Элективный курс «Физиология растений»
элективный курс по биологии (10 класс) на тему

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

« БАЙЛЯНГАРСКАЯ  СРЕДНЯЯ  ШКОЛА имени Р.И. ЗАРИПОВА »

КУКМОРСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

Элективный курс

Физиология растений

 (Учебный курс  для профильного обучения учащихся 10-х классов, 35 часов)

                Автор:

Гарифуллина Фарида Шараповна

                                                                учитель биологии

                                                             Ι квалификационной  категории

2016  год

Пояснительная записка

    Элективный курс «Физиология растений» рассматривает механизмы физиологических процессов, протекающих в растительном организме, и позволяет получить ответы на очень многие вопросы, связанные с глобальной ролью растений в биосфере, практическим значением растений для человека, удивительным многообразием мира растений.   В программе рассматриваются современные представления о сущности обмена веществ, энергии, роста, развития, размножения растений, их адаптации к факторам внешней среды с целью формирования у учащихся понимания механизмов функционирования растительного организма как целостной системы.

     Физиология растений, как наука, интегрирует в себе достижения многих смежных наук: химии, физики, молекулярной биологии, генетики, цитологии и т. д. В связи с этим данный элективный курс весьма значим для формирования у учащихся целостного научного представления об организации живой природы, взаимосвязи ее компонентов, а также адекватности своего поведения в окружающем мире.

Физиология растений является экспериментальной наукой, что дает широкие возможности учащимся научиться самостоятельно получать ответы на интересующие их вопросы о жизни растения. Программа предусматривает возможность проведения лабораторных занятий практически по всем разделам курса. При всей информативности этих занятий они не требуют сложного оборудования и могут быть весьма полезны при организации исследовательской работы с учащимися.

    Элективный курс «Физиология растений» изучается в 10 классе. На изучение курса отводится 35 часов, по 1 часу в неделю.

Цель курса

Формирование знаний о функциях растительного организма, значимости каждой из них для организма в целом, взаимной связи функций и их зависимости от внешних и внутренних факторов. Развитие умений исследовать изучаемые функции у разных растительных организмов.

Задачи курса

Формирование интереса к сущности процессов жизнедеятельности растительного организма как основного элемента биосферы.

Информация о современных достижениях в исследованиях функциональной организации растений, метаболических возможностях, приемах управления продукционным процессом, использовании растений в биотехнологии.

Основные требования к знаниям и умениям

Учащиеся должны знать:

■   сущность процессов жизнедеятельности растительного организма как важнейшего элемента биосферы;

■   взаимосвязь различных функций растения как целостной системы;

■   основные механизмы адаптации растений к условиям среды и возможности управления продукционным процессом растений.

Учащиеся должны уметь:

■   проводить наблюдения и эксперименты с использованием растений;

■   представлять результаты наблюдений и экспериментов в виде наглядных таблиц, схем и делать выводы на основе полученных результатов;

■   участвовать в дискуссиях по проблемам курса;

■    использовать полученные знания и навыки в практической деятельности.

Методическое и техническое обеспечение курса:

■   таблицы, рисунки, схемы, фотоматериалы;

■   компьютерное сопровождение программы;

■    материалы и оборудование для проведения лабораторных занятий.

Содержание курса

Введение (1 ч)

Растительный организм — открытая динамическая система. Физиология растений — наука о свойствах и функциях растительного организма как целостной системы на всех уровнях организации: субклеточном, клеточном, организменном, биоценотическом. Взаимообусловленность структурной и функциональной организации растений в условиях постоянного взаимодействия с факторами внешней среды.

Значение интеграции и регуляции физиологических процессов в течение жизни растения; приспособления растений к окружающим условиям. Физиологические основы продуктивности растений. Задачи физиологии растений и связь с другими науками.

Физиология растительной клетки (6 ч)

Клетка как основная структурная и функциональная единица растительного организма. Современные методы исследования клетки. Особенности строения растительной клетки (наличие пластид, вакуолей и жесткой растительной стенки).

Строение клеточной стенки, ее химический состав и основные функции.

Цитоплазма, основные физико-химические свойства цитоплазмы (вязкость, эластичность, подвижность, раздражимость).  Структура и функции плазмолеммы. Ядро, его строение, химический состав и свойства.  Структура, функции пластид и митохондрий. Пероксисомы. Эндомембранные структуры растительной клетки: эндоплазмотический ретикулум, аппарат Гольджи, вакуоли. Метаболические взаимодействия клеточных органелл — основа функционирования клетки.

