Урок № 16: «Фотосинтез»

 

Предмет:  биология                                 Учитель МБОУГвардейская школа Хасанова Ф.Д.

6 класс

Дата _________

Урок № 16: «Фотосинтез»

Цель: раскрытьсущность процесса фотосинтеза и его значения для жизни на Земле; познакомить спонятием «фотосинтез»; на основе опытов доказать, при каких условиях образуютсяорганические вещества; сформулировать понятие «фотосинтез»; развивать логическое мышление;навыки самостоятельной работы; умение делать выводы из анализа результатовэксперимента.

Оборудование: мультимедийный проектор,компьютер, интерактивная доска, электронное приложение учебника (презентация,видеоролик).

УУД:

ЛичностныеУУД: смыслообразование (каков смысл изучения данной темы);  нравственно-этическое оценивание  усваиваемого  содержания

РегулятивныеУУД (организация  учащимися своей  учебной деятельности):  целеполагание, планирование,прогнозирование,  контроль, коррекция,  оценка, волевая саморегуляция в ситуации затруднения.

ПознавательныеУУД: поиск  и выделение необходимойинформации, структурирование  знаний, смысловое чтение, умение осознанно строить  речевое высказывание, логические действия(анализ, синтез, сравнение, обобщение).

Коммуникативные УУД:учебное сотрудничество с учителем и учениками, постановка вопросов, оценка икоррекция действий партнера

Планируемыерезультаты:

–Учащиеся должны знать: виды

–Учащиеся должны уметь: определять

–Учащиеся должны владеть: работа с парой, учебным материалом.

Типурока: изучение нового материала.

Ходработы:

1.                 Организационный материал

2.                 Проверка отсутствующих

3.                 Проверка готовности к уроку.

4.                 Изучение нового материала.

5.                 Ознакомление с целью и задачами сегодняшнего занятия. Постановкацели урока.

Без кислорода наша жизнь просто невозможна. Каждую секунду мыего потребляем, а вместо него выбрасывается углекислый газ. Но кислород в нашейатмосфере за столько лет еще не закончился. Да он и не закончится, пока естьрастения.  Именно они перерабатывают углекислый газ в кислород. И, чтосамое удивительное, именно таким образом они и питаются. На этом уроке мыузнаем, как же у растений получается это делать.

При росте рас­те­ния в почве его масса уве­ли­чи­ва­ет­ся силь­нее,чем умень­ша­ет­ся масса почвы. Это объ­яс­ня­ет­ся тем, что рас­те­ния самыспо­соб­ны к син­те­зу ор­га­ни­че­ских ве­ществ из уг­ле­кис­ло­го газа иводы.

Фо­то­син­тез – син­тез ор­га­ни­че­скихве­ществ из уг­ле­кис­ло­го газа и воды с ис­поль­зо­ва­ни­ем энер­гии света.Это одна из важ­ней­ших спо­соб­но­стей рас­те­ний. Бла­го­да­ря фо­то­син­те­зу,рас­те­ния обес­пе­чи­ва­ют энер­ги­ей не толь­ко себя, но и дру­гие ор­га­низ­мы(жи­вот­ные, грибы). Это свя­за­но с тем, что рас­те­ния на­хо­дят­ся в на­ча­лелюбой пи­ще­вой це­поч­ки.

История открытия фотосинтеза

Но еще 300-400 лет назад ответ на вопрос «откударастения берут питательные вещества для строительства своих клеток?» занималумы ученых во всем мире.

Первым и очевидным ответом было предположение, чтоиз земли. Однако, в далеком 1600 году фламандский ученыйЯн Батист ван Гельмонт решил проверить влияние почвы на рост растенийи провел уникальный в своей простоте опыт. Естествоиспытатель взялветочку ивы и бочку с почвой.

