Урок-путешествие по теме "Тайны зеленого листа и история их раскрытия"

Цель:

1) познакомить учащихся с историей открытия и изучения процесса фотосинтеза;
2) расширить представление учащихся о значении листьев в природе и жизни человека;
3) подвести учащихся к выводу о том, что зеленые растения необходимо беречь, так как именно им обязано своим существование все живое на Земле.

Оборудование: таблицы “Внутреннее строение листа”, “Покровная ткань с устьицами”, “Строение хлоропласта”, “Транспорт веществ у растений” рисунки “Устьице закрыто” и “устьице открыто”; видеофильм о фотосинтезе; микроскопы, листья элодеи, предметные и покровные стекла, пипетки, стаканы с водой.

Оформление кабинета: на доске плакаты с высказываниями ученых о процессе фотосинтеза.

1. Выдающийся американский астроном Харлоу Шепли: “Фотосинтез – процесс, перед которым мы в вечном долгу”.

2. К.А.Тимирязев: “Луч солнца приводит в движение и чудовищный маховик гигантской паровой машины, и кисть художника, и перо поэта”.

3. К.А.Тимирязев: “Когда-то, где-то на Земле упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое 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 преобразовался в наши мускулы, в наши нервы… Этот луч Солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу”.

Ход урока

Вступительное слово учителя и выступления учащихся.

Сделайте вдох – выдох.

Иван Андреевич Крылов любил сочинять басни. Их он придумывал, где придется – дома, в гостях, на прогулке. Говорят, одну басню он сочинил так. Как-то раз Крылов неторопливо шел по Летнему саду. Ему нравился этот тенистый уголок Петербурга. Сюда не доносился шум большого города, а ветерок, тянувшийся с полноводной Невы, был свеж и располагал к сочинительству. Дойдя до конца аллеи, Иван Андреевич остановился перед высокой липой. Взглянул на черный шершавый ствол, поднял глаза к пышной, закрывающей солнце кроне. Подивился множеству листьев. Подумал: “Как роскошен зеленый наряд деревьев. И как в общем-то бесполезен…” Постоял минуту-другую, загадочно смотря ввысь, и вдруг произнес вслух: “А что, если…” В этот вечер Крылов сочинил басню “Листья и корни”. В ней говорилось о том, как возгордились листья, считая себя самыми важными частями дерева. И как корни напомнили зазнайкам, что именно от них, от корней, зависит жизнь дерева, потому что они питают его. А от листьев никакой пользы нет.

Справка для любознательных: в то время, когда Крылов сочинил свою басню, люди еще не знали, для чего деревьям и прочим растениям нужны листья. И потому судили об этом всяк по-своему. Кто-то считал листья вовсе лишними, вроде нахлебников – дармоедов, от которых хозяину дома одно разорение. Другие говорили: “Пышная крона украшает дерево, а красивая шляпка женщину”.

Было и такое мнение: “Конечно, самому дереву листья ни к чему. Зато в жаркий день они дают тень и прохладу прохожим. В этом состоит их польза” (учащийся читает басню И.Крылова “Листы и корни”, см. Приложение1)

В ту пору еще не было точных приборов, которые помогли бы раскрыть тайну зеленого “хитреца”. Когда они появились, ученые смогли тщательно исследовать лист и заглянуть в его внутренние “покои”. И тогда оказалось, что эти “дармоеды” нужны растению ничуть не меньше, чем корни. Что они способны на такие чудеса, которые под силу лишь волшебникам.

– А с чего начинаются эти чудеса?

– С дыхания: вдох-выдох. Как у людей.

– Чем дышит человек?

– Носом.

– А у растений есть свои носы?

– Есть, только они не такие заметные.

Зайдем в лабораторию: Чтобы увидеть “носы” растений, нужно рассмотреть зеленый лист в современный микроскоп. Оказывается, лист не гладкий. Больше всего он похож на решето с мелкими дырочками. Только дырочки не круглые, а узенькие – вроде щелочек. И называются они устьицами. Это и есть “носики”, или, точнее, “ноздри” растения. Устьица с секретом: то открываются, то закрываются, как форточки в окне. В комнате душно – открыл форточку, прохладно – закрыл.

Демонстрация таблиц и рисунков

Зададим вопрос ученым:

– Кто открывает и закрывает устьица?

