Кировское областное государственное автономное образовательное учреждение дополнительного образования
«Центр дополнительного образования одаренных школьников»
Утверждаю
_____________________
директор
Е. Н. Перминова
«____»______________2015 г.
Дополнительная ОБЩЕобразовательная ПРОГРАММА
«Физиология растений» (9-11 класс)
Срок реализации – 1 год
Автор-составитель:
методист ЦДООШ
к. б.н.
Киров – 2015
I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Направленность программы – эколого-биологическая (с 2014 года естественнонаучная).
Актуальность, новизна, педагогическая целесообразность. Данный курс предназначен для ликвидации пробелов в знаниях учащихся по биологии растений в темах, касающихся физиологических процессов у растений. Курс построен с учетом обязательного минимума и отвечает современным требованиям теоретической и практической подготовки учащихся к Региональным, Окружным и Всероссийским олимпиадам по биологии.
Цели и задачи дополнительной образовательной программы.
Цель: углубление теоретических знаний, практических умений и навыков по биологии растений.
Задачи:
I. Образовательные:
- знакомство с процессами жизнедеятельности растений на разных уровнях организации;
- расширение представлений учащихся механизмах роста и развития растений, питания, дыхания, движения этих организмов;
- продолжение формирования общебиологических понятий на основе связи строения с функцией, зависимости жизнедеятельности организма от условий среды.
II. Развивающие:
- развитие навыка работы с оптическими приборами;
- развитие навыков работы в химической лаборатории;
- развитие навыков работы с биологическими объектами.
III. Воспитательные:
- воспитание познавательного интереса к предмету;
- создание условий для формирования личностных качеств: аккуратности, внимательности, целеустремленности;
- формирование навыка самостоятельной работы.
Отличительные особенности данной образовательной программы от уже существующих образовательных программ.
В школьном курсе биологии растений предусматривается знакомство учащихся с понятиями «фотосинтез», «дыхание», «питание», «рост», «движение» растений. Предполагается формирование общих представлений об этих процессах. Программой кружка предусмотрено изучение этих процессов на более глубоком уровне. Темы затрагивают химизм физиологических процессов, условия их протекания, зависимость от внутренних и внешних факторов. Эти стороны совсем не освещаются в базовом курсе биологии в общеобразовательных учебных заведениях.
Формы и режим занятий.
В ходе проведения занятий используются методы: объяснительно-иллюстративный (лекция, беседа, рассказ), наглядные (демонстрации объектов, пособий), практические (изготовление микропрепаратов, работа с химической посудой, специальными приборами (в т. ч. водяной баней, хроматографической камерой, вытяжным шкафом)). Для проведения лабораторных работ используются наиболее интересные объекты исследования, используются наиболее доступные реактивы.
Программа кружка рассчитана на 85 часов. Возможно уменьшение количества часов по объективным причинам (выпадение занятий происходит из-за общероссийских праздников, различных городских и всероссийских конкурсов и олимпиад). Еженедельно занятия продолжительностью 2,5-3 часа проводятся с сентября по май месяц. По завершении курса программой предусмотрено проведение итогового контрольного мероприятия по работе с биологическими объектами и решению ситуационных физиологических задач.
Ожидаемые результаты и способы определения их результативности.
Одним из показателей хорошего усвоения материала по физиологии растений является успешное выступление учащихся на олимпиадах разного уровня.
