Роль зеленых растений в фотосинтезе: Значение фотосинтеза. Планетарная роль зелёных растений — урок. Биология, 6 класс.

Космическая роль зеленых растений

Категория: Биология.

Космическая роль зеленых растений

Цель: углубление знаний о фотосинтезе, о значении энергии и накопленной органической массы растениями. Раскрыть космическую роль зеленых растений. Подчеркнуть значение фотосинтеза в природе и жизни человека. Обратить внимание учащихся на проблему загрязнения воздушной среды.

Ход урока:

1.Организационный момент

2.Актуализация знаний

1.При недостатке какого эл-та наруш-ся образ-е хлоропластов и хлорофилла?

А)магний; б)азот; в)фосфор; г)калий

2.Что относится к удобрениям?

А)медь; б)бор; в)зола; в)марганец

3.Как наз-ся орган воздуш-го питания растений?

А)корень; б)цветок; в)лист; г)семя

4.Как наз-ся орг-мы, способные самост-но синтезировать органич-е в-ва?

А)гетеротрофы; б)автотрофы; в)суккуленты; г)эфемероиды

5. Какой процесс у растений связан с поглощением СО2, воды и минер-х солей?

А)дыхание; б)питание; в)размножение; г)рост

6.Как наз-ся орг-мы, не способны самост-но синтезировать органич-е в-ва?

А)суккуленты; )эфемероиды; в)автотрофы; г)гетеротрофы

7.Как наз-ся питание растений, основанное на фотосинтезе? (воздушное)

8.Какие меры применяют для предотвращения истощения почвы и повышения урожайности? (вносят удобрения)

9.Как наз-ся почвенное питание? (корневое)

10.Удобрения бывают минер-е и (органич-е)

Изучение нового материала

Фотосинтез идет на свету круглый год.

И он людям дает пищу и кислород.

Очень важный процесс– фотосинтез, друзья,

Без него на Земле обойтись нам нельзя.

Фрукты, овощи, хлеб, уголь, сено, дрова –

Фотосинтез всему этому голова.

Воздух чист будет, свеж, как легко им дышать!

И озоновый слой будет нас защищать.

Очень много зарубежных и отечественных ученых изучали механизмы этого удивительного процесса.

История открытия фотосинтеза.

Дата	Ученый	Вклад в науку
1600г	Бельгийский естествоиспытатель Ян Ван-Гельмонт	Поставил первый физиологический эксперимент, связанный с изучением питания растений.
1771г	Английский химик Джозеф Пристли	Проделал опыт: посадил мышь под стеклянный колпак, и через пять часов животное погибло. При введении же под колпак веточки мяты, мышь осталась живой. Ученый пришел к выводу, что зеленые растения способны осуществлять реакции противоположные дыхательным процессам.
1779г	Голландский врач Ян Ингенхауз	В ходе эксперимента обнаружил, что растения способны выделять кислород лишь в присутствии солнечного света, и что только их зеленые части способны обеспечивать выделение кислорода.
1782г	Швейцарский ученый Жан Сенебье	Экспериментально доказал, что органические вещества в растениях образуются из углекислого газа, который под влиянием солнечного света разлагается в зеленых органоидах растений.
1804г	Французский физиолог растений Жак Буссенго	В ходе лабораторных работ пришел к выводу, что вода так же потребляется растениями при синтезе органических веществ.
1864г	Немецкий ботаник Юлиус Сакс	Доказал, что соотношение объемов поглощаемого углекислого газа и выделяемого кислорода равно 1:1. продемонстрировал образование зерен крахмала при фотосинтезе.

Самостоятельная работа с учебником стр. 103-106

Космическая роль зеленых растений

1.Создание органич-х в-в

2.Накопление органич-ой массы

3.Накоплеие энергии

4.Обеспечение постоянства содержания СО2 в атмосфере

5. Накопление О2 в атмосфере

6.Создание почвы

4.Закрепление нового материала

1.Почему необходимо охранять растения?

2.Почему % О2 в атмосфере постоянен?

3.Какова роль растений в жизни гетеротрофов?

4.В чем вз.связь живой и неживой природы?

5.Что такое почва?

6.Что такое гумус?

7.Какой ученый назвал роль зеленых растений на Земле космической?

Познавательные задачи:

 Корневая масса небольшого дерева 5 кг. Один кг корневой массы потребляет в сутки 1 г кислорода. Какую массу кислорода потребляют корни дерева за месяц и год? (: за 30 дней – 150 г; за 365 дне – 1825 г)

 Какое растение осаждает больше пыли на поверхности листьев: вяз или тополь? Почему? (У вяза лист шероховатый, он будет в 6 раз больше осаждать пыль, чем гладкой поверхностью листа тополь)

 Существует ли взаимосвязь между сбором листовых овощей (укроп, шпинат, салат, и т.д.) и временем суток? Почему? (Вечером т. к. в это время накапливается максимум органических веществ, образованных днем в процессе фотосинтеза, а ночью происходит отток этих веществ в другие органы.)

 Хозяйка на дачном участке оборвала зеленые листья капусты на корм кроликам. Правильно ли она поступила? Почему? (Нет, неправильно. Органические вещества, образованные в зеленых листьях в процессе фотосинтеза, оттекают в белые листья кочана, где и накапливаются)

 В сутки человек потребляет 430 г кислорода. Один гектар леса вырабатывает за час столько кислорода, сколько нужно для дыхания двухсот человек. Какую массу кислорода выделяет гектар леса за один час? (Ответ: 3580 г)

 В процессе фотосинтеза огурцы, выращиваемые в теплицах, поглощают 1 кг углекислого газа при образовании 7 кг плодов. Сколько кг углекислого гала потребуется, чтобы получить 300 кг огурцов? Как можно увеличить содержание углекислого газа в воздухе теплиц? (Ответ: 42,85 кг; внесение в почву навоза, торфа обогащает надземный слой воздуха углекислым газом, который выделяется из почвы при разложении микроорганизмами органических веществ)

 К. А. Тимирязев писал: “В сущности, что бы ни производил сельский хозяин, – он прежде всего производит хлорофилл и уже посредством хлорофилла получает зерно, волокно, древесину и т.д.”. какие агротехнические приемы способствуют накоплению хлорофилла и усилению процессов фотосинтеза в мякоти листа? (Ответ: внесение в почву органических удобрений, соблюдение правил при посадке растений, хорошая освещенность, соблюдение правил полива растений и т.п.)