– Размер устьиц зависит от солнца: слабо светит – “ноздри” широко открыты, жарко греет – пора прикрывать отдушины, а то лист перегреется. На ночь, когда воздух охлаждается, устьица тоже прикрываются. Ведь для растения очень важно сохранять в своем “доме” нормальные условия для роста. Чтобы было не жарко и не холодно.

Утром, когда первые, робкие лучи солнца начинают освещать землю, устьица открываются. Через них внутрь листа проникает наружный воздух. Он состоит из смеси нескольких газов. Все они растению не нужны. Ему требуется лишь один – углекислый газ. Поэтому этот газ отделяется от других и задерживается внутри листа. А остальные газы удаляются наружу через те же устьица. В самом деле: зачем загромождать лишним “Барахлом” тесные помещения листа?

Заглянем в микроскоп

Заглянем в микроскоп и понаблюдаем за одной из клеток. Отыщем в ней зеленые “фасолины” – хлоропласты. К ним-то и направляется почетный пленник – углекислый газ. Там его уже дожидается вода, которую добыли из земли корни и подали наверх – к листьям. Наступает самый ответственный момент – рождение чуда.

(Приготовление микропрепарата листа элодеи, работа с микроскопом)

Демонстрация таблицы “Транспорт веществ у растений”

Комментарий учителя:“Попросите самого лучшего повара приготовить вам сахар, крахмал, жиры и зерно из свежего воздуха, солнечного света и чистой воды – он решит, что вы над ним смеетесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, постоянно совершается в зеленых листьях растений”. Эти слова принадлежат русскому ученому-ботанику К.А.Тимирязеву.

В очень далекие времена люди считали, что растение – это перевернутое вниз головой животное. В корне, думали они, имеются желудок и рот, и растение, заглатывает и переваривает пищу, добывая ее из земли. На страницах старинных книг вместо корней рисовали маленьких человечков, из голов которых росли зеленые побеги. В то время еще ничего не было известно о воздушном питании растений.

Слово архивариусу: С чего все начиналось? Краткий экскурс в историю

На протяжении многих веков в науке господствовало мнение, что земля – единственная пища растений. Опровергнуть его смог голландский естествоиспытатель Ян Ван Гельмонт. Он поставил ставший впоследствии знаменитым опыт, который длился 5 лет. В горшок насыпали тщательно просушенную и взвешенную землю. В нее посадили тщательно взвешенную ветку ивы. Горшок был накрыт крышкой, чтобы в него не попадали пыль и сор; иву поливали дождевой водой. Через 5 лет растение увеличило свою массу на 65,675 кг, а масса земли в горшке уменьшилась только на 60 г. Таким образом, земля никак не могла являться единственной пищей растений. Этот опыт дал толчок к проведению множества других опытов, благодаря которым была раскрыта сущность фотосинтеза.

Рождение чуда

Когда в “фасолинах” – хлоропластах соединяются углекислый газ и вода, происходит настоящее чудо. От их соединения рождается совершенно новый продукт – сахар, точнее сахаристые вещества. На такой “фокус” не способен ни один факир. Ни даже ученые всего мира.

Итак, чудо внутри зеленого листа свершилось. Хотя никто его не заметил. Зрителей поблизости не оказалось, музыка не играла, аплодисментов не последовало. Может быть, потому, что в мире растений такие чудеса происходят постоянно и к ним привыкают.

Что говорят об этом чуде ученые?

Слово ученым:

1) Ученые называют волшебные превращения в зеленом листе фотосинтезом, что означает: создание сложных веществ из более простых под влиянием света (от греческого “фос” – “свет” “фотос” – “принадлежащий свету”, “синтес” – “соединение”, “составление”, “сочетание”).

Заметка на полях

Ученые считают, что впервые хлоропласты появились у древнейших сине-зеленых водорослей (цианобактерий или цианей), живших на Земле около 3,5 млрд. лет назад (и прекрасно доживших до наших дней). С тех пор и началось на нашей планете великое чудо – фотосинтез.

Но при чем тут свет?

Оказывается, его роль в этом деле огромна. Потому что никакого “чуда” просто не произойдет, если на помощь листу не придет энергия солнечного света. Она, как двигатель, приводит в действие сложный “механизм” фотосинтеза.

Помогает в этом деле и способность “фасолин” поворачиваться то одним, то другим бочком к свету, чтобы лучше улавливать солнечные лучи. Помогает еще и удивительная работа тоненьких пластин с зеленым пигментом – хлорофиллом. Ими заполнены “фасолины”. Под действием света они приходят в такое возбужденное состояние, так напрягаются, что многие из них от непосильного труда разрушаются. Разрушаются, но дело свое делают: в “фасолинах” появляется сахар.