II. Физиология РАСТЕНИЙ (IX-XI класс)
Тематический план*
№ п/п | Название тем учебных занятий | Форма работы | |
Лекция | Практическая работа | ||
1. | Растение как целостный организм. | 2,5 | |
2. | Строение растительной клетки. Физиологические процессы на клеточном уровне. | 3 | |
3. | Вода в растительной клетке. | 2,5 | |
4. | Водный баланс растений. | 2,5 | |
5. | Минеральные вещества. | 3 | |
6. | анализ золы. | 2,5 | |
7. | Транспорт веществ через мембраны. | 2,5 | |
8. | . | 3 | |
9. | Фотосинтез. фотосинтеза. | 3 | |
10. | Световые реакции. | 3 | |
11. | Темновые реакции фотосинтеза. | 3 | |
12. | Зависимость интенсивности фотосинтеза от внутренних и внешних факторов. | 2,5 | |
13. | интенсивности освещения, температуры и качества света на интенсивность фотосинтеза. | 2,5 | |
14. | Дыхание растений. | 3 | |
15. | Пути дыхательного обмена. Влияние внутренних и внешних условий на интенсивность дыхания. | 3 | |
16. | Метаболизм липидов. | 2,5 | |
17. | Метаболизм минеральных веществ в растениях. | 2,5 | |
18. | Вторичные метаболиты и их роль в жизни растений. | 2,5 | |
19. | Клеточная стенка: структура, образование, рост. | 2,5 | |
20. | Рост и развитие растений. | 3 | |
21. | Фитохромы и световой контроль за развитием растений. | 5 | |
22. | Влияние голубого света на физиологию растений. | 2,5 | |
23. | Ауксин – гормон роста. | 3 | |
24. | Цитокинин – регулятор клеточного деления. | 2,5 | |
25. | Гиббереллины. | 2,5 | |
26. | Этилен. Абсцизовая кислота | 2,5 | |
27. | гормонов на ростовые процессы у растений. | 2,5 | |
28. | Движение растений: тропизмы, настии, нутации. | 2,5 | |
29. | Контроль за цветением у растений. | 2,5 | |
30. | Физиология стресса. | 5 |
Таким образом, инвариантная часть составляет 62 часа, вариативная – 23 часа, всего курс рассчитан на 85 часов.
III. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА «ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ»
Растение как целостный организм (2,5 часа)
Общая структура растений. Отличия растений от организмов других царств.
После изучения темы учащийся получает представление о:
v отличительных особенностях растительных организмов;
После изучения темы учащийся получает знания о:
v признаках растений;
v строении и функционировании отдельных органов растения.
Строение растительной клетки.
Физиологические процессы на клеточном уровне (3 часа)
Особенности строения и физиология растительной клетки. Клеточная стенка (первичная и вторичная), состав, строение, функции. Цитоплазма и цитоплазматические мембраны (ЦПМ), состав, строение, функции. Пластиды состав, строение, функции; цитоплазматическая наследственность. Вакуоль, состав, строение, функции. Свойства живой клетки.
После изучения темы учащийся получает представление об:
v особенностях строения и функционирования растительной клетки;
После изучения темы учащийся получает знания о:
v строении клеточной стенки, пластид, вакуоли, биологических мембран;
v процессах, происходящих в этих структурах клетки.
Вода в растительной клетке (2,5 часа)
Роль воды в жизни растений. Свойства воды, обусловленные ее структурой. Процессы водного транспорта в клетке. Диффузия и осмос (применительно к растительной клетке). Растительная клетка как осмотическая система.
После изучения темы учащийся получает представление о:
v роли воды для растений на клеточном и организменном уровнях;
После изучения темы учащийся получает знания о:
v структуре молекул воды, свойства, которые они обуславливают;
v формах воды в клетке;
v тургорном состоянии клетки;
v механизмах поступления воды в клетку.
Водный баланс растений (2,5 часа)
Вода в почве. Поглощение воды корнями. Строение корня, поглощение воды корневой системой. Механизмы поступления воды в корень, зависимость от условий. Дальний транспорт веществ. Поступление и передвижение воды по растению. Передвижение воды по растению, пути и механизмы транспорта. Основные двигатели водного тока (корневое давление, транспирация).
Водный обмен растений на уровне клеток, тканей, органов. Влияние условий на интенсивность водного обмена. Особенности водного обмена растений разных экологических групп.
После изучения темы учащийся получает представление о:
v водном обмене растений на клеточном, тканевом, организменном уровнях;
После изучения темы учащийся получает знания о:
v механизмах поступления и транспорта воды по растению;
v работе верхнего и нижнего концевого двигателя.
Минеральные вещества (11 часов)
Необходимые минеральные вещества. Их влияние на жизнь растений. Проявление недостатка и избытка веществ на клеточном, органном и организменном уровнях. Различные способы поступления минеральных веществ в растение. Влияние микроорганизмов на минеральное питание растений. Поступление и передвижение минеральных солей по растению. Транспорт веществ через биологическую мембрану: активный, пассивный, облегченная диффузия.
Лабораторные работы: микрохимический анализ золы, плазмолиз.
