Элективный курс по биологии на тему "Физиология растений"

 

Элективный курс «Физиология растений»

Пропедевтика вузовских спецдисциплин.

Пояснительная записка

Актуальность создания программы

Введение элективного курса «Физиология растений» обусловлено его общебиологической и практической значимостью. Занятия по физиологии растений позволяют углубить биологические знания учащихся, воспитывают интерес к жизни растений, бережное отношение к природе. Значительное влияние курс «Физиология растений» оказывает на формирование общебиологических понятий.

Курс опирается на знания и умения, полученные учащимися при изучении биологии. Изучение курса вооружает учащихся дополнительной суммой знаний, умений и навыков, проверяет их склонности, устойчивость интересов, способности к тому делу, которое может оказаться их дальнейшей специальностью. Практические занятия по физиологии растений дают учащимся много полезного: умение формулировать экспериментальную задачу и решать ее, культуру постановки эксперимента, логику научного доказательства и опровержения. Учащиеся совершенствуют умения подготовки проектных работ, докладов, сообщений по избранной теме, отрабатывают технику эксперимента. В процессе занятий предполагается приобретение учащимися опыта поиска информации по предлагаемым вопросам. Работа с литературными источниками и письменными инструкциями научит школьников самостоятельно добывать знания из книг. Знания по физиологии растений могут быть использованы при выборе биологических специальностей: специалист лесного хозяйства, агроном, фитодизайн, цветоводство, садово-парковое хозяйство, ландшафтный дизайн.

 

Цели и задачи элективного курса

Цель:

Сформировать  представления о сущности  основных физиологических процессов происходящих у растений, о механизмах их  регуляции и основных закономерностях взаимодействий  растительного организма  с внешней средой.

 Задачи:

Расширить и углубить знания учащихся об основных физиологических процессах, протекающих в растительном организме.

Познакомить учащихся с механизмами регуляции физиологических процессов.

Развить творческие способности, в том числе к научно-исследовательской работе, потребность к самостоятельному приобретению знаний по физиологии растений.

Планируемые образовательные  результаты

Знаниевый образовательный результат

Учащиеся должны знать:

-историю формирования отдельных представлений в области физиологии растений и описание классических экспериментов;

-основные законы и механизмы  физиологии растений,

-современные представления о целостности растительного организма и взаимосвязи с окружающей средой.

Компетентностный образовательный результат

Учащиеся должны уметь:

-объяснять различные природные явления с точки зрения физиологии растений;

- применять методы биологической науки для изучения растений: проводить наблюдения за живыми организмами, ставить несложные биологические эксперименты и объяснять их результаты, описывать биологические объекты и процессы;

-выражать своё мнение и обосновывать его.

Формы контроля уровня достижений учащихся.

 1.Индивидуальные и групповые опросы.

 2.Компьютерное тестирование.

 3.Выполнение лабораторных работ.

 4.Выполнение проектных работ.

Основной текущей формой контроля достижений учащихся является выполнение тестовых заданий, индивидуальные и групповые опросы.  В конце каждой темы проводится небольшая тестовая работа (работы сдаются на проверку).  На первом занятии ребятам объясняется принцип оценивания: на каждого ученика  заводится лист контроля, где  указывается количество заданий, набранные баллы.

Ученик получает зачет по теме при условии выполнения заданий на 75-100%. Дополнительные балы ученик получает:

1. за использование интернет технологий;

2. выполнение заданий сверх обязательного минимума;

3. за участие в различных конкурсах по предмету в школе или за её пределами.

Критерии оценки.

Работа учащихся оценивается следующим образом:

• зачет;
• незачет.

Итоговая оценка складывается из всех текущих.

Лист контроля

Итоговой работой    по окончании обучения является защита проектной работы в форме презентации, тема выбирается учащимися самостоятельно, при затруднении выбора можно воспользоваться примерным перечнем тем проектов. Проектная работа выполняется группой из 3-4 учащихся.

Целью итогового работы является определение уровня подготовки ученика, выявление и объективная оценка уровня теоретической и практической подготовки к самостоятельной профессиональной деятельности в данной предметной области.

