Урок биологии по теме "Фотосинтез"

Цель урока: формирование понятия о питании растений.

Задачи урока.

1. Познакомить учащихся с воздушным способом получения растением веществ, необходимых для питания; раскрыть понятие “фотосинтез”.
2. Сформировать знания об условиях протекания этого процесса, на основе опытов доказать поглощение углекислого газа и выделение кислорода листьями на свету.
3. Показать роль света как необходимого условия протекания фотосинтеза.
4. Выявить приспособленность растений к использованию света в процессе фотосинтеза.
5. Раскрыть значение фотосинтеза в природе и жизни человека.
6. Обратить внимание учащихся на проблему загрязнения воздушной среды.
7. Способствовать воспитанию любознательности, формированию познавательного интереса к изучаемой теме и предмету в целом.

Ход урока

Сегодняшний урок мы с вами начнём с басни И.А.Крылова “Листы и корни”.

В прекрасный летний день,
Бросая по долине тень,
Листы на дереве с зефирами шептали,
Хвалились густотой, зелёностью своей
И вот как о себе зефирам толковали:
“Не правда ли, что мы краса долины всей?
Что нами дерево так пышно и кудряво,
Раскидисто и величаво?
Чтоб было в нём без нас? Ну, право,
Хвалить себя мы можем без греха!
Не мы ль от зноя пастуха
И странника в тени прохладной укрываем?
Не мы ль красивостью своей,
Плясать сюда пастушек привлекаем?
У нас же раннею и позднею зарёй
Насвистывает соловей.
Да вы, зефиры, сами
Почти не расстаётесь с нами”.
“Примолвить можно бы спасибо тут и нам”,-
Им голос отвечал из - под земли смиренно.
“Кто смеет говорить столь нагло и надменно!
Вы кто такие там,
Что дерзко так считаться с нами стали?”-
Листы, по дереву шумя, залепетали.
“Мы те, -
Им снизу отвечали, -
Которые, здесь роясь в темноте,
Питаем вас. Ужель не узнаёте?
Мы корни дерева, на коем вы цветёте.
Красуйтесь в добрый час!
Да только помните ту разницу меж нас:
Что с новою весной лист новый народится,
А если корень иссушится,-
Не станет дерева ни вас.

Итак, из басни мы видим, что между листьями и корнями идёт спор о главенствующей роли в жизни дерева. Давайте вспомним, какое значение имеют корни в жизни растения? Как вы думаете, какие функции выполняют литья?

Давайте мысленно перенесёмся на четыреста лет назад, в 1600 год. Именно тогда голландский ученый Ян Ван-Гельмонт решил узнать, благодаря чему растёт растение. Для этого он поставил опыт: посадил побег ивы в кадку с землёй, предварительно взвесив побег и землю. Взял 60 кг высушенной земли, заполнил ею кадку и высадил в эту землю побег ивы весом 2 кг. В течение пяти лет иву поливал только дождевой водой. Через пять лет масса дерева составила 60 кг, а земли в кадке оказалось 59 кг 943 г. Масса дерева увеличилась на 58 кг, тогда как масса земли уменьшилась всего на 57 г. Результаты проведённого опыта очень заинтересовали других учёных, а вот объяснение, предложенное Ван-Гельмонтом, их совсем не устроило. И начался активный поиск ответа на поставленный вопрос. Возвращаемся в XXI век.

Как вы объясните результаты опыта? За счет чего же растение увеличилось в массе и размерах? Чего не учёл голландский естествоиспытатель? (Исследователь не учёл возможности воздушного питания растений, т.е. существование процесса фотосинтеза).

Детальному изучению данного процесса мы посвятим сегодняшний урок, тема которого так и звучит: “Фотосинтез”. Выясним где непосредственно в клетке, из каких веществ, при каких условиях образуются в растениях органические вещества?

Немного истории… Многие ученые пытались изучить данный процесс, и объяснить, что происходит в растениях на свету, проводили для этого различные эксперименты.

