Конспект урока по биологии 10 класса по теме «Удивительная вода»

Конспект урока по биологии 10 класса по теме «Удивительная вода».

Выполнила Синева Е.Н., учитель биологии ГБОУ СОШ № 342 $Невского района, Санкт-Петербурга.

Данная разработка позволяет учащимся повторить знания, полученные на уроках химии в 8-9 классах$ и расширить их с точки зрения биологии в 10 классе.

Конструируя урок, я понимала, что интеграционные темы и межпредметные связи можно использовать на разных этапах современного урока: изучение нового материала, актуализация знаний, проверки и закрепления изученного материала.

Цель урока:

$1. Расширить и углубить знания о строении, свойствах и биологической роли воды.

2. Способствовать развитию умений – сравнивать, обосновывать, анализировать, формулировать выводы.

3. Способствовать формированию научного мировоззрения на основе познаваемости живой$ природы. Умение осуществлять самоконтроль.

Задачи урока:

1. Выяснить особенности строения воды и её роль в клетке.

2. Ввести понятие буферность, осмос, плазмолиз, деплазмолиз. Раскрыть их значение в жизнедеятельности клетки.

Ход урока:

Эпиграфом нашего урока я выбрала стихотворение Бор$иса Сердюка:

«Вода – источник обновлений,
Три состояния в одном.
В ней память наших воплощений,
Она, как Бог мудра во всём».

Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов. Она входит в их состав, а для многих организмо$в это еще и среда обитания. Роль воды клетки определяется ее свойствами.

Но сначала истории (слайд 3).

Тема происхождения воды на нашей планете является одной из самых обсуждаемых $не только среди ученых, но и среди обычных людей. Многие полагают, что первая вода появилась на земле приблизительно 4-3,6 млрд. лет $тому назад, на самом активном этапе формирования планеты во времена постоянных атак со стороны больших и малых комет и астероидов. Большие по размерам астероиды имели внутри себя запасы воды  в виде пара, жидкости и льда. Миллиарды лет назад в холодном газопылевом облаке, со временем сгустившемся, уплотнившемся и ставшем Землей, уже содержалась вода. Скорее всего, она была в виде ледяной пыли. Это подтверждают исследования Вселенной. Установлено, что исходные элементы для образования воды - водород и кислород - в нашей Галактике принадлежат к шести самым распро$страненным веществам космоса. Согласно геохимической модели нашей планеты, созданной Н.П. Семененко, земная кора, состоящая из окисленных пород, является своеобразным кислородным каркасом, а ядро планеты слагают гидриды нескольких металлов и частично карбид железа.

Специалисты из Японии выдвинули новую теорию происхождения воды на земле. Они считают, что вода, а именно ее появление на нашей планете, ник$ак не связана с космосом. Японские ученые предположили, что на начальном этапе формирования в структуре земли находились целые водородные пласты, которые вступали в химическую реакцию с кислородом, присутствующим в земельной мантии. В результате этого взаимодействия на планете и появилась вода, $причем в огромных количествах.

Сразу после формирования планета стала горячей и была крайне сухой. Участие комет и астероидов в формировании водного пространства на территории земли не исключается. Появление океанов произошло уже после окончательного формирования планеты. Именно благодаря кометам и астероидам, атаковавшим землю, и приносившим воду и появились столь большие водные пространства, которые сейчас заполняют большую часть нашей планеты.

$Вспомним из курса неорганической химии строение молекулы воды (слайд 4, 5).

Молекула воды имеет угловую форму, атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104°27'. Та часть молекулы, где находится во$дород, заряжена положительно, где кислород – отрицательно, в связи с этим молекула воды является диполем. Между диполями воды образуются водородные связи.

$Молекулы воды создают разнообразные структуры (слайд 6).

Из всего многообразия структур в природе базовой является шестигранная структура, когда шесть молек$ул воды (тетраэдров) объединяются в кольцо.

Одна из структур – гармоничная (слайд 7).

 В лаборатории доктора Масару Эмото были исследованы образцы фотографий кристаллов Вод$ы из различных водных источников всего мира. Вода подвергалась различным видам воздействия, такие как музыка, изображения, электромагнитное излучение от телевизора или мобильного телефона, мысли одного человека и групп людей, молитвы, напечатанные и произнесенные слова на разных языках.

Технология получения фотографий такова. Вода, кристаллы которой предстоит получить, заливалась в пятьдесят чашек Петри и помещалась в холодильник с температурой –25 градусов Цельсия. Затем,  срезы кристаллов фотографировались под микроскопо$м.  Таких снимков сделано более пятидесяти тысяч. Если информация была добрая (красивая музыка, молитвы, добрые слова), то структура кристаллов была удивительно правильная и гармоничная.