Химический состав растительных клеток и тканей. Углеводы, строение, химические свойства, функции, распространение в растениях моно-, ди- и полисахаридов (глюкоза, фруктоза, сахароза, крахмал, клетчатка, гемицеллюлезы, пектиновые вещества).

Жиры и липоиды. Физико-химические свойства. Функциональная роль  в клетке.

Белки. Аминокислотный состав белков. Свойства аминокислот и белков. Химическое строение, структура, классификация белков. Протеины и протеиды.

Ферменты и витамины растительных клеток. Общие свойства, механизм действия, классификация ферментов.

Нуклеиновые кислоты и нуклеоиротеиды. Структура и свойства пуриновых и шримидиновых оснований, нуклеозидов, нуклеотидов. Структура нуклеиновых кислот.

Вода и минеральный состав растительной клетки.

Физиология изолированной клетки. Метод культуры тканей и значение его для клеточной инженерии и биотехнологии.

Лабораторные работы

№ 1. Явление плазмолиза и деплазмолиза.

№ 2. Влияние ионов калия и кальция на вязкость цитоплазмы.

Фотосинтез (6 ч)

Современные представления о фотосинтезе как физиологической функции, составляющей основу биоэнергетики. Роль фотосинтеза в формировании и эволюции биосферы. Масштабы фотосинтетической деятельности в биосфере в прошлом и настоящем.

Открытие фотосинтеза и история развития представлений о механизме фотосинтеза. Значение работ К. А. Тимирязева. Структура хлоропластов как центров фотосинтеза клеток растений. Химический состав хлоропластов. Образование хлоропластов в клетке. Доказательства симбиотического происхождения хлоропластов.

Пигментные системы листа как первичные фоторецепторы. Методы исследования химических, физических и оптических свойств пигментов. Структура молекул хлорофилла (в связи с его функциями поглощать, запасать, преобразовывать энергию квантов света).

Световая фаза — первичный этап фотосинтеза. Структура тилакоидной мембраны.

Фотосистемы I и II, Электрон-транспортная цепь хлоропластов и создание протонного градиента на тилакоидной мембране. Синтез АТФ, образование НАДФ•Н и молекулярного кислорода в световой фазе фотосинтеза.

Фиксация углерода углекислого газа и восстановление его до уровня органических соединений — заключительный этап фотосинтеза. Роль устьиц в диффузии С02 из атмосферы к месту его связывания в строме хлоропластов. Первичный акцептор С02 и его карбоксилирование. Значение НАДФ•Н и АТФ в восстановлении продуктов карбоксилирования до уровня Сахаров.

Разнообразие продуктов фотосинтеза.

Фотосинтез и урожай. Пути повышения интенсивности и продуктивности фотосинтеза.

Лабораторные работы

№ 3. Образование крахмала на свету в листьях растений (проба Сакса)

№ 4. Обнаружение фотосинтеза методом крахмальных проб.

Дыхание растений (4 ч)

Общая характеристика дыхания, представление о механизмах окислительно-восстановительных процессов. Значение дыхания в жизни растительного организма. Связь дыхания с процессом фотосинтеза. Глюкоза как основной субстрат дыхания у растений. Пути превращения дыхательного субстрата, роль ферментов.

Гликолиз как первый этап дыхания, его локализация в растительной клетке, вклад в энергетику клетки, обмен веществ.

Образование пировиноградной кислоты. Превращение пировиноградной кислоты в аэробных условиях.

Структура митохондрий в связи с процессами, которые в них протекают. Локализация электрон-транспортной цепи дыхания, ферментов цикла Кребса, протонного резервуара. Механизмы использования энергии окисляемых субстратов для организации электронного транспорта в мембране, сопряженного с созданием протонного градиента, который используется для синтеза молекул АТФ.

Взаимодействие митохондрий и хлоропластов в приспособлении интенсивности дыхания к действию внутренних и внешних факторов.

Лабораторные работы

№ 5. Определение активности каталазы в различных растительных объектах.

№ 6. Дыхание прорастающих семян.

Вода в жизни растений (3 ч)

Молекулярное строение воды и ее физико-химические свойства.

Функции воды в растительной клетке. Водный баланс растений.

Водный потенциал клетки. Роль набухания клеточной стенки, сухих семян в поглощении воды. Осмотический механизм поступления в клетку.

Транспорт воды через мембраны клеток, роль водных каналов мембран — аквапоринов.

Корень как главный орган поступления воды в растение. Морфологическое и анатомическое строение корня.

Механизм корневого давления как нижнего концевого двигателя водного тока по растению.

Механизмы и физиологическое значение транспирации, типы транспирации.