Примерный перечень проектов для самостоятельной деятельности учащихся:

1.Особенности обмена веществ в растительных клетках

2.Особенности роста растений разных систематических групп

3.Процессы выделения у растений

4.Ткани наружной секреции

5.Ткани внутренней секреции

6.Проводящие ткани растений

Критерии оценивания презентации:

Критерии	Баллы	Оценка группы	Оценкакласса	Оценка учителя
СТРУКТУРА ПРЕЗЕНТАЦИИ
Титульный слайд с заголовком	3
Минимальное количество – 15 слайдов	3
Использование дополнительных эффектов PowerPoint (смена слайдов, звук, графики)	3
Библиография	3
СОДЕРЖАНИЕ
Сформулированы цель, гипотеза	3
Понятны задачи и ход исследования	3
Использование эффектов анимации	3
Вставка графиков и таблиц	3
Правильность изложения текста	3
Результаты и выводы соответствуют цели	3
ДИЗАЙН, ОФОРМЛЕНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ
Слайды представлены в логической последовательности	3
Единый стиль	3
ОРГАНИЗАЦИЯ
Чёткое планирование работы  группы и каждого учащегося.	3
Оправданные способы общения и толерантность в ходе работы над презентацией	3
Общее количество баллов

 

Программа элективного курса “Физиология растений»  предназначена для учащихся 10 классов как профильного, так и общеобразовательного уровня, соответствует ныне действующим программам по биологии и рассчитана на 17 часов: по 1 часу в неделю аудиторных занятий.  

Образовательные технологии и формы организации образовательного процесса

При изучении данной элективного курса предусматриваются следующие формы учебного процесса: лекции, лабораторные занятия. Практические занятия представляют собой исследование конкретных объектов, иллюстрирующих изучаемый теоретический материал. В ходе выполнения, отдельных практических работ, обучающиеся сами готовят материал для изучения: приготавливают препараты различных растений, изучают их с использованием микроскопа, ставят различные опыты.  Для организации творческого процесса в программе предусмотрена система проблемных вопросов, творческих заданий.

    Значительная часть занятий проводится в форме коллективной работы, что способствует сплочению группы, развитию дружеских отношений среди ребят. При необходимости проводятся индивидуальные занятия. Это имеет большое значение при подготовке к экологическим, биологическим и другим конференциям и олимпиадам, а также для совершенствования знаний и, и в конечном итоге, в выборе профессии.

При  реализации данной программы наиболее эффективными являются личностно-ориентированные технологии, поскольку личностно ориентированный учебный процесс направлен на развитие личности ученика, в организации этого процесса используются развивающие обучения: технологии проектного, проблемного обучения, ИКТ технологии, технологии индивидуализации и дифференциации учебного процесса и др.

1. Проблемное обучение

2. ИКТ  технологии 

Использование ИКТ технологий на занятиях  – это средство (одно из многих!) для достижения учебных целей. Есть ряд разделов, отличающихся сложностью явлений и протекания процессов, а вследствие этого, сложных для восприятия и понимания. К таким процессам можно отнести: осмотическое  и  тургорное  давление в клетке и др. Подвижные компьютерные модели помогают учащимся выйти из затруднительного положения – понять явление, которое сложно представить. Компьютер не только создаёт модель, но также позволяет изменить условия его протекания, посмотреть с оптимальной для усвоения скоростью.

        Компьютер может использоваться как средство для создания нестандартных(проблемных) ситуаций:

-отключить звук и попросить учеников прокомментировать наблюдаемое на экране явление или процесс. Затем можно посмотреть ещё раз со звуком;

-остановить кадр и попросить ученика, проделав мысленный эксперимент, попробовать описать дальнейшее описание процесса;

-продемонстрировать явление или процесс и попросить объяснить, высказать гипотезу, почему это происходит именно так.

Использование на уроках информационно-коммуникационных технологий позволяет моделировать различные условия учебного процесса, к которым ребёнку необходимо быстро адаптироваться, что способствует развитию и проявлению ключевых компетенций.

Проблемные методы – это методы, основанные на создании проблемных ситуаций, состоящей в поиске и решении сложных вопросов, требующих актуализации знаний, анализа, умения видеть за отдельными фактами явление, закон.

Проблемные задания имеют, как правило, личностно-развивающий характер и естественно возникают из опыта и потребностей самих учеников. Поставив ученика в проблемную ситуацию,  интересную и для всего класса,  я получаю возможность “растормозить” механизм его мышления. Включение учащихся в ходе проблемного занятия в формулирование проблемы, выдвижение гипотез при ее решении углубляет интерес к самостоятельному процессу познания, ведет к открытию истины:

факт –> гипотеза –> теория –>знание (истина).