Английский химик Джозеф Пристли искал способ очистки воздуха, испорченного горением и дыханием людей и животных. Он помещал под колокол вместе с горящей свечой или живой мышью разные вещи. Так под колокол попал пучок мяты, который там рос и делал воздух пригодным для горения и дыхания. Опыты Пристли произвели сильное впечатление. Шведский исследователь Карл Шееле, скромный аптекарь, попытался повторить опыты Пристли в своей домашней лаборатории, где он проводил эксперименты в свое свободное время – в основном по ночам. Но у него получилось, что растения не улучшали воздух, а делали его непригодным для горения и дыхания. На основании своих опытов Шееле обвинил Пристли в обмане. Пристли стал повторять опыты, и тут стало все непонятно. Растения то улучшали воздух, то нет. Причина неудач Пристли была в том, что ни он, ни Шееле не выяснили при каких внешних условиях растения очищают и портят воздух. Точку в этом вопросе поставил Ян Ингенхауз – личный врач австрийской императрицы Марии Терезии. Он проделал 500 опытов с веточкой элодеи. На солнечном свету из растения поднимались пузырьки газа. Ингенхауз собрал газ и проверил, что это чистейший кислород. Но оказалось, что пузырьки выделялись только на свету, причем не зелёные части растений пузырьков не выделяли. Таким образом Ингенхауз доказал, что растения действительно улучшают воздух, но только на свету.

Очень образно описал это явление русский ученый, физиолог растений – К.А. Тимирязев: “Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, сколько угодно солнечного света и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил Вам сахар, крахмал, жиры и зерно, – он решит, что вы над ним смеетесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, беспрепятственно совершается в зеленых листьях растений”. Климент Аркадьевич – не первый, кто заинтересовался ролью зеленого листа, но он первый обобщил все данные о фотосинтезе, которые были известны в науке к началу XX века и сформулировал научное понятие этого процесса в книге “Жизнь растений”.

Запишите в тетрадь определение, данное в 70-е годы XIX столетия К.А. Тимирязевым. Фотосинтез (от греческих слов “фотос” означает свет и “синтез” – соединение) – это образование на свету в листьях из углекислого газа и воды органических соединений (крахмала).

Задание. Рассмотрите имеющиеся иллюстрации опытов. Подумайте и ответьте на вопрос, что доказывает каждый из предложенных опытов?

1. Опыт Джозефа Пристли с мышонком. (Выделение растениями кислорода, необходимого для дыхания живых организмов).
2. Опыт с лучинкой. (Зелёные растения выделяют кислород только на свету).
3. Опыт с окаймлённой геранью. (Органические вещества образуются только при наличии хлорофилла).
4. Опыт со щёлочью под колпаком. (Необходимость углекислого газа для фотосинтеза).
5. Опыт с надписью на листе герани. (Образование крахмала в листьях на свету).

Сделайте вывод, какие основные вещества необходимы для процесса фотосинтеза? При каких условиях возможно протекание процесса фотосинтеза? (Углекислый газ, вода, хлорофилл, свет). Следовательно, мы можем предположить, что для протекания данного процесса необходимо наличие определенных веществ и условий. Давайте попробуем это доказать в результате опыта. Существуют вещества, с помощью которых можно узнать о наличии других веществ. Например, раствор йода помогает обнаружить крахмал – органическое вещество. Мы видим изменение окраски раствора йода на срезе клубня картофеля, на кусочке белого хлеба.

Опыт №1. Срежем лист комнатного растения, выдержанного несколько дней в темноте. Обесцветим лист. Опустим лист в ванночку с кипятком, а потом в горячий спирт. Хлорофилл растворяется в спирте и лист обесцвечивается. Капнем на лист капельку йода.

Что мы наблюдаем? Лист не изменил окраски. В листьях растений, находящихся долгое время в темноте не произошло образование органических веществ – крахмала.

Вывод. Органические вещества не образуются в зелёных растениях при отсутствии света.

Опыт №2. Возьмём комнатное растение, выдержанное предварительно в темноте и прикрепим с обеих сторон листа этого растения полоску чёрной бумаги. Выставим растение на яркий свет. На следующий день срежем этот лист и обесцветим его. Промоем лист и капнем капельку йода. Что мы наблюдаем? Часть листа, закрытая полоской бумаги цвет не изменила. Часть листа, находившаяся на свету, окрасилась в синий цвет.

Вывод. Органические вещества (крахмал) в зелёных листьях образуются только на свету.