5.Подведение итогов урока

Домашнее задание

§28

Ю.А. Косторных, МБОУ СОШ №8, г. Елец, Липецкая область

Метки: Биология

«Фотосинтез. Космическая роль зеленых растений» ( 6 класс)

Открытый урок в 6-ом классе

Тема:
«Фотосинтез. Космическая роль зеленых растений»

                                                                               
Эпиграф: “Пора чудес прошла, и нам

                                                        
                                          подыскивать придется причины

                                                                                                 
всем, что совершается на свете”.

                                                                                                                                         В.
Шекспир

Цели
урока:  углубление знаний  о фотосинтезе, о значении энергии и накопленной

                       
 органической массы растениями.

Задачи
урока:

Ø   углублять
и расширять представления о питании растений;

                        
 рассказать об истории открытия фотосинтеза, об условиях необходимых

                         
для этого процесса; показать роль света как необходимого условия протекания

        
                 фотосинтеза;

Ø   прививать
практические умения и навыки закладки и проведения опытов и

 наблюдений;

Ø   на
основе опытов доказать поглощение углекислого газа и выделение кислорода

 листьями на свету;

Ø   раскрыть
космическую роль зеленых растений;

Ø   подчеркнуть
значение фотосинтеза в природе и жизни человека;

Ø   обратить
внимание учащихся на проблему загрязнения воздушной среды.

Предварительная
подготовка к уроку: за неделю до урока группа
учащихся по инструктивным карточкам закладывает два опыта:  1.«проба Сакса»  2.
выделение кислорода процессе фотосинтеза. Ученики, осуществляющие лабораторные
исследования во время урока, проходят инструктаж по технике безопасности.

Педагогические
технологии: проблемно- развивающее обучение, метод эвристических вопросов  – 
«кто? -что? -где? -чем? -зачем? -как? -когда?» (словесная формула Цицерона),
элементы эвристической беседы.

Оборудование
урока: растения, выдержанные в темноте; лабораторное оборудование: спирт,
стакан с водой, йод, спиртовая горелка, стеклянные колпаки, стеклянные банки с
крышками, лучина; таблица «Фотосинтез», слайдовая презентация.

Планируемые
результаты обучения:

Ученик
должен знать:

—
что фотосинтез – воздушное питание;

—
что способность к фотосинтезу – важнейшее свойство зеленых растений;

—
условия необходимые для протекания фотосинтеза;

—
что в результате фотосинтеза в растениях образуются органические вещества;

—
что атмосферный кислород – побочный продукт фотосинтеза.

Ход урока.

1.      Изучение
нового материала.

        
Вступительное слово. Сегодня совершим виртуальную экскурсию на фабрику «Зеленых
растений». Путешествие будет необычным и увлекательным. Нам предстоит заглянуть
в самые необычные цеха, узнать, что они производят и для чего это надо
растению. ( слайд №1).

1.Дирекция
фабрики.

  Но
сначала я предлагаю вам познакомиться с дирекцией этой фабрики. Это ее
первооткрыватели. ( слайд №2).

 
1)Знакомство учащихся с историческим фактом (создание
проблемной ситуации, слайд №3): Более четырехсот лет назад бельгийский
естествоиспытатель Ян Ван – Гельмонт поставил опыт – поместил в горшок 80
килограмм земли и посадил в него ветку ивы, предварительно взвесив ее.
Растущему в горшке растению в течении пяти лет не давали ни какого питания, а
только поливали дождевой водой, не содержащей минеральных солей. Взвесив иву,
через пять лет, ученый обнаружил, что ее вес увеличился на 65
килограмм, а вес земли в горшке уменьшился всего на 50
граммов. Откуда растение добыло 64
кг 950 гр питательных веществ  для Ван – Гельмонта осталось загадкой.

Ответить на вопрос, на который в свое время не смог ответить
известный ученый.  (выслушиваются варианты ответов учеников)

  2)Знакомство
учащихся с опытом другого ученого- Д. Пристли. Он посадил мышь под стеклянный
колпак, и через пять часов животное погибло. При введении же под колпак веточки
мяты мышь осталась живой. ( слайд № 4).

Вопрос. К какому выводу пришел
ученый?

     В
ходе обсуждения определяем, что листья растений – это своеобразные лаборатории,
в которых на свету образуются органические вещества. Этот процесс является едва
ли не самым замечательным биологическим явлением, происходящем на нашей
планете. Благодаря нему существует все живое на Земле. Сегодня на уроке нам
предстоит раскрыть механизмы этого биологического процесса. Как вы догадались,
речь пойдет о фотосинтезе.

 Стихотворение
(наизусть читает учитель).

Фотосинтез
идет на свету круглый год.

И
он людям дает пищу и кислород.

Очень
важный процесс- фотосинтез, друзья,

Без
него на Земле обойтись нам нельзя.

Фрукты,
овощи, хлеб, уголь, сено, дрова –

Фотосинтез
всему этому голова.

Воздух
чист будет, свеж, как легко им дышать!

 И
озоновый слой будет нас защищать.

  Очень
много зарубежных и отечественных ученых изучали механизмы этого

  удивительного процесса.

