Интегрированный урок по химии и биологии «Удивительный мир бактерий»

Разделы: Химия, Биология

Ключевые слова: бактерии

…этим бесконечно малым живым существам
принадлежит бесконечно большая роль в природе.
Луи Пастер

Цели урока:

  • ознакомить учащихся с особенностями строения и жизнедеятельности бактерий как представителей прокариот;
  • развивать умение составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций;
  • обобщить и расширить знания учащихся о роли окислительно-восстановительных реакций в живой и неживой природе, в круговороте веществ;
  • развивать умение сравнивать;
  • показать связь химии и биологии;
  • развивать интерес к окружающей среде.

Оборудование: таблицы «Строение растительной и животной клетки», «Бактерии», Периодическая система химических элементов, учебник биологии для 9 класса, литература по теме, стенгазета «Бактерии в теле человека», рефераты, раздаточный материал с заданием, влажный препарат клубеньковых бактерий, гербарии растений из семейства бобовых.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Мотивация, изучение нового материала

Учитель: По строению клетки все живые существа делятся на «безъядерные» организмы - прокариоты и «ядерные» - эукариоты. Таким образом, в настоящее время выделяют два уровня клеточной организации и соответственно два крупных типа клеток: прокариотический и эукариотический.

Особенностями строения эукариотических - животных и растительных клеток - мы уже знакомы. В группу прокариот относятся бактерии. На этом уроке мы ознакомимся с представителями одной из этих групп. Какие это организмы? Подумайте: человек не в состоянии воспринять их ни одним из пяти органов чувств: их нельзя увидеть невооруженным глазом, они существуют беззвучно, их не определишь на вкус, на ощупь, у них нет запаха. Они способны совершать необъяснимые превращения и удивительные действия. Они вездесущи, их бесконечное множество; нет на свете такой машины, которая в состоянии была бы подсчитать их число...

Они живут во всех трех стихиях - в воде, земле, воздухе. Для них не опасен ни вакуум космоса, ни абсолютный холод, ни смертельная для других живых существ доза радиации. Они умеют защищаться от истребительного ультрафиолетового облучения.

О какой группе прокариот шла речь?

Ответ: Это - бактерии.

Учитель: Тема нашего урока «Удивительный мир бактерий» (записываем). Сегодня мы должны выяснить особенности строения и жизнедеятельности бактерий, значение их в круговороте веществ.

План изучения темы (на доске):

  1. Многообразие формы бактерий.
  2. Особенности строения бактерий.
  3. Особенности жизнедеятельности бактерий. Хемосинтез.
  4. Роль хемотрофов в природе.

Учитель: Удивительно многообразна форма бактерий, но преобладают палочковидные, шаровидные или кокковидные, веретеновидные, звездообразные. (Работа с учебником Мамонтова С.Г., Захарова В.Б., Сонина Н.И. «Биология», 9 класс, стр.123, рис. 64). Эти таинственные организмы, размеры которых колеблются от 1 до 10-15 мкм, живут и по отдельности и образуют скопления.

Используя таблицы «Бактерии», «Строение растительной и животной клетки», ребята, найдите главный признак, по которому различается бактериальная клетка от животной и растительной клеток.

Ответы: Нет обособленного ядра.

Учитель: В чем же еще заключается особенность строения прокариот? Посмотрим рис.63 на стр. 123, прочитаем объяснение к рисунку, прочитаем стр.122 (последний абзац), стр.124 (первые два абзаца).

А сейчас постарайтесь самостоятельно заполнить таблицу (образец дается на доске):

Сравнительная характеристика
прокариотической и эукариотической клеток

№

Органоиды цитоплазмы

Прокариоты

Эукариоты

1

ядерная оболочка

2

хромосомы

3

ДНК (форма, расположение)

4

пластиды

5

рибосомы

6

ЭПС

7

комплекс Гольджи

8

митохондрии

Примечание. Знак «+» ставится, если в клетке имеется данный органоид.

Учитель: Почему бактерий относят к прокариотам?

Ответ: Отсутствует ядро, ограниченное оболочкой.

Учитель: Где же хранится наследственная информация?

Ответ: Наследственная информация у бактерий заключена в одной хромосоме.

Учитель: По своим физиологическим свойствам бактерии довольно разнообразны. Одни не могут жить без кислорода, другие погибают в его присутствии, третьи выживают в тех и других условиях. Многие бактерии паразитируют в организме животных и растений, вызывая у них заболевания. Сравнительно недавно были открыты бактерии, паразитирующие на других бактериях.

Необходимую им энергию они получают в процессе дыхания, брожения или фотосинтеза.

Некоторые бактерии в качестве источника энергии для получения питательных веществ способны использовать окислительно-восстановительные процессы; окисляя неорганические соединения, они получают энергию. Эту группу организмов называют хемотрофами (от греч. «хемо» - «химия») или хемолитотрофами (от греч. «литос» - «камень»). Часто эти бактерии называют и хемосинтезирующими. Процесс «бессолнечного» синтеза органических веществ в клетке бактерий, который получил название хемосинтез, был открыт в 1887 году русским микробиологом С.Н.Виноградским.

Чего стоят одни только железобактерии!

