Авторизация




Статистика

Просмотрено статей : 121545227
Сейчас на сайте находятся:
 гостей: 3505
Наши официальные сообщества в социальных сетях:

b f t  i

Конкурс "Изучаем фотосинтез"

1 2 3

 Срок приема работ на I тур –  с  1 сентября  по 11 декабря 2017 г. 

 Задание конкурса

Электронная почта для отправки материалов на конкурс  Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

платежи Стоимость участия - 290 руб.

Как правильно оформить работу

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

« Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха и целую речку чистой воды и попросите, чтобы он из всего этого приготовил вам сахар, крахмал, жиры и зерно, – он решит, что вы над ним смеетесь. Но то, что кажется фантастическим человеку, беспрепятственно совершается в зеленых листьях растений».

Это фразы известного российского ученого, изучавшего фотосинтез, К.А.Тимирязева.

Все вы знаете, что фотосинтез – это чрезвычайно важный для природы процесс. Он заключается в преобразовании световой энергии в химическую. Фотосинтез происходит у большинства растений и водорослей, а также у некоторых бактерий и простейших. Для фотосинтеза обязательно наличие особых пигментов, главные из которых – хлорофиллы. Процесс фотосинтеза состоит из двух основных реакций: световой – происходит только в присутствии света и темновой, которая может протекать без освещения.
В световой стадии за счет энергии света синтезируется АТФ, образуется восстановитель, который будет нужен в темновой фазе, и происходит разложение (фотолиз) воды. Кислород, выделяющийся при фотосинтезе, образуется из воды и является побочным продуктом, так для самого процесса он не нужен. Но интересно, что именно это изменило за миллионы лет состав атмосферы Земли и привело к появлению всех аэробных организмов.
В ходе темной фазы АТФ, восстановитель (НАДФ Н2) и углекислый газ из окружающей среды используются для синтеза углеводов. Обобщенно уравнение фотосинтеза может быть представлено в виде следующей формулы:

terra

Из полученных углеводов растения могут синтезировать и другие макромолекулы – белки и жиры. Таким образом, углеродом все автотрофы обеспечивают себя за счет фотосинтеза, а другие элементы должны получать из почвы.
Значение фотосинтеза очень высоко для всей жизни на Земле. Фотосинтез обеспечивает питание растений, которые в свою очередь являются пищей для гетеротрофных организмов. Кроме того, входе фотосинтеза образуется кислород, которым мы дышим. Из кислорода в атмосфере формируется озоновый экран, предохраняющий все наземные организмы от избыточного ультрафиолетового излучения.
Также мы используем результаты фотосинтеза в виде полезных ископаемых, например, нефти и газа, так как они образовались из отмерших растений мезозойской эры.

В домашних условиях или в школе можно сделать несложные, но интересные эксперименты по изучению свойств фотосинтетических пигментов и факторов, влияющих на фотосинтез.

Они описаны в книге:

Батурицкая Н.В., Фенчук Т.Д. Удивительные опыты с растениями: Кн. для учащихся.—Мн.: Нар. асвета, 1991.—208 с.:

Книга есть в интернете, в ней вы можете найти множество других интересных опытов с растениями.

Опыт 1. Какие пигменты содержатся в зеленом листе 

Для опыта нужны свежие листья злаков или комнатных растений, 95-процентный этиловый спирт, бензин, ступка фарфоровая, пробирки, воронка, ножницы, фильтровальная бумага.

Прежде всего, получите вытяжку пигментов из листьев. Можно использовать листья любых травянистых, но удобнее комнатных теневыносливых растений. Они мягче, легче растираются, содержат, как все теневыносливые растения, больше хлорофилла. Хорошим объектом являются листья каллы (белокрыльника), аспидистры, пеларгонии. Менее пригодны для получения хлорофилльных вытяжек листья бегонии, содержащие в вакуолях много органических кислот, которые при растирании листьев могут частично разрушить хлорофилл.

К измельченным листьям (для опыта достаточно 1—2 листа пеларгонии) добавьте 5—10 мл этилового спирта, на кончике ножа СаСО3(мел) для нейтрализации кислот клеточного сока и разотрите в фарфоровой ступке до однородной зеленой массы. Прилейте еще этилового спирта и осторожно продолжайте растирание, пока спирт не окрасится в интенсивно-зеленый цвет. Полученную спиртовую вытяжку отфильтруйте в чистую сухую пробирку или колбу.

Убедиться в том, что спиртовая вытяжка пигментов листа, помимо зеленых хлорофиллов, содержит еще и желтые пигменты - каротиноиды, можно 2 способами.

1 способ. На фильтровальную бумагу нанесите стеклянной палочкой каплю полученной спиртовой вытяжки пигментов листа. Через 3—5 мин на бумаге образуются цветные концентрические круги: в центре зеленый (хлорофилл), снаружи—желтый (каротиноиды).

2 способ. Полоску фильтровальной бумаги шириной примерно в 1 см и длиной 20 см погру-зите одним концом в пробирку с вытяжкой. Через несколько минут на бумаге появится зеленая полоса хлорофилла, а выше нее — желтые полосы каротиноидов (каротина и ксантофилла).

Разделение пигментов обусловлено их различной адсорбцией (поглощением в поверхностном слое) на фильтровальной бумаге и неодинаковой растворимостью в растворителе, в данном случае — этиловом спирте. Каротиноиды хуже, по сравнению с хлорофиллом, адсорбируются на бумаге, больше растворимы в спирте, поэтому передвигаются по фильтровальной бумаге дальше хлорофилла.

Количество хлорофилла в сформировавшихся листьях примерно в 3 раза выше, чем каротиноидов, поэтому желтый цвет каротиноидов маскируется зеленым цветом хлорофилла. Количественное соотношение хлорофилла и каротиноидов непостоянно, зависит от возраста листа, физиологического состояния растений. Если содержание хлорофилла уменьшается, листья приобретают желто-зеленый, желтый цвет.

Опыт 2. Разделение пигментов по методу Крауса

Убедиться в том, что в спиртовой вытяжке наряду с хлорофиллом присутствуют желтые пигменты, можно, используя их различную растворимость в спирте и бензине.

Из пигментов группы каротиноидов в хлоропластах находятся преимущественно желто-оранжевый каротин и золотисто-желтый ксантофилл. Все пигменты можно выделить из листа спиртом, но растворимость хлорофилла и каротина в бензине выше, чем в спирте. Ксантофилл в бензине не растворяется.

Для опыта нужны спиртовая вытяжка пигментов, бензин, пробирки, пипетка, цветные карандаши.

В пробирку налейте 2—3 мл спиртовой вытяжки пигментов, столько же бензина и 1—2 капли воды. Закройте пробирку, энергично взболтайте в течение 2—3 мин и дайте отстояться. Жидкость в пробирке разделится на 2 слоя; бензин, как более легкий, будет наверху, спирт — внизу. Оба слоя приобретут различную окраску: бензиновый — зеленую, спиртовой — желтую. Желтый цвет спиртовому раствору придает пигмент ксантофилл. В бензиновом слое находятся 2 пигмента: хлорофилл и каротин, который не заметен из-за интенсивно-зеленого цвета хлорофилла.

Опыт 3. Какого цвета хлорофилл

Цвет хлорофилла, как и любого окрашенного вещества, обусловлен сочетанием тех лучей, которые пигмент не поглощает. В спектре поглощения света растворами хлорофилла максимумы поглощения расположены в сине-фиолетовой (430 нм у хлорофилла а и 450 нм у хлорофилла б) и красной частях (660 нм у хлорофилла а и 650 нм у хлорофилла б).Эти лучи поглощаются хлорофиллом полностью. Поглощение голубых, желтых, оранжевых лучей определяется концентрацией хлорофилла в растворе: при низких концентрациях они поглощаются частично, при высоких могут быть поглощены полностью. Минимум поглощения лежит в зоне зеленых лучей, именно поэтому мы видим хлорофилл и листья зелеными. Совершенно не поглощается хлорофиллом только небольшая часть красных лучей, которые в спектре расположены на границе с инфракрасными лучами.

Исследуйте зависимость цвета вытяжки от концентрации молекул хлорофилла в ней.

Для опыта нужна настольная лампа без абажура или фонарь, высокая пробирка, темно-зеленая спиртовая вытяжка пигментов, черная бумага.

Пробирку, завернутую в черную бумагу, чтобы свет сбоку не попадал на раствор, поместите над лампой. Свет от лампы должен проходить через раствор хлорофилла снизу вверх. Если смотреть в пробирку сверху, постепенно добавляя в нее ( но не над лампой) маленькими порциями раствор хлорофилла, можно наблюдать удивительную картину изменения окраски раствора от ярко-зеленой до вишнево-красной. Объясняется это тем, что по мере увеличения высоты столба жидкости в пробирке изменяются условия освещения молекул хлорофилла, следовательно, и поглощение ими света.

Пока вытяжки в пробирке немного, она имеет в проходящем свете характерный для хлорофилла изумрудно-зеленый цвет, обусловленный сочетанием непоглощенных зеленых, части голубых, желтых и дальних красных лучей. По мере увеличения количества хлорофилла в пробирке молекулы хлорофилла постепенно поглощают сначала голубые и желтые, а затем и зеленые лучи. Остаются непоглощенными только дальние красные лучи. Поэтому в очень большом слое раствор хлорофилла в проходящем свете имеет не зеленый, а вишнево-красный. Так иногда в густом лесу можно видеть красное свечение, исходящее из-под полога леса.

Этот опыт показывает, что зеленый цвет хлорофилла — сочетание различных, проходящих через молекулу пигмента участков солнечного спектра. Измененный солнечный свет, в котором мало лучей, хорошо поглощаемых хлорофиллом,— одна из причин того, почему светолюбивые растения не могут жить под пологом других растений.

У некоторых растений листья не зеленые, а красноватые или фиолетовые. Такой цвет обусловлен водорастворимыми пигментами антоцианами. Вы можете проверить, содержат ли хлорофилл листья растений ирезинии, бегонии королевской и др. Для этого часть листа по-местите в пробирку, залейте водой и прокипятите до полного исчезновения красной окраски. Приготовьте спиртовую вытяжку пигментов, как и в предыдущих опытах. Сделайте выводы.

Опыт 4. Взаимодействие хлорофилла с кислотой

Характерное для хлорофилла поглощение света определяется химической структурой его молекулы. Система сопряженных двойных связей играет большую роль в поглощении сине-фиолетовых лучей. Присутствие магния в ядре молекулы обусловливает поглощение в красной области. Нарушение структуры, например удаление из молекулы магния, приводит к изменению цвета хлорофилла. Удалить из хлорофилла магний можно, проделав реакцию взаимодействия хлорофилла с кислотой.

Для опыта нужна спиртовая вытяжка хлорофилла, 10-процентный раствор соляной кислоты, уксуснокислый цинк, спиртовка, пипетка, 3 пробирки.

Приготовьте спиртовую вытяжку хлорофилла и разлейте в пробирки по 2—3 мл. Одна из пробирок контрольная. В две другие добавьте по 2—3 капли соляной кислоты. В результате взаимодействия хлорофилла с кислотой магний замещается двумя атомами водорода и образуется вещество бурого цвета — феофитин.

Одну из пробирок с феофитином оставьте для контроля, а в другую внесите на кончике ножа уксуснокислый цинк и нагрейте на водяной бане до кипения. Бурый цвет раствора меняется на зеленый: вместо двух атомов водорода в молекулу входит атом цинка и занимает то место, где раньше был магний. Вместо уксуснокислого цинка можно взять соли меди, ртути. Во всех случаях металл входит в ядро молекулы феофитина, восстанавливается металлоорганическая связь и зеленая окраска. Следовательно, цвет хлорофилла зависит от наличия металлоорганической связи в его молекуле.

Производные хлорофилла с цинком, медью или ртутью в природных условиях пока не обнаружены, а феофитин образуется в листьях, поврежденных заморозками, высокой температурой, промышленными газами, в процессе старения.

Опыт 5. Образование колец отмирания на листьях

Образование феофитина в листьях многих растений может происходить также и при нагревании листа выше 70—80 °С.

Для опыта нужны зеленые листья различных растений, спиртовка, препаровальная игла, стеклянная палочка.

Закрепите монету так, чтобы не обжечься, и нагрейте ее в пламени спиртовки. Горячую монету опустите на лист. Через несколько минут вокруг монеты появится бурое пятно неправильной формы, при этом часть листа непосредственно под монетой может остаться зеленой.

Видоизмените опыт: прикоснитесь к листу концом сильно нагретой стеклянной палочки, либо проколите его раскаленной препаровальной иглой. Во всех случаях возникают своеобразные изменения окраски листа: зеленые круги с неровными бурыми кольцами. Наиболее наглядные результаты дают растения с кислой реакцией клеточного сока.

Появление бурых колец обусловлено поступлением кислот клеточного сока из вакуолей в цитоплазму, а затем в хлоропласты. Под действием кислот происходит образование феофитина и появление бурого окрашивания. Поскольку химический состав листьев различных растений имеет свои особенности, можно получить различные картины колец отмирания. Желтые, коричневые пятна отмирания появляются на листьях и в природных условиях под влиянием сильного перегрева, засухи.

Попробуйте провести такой опыт с листьями разных растений. Таким способом можно определить термоустойчивость листьев. Подумайте, для чего могут быть полезны такие данные.

Опыт 6. Фотография жизнью (по К. А. Тимирязеву)

Название этого опыта, как и описание, даны К. А. Тимирязевым в его знаменитой книге «Солнце, жизнь и хлорофилл». Цель опыта — показать, что для образования хлорофилла в листе обязательно нужен свет.

Вот описание опыта: «Всякий знает, что в темном погребе растение получается не зеленое, а бледно-желтое, этиолированное, как выражаются ботаники, таков, например, наш зимний салат-цикорий и т. д. Возьмем плоский деревянный ящик, на дно его положим кусок войлока и, посеяв по нему обыкновенный кресс-салат, оставим все в совершенной темноте. Кресс скоро вытянется и представит густую щетку — почти сплошную поверхность из своих первых, совершенно желтых листьев. Теперь вырежем в листе картона сквозными буквами какое-нибудь слово (Тимирязев выбрал слово «свет») и, прибив гвоздиками этот картон к краям ящика, вынесем все на свет (но не на солнце). Через несколько часов, сняв картон, увидим на желтом фоне нашего газона из кресс-салата надпись, выступающую зелеными буквами».

Кресс-салат был выбран ученым за быстроту прорастания, мелкость семядольных листочков, что важно для создания однородного фона. Вместо кресс-салата можно использовать семена быстро и легко прорастающих растений: салата, горчицы, ржи, пшеницы. Войлок был использован К. А. Тимирязевым потому, что хорошо впитывает воду, семена на нем лежат ровно, дружно прорастают. Его можно заменить несколькими слоями фильтровальной бумаги либо поролоновым матрасиком. Можно взять не деревянный ящик, а любую небольшую плоскую емкость.

Опыт 7. Определение интенсивности фотосинтеза по методу
Л.А. Иванова и Н.А. Коссович

Интенсивность фотосинтеза – это очень важный показатель, от него зависит продуктивность растений. А это сказывается на урожае. На интенсивность фотосинтеза могут повлиять различные факторы.

Предлагаемый метод основан на определении количества поглощенного углекислого газа растением в единицу времени единицей веса.

Навеску из листьев помещают в колбу и освещают дневным светом 40 минут. По окончании экспозиции навеску извлекают, вливают в колбу 20 мл 0,02 N баритовой воды - Ва(ОН)2, колбу закрывают и встряхивают 5-7 минут, а затем щелочь титруют 0,02 N щавелевой кислотой. ( Если не знаете, что такое титрование, прочитайте или спросите учителя. Это распространенный и достаточно простой метод). Контрольный опыт проводят так же, но без навески листьев. Количество щавелевой кислоты в мл, которое понадобилось на титрование барита после опыта, соответствует количеству мг поглощенного углекислого газа.

Результаты определяют по формуле: Ф = 1 * 60Х/ tm

Ф – интенсивность фотосинтеза мг/г ч;
60 – коэффициент перерасчета интенсивности фотосинтеза на 1 час;
1 – коэффициент перерасчета интенсивности фотосинтеза на 1г;
Х – количество поглощенного листом углекислого газа, определяется из разницы содержания в воздухе (контрольный опыт) и в вариантах опыта;
t – время экспозиции
m – масса навески листьев

Если есть время и желание, определите интенсивность фотосинтеза листьев разных растений. Кстати, используя эту методику, можно сделать исследование, сравнить листья разных растений, молодые и старые и т.д.

Результаты опытов сфотографируйте и сжатые фотографии разместите в тексте работы.

Исследовательская работа

Мы предлагаем вам исследовательскую работу по определению продуктивности фотосинтеза. Простым и удобным модельным организмом для таких опытов является элодея – типичное аквариумное растение. Если у вас нет аквариума, можно попросить элодею у аквариумистов или купить несколько экземпляров. Используя элодею, можно провести наглядные и простые опыты, и увидеть, какие факторы влияют на интенсивность фотосинтеза.

Зависимость продуктивности фотосинтеза от интенсивности света

Материалы и оборудование: элодея; водные растворы 0,5 % NaHCO3, (NH4)2CO3 или минеральная вода; отстоявшаяся водопроводная вода; стеклянная палочка; нитки; ножницы; электролампа мощностью 200 Вт; часы; термометр.

Для опыта надо взять несколько побегов элодеи длиной 7-8 см интенсивного зеленого цвета с неповрежденной верхушкой, привязать их к стеклянным палочкам и опустить верхушкой вниз в стакан с водой комнатной температуры (температура воды должна оставаться постоянной). Вода должна быть обогащена СО2. Поэтому надо использовать минеральную воду или взять растворы NaHCO3 или (NH4)2CO3. Из срезов начинают выделяться пузырьки. Когда ток пузырьков становится равномерным, подсчитайте их количество за 1 мин. Подсчет проводите 3 раза с перерывом в 1 мин, данные записывайте в таблицу и определяйте среднее арифметическое значение.

Примечание: данные трех повторов должны быть близкими. Если какое-то значение выпадает, надо повторить опыт. Затем отодвиньте источник света на 50-60 см и повторите опыт. Сравните результаты и сделайте вывод о влиянии интенсивности света на фотосинтез.

Зависимость продуктивности фотосинтеза от спектрального состава света

Материалы и оборудование: элодея; набор светофильтров (синий, красный, оранжевый, зеленый); высокие широкогорлые банки; отстоявшаяся водопроводная или минеральная вода; ножницы; электролампа мощностью 200 Вт; часы; термометр; пробирки.

В пробирки поместите побеги элодеи верхушками вниз, стебли немного подрежьте под водой. Добавьте примерно 2/3 объема отстоявшейся водопроводной воды. В банку поместите синий светофильтр (круговой), под фильтр – пробирку с растением и поставьте банку на яркий свет так, чтобы он проходил через светофильтр, а затем попадал на растение. Как и в предыдущем опыте, подсчитайте 3 раза количество пузырьков за 1 мин. Замените светофильтр на красный, затем на зеленый или какой- либо другой и повторите опыты.

Сравните результаты и сделайте вывод о зависимости интенсивности фотосинтеза от спектрального состава света.

Зависимость интенсивности фотосинтеза от температуры

Материалы и оборудование: элодея; высокие широкогорлые банки; отстоявшаяся водопроводная вода; ножницы; пробирки; электролампа мощностью 200 Вт; часы; термометр.

Повторите предыдущий эксперимент, но изменяйте температуры воды в банках, в которые будете помещать пробирку с элодеей. Рекомендуемый диапазон температур – 15, 25, 35, 45 °C. Сделайте вывод о том, какая температура наиболее благоприятна для фотосинтеза.

Результаты опытов должны быть представлены в виде одной сводной таблицы, в которую надо занести значения средних арифметических по каждому эксперименту.

Подумайте, какое практическое значение может иметь ваше исследование.

 Таблица вопросов конкурса

1.

Какой вклад внесли в изучение фотосинтеза следующие ученые: Дж. Пристли,
Я. Ингенхауз, Р. Майер, М. С. Цвет, К. А. Тимирязев, К. ван Ниль, Р. Хилл, Д. Арнон, М. Кальвин?

2. Установлено, что фотосинтез   интенсивнее идет  при более высоких концентрациях углекислого газа.  А какое влияние оказывает на фотосинтез высокое содержание кислорода в атмосфере?
3. Почему может заболеть голова, если спать в комнате, в которой  много растений?
4.

Известно, что мох Шизостега перистая обитает в пещерах. Почему стены пещер, покрытые мхом, светятся?

5. Приведите примеры светолюбивых и теневыносливых растений. Можно ли их отличить по внешнему виду и по внутреннему строению листа?
6. Назовите отрасли народного хозяйства, в которых большую роль играет фотосинтез
7.

В басне «Листы и корни» И.А. Крылова корни, споря с листьями, говорят:
« Мы те, которые, здесь роясь в темноте,
Питаем вас. Ужель не узнаете?
Мы корни дерева, на коем вы цветете.
Красуйтесь в добрый час!
Да только помните ту разницу меж нас:
Что с новою весной лист новый народится;
А если корень иссушится,
Не станет дерева, ни вас!»
В чем была ошибка баснописца?

8. Кроме растений фотосинтезировать способны некоторые виды эубактерий. Чем фотосинтез у  них отличается от растительного фотосинтеза?
9. Если на других планетах есть жизнь, то растения там могут иметь листья иного, не зеленого цвета. Это зависит от особенностей   спектрального состава света   при  прохождении  атмосферы или жидкой среды. Какими могут быть листья растений   на планете яркой звезды класса F  и тусклой звезды класса М («красный карлик»)?
10. Представьте себе фантастическую ситуацию – человек стал способен к фотосинтезу.  Какие изменения  в организме  и почему  обязательно бы произошли? Стоит ли нам менять наш гетеротрофный способ питания на автотрофный?

 И особое задание для творческих личностей – попробуйте изложить механизм фотосинтеза в стихах. За лучшее стихотворение ( биологически правильное! ) – отдельный бонус.

 Как правильно оформить работу