birmaga.ru
добавить свой файл

1
МИТРИЧЕНКО АННА НИКОЛАЕВНА


Учитель биологии

Татарская гимназия №84

Октябрьского района

Городского округа город Уфа

Республика Башкортостан

Урок по теме: «Фотосинтез: история изучения, сущность, значение»


Цели и задачи урока:

1. Образовательная цель: Раскрыть сущность процесса фотосинтеза и его значения для жизни на Земле

Задачи:

  • Познакомиться с историей открытия фотосинтеза.

  • Изучить результаты экспериментов по выявлению условий, необходимых для процесса фотосинтеза.

  • Составить общее уравнение фотосинтеза.

  • Выявить приспособления растений к фотосинтезу.

2. Развивающая цель: развивать логическое мышление, навыки самостоятельной работы, умение делать выводы из анализа результатов эксперимента и предъявлять результаты своей деятельности.

Задачи:

  • развивать умение выделять главное и устанавливать причинно-следственные связи;

  • развивать умение использовать ранее приобретенные знания для получения новых знаний;

  • развивать навыки самостоятельной работы с новым материалом, умение делать выводы и обобщения;

  • развивать умение работать в группе, предъявлять результаты своей деятельности, умение слушать и слышать своего товарища.

3. Воспитательная цель: Воспитывать бережное отношение к зеленым растениям, исходя из знаний об их роли в жизни человека и всех живых организмов на Земле.

Тип урока: изучение нового материала с элементами лабораторной работы.

Методы обучения: репродуктивные (вступительные слова учителя), частично-поисковые (предварительная самостоятельная работа в группах с познавательными материалами), проблемный метод (при решении проблемных заданий).

Формы работы: вступительное слово учителя, групповая работа по решению познавательных заданий, выступления представителей групп с результатами своей познавательной деятельности, общее обсуждение проблемных заданий, проверка усвоения новых знаний с помощью теста.


Оборудование: карточки с познавательными материалами и заданиями, раствор йода, предварительно обесцвеченные в спиртовом растворе листья герани окаймленной, таблица “Клеточное строение листа”, схема «Фотосинтез у растений», тестовый раздаточный материал.

План урока


  1. История изучения питания растений.

  2. Результаты экспериментов по выявлению условий, необходимых для фотосинтеза.

  3. Приспособления растений к фотосинтезу.

  4. Сущность фотосинтеза

  5. Значение фотосинтеза в природе и жизни человека.



  1. Организационный момент.

  2. Актуализация знаний

Учитель: Организм – открытая система. Объясните данное выражение.

(Ответы учащихся: организмы непрерывно обмениваются энергией и веществом с окружающей средой.)

Учитель: Для чего организму необходима энергия?

(Ответы учащихся: для совершения различного вида работ: химического синтеза веществ, необходимого для восстановления и роста тканей, активного транспорта веществ через мембраны, проведение нервных импульсов и др.)

Учитель: Что является источником энергии для всех этих видов активности живых организмов?

(Ответы учащихся: Источником энергии почти для всех этих видов активности служат питательные вещества – органические молекулы, в которых содержится химическая энергия, запасенная в связях между их атомами. При разрыве связей эта энергия может высвободиться. При этом она аккумулируется в форме АТФ (“макроэнергетические связи”) и в этой форме используется затем для выполнения различной работы в клетке.)

Учитель: Вспомним, какие особенности строения АТФ делают ее “разменной монетой” экономики клетки?

(Ответы учащихся: Две макроэнергетические связи. Во время разрыва одной из них высвобождается гораздо больше энергии – около 40 кДж/моль, чем при разрыве любых других ковалентных связей – 12 кДж/моль).


Учитель: Итак, органические вещества – источники энергии для жизнедеятельности клетки. А где берут их организмы?

(Ответы учащихся: Все организмы по источникам получения органических веществ делятся на 2 группы:

Автотрофы –  самостоятельно синтезируют органические вещества из минеральных для своего питания (фототрофы - растения, некоторые бактерии - цианобактерии; хемотрофы – некоторые бактерии).