Задача учителя –  направить изучение учебного материала по пути ухода от прямого, однозначного ответа на вопросы учеников, от подмены их познавательного опыта своим.

Ситуация 1: Ученикам очень хотелось, чтобы в их школьном зимнем саду круглый год зеленела березка. Весной они, осторожно выкопав деревце, пересадили ее в специальную посудину и поставили у окна. Березка прижилась, но осенью, несмотря на уход, листья ее пожелтели и опали.

 

I этап.                  Вопросы, поставленные учениками:

         1. Что лежит в основе того, что берёзка, не смотря на уход, меняет цвет листьев осенью?

         2. В чём заключается функциональная сущность пожелтения и опадания листьев?

         3. Каков механизм изменения цвета листьев?

         Вопросы, которые можно было ещё сформулировать:

         1. Какова функциональная сущность листа в жизни берёзы?

         2. В чём смысл пожелтения и опадания листьев осенью?

         3. Какие механизмы регулируют скорость изменения окраски листьев?

         4. Для каких процессов необходима зелёная окраска листьев?

         5. Какие условия изменились, и это повлекло за собой пожелтение листьев?

 

II этап.        Гипотезы, выдвинутые учениками:

         1. Это может быть заложено генетически.

         2. Механизм смены листьев зависит от недостатка питательных веществ.

         3. При недостатке ультрафиолетовых лучей происходит уменьшение количества хлорофилла.

         4. Осенью Солнце светит меньше, а вода зимой замерзает, и листья не могут получать воду.

 

III этап.      Доказательство может быть произведено двумя способами:

         1. Теоретический - поиск подтверждения или опровержения гипотез в научной литературе. Осуществляется самостоятельно дома.

         2. Практический (более длительный) - провести описанный эксперимент.

Физиология растений – наука экспериментальная, поэтому в учебном плане отводится время на лабораторные занятия. Основные задачи: ознакомление с наиболее простыми методами определения различных физиологических процессов у растений; привитие навыков научно-исследовательской работы (постановка цели опыта, проведение эксперимента, оформление первичной научной документации, обсуждение результатов опытов, оформление выводов).

Программа предусматривает 4 лабораторной работы.  При этом соблюдается принцип индивидуального выполнения работ. Каждый ученик ведет рабочую тетрадь, оформление которой должно отвечать требованиям, основные, из которых следующие:

на титульном листе указывают предмет, класс, фамилию, имя ученика;

каждую работу нумеруют в соответствии с методическими указаниями, указывают дату выполнения работы;

полностью записывают название работы, цель, кратко  характеризуют  ход эксперимента и  объект  исследования;

результаты опытов фиксируют в виде рисунков с обязательными подписями к ним, а также таблиц или описывают словесно;

в конце каждой работы делают вывод или заключение, которые обсуждаются при подведении итогов занятия.

Все  первичные  записи необходимо делать в тетради по ходу эксперимента.

К лабораторным  работам ученик допускается только после инструктажа по технике безопасности. Положения техники безопасности изложены в инструкциях, которые должны находиться на видном месте в лаборатории.

Основные требования при выполнении работ по физиологии растений изложены в Приложении 1.   

 

Содержание программы элективного курса «Физиология растений»

 

Раздел   1.   Физиология растений как наука. Задачи физиологии растений   (1час)

Тема  1.  Введение,  цели  и  задачи,  предмет  и  методы  изучения,  история

Содержание темы:

Физиология растений  – наука  о жизнедеятельности  растительного  организма. История становления физиологии растений как науки. Предмет, цели и задачи курса. Методы исследования. Место физиологии растений в системе  биологических  наук. Место  зеленого  растения  в  экономике  природы.

 

Раздел   2.   Физиология растительной клетки (2часа) 

Тема 2. Клетка как осмотическая система.

Содержание темы:

Общая схема организации растительной клетки. Методы исследования растительных клеток. Основные  закономерности поглощения воды клеткой. Осмос и его законы. Растительная клетка - осмотическая система. Осмотическое  и  тургорное  давление.  Сосущая  сила.  Химический  потенциал  воды  и водный потенциал клетки.

