Фотосинтез: світлова та темнова фаза

9 клас

Урок 19

Тема: Фотосинтез: світлова та темнова фаза

Мета: Розглянути історію дослідження фотосинтезу, сформувати знання про механізми світлової та темнової фаз фотосинтезу; поглибити знання про структурно-функціональні особливості хлоропластів, значення фотосинтезу для розв’язання глобальних проблем людства, космічну роль зелених рослин на Землі; практичне значення фотосинтезу; 

Розвивати вміння користуватися біологічною термінологією; вміння застосовувати набуті знання на практиці; встановлювати міжпредметні зв’язки, пізнавальну активність;                                                    

Виховувати в учнів любов до предмета, емоційно-ціннісне ставлення до природи, до себе, до людей, уміння встановлювати гармонійні стосунки з природою на основі поваги до життя, як найвищої цінності.

Обладнання: комп’ютер, проектор, мультимедійна презентація, таблиця «Фотосинтез», картки із завданнями  для учнів.

Методи та прийоми роботи:

- дослідницький: випереджувальні завдання творчого характеру;

- інформаційно-рецептивний: бесіда, розповідь, рольова гра;

- репродуктивний: «німий малюнок», заповнення таблиці, розв’язування задач,

побудова  асоціативного грона, асоціативних ланцюжків;

-проблемно-пошуковий: робота з підручником, пошук відповідей на проблемні запитання, формулювання висновків.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Форма проведення: урок-дослідження.

Міжпредметні зв’язки: хімія, екологія.

                                

 

Перебіг уроку

Забезпечення емоційної готовності учнів до уроку.

    

Учитель біології. Добрий день, діти!

Здається, що в цьому житті немає нічого вічного. Пам’ятайте: «Все тече, все змінюється». На зміну зимі завжди приходить весна. Ніч, якою довгою вона не була б, закінчиться, настане ранок. Життя кожного з нас не існує саме по собі. Воно міцно вплетене в тканину загального буття, підпорядковане законам природи – складним і таємничим. Пізнати їх не просто, але дуже цікаво. Доки існують люди, вони прагнуть глибше пізнати навколишній світ. Нехай їх мрії здійсняться, а наша з вами праця принесе задоволення!

Я розраховую на вашу активну роботу і сподіваюсь, що дух партнерства допоможе нам у цьому. Пропоную девізом нашого уроку взяти вислів                       А. Ейнштейна: «Радість бачити і розуміти – найкращий дар природи» (слайд 1)

  Актуалізація опорних знань учнів

«Німі малюнки» (слайд 2)

 

 

Розпізнайте, що зображено на малюнках і опишіть будову.

Ми пригадали внутрішню будову листка та будову хлоропласта недаремно. Вегетативний орган рослини – листок і надзвичайно важлива органела рослинної клітини – хлоропласт, мають безпосереднє відношення до процесу, який буде вивчатися на сьогоднішньому уроці.

   Мотивація навчальної діяльності учнів

•                                                                                                                          Чи  замислювались  ви над тим, кому зобов’язані  своїм життям всі організми  на планеті Земля?
•                                                                                                                          Чому не зменшується кількість кисню в атмосфері, який використовується для дихання всіх живих організмів?

К. А. Тімірязєв сказав: «Колись і десь на Землю упав промінь сонця, упав не на безплідний грунт, він упав на зелену билинку пшеничного паростка, або, краще сказати, на хлорофілове зерно. Вдарившись об нього, він погас, перестав бути світлом, але не зник… В тій чи іншій формі він увійшов в склад хліба, який для нас став їжею. Він перетворився в наші м’язи, наші нерви… Цей промінь сонця зігріває нас, приводить  у  рух.» (слайд 3).

Експрес-опитування.

1. Про який процес іде мова?

2. Яке визначення цьому процесу ви можете дати?

3. Які умови необхідні для фотосинтезу?

4. В чому полягає космічна роль зелених рослин?

5. Кажуть, що вивчення фотосинтезу зможе допомогти вченим розв’язати глобальні проблеми людства. Як ви гадаєте, які проблеми?

Чи не перебільшуємо ми значення фотосинтезу? Щоб відповісти на це запитання потрібно добре вивчити цей процес.

Оголошення теми, мети  уроку.

Робота з підручником: розгорніть підручники на ст. 143 -145, ознайомтеся з матеріалом, зверніть увагу на виділену інформацію, малюнки і зробіть відмітки: «+» знайоме мені

                   «-» нове для мене

                   «!» я думав інакше

                   «?» треба дізнатися більше (слайд 4)  

Обговорення результатів.

Повідомлення  завдання, проблемних питань уроку. (слайд 5)

Завдання уроку: з’ясувати риси відмінності та подібності між світловою і темновою фазами фотосинтезу.

