Урок биологии «Фотосинтез» (10 класс)
Автор ,
учитель биологии
Цель урока: создать условия для изучения механизма, химизма и значения процесса фотосинтеза как одного из способов получения энергии в органическом мире.
Задачи:
ü обосновать космическую роль зелёных растений,
ü развивать умения определять сущность процесса и последовательность стадий фотосинтеза,
ü способствовать развитию представлений об энергоэффективности природных процессов через рассмотрение возможностей увеличения коэффициента полезного действия процесса фотосинтеза.
Оборудование: таблицы «Фотосинтез», «Клеточное дыхание», раздаточный материал для закрепления знаний, фотографии или рисунки с изображениями животных.
Ход урока
Организационный момент.
Проверка домашнего задания
Фронтальный опрос:
1. В чем сущность обмена веществ и превращения энергии? (Обмен веществ и превращение энергии - основы жизнедеятельности клетки и организма в целом. Это совокупность реакций, протекающих в клетке или во всем организме, связанных с выделением и поглощением энергии).
2. Какие два процесса составляют обмен веществ и энергии? (Диссимиляция и ассимиляция).
3. Чем диссимиляция отличается от ассимиляции? (При диссимиляции происходит распад сложных веществ до более простых с выделением энергии, при ассимиляции – из простых веществ образуются сложные, энергия поглощается).
4. Что является основным источником энергии на Земле? (Солнце).
5. На какие группы можно разделить организмы по характеру используемой ими энергии и по источнику получения органических веществ? (Автотрофные и гетеротрофные организмы).
6. Какие организмы являются автотрофными? Приведите примеры. (Это организмы, которые синтезируют из неорганических веществ органические. К ним относятся все зеленые растения, цианобактерии и хемосинтезирующие бактерии).
7. Какие организмы являются гетеротрофными? Приведите примеры. (Это организмы, которые питаются готовыми органическими веществами. К ним относятся животные, грибы, большинство бактерий).
8. Какие группы организмов выделяют по отношению к кислороду? (Аэробные и анаэробные).
9. Чем аэробные организмы отличаются от анаэробных? (Аэробным организмам для жизнедеятельности необходим кислород. Дыхание – главная форма диссимиляции для аэробов. К ним относятся все растения, животные, кроме паразитов, грибы, большинство бактерий. Анаэробным организмам для жизнедеятельности кислород не нужен. Процессы диссимиляции протекают в бескислородной среде. При этом сложные органические вещества расщепляются не полностью. К анаэробным организмам относятся молочнокислые бактерии, почвенные грибы и бактерии, внутренние паразиты животных и человека).
10. Определите по рисункам, к какой группе организмов относятся следующие представители органического мира.
Ромашка – автотрофный аэробный организм.
Лошадь – гетеротрофный аэробный организм.
Бактерии ботулизма - гетеротрофный анаэробный организм.
Гриб мукор - гетеротрофный аэробный организм.
Печеночный сосальщик – гетеротрофный анаэробный организм.
11. Почему фотосинтез можно назвать основным процессом, обеспечивающим жизнь на Земле? (Потому что в процессе фотосинтеза из неорганических веществ синтезируются органические вещества, а также образуется кислород. Кислород используется в процессе дыхания, а органические вещества являются источником питания организмов).
Изучение нового материала
Фотосинтез - это образование клетками автотрофных организмов органических веществ из неорганических при участии и за счет энергии солнечного света.
История открытия фотосинтеза
В 1600 году голландский врач Ян Ван Гельмонт представил доказательства того, что не только почва питает растения. Он выращивал иву в сосуде с почвой 5 лет, поливая водой. Масса дерева увеличилась до 50 кг, а масса почвы уменьшилась всего на 54 грамма.
Английский химик Джозеф Пристли в 1771 году изучал влияние воздуха на горение веществ и дыхание и пришел к выводам:
растения улучшают воздух, делая его пригодным для дыхания,
для жизнедеятельности растений необходим свет.
Большой вклад в изучение фотосинтеза внес русский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев. Он исследовал влияние различных частей спектра солнечного света на фотосинтез. Установил, что процесс фотосинтеза интенсивен в красных лучах. Доказал, что энергия Солнца преобразуется в энергию химических связей в молекулах органических веществ. Тимирязев подробно описал и научно обосновал опыты в своей работе “Солнце, жизнь и хлорофилл”. В 1903 году приглашен в Лондонское королевское общество для чтения лекции “Космическая роль растений”.
