахмала при
фотосинтезе».
Для проведения опыта заранее поставьте комнатное растение герань или примулу
(первоцвет) в темноту на одни или двое суток. За это время в темноте крахмал переходит
в сахар и частично оттекает из листа в другие органы растения, а кроме того, он
используется в процессе дыхания.
Возьмите обескрахмаленное растение и убедитесь, что лист не содержит крахмала. Для
этого извлеките из него спиртом хлорофилл. Обесцвеченный лист опустите в спиртовой
раствор иода. Если лист не даст сине-фиолетового окрашивания, значит, в нем нет
крахмала и вы можете ставить опыт. Отрежьте другой лист и поставьте его черешком в
воду. Отрезайте лист под водой, так как при срезании на воздухе в сосудах листа может
образоваться воздушная пробка и лист завянет.
Закройте пластинку листа черной бумагой или алюминиевой фольгой, прикрепив бумагу
скрепками. Предварительно вырежьте на бумаге какую-нибудь фигуру или слово и
выставьте лист на свет на один час, зимой — на свет электрической лампы в 500 вт. После
этого погрузите лист на одну минуту в кипящую воду, чтобы убить живое содержимое
клеток и размягчить ткани листа для лучшего его обесцвечивания, затем обесцветьте лист
спиртом. Если он плохо обесцвечивается, то ускорьте этот процесс, поставив чашку с
листом на водяную баню. Делать это надо осторожно, чтобы спирт не вспыхнул от
пламени, на котором нагревается вода. Затем положите лист в фарфоровую чашку и
залейте раствором йода в иодиде калия или прибавьте разбавленной водой настойки йода.
Вы увидите, что в местах, которые освещались, произойдет окрашивание в синефиолетовый цвет.
? На какое органическое химическое соединение качественным реактивом является йод (сине-фиолетовое
окрашивание)?
Предполагаемый ответ: крахмал (С6Н10О5).
Таким образом, мы убедились, что конечными продуктами фотосинтеза являются кислород и крахмал.
(Вывод формулируется учителем, либо учащимися)
3. Строение хлоропласта.
Процесс фотосинтеза локализован в хлоропластах. Их строение мы рассматривали в разделе «Цитология»
при изучении темы «Цитоплазма и ее органоиды». Давайте с вами вспомним строение хлоропласта.
Хлоропласты (зеленые пластиды).
Их цвет зависит от наличия хлорофилла.
Размер: 3-4 до 16-20 мкм.
Количество – 40 – 60 в клетке.
Участвуют в поглощении световой энергии.
наружная мембрана,
внутренняя мембрана,
строма,
грана,
тилакоид,
рибосомы,
ДНК,
зерна крахмала.
4. Строение и свойства хлорофилла.
В мембранах тилакоидов располагаются молекулы хлорофилла – вещества, аккумулирующие световую
энергию. Давайте рассмотрим его строение.
Основатель хроматографического метода исследования М.С.Цвет, подвергнув анализу
хлорофилловую вытяжку, установил, что хлорофилл не представляет собой
индивидуальное вещество, а имеет несколько форм (около 10). Главными являются две
формы – хл.а (С55Н72О5N4Мg), сине-зеленого цвета, и хл.b (С55Н70О6N4Мg) желто-
зеленого цвета. Хлорофилла а в листьях примерно в три раза больше по сравнению с
хлорофиллом b. Схематично строение молекулы хлорофилла выглядит так (рис.5):
парфириновое ядро;
спирт метанол (СН3ОН);
спирт фитол (С20Н39ОН).
Физические, химические и оптические свойства хлорофилла.
Хлорофилл имеет зеленую окраску, нерастворим в воде, растворим в
органических растворителях – спиртах, эфирах и др., но в безводных
растворителях нерастворим.
Хлорофилл реагирует со щелочами, при этом образуется соль
хлорофиллина зеленого цвета.
Хлорофилл реагирует с кислотами по принципу замещения магния на
водород с появлением бурой окраски (феофитин).
