Содержание
9.5.2. Графики скорости реакции
Освещенность, концентрация СО2 и температура – вот те главные внешние факторы, которые влияют на скорость фотосинтеза. Если по горизонтальной оси отложить изменение того или иного фактора, то во всех случаях мы получим графики, сходные с кривой на рис. 9.21. На всех таких графиках скорость фотосинтеза сначала возрастает линейно (на том участке, где данный фактор является лимитирующим), а затем увеличивается все медленнее и, наконец, стабилизируется, когда лимитирующим становится другой фактор (или факторы).
В дальнейшем мы будем считать, что меняется только тот фактор, который мы рассматриваем, а все остальные находятся на оптимальном уровне.
При оценке действия света на тот или иной процесс важно различать влияние его интенсивности, качества (спектрального состава) и времени экспозиции на свету.
Интенсивность света. При низкой освещенности скорость фотосинтеза прямо пропорциональна интенсивности света (рис. 9.21). Постепенно лимитирующими становятся другие факторы, и увеличение скорости замедляется. В ясный летний день освещенность составляет примерно 100000 люкс (10000 футо-кандел), а для светового насыщения фотосинтеза хватает и 10000 люкс. Поэтому свет обычно может быть важным лимитирующим фактором только в условиях затенения. При очень большой интенсивности света иногда начинается обесцвечивание хлорофилла, и это замедляет фотосинтез, однако в природе растения, находящиеся в таких условиях, обычно тем или иным способом защищены от этого (толстая кутикула, опушенные листья и т. п.).
Продолжительность освещения (фотопериод). Фотосинтез происходит только на свету, однако продолжительность освещения никак не влияет на скорость этого процесса.
Качество света (его спектральный состав). Влияние качества света можно оценить по спектру действия для фотосинтеза (см. рис. 9.12).
Концентрация СО2
Для темновых реакций нужна двуокись углерода, которая включается в органические соединения. В обычных полевых условиях именно СО2 является главным лимитирующим фактором. Концентрация СО2 в атмосфере варьирует в пределах от 0,03 до 0,04%, но если повысить ее, то можно увеличить и скорость фотосинтеза (см. кривую 3 на рис. 9.22). При кратковременном воздействии оптимальная концентрация СО2 составляет около 0,5%, однако при длительном воздействии возможно повреждение растений, поэтому оптимум концентрации в этом случае ниже – около 0,1%. Уже сейчас некоторые тепличные культуры, например томаты, стали выращивать в атмосфере, обогащенной СО2. В настоящее время большой интерес вызывает группа растений, которые намного эффективнее поглощают СО2 из атмосферы и поэтому дают более высокий урожай. О таких "С4-растениях" речь пойдет в разд. 9.8.2, где мы также рассмотрим, каким образом высокая концентрация СО2 ингибирует фотодыхание и стимулирует фотосинтез.
Температура
Темновые, а отчасти и световые реакции фотосинтеза контролируются ферментами; поэтому они зависят от температуры. Оптимальная температура для растений умеренного климата обычно составляет около 25°С. При каждом повышении температуры на 10° (вплоть до 35°С) скорость реакций удваивается, но из-за влияния ряда иных факторов растения лучше всего растут при 25°С.
9.25. Почему при более высоких температурах скорость фотосинтеза снижается?
Вода – один из субстратов (исходных веществ) для фотосинтеза, но оценить непосредственное влияние воды на фотосинтез совершенно невозможно, так как ее недостаток влияет на множество клеточных процессов. Тем не менее, изучая продуктивность (количество синтезируемого органического вещества) у растений, страдающих от недостатка воды, можно показать, что временное увядание приводит к серьезным потерям урожая. Даже небольшая нехватка воды, когда еще нет никаких видимых изменений, может очень сильно повлиять на урожайность. Причины этого сложными недостаточно изучены. Одна из очевидных причин-то, что при увядании устьица у растений обычно закрываются, а это мешает свободному доступу СО2 для фотосинтеза. К тому же было установлено, что при нехватке воды в листьях некоторых растений накапливается абсцизовая кислота-ингибитор роста.