Физические свойства воды (слайд 8 - 12).

Прозрачна, максимальная плотность – при -4°С, высокая теплоемко$сть, практически не сжимается. Чистая вода плохо проводит тепло и электричество, замерзает при 0°С, кипит при 100°С.

Химические свойства воды ($слайд 13,14).

Х$ороший растворитель, образует гидраты, вступает в реакции гидролитического разложения.

По отношению к способности растворяться в воде различают гидрофильные вещества – хорошо растворимые, гидрофобные вещества – практически нерастворимые в воде. Жесткость воды.

$Биологическая роль воды (слайд 15 -16)

Когда вещество растворяется, его молекулы или ионы получают возможность двигаться более свободно и, соответственно, его реакционная способность возрастает. По этой причине в клетке большая часть химических реакций протекает в водных растворах. Неполярные вещества, например липиды, не смешиваются с водой и потому могут разделять водные растворы на отдельные компарта$менты, подобно тому, как их разделяют мембраны. Неполярные части молекул отталкиваются водой и в её присутствии притягиваются друг к другу, как это бывает, например, когда капельки масла сливаются в более крупные капли; иначе говоря, неполярные молекулы гидрофобны. Подобные гидрофобные взаимодействия играют важную роль в обеспечении стабильности мембран, а также многих белковых молекул, нуклеиновых кислот и других субклеточных структур.

Присущие воде свойства растворителя означают также$, что вода служит средой для транспорта различных веществ. Эту роль она выполняет в крови, в лимфатической и экскреторных системах, в пищеварительном тракте и во флоэме и ксил$еме растений.

Большая теплоёмкость воды сводит к минимуму происходящие в ней температурные изменения. Благодаря этому биохимические процессы протекают в меньшем интервале температур, с более постоянной скоростью и опасность нарушения этих процессов от резких отклонений температуры грозит им не столь сильно. Вода служит для многих клеток и организмов средой обитания, для которой характерно довольно значительное постоянство условий.

Энергия, необходимая молекулам воды для испарен$ия, черпается из их окружения. Таким образом, испарение сопровождается охлаждением. Это явление используется у животных при потоотделении, при тепловой одышке у млекопитающих или у$ некоторых рептилий (например, у крокодилов), которые на солнцепёке сидят с открытым ртом; возможно, оно играет заметную роль и в охлаждении транспирирующих листьев.

Плотность воды (максимальна при +4° С) от +4 до 0° С понижается, поэтому лёд легче воды и в воде не тонет. Вода - единственное вещество, обладающее в жидком состоянии большей плотностью, чем в твёрдом, так как структура льда более рыхлая, чем структура жидкой воды.

Поскольку лёд плавает в воде, он образуется при замерзании сначала на её поверхности и лишь под конец в$ придонных слоях. Если бы замерзание прудов шло в обратном порядке, снизу вверх, то в областях с умеренным или холодным климатом жизнь в пресноводных водоёмах вообще не могла бы существовать. То обстоятельство, что слои воды, температура которых упала ниже 4°С, поднимаются вверх, обусловливает перемешивание воды в больших водоёмах. Вместе с водой циркулируют и находящиеся в ней питательные вещества, благодаря чему водоёмы заселяются ж$ивыми организмами на большую глубину.

Благодаря поверхностному нат$яжению жидкость стремится принять такую форму, чтобы площадь её поверхности была минимальной (в идеале - форму шара). Из всех жидкостей самое большое поверхностное натяжение у воды (7,6 · 10-4 Н/м). Поверхностное натяжение играет важную роль в живых клетках, а также при движении воды по сосудам ксилемы в растениях. Многие мелкие организмы извлекают для себя пользу из поверхностного натяжения: оно позволяет им удерживаться на воде или скользить по её поверхности.$

Фотосинтез (слайд 17)

Тургорное давление, плазмолиз, деплазмолиз (слайд 18).

Вода практически не сжимаема (в жидком состоянии), и поэтому служит гидростатическим скелетом клетки. За счет осмоса вода создает избы$точное давление внутри вакуолей$ растительных клеток, это тургорное давление обеспечивает упругость клеточной стенки и поддержание формы органов (например, листьев).

