Фотосинтездің жылдамдығына әсер ететін факторлар. Фотосинтездің шектеуші факторлары: жарық толқынының ұзындығы немесе жарық интенсивтілігі, көмірқышқыл газының концентрациясы, температура. Биология, 11 сынып, дидактикалық материал.

Использование Системы сбора данных

 Учащиеся используют следующие технические работы, инструкции к которым находятся в приложении, соответствующем Вашей Системе сбора данных PASCO(обозначены номером, следующим за символом « »). Пожалуйста, предоставьте копии этих инструкций для учащихся.

• • Начало нового эксперимента в Системе сбора данных.(1.2)
  • Подключите датчик к Системе сбора данных.(2.1)
  • Начало и прекращение записи данных.(6.2)
  • Дисплей данных на графике.(7.1.1)
  • Выбор шкалы графика.(7.1.2)
  • Нахождение значений точек на графике.(9.1)
  • Сохранение эксперимента.(11.1)

Краткая информация

 Процесс фотосинтеза – это химический процесс, благодаря которому все растения и некоторые одноклеточные организмы получают питательные (органические) вещества (химический процесс, происходящий в зеленых растениях под действием световой энергии из углекислого газа, воды, при котором образуются органические вещества). Целый фотосинтетический процесс – это сложный ряд ферментативных реакций, которые происходят в хлоропластах. Общее уравнение для этого процесса дано ниже:

 Водные растения и фотосинтетические микроорганизмы выделяют кислород (O2) в воду, где он растворяется, образуя растворенный кислород. Вода может вместить только ограниченное количество O2, поэтому, когда концентрация достигает определенного уровня, O2 рассеивается (испаряется) в воздухе.

 Ряд биохимических процессов, составляющих фотосинтез, были классифицированы на два главных компонента: световые реакции и темновые. Световые реакции на своем основном уровне включают захватывание световой энергии и перевод ее в энергетические молекулы, которые затем используются в наборе темновых реакций для синтеза сахаров из углекислого газа и воды. Световые реакции происходят за счет энергии света. Темновые реакции не требуют света; однако, они могут возникнуть и в условиях освещения.

 Во время цикла световых реакций (светонезависимые) хлоропласт использует солнечную энергию для расщепления молекул воды в ионы водорода и кислород (фотолиз). Во время этой реакций образуется АТФ и НАДФH, и выделяется кислород. Используя изотопный индикатор ученые доказали, что кислород выделяется из расщепленных молекул воды, а не из кислорода. Световые реакции происходят в тилакоидной мембране, которая образует граны хлоропласта.

 Темновые реакции уменьшают углекислый газ, используя АТФ и НАДФH, образованные во время световых реакций. Темновые реакции в растениях происходят в строме хлоропласта.

 Когда растение освещается, в нем одновременно происходит фотосинтез и аэробное клеточное дыхание. Когда растение не освещается, в нем происходит только аэробное клеточное дыхание, но не фотосинтез. (В аэробном дыхании используется кислород, а в анаэробном дыханий кислород не используется.)

 Так как поверхность земли в основном покрыта водой, большинство газообразного кислорода Земли получается из водных растений и фотосинтетических микроорганизмов, таких как водоросли и диатомеи. Почти все существа, живущие на суше и воде зависят от биохимических реакций фотосинтеза: от O2, образованного во время световых реакций, и сахара, образованного во время темновых реакций.

Подготовка к лабораторной работе

 Материалы и оборудование, которые необходимо подготовить перед началом лабораторной работы.

 Примечание: калибровка датчика является хорошей практикой для лабораторной работы. Однако он необходим только для относительных изменений в измерениях. Нет необходимости калибровать датчик растворенного кислорода.

 Примечание: подключите быстрореагирующий датчик к Системе сбора данных для наблюдения за температурой воды, которая может повыситься из-за воздействия света.

 Примечание: надлежащая установка резервуара и интенсивность света являются очень важными условиями для получения хороших результатов.

•  Предварительно за день или два до эксперимента убедитесь, что вы подготовили подходящее водное растение и правильно подобрали его размер.
  •  Элодея подходит лучше всего (ранее проведенные эксперименты показывают, что заменяющие растения тоже достаточно хорошо подходят).
  •  Используйте свежие и здоровые растения из специальных аквариумов или из школьных.
  • Используйте растение с новообразованием.

 Примечание: прочтите местные нормативные акты, если вы хотите собрать рабочую пробу элодеи в вашей местности, так как «дикие» растения обычно бывают здоровее, чем домашние.

•  Предварительно за день до эксперимента приготовьте дехлорированную воду, оставив на ночь в открытом

резервуаре воду из крана. (или используйте раствор для удаления хлора).

•  Положите растение в дехлорированную воду и поставьте около окна или флуоресцентного света.
•  Если у вас нет резервуара для фотосинтеза, используйте сосуд, посуду или пробирку. Чтобы предотвратить испарение, на поверхность воды капните минеральное масло.
•  Используйте100-Вт флуоресцентную лампу, которую можно подключить к обычной

осветительнойштепсельнойрозетке.Незаслоняйтесвет(подойдутдве высокоинтенсивные галогенные лампы или лампы накаливания).

Меры безопасности

Соблюдайте все меры безопасности во время выполнения лабораторной работы.

• • Наденьте защитные очки и лабораторные халаты или фартуки.