Как осуществляется процесс фотосинтеза?
Общее уравнение фотосинтеза: 6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 +6О2
Где происходит процесс фотосинтеза?
Cветовая и темновая фазы фотосинтеза.
Световая фаза. Солнечная энергия возбуждает молекулы хлорофилла, электроны этой молекулы получают избыток энергии. Возбужденный электрон перемещается по цепи сложных органических веществ, теряя энергию, которая расходуется на синтез АТФ из АДФ и фосфата. Одновременно с этой реакцией под действием света разлагается вода с выделением свободного кислорода и ионов водорода. Этот процесс назвали фотолизом. Ионы водорода связываются с веществом-переносчиком НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфа́т) и используются в следующей темновой фазе.
Темновая фаза. Солнечная энергия не нужна, источник энергии – АТФ. С помощью специального вещества происходит усвоение углекислого газа и его соединение с ионами водорода с образованием молекулы глюкозы при этом используется энергия АТФ.
Запись в тетради сущности процессов световой и темновой фаз фотосинтеза.
Световая фаза Темновая фаза
Граны хлоропласта Строма хлоропласта
▪ Фотолиз воды
▪ Выделение кислорода ▪ Образование глюкозы из
▪ Образование АТФ углекислого газа за счет АТФ и
▪ Образование НАДФ*Н+ НАДФ*Н+
Первичное закрепление знаний.
Проблемный вопрос: почему лист зеленого растения называют живой фабрикой?
Масштабы фотосинтеза.
•Ежегодно образуется:
–150 млрд. т органического вещества,
–200 млрд. т кислорода.
Значение фотосинтеза.
Продукты фотосинтеза:
· используются организмами в качестве питательных веществ,
· кислород необходим для дыхания организмов,
· используются в производстве человеком продуктов питания,
· применяются в качестве строительного материала.
Учащиеся предлагают свои значения процесса фотосинтеза.
Человечество своим существованием обязано фотосинтезу, в результате данного процесса образовались запасы горючего на Земле – угля, торфа, древесины. Мы получаем энергию Солнца, которая была запасена в органических веществах в процессе фотосинтеза.
Возможно ли повлиять на скорость фотосинтеза?
Поисковая беседа (обсуждаемые положения)
· В красных лучах солнечного света фотосинтез более интенсивен.
· Скорость фотосинтеза зависит от степени освещенности растения.
· Увеличение продолжительности светового дня приводит к росту продуктивности фотосинтеза.
· Как повысить КПД фотосинтеза.
Об увеличении КПД фотосинтеза по -Ресовскому:
«В связи с нашей проблемой, с той проблемой, которую я вначале поставил - как же быть со всё нарастающей численностью людей на Земле, возникает вопрос: «Что может большой биологический круговорот в биосфере давать людям?» Эту проблему можно рассмотреть по трём основным пунктам или местам только что описанной мною биосферы: 1) на энергетическом входе, 2) в биологическом круговороте биосферы и 3) на выходе из биологического круговорота в геологию. Начнём с энергетического входа. На поверхность Земли падает определённое количество солнечной энергии. Конечно, сработать биологически может только та её часть, которая поглощается организмами-автотрофами. Из всей падающей на Землю солнечной энергии лишь определённый процент (точно его подсчитать не так-то легко), скажем, примерно от трёх до восьми процентов, поглощается зелёными растениями. Из поглощенной энергии не вся идёт на фотосинтез. Как и в технике, в живой природе мы можем говорить о КПД - о коэффициенте полезного действия фотосинтеза. Он составляет (опять-таки подсчитать его очень нелегко) примерно от двух до восьми процентов. При этом очень существенно заметить, что разные виды и группы растений обладают разными КПД. Так вот, уже на входе человечество может кое-что сделать для того, чтобы растительность поглощала больше поступающей на Землю солнечной энергии, и для этого необходимо повысить плотность зелёного покрова Земли. Пока же мы, люди, в своей хозяйственной, промышленной деятельности и в быту скорее сокращаем плотность зелёного покрова Земли, небрежно обращаясь с лесами, лугами, полями, строительными площадками. Недостаточно озеленяя пустыни, степи, мы снижаем плотность зелёного покрова. Но как раз уровень современной техники и промышленности теоретически позволяет проделать обратную работу - повышать всемерно на всех пригодных для этого площадях земной поверхности и в водоёмах, особенно пресноводных, плотность зелёного покрова. Причём повысить его, как показывают расчёты, можно минимум в полтора, может быть, даже и в два раза и тем самым повысить биологическую производительность Земли. Выше было сказано, что КПД - коэффициенты полезного действия - разных видов растений могут быть очень различны, варьируя от двух до восьми, а у ряда форм растений и более процентов. И здесь открывается для человечества ещё одна возможность: разумно, конечно, на основе предварительного точного изучения КПД различных видов растений специалистами-физиологами стараться повышать процент участия в растительных сообществах, покрывающих Землю, растений с наивысшим, а не наинизшим КПД. Этим опять-таки можно в полтора раза, или меньше, или больше, повысить уже тот процент солнечной энергии, который усваивается растениями и через фотосинтез растений ведёт к производству органического вещества на Земле. Значит, уже на входе в биосферу, на энергетическом входе можно выиграть, повысить биологическую производительность Земли, скажем, в два раза. Напомню - это то, что будет нам совершенно необходимо через сто лет».
