Фотосинтез.

Особенности метаболизма в растительной клетке.

(Урок биологии в 10 классе).

Тип урока: комплексного применения знаний в форме ролевой игры (урок-

исследование).

Цели: Сформировать у учащихся представления о механизме фотосинтеза

как одном из важнейших способов питания растений.

предметные:



Вспомнить историю открытия фотосинтеза.



Вспомнить результаты экспериментов по выявлению условий, необходимых

для процесса фотосинтеза.



Изучить химические реакции, протекающие в световую и темновую фазу

фотосинтеза, механизм преобразования энергии солнца в энергию

химических связей.

метапредметные:



развивать умение извлекать информацию из текста и иллюстраций,

выполнять анализ и сравнение,



формировать навык самостоятельной работы с текстом,

личностные:



способствовать воспитанию любознательности, формированию

познавательного интереса к изучаемой теме и предмету в целом.

Формируемые УУД:

Предметные:

– оценивать роль биологических открытий и современных исследований в

развитии науки и в практической деятельности людей;

– оценивать достоверность биологической информации, полученной из

разных источников, выделять необходимую информацию для использования

ее в учебной деятельности и решении практических задач;

– проводить учебно-исследовательскую деятельность по биологии:

выдвигать гипотезы, планировать работу, отбирать и преобразовывать

необходимую информацию, проводить эксперименты, интерпретировать

результаты, делать выводы на основе полученных результатов;

– устанавливать связь строения и функций основных биологических

макромолекул, их роль в процессах клеточного метаболизма;

Личностные:

-осознание усвоения материала через участие в основной деятельности

урока;

- развитие самостоятельности;

- формирование осознанной мотивации к выполнению задания;

- формирование интеллектуальных умений (доказывать, строить

рассуждения, анализировать, сравнивать, делать выводы).

Метапредметные:

Регулятивные самостоятельно обнаруживать и формулировать учебную

проблему, определять цель учебной деятельности, выдвигать гипотезы

решения проблемы, осознавать конечный результат; умение организовать

выполнение заданий учителя. Развитие навыков самооценки и самоанализа

Познавательные

:

работать с различными источниками информации, готовить

сообщения и презентации, представлять результаты работы классу;

объяснять явления, процессы, связи и отношения, выявляемые в ходе

исследования; устанавливать причинно-следственные связи; проводить

наблюдение и эксперимент под руководством учителя;

Коммуникативные: формулировать собственное мнение и позицию,

аргументировать и координировать её с позициями партнёров в

сотрудничестве при выработке общего решения в совместной деятельности;

адекватно использовать речевые средства для решения различных

коммуникативных задач; владеть устной и письменной речью; строить

монологическое контекстное высказывание

Тип урока: усвоение новых знаний с элементами исследования и ИКТ.

Методы и технологии: ИКТ, исследовательский метод

Подготовка к уроку: за три дня до урока учащимися закладывается начало

опыта

( растение помещается в темный шкаф), подготовка сообщений по группам

Оборудование:

-интерактивная доска

-ноутбуки с программным обеспечением для лабораторий РОБИКЛАБ

-оборудование «Точки Роста» - датчик Рh

-листья растения находящегося на свету

-листья растения выдержанные в темноте

- лабораторная посуда

-дистиллированная вода

- рабочие листы для обучающихся.

- презентация

Ход урока.

I.

Организационный этап.

II.

Актуализация темы занятия.

Учитель:На сегодняшнем уроке мы с вами продолжим разговор о

метаболизме. Как вы знаете, жизнь на Земле зависит от потока энергии,

образующейся в результате термоядерных реакций, идущих в недрах солнца.

Около 1/3 этой энергии отражается в космическое пространство в виде света.

Из оставшихся 2/3 большая часть поглощается Землей и превращается в

тепло (часть идет на испарение воды в морях, океанах и т.д.).

Менее 1% солнечной энергии, достигающей Земли, преобразуется клетками

растений и других фотосинтезирующих организмов и обеспечивает все

процессы жизнедеятельности прокариот и эукариот.