Тема3.Лабораторная работа

№ 1.  Строение растительной  клетки под микроскопом. Приготовление и изучение микропрепаратов.

 

Раздел  3.   Водный режим растений (2часа) 

Тема 4. Функции и формы воды в растениях. Поглощение воды растением.

Содержание темы:

Значение воды для жизнедеятельности растений. Формы воды в клетке. Корневая система как орган потребления воды. Корневое давление, значение, механизм и методы определения. Гуттация и плач растений. Формы воды в почве. Водные характеристики почв. Физиологическая засуха и ее причины. Коэффициент завядания. Структура и свойства воды. Значение воды в жизни растений. Распределение воды в клетке и организме. Формы воды в почве: доступная и недоступная вода.

Тема 5. Транспорт воды по растению. Транспирация. Экология водного режима.

Содержание темы:

Механизмы  передвижения  воды  по  растению.  Теория  сцепления. Транспирация(испарение воды растением), ее формы и физиологическое значение. Строение листа как органа транспирации. Устьица. Строение и механизм движения устьиц. Влияние внешних условий на транспирацию: влажности воздуха, температуры, света, влажности почвы и других факторов. Кутикулярная  транспирация. Устьичная  транспирация и механизм ее регулирования. Особенности водного обмена у разных экологических групп гигрофиты, мезофиты, ксерофиты. Роль растений в круговороте воды в биосфере.

Лабораторная работа

№ 2. Зависимость набухания семян от характера запасных веществ.

 

Раздел  4.   Минеральное питание растений (3часа)

Тема 6. Минеральное питание. Роль минеральных элементов.

Содержание темы:

Роль растений в круговороте минеральных элементов в биосфере. Потребность растений в элементах минерального питания. Содержание и соотношение минеральных элементов в почве и в растениях и факторы, их определяющие. Классификации элементов, необходимых для растений. Физиологическая роль макро- и микроэлементов.

Тема 7.  Механизмы  поглощения  и  транспорта  минеральных элементов. Основы применения минеральных удобрений.

Содержание темы:

Поглощение веществ  корнем.  Ближний  и  дальний  транспорт ионов в тканях растения. Перераспределение и реутилизация ионов в растении.  Взаимодействие  ионов  (антагонизм,  синергизм,  аддитивность). Корневое питание  как  важнейший фактор  управления продуктивностью и  качеством урожая.

Тема 8. Лабораторная работа

№ 3. Изучение минерального питания растений.

 

Раздел   5.   Дыхание растений (2часа)

 Тема 9. Физиологическая роль дыхания. Специфика дыхания у растений. Основные пути диссимиляции углеводов.

Содержание темы:

Определение процесса клеточного дыхания. Общая схема процесса дыхания. Типы окислительно-восстановительных реакций. Каталитические системы  дыхания. Механизмы  активации  водорода  субстрата  и молекулярного кислорода. Специфика дыхания  у  растений. Метаболизм дыхательного  субстрата.  Гликолиз.  Превращение  пирувата.  Цикл  Кребса.  Глиоксилатный цикл. Апотомический путь окисления глюкозы.

 

Раздел  6.   Фотосинтез растений (4часа)

 Тема 10. Общие представления о природе фотосинтеза и его роли в развитии биосферы.

Содержание темы:

Развитие  учения  о  фотосинтезе.  Общее  уравнение  фотосинтеза,  его компоненты.  Структурная  организация  фотосинтетического  аппарата.  Роль фотосинтеза  в  процессах  энергетического  и  пластического  обмена  растительного организма. Масштабы фотосинтетической деятельности в биосфере.

Эволюция биосферы и фотосинтез.

Тема 11. Пигменты фотосинтеза.

Содержание темы:

Хлорофиллы: химическая структура, спектральные свойства, функции. Основные  этапы  биосинтеза  молекулы  хлорофилла.  Хлорофилл-белковые комплексы.  Фикобилины:  распространение,  химическое  строение,  спектральные свойства, роль в фотосинтезе. Каротиноиды: химическое строение, спектральные свойства, функции.

Лабораторная работа

№ 4. Получение спиртовой вытяжки пигментов листа.

Тема 12. Первичные процессы фотосинтеза.