Концентрация хлорофилла
Концентрация хлорофилла, как правило, не бывает лимитирующим фактором, однако количество хлорофилла может уменьшаться при различных заболеваниях (мучнистая роса, ржавчина, вирусные болезни), недостатке минеральных веществ (разд. 9.12) и с возрастом (при нормальном старении). Когда листья желтеют, говорят, что они становятся хлоротичными, а само это явление называют хлорозом. Хлоротические пятна на листьях часто бывают симптомом заболевания или недостатка минеральных веществ. Для синтеза хлорофилла нужны железо, магний и азот (два последних элемента входят в его структуру), поэтому они особенно важны для фотосинтеза. Важен также калий. Хлороз может быть вызван и недостатком света, так как свет нужен для конечной стадии биосинтеза хлорофилла.
Кислород
Сравнительно высокая концентрация кислорода в атмосфере (21%), в которой обычно находятся растения, как правило, ингибирует фотосинтез. В последние годы было установлено, что кислород конкурирует с СО2 за активный центр рибулозобисфосфат-карбоксилазы (фермента, участвующего в фиксации СО2), а это снижает суммарную интенсивность фотосинтеза. Кроме того, в дальнейших реакциях образуется СО2, что тоже уменьшает чистый фотосинтез. Из таких реакций складывается "фотодыхание" – мы рассмотрим этот процесс в разд. 9.8.
Специфические ингибиторы
Самый простой способ погубить растение – это подавить фотосинтез. Именно для этой цели и были придуманы различные гербициды. Один из ярких примеров – ДХММ (дихлорфенилдиметилмочевина), которая шунтирует нециклический перенос электронов и таким образом подавляет световые реакции. ДХММ оказалась весьма полезной при изучении световых реакций.
Загрязнение окружающей среды
Некоторые газы промышленного происхождения, особенно озон и сернистый газ, даже в малых концентрациях сильно повреждают листья у ряда растений, однако точные причины этого до сих пор не установлены. Согласно произведенным оценкам, в сильно загрязненных районах потери урожая зерновых могут доходить до 15%, особенно если ситуацию усугубляет засуха, как это было летом 1976 г. в Великобритании. К сернистому газу очень чувствительны лишайники. Сажа забивает устьица и уменьшает прозрачность листовой эпидермы.
9.26. Назовите возможные местообитания или природные условия, в которых факторами, лимитирующими фотосинтез, могут быть а) интенсивность освещения, 6) концентрация кислорода и в) температура.
Для 10-х классов естественнонаучного профиля
Продолжение. См. № 2, 3, 4, 5, 7 / 2010
284*. Чем отличается получение энергии в двигателе внутреннего сгорания от получения энергии в митохондрии?
285*. В составе каких соединений (СО2 или Н2О) содержатся атомы кислорода, потребляемые при дыхании?
286*. Опишите судьбу атомов углерода, кислорода и водорода при распаде молекулы пировиноградной кислоты в процессе дыхания.
287*. Амигдалин в свое время усиленно рекомендовали в качестве противоопухолевого средства. Под действием пищеварительных ферментов амигдалин распадается с выделением цианида. Известны случаи, когда больные, принимавшие слишком большие дозы амигдалина, умирали от отравления цианидом. Цианид инактивирует определенные компоненты цепи переноса электронов. Как вы объясните его токсичное действие?
288. Выберите правильные суждения:
1) по особенностям обмена веществ все организмы, живущие на Земле, делятся на гетеротрофов и сапротрофов;
2) все растительные организмы питаются автотрофно;
3) среди бактерий нет автотрофных организмов;
4) грибы относятся к миксотрофным организмам.
289. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
а) использование фотосинтеза как альтернативного источника энергии вместо запасов углеводородного сырья;
б) изучение фотосинтеза дает возможность повысить урожайность сельскохозяйственных растений;
в) обеспечение энергией гетеротрофных организмов путем перевода водорода в доступные для них формы;
г) выделение кислорода в атмосферу, что необходимо для всех анаэробных организмов;
д) фотосинтез, протекавший у древних растений, позволяет человечеству использовать энергию ископаемого топлива.
290. Выберите правильные суждения:
1) впервые указал на воду как на одно из веществ, используемых растением для строительства своего тела, Д.Пристли;
2) на основе проведенных опытов Ж.Сенебье сделал вывод о том, что растения способны исправлять воздух;
3) выделение пузырьков кислорода на свету листьями ивы, помещенной в воду, наблюдал в опытах Я.Ингенхауз;
4) для выяснения происхождения кислорода, выделяемого при фотосинтезе, исследователи использовали «тяжелый кислород».
291. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
В реакциях световой фазы фотосинтеза:
а) происходит возбуждение электронов светом;
б) участвуют фотосинтетические пигменты;
в) образуется вода;
г) восстанавливается НАДФ•Н2;
д) расходуется СО2.
292. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
Фотосистема I характеризуется следующими признаками:
а) имеется реакционный центр Р700;
б) имеется реакционный центр Р680;
в) первым акцептором электронов является вещество Q;
г) конечным акцептором электронов является НАДФ + ;
д) потери реакционным центром электронов восполняются за счет воды.
293. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
Фотосистема II характеризуется следующими признаками:
а) имеется реакционный центр Р700;
б) имеется реакционный центр Р680;
в) первым акцептором электронов является вещество ферредоксин;
г) является поставщиком электронов для фотосистемы I;
д) энергия электронов тратится на синтез АТФ.
294. Выберите правильные суждения:
1) электроны переносятся от воды на реакционный центр Р680 через переносчик Z;
2) первым акцептором электронов фотосистемы I является вещество X;
3) первым акцептором электронов фотосистемы II является вещество Q;
4) электроны воды возвращают реакционный центр Р680 в нейтральное состояние.
295. Выберите один правильный ответ.
Кислород, выделяемый в ходе фотосинтеза, образуется за счет:
а) разложения углекислого газа до углерода и кислорода;
б) разложения углекислого газа до электронов, углерода и кислорода;
в) разложения воды до водорода и кислорода;
г) разложения воды до электронов, протонов и кислорода.
296. Восстановите правильный порядок передачи электронов по системе переносчиков от Р680 до Р700:
1) цитохром f;
2) пластохинон (PQ);
3) пластоцианин;
4) вещество Q;
5) цитохром b563.
Спонсор публикации статьи интернет-магазин "Фарм памп". Магазин предлагает Вам приобрести стероиды – метан, туринабол, сустанон, примоболан, болденон, винстрол, мастерон, кленбутерол и другие препараты. Только оригинал от надёжных производителей, доставка по Украине 1 день, консультация и помощь по составлению курса стероидов и питания, гарантия качества товаров и анонимность. Узнать подробную информацию и сделать заказ Вы сможете на сайте, который располагается по адресу: https://farm-pump.com.ua.
297*. Если обработать хлоропласты каким-либо веществом, повышающим проницаемость мембран для ионов, то они перестают синтезировать АТФ. Объясните причину этого явления.
298*. Известно, что при очень большой интенсивности освещения иногда начинается обесцвечивание хлорофилла и процесс фотосинтеза замедляется. Объясните этот факт. Как растения защищаются от интенсивных солнечных лучей?
299. Выберите правильные суждения:
1) исходным (и конечным) продуктом цикла Кальвина является щавелевоуксусная кислота;
2) первым продуктом цикла Кальвина является 3-фосфоглицериновая кислота (3-ФГК);
3) присоединение углекислого газа к рибулозо 1,5-бисфосфату в цикле Кальвина обеспечивает рибулозобисфосфат-карбоксилаза/оксигеназа (РБФ-оксигеназа);
4) конечным продуктом фотосинтеза является трехуглеродное соединение – глицеральдегид-3-фосфат (ФГА).
300. Выберите один правильный ответ.
«Чистый доход» цикла Кальвина представлен:
а) 18 молекулами АТФ;
б) 2 молекулами глицеральдегид-3-фосфата;
в) 6 молекулами рибулозо-1,5-бисфосфата;
г) 12 молекулами НАДФ•Н2.
301. Выберите один правильный ответ.
Фотодыхание характерно для:
а) всех наземных растений;
б) всех растений тропических широт;
в) С3-растений;
г) С4-растений.
302. Выберите один правильный ответ.
а) потребление растением кислорода и выделение углекислого газа;
б) потребление растением на свету кислорода и выделение углекислого газа;
в) потребление растением углекислого газа и выделение кислорода;
г) потребление растением на свету углекислого газа и выделение кислорода.
303. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
Фотодыхание характеризуют следующие факты:
а) в процессе участвуют три органоида: хлоропласты, пероксисомы и митохондрии;
б) процесс идет с затратой энергии, что ведет к бесполезной ее потере;
в) поглощаемый кислород тратится в пероксисомах на превращение глицина в серин;
г) окисление глицина до серина ведет к бесполезной потере углерода в виде СО2;
д) из гликолата (2 × 2С) извлекается только два атома углерода из каждых четырех.
304. Выберите один правильный ответ.
Хлоропласты обкладки проводящего пучка С4-растений характеризуются:
а) высокой активностью фотосистемы II;
б) отсутствием РБФ-карбоксилазы;
в) отсутствием крахмальных зерен;
г) отсутствием гран.
305. Выберите правильные суждения:
1) С4-путь фотосинтеза в основном характерен для растений умеренных широт;
2) первыми продуктами фотосинтеза у С4-растений служат яблочная, щавелевоуксусная и аспарагиновая кислоты;
3) С3-растения более эффективно поглощают СО2, так как у них отсутствует фотодыхание;
4) для С4-растений характерны два типа хлоропластов.
306. Восстановите правильную последовательность этапов пути Хэтча–Слэка у С4-растений:
1) малатный шунт;
2) повторная фиксация СО2 в клетках обкладки проводящих пучков;
3) регенерация акцептора СО2;
4) фиксация СО2 в клетках мезофилла с мелкими хлоропластами.
307. Выберите правильные суждения:
1) в клетках мезофилла С4-растений СО2 фиксируется на фосфоенолпирувате;
2) ФЕП-карбоксилаза, как и РБФ-карбоксилаза, способна взаимодействовать не только с углекислым газом, но и с кислородом;
3) в хлоропластах обкладки проводящих пучков у С4-растений малат используется для образования пирувата, НАДФ•Н2 и СО2;
4) в клетках обкладки проводящих пучков происходит фиксация СО2 по С4-пути.
308. Выберите один правильный ответ.
Главное преимущество С4-растений перед С3-растениями заключается в том, что они:
а) потребляют меньше энергии;
б) могут произрастать в засушливых районах;
в) эффективнее фиксируют углекислый газ;
г) имеют большую скорость фотосинтеза.
309. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
Для САМ-растений характерно:
а) использование С3- и С4-пути;
б) использование СО2, накопленного в темноте;
в) произрастание в условиях влажных тропиков;
г) накопление СО2 в вакуолях клеток мезофилла;
д) закрытое состояние устьиц в течение дня.
310. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
Дж.Пристли обнаружил, что мышь не гибнет в закрытом сосуде, если там находится живое растение. В этих условиях для того, чтобы мышь осталась жива, требуется:
а) хлорофилл;
б) солнечный свет;
в) ионы водорода;
г) химическое соединение, разлагающееся с выделением углекислого газа;
д) источник НАДФ•Н2.
311. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
Эксперимент Энгельмана с водорослью спирогирой показал, что для фотосинтеза растений:
а) необходим весь спектр солнечного света;
б) эффективны лучи только красной области солнечного спектра;
в) эффективны лучи только синей области солнечного спектра;
г) эффективны лучи и красной, и синей областей солнечного спектра;
д) эффективны лучи только зеленой области солнечного спектра.
312. Укажите, в каком компартменте клетки (из перечисленных справа) локализуются перечисленные слева вещества или протекают процессы:
2) ферменты, катализирующие
реакции фиксации углерода;
Б. Фотосинтетические мембраны.
В. Внутреннее пространство тилакоидов.
313*. Какую роль в фотосинтезе и фотодыхании выполняет каждое из перечисленных ниже веществ: рибулозо-1,5-бисфосфат; НАДФ + ; О2; СО2; АТФ; глицеральдегид-3-фосфат?
314. Выберите один правильный ответ.
Укажите, какие из перечисленных ниже веществ, образующихся в реакциях, вызываемых светом, необходимы для фиксации углерода:
315. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
Считается, что при фотосинтезе непосредственным источником энергии для синтеза АТФ служит:
а) НАДФ•Н2;
б) АДФ;
в) Н2О;
г) ионы водорода, находящиеся в окруженном мембраной компартменте;
д) возбужденные электроны хлорофилла.
316*. Укажите, какую роль играют в фотодыхании гликолат, серин, глицерат. Какие органоиды участвуют в процессе фотодыхания?