Проблемні питання: 1. Поясніть зміст вислову К. А. Тімірязєва: «… він ввійшов в склад хліба, … він перетворився в наші м’язи…»

2. Поміркуйте, де можна застосувати знання про фотосинтез у повсякденному житті?

Сприйняття і засвоєння нового матеріалу

План (слайд 6)

1.                                                                                                          Історія дослідження фотосинтезу.
2.                                                                                                          Світлова і темнова фази фотосинтезу.
3.                                                                                                          Типи фотосинтезу, шляхи підвищення його продуктивності.
4.                                                                                                          Значення фотосинтезу та його перспективне використання людством.

Попередньо клас поділений на 4 групи. Кожна група отримує  випереджувальні завдання відповідно до плану. Представники  груп презентують результати своїх досліджень.

 

Учитель. З історією відкриття фотосинтезу ми ознайомимось під час «наукової конференції», на якій зараз побуваємо. Епіграфом до цієї частини уроку будуть слова Єсеніна:                                         

      «Хто скаже, відкриє мені,                                                                                    Яку таємницю у тиші                                                                      Ховають листочки живі…»

Учнівські повідомлення (I група).

Виступи «учасників» конференції (Ван Гельмонта, Джозефа Прістлі, Яна Інгенгауза, К. А. Тімірязєва) супроводжуються демонстрацією слайдів 7-10.

К. А. Тімірязєв. Ми сьогодні зібралися для того, щоб обґрунтувати  всі відкриття щодо процесів фотосинтезу. На конференції присутні видатні вчені різних епох: Ван Гельмонт – голландський природодослідник, Джозеф Прістлі – англійський природодослідник, Ян Інгенгауз – голландський біолог, а також мої опоненти. Отож, послухаймо їх.

Ван Гельмонт. Я посадив гілку верби ( 2, 25 кг) у бочку з грунтом (90 кг). Упродовж 5 років доглядав за рослиною, поливав її дощовою водою. Через 5 років обережно витягнув деревце, очистив корені від грунту, зважив – 71.6 кг, а маса грунту становила 89,9 кг. Я зробив висновок – рослина живилася тільки водою.

Джозеф Прістлі. Я зацікавився, здавалося б, простим питанням: чому повітря в полі чи лісі завжди значно чистіше, ніж у місті? Мені спало на думку, що, можливо, рослини очищують повітря від шкідливих речовин, які виділяють люди під час дихання та пічні труби з димом. Я провів такий дослід: живу мишу помістив під скляний ковпак. Досить швидко вона померла. Тоді я помістив під такий самий ковпак іншу мишу, але разом з гілочкою м’яти. Упродовж багатьох днів миша залишалася живою. Я зробив висновок: усі рослини виділяють газ, потрібний для дихання тварин і людини, тобто кисень.

Ян Інгенгауз. Я проводив досліди з елодеєю. Мені вдалося зібрати газ, який рослини виділяють на світлі – кисень. Також я довів, що рослини при недостатньому освітленні кисень не виділяють.

К. А. Тімірязєв. Отже, ви прослухали розповіді про відкриття, зроблені під час вивчення фотосинтезу. Я обґрунтував усі ці дослідження та вперше висловив думку про космічну роль зелених рослин у колообігу речовин і перетворенні енергії. Згідно з цим положенням зелені рослини є посередниками між космосом та землею в процесах перетворення енергії. Вони вловлюють енергію сонця і перетворюють її в енергію утворення органічних речовин. Частина цієї енергії використовується самими рослинами, а частина надходить у інші організми з їжею. Крім того, за рахунок виділеного кисню утворюється озоновий шар, який поглинає шкідливі для всіх істот ультрафіолетові промені.

Учитель. А зараз із історичного минулого ми уявно перенесемось у біохімічну лабораторію по вивченню процесу фотосинтезу. Працівники цієї лабораторії ознайомлять нас із результатами своїх досліджень і висвітлять наступні питання. Спочатку поговоримо про особливу зелену «начинку» хлоропластів-хлорофіл.

Учнівське повідомлення (II група).

«Вивчення хімічної будови і видів хлорофілу».

 Встановив структуру хлорофілу німецький вчений Ханс Фішер 1940 р.

Хлорофіл подібний до зеленого пуголовка. У центрі молекули плоска квадратна «голова» (хлорофілін) і довгий хвіст (фітол). У центрі голови, ніби око циклопа, красується атом магнію. За хімічною природою хлорофіл це естер дикарбонової хлорофілінової  кислоти з двома спиртами: метиловим і фітоловим. ( перегляд слайду 11).Хлорофіл представлений у листку двома формами: хлорофілом «а», хлорофілом «в» ( слайд 12).Хлорофіл «а» відрізняється від хлорофілу «в» тільки наявністю двох зайвих атомів гідрогену і відсутністю одного атому оксисену.Під час Другої світової війни замість крові пораненим бійцям вливали препарати хлорофілу, тому що хлорофіл та гемоглобін мають подібну будову ( слайд 13).