 Предварительно их взвесил. А затем посадил отростокивы в бочку с почвой. Долгие пять лет ван Гельмонт поливал молодоедеревце лишь дождевой водой. А через пять лет выкопал деревце,и вновь взвесил отдельно деревце и отдельно почву. Каково жебыло его удивление, когда весы показали, что деревце увеличило свой вес практическив тридцать раз, и совсем не походило на тот скромныйпрутик, что был посажен в кадку. А вес почвы уменьшился всегона 56 граммов.

Ученый сделал вывод. что почва практически не даетстроительного материала растениям, а все необходимые вещества растениеполучает из воды.

После ван Гельмонта различные ученые повторили его опыт,и сложилась так называемая «водная теория питания растений».

Одним из тех, кто попытался возразить этой теории был М.В.Ломоносов. И строил он свои возражения на том, чтона пустых, скудных северных землях с редкими дождями растут высокие,мощные деревья. Михаил Васильевич предположил, что часть питательных веществрастения впитывают через листья, но доказать свою теорию экспериментальноон не смог.

 И как часто бывает в науке, помог его величествослучай.

Однажды нерадивая мышь, решившая поживиться церковными запасами,случайно перевернула банку и оказалась в ловушке. И черезнекоторое время погибла. К нашей удаче, эту мышь в банке обнаружилДжозеф Пристли, который был не просто священником, а по совместительствуученым-химиком, и очень интересовался химией газов и способамиочистки испорченного воздуха. И тут церковным мышам не повезло. Онистали участницами различных опытов английского ученого.

 Джозеф Пристли ставил под одну банку горящую свечу,а в другую сажал мышь. Свеча тухла, грызун погибал. В наше времяего самого зоозащитники посадили бы в банку, но в далеком1771 году ученому никто не помешал продолжить свои опыты. Пристли посадилмышь в банку, где до этого потухла свеча. Животное погибло ещебыстрее.

И тогда Пристли сделал вывод, что раз все живоена Земле до сих пор не погибло, Бог (мы же помним, чтоПристли был священником), придумал некий процесс, чтобы воздух вновь былпригоден для жизни. И скорее всего, основная роль в нем принадлежитрастениям.

Чтобы доказать это, ученый взял воздух из банки где погибламышь, и разделил его на две части. В одну банку он поставилмяту в горшочке. А другая банка ждала своего часа. Через 8 днейрастение не только не погибло, а даже выпустило несколько новыхпобегов. И он опять посадил грызунов в банки. В той, гдеросла мята — мышь была бодра и закусывала листиками.А в той, где мяты не было — практически моментально лежаладохлая мышиная тушка.

Опыты Пристли вдохновили ученых, и во всем мире началиотлавливать мелких грызунов и пытаться повторить его эксперименты.

 Но мы же помним, что Пристли был священникоми весь день, до вечерней службы мог заниматься исследованиями.

А Карл Шееле, аптекарь из Швейцарии, экспериментировалв домашней лаборатории в свободное от работы время,т.е. по ночам, и мыши дохли у него независимоот присутствия мяты в банке. В результате его экспериментовполучалось, что растения не улучшают воздух, а делают его непригоднымдля жизни. И Шееле обвинил Пристли в обмане научной общественности.Пристли не уступил, и в результате противостояния ученых былоустановлено, что для восстановления воздуха растениям необходим солнечный свет.

Именно эти опыты положили начало изучению фотосинтеза.

Исследование фотосинтеза стремительно продолжалось. Ужев 1782 году, спустя всего лишь 11 лет после исследованийПристли, швейцарский ботаник Жан Сенебье доказал, что органоиды растенийразлагают углекислый газ в присутствии солнечного света.И практически еще сто лет провальных и удачных экспериментовпонадобилась ученым разных специальностей, чтобы в 1864 году немецкийученый Юлиус Сакс смог доказать, что растения потребляют углекислый гази выделяют кислород в соотношении 1:1. 

Значение фотосинтеза для жизни на Земле И теперьстановится понятна важность процесса фотосинтеза для жизни на земле.Именно благодаря этому сложному химическом процессу стало возможно зарождениежизни на земле и существование человека.

