Конспект урока «Автотрофное питание. Фотосинтез»

ГБОУ СОШ №1191 г. Москва

Учитель биологии

Куликова Татьяна Яковлевна

Конспект урока в 9 классе по теме «Автотрофное питание.

Фотосинтез. Хемосинтез»

Цель урока: изучить особенности метаболизма автотрофных организмов на примере процесса фотосинтеза.

Задачи:

образовательные - раскрыть особенности процесса фотосинтеза, сущность световой и темновой фаз фотосинтеза, обосновать космическую роль растений;

воспитательные - определить значение фотосинтеза для жизни на Земле, пути повышения его эффективности, влияние внешних факторов на фотосинтез, учить разумному отношению к зелёным растениям;

развивающие - продолжить развитие исследовательских умений, умение сравнивать, обобщать и делать выводы.

Тип урока: урок с использованием ИКТ с элементами исследования.

Оборудование: ноутбук, экран, слайдовая презентация.

Ход урока.

Учитель:

К. А. Тимирязев писал:

«Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, солнечного света и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил вам сахар, крахмал, жиры и зерно - он решит, что вы он решит, что вы над ним смеётесь».

О чём говорил учёный? (Фотосинтез).

Что вы уже знаете об этом процессе из 6 класса? ( Солнце, вода, углекислый газ, лист, хлоропласты, фотосинтез, Тимирязев ,и т.д., т.е. исходные вещества и получившиеся продукты.)

Итак какую тему мы будем изучать?

Записать тему урока на доске.

Что вы еще можем узнать?

Какой план вы можете предложить при изучении этого процесса?

План записывается на доске:

1. История открытия фотосинтеза.

2. Уравнение фотосинтеза.

3. Строение хлоропласта.

4. Фазы фотосинтеза.

5. Влияние условий на интенсивность протекания процесса фотосинтеза.

6. Значение фотосинтеза.

Прежде чем перейти к изучению темы, вспомним изученный материал.

Любая биологические системы, будь то организм или клетка - есть открытая системы.

- Объясните понятие «открытая система».

(система, в которой идёт свободный обмен веществом и энергией с окружающей средой)

- Почему важным условием жизнедеятельности организмов является питание?

(организм получает энергию для того, чтобы жить)

- Какие источники энергии используют организмы?

(энергию Солнца;

энергию, выделяющуюся при окислении органических веществ)

К какой группе организмов принадлежим мы с вами? (Гетеротрофы)

- Какие организмы называют гетеротрофами, приведите примеры организмов?

(организмы, которые питаются готовыми органическими веществами; большинство бактерий, грибы, животные, в т.ч. человек).

Прежде чем разобраться в механизме протекания фотосинтеза, давайте узнаем, как он был открыт.(см. план)

История открытия фотосинтеза .

1. Открытие роли зеленого листа принадлежит Джозефу Пристли (слайд

Рис. 55 стр. 64)

2. 1782 г. - Австр. врач Ян Ингенхауз обнаружил, что растения выделяют кислород только на свету. Он погружал ветку ивы в воду и наблюдал на свету образования на листьях пузырьков кислорода.

3.1877 г. немец. учёный В. Пфеффер описал процесс поглощения СО2 из воздуха при участии воды и света с образованием органического вещества и назвал его фотосинтезом.

Как мы видим многих учёных интересовал процесс фотосинтеза. Но лишь русский учёный Климент Аркадьевич Тимирязев первый обобщил все данные о фотосинтезе и дал научное объяснение этому процессу в книге "Жизнь растений».

2.К.А.Тимирязев 1903г. Открытие процесса фотосинтеза.

• «…это процесс создания органических веществ из

углекислого газа и воды в зеленых частях растений под действием солнечного света. Фотосинтез наиболее эффективно протекает в красных лучах.

Записать уравнение фотосинтеза на доске.

6CO2 + 6H2O = =C6H12O6 + 6O2

(энергоемкое вещество)

Какое из названных продуктов реакции вы поставили бы на первое место? Углекислый газ или кислород? Проголосовать, результат на доске записать.

Учитель:

- В каких органах растения идёт фотосинтез?

- В каких органоидах растительной клетки? (хлоропластах)

таблица на доске.

Учитель:

Строение хлоропласта мы с вами уже рассматривали, поэтому сейчас давайте вспомним

-Что такое хлоропласты?

(зелёные пластиды, в форме диска, имеющие две мембраны)

- Что представляют собой граны?

(стопки сплюснутых и тесно прижатых друг к другу тилакоидов)

- Что такое тилакоиды?

(образования, имеющие форму дисков, в них находится зеленый пигмент - хлорофилл)

- Что такое строма и где она располагается?