Долгое время люди на задавались вопросом, отчего это природа, так пестро раскрасившая цветы и плоды, оказалась скупой и однообразной в расцветке листьев. Почему у самых разных растений, выросших в различных условиях, листья отличаются лишь оттенками зеленого цвета? Теперь-то известно: лист потому зелен, что его тонкая пластина густо набита мельчайшими микроскопическими зернами, поистине необычного вещества. Называется оно “хлорофилл”. В переводе с греческого “хлорос” означает зеленоватый, а “филлон” – лист, поэтому “хлорофилл” означает “листозелень”.

Посмотрите на листья цветка, стоящего на окне. Сейчас, в этот самый момент, в их зеленых недрах бесшумно и незримо совершается один из величайших актов в природе – неживое превращение в живое.

2) Первым “фасолины” увидел через свой микроскоп голландский естествоиспытатель Антоний Ван Левенгук. Но понять, что это такое и для чего нужны зеленые зернышки, он, конечно, не мог. Объяснить их значение ученые смогли лишь через несколько столетий.

Но что же от всего этого получает само растение? Зачем ему затрачивать такие усилия?

Сахар, который вырабатывают зеленые листья, нужен для питания всех частей растения – от корней до цветков и плодов. Без сладкого угощения яблоки, абрикосы, виноград и прочие фрукты окажутся несладкими. Такую кислятину никто и есть не захочет. Когда же сахар соединяется с веществами, которые добывают из земли корни, образуются белки и жиры. Они тоже очень нужны растению.

3) Все растения нашей планеты, вместе взятые, производят огромное количество сахара. Такое огромное, что его трудно и сосчитать. И все-таки ученым удалось это сделать. Конечно, приблизительно. Оказывается, за один год зеленые растения вырабатывают 130.000.000.000.000 кг сахара! Примерно по 30.000 кг на каждого жителя Земли. Это почти по 6 огромных, загруженных до самого верха, грузовиков на человека! Съешь ты столько сахара в год! Нет, конечно. И очень хорошо, что не съешь. Тогда пришлось бы лишить все растения всего имеющегося у них сахара. А этого ни в коем случае делать нельзя. Иначе растения без сладкого погибнут. Они ведь тоже большие лакомки. Поэтому люди отнимают у зеленых друзей ничтожную часть сладкой пищи. И лишь у тех растений, которые сами выращивают, – у сахарного тростника и сахарной свеклы.

Замечания к сказанному

– А в нашей стране сахара получают еще больше из клена, – может сказать житель Канады и будет прав. Действительно, в этой стране сахар нередко получают из сока клена, правда, необычного, а сахарного. Хотя и в соке нашего обычного клена немало сахара.

– А нам сладости дарит сахарная пальма, – говорят жители Филиппинских островов. –Мы добываем сладкий сок из цветков этого дерева. По сахаристости они уступают сахарному тростнику.

– А у нас помимо сахарного тростника растет еще и сахарное сорго, – радуются жители Индии. – По виду оно похоже на кукурузу. Из тростника мы получаем сахар, а из сорго – сладкую тягучую патоку – сорговый мед.

На что еще способны листья

Работая на свое растение, они оказывают огромную услугу всем живым существам на нашей планете: выделяют в воздух живительный газ О₂, да в таком огромном количестве, что его хватает для дыхания всех людей и животных. Не будь О₂, жизнь на Земле давно бы прекратилась.

Откуда же появляется этот газ? Когда в “фасолинах” вода соединяется с СО₂, получается не только сахар. Образуется еще много О₂. Но в таком большом количестве он растению не нужен, и его излишки удаляются наружу через устьица. Так в воздух, которым мы дышим, постоянно добавляется живительный О₂. И чем больше будет на Земле растений, тем легче будет дышать. Поэтому те мальчишки, которые ломают ветки деревьев и обрывают листья, вредят самим себе.

О чем предупредили ель, сосна и лиственница:

– Хотим попросить озорных мальчишек: не обрывайте хвою! Она только с виду отличается от листьев. А на деле наши хвоинки – самые настоящие листья. И “носики” – устьица у нас есть, и хлоропласты имеются, и фотосинтез в них совершается, и кислород они исправно выделяют в воздух. Поэтому пощадите хвою, дайте возможность нашим тоненьким иголочкам – листьям спокойно делать вдох-выдох. На пользу и нам, и людям.