 

Кто-то может возразить, что на Земле есть места, гдене растут ни деревья ни кустарники, например, пустыни илиАрктические льды. Ученые доказали, что доля кислорода, выделяемого зеленоймассой лесов, кустарников и трав — т. е. растений, что обитаютна поверхности суши, составляет всего около 20% газообмена, а 80%кислорода приходится на мельчайшие морские и океанские водоросли,которые потоками воздуха переносятся по всей планете, позволяя дышатьживотным в экстремальных, практически лишенных растительности регионахнашей удивительной планеты.

Благодаря фотосинтезу вокруг нашей планеты сформировалсязащитный озоновый экран, защищающий все живое на земле от космическойи солнечной радиации, и живые организмы смогли выйти на сушуиз глубин океана.

К сожалению, в настоящее время кислород потребляютне только живые существа, но и промышленность. Уничтожаютсятропические леса, загрязняются океаны, что приводит к снижению газообменаи увеличению дефицита кислорода.

Ор­га­низ­мы, спо­соб­ные к фо­то­син­те­зу. По­ми­морас­те­ний, к фо­то­син­те­зу спо­соб­ны и неко­то­рые бак­те­рии. На­при­мер,га­ло­бак­те­рии ис­поль­зу­ют при­ми­тив­ный путь фо­то­син­те­за, при ко­то­ромне вы­де­ля­ет­ся кис­ло­ро­да.

То же самое про­ис­хо­дит у зе­ле­ных и пур­пур­ных бак­те­рий.Ци­анобак­те­рии в ходе фо­то­син­те­за вы­де­ля­ют кис­ло­род.

Фазы фотосинтеза. К фотосинтезуспособны не только растения, но и многие одноклеточные животныеблагодаря специальным органоидам, которые называются хлоропласты.

Хлоропласты — это пластиды зеленого цвета фотосинтезирующихэукариот.

В состав хлоропластов входят: две мембраны; стопки гранов;диски тилакоидов; строма — внутреннее вещество хлоропласта; люмен —внутреннее вещество тилакоида.

Сложный процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световойи темновой. Как понятно из названия, световая (светозависимая) фазапроисходит с участием квантов света. Название темновая фаза вовсене означает, что процесс происходит в темноте. Более точноеопределение — светонезависимая. Т.е. для реакций, происходящих в этойэтой фазе, свет не нужен, а протекает она одновременносо световой, только в других отделах хлоропласта.

 Многие делают ошибку, говоря, что в процессе фотосинтезапроисходит производство растениями такого необходимого человечеству кислорода.На самом деле фотосинтез — это синтез углеводов (например, глюкозы),а кислород — лишь побочный продукт реакции.

   Световаяэнергия в фотосинтезе

Если взять рас­те­ние и по­ста­вить его на 3 суток в тем­ноеместо, то из лист­ков уйдут все пи­та­тель­ные ве­ще­ства. Далее это рас­те­ниенеоб­хо­ди­мо вы­нуть на свет и по­ме­стить один из ли­стьев в чер­ный кон­вертс от­вер­сти­ем опре­де­лен­ной формы. Через 8-10 часов пре­бы­ва­ния рас­те­нияна свету необ­хо­ди­мо от­ре­зать 2 листа, один из ко­то­рых был в кон­вер­те.По­ме­стить их в ки­пя­щую воду, а затем в спирт. Когда спирт окра­сит­ся в зе­ле­ныйцвет, а ли­стья пол­но­стью обес­цве­тят­ся, необ­хо­ди­мо их вы­нуть и рас­пра­витьна та­рел­ке. При об­ли­ва­нии обоих ли­стьев йодом на листе из кон­вер­та по­явит­сясиняя фи­гу­ра, со­от­вет­ству­ю­щая от­вер­стию кон­вер­та. А обыч­ный лист по­си­не­етпол­но­стью.