оптические свойства
хлорофилла:
? Как вы думаете,
почему листья растений
имеют зеленую окраску?
Хлорофилл поглощает почти все красные и сине-феолетовые лучи. Зеленые лучи
поглощаются слабо, чем и обусловливается зеленая окраска растений.
Спиртовая вытяжка хлорофилла в проходящем свете зеленая, а в отраженном – красная,
благодаря явлению флуоресценции (испускание поглощенных световых лучей с
измененной длиной волны). Флуоресценция свойственна фотохимически активным
веществам. Подробнее об этом явлении вы узнаете при изучении физики в 11 классе.
5. Механизм и химизм фотосинтеза.
Опорная
схема:
Процесс
фотосинтеза
состоит из
двух
последовате
льных фаз.
Световая
фаза
фотосинтеза
происходит
только на
свету в
мембране
гран при
участии хлорофилла, белков-переносчиков и АТФ-синтетазы. Под действием кванта света
хлорофилл теряет электрон, переходя в возбужденное состояние:
.
Эти электроны передаются переносчиками (специальными молекулами) на наружную, т.е.
обращенную к строме, поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются.
Одновременно внутри полостей тилакоидов происходит фотолиз, т.е. разложение воды
под действием энергии света:
.
Ионы гидроксила отдают свои электроны, превращаясь в реакционноспособные радикалы
ОН:
Образующиеся электроны передаются переносчиками к молекулам хлорофилла и
восстанавливают их, а радикалы ОН объединяются, образуя воду и свободный кислород:
Протоны водорода, образовавшиеся при фотолизе воды, не могут проникнуть через
мембрану граны и накапливаются внутри нее, создавая и пополняя Н+-резервуар. В
результате внутренняя поверхность мембраны граны заряжается положительно (за счет Н+
), а наружная — отрицательно (за счет е-).
? Какое техническое устройство напоминает вам образовавшаяся система?
Предполагаемый ответ: конденсатор.
По мере накопления по обе стороны мембраны противоположно заряженных частиц
увеличивается разность потенциалов
между «обкладками» этого конденсатора. При
достижении критической величины разности потенциалов
сила
электрического поля начинает проталкивать протоны через канал АТФ-синтетазы. На
выходе из протонного канала создается высокий уровень энергии, которая используется
для фосфорилирования имеющихся в строме пластид молекул АДФ:
.
Ионы водорода, оказавшись на наружной поверхности мембраны тилакоида, встречаются
там с электронами, образуя атомарный водород, который идет на восстановление
специфического переносчика НАДО (никотинамидадениндинуклеотидфосфата):
Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят три процесса:
образование кислорода вследствие разложения воды, синтез АТФ и образование атомов
водорода в форме НАДФ • Н2. Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ и НАДФ • Н2
транспортируются в строму пластид и участвуют в процессах темновой фазы.
Темновая фаза фотосинтеза протекает в строме хлоропласта как на свету, так и в темноте
и представляет собой ряд последовательных преобразований CO2, поступающего из
воздуха. Осуществляются реакции темновой фазы за счет энергии АТФ и НАДФ • Н2 и
использования имеющихся в пластидах пятиуглеродных сахаров, один из которых —
рибулозодифосфат — является акцептором СО2. Ферменты связывают пятиуглеродный
сахар с углекислым газом воздуха. При этом образуются соединения, которые
последовательно восстанавливаются до шестиуглеродной молекулы глюкозы.
Суммарная реакция фотосинтеза
Энергия света,
6СО2 +6Н2О ——————> С6Н12О6 + 6О2
хлорофилл
В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.), которые превращаются в
крахмал и запасаются растением, синтезируются мономеры других органических
соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря
фотосинтезу растительные, а точнее — хлорофиллсодержащие, клетки обеспечивают себя
и все живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.
1. Мы рассмотрели механизм и химизм процесса фотосинтеза, его фазы. Теперь давайте попробуем сравнить
световую и темновую фазы фотосинтеза. (Таблица раздается учащимся или заранее расчерчевается на
доске). Заполнение таблицы осуществляется комментированно.