Задание на последовательность

 Следующие этапы являются частью Процедур для данной лабораторной работы. Они находятся в неправильном порядке. Определите верное расположение и запишите числа в круги так, чтобы этапы были расставлены в правильном порядке.

Порядок выполнения работ и вопросы

 После того, как вы закончите этап (или ответите на вопрос), поставьте галочку в ящичке (□) после этапа.

 Примечание: когда учащиеся увидят символ «□» с надстрочным индексом после описания этапа, они должны обратиться к пронумерованным Техническим Подсказкам, перечисленным в приложении Технические Подсказки, которое соответствует Вашей Системе сбора данных. Там они обнаружат технические инструкции в деталях для исполнения данного этапа. Пожалуйста, предоставьте копии этих инструкций для Ваших учащихся.

Установка

•  □Начните новый эксперимент в Системе сбора данных.(1.2)
•  □ПодключитедатчикрастворенногокислородакСистемесбора данных.(2.1)
•  □Отобразите соотношение растворенного кислорода в миллиграммах на литр (мл/л) на оси у по отношению к времени в секундах (сек) на оси х на графике.

(7.1.1)

• □Выбор шкалы графика для показа всех данных.(7.1.2)
• □Наполните водой внутреннею камеру резервуара.
•  □Положите несколько больших веток элодеи во внутреннею камеру резервуара.
• □Положите магнитную мешалку во внутреннюю камеру.
• □Положите большую пробку на резервуар.

 Примечание: после того, как вы положите пробку на резервуар, вода из внутренней камеры должна перелиться.

• □Поместите резервуар для фотосинтеза на магнитную мешалку.
• □Для чего используется мешалка?

 Сущность датчика растворенного кислорода заключается в том, чтобы использовать кислород непосредственно в его местоположении, что может привести к понижению уровня растворенного кислорода в определенном месте. Перемешивание образца помогает записывать правильные данные.

• □Налейте холодную воду во внешнюю камеру резервуара.
• □Для чего вы наливаете холодную воду во внешнюю камеру резервуара? Свет,падающийнарезервуар,можетувеличитьтемпературусистемы.

Потенциально ферменты, необходимые для фотосинтеза, могут денатурироваться при слишком высокой температуре воды. К тому же, высокая температура ускоряет рост бактерий и других микроорганизмов в воде, которые могут исказить результаты. Холодная вода во внешней камере резервуара сохраняет температуру воды внутренней камеры низкой, чтобы избежать этих проблем.

•  □Уберитебутылкудляхранениясоднадатчикарастворенного кислорода
•  □Осторожновставьтеодинконецпробникачерезбольшое отверстие пробки.
•  □ Убедитесь, что металлический ремень на пробнике (зонде) растворенного кислорода ниже поверхности воды в резервуаре и что никакие воздушные пузырьки не попали на конец пробника.
• □Вставьте резиновую пробку № 3 в другое отверстие пробки.
•  □Что произойдет, если вы не используете пробку, чтобы закрыть отверстие?

 У вас не будет закрытой системы, и данные растворенного кислорода будут неправильными. Мешалка создаст небольшую турбулентность, которая поможет предоставить больше кислорода в систему.

•  □Не выключая лампу, поместите ее очень близко к резервуару для фотосинтеза, чтобы лампа светила прямо на элодею.

Сбор данных

•  □Включитесреднююскоростьмагнитноймешалки,чтобыводав резервуаре циркулировала по кругу.
• □Начните запись данных, используя только дневное освещение (обычное).

(6.2) Выбор шкалы графика для показа всех данных.(7.1.2)

• □Опишите, как изменится уровень растворенного кислорода.

 Уровень кислорода может понизиться, затем медленно начать подниматься. В течение этого времени датчик достигает своего равновесия.

• □Выключите лампу через 5 минут.
•  □Вы видите различие в уровне растворенного кислорода при ярком свете? Опишите изменения.

 При ярком свете уровень растворенного кислорода выше, чем при дневном освещении.

• □Продолжайте запись данных в течение 20 минут с включенной лампой.
• □Выключите лампу. Не прекращайте запись данных.
•  □Осторожно накройте устройство тяжелой тканью, чтобы растение находилось в полной темноте.
•  □Как, по вашему мнению, изменится уровень растворенного кислорода, когда растение находится в темноте?

 Многиеучащиесяпредположат,чтоуровеньрастворенногокислорода уменьшится.

• □Продолжайте запись данных растения в темноте еще 15 минут.
• □Прекратите сбор данных.(6.2)
•  □Какизменитсяуровеньрастворенногокислорода,когдарастение находится в темноте?

Уровень растворенного кислорода уменьшится.

• □Выключите магнитную мешалку.
•  □Сохраните ваш эксперимент,(11.1) затем очистите оборудование и место работы, согласно инструкциям учителя.

Анализ данных

•  □ Нарисуйте график данных для растворенного кислорода по отношению ко времени. Отметьте на графике оси х и у и их единицы измерения. Также отметьте время, когда свет был направлен на растения, и когда оно находилось в темноте.

•  □ Используя доступные ресурсы, определите максимальный уровень растворенного кислорода при дневном освещении и ярком свете и минимальный уровень растворенного кислорода в темноте. (9.1) Запишите данные в Таблицу 1, в разделе анализа данных.

Таблица 1: Концентрация растворенного кислорода при дневном освещении, пря ярком свете и в темноте.