Содержание темы:

Поглощение света и передача энергии возбуждения. Возбужденное состояние  электронов  и  пути  дезактивации. Представление  о  фотосинтетической единице. Антенные комплексы. Преобразование энергии в реакционных центрах. Представление о  совместном функционировании двух фотосистем. Эффекты  Эмерсона.  Электрон-транспортная  цепь  фотосинтеза.  Основные функциональные  комплексы ЭТЦ. Системы фотоокисления  воды и  выделения  кислорода  при  фотосинтезе.  Типы  функциональной  организации  ЭТЦ: нециклический, циклический и псевдоциклический потоки электронов и фотофосфорилирования. Стехиометрия сопряжения электронного транспорта и образования АТФ. Регуляция электрон-транспортной цепи фотосинтеза.

Тема 13. Темновая стадия фотосинтеза. Экология фотосинтеза.

Содержание темы:

Природа первичных  акцепторов углекислого  газа  (углекислоты). Фиксация углекислого газа в цикле Кальвина-Бенсона, ключевые ферменты. Фотодыхание. Первичные продукты фотосинтеза. Фиксация углекислого газа в цикле Хэтча-Слэка-Карпилова. Особенности  углекислотного  метаболизма  у С3-, С4 и САМ-растений. Эволюция механизма концентрирования СО₂

Влияние на фотосинтез температуры, условий освещения, содержания углекислоты, условий минерального питания, водоснабжения. Световая кривая фотосинтеза. Компенсационная точка при фотосинтезе и ее зависимость от  особенностей  организма. Ассимиляционное  число. Фотосинтез  в  онтогенезе растения.

 

Раздел  7. Рост и развитие растений (2часа)

Тема  14. Основные  понятия  процессов  роста  и развития  растений. Регуляция ростовых процессов. Ростовые движения растений.

Содержание темы:

Общие  представления  о  росте  и  развитии  растений.  Закономерности роста, типы роста. Кинетика ростовых процессов. Основные этапы развития растений.  Клеточные  основы  роста.  Особенности  роста  органов  растений.

Корреляции ростовых процессов различных органов, регенерация.

Влияние на рост и развитие внутренних и внешних факторов. Физиологические  основы  действия фитогормонов. Фитохромная и криптохромная системы, электрофизиологические процессы роста.

Процессы  раздражимости  и  возбудимости.  Типы  движения  растений (внутриклеточные движения, тропизмы, настии, нутации) и их механизмы.

Тема 15. Развитие растений.

Содержание темы:

Основные  этапы  онтогенеза  (эмбриональный, ювенильный,  репродуктивный,  зрелости,  старения). Морфологические, физиологические и метаболические особенности этапов онтогенеза. Состояние покоя у растений. Типы покоя и их значение для жизнедеятельности растений.

 

Раздел   8.  Физиологические основы устойчивости растений (1час)

 Тема 16. Устойчивость как приспособление растений к условиям существования. Действие факторов среды на растительный организм.

Содержание темы:

Общие понятия: стресс, адаптация, устойчивость. Типы ответных реакций растений на действие неблагоприятных факторов.

Характеристика факторов внешней среды. Механизмы устойчивости и пути адаптации растений к различным неблагоприятным факторам внешней среды  (температуры, кислотность почвы, засоление, водный дефицит и др.).

Закаливание растений. Радио устойчивость растений и ее механизмы.

Общие  принципы  адаптивных  реакций  растений  на  экологический стресс. Изменение  экспрессии  генов и  включение  синтеза  стрессовых, мембранных, структурных белков; перестройки мембранных систем и физиологических процессов;  синтез протекторных  соединений и др. Биохимическая адаптация. Пути повышения устойчивости растений.

