Зависимость интенсивности фотосинтеза у растений различных жизненных форм (деревьев и трав). Эффективность городского озеленения

Тип урока: урок применения знаний и умений.

Цели урока (познавательные и воспитательные):

• Формирование надпредметного  умения обобщать путем сравнения.
• Формирование личностной  эколого-мировоззренческой позиции, биосферного мышления.
• Обучение простейшим методам ведения самостоятельной исследовательской работы.
• Приобретение опыта ценностных ориентаций и оценочных суждений.

Оборудование (ТСО): компьютер, проектор, весы, линейка, ножницы, бумага, web-сайт проекта «Эффективность высадки газонов», презентация проекта (Приложение 1).

Этапы урока (по минутам и время с начала урока):

1. Актуализация темы – 2 мин.
2. Лабораторная работа – 10 мин. (12 мин)
3. Итоги лабораторной работы – 3 мин. (15 мин.)
4. Анализ итогов исследования, формулировка выводов – 10 мин. (25 мин.)
5. Практическое значение исследования – 2 мин. (27 мин.)
6. Усвоение связей и отношений между фактами и процессами  (изучение статьи из газеты «Класс») – 3 мин. (30 мин.)
7. Составление письма-ответа в редакцию – 5 мин. (35 мин)
8. Сравнение ответа учителя и ответов учеников – 2 мин.  (37 мин)
9. Домашнее задание.  Заполнить таблицу «Сопоставление фотосинтеза и дыхания эукариот» – 1 мин. (38 мин.)
10. Итоги урока, комментарии, оценки – 2 мин. (40 мин).

Литература:

1. Акимова Е.П. «Создай свой парк», Академия педагогических наук, 1989.
2. Беликов П.С., Дмитриева Г.А. «Физиология растений», Издательство Российского Университета Дружбы Народов.
3. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. «Биология», Мир, 1990.
4.  Иполитова Н.Я. «Цветники и газоны», ЗАО «Фитон+». 2005.
5. Кузнецов В.В., Дмитриева А. «Физиология растений, «Высшая школа», 2005.
6. Медведева В.К. «Ботаника», «Медицина», 1980.
7. Миллер М.С. «Летние практические занятия по физиологии растений»,«Просвещение», 1973.
8. Мулкиджанян Я.И., Соколова Т. А. «Древесно-кустарниковые питомники и основы дендрологии», ВО «Агропромиздат», 1989.
9. Новиков Ю.В., Куценко Г.И., Подольский В.М. «Современные эколого-гигиенические проблемы среды обитания человека и совершенствование санитарно-эпидемиологического надзора» ,ТОО «Рарогъ», 1997.
10. Петросова Р.А. «Обмен веществ и энергии в клетках организма», «Дрофа», 2004.
11. Ротман Л.С. «Ботаника», «Колос», 2001.
12. Трайтак Д.И. «Книга для чтения по ботанике», «Просвещение», 1985.
13. Хессайон Д.Г. «Все о газоне» «Кладезь-букс», 2006.
14. Хржановский В.Г. «Курс общей ботаники», «Высшая школа», 1976.
15. Яковлев Г.П., Аверьянов А.В. «Ботаника для учителя», «Просвещение», 1997.
16. Яценко А.А. Хмелевский Б.Г. «Краткий курс анатомии растений» ,«Высшая школа», 1961.

ХОД УРОКА

I. Актуализация темы (2 мин.)

Всё живое на Земле зависит от фотосинтеза – либо непосредственно, либо, как в случае животных, косвенно. Фотосинтез делает энергию и углерод доступными для живых организмов и обеспечивает выделение кислорода в атмосферу, что необходимо для всех аэробных форм жизни.

Жизнедеятельность живых организмов поддерживается современным соотношением в атмосфере кислорода и углекислого газа. Естественные процессы потребления углекислого газа и кислорода сбалансированы. С развитием промышленности и транспорта кислород стали использовать на процессы горения. Так, на сжигание разных видов топлива сейчас требуется от 10 до 25% кислорода, производимыми зелеными растениями. Уменьшается поступление кислорода в атмосферу из-за сокращения площадей лесов, степей. Сокращается число продуцентов кислорода в водных экосистемах из-за загрязнения рек, озер, морей и океанов.