История открытия фотосинтеза.

Вопрос: Ребята, а что вы знаете об этом процессе? Как доказать,
что этот процесс

                действительно существует и очень важен для
растений?

               (выслушиваются варианты ответов учеников)

Экспертный
отдел.

3) Давайте отправимся в экспертный отдел и проверим ваши
версии.

Демонстрация результатов опыта «Роль света для образования
крахмала»

В качестве доказательства существования процесса фотосинтеза 
группа учащихся  рассказывают, о том какой опыт они заложили и выдвигают гипотезы,
каковы будут результаты эксперимента. Затем один ученик под руководством
учителя демонстрируется опыт, подтверждающий образование крахмала в листьях на
свету.(к уроку закладывается опыт – «проба Сакса») . Токмакова Алина

                 Вороков Азамат

Другой ученик комментирует и фиксирует промежуточные и итоговые
результаты опыта и высказывает слова К. А. Тимирязева:

   “Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал
не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или,
лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть
светом, но не исчез… В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который
послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы… Этот луч
солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он
играет в нашем мозгу”.

Для
опыта используются растения – , герань. Одно растение обильно поливают и для
оттока крахмала помещают в темное место на двое суток. Другое растение
оставляют на свету. Затем первое растение извлекают из шкафа, и на его листья
прикрепляют фигурки, вырезанные из плотной черной бумаги. Оба растения
выдерживают на свету в течении трех, четырех дней, осуществляя полив. Затем с
каждого растения срезают по листу, выдерживают их две, три минуты в кипящей
воде и помещают в стакан с горячим спиртом для получения вытяжки хлорофилла.
Обесцвеченные листья обрабатывают раствором йода. На листе растения, которое
побывало в шкафу, проявится конфигурация фигурки, которая была прикреплена к нему.
Лист, который был всегда на свету, равномерно окрасится в синий цвет.

     Вопрос
классу: Какое вещество при обработке раствором йода окрасится в синий цвет?

                                     
( крахмал при взаимодействии с йодом дает синий окрас).

При
обсуждении результатов опыта учащиеся приходят к выводу, что в листьях на свету
образуется крахмал, а в темноте крахмал не образуется.

4.Лаборатория
фабрики.

  
 4) А теперь мы отправляемся в лабораторию этой фабрики для
знакомства с очень важными растительными органоидами, которые играют главную
роль в процессе фотосинтеза.

Фотосинтез – процесс образования
органических веществ из углекислого газа и воды при участии энергии солнечного
света. ( от греч. «фото» — свет, «синтез» — образование)

Зеленый
цвет растений – это цвет химического вещества хлорофилла (от греч. «хлорос» —
зеленый, «филос»- лист), который находится в пластидах клетки  в хлоропластах.
Это вещество играет в фотосинтезе главную роль. Процесс фотосинтеза
многоступенчатый. Он запускается, когда на молекулу хлорофилла попадает частица
света (фотон). В процессе фотосинтеза выделяют две фазы. Световая фаза идет
только на свету и более длительная, темновая, в свете не нуждается. В световой
фазе выделяется кислород, образуется энергия, в темновой фазе синтезируется  углевод
( глюкоза). Слайд №

Слово учителя: Римский
оратор  Цицерон говорил, что любой механизм или процесс можно описать, отвечая
на семь простых вопросов  –  «кто? что? где?  чем?  зачем?  как? когда?»
Попробуйте и вы описать фотосинтез отвечая, на эти вопросы

 (выслушиваются варианты ответов
учеников, предлагается ответ учителя).

По окончанию беседы ученики заполняют таблицу

«Фотосинтез»

1.Фотосинтез
– научный факт.

2.
Причина фотосинтеза.

3.
Условия для фотосинтеза.

4.
Побочный продукт фотосинтеза.

5.
Фотосинтез — живая фабрика.

6.Результат
фотосинтеза.

 Слово
учителя. Растения ежегодно образуют более  100 млрд. тонн органических веществ,
выделяют  в атмосферу около 145 млрд. тонн кислорода. 80% кислорода выделяется
морскими  водорослями и только 20% — наземными растениями. Поэтому мировой
океан иногда называют «легкими планеты». Затраты кислорода на дыхание человека,
животных, и растений компенсируются фотосинтезом. Содержание кислорода в
атмосфере поддерживается в пределах 21%.

 
Вопрос. Как можно увеличить интенсивность  фотосинтеза?

              
 (учащиеся выдвигают гипотезы). Если улучшить условия необходимые для
фотосинтеза, то скорость его протекания увеличится.

Вопрос.
Где и как можно создать такие условия?

  
(в теплицах и парниках человек создает определенные условия – освещенность,
температурный режим, минеральное питание растений, концентрация углекислого
газа. Все эти условия увеличивают скорость фотосинтеза).  

Вопрос.
Для чего человек создает такие условия?

(для
более быстрого роста и развития растений, образования плодов и семян).

5.
Расчетный отдел. Мы отправляемся в расчетный отдел и
попробуем сами рассчитать количество продукции, получаемой в результате
фотосинтеза.