(внутреннее содержимое, содержит ферменты, ДНК, рибосомы; пространство между оболочкой хлоропласта и тилакоидами)

Хлорофилл состоит из атомов углерода и азота, соединённых в сложное кольцо, в центре которого находится атом магния. - (атом магния определяет зелёную окраску хлорофилла),(см. слайд)

Хлорофилл поглощает красные и синие лучи видимой части спектра, а зелёные отражает. Поэтому хлорофилл, хлоропласт, лист растения воспринимаются нашим глазом как зелёные.

Учитель:

Теперь пора перейти к изучению механизма фотосинтеза.

- Процесс фотосинтеза включает две последовательных стадий.

(две последовательные стадии: световая и темновая):

Световая стадия происходит только на свету в мембранах гран при участии хлорофилла и ферментов.

Молекула хлорофилла поглощает квант света. В результате этого она получает избыток энергии и переходит в возбуждённое состояние:

Хл ^свет Хл^* + е ^-

Возбуждённый электрон перемещается по цепи сложных органических соединений, теряя энергию, которая расходуется на синтез АТФ.

Какую роль играет АТФ в клетке? (биологического «аккумулятора»)

АДФ + Ф + Е электрона АТФ,

Е - энергия электрона, которая запасается в АТФ.

Потеряв избыток энергии, электрон возвращается к молекуле хлорофилла, которая теперь способна захватить новый квант света.

Одновременно происходит фотолиз, т. е. разложение молекулы воды под действием света.

Н₂О ^свет Н⁺ +ОН^-

Ионы гидроксила отдают свои электроны, превращаясь в реакционно способные радикалы ОН⁰:

ОН^- е^- + ОН⁰

Образующиеся электроны передаются переносчиками к молекулам хлорофилла и восстанавливают их, а радикалы ОН⁰ объединяются, образуя воду и молекулярный кислород:

4ОН⁰ 2Н₂О + О₂

Н⁺ захватываются органическим веществом НАДФ⁺, которое при этом переходит в свою восстановленную форму НАДФ. Н₂. Это еще одно вещество богато энергией, которая будет необходима в темновой стадии.

Таким образом, во время световой стадии фотосинтеза происходят три процесса:

1. Фотолиз Н₂О Н⁺ +ОН^-.

2. Синтез АТФ: АТФ + Ф АТФ.

3. Восстановление НАДФ⁺ +2Н⁺ НАДФ. Н₂.

Таким образом: О₂ оказался побочным продуктом, образующимся при фотолизе воды. (см. голосование перед началом урока).

Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ транспортируется в строму пластид и участвуют в процессах темновой фазы.

Темновая фаза протекает в строме хлоропласта без участия света.

Использование водорода из НАДФ. Н₂ на восстановление СО₂ и образование глюкозы. Суммарная реакция фотосинтеза:

6СО₂ + 6Н₂О С₆Н₁₂О₆ + О₂

Глюкоза может быть использована в дальнейшем как на синтез сложных углеводов, целлюлозы и крахмала, так и на образование белков и липидов.

Учитель:

Обращаю ваше внимание на то, что при смешивании СО₂ и Н₂О глюкоза никогда не получится. Для этого необходима энергия АТФ и НАДФ.Н₂.

Итак, новое определение фотосинтеза:

Фотосинтез - это процесс преобразования поглощённой энергии света в химическую энергию органических соединений. (записываем в тетрадь)

Как нызываются организмы, которые сами способны создавать себе пищу? (автотрофные. Дописать тему урока.)

Учитель:

- Знания каких наук нам потребовались для изучения механизма фотосинтеза?

(биология, химия, физика)

Учитель:

• Какого значение фотосинтеза? (выписать из учебника стр. 66)
  
  

Значение фотосинтеза:

• Фотосинтез - основа питания всех живых существ.

• Ежегодно на Земле производится 150 млрд. тонн органического вещества и выделяется 200 млрд. тонн свободного кислорода.

• Из кислорода образуется озоновый слой, защищающий живые организмы от ультрафиолетовой радиации.

• Фотосинтез поддерживает современный состав атмосферы.

• Препятствует увеличению концентрации СО₂, предотвращая перегрев Земли.

• Растения вовлекают в круговорот миллиарды тонн азота, фосфора, серы, кальция, магния, калия и других элементов.

Учитель: Такова огромная роль зелёного растения, а вернее маленького хлоропласта в жизни нашей планеты.

К.А.Тимирязев первый подчеркнул космическую роль зелёных растений

«Только зеленое растение является той единственной в мире лабораторией, которая усваивает солнечную энергию и сохраняет ее в виде потенциальной химической энергии органических соединений, образующихся в процессе фотосинтеза.»

