Усі уроки біології 10 клас - Р. С. Євсеєв 2018

Обмін речовин і перетворення енергії
Особливості обміну речовин в автотрофних організмів

Цілі уроку:

• освітня: сформувати знання про особливості обміну речовин у автотрофних організмів;

• розвивальна: розвивати навички наукового мислення, вміння аналізувати інформацію та знаходити зв'язки між ефективністю біологічних процесів і умовами їх перебігу;

• виховна: виховувати розуміння єдності всіх біологічних процесів у живих організмах і важливості цих процесів для існування життя.

Обладнання і матеріали: таблиці «Будова рослинної клітини», «Будова хлоропласта», «Будова клітини бактерії», схема фотосинтезу, зображення фотосинтезуючих та хемосинтезуючих організмів.

Базові поняття і терміни: фототрофні та хемотрофні організми, хемосинтез, світлова та темнова фази фотосинтезу.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Ключові компетентності: спілкування державною мовою; наукове розуміння природи; уміння аналізувати, формулювати висновки; знання та розуміння фундаментальних принципів біології.

Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ І МОТИВАЦІЯ НАВЧАЛЬНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ УЧНІВ

Питання для бесіди

1. Які організми за особливостями обміну речовин належать до автотрофів?

2. У чому полягає їх істотна відмінність від гетеротрофів?

3. Наведіть приклади автотрофних організмів з вашого повсякденного життя. Доведіть свій вибір.

ІІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Розповідь учителя з елементами бесіди

1. Загальна характеристика автотрофів

Автотрофи — організми, що синтезують необхідні для життя органічні речовини з неорганічних (води, карбон(IV) оксиду, неорганічних сполук Нітрогену та деяких інших), використовуючи при цьому енергію світла або енергію, що вивільняється під час хімічних реакцій.

Вони є першим ярусом у харчовій піраміді (першими ланками харчових ланцюгів) і забезпечують їжею гетеротрофів.

Іноді чіткої межі між автотрофами та гетеротрофами не існує: наприклад, евглена зелена на світлі є автотрофом, а у темряві — гетеротрофом.

Автотрофні організми за джерелом енергії поділяють на хемо- та фотоавтотрофів.

2. Особливості обміну речовин у хемотрофів

Хемотрофи — організми, що здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних за рахунок енергії, що вивільняється під час певних хімічних реакцій. До них належать деякі групи бактерій: нітрифікуючі, залізобактерії, безбарвні сіркобактерії та інші.

Нітрифікуючі бактерії послідовно окиснюють амоніак (NH₃) до нітритів (солей нітратної кислоти HNO₂), а потім — до нітратів (солі нітратної кислоти HNO₃), збагачуючи ними ґрунт. Нітрати потрібні рослинам для повноцінного життя.

Залізобактерії одержують енергію за рахунок окиснення сполук Феруму(ІІ) до сполук Феруму(ІІІ). Унаслідок їхньої діяльності утворюється ферум(ІІІ) оксид Fe₂O₃. цю сполуку бактерії відкладають у своїй слизовій капсулі, утворюючи з часом поклади залізних руд.

Карбон(IV) оксид, що утворюється внаслідок реакції, використовується в синтезі органічних сполук.

Безбарвні сіркобактерії окиснюють сірководень H₂S та інші сполуки Сульфуру до молекулярної сірки або солей сульфатної кислоти (H₂SO₄). Мешкають у сірчистих джерелах. Накопичують у своїх клітинах сірку, яка є для них запасною енергетичною речовиною. З часом утворюють родовища сірки.

Тіонові бактерії — здатні окиснювати тіосульфати, сульфіти, сульфіди та молекулярну сірку до сульфатної кислоти (процес має відмінності від сіркобактерій — зокрема, тіонові бактерії не відкладають сірки всередині клітин).

Водневі бактерії — використовують водень, який утворюється внаслідок розкладання решток організмів іншими бактеріями. цей водень вони окиснюють, а отриману енергію використовують для перетворення CO₂ на метан та інші органічні сполуки.

На відміну від фотосинтезу, хемосинтез:

• здійснюється без участі світла;

• відбувається з використанням кисню (тобто є аеробним процесом). Значення хемотрофних організмів:

• продукують органічні речовини там, де фотосинтез неможливий, утворюючи «оази життя»;

• беруть участь у процесах кругообігу певних хімічних елементів в екосистемах (Сульфуру, Нітрогену, Феруму);

• утворюють гірські породи та корисні копалин (сполуки Сульфуру, Феруму, Мангану та ін.);

• споживаючи, знешкоджують отруйні речовини — амоніак та сірководень;

• нітробактерії збагачують ґрунт нітратами й нітритами;

• водневі бактерії відіграють важливу роль у процесах перетворення речовин у ґрунті;

• сіркобактерії застосовуються для очищення стічних вод;

• деякі залізобактерії здатні витримувати високі концентрації важких металів, що дозволяє розробляти біотехнології для вилуджування металів із певних порід.

3. Особливості обміну речовин у фототрофів

Фототрофи — це організми, які здійснюють фотосинтез (синтез органічних сполук з вуглекислого газу та води з використанням енергії світла за участі фотосинтетичних пігментів — хлорофілів a, b, c, d та каротиноїдів). При цьому відбувається виділення кисню як побічного продукту.

Рівняння фотосинтезу має такий загальний вигляд:

Хлорофіли поглинають червоне та світло-фіолетове світло, відбивають зелене — саме тому рослини виглядають зеленими. Молекули хлорофілу в мембранах тилакоїдів об’єднані у фотосистеми. У рослин та ціанобактерій є фотосистема-1 та фотосистема-2. У фотосинтезуючих бактерій — тільки фотосистема-2. Розкладати воду з вивільненням кисню і вилучати електрони у Гідрогену води може лише фотосистема-2.

Фотосинтез складається з двох етапів: світлової та темнової фаз. Світлова відбувається лише за наявності світла, за допомогою пігментів, що містяться в хлоропластах. Для темнової фази світло не потрібно (може відбуватися і на світлі, і у темряві), процеси відбуваються у стромі хлоропластів.

Значення фототрофних організмів:

• під час фотосинтезу відбувається утворення органічних речовин з неорганічних з використанням енергії сонячного світла, вона акумулюється в хімічних зв’язках;

• накопичення кисню в атмосфері та підтримка життєдіяльності організмів, що дихають ним (на світлі фототрофами виробляється у 20 разів більше кисню, ніж поглинається);

• утворення з кисню шару озону, який захищає живі організми Землі від ультрафіолетового сонячного випромінювання;

• поглинання з атмосфери під час фотосинтезу великої кількості CO₂;

• запасання сонячної енергії у вигляді кам’яного вугілля, нафти, газу, торфу;

• є джерелом їжі для багатьох тварин, а також середовищем їхнього життя.

IV. УЗАГАЛЬНЕННЯ, СИСТЕМАТИЗАЦІЯ Й КОНТРОЛЬ ЗНАНЬ І ВМІНЬ УЧНІВ

1. Надайте коротку характеристику автотрофним організмам.

2. Які особливості обміну речовин у хемотрофів? Наведіть приклади таких груп організмів.

3. Які особливості обміну речовин у фототрофів? Які процеси відбуваються у світлову та темнову фази фотосинтезу?

V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Опрацювати відповідний параграф підручника.