Гетеротрофы – получают с пищей готовые органические вещества (животные, грибы, большинство бактерий).

Сегодня нас интересует только - фототрофы.

Итак цель нашего урока – рассмотреть процесс фотосинтеза, условия, необходимые для его протекания; познакомится с работами ученых, исследовавших эту проблему.


  1. Изучение нового материала.

Учитель: Фотосинтез – это процесс преобразования поглощенной энергии света в химическую энергию органических соединений.

Фотосинтез – единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению энергии биосферы за счет внешнего источника – Солнца – и обеспечивающий существование как растений, так и практически всех гетеротрофных организмов.

Предварительно 3 группы учащихся вашего класса получили следующие задания: составить проект, найдя ответы на поставленные вопросы. Предоставим слово для защиты проекта учащимся первой группы.

Защита проекта первой группы учащихся.

Учащиеся: Перед нами стояла задача: изучить работы ученых, исследовавших фотосинтез. Результат нашей работы мы представляем в виде таблице 1 (она лежит на столах у учащихся) (см. Приложение № 1). На некоторых моментах из истории изучения фотосинтеза мы остановимся подробнее (выступление учащихся с использованием самодельных плакатов). (см. Приложение № 2)


Защита проекта второй группы учащихся.

Учащиеся: Перед нашей группой стояла задача выяснить: где, из каких веществ, при каких условиях в растении образуются органические вещества. Выступление учащихся с демонстрацией результатов опытов. (см. Приложение № 3)

Учитель: А теперь познакомимся с сущностью фотосинтеза. Но сначала давайте вспомним, где идет фотосинтез. (В хлоропластах листьев). Вспомните, какое строение имеют хлоропласты, как их строение соответствует выполняемой ими функции? (Диск, две мембраны, загибами внутренней мембраны образованы мешочки-тилакоиды, уложенные в стопки-граны. В мембраны тилакоидов встроены молекулы хлорофилла, он и улавливает энергию света; в тилакоидах происходит превращение световой энергии в химическую энергию АТФ).

Демонстрация таблицы «Строение листа», демонстрация рисунка «Строение хлоропласта» и «Часть тилакоидной системы».



Строение хлоропласта Часть тилакоидной системы

Главное вещество фотосинтеза – зелёный пигмент – хлорофилл. Это сложное органическое вещество, в центре которого находится атом магния. Хлорофилл находится в мембранах тилакоидов гран, из-за чего хлоропласты приобретают зелёный цвет, а благодаря хлоропластам и остальная часть клетки и весь лист становятся зелёными. Остальные структуры клетки – бесцветны.

Демонстрация рисунка «Строение молекулы хлорофилла».



Ну, а почему сам хлорофилл кажется нам зелёным? (А потому, что он поглощает лучи в красной и синей областях спектра и отражает зелёные лучи, которые и воспринимаются нашим глазом.)

Ознакомимся с химизмом фотосинтеза по схеме 1.

СОЛНЦЕ



Фотосистема I Фотосистема II



хлорофилл аI хлорофилл аII СО2

Р700 Р680

е Е

АДФ + Ф→АТФ АДФ + Ф→АТФ-----------→

Н2О→ Н+ + ОН- →4ОН- →2 Н2О + О2

Фотолиз воды Е, Н С6Н12О6

НАДФ•Н

Световая фаза Темновая фаза

По современным данным фотосинтез включает два типа реакций: световые (светозависимые) и темновые (не зависящие от света). Световые реакции территориально привязаны к пространству, ограниченному тилакоидами. Т.е. они происходят на мембранах хлоропластов. Темновые проходят в строме хлоропласта.

Световая фаза.

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 стадии:

1) Фотосистема I. Молекулы хлорофилла аI поглощают свет с длиной волны 700 нм. Электроны, получившие избыток энергии, участвуют в реакции диссоциации воды:

Н2О = Н+ + ОН-.

Процесс распада воды до Н+ и ОН, протекающий при участии электронов, имеющих избыток энергии за счет фотореакций, получил название фотолиза воды.