Увеличение потребления кислорода происходит одновременно с увеличением выделения в атмосферу углекислого газа, что приводит к явлению парникового эффекта.
В настоящее время в Москве остро стоит проблема чистоты воздуха, которая полностью зависит от состояния зеленых насаждений. Общее состояние зеленых насаждений в Москве в последние годы заметно ухудшается. Главный виновник – ядовитый воздух, отравленный автотранспортом. В связи с массовым строительством и реконструкцией в центре города погибло много зеленых насаждений. Кроме того, из-за активного использования коммунальными службами для борьбы со льдом солевых растворов, погибло более 200 тыс. деревьев.

Два года назад мои ученики и я попытались найти пути решения этих проблем. Для работы над проектом была создана группа из четырех учащихся 9 и 10 классов. Цель нашего исследования:  выявить есть ли различия в интенсивности фотосинтеза у растений различных жизненных форм (деревьев и трав). Так как существует прямая зависимость эффективности фотосинтеза от площади листьев, мы решили научиться определять площадь листьев и определить, что лучше использовать в городском озеленении деревья или газон.

Я предлагаю вам повторить опыты и исследования авторов проекта.

II. Лабораторная работа (10 мин.)

Класс делится на четыре группы. Каждой группе предлагается описание опыта и соответствующее оборудование.

Определение поверхности листьев

Цель  работы: определить площадь листьев, взятых в опыт.

Ход работы. Интенсивность ассимиляции СО₂, а также интенсивность транспирации рассчитывается на единицу площади листа, например на 100 см² или на 1 м². Для этого нужно знать площадь опытных листьев.
Определение площади листьев может быть произведено несколькими способами.

Опыт 1

Материалы и оборудование: 1-й способ: 1) простая писчая бумага; 2) ножницы; 3) линейка; 4) аптекарские весы.

Берут простую писчую бумагу, лучше в клеточку, вырезают квадрат площадью   100  см² и  взвешивают  его.  Затем срезают лист с растения, кладут на бумажный квадрат и аккуратно обрисовывают его контур тонко отточенным карандашом. Затем вырезают контур листа и взвешивают. Зная массу известной (S = 100 см²) бумажной площади (m) и массу неизвестной площади (m1), находят эту площадь S1.

 S/S1 = m/m1                    S1 = m1S/m

Опыт 2

Материалы и оборудование: миллиметровая бумага.

Срезанный с растения лист кладут на миллиметровую бумагу. Обводят на ней контур листа карандашом. Считают количество квадратных миллиметров, пришедшихся на площадь листа. По краю листа за целый миллиметр принимают больше 1/2 мм², а меньше 1/2 мм² в расчет не принимается.

Опыт 3

На основании применения интегрального исчисления студентом Ф. Кутузовым вычислена простая формула для определения площади линейных листьев: 

S = 2/3 ab,

где S – площадь листа;
a – ширина листа;
b – длина листа.

Этот способ удобен тем, что не требует срезания листьев с растения для определения их площади. Измерения длины и ширины листа вполне возможны на живом растении и, если нужно, могут быть неоднократно повторены на одном и том же объекте в течение вегетационного периода.

Опыт 4

Цель: измерить ассимиляционную площадь дерева березы и газона, образованного травой овсяницей красной.

Расстояние между деревьями определяются биологическими особенностями породы. Для светолюбивых пород (береза, ясень, сосна) – 5-7 м; для теневыносливых (клен, липа) – 1-3 м. Для ели или пихты – 3-5 м. Кустарники в группах сажают на расстоянии 0,5-3 м друг от друга. Это зависит от их размеров. Крупные (боярышник, сирень) на расстоянии 1-3 м., средние (розы, снежноягодник) – 0,8-1,5 м., мелкие (барбарис Тумберга, спирен) – 0,1-0,7 м.
Для исследования понадобились: дерево береза и газон, образованный травой овсяницей красной.
В результате полевых работ нами установлено, что на 10 кв. м газона произрастает 10 тыс. дерновых растений (в нашем случае овсяница красная).

Дерево: Береза
Возраст: 15 лет
Площадь, занятая деревом: 36 м²
Площадь листа березы: 9 кв.см
Количество листьев на дереве: 45690
Общая площадь всех листьев на дереве:
Трава (газон): овсяница красная
Площадь газона: 36 кв.м
Площадь одного листа: 0,00026 кв.м (см. опыт 3)
Площадь листьев одного растения(в среднем 5  листьев на  растении): 0,00026 х 5 = 0, 0013 кв. м
Общая ассимиляционная площадь газона

III. Итоги лабораторной работы (3 мин.)

После окончания работы один из учащихся из каждой группы докладывает свои результаты.  На экране появляется описание работы и результаты этих опытов в исследовательской работе. Учащиеся имеют возможность проверить свои результаты.