Познавательные задачи:

1.      Корневая 
масса небольшого дерева 5
кг. Один кг корневой массы потребляет в сутки 1
г кислорода. Какую массу кислорода потребляют корни дерева за месяц и
год?                                          (: за 30 дней – 150
г; за 365 дне – 1825
г)

2.      Какое
растение осаждает больше пыли на поверхности листьев: вяз или тополь?
Почему?     (у вяза лист шероховатый, он будет в 6 раз больше осаждать пыль,
чем  гладкой поверхностью листа тополь)

3.      Существует
ли взаимосвязь между сбором листовых овощей ( укроп, шпинат, салат, и т.д.) и
временем суток?
Почему?                                                                                                      
           (: вечером т.к. в это время накапливается максимум органических
веществ, образованных днем в процессе фотосинтеза, а ночью происходит отток
этих веществ в другие органы. )

4.      Хозяйка
на дачном участке оборвала зеленые листья капусты на корм кроликам. Правильно
ли она поступила? 
Почему?                                                                                                                                       
( нет, неправильно.  Органические вещества, образованные в зеленых листьях в
процессе фотосинтеза, оттекают в белые листья кочана, где и накапливаются)

5.      В
сутки человек потребляет 430
г кислорода. Один гектар леса вырабатывает за час столько кислорода, сколько
нужно для дыхания двухсот человек. Какую массу кислорода выделяет гектар леса за
один
час?                                                                                                                                               
(ответ: 3580
г)

6.      В
процессе фотосинтеза огурцы, выращиваемые в теплицах, поглощают 1
кг углекислого газа при образовании 7
кг плодов. Сколько кг углекислого гала потребуется, чтобы получить 300
кг огурцов?  Как можно увеличить содержание углекислого газа в воздухе
теплиц?                                   (ответ: 42,85
кг; внесение в почву навоза, торфа обогащает надземный слой воздуха углекислым
газом, который выделяется из почвы при разложении микроорганизмами органических
веществ)

7.       К.А.
Тимирязев писал: «В сущности, что бы ни производил сельский хозяин, —  он
прежде всего производит хлорофилл и уже посредством хлорофилла получает зерно,
волокно, древесину и т.д.». какие агротехнические приемы способствуют
накоплению хлорофилла и усилению процессов фотосинтеза в мякоти листа?                                                                                 
                                             (ответ: внесение в почву
органических удобрений, соблюдение правил  при посадке растений, хорошая
освещенность, соблюдение правил полива растений и т.п.)

Слово
учителя.

Ребята
мы завершаем с вами виртуальное путешествие на фабрику зеленых растений. Нам
осталось посетить отдел учебного контроля, чтобы проверить свои знания и
получить домашнее задание.

  Отдел
учебного контроля.

II.Закрепление
изученного материала.

Вопросы:

1. Что
   такое фотосинтез?
2. Что
   образуется в листьях при фотосинтезе?
3. Какие
   условия необходимы для фотосинтеза?
4. Какова
   космическая роль зеленых растений?

Выполнить
тест:

1. Фотосинтез
   происходит …

       а) в устьицах;

       б) в межклетниках;

       в) в хлоропластах,

2. В процессе фотосинтеза происходит
…

      а) поглощение кислорода
и выделение углекислого газа

      б) поглощение
углекислого газа и образование кислорода.

3.  Крахмал, образующийся в
листьях  в процессе фотосинтеза, нужен растению для …

      а) выделения его во
внешнюю среду;

      б) снабжения им всех
частей растения.

4. Хлорофилл в клетке
находится …

      а) в ядре;

      б) в пластидах;

      в) в цитоплазме.

5.  Крахмал, образующийся в
листьях  в процессе фотосинтеза, является …

       а) запасным питательным
веществом;

       б) побочным продуктом
обмена.

       6. Первым
изучил механизм роста растений…

      а) Д. Пристли;

      б) Ян Ван Гельмонт;

      в) К.А.Тимирязев.      

7.Какие вещества необходимы для
фотосинтеза?

а) кислород и вода

б) кислород и углекислый газ

в) вода и углекислый газ

г) углекислый газ.

       8.Почему в
зеленой части листа обнаруживается крахмал, а в белой – нет?

а) не поступает кислород

б) не поступает углекислый газ

в) не поступает вода

г) отсутствует хлорофилл

       9. Установите
соответствие между группами веществ, участвующих в процессе

          
 фотосинтеза, и названиями этих веществ.

12.Охарактеризуйте два типа питания
растений.

Биологический диктант:

1. Виды питания….

2. Основная функция питания….

3. При почвенном питании
растения поглощают….

4. При почвенном питании
растения поглощают воду и растворённые в ней минеральные вещества с помощью….

5. Минеральные вещества,
растворённые в воде из корня в другие части растения передвигаются по….

6. Поступление в корень воды и
минеральных веществ происходит только в зоне….

III Домашнее
задание.

1.      Сравнить
процессы фотосинтеза и дыхания  и ответить на вопросы:

 В какое время суток
происходит?

Какой газ поглощается?

Какой газ выделяется?

Поглощается или выделяется
тепло?

В каких клетках происходит?

Увеличивается или уменьшается
масса?

Образуется или разрушается
органическое вещество?

2.Выписать термины по теме
«Фотосинтез» и дать им определение.

 Творческие задания отдельным
учащимся.

    
3.Составить рассказ об особенностях строения листа, связанных  с осуществлением
процесса фотосинтеза.

      4.Зарисовать
и объяснить результаты опытов Д. Пристли.

                                                              
План открытого урока составила

                                                              
учительница биологии

                                                               МОУ
«СОШ№3» с.п. Малка, Зольского района, КБР

                                                              
Бичоева Марина Баразбиевна

Конец формы

Фотосинтез

Фотосинтез
Фотосинтез :

Фотосинтез — это процесс, посредством которого зеленые растения и некоторые другие
организмы преобразуют энергию света в химическую энергию.
Фотосинтез в зеленых растениях использует энергию солнечного света для
превращать углекислый газ, воду и минералы в органические соединения
и газообразный кислород.

Помимо зеленых растений, к фотосинтезирующим организмам относятся
некоторые простейшие (например, эвгленоидные и диатомовые водоросли), цианофиты
(сине-зеленые водоросли) и различные бактерии. Процесс в
фотосинтезирующие протисты и цианофиты напоминают зеленые
растения; отличается от фотосинтезирующих бактерий тем, что соединения
кроме воды служат в качестве реагента и кислород не производится. Все
фотосинтезирующие организмы, за исключением небольшой группы
бактерии, галобактерии – содержат светопоглощающий пигмент
хлорофилл, играющий ключевую роль в передаче энергии от
света к химическим соединениям.