Строение устьиц. Механизмы саморегуляции транспирации у растений. Связь устьичной транспирации с фотосинтезом. Продуктивность транспирации у различных групп растений.

Пути и механизмы транспорта воды по сосудистой системе растений.

Влияние внешних и внутренних факторов на водный обмен растений.

Роль растений в круговороте воды в биосфере.

Лабораторные работы

№ 7. Зависимость набухания семян от характера запасных веществ.

№ 8. Определение интенсивности транспирации по уменьшению массы срезанных листьев.

Минеральное питание (3 ч)

Элементный состав растений: макро- и микроэлементы.

Химический состав золы различных видов растений. Значение растений в циркуляции минеральных элементов в биосфере.

Корень как орган поглощения минеральных веществ. Рост корня и его структурно-функциональные особенности как основа поглощения веществ из почвы. Поступление ионов из среды в клетку и корень. Связь поглощения веществ корня с процессом дыхания.

Формы азотной пищи растений. Ассимиляция азота растениями, его физиологическая роль. Физиологическая роль макро- и микроэлементов. Роль вегетационного метода в изучении минерального питания растений.

Выращивание растений без почвы. Питательные смеси. Гидропоника. Микориза.

Корневое питание как важнейшая функция управления продуктивностью и качеством урожая. Физиологические основы применения удобрений.

Лабораторные работы

№10. Микрохимический анализ золы растений.

№ 11. Обнаружение нитратов в растении.

№ 12. Выращивание растений в водной культуре на полной питательной смеси и с исключением отдельных элементов.

Рост и развитие растений (4 ч)

Рост и развитие — наиболее сложные процессы в жизнедеятельности растений, тесно связанные с питанием, водным режимом, транспортом веществ, фотосинтезом, дыханием. Рост и развитие как проявление взаимодействия всех частей целого растения. Особенности роста органов растения (корреляция, полярность, регенерация, неравномерность роста, покой). Взаимное влияние растений в фитоценозах на рост и развитие.

Гормональная система растений (стимуляторы, ингибиторы роста). Взаимодействие фитогормонов. Использование фитогормонов и их синтетических заменителей

в растениеводстве.

Процессы раздражимости и возбудимости у растений. Ростовые движения. Тропизмы, настии, круговые нутации, их адаптивное значение. Насекомоядные растения.

Продолжительность онтогенеза растений и его типы. Этапы онтогенеза. Возрастные изменения. Физиология прорастания семян, формирования вегетативных органов.

Влияние внешних условий на зацветание (яровизация, фотопериодизм). Гормональная теория зацветания растений (по М. X. Чайлахяну).

Цветение, опыление, оплодотворение, развитие и созревание плодов и семян. Вегетативное размножение растений.

Лабораторные работы

№ 13. Действие летучих выделений листьев растений на прорастание семян.

№ 14. Действие гетероауксина на рост корней.

Устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды (3 ч)

Понятия «стресс», «адаптация», «устойчивость». Актуальность проблемы устойчивости растений для сельского хозяйства нашей страны.

Действие дефицита воды и засухоустойчивость. Влияние высоких температур и жароустойчивость. Действие низких положительных температур и холодоустойчивость. Влияние отрицательных температур и морозоустойчивость.   Закаливание растений.  Покой зимующих растений.

Действие вредных веществ атмосферы и газоустойчивость. Повреждающее действие солей на растительный организм.

Значение направленной селекции сельскохозяйственных культур на устойчивость к конкретным неблагоприятным факторам среды, использование современных технологий.

Лабораторные работы

№ 15. Влияние температуры на прорастание семян.

№ 16. Определение жаростойкости растения (по Ф. Ф. Мацкову).

Использование культуры тканей и клеток растений в биотехнологии (1 ч)

Методы выращивания изолированных клеток и тканей. Тотипотентность растительных клеток. Клональное микроразмножение растений. Гибридизация клеток.

Клеточная, генная инженерия. Современные достижения в биотехнологии растений.

Учебно – тематический план

Контроль знаний

      -    фронтальный опрос

      -    тестирование

• защита рефератов
• составление  сообщений
• индивидуальные практические работы

Ожидаемый результат

■  учащиеся знают сущность процессов жизнедеятельности растительного организма как важнейшего элемента биосферы;

■  учащиеся объясняют  взаимосвязь различных функций растения как целостной системы;

■  учащиеся проводят наблюдения и эксперименты с использованием растений;

■   представляют результаты наблюдений и экспериментов в виде наглядных таблиц, схем и делают выводы на основе полученных результатов;

■    используют полученные знания и навыки в практической деятельности.