Это про­изой­дет по при­чине на­коп­ле­ния крах­ма­ла, в виде ко­то­ро­горас­ти­тель­ный ор­га­низм на­кап­ли­ва­ет глю­ко­зу. Крах­мал – слож­ная мо­ле­ку­ла,не рас­тво­ри­мая в воде. При необ­хо­ди­мо­сти транс­пор­ти­ров­ки в дру­гиеор­га­ны рас­те­ния, крах­мал снова пре­вра­ща­ет­ся в глю­ко­зу.

   Образованиеорганических веществ

Если рас­те­ние  с пест­ры­ми ли­стья­ми по­ста­вить наяркий сол­неч­ный свет, и через несколь­ко часов сре­зать, обес­цве­тить и окра­ситьйодом несколь­ко ли­стьев, то белые по­ло­сы оста­нут­ся бе­лы­ми.

Это про­ис­хо­дит по­то­му, что клет­ки зе­ле­ных ча­стей рас­те­ниясо­дер­жат хло­ро­пла­сты, со­дер­жа­щие зе­ле­ный пиг­мент хло­ро­филл. Хло­ро­филлпо­гло­ща­ет и за­па­са­ет энер­гию сол­неч­ных лучей.

В пла­сти­дах белых ча­стей рас­те­ния нет хло­ро­фил­ла, всвязи с чем крах­мал там не об­ра­зу­ет­ся.

 

 

Опыт: необ­хо­ди­мо взять стек­ло, на ко­то­ром под стек­лян­нымкол­па­ком вы­ста­вить ве­точ­ку рас­те­ния. Сма­зать края кол­па­ка ва­зе­ли­ном,что предот­вра­тит по­па­да­ние воз­ду­ха. Рядом с растением под кол­пак по­ста­витьсосуд с едкой ще­ло­чью (ве­ще­ство, хо­ро­шо ре­а­ги­ру­ю­щее с углекис­лымгазом, по­гло­щая его). Таким об­ра­зом, ще­лочь по­гло­тит уг­ле­кис­лый газ.Через  2 дня можно снять кол­пак с рас­те­ния. И про­ве­рить на­ли­чиекрах­ма­ла в его ли­стьях – он будет отсутствовать.

Таким об­ра­зом, крах­мал об­ра­зу­ет­ся в ли­стьях толь­ко прина­ли­чии уг­ле­кис­ло­го газа и толь­ко на свету. Для об­ра­зо­ва­ния глю­ко­зы(см. Рис. 5) рас­те­нию необ­хо­ди­мы уг­ле­кис­лый газ, кото­рый оно по­лу­ча­етчерез устьи­цы, и вода, ко­то­рую оно по­лу­ча­ет из почвы.

Рис. 5. Схема об­ра­зо­ва­нияглю­ко­зы

По­гло­ще­ние уг­ле­кис­ло­го газа

Неко­то­рые степ­ные и пу­стын­ные рас­те­ния днем дер­жат все устьи­цыза­кры­ты­ми (толстянки, как­ту­сы), что свя­за­но с силь­ной жарой. Уг­ле­кис­лыйгаз они по­гло­ща­ют ночью, и затем его за­па­са­ют, чтобы днем ис­поль­зо­ватьдля син­те­за глю­ко­зы.

   Типы питания растений

Зе­ле­ные рас­те­ния – ав­то­тро­фы, так как они син­те­зи­ру­ютор­га­ни­че­ские ве­ще­ства из неорга­ни­че­ских с ис­поль­зо­ва­ни­ем энер­гиисол­неч­но­го света.

