Краткая теория и тесты к теме Фотосинтез

Методическая разработка

для изучения темы: «Фотосинтез»

Процесс фотосинтеза лежит в основе существования на Земле жизни вообще и человека в частности. Фотосинтез - это процесс преобразования поглощенной энергии света в химическую энергию органических соединений.

Изучение этого процесса, осознание роли его в биосфере, играет большое значение в биологическом образовании и экологическом воспитании школьников, в формировании у них бережного отношения к растительному миру.

Фотосинтез - единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению энергии биосферы за счет внешнего источника - Солнца - и обеспечивающий существование как растений, так и практически всех гетеротрофных организмов.

Немного истории

Много лет назад древнегреческий ученый и философ Аристотель учил, что растение - это животное, поставленное на голову: органы размножения у него на верху, а голова - внизу. С помощью корней, играющих роль рта, растение и извлекает из земли совершенно готовую пищу. Проверить предположение Аристотеля решил Ян Гельмонт. Он знал, что растениям нужна и почва, и вода, но что же важнее? Из чего растение строит свое тело? Ян Гельмонт посадил в горшок ветку ивы. И ветку, и землю он предварительно взвесил. Растение поливал только дождевой водой, а землю закрывал крышкой. Через пять лет Гельмонт взвесил выросшее растение и высушенную землю из горшка. Растение стало тяжелее на 164 фунта и 3 унции (примерно 65,3 кг), а земля потеряла в весе всего лишь 2 унции (60 г). Из этого опыта ученый сделал вывод, что основным источником пищи для растений является вода. Так возникла водная теория питания растений. Многие ученые повторяли этот опыт и поддерживали эту теорию, хотя она была совершенно неверная.

Но были ученые, которых не удовлетворило такое объяснение питания растений. Например, Михаил Ломоносов, задумываясь о том, как на скудных северных земля вырастают такие большие деревья, предполагал, что часть питания растения берут из воздуха, впитывая листьями. Во времена Ломоносова мысль о воздушном питании растений еще нельзя было подтвердить экспериментально, т.к. не была известна природа газов.

Английский химик Джозеф Пристли искал способ очистки воздуха, испорченного горением и дыханием людей и животных. Он помещал под колокол вместе с горящей свечой или живой мышью разные вещи. Так под колокол попал пучок мяты, который там рос и делал воздух пригодным для горения и дыхания. Опыты Пристли произвели сильное впечатление. Шведский исследователь Карл Шееле, скромный аптекарь, попытался повторить опыты Пристли в своей домашней лаборатории, где он проводил эксперименты в свое свободное время - в основном по ночам. Но у него получилось, что растения не улучшали воздух, а делали его непригодным для горения и дыхания. На основании своих опытов Шееле обвинил Пристли в обмане. Пристли стал повторять опыты, и тут стало все непонятно. Растения то улучшали воздух, то нет. Причина неудач Пристли была в том, что ни он, ни Шееле не выяснили при каких внешних условиях растения очищают и портят воздух. Точку в этом вопросе поставил Ян Ингенхауз - личный врач австрийской императрицы Марии Терезии. Он проделал 500 опытов с веточкой элодеи. На солнечном свету из растения поднимались пузырьки газа. Ингенхауз собрал газ и проверил, что это чистейший кислород. Но оказалось, что пузырьки выделялись только на свету, причем незеленые части растений пузырьков не выделяли. Таким образом Ингенхауз доказал, что растения действительно улучшают воздух, но только на свету.

Но каким же образом углекислый газ превращается в кислород и при чем здесь питание растений?

Рассмотрим листья гибискуса (китайской розы или бальзамина), на листьях можно увидеть капли сахарного сиропа (или крупинки сахара) их можно даже попробовать на вкус. Вот мы и подошли к вопросу о питании растений. Этим сахаром-то и питается растение. Откуда здесь взялся сахар? Оказывается, растение само создает сахар из углекислого газа и воды, используя для этого солнечную энергию. Кислород же выделяется при этом, как побочный продукт.

Процесс образования сахара и крахмала из углекислого газа и воды на свету называется фотосинтез. В растительной клетке этот процесс идет в хлоропластах, т. е . только в зеленых частях растения.

Здесь мы записываем определение фотосинтеза. Подробно разбираемся, что же означает само слово фотосинтез, вспоминаем однокоренные слова (например: фотография) и их значение, еще раз повторяем условия фотосинтеза.

Юлиус Майер - немецкий врач писал об этом чудесном процессе: "Природа поставила себе задачей перехватить на лету притекающий на Землю свет и превратить эту подвижнейшую из сил в твердую форму, сложив её в запас. Для достижения этой цели она покрыла земную кору организмами, которые живя, поглощают солнечный свет… этими организмами являются растения…"[10].