Темы рефератов

• Химический состав растительной клетки
• Фотосинтез и урожай.  Космическая роль растений
• Водный баланс растений
• Физиологическая характеристика элементов питания.
• Индивидуальное развитие растений
• Устойчивость растений к неблагоприятным факторам среды.

Контрольные вопросы по темам

Тестирование

Тест № 1.

Физиология растительной клетки

1. Отличительные признаки растительной клетки:

а) отсутствие центриолей

б) наличие пластид, оболочки и вакуолей с клеточным соком

в) наличие хлорофилла

г)  а + б + в

      2. Оболочки клеток растений состоят из:

а)  целлюлозы, гемицеллюлозы и пектиновых веществ

б)  хитина

в) липидов, белков и углеводов

г) крахмала

       3. Из перечисленных органоидов только в растительных

      клетках присутствуют:

а) митохондрии

б) лизосомы

в) рибосомы

г) хлоропласты

4. В чем проявляется сходство митохондрий и хлоропластов?

а) а двумембранном приципе строения

б) в наличии ДНК и РНК

в) в способности к размножению

г) во всех указанных способностях.

      5. Из перечисленных ниже углеводов в состав

      растительных клеток входят:

а) хитин

б) крахмал

в) молочный сахар

г) гликоген.

Тест № 2.

Фотосинтез.

Вариант 1.

1. Исходным материалом для фотосинтеза служат:

а) кислород и углекислый газ.

б) вода и кислород.

в) углекислый газ и вода.

г) углеводы.

2.  Фотосинтез происходит:

а) в хлоропластах.

б) в лейкопластах.

в) в хромопластах.

г) в митохондриях.

      3. В основе фотосинтеза лежит процесс превращения:

а) энергии света в энергию неорганических соединений.

б) энергии света в энергию органических соединений.

в) энергии органических соединений в энергию неорганических соединений.

г) энергии мелких органических молекул в энергию более крупных органических молекул.

4. Фотолизом воды называется реакция:

а) 4Н++ е-+ 02 = 2Н20

                           свет

б) 6СО2+6Н2О    →    С6Н12Об

              свет

в)2Н2О   →    4Н+ + 4е- + О2

                   свет

г) С6Н12О6   →    СО2 + Н2О

5. Какая из названных реакций относится к темновой стадии фотосинтеза?

а) связывание рибулозодифосфата с углекислым газом.

б) возбуждение молекулы хлорофилла.

в) образование АТФ.

г) фотолиз воды.

6.   Энергия возбужденных электронов в световой стадии используется для:

а) синтеза АТФ.

б) синтеза глюкозы.

в) синтеза белков.

г) расщепления углеводов.

      7. В результате фотосинтеза в хлоропластах образуется:

а) углекислый газ и кислород.

б) глюкоза, АТФ и кислород.

в) хлорофилл, вода и кислород.

г) углекислый газ, АТФ и хлорофилл.

8.  Каким образом можно повысить активность фотосинтеза? (возможны несколько ответов)

а) увеличив содержание кислорода в воздухе.

б) внесением удобрений.

в) увеличив содержание углекислого газа.              г) повысив освещенность.

Вариант 2

1. Заполните пропуски в тексте.

Квант____________ света переводит  _____________  в

возбужденное        состояние.   Возбужденный       электрон  ____________ на более  __________ энергетический уровень. Перемещаясь по цепи_________________ , встроенных в______________ электрон_____________ энергию, которая используется для синтеза ___________. Растративший

энергию         электрон         возвращается         к         молекуле  ___________ . В хлоропластах происходит так же_______________ воды , в результате которого образуются ионы________ и_______ , а также,      побочный      для      этой      реакции      продукт -     _____________ .   Цепь  этих реакций  составляет  ________________фазу фотосинтеза

2.  При каких условиях фотосинтез не может продолжаться в темноте?

а) если в клетках отсутствует АТФ.

б) если нет кислорода.

в) если повышено содержание углекислого газа.

3.  В каком случае правильно перечислены процессы, происходящие в световой фазе.

а) образование глюкозы, кислорода и АТФ.

б) возбуждение хлорофилла, синтез АТФ и фотолиз воды.

в) связывание углекислого газа, образование глюкозы и кислорода.

г) синтез АТФ и глюкозы.

4. В каком случае правильно (но упрощенно) показана реакция фотосинтеза?

а) 6СО2+6Н2О = С6Н12О6 +6 О2

б) 6О2+6Н2О = С6Н12О6 +6 О2

в) 6СО2+Н2 = С6Н12О6 +6 О2

г) 6С+Н2О = С6Н12О6 +6 О2

5. Какая из реакций фотосинтеза должна начаться первой с восходом солнца?