После изучения темы учащийся получает представление о:
v роли различных макро - и микроэлементов в жизнедеятельности растений;
После изучения темы учащийся получает знания о:
v механизмах поступления в клетку, передвижении по растению, физиологической роли, признаках дефицита у растений некоторых макро - и микроэлементов.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
v работы с микроскопом;
v производить плазмолиз на различных объектах с различными плазмалитиками;
v определять различные типы плазмолиза;
v делать рисунок микропрепарата;
v объяснять результаты экспериментальной работы;
v работы с лабораторной посудой (отработка навыков приготовления растворов солей и кислот нужной концентрации, фильтрования);
v проведение микрохимического анализа;
v зарисовывание кристаллов получаемых солей.
Самостоятельная работа учащихся:
v изготовление временных микропрепаратов растительных объектов по алгоритму;
v проведение плазмолиза по различным предложенным методикам;
v изготовление растворов нужной концентрации; проведение микрохимического анализа золы и выявление минеральных компонентов в ней по результатам процессов микрокристаллизации.
v решение физиологических задач.
Фотосинтез (14 часов)
Значение фотосинтеза в жизни растения. Космическая роль фотосинтеза. История развития представления о фотосинтезе. Пигменты листа (хлорофиллы, каротиноиды и фикобилины).
Фотофизический этап фотосинтеза, его значение. Фотохимический этап фотосинтеза (циклическое и нециклическое фотофосфорилирование), продукты световой фазы. Происхождение кислорода в процессе фотосинтеза.
Темновая фаза фотосинтеза (С3 и С4 пути превращения углерода, САМ-путь).
Влияние внешних (света, температуры, воды и др.) и внутренних возраста листа, содержания хлорофилла, оттока ассимилятов и др.) условий на интенсивность фотосинтеза.
Передвижение ассимилятов по растению.
Лабораторная работа: физические и химические свойства пигментов, разгонка пигментов различными методами (по Краусу, тонкослойная хроматография).
Лабораторная работа: влияние освещения, температуры и качества света на интенсивность фотосинтеза.
После изучения темы учащийся получает представление о:
v космической роли фотосинтеза;
v стадиях фотосинтеза, условиях их прохождения.
После изучения темы учащийся получает знания о:
v строении пигментов фотосинтеза у растений, особенностях их расположения на мембранах;
v этапах световой стадии фотосинтеза, ее результате;
v химических превращениях темновой фазы фотосинтеза;
v влиянии внешних и внутренних факторов на интенсивность фотосинтеза.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
v работы в химической лаборатории (отработка навыков постановки опытов; приготовления вытяжек пигментов из растительного сырья, проведения химических реакции, объяснения полученных результатов);
Самостоятельная работа учащихся:
v приготовление вытяжек пигментов из различного сырья и их физико-химический анализ.
Дыхание растений (6 часов)
Дыхание, его значение в жизни растения. История развития представлений о дыхании. Типы окислительно-восстановительных реакций. Участие митохондрий в процессе дыхания, взаимосвязь строения и функций. Субстраты дыхания, их сравнительная характеристика. Понятие дыхательного коэффициента (ДК).
Энергетика и химизм дыхания. Пути дыхательного обмена. Анаэробная фаза дыхания (гликолиз). Брожение, взаимосвязь процессов дыхания и брожения. Субстратное и окислительное фосфорилирование. Аэробная фаза дыхания (цикл Кребса, дыхательная цепь). Хемиосмотическая теория Митчелла. Энергетический баланс дыхания (образование АТФ)
Пентозофосфатный путь дыхательного обмена.
Влияние внешних (температуры, света, влажности воздуха и др.) и внутренних (возраста органа, его физиологической активности; условий произрастания растения и др.) условий на интенсивность дыхания. Регуляция дыхательного обмена.
Дыхание и фотосинтез, взаимосвязь с другими процессами обмена
После изучения темы учащийся получает представление о:
v значении дыхания в жизни растений;
После изучения темы учащийся получает знания о:
v условиях протекания аэробного дыхания;
v химизме этого процесса;
v других способах окисления веществ, условиях их протекания.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
v решения физиологических задач.
Самостоятельная работа учащихся:
v решение физиологических задач.
Метаболизм липидов (2,5 часа)
Роль липидов в общем метаболизме растительной клетки. Пути метаболизма липидов, условия протекания биохимических реакций.
После изучения темы учащийся получает представление о:
v механизмах внутриклеточного липидного обмена и факторах, оказывающих на него влияние.