Вот, оказывается, каково предназначение растений: превращать энергию солнечного луча в иную форму энергии - химическую, запасенную в листьях кустарников и трав, в стеблях и стволах деревьев, в торфе и каменном угле. (Вспомните "Кладовую солнца" Пришвина).

Урок - сказка о загадочном появлении капель сахарного сиропа на листьях китайской розы обычно захватывает даже самых шустрых шестиклассников и запоминается надолго.

Второй раз с процессом фотосинтеза учащиеся встречаются в 10 классе в курсе "Общей биологии".

Обычно они легко вспоминают определение процесса и его суть. Задачей учителя на уроке является раскрыть механизмы этого сложного процесса в доступной ученикам форме.

Квант света (здесь уместно вспомнить что это такое) попадает на молекулу хлорофилла, которая находится в мембране тилакоида в хлоропласте. Хлорофилл, получив порцию энергии, возбуждается и эту лишнюю энергию выбрасывает вместе со своим электроном за пределы мембраны в строму хлоропласта. Но, потерявшая энергию молекула хлорофилла стремится возместить свою потерю и отбирает электрон у молекулы воды, которая при этом распадается на кислород и протон. Происходит фотолиз воды. Кислород выделяется в атмосферу, а протоны собираются внутри тилакоида. Теперь возникает ситуация очень напоминающая конденсатор (вспоминаем, что это такое). Мы имеем накапливающиеся "+" и "-" заряды, разделенные слоем диэлектрика - мембраной. Могут ли заряды накапливаться до бесконечности? Конечно, нет. При определенной разности потенциалов произойдет пробой изолятора, т.е. протоны пройдут сквозь мембрану и соединятся с электронами. При этом выделится энергия (в случае конденсатора в виде искры). Для этой цели в мембране предусмотрен специальный канал, в котором находится фермент АТФаза, поэтому выделяющаяся энергия не превращается в свет, а расходуется на синтез АТФ. Таким образом, энергия света превращается в энергию макроэргических связей АТФ. В строме хлоропласта атомарный водород вступает в химическую реакцию с углекислым газом и образуется глюкоза. На эту реакцию тратится энергия АТФ, т.е. энергия АТФ превращается в энергию химических связей в молекуле глюкозы.

При изучении темы "Фотосинтез" в 10 классе можно использовать межпредметные связи с физикой и химией, рассматривая процесс с точки зрения и биологии, и физики, и химии, показать превращение солнечной энергии в энергию химических связей органических молекул. И, конечно, еще раз подчеркивается роль процесса фотосинтеза для биосферы, для жизни на Земле.

Решение задач - один из самых эффективных способов усвоения предмета. При преодолении проблемной ситуации появляется потребность глубже проработать материал. Задача вызывает интерес к изучаемой теме и способствует развитию творческого потенциала. В школьном курсе тема «Фотосинтез» изучается в 6, 7 и 10 классах. В 6 классе в течение одного урока даётся общее преставление о процессе. В 7 - фотосинтез рассматривается совместно с дыханием тоже в течение одного урока. В учебнике 10-го класса у учеников имеются знания по химии и поэтому процесс изложен глубже.

Предлагаются задания различной степени сложности, которые могут использоваться на уроках, факультативных занятиях, при подготовке к централизованному тестированию, олимпиадам.

Тестовые задания

к теме «Фотосинтез»

1. Организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических, используя энергию света:

1. автотрофы;

2. хемотрофы;

3. гетеротрофы;

4. фототрофы.

2. Ткань, особенно богатая хлоропластами:

1. склеренхима;

2. колленхима;

3. флоэма;

4. полисадная паренхима.

3. Пластиды автотрофов, имеющих хлорофилл:

1. хромопласты;

2. лейкопласты;

3. хлоропласты;

4. рибосомы.

4. Световая фаза фотосинтеза в листьях растений протекает:

а) в строме; б) в тилакоидах; в) в хлоропластах; г) в гранах; д) в митохондриях.

1. а, б, в;

2. а, г, д;

3. б, в, г;

4. б, д.

5. Энергия электронов, выбитых квантами света из молекул хлорофилла преобразуется в световых реакциях фотосинтеза в энергию:

1. только химических связей молекул АТФ;

2. химических связей молекул АТФ и НАДФ·Н₂ ;

3. протонов (Н⁺), образовавшихся при фотолизе воды;

4. синтезированных молекул углеводов.

6. В процессе фотосинтеза источником атомов углерода является:

1. глюкоза;

2. углекислый газ;

3. метан;

4. углеводы.