-О каком процессе идет речь?

Ученики: О процессе фотосинтеза.

Учитель: Живые системы переводят энергию солнца в химическую,

световую, тепловую и другие виды энергии. Итак, мы говорим об

энергообмене, а это является составной частью термодинамики.

- Вспомните 1-й закон термодинамики (закон сохранения энергии).

Ученики: Энергия не образуется и не исчезает, но может превращаться из

одной формы в другую.

Учитель: Подчиняется ли клетка законам термодинамики? Какую работу

она может совершать?

На эти и другие вопросы мы постараемся ответить на сегодняшнем уроке

(записывают тему).

Цель: познакомиться с особенностями метаболизма в растительной клетке.

Наш класс на время урока превращается в исследовательский центр, где

будет работать несколько кафедр: физики, биологи, химики.

Сотрудники кафедр проводили свои исследования и собрали материал,

который поможет нам достичь поставленной цели.

III.

Изучение нового материала.

План.

1.

Определение фотосинтеза (беседа).

Процесс фотосинтеза является одним из важнейших биологических процессов,

протекающих в природе, ведь именно благодаря ему происходит образование

органических веществ из углекислого газа и воды под действием света, именно это

явление и называют фотосинтезом. И что самое важное, в процессе фотосинтеза

происходит выделение кислорода, жизненно необходимого для существования жизни на

нашей удивительной планете.

Фотосинтез (греч. «фотос» - свет, «синтез» - соединение) – синтез сложных

органических веществ из неорганических с использованием энергии света.

Учитель: Вспомните суммарное уравнение фотосинтеза.

6СО

2

+ 6Н

2

О - С

6

Н

12

О

6

+6О

2

↑

Вы видите, что световая энергия превращается в химическую, а углерод

фиксируется в виде органических соединений.

2.

История вопроса.

Учитель: Какова история открытия фотосинтеза?

Выступление

Ксении Багавиевой

История открытия явления фотосинтеза уходит своими корнями на четыре века в

прошлое, когда в далеком 1600 году некий бельгийский ученый Ян Ван Гельмонт

поставил не сложный эксперимент. Он поместил веточку ивы (предварительно

записав ее начальный вес) в мешок, в котором также находилось 80 кг земли. А

затем на протяжении пяти лет растение поливалось

исключительно дождевой водой. Каким же было удивление ученого, когда по

прошествии пяти лет вес растения увеличился на 60 кг, при том, что масса земли

уменьшилась всего лишь на 50 грамм, откуда взялась столь внушительная

прибавка в весе, так и оставалось для ученого загадкой.

Следующий важный и интересный эксперимент, ставший преддверием к открытию

фотосинтеза, был поставлен английским ученым Джозефом Пристли в 1771 году

(любопытно, что по роду своей профессии мистер Пристли был священником

англиканской церкви, но в историю вошел именно как выдающийся ученый). Что

же сделал мистер Пристли? Он поместил мышь под колпак и через пять дней та

умерла. Затем он снова поместил еще одну мышь под колпак, но в этот раз

вместе с мышкой под колпаком была веточка мяты и в результате мышь осталась

живой. Полученный результат навел ученого на мысль, о том, что существует

некий процесс, противоположный дыханию. Еще одним важным выводом этого

эксперимента стало открытие кислорода, как жизненно необходимого всем живим

существам (первая мышка умерла от его отсутствия, вторая же выжила,

благодаря веточке мяты, которая в процессе фотосинтеза как раз создала

кислород).

Так был установлен факт, что зеленые части растений способны выделять

кислород. Затем уже в 1782 году швейцарский ученый Жан Сенебье доказал, что

углекислый газ под воздействием света разлагается в

зеленых органоидах растений – фактически была открыта еще одна сторона

фотосинтеза. Затем еще через 5 лет французский ученый Жак Бусенго

обнаружил, что поглощение растениями воды происходит и при синтезе

органических веществ.