Метаболизм минеральных веществ в растениях (2,5 часа)
Формы существования минеральных веществ в окружающей среде. Доступные формы для растений, способы их усвоения, пути превращения в растительной клетке и механизмы внедрения в основной метаболизм клетки. Роль микроорганизмов в обогащении минерального питания растений.
После изучения темы учащийся получает представление о:
v участии растений в круговороте веществ в природе;
После изучения темы учащийся получает знания о:
v доступных и трудно доступных формах минеральных веществ для растений;
v способах поступления элементов-органогенов в корень;
v реакциях их превращения на внутриклеточном уровне;
v механизмах внедрения их в основной обмен клетки.
Вторичные метаболиты и их роль в жизни растений (2,5 часа)
Понятие о вторичных метаболитах. Кутин, воск, суберин, терпены, антоцианы, вещества фенольной природы, азот-содержащие компоненты: химическая природа метаболитов, особенности их биосинтеза, места локализации, значение для растения.
После изучения темы учащийся получает представление о:
v химической природе, значении, причинах образования вторичных метаболитах у растений.
Клеточная стенка: структура, образование, рост (2,5 часа)
Причины формирования целлюлозной клеточной стенки у растений. Структура целлюлозного каркаса. Компоненты матрикса. Участие органоидов в формировании структуры клеточной стенки. Сравнение структуры и химического состава первичной и вторичной клеточной стенки. Особенности клеточных стенок различных тканей растения и причины их появления.
После изучения темы учащийся получает представление о:
v строении клеточной стенки растений;
После изучения темы учащийся получает знания о:
v строении целлюлозного каркаса;
v химическом составе матрикса и значении компонентов, входящих в его состав;
v сходствах и различиях первичной и вторичной клеточной стенки.
Рост и развитие растений (23,5 часа)
Соотнесение понятий «рост» и «развитие». Внутренние и внешние факторы, лежащие в основе этих процессов (регуляция активности работы генов, роль гормонов и гормоноподобных веществ, коррелятивные взаимодействия разных органов растений, свет, температура, влажность). Особенность работы меристематических клеток. Роль межклеточных взаимодействий (контактов) при дифференциации постоянных тканей (эффект места).
Влияние фитохромов на процессы роста и развития. Понятие о фитохромах, местах их локализации. Химическая природа, виды, взаимопревращения фитохромов в зависимости от условий освещения. Суточные ритмы у растений.
Влияние голубого света на движение устьиц и изменения морфогенеза растений. Вещества криптохромы – условия их образования, значение в управлении ростовыми процессами.
Гормоны растений (ауксин, гиббереллин, цитокинин, абсцизовая кислота, этилен), их характеристика; взаимодействие гормонов. Применение фитогормонов (синтетических аналогов) в практической деятельности.
После изучения темы учащийся получает представление о:
v физиологических закономерностях роста и развития растений;
После изучения темы учащийся получает знания о:
v строении и функционировании гормонов;
Самостоятельная работа учащихся:
v решение физиологических задач.
Движение растений: тропизмы, настии, нутации (2,5 часа)
Движения растений, их физиологическая природа. Характеристика и дифференциация движений у растений: тропизмы (значение и физиологическая природа), настии (значение и физиологическая природа), круговые нутации (значение и физиологическая природа).
После изучения темы учащийся получает представление о:
v природе различных типов движений у растений.
После изучения темы учащийся получает знания о:
v различной природе движений у растений.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
v прогнозировать результаты физиологических экспериментов;
v определять тип движения на различных примерах, объяснять их природу.
Самостоятельная работа учащихся:
v решение физиологических задач.
Контроль за цветением у растений (2,5 часа)
Внутренние и внешние факторы, влияющие на закладку цветков и превращение апекса во флоральный (активность работы генов, морфогенез, влияние гормонов, продолжительности светового дня, температуры). Дифференцировка пола у растений.
После изучения темы учащийся получает представления о:
v существовании внутренних и внешних факторов, влияющих на переход растений к цветению.
Физиология стресса (5 часов)
Общие понятия устойчивости. Действие высоких и низких температур на растение. Стресс, адаптация, устойчивость; их взаимосвязь. Влияние высоких температур на растение, жароустойчивость. Механизмы адаптации растения к действию высоких температур. Влияние низких положительных и отрицательных температур на растение, холодоустойчивость и морозоустойчивость. Механизмы адаптации растения к действию низких температур.