Еще одна просьба:

– Не трогайте и мои листья, – послышался тонкий голосок. Он доносился со стороны пруда. Там, у самого берега над водой, возвышался стебелек с белыми цветками. – Видите, какие у меня особенные листья? Похожи на наконечники стрел. Поэтому и все растения называли стрелолистом. А теперь взгляните на это растение. Думаете, это водоросль? Нет, это тоже я, только с подводными листьями, узкими, как ленточки. Хотите знать, почему я такой разный? Потому что я необычное растение, а земноводное. Могу, как лягушка, жить то на суше, то в воде. На берегу и на мелком месте листья у меня стреловидные. А поднимется вода, затопит берег – обзаведусь новыми листьями, узкими и гибкими. В воде удобнее иметь “ленточки”: их не порвет течение. А с фотосинтезом одинаково хорошо справляются как воздушные, так и подводные листья.

Ученые ставят опыты – ученые спорят – ученые находят ответы

Еще 200 лет назад даже самые знаменитые ботаники не знали, что зеленые растения помогают нам дышать. Чтобы разгадать эту загадку, ученым пришлось, как говорится, поломать голову и провести множество опытов. Их ставили в разных странах люди самых разных профессий, а не только ботаники.

Что рассказал химик? Слово химику:

Первым, кто смог хоть как-то верно ответить на этот вопрос, был английский химик Джозеф Пристли (в 1771 году). В этом ему помогли две мыши. Да, да самые обычные серые мыши. Они были до того обычные, что не имели даже имен. Но благодаря опытам стали настолько известными, что о них до сих пор помнят ученые. Но лучше начнем все по порядку… Однажды Пристли поймал мышь и посадил ее под плотно закрытый стеклянный колпак. Через несколько часов мышь погибла. “Она задохнулась от недостатка хорошего воздуха”, – решил ученый. Тогда он поместил под тот же колпак другую мышь, но на этот раз добавил туда зеленую веточку мяты, опущенную в воду, чтобы листья не завяли. Теперь мышь прекрасно себя чувствовала, проведя в заточении много дней. “Значит, – решил Пристли, – листья растения постоянно обновляют воздух и делают его пригодным для дыхания”. О том, что в этом заслуга кислорода, выделяемого листьями, ученый еще не догадывался. Не догадывались и другие ученые.

Что добавил врач? Слово врачу:

Когда англичане узнали про опыты Пристли, в стране началось небывалое увлечение комнатными растениями. Все вдруг захотели с их помощью оздоровлять воздух в своих домах. Комнаты “ломились” от обилия гераней, фикусов, бегоний, плюща и разных других помощников. Мода на комнатные растен6ия из Англии перекинулась в соседние страны. Голландский врач Ян Инген Хауз (в 1779 году) решил проверить, не ошибся ли Пристли. Он провел много точных опытов и доказал: “Листья действительно освежают, улучшают воздух, но делают это только днем – при солнечном свете, а в темноте ничего подобного не происходит.

Еще большую ясность внес в этот загадочный опыт швейцарский ботаник Жан Себенье. В 1782 году он окончательно установил, что днем при солнечном свете зеленое растение выделяет О₂. Себенье доказал, что зеленое растение “очищает” воздух не потому, что оно дышит, а в связи с его углеродным питанием. Впоследствии этот процесс был назван фотосинтезом (“образованием вещества на свету”)

О чем поведал лист в пробирке?

Русский ученый, профессор Климент Аркадьевич Тимирязев всю жизнь разгадывал тайну зеленого листа. Особенно его интересовало, как влияет на поведение хлоропластов солнечный свет. Сотни раз Тимирязев проводил опыты, которые постороннему человеку могли показаться однообразными. Он клал в стеклянные пробирки кусочки листьев, наполнял пробирку углекислым газом и наглухо их запаивал. Зеленые “детки” оказывались в газовой “клетке”. Вот этих-то “деток” профессор и освещал разными цветными лучами – от красного до синего и фиолетового.

Справка для любознательных

Разноцветные лучи своих опытов Тимирязев получал так: пропускал в темную комнату через маленькую дырочку в зашторенном окне тонкий луч и ставил на его пути стеклянную трехгранную призму. А у нее такая особенность – она разделяет солнечный свет на составные части – на красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый (каждый охотник желает знать, где сидит фазан). В природе все эти цвета хорошо различаются в радуге-дуге. Ведь радуга – это тот же солнечный свет, но пропущенный через особую призму – завесу дождя. Поэтому радуга и появляется на небе только в дождливый день. В старину про такую погоду говорили: “Солнце слезится”.