У рас­те­ния су­ще­ству­ет 2 типа пи­та­ния:

·                                                 Ми­не­раль­ное, обес­пе­чи­ва­ю­щее его неор­га­ни­че­ски­ми со­ля­ми

·                                                 Фо­то­син­тез, обес­пе­чи­ва­ю­щий его ор­га­ни­че­ски­ми ве­ще­ства­ми

 Выделение кислорода в процессефотосинтеза

Опыт: необ­хо­ди­мо взять 2 банки, в каж­дую из ко­то­рых по­ло­житьсухой лед (за­мерз­ший угле­кис­лый газ). За­крыть банки. Когда они со­гре­ют­ся,по­ме­стить в них по неболь­шо­му горш­ку с рас­те­ни­ем. Первую банку по­ста­витьна яркий сол­неч­ный свет, вто­рую – в тем­ное место. Через сутки от­крыть обебанки, и в каж­дую опу­стить по го­ря­щей лу­чин­ке. В банке, сто­яв­шей насолн­це, лу­чин­ка ярко горит – там есть кис­ло­род. В банке, сто­я­щей в тем­но­те,лу­чин­ка гас­нет – там нет кис­ло­ро­да.

Таким об­ра­зом, рас­те­ния вы­де­ля­ют кис­ло­род толь­ко насвету – в про­цес­се фо­то­син­те­за.

Еже­год­норас­те­ния нашей пла­не­ты вы­де­ля­ют до 400 млрд тонн кис­ло­ро­да.

Опыт по теме «Фо­то­син­тез»

На­лей­те в банку воду, на­сы­щен­ную уг­ле­кис­лым газом. По­ме­сти­тев нее побег эло­деи. Поставь­те банку на яркий свет, на­блю­дай­те за вы­де­ле­ни­емгаза ве­точ­ка­ми эло­деи.

В ре­зуль­та­те фо­то­син­те­за син­те­зи­ру­ют­ся глю­ко­за (ко­то­раязатем может за­па­сать­ся в виде крах­ма­ла) и кис­ло­род, ко­то­рый черезустьи­ца вы­хо­дит в ат­мо­сфе­ру.

Бла­го­да­ря фо­то­син­те­зу за­па­са­ет­ся энер­гия сол­неч­но­госвета. Так, энер­гия, ко­то­рую мы по­лу­ча­ем, сжи­гая ка­мен­ный уголь, – этоэнер­гия, в свое время за­па­сен­ная в ходе фо­то­син­те­за.

6.      Закреплениенового материала. Работа с учебником.

7.      Рефлексия.Выставление оценок.

8.      Д/з§27 вопросы

-Чтотакое фо­то­син­тез?

-Какиесу­ще­ству­ют типы пи­та­ния у рас­те­ний? Оха­рак­те­ри­зуй­те их.

^— Узнай­те,какой еще су­ще­ству­ет тип ав­то­троф­но­го пи­та­ния, по­ми­мо фо­то­син­те­за.Для каких организ­мов он ха­рак­те­рен? По какой при­чине они ис­поль­зу­ют нефо­то­син­тез, а дру­гой тип автотроф­но­го пи­та­ния?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Световая фаза фотосинтеза

Световая фаза фотосинтезапроисходит на мембранах тилакоидов. Фотон света, попадаяна хлорофилл, возбуждает его и происходит выделение электронови скопление отрицательно заряженных электронов на мембране. Послетого, как хлорофилл потерял все свои электроны, квант света продолжаетвоздействовать на воду, вызывая фотолиз

Н2О. Н2О → Н+ + ОН-

Положительно заряженные протоныводорода накапливаются на внутренней мембране тилакоида.

 Получается такой бутерброд: содной стороны отрицательно заряженные электроны хлорофилла, с другой –положительно заряженные протоны водорода, а между ними – внутренняямембрана тилакоида.

Гидроксильные ионы идутна производство кислорода:

4ОН → О2 + 2Н2О

Когда количество протонов водородаи электронов достигает максимума, запускается специальныйпереносчик — АТФ-синтаза. АТФ-синтаза выталкивает протоны водородав строму, где их подхватывает специальный переносчикникотинамиддинуклеотидфосфат или сокращенно НАДФ. НАДФ — специфическийпереносчик протонов водорода в реакциях углеводов.