Действие недостатка и избытка влаги на растение. Общие механизмы устойчивости. Влияние дефицита влаги на растение. Механизмы адаптации растений различных экологических групп к засухе, засухоустойчивость. Влияние избытка влаги на растение. Механизмы адаптации растения к условиям гипоксии и аноксии. Общие механизмы устойчивости растения в условиях действия разных стрессовых факторов.
Лабораторная работа: Определение способности растений переносить обезвоживание. Защитное действие сахарозы на протопласт.
После изучения темы учащийся получает представление о:
v явлении стресса у растений;
v методах адаптации растений к действию различных стрессовых факторов.
После изучения темы учащийся получает знания о:
v критичном влиянии на растения внешних факторов (со значениями ниже и выше оптимальных);
v способах адаптации растений к влиянию стрессовых факторов на клеточном, тканевом, организменном уровнях.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
v решения физиологических задач (работа с графиками, таблицами, диаграммами).
IV. Методическое обеспечение
Методическое обеспечение курса включает в себя научную и научно-популярную литературу по предмету (список прилагается ниже), лабораторное оборудование (список прилагается ниже), инструкции к лабораторным работам.
Список литературы
1. Алехин, растений [Текст] / , , и др.: под. ред. . – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 640 с.
2. Зитте, П. Ботаника. Учебник для вузов: в 4 т. [Текст]. Т. 2. Физиология растений / П. Зитте, , А. Брезински, К. Кёрнер; на основе учебника Э. Страсбургера и др.: под ред. . – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 496 с.
3. Якушкина, растений: Учеб. пособие для студ. биол. спец. пед. ин-тов. [Текст] / . – М.: Просвещение, 1980. – 303 с.
4. Гавриленко, В. Ф. Большой практикум по фотосинтезу: Учеб. Пособие для студ. вузов [Текст] / В. Ф. Гавриленко, Т. В. Жигалова: под. ред. . – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 256 с.
5. Гэлстон, А. Жизнь зеленого растения [Текст] / А. Гэлстон, П. Девис, Р. Сэттер: под ред. . – М.: Мир, 1983. – 552 с.
6. Красильникова, растений [Текст] / , , . – Ростов н/Д: «Феникс», Харьков: Торсинг, 2004. – 224 с.
7. Практикум по физиологии растений [Текст] / под ред. . – М.: Колос, 1982. – 271 с.
Список оборудования и реактивов
1. Ноутбук.
2. Проектор.
3. Экран.
4. Световой микроскоп марки Микмед, Биолам (1–2 на парту).
5. Наборы для микроскопирования (полоски фильтровальной бумаги, марлевые салфетки, препаровальные иглы, лезвия, предметные стекла, покровные стекла, чашки Петри, хлопчатобумажные салфетки).
6. Химреактивы:
· азотнокислый стронций;
· аммиак;
· ацетат меди;
· ацетон;
· бензин;
· бензол;
· бихромат калия;
· гексан;
· гидроксид натрия (или калия);
· дистиллированная вода;
· желтая кровяная соль;
· кислота азотная;
· кислота серная;
· кислота соляная;
· медный купорос;
· мел;
· молибденово-кислый аммоний;
· мочевина;
· нитрат калия;
· нитрат кальция;
· песок;
· роданид калия;
· сахароза;
· фосфорнокислый натрий;
· хлорид магния;
· этиловый спирт.
7. Химическая посуда и другое оборудование:
· водяная баня,
· воронки,
· воронки;
· лакмусовая бумага;
· мерные цилиндры,
· ножницы;
· плоскодонные колбы разных объемов,
· пробирки;
· спиртовки,
· стеклянные палочки;
· ступки с пестиками,
· тонкие стеклянные капилляры;
· фильтровальная бумага;
· химические стаканы разных объемов,
· хроматографическая камера;
· хроматографические пластинки для тонкослойной хроматографии;
· штативы с пробирками,
Список объектов исследования[1]
1. Растения элодеи канадской.
2. Проростки тыквы.
3. Лук синий
4. Мох мниум
5. Комнатные растения: рео двуцветное, бегония, аспидистра, монстера.
6. Зола печная.
7. Семена пшеницы, кресс-салата.
* Курсивом отмечены темы, которые могут быть включены в вариативную часть программы. Жирным шрифтом – названия крупных блоков, охватывающих несколько более мелкие частные темы.
[1] Приводится примерный список растений, который, по усмотрению преподавателя, может изменяться в зависимости от возможностей, целей исследований.