Фотосинтез – это основной процесс, поддерживающий жизнь на
Земля. Живые клетки превращают пищу в энергию и структурные
составные части. Почти все организмы получают эту пищу непосредственно или
косвенно, из органических соединений, образующихся в растениях в процессе
фотосинтез. Запасенная энергия в этих соединениях необходима для
рост, ремонт, размножение, движение и другие жизненно важные функции.
Без фотосинтеза не только пополнение
фундаментальное прекращение снабжения продовольствием, но Земля в конечном итоге станет
лишенный кислорода.

Так же, как органические молекулы в телах живых организмов
содержат энергию, преобразованную фотосинтезом из энергии
Солнце, как и молекулы ископаемого топлива. Энергия, обеспечиваемая
уголь, нефть и газ образуются в результате фотосинтеза растений
прежние времена и сохраненные на протяжении веков, чтобы быть выпущенными
сжигание в современных промышленных процессах. Большая часть энергии
высвобождается как при сжигании ископаемого топлива, так и при метаболизме
живые клетки выделяются в виде тепла и должны быть заменены
постоянный приток лучистой энергии от Солнца.

Основными органическими продуктами фотосинтеза растений являются
углеводы. Показано образование простого углевода глюкозы.
по уравнению

Образовавшиеся молекулы глюкозы обычно связаны с другими
молекул с образованием более сложных углеводов. Другие продукты
фотосинтеза образуются путем включения минеральных элементов в
процесс. Энергия, необходимая для разрыва химических связей в
реагентов и создавать новые связи в продуктах обеспечивается
легкий. Избыточная энергия, не израсходованная в химических реакциях, равна
запасается в виде химической энергии в образующихся органических продуктах.

Скорость фотосинтеза зависит от следующих факторов:
Факторы окружающей среды: освещенность, температура и
наличие углекислого газа, воды и некоторых минералов. А
недостаток любого из этих факторов может ограничить скорость
фотосинтеза, а также увеличение скорости лимитирующих
фактор до определенного момента ускорит процесс. Ставка также
зависит от вида растения и его физиологического состояния.

Фотосинтез не является единым процессом, а состоит из ряда
фотохимические и ферментативные реакции. У зеленых растений сложные
оборудование, необходимое для таких сложных процессов, находится в
хлоропласты, клеточные органеллы, содержащие хлорофилл.
хлоропласты окружены несколькими слоями мембран,
пластинки, состоящие из белков и липидов. Белковое вещество
включает некоторые ферменты и коферменты, используемые в фотосинтезе.
процесс; липидная часть содержит два типа хлорофилла,
с другими пигментами, которые помогают поглощать световую энергию.

Выдержка из Британской энциклопедии без разрешения.

Зеленые растения, красное свечение | НСТА

функция

Красная флуоресценция хлорофилла как сигнал фотосинтеза, сельского хозяйства и глобальной экологии

Science Scope — июль/август 2021 г.

(Том 44, Выпуск 6)

Кэти-Уйен Нгуен, Эндрю Р. Рэтчфорд, Джейсон Л. Пейнтер, Рэйчел Полмантир, Энн Э. Норкросс и Джонатан С. Линдси

ОБЛАСТЬ СОДЕРЖАНИЯ Биологические науки

УРОВЕНЬ КЛАССА 6–8

БОЛЬШАЯ ИДЕЯ/БЛОК Фотосинтез можно оценить по слабому красному свечению освещенных солнцем растений.

СУЩЕСТВУЮЩИЕ ОСНОВНЫЕ ЗНАНИЯ Фотосинтез обеспечивает питание почти всей жизни на Земле.

ТРЕБУЕМОЕ ВРЕМЯ 1 час

СТОИМОСТЬ 22 доллара для класса 30

БЕЗОПАСНОСТЬ Защитные очки и перчатки, защищающие от брызг химикатов, необходимо носить при работе со спиртом для протирки и в течение всего процесса экстракции хлорофилла.

Материалы

Фотосинтез — один из наиболее важных биологических процессов, но он может быть сложным для обучения и непонятным для учащихся. В этой статье представлено одночасовое практическое занятие в классе, которое позволяет учащимся извлекать хлорофилл из листьев шпината и непосредственно наблюдать красный свет (флуоресценцию), излучаемый хлорофиллом при освещении. Затем учащиеся узнают, что тот же самый красный свет, излучаемый растениями в полях и лесах вокруг залитой солнцем планеты, можно наблюдать со спутников и использовать в качестве косвенного показателя масштабов глобального фотосинтеза. Используя модель 5E, мы знакомим учащихся с понятиями хлорофилл и флуоресценция в связи с фотосинтезом. Хотя для экспериментов с хлорофиллом часто требуется дорогостоящее оборудование, для этого недорогого мероприятия используются материалы, которые можно найти в ближайшем продуктовом магазине или аптеке (см. список материалов ниже). Это занятие в классе было разработано в сотрудничестве с преподавателями средней школы и учеными Университета штата Северная Каролина и протестировано в средней школе Монтессори и средней школе Title 1 в Роли, Северная Каролина. Эта деятельность служит отправной точкой для обучения фотосинтезу в биологическом, сельскохозяйственном и экологическом контексте, а также для того, чтобы вдохновить учащихся рассматривать растения как увлекательные и жизненно важные для жизни на Земле.