IV. Анализ итогов исследования, формулировка выводов (10 мин.)

Работа с текстами (проводится устно с комментариями ответов).
Группам учащихся выдаются материалы с итогами исследования без выводов. Перед ними ставится задача: сформулировать вывод. 

Итоги исследования и рекомендации

В ходе данной работы мы попытались сравнить эффективность высадки в городах деревьев и газона.
Нами было установлено:

1. У всех растений только в начале жизненного цикла, когда формируется фотосинтетический аппарат, интенсивность фотосинтеза увеличивается. Максимальная фотосинтетическая активность листа совпадает с завершением периода его формирования. После этого начинается процесс старения листа, что находит свое выражение в уменьшении интенсивности фотосинтеза.

Вывод:

2. По данным Всероссийского НИИ охраны природы в 2005 году в Москве произошла массовая гибель деревьев и кустарников из-за критического засоления. В 2005 году только по официальным данным в Москве засохло 135 тыс. деревьев, а взамен посадили лишь 27 тыс.
На вырубку засохших деревьев требуется более 130 млрд. рублей. Мероприятия по оздоровлению почв в столице не проводятся. А это значит что концентрация солей в почве весной 2007 г. значительно возрастет.«Зеленые легкие» города станут совсем слабыми. Москва может потерять еще около 200 тыс. деревьев. Наиболее уязвимыми к солевой токсикации являются ель, береза, липа.

Вывод:

3. Зависимость фотосинтеза от генетических различий растений. Интенсивность фотосинтеза различна у разных жизненных форм растений.

Объект                                     Средняя интенсивность фотосинтеза,

Покрытосемянные                                                 мг СО₂/кв.дм ч
Травы                                                                             4 – 50
Кустарники                                                                   4 – 20

Деревья
Листопадные                                                                5 – 25
Вечнозеленые                                                               3 – 20
Голосеменные (хвойные)                                            4 – 15
Папоротники, мхи, лишайники                                  0.5 – 5

Вывод:

4. Затенение одних листьев другими.

5. Поскольку дышат все живые клетки, а фотосинтез идет только в зеленых, и время, в течение которого идет фотосинтез всегда меньше времени дыхания,  то для накопления органического вещества интенсивность фотосинтеза должна быть примерно в 10 раз больше интенсивности дыхания.
Время дыхания определяется временем жизни органов и всего растения. Для повышения урожая важно соотношение автотрофных (листья) и гетеротрофных (стебли, корни) органов. Деревья, как правило, имеют большую корневую систему по сравнению с надземными органами, поэтому тратят много органического вещества на дыхание. Из-за этого они очень медленно растут.

Вывод:

V. Практическое значение исследования (2 мин.)

На доске по выводам учащихся заполняется сводная таблица.

Общий вывод исследований:  в городе более эффективна высадка газона.

С 1м² газона испаряется до 200 г. воды, что действительно увлажняет воздух. В жаркие летние дни на дорожке и газона температура воздуха на высоте роста человека на 2,5^оС ниже, чем на асфальтированной мостовой. Газон задерживает заносимую ветром пыль и обладает фитонцидным действием. Вблизи «зеленого ковра» легче дышится. Не случайно в последнее время в практике озеленения все чаще отдается предпочтение ландшафтному или свободному стилю проектирования, при котором 60% благоустраиваемой территории отводится под газон.

Вопросы для обсуждения:

1. Может быть вырубить все деревья в городе? Какая от них польза?
2. Почему в Москве почти не стало кустарников?

VI. Усвоение связей и отношений между фактами и процессами (изучение статьи из газеты «Класс») (3 мин.)

Анализ текста статьи из газеты «Класс». В газету пишет разгневанный родитель ученика 3-го класса.

VII. Составление письма – ответа в редакцию (5 мин.)

Отработка понимания сущности понятий «фотосинтез» и «дыхание».

VIII. Сравнение ответа учителя и ответов учеников (2 мин.)

Зачитываем ответы нескольких учащихся. Затем учитель сообщает свой ответ. (Приложение 2)

IX. Домашнее задание (1 мин.)

Заполнить таблицу «Сопоставление фотосинтеза и дыхания эукариот».

X. Итоги урока, комментарии, оценки (2 мин.)