Учитель: Жизнь современного человека немыслима без выращивания различных культурных растений. Культурные растения способны быстро размножаться, покрывая огромные площади зелёным экраном своей листвы, улавливать колоссальное количество солнечной энергии и образовывать множество разных органических веществ.

В результате фотосинтеза создаётся 95 % сухого вещества растений.

Поэтому управление этим процессом - один из наиболее эффективных путей воздействия на продуктивность растений, на их урожай.

- Как повысить эффективность фотосинтеза?

Пути повышения продуктивности фотосинтеза.

1. Оптимальное освещение.

2) Своевременный полив.

3) Увеличение концентрации углекислого газа в воздухе.

• в теплицах:

- сжигают опилки; раскладывают сухой лёд на стеллажах; выпускают СО₂ из баллонов;

• над полем:

- активизация жизнедеятельности почвенных микроорганизмов путём внесения в почву удобрений;

- полив водой, насыщенной СО₂.

4) Выведение новых сортов культурных растений, отличающихся выгодным строением тела (компактная низкая крона, вертикально ориентированные листья, крупные запасающие и репродуктивные органы).

В настоящее время селекционеры вывели сорта, отвечающие современным требованиям. Это низкорослый рис, хлопчатник с вертикально ориентированными листьями, не затеняющими друг друга, карликовая пшеница мексиканской селекции.

Распространение таких форм растений, которые очень интенсивно фотосинтезируют даже при очень малом содержании СО₂ в воздухе. Это С4 - растения.

Кроме процесса фотосинтеза в природе существует еще один способ получения энергии и синтеза органических веществ из неорганических, это хемосинтез. (Сообщение учащегося.)

Ш. Что нового вы узнали о процессе фотосинтеза?

Вывод: действие внешнего фактора - интенсивное освещение, высокая температура, недостаток минеральных веществ в почве, наличие загрязняющих веществ в воздухе, чрезмерное использование химических препаратов и другие - существенно снижает процесс фотосинтеза у растений. Фотосинтез эффективен при оптимальном значении каждого фактора.

Учитель:

Я предлагаю вам решить биологическую задачу.

1. Почему в темноте растение вытягивается?

(Растение всю свою энергию направляет на достижение одной цели: выйти из темной зоны. Если растению это не удается, оно погибает. Без света невозможен фотосинтез).

2. Оптимальной температурой для фотосинтеза у растений умеренного климата является +25⁰ С. При температуре, превышающей + 35 ⁰С, фотосинтез тормозится. Почему?

(происходит денатурация белков - ферментов и фотосинтез тормозится).

- Давайте же будем, более бережно относится к нашим зелёным друзьям.

Задание на дом:

Домашнее задание: параграф 14. Заполнить таблицу стр.67

• www//college. ru

http//www: biology. ru

Исследовательский проект «Фотосинтез и экология.

Проект (слайд 23, гиперссылка)

«Фотосинтез и экология»

Цель: (слайд)

1. Выяснить факторы, влияющие на образование хлорофилла.

2. Установить зависимость между внешними факторами и интенсивностью фотосинтеза у растений.

Результаты исследования: (слайд)

1. Изучив различные источники информации, выяснили

факторы, влияющие на образование хлорофилла

Внутренние Внешние

генетический потенциал растения свет

возраст листа и растения температура

концентрация СО2 в воздухе

наличие О2

вода

минеральное питание

вещества, загрязняющие атмосферу

химические препараты

насекомые - вредители

болезни

(слайд) Влияние внешнего фактора на интенсивность фотосинтеза у растений.

(слайд) Свет - Интенсивность фотосинтеза пропорциональна поглощённой энергии при относительно низких интенсивностях света, но при их увеличении постепенно достигает стабильных величин и далее не меняется, то есть им были открыты явления светового насыщения фотосинтеза. Яркий свет вызывает разложение хлорофилла. Равновесие устанавливается при более низкой концентрации хлорофилла.

(слайд) Температура - Оптимальная t=20 - 25 0C. При температуре выше оптимальной устьица закрываются. При 15 и 25 0С и низкой освещённости фотосинтез идёт с одинаковой скоростью, т.к. при этом интенсивность фотосинтеза зависит от скорости световых реакций.

(слайд) Содержание СО₂ в воздухе - Повышение СО2 с 0,03 % до 0,3 % вызывает увеличение интенсивности фотосинтеза. Концентрация СО2 до 1 % не сказывается на фотосинтезе, но более высокий уровень СО2 в воздухе приводит к депрессии фотосинтеза.

(слайд) Наличие О₂ - При отсутствии О2 хлорофилл не образуется даже на свету.

(слайд) Вода - При водном дефиците фотосинтез снижается из - за закрытия устьиц. Обезвоживание снижает активность ферментов.