Справочная информация

Фотосинтез

часто описывается уравнением правильно, но такой акцент на входе (углекислый газ, вода и свет) и выходе (углеводы и кислород) отвлекает внимание от важной роли хлорофилла. Действительно, хлорофилл вообще не присутствует в уравнении, но, по крайней мере, должен быть написан вдоль стрелки, чтобы указать на его существенную активирующую роль. Хлорофилл, широко распространенная в растениях зеленая молекула, поглощает свет и направляет энергию для управления уравнением фотосинтеза. Хлорофилл находится в хлоропластах — субклеточных фабриках по использованию солнечной энергии, которые, в свою очередь, находятся в растительных клетках. В растениях большая часть поглощаемой световой энергии направляется на фотосинтез, а крошечное количество, испускаемое в виде красной флуоресценции, не видно невооруженным глазом, но обнаруживается спутниками.

Когда листья растений обрабатывают растворителем, таким как медицинский спирт, хлорофилл удаляется из растительных клеток, образуя зеленый раствор. Хлорофилл по-прежнему поглощает свет, но отсоединившись от фотосинтетического аппарата, поглощенной световой энергии некуда деваться, и видно большое красное свечение.

Открытие деятельности

На рис. 1 показан спутниковый снимок. Чтобы начать упражнение, попросите учащихся описать, что они видят: «Что вы видите на рис. 1?» Составьте таблицу наблюдений и вопросов учащихся, чтобы вы могли отслеживать их на протяжении всего урока. Учащиеся должны искать масштаб, узоры, формы, текстуры и цвета (включая тени) и учитывать свои предыдущие знания. Такие наблюдения, как «Интересно, почему одни области ярко-розовые, другие — красные, а третьи — совершенно темные», прекрасно вписываются в вопрос о том, как работают растения, которые они будут исследовать в ходе урока. Важно, чтобы учителя не отвечали на вопросы в это время; вместо этого учащиеся должны строить ответы на эти вопросы по ходу урока.

Рисунок 1. Изображение солнечной флуоресценции (SIF) на большей части территории Северной Америки с 2007 по 2011 год. SIF часто используется в качестве меры фиксации углерода и здоровья сельскохозяйственных культур.

Скажите ученикам: «Если мы хотим узнать больше об этом красном свечении, нам нужно провести эксперимент». Перед началом процесса, показанного на рисунке 2, ознакомьтесь с безопасными лабораторными процедурами. Хотя обращение с небольшим количеством медицинского спирта вполне безопасно, все же есть несколько мер предосторожности:

Рисунок 2. Отдельные этапы наблюдения невооруженным глазом красного свечения после экстракции.

• Обеспечьте учащихся брызгозащитными очками и защитными перчатками, чтобы ограничить воздействие.
• Переливайте растворы медицинского спирта из одного контейнера в другой с осторожностью, чтобы избежать разливов, которые в небольшом количестве можно удалить, протерев бумажными полотенцами.
• Никакие материалы, используемые в этом упражнении, нельзя проглатывать. Обратите внимание, что медицинский спирт содержит примерно 91 % изопропилового спирта, примерно 9 % воды и горькие добавки, препятствующие проглатыванию.
• Медицинский спирт легко воспламеняется; хранить и использовать вдали от открытого огня. Для получения дополнительной информации о спирте см. дополнительные материалы.

Следующие пять шагов позволяют учащемуся наблюдать красную флуоресценцию хлорофилла, используя обычные предметы домашнего обихода:

1. Измельчить шпинат. Учащиеся работают в группах по три-четыре человека, чтобы разделить пять-семь листьев шпината на мелкие кусочки руками или ножницами. Они помещают сломанные листья в ступку и тщательно растирают их пестиком круговыми движениями в течение минуты или двух. Затем к листьям добавляют 30 миллилитров медицинского спирта и повторяют процесс измельчения. Учащиеся осторожно откладывают раствор и переходят к следующему шагу.
2. Соберите фильтр. Учащиеся закрывают горловину небольшой воронки двумя слоями бумажной салфетки, бумажного полотенца или фильтром для кофе. Затем они помещают воронку над стеклянной емкостью, завершая сборку фильтра.
3. Процедите суспензию через фильтр. Учащиеся осторожно выливают зеленую суспензию из ступки в воронку, направляя ее в центр бумажного фильтра. Нежелательная ткань листа задерживается фильтром, а зеленый раствор просачивается в контейнер. Если прозрачный темно-зеленый раствор не получается, учащиеся должны вылить жидкость обратно в ступку, создать новый фильтр и повторить процесс процеживания.
4. Обратите внимание на красное свечение. После того, как прозрачная темно-зеленая жидкость полностью отфильтрована в контейнер, учащиеся помещают контейнер в темное место, включают фонарик, освещают контейнер и наблюдают красное свечение по краям контейнера. Если учащимся трудно увидеть красное свечение, перемещайте фонарик вперед и назад, ближе и дальше от контейнера. См. Дополнительные материалы для кратких видеодемонстраций каждого шага.
5. Запись. Учащиеся записывают свои наблюдения, вопросы и идеи. Лист лабораторных процедур для вышеуказанной процедуры и лист наблюдения/оценки представлены в Дополнительных материалах.

Заметки учителя для эксперимента

Учащиеся очень хотят приступить к этапу извлечения в этом упражнении, поэтому следите за тем, чтобы не пролить. Студентам, возможно, придется процедить зеленую суспензию более одного раза.

В зависимости от того, насколько ярко освещен класс даже при выключенном свете, учащимся может потребоваться более темное место, например шкаф или собранный световой короб. См. Дополнительные материалы, чтобы узнать, как создать простой световой короб из картона.

Студенты должны использовать яркий фонарик, чтобы хлорофилл получал достаточно световой энергии, излучая сильное красное свечение. Интенсивность флуоресценции уменьшается по мере удаления фонарика от контейнера. Поскольку хлорофилл сильнее поглощает в видимой области, чем в ультрафиолете, фонарик лучше, чем (ультрафиолетовый) черный свет, чтобы вызвать флуоресценцию.