7. Источником кислорода, образующегося в световых реакциях фотосинтеза служит:

1. возбуждённые квантами света молекулы хлорофилла;

2. фотолиз молекул воды под действием квантов света;

3. транспорт электронов по цепи переносчиков электронов;

4. процесс соединения протонов (Н⁺) с углекислым газом.

8. Кислород образуется в реакциях:

1. синтеза АТФ;

2. образования НАДН₂;

3. восстановления СО₂;

4. разложения Н₂О.

9. Реакция окислительного фосфорилирования:

1. АДФ + Ф_н ↔ АТФ + Н₂О;

2. НАДФ⁺ +2Н⁺ +2е ↔ НАДФН₂;

3. Н₂О ↔ Н⁺ +ОН^-;

4. 2Н₂ + О₂ = Н₂О.

10. Транспорт электронов при фотосинтезе обеспечивается:

1. водой;

2. хромопластами;

3. хлоропластами;

4. фотосистемами.

11. Конечными продуктами световых реакций фотосинтеза являются:

1. Только АТФ, вода и кислород;

2. АТФ, углеводы и кислород;

3. НАДФН₂, АТФ и кислород;

4. Только НАДФН₂, вода и кислород.

12. В хлоропластах темновые реакции фотосинтеза протекают в:

1. гранах и тилакоидах;

2. гранах и строме;

3. тилакоидах и строме;

4. строме.

12. Роль темновых реакций фотосинтеза состоит в:

1. фиксации углекислого газа за счёт энергии АТФ;

2. использовании восстановительной силы НАДФ·Н₂ для фиксации углекислого газа;

3. фиксации углекислого газа и синтезе углеводов за счёт энергии АТФ и восстановительной силы НАФН₂;

4. использовании энергии АТФ для синтеза из углекислого газа углеводов.

13. Условием и исходными веществами, необходимыми для протекания

реакций в темновой фазе фотосинтеза являются:

1. отсутствие света, наличие углекислого газа, АТФ и воды;

2. углекислый газ, АТФ, рибулозобифосфат, вода и хлорофилл;

3. углекислый газ, АТФ, НАФН₂ , рибулозобифосфат;

4. отсутствие света, наличие углекислого газа, АТФ и рибулозобифосфата.

14. В темновой фазе фотосинтеза на образование одной молекулы

глюкозы в цикле Кальвина расходуется:

1. 6СО₂, 12НАДФ∙Н+Н⁺, 18АТФ;

2. 12СО₂, 18 НАДФ∙Н+Н⁺, 18АТФ;

3. 6СО₂, 12НАДФ∙Н+Н⁺, 12АТФ;

4. 6СО₂, 12НАДФ∙Н+Н⁺, 12АТФ.

15 . Основными продуктами фотосинтеза являются:

1. водород;

2. вода и кислород;

3. глюкоза и кислород;

4. углекислый газ и глюкоза.

16. Во время световых реакций фотосинтеза молекулы хлорофилла:

1. отражают все кванты света

2. поглощают кванты света и восстанавливаются, теряя электроны и переходя в возбуждённое состояние;

3. испускают кванты света и окисляются, теряя электроны и переходя в возбуждённое состояние;

4. поглощают кванты света и окисляются, теряя электроны и переходя в возбуждённое состояние.

17. Для САМ- растений характерно:

1. отсутствие цикла Кальвина;

2. темновая стадия фотосинтеза протекает только в ночное время суток;

3. фотосинтез происходит даже при закрытых устьицах;

4. световая фаза фотосинтеза протекает в строме хлоропластов;

5. фотсистемы воспринимают только ультрафиолетовый свет

17. Субстратом Рубиско (РБФК) является (-ются):

а - фосфоенолпируват; б - рибулозобифосфат; в - рамноза; г - фосфоглицерид; д - СО₂; е - фосфоглицериновая кислота; ж - N₂.

1. а, б, в;

2. б, д;

3. в, д, ж;

4. б, е, ж;

5. а.

17. Выберите вещество, которое не используется в процессе протекания темновой стадии фотосинтеза.

1. СО₂;

2. Цитохром b;

3. АТФ;

4. НАДН₂;

5. Рибулозо-1,5-дифосфат.

17. Синтез АТФ не происходит при:

1. Молочнокислом брожении;

2. Спиртовом брожении;

3. Цикле Кребса;

4. Цикле Кальвина;

5. Световой фазе фотосинтеза.

Ответы:

Вопрос

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

Ответ

1

4

3

3

2

2

2

4

1

4

3

4

4

1

3

4

3

2

2