Учебно-тематическое планирование

Тема	Количество часов				Формы контроля
	Всего	Аудиторных	Внеаудиторных	В т.ч. на практическую деятельность
I. Физиология растений - как наука. Задачи физиологии растений	1	1
Тема1.Введение,  цели  и  задачи,  предмет  и  методы  изучения,  история.	1	1			Индивидуальные и групповые опросы.
II.Физиология растительной клетки	2	2		1
Тема2.Клетка как осмотическая система Строение растительной  клетки под микроскопом.	1	1			Компьютерное тестирование.
Тема3.Л.р.Приготовление и изучение микропрепаратов.	1			1
III.Водный режим растений	2	2		1
Тема4.Функции и формы воды в растениях. Поглощение воды растением.	1	1			Индивидуальные и групповые опросы.
Тема5.Транспорт воды по растению. Транспирация. Экология водного режима. Лабораторная работа.	1	1		1	Индивидуальные и групповые опросы.
IY.Минеральное питание растений	3	3		1
Тема6.Минеральное питание. Роль минеральных элементов.	1	1			Индивидуальные и групповые опросы
Тема7.Механизмы  поглощения  и  транспорта  минеральных элементов. Основы применения минеральных удобрений.	1	1			Компьютерное тестирование.
Тема8. Лабораторная работа Изучение минерального питания растений.	1	1		1
Y.Дыхание растений	1	1
Тема9.Физиологическая роль дыхания. Специфика дыхания у растений. Основные пути диссимиляции углеводов.	1	1			Индивидуальные и групповые опросы.
YI.Фотосинтез растений	4	4		1
Тема10.Общие представления о природе фотосинтеза и его роли в развитии биосферы.	1	1			Индивидуальные и групповые опросы.
Тема11. Лабораторная работа Получение спиртовой вытяжки пигментов листа	1	1		1
Тема12.Первичные процессы фотосинтеза.	1	1			Индивидуальные и групповые опросы.
Тема13.Темновая стадия фотосинтеза. Экология фотосинтеза.	1	1			Компьютерное тестирование.
YII.Рост и развитие растений	2	2
Тема14.Основные  понятия  процессов  роста  и развития  растений. Регуляция ростовых процессов. Ростовые движения растений.	1	1			Индивидуальные и групповые опросы.
Тема15.Развитие растений.	1	1			Компьютерное тестирование.
YIII.Физиологические основы устойчивости растений	1	1
Тема16. Устойчивость как приспособление растений к условиям существования. Действие факторов среды на растительный организм.	1	1			Индивидуальные и групповые опросы.
Тема17.Итоговое занятие	1	1			Проектная работа в форме презентации

 

Учебно-методические материалы по дисциплине

Литература (для преподавателей)

1.     Физиология растений: конспект лекций / В. М. Гольд, Н. А. Гаевский, Т. И. Голованова и др. – Красноярск : ИПК  СФУ, 2008.

2.     Алехина Н. Д. и др. Физиология растений / Н.Д. Алехина, Ю.В. Балнокин, В.Ф. Гавриленко и др. - М.: "Academia", 2005. - 640с.

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

4.     Лебедев С.И. «Физиология растений»  издательство «Колос» 1982

Информационные ресурсы

 

1        Физиология растений. Презентационные материалы. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : наглядное пособие / В. М. Гольд, Н. А. Гаевский, Т. И. Голованова и др. – Электрон. дан. (31 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2008

2        Физиология растений: электронный  учеб.-метод. комплекс / В. М. Гольд, Н. А. Гаевский, Т. И. Голованова,Н. П. Белоног, Т. Б. Горбанева.  Версия 1.0 [Электронный ресурс]– Электрон. дан. (180 Мб). – Красноярск: ИПК СФУ, 2008.

3         Физиология растений. Банк тестовых заданий. Версия 1.0 [Электронный ресурс]: контрольно-измерительные материалы / В. М. Гольд, Н. А. Гаевский, Т. И. Голованова и др. – Электрон. дан. (51 Мб). – Красноярск

4        Электронный диск к учебно-методическому комплекту под ред. проф. И.Н. Пономаревой для 6-10 классов (М.: Издательский центр «Вентана-Граф»).

Литература (для учащихся)

       1.  Гэлстон, А. Жизнь зеленого растения / А. Гэлстон, П. Девис, Р. Сэттер.     М.  Мир, 1983.

       2. Дерфлинг, К. Гормоны растений. Системный подход / М.  Мир, 1985.

        3. Водный обмен растений / В. Н. Жолкевич, Н. А. Гусев, В. А. Капля и др. М. Наука, 1989.

       4. Клейтон, Р. Фотосинтез. Физические механизмы и химические модели.     М.  Мир, 1984.

        5. Периодика: журналы МАИК «Физиология растений», «Экология».