Опыт №3. Возьмём лист комнатного растения хлорофитума. Обесцветим лист. Капнем капельку йода. Что мы наблюдаем? Края листа посинели, а середина с белой полоской осталась без изменения.

Вывод. Органические вещества (крахмал) образуются в зелёных листьях в зелёных листьях, то есть там, где есть зелёный пигмент хлорофилл.

Опыт №4. Возьмём веточки растения и поместим их в стеклянные сосуды, закрытые крышкой. Наполним банки углекислым газом и плотно закроем. Одну банку поставили в тёмный шкаф. Другую банку выставили на яркий свет. Через сутки открыли банки и опустим в них горящую лучинку. Что мы видим? В банке, которая находилась в тёмном шкафу лучинка погасла. В другой банке лучинка горит. Возникает вопрос. Какой газ поддерживает горение? (Кислород).

Вывод. В процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ, а выделяют кислород. Этот процесс происходит в зелёных листьях на свету.

А где же конкретно происходит процесс фотосинтеза? Для того, чтобы это определить составьте схему из предложенных изображений, которая будет отражать место протекания процесса фотосинтеза. Растение > лист > клетки > пластиды (хлоропласты) > тилакоиды, содержащие пигмент хлорофилл. Именно в этих маленьких структурах и происходит процесс фотосинтеза. А вспомните, пожалуйста, в чем особенности строения хлоропласта.

А сейчас, проявим свойственное вам стремление проникнуть в суть любого процесса и понять его механизм.

Борис Пастернак писал:

“Во всём 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…”.

Фазы фотосинтеза. Работа в парах.

Фотосинтез является сложным многоступенчатым процессом, часть реакций которого происходит на свету, а часть – в его отсутствии. Следовательно, выделяют две фазы фотосинтеза световую и темновую. И сейчас вы самостоятельно попытаетесь определить суть этих процессов, заполняя таблицу. 1 ряд – характеризует световую фазу, 2 ряд – темновую. Я предлагаю одному учащемуся каждой группы выступить и объяснить суть процессов каждой фазы.

Сравнение этапов фотосинтеза

I. Световая фаза фотосинтеза. Световая фаза – это стадия, для протекания реакций которой требуется поглощение кванта солнечной энергии. Её смысл – превратить световую энергию солнца в химическую энергию молекул АТФ и других молекул, богатых энергией. Эти реакции протекают непрерывно, но их легче изучать, разделив на три этапа:

1. а) Свет, попадая на хлорофилл, сообщает ему достаточно энергии для того, чтобы от молекулы мог оторваться один электрон; б) электроны захватываются белками-переносчиками, встроенными, наряду с хлорофиллом, в мембраны тилакоида и выносятся на сторону мембраны, обращённую в строму; в) в строме всегда есть вещество, являющееся переносчиком водорода, НАДФ⁺ (никотин–амид–аденин–динуклеотид–фосфат). Это соединение захватывает возбуждённые светом e и протоны, которые всегда есть в строме, и восстанавливается, превращаясь в НАДФ·H₂.

2. Молекулы воды разлагаются под действием света (фотолиз воды): образуются электроны, Н⁺ и O₂. Электроны замещают e, утраченные хлорофиллом на стадии 1. Протоны пополняют протонный резервуар, который будет использоваться на стадии 3. Кислород выходит за пределы клетки в атмосферу.

3. Протоны устремляются из тилакоида наружу – в строму. На выходе создаётся высокий уровень энергии, который идёт на синтез АТФ - нециклическое фосфорилирование (АДФ + Ф_н = АТФ). Образовавшиеся молекулы АТФ переходят в строму, где участвуют в реакциях образования углеводов.

Итак, результат световой фазы – образование молекул, богатых энергией АТФ и НАДФ·H₂, и побочного продукта – O₂.