317*. Между митохондриями и хлоропластами имеется большое сходство: оба органоида окружены двойной мембраной, в обоих есть цепь переноса электронов, синтез АТФ происходит за счет энергии электрохимического потенциала и т.п. Но как тогда объяснить, что в митохондриях протоны выкачиваются через кристы из матрикса наружу, а в хлоропластах они закачиваются в тилакоиды?
318*. Почему виноград снимают в солнечную погоду, а в пасмурную воздерживаются от уборки?
319*. Вода внутри растения – химическая лаборатория, строительный материал, транспортное средство, терморегулятор. Объясните каждое из этих положений.
320*. Назовите возможные местообитания или природные условия, в которых факторами, лимитирующими фотосинтез, могут быть:
а) интенсивность освещения;
б) концентрация кислорода;
в) температура.
321*. Землю освещает одно и то же солнце, и, казалось бы, для оптимального поглощения его лучей у всех растений должен быть один, самый лучший цвет пигментов. Почему же листья растений бывают разных оттенков и даже разных цветов?
322*. Каким образом сведения о фотодыхании помогают объяснить влияние концентрации углекислого газа на скорость фотосинтеза?
323*. Какого рода опыты вы бы поставили для того, чтобы определить, к С3- или С4-типу принадлежит исследуемое растение?
324*. У растений, растущих на почвах, в которых не хватает определенных минеральных веществ, фотосинтез часто замедляется. Укажите вещества, недостаток которых мог бы вызвать такой эффект.
325*. Проследите пути перемещения и метаболическую судьбу атома водорода из молекулы воды от момента, когда вода в виде дождя попадает в почву, и до момента, когда этот атом заканчивает свой путь и обнаруживается в молекуле крахмала в хлоропластах листа.
326*. При фотодыхании образуются аминокислоты. Почему же в таком случае считают, что это неэффективный процесс и что материал в нем расходуется впустую?
327*. Известно, что в спальне не должно быть слишком много растений, так как при этом ухудшается кислородный режим в помещении. Известно также, что растения при фотосинтезе выделяют кислород, обогащая им окружающий воздух. Не кажется ли вам, что эти факты противоречат друг другу?
328*. Есть мнение, что автотрофное питание более выгодно, чем гетеротрофное. На чем может быть основано это мнение? Если эта точка зрения является истинной, то почему же все ныне живущие организмы не являются автотрофными?
329. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
Влияние света на фотосинтез проявляется в:
а) обесцвечивании хлорофилла при очень большой интенсивности освещения;
б) убыстрении фотосинтеза при увеличении продолжительности освещения листьев;
в) снижении интенсивности при затенении;
г) повышении интенсивности под воздействием лучей зеленой и желтой частей спектра;
д) повышении интенсивности под воздействием лучей синей и красной частей спектра.
330 . Выберите правильные суждения:
1) если повысить концентрацию углекислого газа в воздухе, то можно увеличить скорость фотосинтеза;
2) внося органические и минеральные удобрения в почву, мы усиливаем так называемое почвенное дыхание, что приводит к снижению концентрации СО2 в воздухе;
3) у растений умеренного пояса интенсивность фотосинтеза максимальна при 20–25 °C, затем снижается (при 40 °C почти до 0);
4) увядание растений приводит к потере урожая из-за нехватки воды для процесса фотолиза.
331. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
Хлороз – явление пожелтения листьев – может быть вызван следующими факторами:
а) недостатком Fe, Mg, N или K в почве;
б) недостатком света;
в) избытком света;
г) недостатком воды;
д) различными грибковыми, бактериальными и вирусными заболеваниями.
332. Выберите один правильный ответ.
Высокая концентрация кислорода в атмосфере:
а) усиливает фотосинтез у С3-растений;
б) усиливает фотосинтез у С4-растений;
в) ингибирует фотосинтез у С3-растений;
г) ингибирует фотосинтез у С4-растений.
333. Выберите правильные суждения:
1) при высокой интенсивности фотосинтеза растения всегда проявляют высокую продуктивность;
2) применяя полив, удобрения и другие агротехнические мероприятия, можно увеличить интенсивность фотосинтеза;
3) зеленое растение обеспечивает питательными веществами животных и растения, лишенные хлорофилла;
4) зеленые растения кормят, одевают и согревают человека.
