Методическая разработка урока "Фотосинтез. Хемосинтез".
методическая разработка по биологии (9 класс) по теме

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №18

имени Героя Советского Союза Эдуарда Дмитриевича Потапова»

(урок с использованием ИКТ с элементами исследования)

9 класс

                                                                    Составил: учитель биологии

                                                              Кондакова И.А.

Мичуринск, 2011

Конспект урока в 9 классе по теме «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, проектор, экран, слайдовая презентация.

Ход урока.

Учитель: 

            Необычайно прекрасен в своём многообразии мир живой природы. (слайды1-3) Жизнь существует благодаря биологическому процессу в растительных организмах. О нем писал в своей книге «Солнце, жизнь и хлорофилл» русский учёный К.А. Тимирязев. (слайд 4) Он говорил «Это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете”.

- О каком процессе идёт речь?

(о фотосинтезе). 

Объявляю тему урока (слайд 5),затем сообщаю о целях урока (слайд 6).

Учитель.

(слайд 7) 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)

- На какие группы по способу питания делят организмы в зависимости от использования разных источников энергии?

(слайд 8 после ответа уч – ся) (автотрофы и гетеротрофы).

Учитель:

- Какие организмы называют автотрофами, и кто к ним относится

( это организмы, создающие органические вещества из неорганических; зелёные растения, фотосинтезирующие бактерии).

- Какие организмы называют гетеротрофами, приведите примеры организмов?

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

Учитель: 

-На какие группы делятся автотрофы? ( слайд 9) (фототрофы и хемотрофы).

Дайте определения и приведите примеры организмов.

(фотоавтотрофы (фототрофы) – используют энергию Солнца; растения, бактерии, способные к фотосинтезу);

(хемоавтотрофы (хемотрофы) – используют энергию, выделяющуюся при окислении  неорганических веществ; бактерии).

Именно фототрофы способны к фотосинтезу.

- Вспомните, как в курсе 6 класса определяется процесс фотосинтеза?

(слайд 10).

(это процесс создания органических веществ из неорганических под действием энергии света с выделением кислорода).

- Поглощённый солнечный свет используется фототрофами для синтеза органических соединений. Поэтому можно дать следующее определение фотосинтеза. (слайд 11)

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

Кроме фотосинтеза, в листьях протекает и противоположный процесс.

(слайд 12) - Какой? (дыхание)

Сравните два процесса.

(дыхание, при котором поглощается кислород и выделяется углекислый газ, происходит как в темноте, так и на свету, во всех клетках, энергия выделяется).

Прежде чем разобраться в механизме протекания фотосинтеза, давайте узнаем, как он был открыт.

История открытия фотосинтеза (слайд13)(ученик)

Начало изучения фотосинтеза было положено в

1630 г. – Ян ван Гельмонт первым исследовал механизм роста растений.

1771 г. – англ. химик Джозеф Пристли установил, что растения «исправляют» воздух, «испорченный» горящей свечой.

1782 г. – Жан Сенебье показал, что растения, выделяя кислород, поглощают углекислый газ; предположил, что в вещество растения превращается углерод, входящий в состав углекислого газа.

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.

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».

Учитель:

- В каких органах растения идёт фотосинтез? ( слайд14)

(в листьях, зелёных стеблях растений).

- Рассмотрите клеточное строение листа и вспомните, в каких клетках происходит фотосинтез?

(в мезофилле листа, в палисадной и губчатой ткани, в замыкающих клетках устьиц эпидермиса).

- В каких органоидах растительной клетки? (хлоропластах)

Учитель:

Строение хлоропласта мы с вами уже рассматривали, поэтому сейчас давайте вспомним (слайд15)

-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)

- Что такое строма и где она располагается?

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

-Что такое хлорофилл и где он находится?

(зелёный пигмент, находится в мембранах тилакоидов)

Учитель: «Самое интересное из веществ во всём органическом мире» - так назвал хлорофилл великий Чарльз Дарвин. Что же представляет собой этот «герой» фотосинтеза – молекула хлорофилла? (слайд16)

- Из каких атомов состоит молекула  хлорофилла?

(учитель дополняет ответ)

Хлорофилл состоит из атомов углерода и азота, соединённых в сложное кольцо, в центре которого находится атом магния. К этому кольцу присоединён длинный «хвост» – спирт фитол.