Параметры сравнения
Световая фаза
Темновая фаза
1. Место реакции в
хлоропластах
2. Условия реакции
3. Исходные вещества
4. Продукты реакции
5. Источник энергии
6. Суммарное уравнение
2. Решите биологическую задачу:
Если обработать хлоропласты каким-либо веществом, повышающим проницаемость
мембран для ионов, то они перестают синтезировать АТФ на первой стадии фотосинтеза.
Объясните причину этого явления.
3. ? По предложенному графику (рис.7) охарактеризуйте, какие экологические факторы влияют на процесс
фотосинтеза? Как влияет изменение этих факторов на скорость фотосинтеза? Почему температура
является оптимальной (объясните причину такого явления, учитывая, что все реакции фотосинтеза идут
только в присутствии ферментов)
.
Изучение фотосинтеза показало роль зеленого растения, вернее маленького хлоропласта в жизни нашей
планеты. Только зеленое растение является той единственной в мире лабораторией, которая усваивает
солнечную энергию и сохраняет ее в виде потенциальной химической энергии органических соединений,
образующихся в процессе фотосинтеза.
Упавший на зеленое растение луч света не исчез, а часть его энергии сохранилась в виде химической
энергии крахмального зернышка в хлоропласте. Зеленое растение образует питательные вещества для
животного и растительного мира, лишенного зеленой окраски. Зеленое растение в буквальном смысле слова
кормит, одевает и согревает нас. Горят ли дрова в печке или сжигается нефть и уголь на производстве — все
это результат жизнедеятельности зеленого растения. Поглощенный сотни миллионов лет назад зеленым
растением солнечный луч сохранился до наших дней в виде каменного угля.
Изобретатель паровоза Стефенсон как-то задал вопрос своему приятелю: «Что движет проходящий перед
нами поезд?» «Конечно, твое изобретение»,— ответил его друг. «Нет,— сказал Стефенсон,— его движет тот
солнечный луч, который сотни миллионов лет назад поглотило зеленое растение».
Выделяя кислород в процессе фотосинтеза, зеленое растение накапливает кислород в земной атмосфере, без
которого мы не можем жить. По приблизительным подсчетам, растения выделяют ежегодно около 400 млрд.
т свободного кислорода в атмосферу, поглощают 600 млрд. т углекислого газа и синтезируют около 450
млрд. т органического вещества.
Такова, как говорил К.А.Тимирязев, космическая роль зеленого растения.
? Знания из каких наук необходимы для понимания реального процесса фотосинтеза?
Домашнее задание: §10, используя записи в тетради, составить контролирующие
вопросы по теме «Фотосинтез»; распределите термины, используемые при рассмотрении
данной темы по разделам: физика, химия, биология (оформить в тетрадь в виде таблицы).
Примечание. В ходе урока учащиеся записывают основные моменты в тетрадь. По окончании урока в
тетрадях должны быть зафиксированы следующие сведения:
В 1771 г. Джозеф Пристли доказал выделение кислорода растениями.
Конечные продукты фотосинтеза.
Главные формы хлорофилла
Схема строения молекулы хлорофилла
Физические, химические, оптические свойства хлорофилла
Характеристика фаз фотосинтеза
СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
Сидоров Е.П.. Общая биология для поступающих в вузы.
Структурированный конспект. - М.: «Уникум-центр», 1997
Биология для поступающию в вузы. Под ред. Ярыгина В.Н., - М.:
«Высшая школа», 1997
Петросова Р.А. Дидактический материал по общей бмологии:
пособие для учителей биологии – М.: «РАУБ – Цитадель». 1997
Краткий курс физиологии и биохимии растений: Учебник для
студентов с.-х.фак. / О.А.Зауралов. – Саранск: изд-во Мордов. Ун-та,
1995
Генкель П.А. Физиология растений: Учебное пособие по
факультатив. курсу для IX кл. – М.: Просвещение, 1985
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа