2. Поместите в высокую широкогорлую банку синий светофильтр (круговой), поставьте в нее пробирку с растением и выставьте прибор на яркий свет так, чтобы он попадал на растение, проходя через светофильтр. Наблюдайте за появлением пузырьков воздуха из среза стебля растения.
3. Когда ток пузырьков станет равномерным, подсчитайте количестве пузырьков, выделившихся за 1 мин. Подсчет проведите 3 раза с перерывом в 1 мин. Определите средний результат, данные запишите в таблицу.
Таблица. количество пузырьков О2, выделившихся за 1 мин из водного растения
| № п/п | Светофильтр | Первое измерение | Второе измерение | Третье измерение | Среднее значение |
4. Смените синий светофильтр на красный и повторите действия, указанные в п. 3. Следите за тем, чтобы расстояние от источника света и температура воды оставались постоянными.
5. Сравните результаты опытов и сделайте письменный вывод о зависимости интенсивности фотосинтеза от спектрального состава света.
После проведения работы учащиеся второй группы записывают ответ на вопрос.
– В каких лучах интенсивность фотосинтеза, судя по выделению кислорода, будет выше и почему?
Для учащихся третьей группы предложена следующая задача.
Экспериментальная работа №3
«Зависимость интенсивности фотосинтеза от температуры»
Цель работы: изучение зависимости интенсивности фотосинтеза от температуры.
Материалы и оборудование: элодея или роголистник; три высокие широкогорлые банки; отстоявшаяся водопроводная вода; ножницы; пробирки; электролампа мощностью 200 Вт; часы; термометр.
ХОД РАБОТЫ
1. Наполните пробирку на 2/3 объема отстоявшейся водопроводной водой и поместите в нее водное растение верхушкой вниз. Стебель подрежьте под водой.
2. Налейте в три высокие широкогорлые банки отстоявшуюся водопроводную воду разной температуры (+4 °С, +25 °С и +40 °С), поместите пробирку с растением в банку с водой с температурой +25 °С и выставьте прибор на яркий свет. Наблюдайте за появлением пузырьков воздуха из среза стебля растения.
2. Через 5 мин подсчитайте количество пузырьков, выделившихся за 1 мин. Подсчет проведите 3 раза с перерывом в 1 мин. Определите средний результат, данные запишите в таблицу.
Таблица. количество пузырьков О2, выделившихся за 1 мин из водного растения
| № п/п | Температура | Первое измерение | Второе измерение | Третье измерение | Среднее значение |
4. Перенесите пробирку с растением в банку с водой другой температуры и повторите действия, указанные в п. 3. Следите за тем, чтобы расстояние от источника света и температура воды оставались постоянными.
5. Сравните результаты опытов и сделайте письменный вывод о влиянии температуры на интенсивность фотосинтеза.
После проведенных исследований учащиеся третьей группы должны ответить на вопрос.
– Почему при более высоких или более низких, чем 25 °С, температурах скорость фотосинтеза снижается?
По окончании практической работы учащиеся каждой группы докладывают результаты своих опытов, остальные учащиеся записывают их в своих тетрадях.
В конце занятия учащиеся делают итоговый вывод о влиянии различных факторов среды на интенсивность фотосинтеза.
Продолжением этой работы является семинар-дискуссия, на который выносятся следующие вопросы.
1. История фотосинтеза с начала XX в. до наших дней.
2. Влияние загрязнителей окружающей среды (сернистого газа, тяжелых металлов и др.) на фотосинтез у растений.
3. Космическая роль зеленых растений.
По этим вопросам учащиеся готовят сообщения и обсуждают их.
Результатом этой работы должно стать оформление продолжения таблицы «История фотосинтеза».
История фотосинтеза в XX в.
| Год | Ученый | Вклад в науку |
| 1905 | Английский физиолог растений Ф.Ф. Блэкмэн | Высказал предположение, что фотосинтез представляет собой двухстадийный процесс, включающий фотохимическую, т.е. световую, реакцию и нефотохимическую, т.е. темновую, реакцию |
| 1932 | Эмерсон и Арнольд | Сделали вывод, что максимальный выход фотосинтеза определяется не числом молекул хлорофилла, поглощающих свет, а числом молекул фермента, катализирующего темновую реакцию |
| 1937 | Р.Хилл | Обнаружил, что изолированные хлоропласты способны высвобождать кислород в присутствии окислителя (акцептора электронов) |
| 1940 | Г.Фишер | Определил структурную формулу хлорофилла в опытах с последовательным разрушением молекул пигмента |
| 1941 | Рубен и Камен | Установили факт разложения воды, приводящего к выделению свободного кислорода при фотосинтезе |
| 19461953 | Бассэм, Бенсон, Кальвин | Определили последовательность темновых реакций фотосинтеза |
| 1954 | Арнон, Аллен и Уотли | Продемонстрировали процесс фотосинтеза в искусственных условиях вне клетки |
При обсуждении роли загрязнителей окружающей среды, влияющих на интенсивность фотосинтеза, учащиеся обсуждают в первую очередь роль сернистого газа (SO2) и серной кислоты (H2SO4), так как параллельно по неорганической химии они изучают тему «Серная кислота и ее производные».
Обсуждая космическую роль зеленых растений, учащиеся в итоге подводят «баланс» продуктивности фотосинтеза:
«1 см2 листа сахарной свеклы в течение дня образует из воздуха и воды с помощью солнечного света 0, 001 г сахара.
Ежегодно наземные растения связывают почти 20 млрд т, а растения морей – 25 млрд т углерода, которые расходуются на образование свыше 100 млрд т сахара. Для перевозки такого количества сахара потребовался бы железнодорожный состав длиной более чем в 50 млн км, что в 40 раз превышает общую длину всех железнодорожных линий Земли.
Для синтеза 1 кг глюкозы растениям достаточно затратить около 4, 4 кВт х ч электроэнергии, т.е. примерно столько же, сколько потребляет цветной телевизор за 15 ч.
При фотосинтезе растения используют за год почти 500 трлн кВт х ч солнечной энергии, что примерно в 200 раз превышает мировую выработку электроэнергии за год».
Определение загрязнения окружающей среды по изменениям комплекса признаков хвойных деревьев
Hayчно-исследовательская деятельность гимназистов при разработке этой темы заключается в определении морфологических и биохимических изменений у растений под действием антропогенных факторов.
Известно, что на загрязнение среды наиболее сильно реагируют хвойные древесные растения. Характерными признаками неблагополучия окружающей среды, и особенно газового состава атмосферы, является появление разного рода некрозов, уменьшение размеров многих органов (хвои, побегов текущего года и прошлых лет, их толщины, размера шишек, размера и числа заложившихся почек). Ввиду уменьшения роста побегов и хвои в длину у растений в загрязненной зоне наблюдается сближенность хвоинок (их число на 10 см побега больше, чем в чистой зоне).
Использование хвойных в качестве биоиндикаторов дает возможность оценить состояние окружающей среды. Для исследований предложен район памятника Славы, где растения оценивались как по качественным, так и по количественным показателям. Объектом исследований выбран вид ель обыкновенная. ветви дерева срезаны на высоте 2 м с части кроны, находящейся ближе к Задонскому шоссе (зоне с загрязненным воздухом). Контролем могут служить ветви деревьев, собранные в зеленой зоне города (Центральный парк культуры и отдыха).
При осмотре хвои с помощью лупы выявлено, что кончики большинства хвоинок имеют желто-коричневый цвет, что свидетельствует о загрязнении воздуха. Другие качественные признаки (колючесть, ломкость, смолистость) не позволили однозначно оценить состояние окружающей среды в исследуемом районе.
Длина хвоинок на побегах прошлого года у растений опытной группы в большинстве случаев была меньше таковой для контрольных образцов, однако количество листьев ели на 10 см побега исследуемой зоны не отличались от аналогичных показателей, характерных для чистой зоны. Толщина хвоинок варьировала от 1 до 5 мм. Количество сформировавшихся почек для опытных образцов равнялось 4±2, для контрольных 8±2.
На основании проведенных наблюдений и измерений можно сделать вывод о средней степени загрязнения воздуха в районе памятника Славы.
Определение содержания хлорофилла фотометрическим методом. Биоиндикация состояния окружающей среды
Биоиндикация – это метод оценки действия экологических факторов при помощи биологических систем. Например, воздействие SO2 на хвойные породы выражено в угнетении их роста и некрозе хвои. Содержание хлорофилла в листьях может также служить неспецифическим биоиндикационным признаком, т.к. снижение содержания хлорофилла наблюдается до появления видимых изменений листьев.
В качестве биоиндикатора выбран чувствительный к выхлопным газам автомобилей вид сосны обыкновенной, листья которой были собраны вблизи окружной автодороги.
Метод основан на регистрации оптических характеристик ацетоновой вытяжки хлорофилла, полученных с использованием фотоэлектроколориметра КФК-2. Для определения содержания хлорофилла в листьях использовали метод построения калибровочной кривой с использованием стандартного раствора Гетри.
Массовое соотношение взятого для исследований материала (листьев) и экстрагирующей жидкости (ацетона) равно 1:100.
В результате проведенных экспериментов показано, что в спектре поглощения молекул хлорофилла комнатного растения, выбранного в качестве контроля, имеются максимумы в синей (440 нм) и красной (670 нм) областях. Для ацетоновой вытяжки листьев сосны наблюдается смещение коротковолнового максимума поглощения в фиолетовую область (400 нм). Величины максимумов зависят от количества хлорофилла в вытяжке, которое рассчитывают на основании этих измерений.
Установлено, что содержание хлорофилла в контрольном и опытном образцах составило величину 0, 14±0, 02 мг/г листа, что соответствует нормальному количеству зеленого пигмента в листьях сосны.
Таким образом, не выявлено значительных изменений в содержании хлорофилла в контрольном и опытном образцах. Это свидетельствует о том, что содержание диоксида серы в воздухе и в выпадающих осадках (дожде, снеге) находится в пределах нормы.