II. Темновая фаза фотосинтеза. Эта фаза проходит в строме хлоропласта, куда поступает CO₂ из воздуха, а также продукты световой фазы АТФ и НАДФ·H₂. Здесь эти соединения используются в серии реакций, накапливающих CO₂ в форме углеводов, данный процесс представляет собой цикл Кальвина (Нобелевская премия 1961 г.). Для создания одной молекулы глюкозы цикл должен повториться шесть раз: при этом всякий раз к запасу фиксированного углерода в растении прибавляется по одному атому углерода из CO₂. АДФ, Ф_н и НАДФ⁺ из цикла Кальвина возвращаются на поверхность мембран и снова превращаются в АТФ и НАДФ·H₂. В дневное время, пока светит солнце, в хлоропластах не прекращается активное движение этих молекул: они снуют туда и сюда, как челноки, соединяя два независимых ряда реакций. Этих молекул в хлоропластах немного, поэтому АТФ и НАДФ·H₂, образовавшиеся днём, на свету, после захода солнца быстро расходуются в реакциях фиксации углерода. Затем фотосинтез прекращается до рассвета. С восходом солнца вновь начинается синтез АТФ и НАДФ·H₂, а вскоре возобновляется и фиксация углерода.

Итак, в результате фотосинтеза происходит превращение световой энергии в энергию химических связей в молекулах органических веществ. А растения, таким образом, являются “посредниками между Космосом и жизнью на Земле”.

В итоге суммарное уравнение двух этапов фотосинтеза будет выглядеть следующим образом:

Значение фотосинтеза. О фотосинтезе можно говорить не только на уроках биологии и химии. Если по-настоящему любить природу, можно описать этот процесс красивым литературным языком. Послушайте выдержку из работы К.А. Тимирязева. Я предлагаю вам закрыть глаза и мысленно нарисовать картинку к тексту. “Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зелёную 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 вошёл 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 эту минуту он играет в нашем сознании”.

Как вы думаете, почему К.А. Тимирязев считал, что растениям в нашей жизни принадлежит космическая роль?

Основным источником тепла и света является космическое тело – Солнце. А зелёные растения – единственные организмы на нашей планете, которые способны усваивать солнечную энергию и переводить её в химическую энергию органических веществ.

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”.

Какую ещё роль играет фотосинтез? Чтобы ответить на этот вопрос, обратитесь к тексту учебника на странице.

Значение фотосинтеза:

1. Ежегодно на планете образуется 150 млн тонн органического вещества.
2. В атмосферу ежегодно выделяется 200 млн тонн кислорода, который необходим для всех живых организмов.
3. Из кислорода в верхних слоях атмосферы образуется озон, который защищает всё живое на Земле от губительного действия ультрафиолетовых лучей.
4. Фотосинтез регулирует содержание углекислого газа в атмосфере.
5. Зелёные растения способны преобразовывать энергию Солнца в химическую энергию органических веществ.

Фотосинтез идёт
На свету круглый год
Из простых минеральных веществ.
Солнце свет свой прольёт,
Луч на лист упадёт,
Чтобы всем подарить кислород.
И никак не поймёт наш упрямый народ
Что он дышит, ест и живёт,
Потому что с утра, лишь приходит пора,
Сладкий сок производит листва.

Теперь как квалифицированные специалисты по вопросам фотосинтеза ответьте на вопрос. Почему в школах должно уделяться большое внимание вопросам озеленения кабинетов? (Так как зелёные растения регулируют содержание кислорода и углекислого газа в воздухе, улучшают микроклимат и просто радуют глаз, напоминая, что вслед за холодной зимой обязательно наступит тёплая весна. Всё это способствует сохранению здоровья работников школы и учащихся).

Вывод. Растения являются автотрофами, то есть производят органические вещества в процессе фотосинтеза, которыми питаются все живые организмы.

Ответы на вопросы:

1. Как называется основная ткань листа?
2. Какова ее функция?
3. Что такое фотосинтез?
4. Где в растениях образуются органические вещества?
5. Какие условия необходимы для образования крахмала в листьях?
6. Какой газ в процессе фотосинтеза поглощается зелёными растениями?
7. Какой газ растения выделяют в процессе фотосинтеза?
8. Какое значение имеет процесс фотосинтеза в природе?
9. Найдите биологическую ошибку: Фотосинтез – это процесс образования органических веществ из неорганических в хлоропластах листа на свету. Для протекания фотосинтеза необходимы следующие условия: наличие кислорода и воды, зеленых листьев и солнечного света. В процессе фотосинтеза образуется органическое вещество – крахмал. Побочным продуктом фотосинтеза является углекислый газ и вода.
10. Используя схему, расскажите о процессе фотосинтеза.