 

 

 

 

 

 

 

 

Методическое обеспечение курса

В помощь учителю

Методические указания к лабораторным работам

Лабораторная работа №2. Определение водного дефицита растений

Недостаток влаги в почве и воздухе нарушает водообмен у растений. Снижение оводненности тканей изменяет состояние биоколлоидов клетки, что приводит к повреждению тонкой структуры протопласта, существенным сдвигам в состоянии и деятельности всех ферментных систем и, как следствие, к нарушению обмена веществ растения. Уменьшение содержания воды в растении вызывает резкое падение интенсивности фотосинтеза, интенсивность дыхания возрастает, но нарушается сопряженность окисления и фосфорилирования, в результате чего сильно снижается энергетическая эффективность дыхания.

В качестве показателей напряженности водного режима растения используют водный дефицит и дефицит относительной тургесцентности ткани. В обоих случаях сравнивают содержание воды в растительной ткани с количеством ее же в той же ткани, находящейся в состоянии полного тургора. Для полного насыщения клеток влагой листья выдерживают в воде или увлажненной атмосфере. Общее содержание воды определяют высушиванием листьев при 100–150 °С.

Под водным дефицитом понимают недостающее до полного насыщения количество воды, выраженное в процентах от общего ее содержания при полном насыщении тканей.

В природных условиях полное насыщение листьев водой практически не наблюдается. В большинстве случаев водный дефицит у растений колеблется от 10–12 % до 30–35 %. Этот показатель хорошо коррелирует с водообеспеченностью растений и может быть использован для  характеристики водного режима.

Ход работы: взять примерно 1 г высечек из листьев и поместить в предварительно взвешенные абсолютно сухие бюксы, закрыть и немедленно взвесить. Затем диски поместить на поверхность воды в закрытые чашки Петри и оставить для насыщения водой на 2 часа. Далее тургесцентные высечки из листьев достать, просушить снаружи фильтровальной бумагой и взвесить. Для контроля диски поместить в воду и через 30 мин повторитьвзвешивание. Если масса ткани не изменится, значит, она полностью тургесцентная, т. е. полностью насыщена водой. После этого определить массу абсолютно сухой ткани. Относительная тургесцентность – величина, показывающая, какую долю в процентах составляет наличное количество воды от ее содержания, обеспечивающего полный тургор.

На основании полученных данных вычисляют  водный дефицит растений:

d = 100(b – a)/(b – c),  (7)

где a – масса бюксы с растительной пробой до насыщения; b – масса бюксы с

растительной пробой после насыщения; с – масса бюксы с высушенной пробой до абсолютно сухого веса.

Результаты опыта записать в виде таблице

Определение водообеспеченности растений

Вари- ант опыта	№ бюк- сы	Масса бюксы, г	Навеска листьев, г	Масса тургес- центной ткани,	Масса абсолютно сухой ткани, г	Содержа- ние воды, г	Количест- во воды, насыщаю- щей листья, г	Водный дефи- цит, %

 

 

 

Лабораторная работа № 3. Изучение минерального питания растений

Минеральное питание  – необходимое условие жизни растений. Минеральные элементы поглощаются главным образом корнями растений. В природной обстановке источником минерального питания является почва, в искусственных условиях растения могут выращиваться на жидких питательных средах. Но в любом случае в составе питательного раствора должны содержаться макроэлементы и микроэлементы, которые называются необходимыми. К необходимым макроэлементам относятся азот, фосфор, калий, кальций, магний и сера. Из микроэлементов наиболее изучена физиологическая роль железа, бора, цинка, меди, марганца и молибдена. В почвенном растворе ионы либо  находятся  в свободном состоянии, либо связаны с почвенными коллоидами. Поглощаются элементы минерального питания чаще всего в ионной форме.

Физиологи растений разрабатывают теоретические основы минерального питания. Практические вопросы питания растений и применения удобрений изучают агрохимики.

Задание1. Обнаружение отдельных элементов, входящих в состав растений

При сжигании растений поглощенные ими минеральные элементы остаются в несгораемой части – золе, – которая может составлять от 5 до 20 % от общей массы растений. Качественный состав золы неодинаков и зависит от видовых особенностей растений и условий произрастания. Практически в золе растений можно обнаружить все элементы земной коры, но в разных количествах: от целых процентов до едва уловимых следов. Качественный зольный анализ очень трудоемок и в задачу нашего практикума не входит. Работа знакомит с качественным микроскопическим методом обнаружения отдельных элементов.