Обратите внимание, что количество света, излучаемого хлорофиллом в растворе, составляет до 32%, другими словами, из 100 молекул хлорофилла, каждая из которых поглощает фотон света, до 32 излучают фотон (красный свет). Хлорофилла в здоровом листе выделяется только около 1% или меньше (Schlau-Cohen and Berry 2015). Последние не видны невооруженным глазом, во-первых, из-за очень низкой интенсивности, а во-вторых, из-за большого обилия естественного света того же общего цвета.

Классное обсуждение

Обсуждение в классе должно состояться после эксперимента, когда учащиеся запишут свои наблюдения, вопросы и идеи. Работая в своих экспериментальных группах, учащиеся должны провести 10–15 минут, проводя мозговой штурм и обсуждая, что, по их мнению, происходит. Шпинат — это растение, и они должны учитывать, что нужно растениям для жизни. Одна из целей этого занятия – выяснить, что ваши ученики уже знают о растениях и о том, как они растут. Многие учащиеся могут быть знакомы с фотосинтезом, а другие нет. Три возможных вопроса-подсказки: (1) Что делает растения зелеными? (2) В чем нуждаются/используют/потребляют растения? и (3) Что выделяют растения? Эта деятельность должна сместить фокус простого изучения фотосинтеза, например, на выяснение того, почему или как что-то происходит. Студенты должны быть вовлечены в построение основанных на фактических данных объяснительных идей, которые помогут им понять, как растут растения или деревья, а не просто изучать тему фотосинтеза.

После 10–15 минут обсуждения в малых группах учителя должны собрать класс и спросить одного из членов каждой группы о наблюдениях, вопросах и идеях группы. Они должны быть записаны на доске для каждой группы. На этом этапе учителя могут задать несколько вопросов, чтобы направить знания учащихся, если это необходимо. Эти вопросы должны быть сформулированы таким образом, чтобы заставить учащихся глубже задуматься. Возможные вопросы: Почему в этом эксперименте использовался шпинат? Почему использовали спирт? Почему листья шпината измельчили? Что заставило бы зеленую жидкость светиться красным? Как красное свечение связано со спутниковым изображением (см. рис. 1), которое мы рассматривали в начале этого урока? Как красное свечение (насколько оно яркое или темное) может быть связано с сельским хозяйством, сельским хозяйством и здоровьем растений?

В ходе групповых и общеклассных обсуждений знания формируются индивидуально и социально, поскольку учащиеся вырабатывают собственное понимание феномена красного свечения при содействии более знающего другого (учителя). Учащиеся привносят различный объем предварительных знаний о процессе фотосинтеза в деятельность, которой они с готовностью делятся со своими группами. В ходе обсуждения всем классом возникнут ключевые концепции фотосинтеза, включая световую энергию, химическую энергию, листья, хлорофилл, хлоропласты, углекислый газ, кислород, воду и другие. Учителя проводят обсуждение в классе наблюдений, вопросов и идей каждой группы и смотрят, сможет ли класс прийти к согласию относительно некоторых гипотез, моделей и объяснений эксперимента с красным свечением. Учителям рекомендуется использовать рисунок 3 при обсуждении структуры и функции хлоропластов.

Заметки учителя для обсуждения в классе

Хлорофилл — это молекула. Тем не менее, передовые понятия о химии (атомы, молекулы), биологии (клетки и органеллы) и физике (энергия) не требуются для достижения целей этой деятельности.

На самом деле в растениях преобладают две формы хлорофилла: хлорофилл a и хлорофилл b ; здесь мы используем термин хлорофилл вместе.

Когда хлорофилл поглощает свет, вся энергия может быть использована для фотосинтеза, по крайней мере в принципе. Но на практике часть энергии высвобождается в виде тепла, а незначительное количество излучается в виде красного света (флуоресценция). Мы не можем увидеть эту флуоресценцию листа невооруженным глазом, но спутники с чувствительными детекторами могут обнаружить это красное свечение (солнечно-индуцированная флуоресценция [SIF; см. Интернет-ресурсы]). На рисунке 1 показано красное свечение сельскохозяйственного пояса Среднего Запада Северной Америки. Чем больше хлорофилла, тем сильнее красное свечение; следовательно, интенсивность свечения является показателем здоровья, силы и густоты растений.

Что будет, если убрать из растения хлорофилл? Теперь часть энергии, которая пошла бы на фотосинтез, высвобождается в изобилии в виде красной флуоресценции, которую учащийся может увидеть в процессе извлечения шпината.

Организация компонентов в листьях необходима для эффективного захвата и использования световой энергии. Как видно на рисунке 3, характерный зеленый цвет листьев обусловлен наличием хлорофилла в хлоропластах растительных клеток. Медицинский спирт разрушает клеточные мембраны (где находится хлорофилл) и растворяет (то есть извлекает) хлорофилл.

Рисунок 3. «Зеленый» цвет листьев исходит от молекул хлорофилла, находящихся в клетках растений. Стрелками указаны приблизительные масштабы увеличения (всего ~108 X от 1 см листа до 1 нм, размер молекулы хлорофилла).

Спутниковый мониторинг SIF можно использовать в глобальном масштабе. Примеры включают в себя мониторинг состояния тропических лесов Амазонки, отслеживание повышения температуры во всем мире и измерение продолжительности сезонов дождей по всей Земле (De Sousa et al. 2017).