Тимофеев-, Воспоминания, М., «Вагриус», 2008 г., с. 344-345.
Закрепление изученного материала
Задания по теме “Фотосинтез”
1. В каких органоидах клетки осуществляется процесс фотосинтеза?
а) митохондриях,
б) рибосомах,
в) хлоропластах,
г) хромопластах.
2. Какие лучи спектра поглощает хлорофилл?
а) красные и фиолетовые,
б) зеленые и желтые.
3. При расщеплении какого соединения выделяется свободный кислород?
а) CO2,
б) H2O,
в) АТФ.
4. На какой стадии фотосинтеза образуется свободный кислород?
а) темновой,
б) световой,
в) постоянно.
5. Что происходит с АТФ в течение световой стадии?
а) синтез,
б) расщепление.
6. В течение какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод?
а) световая стадия,
б) темновая стадия.
7. Расщепляется ли молекула CO2 при синтезе углеводов?
а) да,
б) нет.
8. Распределите приведенные ниже организмы в двух столбцах:
Автотрофы | Гетеротрофы |
а) кошка,
б) сосна,
в) кишечная палочка,
г) олень,
д) одуванчик,
е) голубь,
ж) амеба,
з) подберезовик.
9. Хлоропласты отличаются от митохондрий тем, что в них происходит:
1- процесс гликолиза,
2- фотолиз воды,
3- синтез молекул АТФ,
4- синтез молекул липидов,
5- синтез молекул белка,
6- поглощение и преобразование энергии солнечного света.
10. Установите последовательность этапов световой фазы фотосинтеза
1. Возбуждение молекулы хлорофилла под влиянием энергии солнечного света.
2. Синтез молекул АТФ за счет освобождаемой энергии солнечного света.
3. Участие электрона в окислительно-восстановительных реакциях и освобождение энергии.
4. Переход электрона молекулы хлорофилла на более высокий энергетический уровень.
11. Установите соответствие между реакциями фотосинтеза и фазой, в которой они происходят.
Реакции Фаза фотосинтеза
1- образуются молекулы глюкозы А – световая
2- образуются молекулы НАДФ*Н+ Б – темновая
3- выделяется кислород
4- расходуется энергия молекул АТФ
5- синтезируются молекулы АТФ.
Рефлексия
Составить синквейн по словам:
• Солнце
• Энергия
• Хлорофилл
• Кислород
• Жизнь
• Фотосинтез
Подведение итогов урока. Выставление оценок
Домашнее задание
§27. Индивидуальные задания (по желанию учащихся): подготовить сообщения по предлагаемым темам: «КПД процесса фотосинтеза и КПД двигателя внутреннего сгорания», «Продолжительность светового дня и интенсивность фотосинтеза», «Фотосинтез у красных и бурых водорослей», «Способы получения энергии живыми организмами», «КПД фотосинтеза различных видов растений», «Зависимость КПД фотосинтеза от площади листовой поверхности и ориентировки листьев в пространстве», «Пути повышения урожайности растений, выращиваемых в тепличных хозяйствах».