334. Укажите номера правильных утверждений для каждой из трех групп организмов:
А. Бактерии.
Б. Синезеленые водоросли (цианобактерии).
В. Высшие и низшие растения.
1) хлоропласты есть;
2) хлоропластов нет;
3) фотосинтетические мембраны в виде выростов плазматической мембраны, они называются хроматофорами;
4) фотосинтетические мембраны расположены по всей толще цитоплазмы;
5) фотосинтетические мембраны расположены в хлоропластах;
6) фотосинтетические мембраны не уложены в стопку;
7) фотосинтетические мембраны уложены в стопку, а у высших образуют граны;
8) фотосистема II есть, поэтому при фотолизе воды выделяется кислород;
9) фотосистемы II нет, поэтому кислород не выделяется;
10) донором водорода служит сероводород, молекулярный водород, органические соединения, но не вода;
11) донором водорода служит вода;
12) главный пигмент – бактериохлорофилл;
13) главный пигмент – хлорофилл, у низших есть фикобилины;
14) главный пигмент – хлорофилл, содержат еще и фикобилины.
335. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
Для синезеленых водорослей, способных фотосинтезировать, характерно:
а) наличие хлоропластов;
б) образование гран;
в) наличие хлорофилла и фикобилинов;
г) использование в качестве донора водорода сероводорода;
д) распределение фотосинтетических мембран по всей толще цитоплазмы.
336. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
Для фотосинтезирующих растений характерно:
а) наличие двух фотосистем I и II;
б) выделение кислорода при фотолизе воды;
в) наличие в хлоропластах гран;
г) использование в качестве донора электронов углекислого газа.
д) обязательное присутствие в клетках хлорофилла и фикобилинов.
337. Выберите правильные суждения:
1) эволюционно более древней является фотосистема I;
2) фотосистема I способна отбирать протоны и электроны у сероводорода;
3) впервые фотосистема II появилась у синезеленых водорослей;
4) у пурпурных несерных бактерий источником водорода служит вода.
338. Выберите один правильный ответ.
К хемосинтезирующим организмам относятся:
а) автотрофные бактерии, использующие в качестве источника энергии для синтеза органических веществ энергию солнца;
б) автотрофные бактерии, использующие в качестве источника энергии для синтеза органических веществ энергию реакций окисления различных неорганических соединений;
в) сапротрофные бактерии, использующие в качестве источника энергии мертвые органические вещества;
г) бактерии-паразиты, использующие в качестве источника энергии вещества тела хозяина, подвергаемые химическому окислению.
339. Выберите правильные суждения:
1) нитрифицирующие бактерии добывают энергию путем окисления аммиака до азотистой кислоты;
2) нитробактер осуществляет окисление аммиака до азотистой кислоты;
3) у хемосинтезирующих бактерий фиксация СО2 осуществляется в цикле Кальвина;
4) залежи железных и марганцевых руд являются результатом жизнедеятельности железобактерий в древние геологические эры.
340. Выберите правильные суждения:
1) белки являются основой видовой специфичности организмов;
2) белки, даже выполняющие одинаковые функции, всегда имеют различное строение у организмов разных видов;
3) белки не могут служить генетическим материалом, так как они не обладают способностью к репликации;
4) носителями генетической информации в клетке выступают ДНК и РНК.
341. Выберите правильные ответы (от 0 до 5) из предложенных вариантов.
Доказательствами того, что ДНК в клетке является носителем генетической информации, являются:
а) различное количество ДНК у неродственных и одинаковое количество ДНК у родственных видов;
б) различное количество ДНК во всех соматических клетках организмов данного вида;
в) способность ДНК к самоудвоению в ходе транскрипции;
г) вдвое меньшее количество ДНК в половых клетках по сравнению с соматическими клетками организмов данного вида;
д) большие размеры и большая информационная емкость молекул ДНК по сравнению с молекулами белков.
Методическая разработка урока в 9 классе по теме: "Фотосинтез. Хемосинтез".
Цель урока: изучить особенности метаболизма автотрофных организмов на примере процессов фотосинтеза и хемосинтеза. Обучающиеся узнают о сущности и значение процесса фотосинтеза для жизни на Земле, о космической роли зелёных растений. Урок способствует воспитанию и разумному отношению к природе, развивает исследовательские навыки, умение сравнивать, обощать и делать выводы.