Учитель.  А як використовує хлорофіл сонячне проміння? Чому Тімірязєв сказав, що: «Хлорофіл – це Прометей, який викрав вогонь з небес і подарував людям». Розглянемо світлову та темнову фази фотосинтезу. Перед вами таблиці для порівняння цих фаз.  В процесі вивчення цього питання ви повинні заповнити їх.

Питання для           порівняння	Світлова фаза	Темнова фаза	Результат
1. Процеси, які відбуваються:       2. За яких умов:       3.Результати      процесів:			а) утворюється вільний           кисень;   б) утворюються вуглеводи;   в) утворюється вода;   г) утворюється АТФ;   д) утворюється атом гідро-       гену;   е) світло, хлорофіл, вода;   є) світло чи темрява, фер-       менти, атомарний гід-       роген, двоокис карбону;   ж) збудження електронів,        фотоліз води, різниця        потенціалів, утворення        атомарного гідрогену;    з) синтез вуглеводів за ра-        хунок енергії АТФ.

 

Світлова фаза відбувається в тилакоїдах хлоропластів на світлі. Фотон, потрапивши в молекулу хлорофілу, надає їй збудженого стану. Її електрони «перескакують» на вищі орбіти. Молекула хлорофілу відновлює втрачені електрони за рахунок фотолізу молекул води (слайд 14).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У результаті втрати електронів молекули води розкладаються на протони і атоми оксисену. З атомів оксисену утворюється молекулярний кисень, який виділяється в атмосферу. Протони нагромаджуються в грані. У  мембранах гран містяться молекули ферменту, який синтезує АТФ. Цей процес має назву фосфорилювання. Енергія, що накопичується в АТФ, пізніше використовується для синтезу вуглеводів. Також електрони передаються особливій сполуці і разом з іонами гідрогену відновлюють її. Згадана сполука НАДФ. Реакція її відновлення має такий вигляд. Згодом НАДФН постачає гідроген, необхідний для синтезу глюкози.

Отже, у світловій фазі відбуваються процеси утворення молекулярного кисню, синтез АТФ, утворення гідрогену для синтезу глюкози.

Темнова фаза відбувається в стромі, не вимагає світла. Енергія накопичена у світловій фазі витрачається на синтез глюкози. Для цього синтезу потрібний карбон, який фіксується з вуглекислого газу у циклі Кальвіна.

Учні аналізують заповнені таблиці (перегляд слайдів 15-16).

Учнівське повідомлення   (III група).

 «Типи фотосинтезу» (слайд 17)

Епіграф.» Життя - сонячний промінь, перетворений на живу речовину».

Встановлено, що у вищих рослин існують різні реакції фотосинтезу. Відповідно до характеру протікань цих реакцій їх називають С3 і С4 рослинами. Вони по різному реагують на світло, температуру, воду. У  С3 рослин максимальна інтенсивність фотосинтезу спостерігається при помірних освітленні і температурі. До них належить: пшениця, ячмінь, жито та ін. С4 рослини адаптовані до яскравого світла, високих температур. В таких умовах вони значно перевищують за продуктивністю С3 рослини. Також С4 рослини ефективніше використовують воду. До них належать кукурудза, тропічні рослини. На виробництво 1 г сухої речовини їм потрібно 400 г води, а С3 рослинам – від 400 до 1000 г води.

Ще один спосіб фотосинтезу пристосований до умов пустель – САМ метаболізм(слайд 18). У каланхое, кактусів та інших рослин пустель продихи протягом спекотного дня закриті і відкриваються тільки вночі.  Діоксид вуглецю накопичується у формі органічних кислот і фіксується у вуглеводах на наступний день. Така затримка фотосинтезу зменшує денні втрати води.

Перегляд слайду 19 «Шляхи підвищення продуктивності фотосинтезу».

Учнівське повідомлення ( IVгрупа).

«Космічна роль рослин. Значення фотосинтезу та його перспективне використання людством»(слайд 20).

Вивчення фотосинтезу показало велике значення зеленої рослини в житті нашої планети. Зелена рослина годує, одягає і зігріває нас. Горять дрова в печі, спалюється нафта і вугілля на виробництві – все це результат життєдіяльності зеленої рослини. Ввібраний сотні мільйонів років назад рослиною сонячний промінь зберігся до наших днів у вигляді кам’яного вугілля. Винахідник паровоза Стефенсон дав питання другові: «Що рухає поїзд?». Друг відповів: «Звичайно,твій винахід». «Ні – сказав Стефенсон, - його рухає сонячний промінь, який сотні мільйонів років тому поглинула зелена рослина».