Ученик (сообщение): Железобактерии живут в водоемах, во влажных местах. Внешне довольно разнообразны, то похожи на тончайшие нити, то на красивое металлическое деревце. Это одноклеточные организмы. Каждая такая прокариотическая клетка в течение часа способна выделять железистый стебелек, в 3 раза превышающий длину самой клетки. На кончике такого стебелька и живет сама бактерия. Бактерия размножается делением надвое, и стебелек тоже делится на две веточки.

Учитель: В их клетках с участием ферментов происходит окисление двухвалентного железа в трехвалентное:

FeCO3 + O2 + H2O → Fe (OH)3 + CO2 + Q.

Методом электронного баланса находим коэффициенты и получаем следующее уравнение:

4FeCO3 + O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3 + 4CO2 + Q..

В результате этой реакции бактерии черпают энергию для получения питательных веществ, а в это время происходит и обогащение железной руды. Убедимся в этом, вычисляя массовые доли железа в карбонате железа (II) и гидроксиде железа (III).

Деятельность серобактерий - одна из основных движущих сил круговорота серы в биосфере. Сера входит в состав ряда аминокислот и также представляет собой жизненно важный элемент. Находящиеся глубоко в почве и в морских осадочных породах соединения серы с металлами - сульфиды, элементарная сера переводятся микроорганизмами в доступную форму - сульфаты, которые и поглощаются растениями.

В серобактериях в анаэробных условиях происходит следующая окислительно-восстановительная реакция:

S +HNO3 + H2O → H2SO4 + N2 + 109,2 кДж;

а в аэробных условиях:

S + O2 + H2O → H2SO4 + Q.

Методом электронного баланса расставьте коэффициенты. Определите окислитель, восстановитель. (задания выполняются на доске и на местах)

Очень важную функцию связывания атмосферного азота выполняют азотфиксирующие бактерии.

Ученик (сообщение): азотфиксирующие бактерии или клубеньковые живут в корневой системе бобовых растений: гороха, фасоли, люпина, клевера, люцерны (показывает гербарии, демонстрирует влажный препарат клубеньковых бактерий). Эти бактерии из атмосферного азота синтезируют нитраты. В растворенном виде эти соединения из почвы поступают в растения и используются для построения белков. Это свойство азотфиксирующих бактерий широко применяется в севообороте сельскохозяйственных культур и в приусадебных хозяйствах.

Учитель: Деятельность этих бактерий упрощенно дается по схеме:

3H2 +N2 = 2NH3 + 92 кДж.

Центральное место в круговороте азота в биосфере занимают нитрифицирующие бактерии. Их интенсивность свидетельствует о степени завершенности процессов минерализации в экосистемах. Конечным продуктом деятельности нитрифицирующих бактерий является азотная кислота, которая усваивается растениями в виде солей - нитратов.

Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотной кислоты в две стадии. Первую стадию осуществляют бактерии рода нитрозомонас:

?NH3 +?О2 = ?НNО2 + ?H2О + 660 кДж.

Азотистую кислоту окисляют до азотной бактерии рода нитробактер:

?HNО2 + О2 = ?НNО3 + 158 кДж.

Методом электронного баланса расставьте коэффициенты. Определите окислитель, восстановитель. (задания выполняются на доске и на местах)

III. Выполнение самостоятельной работы

Учитель:

I вариант. Молекулярный азот возвращается в атмосферу благодаря деятельности денитрифицирующихбактерий:

?НNО3 + ?Н2 → ?N2 + ?Н2О+ 1120 кДж;

II вариант. Благодаря бактериям рода десульфовибрио в толщах морей и океанов формируются слои, содержащие в высоких концентрациях сероводород:

?H2SO4 + ?H2 → ?H2S + ?Н2О+ 154 кДж;

Используя метод электронного баланса, составьте уравнения этих окислительно-восстановительных реакций. Укажите восстановитель и окислитель.

Как видите, в результате окислительно-восстановительных процессов выделяется энергия. Эту энергию бактерии используют для синтеза нужных себе органических веществ.

IV. А теперь обобщим полученные знания

1. бактерии - это отдельная группа прокариот, они не имеют обособленного ядра в цитоплазме;

2. в ходе эволюции бактерии приспособились использовать энергию окислительно-восстановительных реакций, этим объясняется одна из причин многообразия бактерий;

3. в природе хемосинтезирующие бактерии имеют важное значение.

V. Задание на дом

Выполнить следующее задание:

В организме человека избыток нитратов, попавших с пищей, приводит к отравлению. Это обусловлено высокой токсичностью нитритов, которые образуются из нитратов с участием кишечной палочки.

Условно молекулярное уравнение этого процесса выглядит так:

HNO3 + Н2 = HNO2 + H2O + Q,

Методом электронного баланса расставьте коэффициенты. Определите окислитель и восстановитель.

Список литературы

  1. Пасечник Владимир Васильевич Биология: Многообразие растений. Бактерии. Грибы: 7 класс. Москва: Просвещение 2022. - 189 (3)с. Линейный курс.
  2. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия - 9. - М.: Просвещение, 2019.
  3. Яновская М. «А есть ли предел?..». - М.: Издание «Знание», 1969.
  4. Журнал «Химия в школе» №2, 1995.
  5. И.Г.Хомченко «Сборник задач и упражнений по химии для средней школы», М., «Новая волна», 2023.