- От каких атомов зависит зелёная окраска хлорофилла?

(атом магния определяет зелёную окраску хлорофилла).

Учитель:

- Почему листья растений зелёного цвета?

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

Учитель:

Есть ли в листьях растений наряду с хлорофиллом  другие пигменты?

(ксантофилл – жёлтый, каротин – красный и оранжевый).

Учитель:

Теперь пора перейти к изучению механизма фотосинтеза. (слайд17)

- Сколько стадий включает процесс фотосинтеза?

(две последовательные стадии: световая и темновая):

Световая стадия происходит только на свету в мембранах гран при участии хлорофилла и ферментов. Темновая фаза протекает в строме хлоропласта без участия света.

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 биологического «аккумулятора» АТФ.

                                            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 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.

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

Темновая стадия. 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.

Мы рассмотрели механизм фотосинтеза, а теперь попробуем сравнить световую и темновую стадии фотосинтеза (слайд 18).

(заполняем схему стадий фотосинтеза в тетрадях и cверяем со схемой  на слайде)

Запишите полное уравнение реакции фотосинтеза:

6СО2 + 6Н2О         С6Н12О6 + О2

Учитель:

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

Учитель:

- Знания каких наук нам потребовались для изучения механизма фотосинтеза?

(биология, химия, физика)

Учитель: (слайд19)

1. Какого значение фотосинтеза?

(в буклете зачитываем о значении фотосинтеза).

Значение фотосинтеза:

1. Фотосинтез – основа питания всех живых существ.
2. Ежегодно на Земле производится 150 млрд. тонн органического вещества и выделяется 200 млрд. тонн свободного кислорода.
3. Из кислорода образуется озоновый слой, защищающий живые организмы от ультрафиолетовой радиации.

1. Фотосинтез поддерживает современный состав атмосферы.

4. Препятствует увеличению концентрации СО2, предотвращая перегрев  Земли.
5. 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.

(слайд 20) К.А.Тимирязев первый подчеркнул космическую роль зелёных растений. Послушайте, как он писал: «Растение -  посредник между небом и Землёй. Оно ис тинный Прометей, похитивший огонь с неба. Похищенный им луч солн ца горит и в мерцающей лучине, и в ослепительной искре электриче ства. Луч солнца приводит в движение и чудовищный маховик гигант ской паровой машины, и кисть художника, и перо поэта».

- В чём заключается космическая 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: (слайд 21)

         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? (сообщение учащегося) (слайд22)

Пути повышения продуктивности фотосинтеза.

1. Оптимальное освещение.

2)       Своевременный полив.

3)       Увеличение концентрации углекислого газа в воздухе.

1.   в теплицах:

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

1. 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.

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

Учитель:

2. Интенсивность фотосинтеза зависит от многих факторов. Каких?

(слайд 23)

((ученики представляют 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.

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

(слайд25) 

2. 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: Осве щенность в ясный летний день составляет при мерно 100 000 люкс, а для нормального процесса фотосинтеза необхо дима 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)

3. 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)

4. 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)

1. п. 2.11; сравнить фотосинтез и хемосинтез;
2. 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). 

1. 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.

Тестовая работа.

1. Организмы, способные фотосинтезу относят к:

а) хемоавтотрофам;

б) фотоавтотрофам;

в) миксотрофам;

г) гетеротрофам.

2. Биологический смысл процесса фотосинтеза состоит в образовании:

а) нуклеиновых кислот;

б) белков;

в) углеводов;

г) жиров.

3. Какие из перечисленных организмов способны к фотосинтезу?

а) пеницилл и дрожжи;
б) ольха и серобактерии;
в) инфузория и эвглена зелёная;
г) клён и цианобактерии.

4. Кислород, выделяющийся при фотосинтезе, образуется при распаде:

а) глюкозы;

б) АТФ;

в) воды;

г) белков.

5.        Какие лучи солнечного спектра используются растениями для фотосинтеза?

а) красные и зелёные;
б) красные и синие;
в) зеленые и синие;
г) все.

6.       Какие пластиды содержат пигмент хлорофилл?

а) лейкопласты;

б) хлоропласты;

в) хромопласты;

г) все пластиды.