И финальным аккордом в череде научных открытий связанных с явлением

фотосинтеза стало открытие немецкого ботаника Юлиуса Сакса, которому в 1864

году удалось доказать, что объем потребляемого углекислого газа и выделяемого

кислорода происходит в пропорции 1:1.

Такова история открытия и исследования процесса фотосинтеза.

Учитель: Давайте рассмотрим этот процесс на различных уровнях

организации жизни.

3.

Строение листа.

Учитель: В каких органах растений может происходить фотосинтез?

Ученики: Фотосинтезируют все зеленые части растения, но главный

фотосинтезирующий орган высших растений – лист.

Учитель: Докажите, что строение листа и его функции тесно взаимосвязаны.

Выступление кафедры биологов

Слижевская Лиза

Взаимосвязь внутреннего строения листа и его основной функции очень

тесна. Например, воздушное пространство в губчатом слое мезофилла в

листике отвечает за обмен кислорода и углекислого газа. Ксилема нужна,

чтобы переносить воду и минеральные вещества от корня через

стебель, а флоэма – переносит крахмал и сахар через стебель из

листьев в корень. Тонкий верхний восковый слой листка защищает его от

пересыхания, предотвращает потерю влаги, а палисадный слой

содержит цилиндрические клетки, которые отвечают за фотосинтез.

Учитель: У эукариот фотосинтез происходит в хлоропластах.

Важнейшую роль в процессе фотосинтеза играют фотосинтезирующие

пигменты: фикобилины, каротиноиды, хлорофиллы Выступление кафедры

химиков Хисамутинова Полина

Основным пигментом, участвующим в фотосинтезе у высших растений,

является хлорофилл (греч. «хлорос» - зеленый, «филон» - лист).

Давайте рассмотрим строение молекулы хлорофилла .

Для хлорофилла характерно наличие порфиринового кольца. Порфиринновое

кольцо – плоская квадратная структура, содержащая атомы N с Mg. К такой

«голове» присоединен длинный углеводородный «хвост»

(С

20

Н

39

),соединенный с «головой» сложноэфирной связью со спиртом

(фитолом).

Учитель: Какой спектр солнечного света поглощает молекула хлорофилла?

Выступление кафедры физиков Лагута Дима

Хлорофиллы поглощают главным образом красный и сине-фиолетовый свет.

Зеленый свет они отражают и потому придают растениям характерную

зеленую окраску (К.А. Тимирязев)

.

4.

Фотосистемы (ФС).

Учитель: световая фаза фотосинтеза происходит в мембране тилакоида.

Молекулы хлорофиллов и других пигментов погружены в них и связаны с

белками. Они собраны в функциональные группы, которые называются

фотосистемами. Существуют две фотосистемы ФС-1 и ФС-2. Обе эти

системы содержат пигменты которые способны улавливать энергию

солнечного света.

Что же происходит с самим пигментом когда он ловит солнечный свет?

Энергия солнечного света заряжает электрон и этот электрон, богатый

энергией теряется, т.е. он выбивается солнечным светом и передается по

электронно-транспортной цепи. Переходит в ФС -1. При этом освобождается

энергия, которая идет на синтез АТФ.

Теперь смотрите когда хлорофилл теряет электрон ему же нужно

восстановиться, чтобы дальше участвовать. Так вот для ФС 1- донором

является ФС-2, а для ФС-2 электроны берутся из воды. Этот процесс

называется ФОТОЛИЗом. Фотолиз это расщепление молекулы воды под

действием солнечного света. Тоесть молекула воды отдает свой электрон

хлорофиллу и распадается на Н+ и молекулы О2.

Когда ФС1 заряжается энергией электрон переносится на конечный этап

молекулу акцептора НАДФ+, восстанавливая его до НАДФ.Н2, и этот этот

электрон будет уже перенесен в строму хлоропласта.

Протоны Н+ не способны к диффузии через мембрану и концентрируются в

тилакоидном пространстве. По мере накопления по обеим сторонам

нарастает разность потенциалов и когда величина достигает критического

уровня, сила электрического тока проталкивает протоны через канал АТФ-

синтетазу. При этом освобождается энергия, которая тратится на синтез АТФ

из АДФ.