При обсуждении SIF должна отображаться карта SIF, чтобы помочь визуальным ученикам. Для правильного объяснения учащиеся работали с надстройками в своем листе лабораторной работы. Студенты проверили способность пищевого красителя и загадочного вещества (например, популярного цветного напитка) флуоресцировать красным цветом. Работая вместе в группе, студенты обсудили наблюдаемые различия между обоими листьями и пищевым красителем. Студенты смогли сделать вывод, что пищевой краситель не содержит хлорофилла и поэтому не светится красным. Это привело к обсуждению их загадочного вещества и выводу, что оно не может содержать хлорофилла по тем же соображениям.

Родственные виды деятельности: флуоресцирующие и нефлуоресцентные

Следующие три вопроса относятся к подготовительным работам, для которых процедуры и поставка материалов описаны в Дополнительных материалах.

Любой зеленый раствор светится красным? Чтобы проверить это, приготовьте раствор зеленого пищевого красителя в воде. При освещении фонариком не должно быть красной флюоресценции. Эти виды красителей поглощают свет (отсюда и их цвет), но почти мгновенно выделяют всю энергию в виде тепла. Если бы у нас был чувствительный термодетектор, это выделение тепла можно было бы обнаружить. Этот эксперимент дает контрпример к свойствам хлорофилла. Можно также использовать контрпример с загадочным веществом, например, с популярным цветным газированным напитком.

Является ли красный цвет единственным флуоресцентным цветом? Хлорофилл вряд ли уникален тем, что проявляет флуоресценцию — многие вещества испускают свет после поглощения света. Типичными примерами являются красители, используемые в маркерах для текста. Погрузите кончик маркера для текста в медицинский спирт, пока не получится цветной раствор. Осветите окрашенный раствор фонариком и наблюдайте флуоресценцию. Укажите цвет раствора и цвет флуоресценции.

Шпинат особенный? Все растения содержат хлорофилл. Шпинат очень привлекателен, потому что в нем высокая концентрация хлорофилла, а ткань достаточно мягкая для легкого извлечения. Но, безусловно, можно использовать и другие листья, и учащиеся могут захотеть принести свой собственный растительный материал. Некоторые листья (например, падуба) имеют прочный внешний слой, для которого недостаточно медицинского спирта, чтобы пробить его. Но хлорофилл все еще там, и если его высвободить, он тоже будет светиться ярко-красным.

Оценка

Учащиеся оцениваются по их участию в лабораторных работах, обсуждениях и заключительных лабораторных вопросах. Студенты должны заполнить лабораторную запись, которая будет представлена ​​для оценки понимания. В рамках написания лабораторной работы учащиеся должны ответить на следующие вопросы: (1) Какая молекула делает листья зелеными и какова ее функция? (2) Где находится хлорофилл в растении? (3) Откуда берется красное свечение? (4) Почему красное свечение используется как показатель здоровья растений? (5) Что фермеры смогут узнать из изображений, сделанных спутниками? Учащиеся должны быть в состоянии (1) объяснить, какая молекула делает листья зелеными и ее функцию, (2) описать наблюдаемые различия между листьями и пищевым красителем, (3) определить, присутствует ли в загадочном веществе хлорофилл, и объяснить свои рассуждения, (4) объяснить, как изображения SIF помогают ученым изучать последствия глобального изменения климата, и (5) объяснить, что фермеры смогут узнать из изображений SIF, сделанных со спутника.

Заключение

Фотосинтез и жизненный цикл растений лежат в основе жизни на Земле. Студенты знакомятся с новой технологией, приобретающей все большее значение для ученых-аграрников и экологов, — солнечной флуоресценцией, которая обнаруживает красный свет, излучаемый освещенными солнцем растениями, и тем самым позволяет визуализировать продуктивность фотосинтеза в глобальном масштабе. Упражнение «зеленые растения/красное свечение» связывает абстрактную идею эффективности фотосинтеза с практическим опытом наблюдения (невооруженным глазом) красного свечения хлорофилла после удаления из организованной молекулярной архитектуры растительной клетки. Описанное здесь занятие простое, осмысленное и увлекательное для учащихся средних школ. •

Благодарности

Этот проект финансировался химическим отделом Национального научного фонда (номер премии 1760839). Авторы благодарят школу Монтессори Follow the Child ( https://followthechild.org ) и среднюю школу River Bend ( https://www. wcpss.net/riverendms ) в Роли, Северная Каролина, где в 2019 г. был представлен в двух старших начальных классах (возраст ~9–12 лет; 4–6 классы) и четырех классах средней школы (возраст ~13–15 лет; 8 класс) соответственно.

Интернет-ресурсы

Дополнительную информацию можно найти, выполнив поиск «SIF» по адресу www.nasa.gov.

Дополнительные материалы

Информация для инструктора вместе с демонстрационными видеороликами

Джонатан С. Линдси ([email protected]) — профессор, Кэти-Юен Нгуен — докторант, Эндрю Р. Рэтчфорд — докторант, Джейсон Л. Пейнтер — директор Дома науки и Энн Э. Норкросс — помощник по административным вопросам в Колледже наук Университета штата Северная Каролина в Роли. Рэйчел Полмантир — учитель естественных наук в средней школе Ривер-Бенд в Роли, Северная Каролина.

Ссылки

De Sousa, C. H.R., T. Hilker, R. Waring, Y.M. Де Моура и А. Ляпустин. 2017. Прогресс в дистанционном зондировании фотосинтетической активности над бассейном Амазонки. Remote Sensing 9 (1): 48.

Schlau-Cohen, GS, and J. Berry. 2015. Фотосинтетическая флуоресценция от молекулы к планете. Физика сегодня 68 (9): 66–67.

Биология
Междисциплинарный
Наука о жизни
Грамотность

Средняя школа

Биология-Междисциплинарные-Науки о жизни-Грамотность-Средняя школа

Вам также может понравиться

Отчеты Статья

Бесплатные подарки и возможности для учителей естественных наук и STEM, 29 ноября 2022 г.