Ход работы: щепотку растительной золы поместить в стеклянную бюксу и небольшими порциями залить раствором 10%-ной соляной кислоты. Кислоту приливать до тех пор, пока зола не перестанет вскипать от очередной  порции. Полученный раствор отфильтровать через фильтр с белой лентой в стеклянную бюксу с крышкой. В фильтрате, пользуясь качественными реакциями, необходимо обнаружить кристаллы солей кальция. Все реакции производить на предметном стекле, на которое нанести маленькие капельки исследуемого раствора и реактива на расстоянии 1 см друг от друга. Затем чистым стеклянным капилляром соединить капельки тоненьким дугообразным канальцем. В месте соединения произойдет реакция, а по краям канальца раньше, чем на других участках, начнется кристаллизация продуктов реакции.

Кристаллы следует рассмотреть под микроскопом при малом увеличении и без покровного стекла и сделать зарисовки их форм.

Обнаружение кристаллов соли кальция

На предметное стекло нанести каплю фильтрата и каплю серной кислоты:

CaCl2 + H2SO4 = CaSO4 + 2HCl.

В результате реакции выпадают пучки игольчатых кристаллов гипса.

Лабораторная работа №4. Получение спиртового раствора пигментов

С этой целью можно использовать как сухие листья, так и свежий растительный материал.  При работе с сухими листьями рекомендуется увлажнить их перед экстракцией пигментов.  При работе с сырым материалом удобны листья герани, гороха, фасоли.

Ход работы: 1–2 г листьев герани поместить  в фарфоровую  ступку, добавить немного  кварцевого песка (для лучшего измельчения растительных тканей) и щепотку мела (для создания нейтральной или слабощелочной реакции среды). Листья растереть до однородной массы, в которую добавить 10–15 мл  96%-ного этанола. После тщательного перемешивания гомогенат отфильтровать в пробирку через бумажный фильтр с белой лентой. Чтобы жидкость при выливании из ступки не  стекала по стенке, приставить стеклянную палочку к носику ступки, смазанному снаружи вазелином. Ступку и пестик можно ополоснуть несколькими миллилитрами этанола, который надо сливать  на  этот  же  фильтр.  Работа носит качественный характер; поэтому можно не добиваться полного переноса пигментов в раствор. Если первые порции фильтрата получились мутными, их снова надо профильтровать, не меняя фильтра. Полученный экстракт зеленого цвета  пригоден  для последующих опытов.

Приложение 1.

Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ.

1. К работе в лаборатории допускаются учащиеся, прошедшие инструктаж по технике безопасности.

2. Нужно работать в белом халате из хлопчатобумажной ткани и иметь личное полотенце.

3. На каждом занятии назначается дежурный, который отвечает за чистоту и порядок.

4. За каждым учеником закрепляется рабочее место, которое необходимо содержать в чистоте и порядке.

5. Запрещается держать в лаборатории пищевые продукты, принимать пищу, пить воду из химической посуды.

6. Перед работой следует проверить исправность нагревательных при-

боров, вентиляции, защитных средств. Ремонт оборудования может производить только инженер.

7. Запрещается работать с разбитой посудой, пользоваться реактивами

из банок без этикеток.

8. Необходимо переливать приготовленные растворы в склянки с надписями. Нельзя оставлять без присмотра включенные приборы и электрооборудование.

9. Работать с летучими и ядовитыми веществами можно только под тягой.

10. Для отмеривания кислот, щелочей и ядовитых реактивов использовать цилиндры либо пипетки с резиновой грушей или ватным тампоном.

11. При работе с едкими веществами следует надевать предохранительные очки, резиновые перчатки и фартуки.

12. Кислые и щелочные реактивы в раковину можно сливать только после их нейтрализации.

13. Для нагревания горючих и летучих реактивов нужно пользоваться водяными банями. Их нельзя нагревать на открытом огне или вблизи пламени.

14. При внезапном отключении тока необходимо выключить все электроприборы.

15. Тушить огонь при загорании легковоспламеняющихся жидкостей нужно углекислотным огнетушителем, песком или кошмой.

16. При загорании проводов следует немедленно их обесточить, тушить огонь углекислотным огнетушителем или асбестовым покрывалом.

17. Работать с ртутными термометрами нужно очень осторожно.

18. После окончания работы привести в порядок рабочее место (убрать со стола реактивы и оборудование, из ящиков стола  – мусор, стол вымыть, протереть сухой тряпкой) и сдать дежурному