Итак, в результате чего образуется АТФ при фотосинтезе?

Ученики: а) при потере энергии электроном,

б) в момент прохождения протонов через канал АТФ – синтетазы.

Темновая фаза фотосинтеза.

Учитель: Темновая фаза фотосинтеза происходит в строме хлоропласта

Цель темновой фазы – восстановление СО

2

до углеводов за счет энергии

АТФ и НАДФ ∙ Н. для этих биохимических реакций свет не нужен,

поскольку они уже обеспечены энергией, запасенной в биологических

аккумуляторах. Эта стадия темновая

Итог. В темновую фазу фотосинтеза происходит восстановление СО

2

до

С

6

Н

12

О

6

, реакции идут с поглощением энергии (АТФ; НАДФ ∙ Н).

Обратите внимание, стадии тесно связаны между собой.

Исследовательская часть

Предлагаю перейти с исследовательской части нашего урока в ходе

которой косвенным путем попробуем доказать протекание процессов

фотосинтеза и дыхания в листьях растений. Источником кислой среды будут

кислоты цикла Кребса (процесс дыхания),свободные протоны,

образовавшиеся при фотолизе воды (процесс фотосинтеза).

Описание установки

1.

Один датчик Рh

2.

Листья растения находящегося на свету

3.

Листья растения, выдержанные в темноте

4.

Ступка с пестиком

5.

Колбы «Фотосинтез», «Дыхание»

6.

Дистиллированная вода

Порядок выполнения работы

Для начала устанавливаем программное обеспечение с USB флеш-

накопителя. Подключаем цифровой датчик Рh.

Измельчаем лист растения находящегося на свету в ступке, добавляем

5 мл дистиллированной воды перемешиваем до получения однородной

кашицы. После чего накладываем кашицу в колбу, заливаем 45 мл

дистиллированной воды, размешиваем. В программе нажимаем кнопку

«ПУСК». Помещаем датчик Рh в жидкость, фиксируем полученный

результат.

Промываем датчик Рh в дистиллированной воде.

Далее проделываем аналогичные манипуляции с листом растения

выдержанного в темноте.

После всех измерений делаем вывод исходя из полученных данных.

Контрольные вопросы

1.

Что такое Рh?

2.

Почему изменилась кислотность приготовленных жидкостей ?

3.

В каком виде глюкоза запасается растениями?

IV.

Закрепление изученного материала.

В рабочих листах выполните задание №1. Каждой кафедре предлогается

ответить на вопрос по их направлению.

Задание на развитие функциональной грамотности.

Фотосинтез протекает в хлоропластах. В их состав входит особый пигмент-

хлорофилл, имеющий энергетически высоко заряженный элемент магний.

Энергия магния освобождается под действием фотонов солнца. Происходит

гидролиз молекул воды с образованием анионов и катионов, именно их

соединения на следующем этапе фотосинтеза образуют свободный Кислород.

Кислород накапливается в межклетниках губчатой ткани и выделяется через

устьице в окружающую среду.

БИОЛОГИ Фотосинтез протекает в зеленой части листа, клетки которой

содержат хлоропласты, но не может происходить в хромопластах.

Вопрос: Почему фотосинтез не может протекать в хромопластах?

ФИЗИКИ Вопрос : Предположите, какие изменения произойдут в

процессе фотосинтеза, если растение длительное время будет находиться

в темноте без источника света?

ХИМИКИ Жизненно важное вещество Кислород освобождается только в

световую фазу фотосинтеза под действием фотонов солнечного света

Вопрос : Как объяснить такую особенность световой фазы

фотосинтеза?

V.

Рефлексия

Оцените урок и свою работу на уроке

1.

Урок не понравился, не узнал ничего нового

2. Урок прошел как обычно

3. Урок понравился, узнал много нового

VI.

Выставление отметок.

VII.

Домашнее задание