2) В строме хлоропласта всегда есть вещество, являющееся переносчиком водорода, по своей природе оно является динуклеотидом и называется сокращённо НАДФ+ – окисленная форма (никотин–амид–аденин–динуклеотид–фосфат). Это соединение захватывает возбуждённые светом e и протоны, и восстанавливается, превращаясь в НАДФ·H2.

НАДФ+ + 2ё + 2Н+ = НАДФ • Н2 + Н+.

Полученное в данной реакции вещество НАДФ•Н2 играет роль восстановителя в реакциях темновой фазы.

3) Фотосистема II. Молекулы хлорофилла аII поглощают свет с длиной волны 680 нм. Электроны с избыточной энергией по системе цитохромов переносятся на молекулы хлорофилла аI и занимают пустующие орбитали, которые раньше занимали электроны, связавшиеся с ионами водорода в ходе фотолиза воды. (При прохождении электронов по цепочке цитохромов часть их энергии используется для синтеза АТФ.) В результате возникает нехватка электронов в молекулах хлорофилла аII. Эта нехватка восполняется электронами гидроксид-анионов (ОН), которые образовались в ходе того же фотолиза воды. Отдавая электроны молекулам хлорофилла аII, эти ионы превращаются в гидроксид-радикалы: ОН- е =ОН

Гидроксид-радикал — это чрезвычайно неустойчивое химическое соединение, поэтому, только образовавшись, оно самопроизвольно превращается в воду и свободный кислород, выделяемый растением во внешнюю среду: 4ОН =2Н2О + О2.

Таким образом, кислород, которым дышит подавляющее большинство живых организмов на Земле, представляет собой побочный продукт фотосинтеза, образующийся вследствие фотолиза воды.

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

Синтез АТФ из АДФ за счет энергии света — очень эффективный процесс: за одно и то же время в хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях.


Темновая фаза.

Если световая фаза может протекать только при освещении растения, то реакции темновой фазы протекают независимо от света. Эти реакции осуществляются в строме хлоропластов, кудa из тилакоидов поступают богатые энергией вещества: НАДФ•Н2 и АТФ. Источник углерода — СО2 — растение получает из воздуха через устьица. В реакциях темновой фазы СО2 восстанавливается до глюкозы, причем этот процесс протекает с затратами энергии, запасенной в молекулах АТФ и НАДФ • Н. Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе темновой фазы фотосинтеза получило название цикла Кальвина, по имени его открывателя, за что он был удостоен Нобелевской премии в 1961 г.

Суммарные уравнения и частные реакции фотосинтеза представлены в таблице 2.

Продуктивность фотосинтеза весьма высока: за один час на 1 м2 площади листа синтезируется до 1 г сахаров; при этом часть энергии выделяется в виде тепла.

Итак, в результате фотосинтеза растения накапливают органические вещества и обеспечивают постоянство уровня СО2 и О2 в атмосфере. В верхних слоях воздушной оболочки (на высоте 15—20 км) Земли из кислорода образуется озон, имеющий химическую формулу О3. Озоновый слой защищает все живые организмы от опасных для жизни ультрафиолетовых лучей

Защита проекта третей группы учащихся.

Учащиеся: Перед нашей группой стояла задача выяснить – от чего зависит интенсивность фотосинтеза. Изучив литературу, мы узнали, что интенсивность фотосинтеза зависит, по крайней мере, от 3-х факторов:


  1. света

  2. температуры

  3. концентрации углекислого газа.

Данные мы хотим представить в виде графиков (демонстрируют графики). (см. Приложение № 4)

IV. Закрепление: Для проверки усвоения нового материала предлагаю учащимся выполнить тестовые задания по 2 вариантам (см. приложение №4).

V. Домашнее задание: § 24, вопросы № 1-4 на стр. 93., написать сочинение о значении фотосинтеза и объяснить выражение Юлиуса Майера: «Свет – это вечно натянутая пружина, приводящая в действие механизмы земной жизни» (стр 94).