Виділяючи кисень в процесі фотосинтезу, зелена рослина накопичує його у атмосфері. За приблизними підрахунками, рослини виділяють щорічно біля 400млрд. т вільного кисню в атмосферу, поглинаючи 600млрд. т вуглекислого газу і синтезують біля 540млрд. т органічних речовин.

Якось у бесіді з вченим Фредерік Жоліо-Кюрі зробив прості підрахунки. Вийшло: якби на малій частині пустелі Сахари  за допомогою відповідного обладнання можна було б використати хоча б 10% сонячної радіації, то цієї енергії вистачило би для потреб всієї планети. Але всіх вразили слова,залишені як заповіт майбутнім поколінням учених:»Хоч я вірю в майбутнє атомної енергії й упевнений у важливості цього винаходу, проте вважаю, що справжній переворот у енергетиці станеться тільки тоді, коли ми зможемо здійснити масовий синтез молекул, аналогічних хлорофілу або навіть вищої якості…». Дивні слова для фізика-ядерника!

З дослідженням хлорофілу завжди були пов’язані великі надії. Люди давно мріяли про чудо, коли сонячний промінь створить з вуглекислого газу і води «ложечку цукру» в пробірці, і ми не перебуватимемо в залежності від рослин.

Узагальнення та систематизація знань  учнів.

1.Виконання  тестових завдань (слайд 21).             

    1. Де знаходиться хлорофіл у клітинах?

         а) у цитоплазмі;              в) у пластидах;

         б) у вакуолях;                 

    2. Фотосинтез здійснюють:

         а) водорості;                   в)  гриби;

         б) залізобактерії;

    3. Світлова фаза фотосинтезу здійснюється у:

         а) тилакоїдах;                 в) стромі;

         б) цитоплазмі;

 

 

    4. Темнова фаза фотосинтезу здійснюється у:

         а) тилакоїдах;                 в) стромі;

         б) ядрі;

    5. Джерелом О2 під час фотосинтезу є:

         а) Н2О;                              в) СО2;

         б) С6 Н12 О6;               

    6. За своєю структурою хлорофіл найбільше подібний до:

         а) актину;   в )гемоглобіну;

         б ) дезоксирибози

Визначте послідовність етапів фотосинтезу:

А   фотоліз води;

Б   Цикл Кальвіна;

В   відновлення НАДФ+;

Г   фотофосфорилювання (утворення АТФ)

 

 2.  «Незакінчене речення…» (слайд 22)

 

1.Молекула хлорофілу складається з…

2.Цикл Кальвіна здійснюється в…

3.Кукурудза належить до…

4.Пшениця і жито належить до…

5.Фосфорилювання – це…

6.Закінчіть рівняння…

6СО2+…— …+6О2

 

3.  Робота в групах (слайд 23)

I Група (Складіть асоціативне гроно з вивченої  теми).

II Група (Складіть асоціативні ланцюжки до слів: хлорофіл,

сонячний промінь).

III Група  (Розв`яжіть задачу №1).

За добу людина масою 60кг споживає 430г кисню. Одна 25 річна тополя за 5 місяців вегетації поглинає 42кг СО2. Скільки таких дерев необхідно для забезпечення киснем однієї людини на рік?

IV Група (Розв`яжіть задачу №2).

Вважають, що шкідливо залишати  на ніч кімнатні рослини в кімнаті, бо вони поглинають О2, необхідний для дихання людини. Щоб перевірити, чи правильна ця думка, обчисліть, до якої величини знизиться вміст кисню в кімнаті об`ємом 45м3  за  10 годин внаслідок дихання рослин масою 4кг і середньою інтенсивністю дихання 12мл О2 на 1г за добу (умови нормальні). Початковий вміст кисню – 21%.

Рефлексія.

Поясніть зміст вислову К. А. Тімірязєва: «… він ввійшов в склад хліба, … він перетворився в наші м’язи…»(слайд 26)

 

Метод «Мікрофон». Поміркуйте, де можна застосувати знання про фотосинтез у повсякденному житті?

Підведення підсумків. Оцінювання.  

Домашнє завдання: 

Опрацювати §26. Скласти схему фотосинтезу, використовуючи вивчені поняття.

Творчі завдання:

1. Дослідити процеси зовнішньої і внутрішньої регуляції продуктивності фотосинтезу.

2. Які особливості будови і властивостей мітохондрій і хлоропластів дають змогу припустити, що виникнення клітини еукаріотів – це результат симбіозу різних давніх одноклітинних організмів.