На уроке используется ИКТ и элементы исследования.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
| metodicheskaya_razrabotka_uroka_v_9_klasse._fotosintez._hemosintez.doc | 142.5 КБ |
Предварительный просмотр:
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №18
имени Героя Советского Союза Эдуарда Дмитриевича Потапова»
(урок с использованием ИКТ с элементами исследования)
Составил: учитель биологии
Конспект урока в 9 классе по теме «Фотосинтез. Хемосинтез»
Цель урока: изучить особенности метаболизма автотрофных организмов на примере процесса фотосинтеза.
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.
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?
Объявляю тему урока (слайд 5),затем сообщаю о целях урока (слайд 6).
(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).
– 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).
-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?
(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 СО 2 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».
– 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)
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).
– 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.)
Есть ли в листьях растений наряду с хлорофиллом другие пигменты?
(ксантофилл – жёлтый, каротин – красный и оранжевый).
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:
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.
Н 2 О свет Н + +ОН –
Ионы гидроксила отдают свои электроны, превращаясь в реакционно способные радикалы ОН 0 :
Образующиеся электроны передаются переносчиками к молекулам хлорофилла и восстанавливают их, а радикалы ОН 0 объединяются, образуя воду и молекулярный кислород:
4ОН 0 2Н 2 О + О 2
Н + захватываются органическим веществом НАДФ + , которое при этом переходит в свою восстановленную форму НАДФ. Н 2 . Это вещество богато энергией, которая будет необходима в темновой стадии.
Таким образом, во время световой стадии фотосинтеза происходят три процесса:
- Фотолиз Н 2 О Н + +ОН – .
- Синтез АТФ: АТФ + Ф АТФ.
- Восстановление НАДФ + +2Н + НАДФ. Н 2 .
Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ транспортируется в строму пластид и участвуют в процессах темновой фазы.
Темновая стадия . Использование водорода из НАДФ. Н 2 на восстановление СО 2 и образование глюкозы. Суммарная реакция фотосинтеза:
6СО 2 + 6Н 2 О С 6 Н 12 О 6 + О 2
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:
6СО 2 + 6Н 2 О С 6 Н 12 О 6 + О 2
Обращаю ваше внимание на то, что при смешивании СО 2 и Н 2 О глюкоза никогда не получится. Для этого необходима энергия АТФ и НАДФ.Н 2 .
– Знания каких наук нам потребовались для изучения механизма фотосинтеза?
(биология, химия, физика)
- Какого значение фотосинтеза?
(в буклете зачитываем о значении фотосинтеза).
- Фотосинтез – основа питания всех живых существ.
- Ежегодно на Земле производится 150 млрд. тонн органического вещества и выделяется 200 млрд. тонн свободного кислорода.
- Из кислорода образуется озоновый слой, защищающий живые организмы от ультрафиолетовой радиации.
- Фотосинтез поддерживает современный состав атмосферы.
- Препятствует увеличению концентрации СО 2 , предотвращая перегрев Земли.
- 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.
2) Своевременный полив.
3) Увеличение концентрации углекислого газа в воздухе.
– сжигают опилки; раскладывают сухой лёд на стеллажах; выпускают СО 2 из баллонов;
– активизация жизнедеятельности почвенных микроорганизмов путём внесения в почву удобрений;
– полив водой, насыщенной СО 2 .
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 СО 2 в воздухе. Это С4 – растения.
- Интенсивность фотосинтеза зависит от многих факторов. Каких?
((ученики представляют исследовательский проект «Фотосинтез и экология).
Проект (слайд 23, гиперссылка)
«Фотосинтез и экология»
- Выяснить факторы, влияющие на образование хлорофилла.
- Установить зависимость между внешними факторами и интенсивностью фотосинтеза у растений.
Результаты исследования: (слайд)
- Изучив различные источники информации, выяснили
факторы, влияющие на образование хлорофилла
генетический потенциал растения свет
возраст листа и растения температура
концентрация СО2 в воздухе
вещества, загрязняющие атмосферу
(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 СО 2 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 О 2 – 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.
(слайд 24) Я предлагаю вам решить биологические задачи.
- Рассмотрите рисунок и ответьте на вопросы. Какие экологические факторы влияют на процесс фотосинтеза? Как влияет изменение этих факторов на скорость фотосинтеза?