Заметим, что клетки растений обычно находятся в гипотонических условиях, поскольку содержимое растительной клетки богато осмотически активными веществами, большая часть которых (органические кислоты, сахара, солей, низкомолекулярных пигментов) входят в состав клеточного со$ка, расположенного внутри вакуоли. Вакуоли – органеллы, присущие растительным клеткам. Мембрана, ограничивающая вакуоль, называется тонопластом, и по своим свойствам сходна с плазмалеммой. Это мембрана, обладающая избирательной проницаемостью и способностью к активному транспорту. Осмотически активные вещества с целью запасения или утилизации переносятся в вакуоль с помощью белков-каналов и переносчиков, обратно эти вещества в большинстве своем не выходят. Таким образом, с помощью избирательного активного транспорта в клетке создается градиент осмолярности – к$леточный сок гипертоничен по отношению к цитоплазме, а цитоплазма гипертонична по отношению к окружающей среде. Вода извне поступает в клетку, «стремясь» уравнять концентрации осмотически активных веществ, давит на клеточную стенку изнутри, обеспечивая тургор.

Тургор – показатель оводненности и состоян$ия водного режима растений. Снижением тургора сопровождаются процессы, увядания и старения клеток. Именно за счет тургора органы растений находятся в выпрямлено, упругом состоянии. Увядание растения – не что иное, как понижение тургорного давления его клеток.$

Плазмолиз.

Под плазмолизом понимается отделение протопласта клетки от оболочки под действием на клетку гипертонического раствора. Плазмолиз характерен главным образом для клеток растений, обладающих жесткой клеточной стенкой. Животные клетки при помещении в гипертонический раствор, теряя воду, сморщиваются и уменьшаются в размерах. Плазмолиз растительной клетки аналогичен этому процессу, но сморщивание протопласта происходит внутри клеточной стенки. В нормальных условиях плазмалемма растительной клетки плотно прижата к клет$очной стенке изнутри под действием тургорного давления. При помещении клетки в раствор, концентрация осмотически активных веществ в котором больше концентрации клеточного сока, то скорость диффузии воды из клеточного сока будет превышать скорость диффузии воды в клетку из окружающего раствора. Вследствие выхода воды из клетки объем клеточного сока сокращается, тургор уменьшается. Уменьшение объема клеточной вакуоли сопровождается отделением цитоплазмы от оболочки. В процессе плазмолиза протопласт теряет воду, умень$шается в размерах и отделяется от клеточной стенки.

$Исследование плазмолиза позволяет сделать выводы о проницаемости мембран растительных клеток для различных веществ, о величине нормального тургорного давления. Плазмолиз чаще всего исследуют на препаратах, в которых клетки расположены в один или несколько слоев и удобны для изучения. К таким препаратам можно отнести кожицу лука, листья элодеи, эпидермис листьев высших растений.

Вакуоль - это резервуар, ограниченный одинарной мембраной - тонопластом. В вакуоли содержи$тся клеточный сок - концентрированный раствор различных веществ, таких, как минеральные соли, сахара, пигменты, органические кислоты, ферменты. В зрелых клетках вакуоли сливаются в одну, центральную.

$В вакуолях хранятся различные вещества, в том числе конечные продукты обмена. От содержимого вакуоли в сильной степени зависят осмотические свойства клетки.

В связи с тем что вакуоли содержат крепкие растворы солей и других веществ, клетки растений постоянно осмотически погл$ощают воду и создают гидростатическое давление на клеточную стенку, на зываемое тургорным. Тургорному давлению противостоит равное ему по величине давление клеточной стенки, направленное внутрь клетки. Большинство растительных клеток существуют в гипотонической среде. Но если такую клетку поместить в гипертонический раствор, вода по законам осмоса начнет выходить из клетки (для выравнива$ния водного потенциала по обе стороны мембраны). Вакуоль при этом сократится в объеме, ее давление на протопласт уменьшится, и мембрана начнет отходить от клеточной стенки. Явление отхождения протопласта от клеточной стенки называется плазмолизом. В природных условиях такая потеря тургора в клетках приведет к увяданию растения, опусканию листьев и стеблей. Однако этот процесс обратим: если клетку поместить в воду (например, при поливе растения), возникает явление, обратное плазмолизу - деплазмолиз (рис.1).

$

$Рис. 1. Схема плазмолиза: А - клетка в состоянии тургора (в изотоническом растворе); Б - начало плазмолиза (клетка, помещенная в 6% раствор КNО3); В - полный плазмолиз (клетка, помещенная в 10% раствор КNО3); 1 - хлоропласт; 2 - ядро; 3 - клеточная стенка; 4 - протопласт; 5 - центральная вакуоль

Краткие выводы нашего урока (слайд 19):

$1. Физические свойства воды аномальны, вода является единственным веществом на Земле, существующим в жидком, твердом и газообразном состояниях.$

2. Вода - это самый уникальный природный растворитель, который только существует на нашей планете. Вода растворяет в себе неимоверное количество элементов, образуя различные химические соединения, служащие во благо человечества.

3. Вода играет важнейшую роль в жизни клеток и живых организмов в целом.$

Рефлексия (слайд 20).

Post Comment