И что же доказали эти опыты?

Они доказали, что зеленые листья предпочитают красные лучи. При таком освещении хлоропласты трудятся особенно хорошо: перерабатывают больше углекислого газа и, значит, могут произвести больше сахара. А это, как мы уже знаем, очень важно для жизни растений.

Подведение итогов

Слово учителю:

1) Зеленый лист – источник жизни на нашей планете. Он питает растения, а растениями питаются животные. Хлорофилловое зерно – это единственная в мире лаборатория, в которой из простых неорганических веществ: СО₂ и Н₂О, создаются с помощью энергии солнечных лучей сложные органические вещества – сахар и крахмал.

2) Тимирязев установил, что фотосинтез представляет собой процесс усвоения и консервирования солнечной энергии и что растение усваивает при фотосинтезе всего лишь от 1 % до 2 % энергии солнечных лучей, падающих на него. Однако и этого вполне достаточно, чтобы растения могли прокормить весь животный мир.

3) человек использует не только тот солнечный луч, который падает на землю сейчас, но и тот, который упал на нее десятки и сотни млн. лет назад: стволы отмерших древесных растений, разлагаясь бактериями без доступа О₂ и спрессовываясь, образовали залежи каменного угля. Изобретатель паровоза Стефенсон спросил однажды своего приятеля:

-Знаешь ли ты, что двигает этот паровоз?

-Конечно твое изобретение, – ответил его собеседник.

-Нет. Его двигает солнечный луч, поглощенный зеленым растением сотни млн. лет назад.

4) Зеленые растения земного шара в год создают около 380 млрд. тонн белков, жиров, углеводов, поглощая около 400 млрд. тонн углекислого газа и выделяя около 300 млрд. тонн кислорода.

В конце урока можно провести с учащимися викторину.

Вопросы викторины

1. Известно, что 50 м² зеленого леса поглощают за 1 час углекислого газа столько же, сколько выделяет при дыхании за 1 час один человек, т.е. 40 г. сколько углекислого газа поглощает 1 га зеленого леса за 1 час? Сколько человек сможет выдыхать этот углекислый газ за тот же час?

2. Определите, какие признаки из перечисленных относятся к дыханию, а какие – к фотосинтезу.

А) происходит только в зеленых органах растения.
Б) протекает в клетках, в которых есть хлоропласты.
В) происходит в течение всего времени суток – постоянно.
Г) происходит во всех живых клетках растения.
Д) Для осуществления этого процесса необходим свет.
Е) поглощается углекислый газ.
Ж) поглощается кислород.
З) образуются органические вещества.
И) выделяется кислород.
К) органические вещества расходуются.
Л) уменьшается масса растения.
М) расходуется энергия.

3.Два ученика спорят о том, нужен ли свет листьям растения. Один говорит, что, так же как и корням, свет листьям не нужен, а другой ему возражает. Кто из них прав и почему?

4. Известно, что кукуруза испаряет в сутки 800 г воды, капуста – на 200 г больше, береза – в 60 раз меньше, чем капуста, подсолнечник – столько же, сколько кукуруза, а дуб – в 50 раз больше, чем капуста. Подсчитайте, сколько граммов воды испаряют в сутки капуста, береза, подсолнечник, кукуруза и дуб.

5. Овес на площади 1 га за вегетационный период испаряет 2.277.760 литров воды. Сколько образовалось за этот период сухого вещества растений, если известно, что на образование 1 г у овса затрачивается 579 г воды? Куда девалась остальная вода? Какое значение для растений она имела?

6. Если отрезать лист кувшинки белоснежной вместе с черешком, опустить пластинку листа в воду и через черешок сильно вдуть в него воздух, можно заметить появление мелких пузырьков воздуха на поверхности листа. Как объяснить это явление? Каково местообитание этого растения, если у него количество устьиц на 1 мм² нижней стороны листа – 3, а на 1 мм² верхней стороны листа – 625?

7. Подобрать пословицы, поговорки, загадки, стихи, в которых речь идет о листьях.

8. В чем заключается космическая роль зеленых растений?

9. Прибаутки: Солнце – царь земли.

Что мне золото – светило бы солнышко!

Без милого нельзя прожить, без солнышка нельзя пробыть.

(Объясните, что это означает?)

10. Отгадайте загадку: Почему летом коровье молоко вкуснее, чем зимой?

Приложение