а) фотолиз воды.             б) образование глюкозы,

в) фиксация углерода,     г) синтез НАДФН.

      6.  В каком случае перечислены процессы идущие только

      при  фотосинтезе?

а) синтез АТФ, белков и жиров.

б) синтез АТФ и углеводов, фотолиз воды.

в) синтез АТФ, окисление глюкозы до СО2 и Н2О.

г) синтез белков и углеводов, выделение СО2

Тест № 3.

Дыхание растений.

1.  Биологическая роль кислорода при дыхании заключается в том, что он:

а) отдает электроны молекулам органических соединений.

б) принимает электроны от молекул органических соединений.

в) активирует синтез углеводов.

2.  Где происходит процесс биологического окисления?

а) в митохондриях.            

б) в хлоропласта.

в) в рибосомах.

г) в лизосомах.

3.  Что является конечными продуктами окисления органических веществ?

а) АТФ и вода

б) кислород и углекислый газ.

в) вода и углекислый газ.

г) АТФ и кислород.

      4.  Какое из утверждений правильно:

а) В результате окисления органических соединений образуются углекислый газ и кислород.

б) Энергия органических соединений расходуется в виде тепла и идет на синтез АТФ.

в)  Фотосинтез и окисление органических веществ - тождественные процессы.

5.  Свободный кислород образуется:

а) в темновой стадии.

б) постоянно.

в) при окислении углеводов.

г) в световой стадии.

6. При анаэробном гликолизе молекулы глюкозы:

а) полностью окисляются.

б) не окисляются.

в) окисляются не полностью.

г) восстанавливаются.

7. Сходство процессов анаэробного и аэробного гликолиза заключается:

а) в сходстве конечных продуктов.

б) в образовании АТФ.

в) в месте протекания процессов.

г) в энергетическом эффекте этих процессов.

8.  В чем заключается роль ферментативной системы переноса электронов?

а) в постепенном использовании энергии на образование АТФ и конечных продуктов.

б) в постепенном расщеплении АТФ.

в) в постепенном образовании глюкозы.

г) в расщеплении глюкозы на 2 трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты.

Тест № 4

Водный режим растений

1. Испарение воды с поверхности листьев:

а) транспирация

б) транскрипция

в) трансляция

г) трансформация

2. Гуттация – это процесс:

а) испарение воды с поверхности листьев

б) поглощение воды из почвы

в) выделение жидкости из перерезанного стебля

г) выделение воды у неповрежденного растения через кончики листьев

3.  Растения с помощью корня поглощают:

а) углекислый газ

б) перегной

в) воду и растворенные в ней минеральные соли

г) органические вещества

     4. Вода в растении перемещается из:

а) листьев в стебель

б) стебля в корень

в) цветков в стебель

г) корня в стебель

5. Вода удаляется из растения через:

а) древесину

б) ситовидные трубки

в)  устьица

г)  пробку

Рекомендуемая литература

Литература для учителя

1. Васильева Е. Н. и др. Эксперимент по физиологии растений в средней школе. — М.: Просвещение, 1978.

2. Генкель П.А. Физиология растений. М.: Просвещение, 1975

3. Кузнецов В. В.,  Дмитриева Г. А.   Физиология растений. — М.: Высшая школа, 2005.

4. Медведев. С.  Физиология растений.  —  СПб.:  Изд-во Санкт-Петербургского университета, 2004.

5. Полевой В. В. Физиология растений. — М.: Высшая школа, 1989.

6. Физиология растений/под ред. И. П. Ермакова. — М.: Академия, 2005.

7. Якушкина Н. А. Физиология растений. — М.: Просвещение, 1993.

Литература для учащихся

1. Алешин Е.П,, Пономарев А.А. Физиология растений. – М.: Агропромиздат, 1985.

2. Артамонов В. И. Занимательная физиология растений. — М.: Агропромиздат, 1991.

3 . Виленский Е. Р., Бойко В. В. Растение раскрывает свои тайны. - М.: Колос, 1984.

4. Райнботе X. Тайна растений. — М.: Знание, 1979.

5. Скулачев В. Рассказы о биоэнергетике. — М.: Молодая гвардия, 1982.

6. Фросин В. Н., Сивоглазов В. И. Готовимся к единому государственному экзамену. Общая биология. — М.: Дрофа, 2003.

7. Фросин В. Н., Сивоглазов В. И. Готовимся к единому государственному экзамену. Растения. Грибы. Лишайники. — М.: Дрофа, 2005.