(слайд) Насекомые - вредители и болезни - Угнетают растения, приводят к гибели

(слайд) Минеральное питание - необходимы на всех этапах фотосинтеза - азот, калий, магний, фосфор, железо, медь, цинк. Их недостаток подавляет фотосинтез, вызывая хлороз листьев.

(слайд) Вещества, загрязняющие воздух - оксиды серы, азота, озон, фториды, взвешенные частицы. Вызывают засорение устьиц и задержку поглощения СО2, что приводит к изменению метаболизма.

(слайд) Химические препараты:

Фунгициды - это химические вещества, способные полностью или частично подавлять развитие возбудителей болезней растений.

Гербициды - это химические вещества, применяемые для уничтожения сорняков.

Инсектициды - это химические средства борьбы с вредными насекомыми.

Подавляют фотосинтез, вызывают хлороз, побурение листьев или листопад.

(слайд) Вывод: действие внешнего фактора - интенсивное освещение, высокая температура, недостаток минеральных веществ в почве, наличие загрязняющих веществ в воздухе, чрезмерное использование химических препаратов и другие - существенно снижает процесс фотосинтеза у растений. Фотосинтез эффективен при оптимальном значении каждого фактора.

Учитель:

(слайд 24) Я предлагаю вам решить биологические задачи.

3. Рассмотрите рисунок и ответьте на вопросы. Какие экологические факторы влияют на процесс фотосинтеза? Как влияет изменение этих факторов на скорость фотосинтеза?

(слайд25)

4. Известно, что при очень большой интенсивности освещения иногда начинается обесцвечивание хлорофилла, процесс фотосинтеза замедляется. Как растения защищаются от интенсивных солнечных лучей?

(после ответа учащихся щёлкнуть)

(Ответ: Освещенность в ясный летний день составляет примерно 100 000 люкс, а для нормального процесса фотосинтеза необходима освещенность, равная лишь 10 000 люкс. Растения, постоянно находящиеся в подобных условиях, хорошо к ним адаптированы; например, листья у них пок рыты кутикулой или густо опушены).

(слайд 36)

5. Почему в темноте растение вытягивается?

( после ответа учащихся щёлкнуть)

(Растение всю свою энергию направляет на достижение одной цели: выйти из темной зоны. Если растению это не удается, оно погибает. Без света невозможен фотосинтез).

(слайд 31)

6. Оптимальной температурой для фотосинтеза у растений умеренного климата является +25⁰ С. При температуре, превышающей + 35 ⁰С, фотосинтез тормозится. Почему?

(происходит денатурация белков - ферментов и фотосинтез тормозится).

Учитель: В природе происходит ещё один процесс, при котором создаются органические вещества.

(слайд 28, гиперссылка)

Презентация «Хемосинтез» (учащаяся)

(запись в тетрадях определения хемосинтеза)

Тестовая работа учащихся.

(слайды)

(слайд 29)

Итак, ребята, наш урок подходит к концу, подведём итоги. Что вы узнали на уроке? Сделайте выводы.

Учитель дополняет ответы.

Учитель: (слайд 30)

- Давайте же будем, более бережно относится к нашим зелёным друзьям.

Задание на дом: (слайд 31)

• п. 2.11; сравнить фотосинтез и хемосинтез;

• на «5» предлагаю решить задачу:

Задача: Как клетки (хлоропласты в них) растений приспособлены против повышения освещенности?

(У высших растений хлоропласты имеют эллиптическую форму. В зависимости от освещенности листа хлоропласты меняют свое расположение, что защищает их от перегрева (выстраиваются вертикально друг под другом, уменьшая площадь соприкосновения со светом).

• www//college. ru

http//www: biology. ru

Оценки за урок.

(слайд 32) Урок окончен. Спасибо всем!

Источники информации:

1. Планирование к учебнику А.А. Каменского, ЕА. Криксунова, В.В. Пасечника «Введение в общую биологию и экологию»: пособие для учителя. - М.: Дрофа, 2002. - 128 с.

2. Пепеляева, О.А., Сунцова, И.В. Поурочные разработки по общей биологии: 9 класс. - М.: ВАКО, 2006. - 464 с. - (В помощь школьному учителю).

3. Сидоров Е.П. Общая биология для поступающих в вузы. Структурированный конспект. - М.: «Уникум-центр», 1997

4. Биология для поступающих в вузы. Под ред. Ярыгина В.Н., - М.: «Высшая школа», 1997

5. Петросова Р.А. Дидактический материал по общей биологии: пособие для учителей биологии - М.: «РАУБ - Цитадель». 1997

6. Картинки сайтов сети Интернет.