Прохождение протонов водорода черезАТФ-синтазу сопровождается синтезом молекул АТФ из АДФ и фосфата илифотофосфорилированием, в отличие от окислительного фосфорилирования.

На этом световая фазафотосинтеза заканчивается, а НАДФН+ и АТФ переходят в темновуюфазу.

Повторим ключевые процессы световойфазы фотосинтеза:

Фотон попадает на хлорофиллс выделением электронов.

Фотолиз воды.

Выделение кислорода.

Накопление НАДФН+. Накопление АТФ.

Темновая фаза фотосинтеза

Темновая фаза фотосинтеза — совокупностьферментативных реакций, которые происходят в строме хлоропласта.Результатом таких реакций является восстановление поглощенного СО2 при помощиНАДФН+ и АТФ из световой фазы, а еще – синтез сложных органическихвеществ.

 В настоящее время ученымиоткрыто три различных варианта реакций, протекающих в темновую фазуфотосинтеза.

В зависимостиот метаболизма, СО2 растения делят на:

С3-растения — большинствосельскохозяйственных культур, произрастающих в умеренном климате,у которых в результате реакций СО2 превращаетсяв фосфоглицериновую кислоту.

С4-растения — растениятропиков и субтропиков, наиболее живучие сорняки. У этих растенийв результате реакций СО2 превращается в оксалоацетат.

САМ-растения — особый типС4-фотосинтеза у растений, испытывающих дефицит влаги.

Более подробно остановимсяна реакциях С3-фотосинтеза, присущих большинству растений и носящихназвание цикл Калвина.

Мелвин Калвин, американский химик,в 1961 году за определение последовательности реакций при усвоенииСО2 был удостоен Нобелевской премии в области химии.

В ходе реакций циклаобразуется глюкоза. Чтобы получилась всего лишь одну молекулу глюкозы,последовательные реакции цикла Кальвина одна за другой происходят целыхшесть раз и на ее построение тратится шесть молекул СО2,восемнадцать молекул АТФ, двенадцать НАДФН+ и двадцать четыре протона.В ходе дальнейших исследований с меченым радиоактивным углеродом былоустановлено, что у некоторых тропических и субтропических растений синтезуглеводов идет другим путем. И в 1966 году австралийские ученыеМ. Хетч и К. Слэк описали С4-фотосинтез, которыйв их честь называется циклом Хетча-Слэка.

 Главное отличие этих путейфотосинтеза в том, что у С3-растений процесс фотосинтеза протекает лишьв клетках мезофилла, а у С4-растений как в клеткахмезофилла, так и в клетках обкладки сосудистых пучков.

На первый взгляд, увеличениеколичества реакций может показаться лишенным смысла. Однако в природене существует ничего бессмысленного или излишнего. И путьС4-фотосинтеза — эволюционное приспособление растений к более сухомуи жаркому климату. Произрастание в условиях ограниченноговодоснабжения привело к снижению транспирации для уменьшения потерь воды,что в свою очередь привело к дефициту диоксида углеродаи необходимости его концентрации в клетках обкладки.

Также существует еще одинуникальный механизм фотосинтеза, характерный для суккулентов. Он носитназвание САМ (crassulaceae acid metabolism)— «путь фотосинтеза».Химические реакции напоминают путь метаболизма С4, однако здесь химическиереакции разделены не в пространстве, а во времени. Диоксидуглерода накапливается в темное время суток.

Протекание фотосинтетическихреакций в таком варианте позволяет растениям осуществлять процесс фотосинтезав условиях значительного дефицита влаги. Считается, что данный путьфотосинтеза сформировался самым последним в ходе эволюции.

Изучая пути фотосинтеза,Вы могли заметить, что в ходе эволюции вырабатываются уникальныеприспособительные механизмы к различным условиям существования:от засушливых пустынь до морских глубин.