«Влияние освещенности на фотосинтез в зеленом растении» (учебно-исследовательская работа)


Министерство образования Республики Башкортостан
Отдел образования администрации муниципального района
Давлекановский район
«Влияние освещенности на фотосинтез в зеленом растении»
(учебно-исследовательская работа)
Выполнила:
обучающаяся 11 класса
муниципального общеобразовательного
бюджетного учреждения
Башкирская гимназия – интернат №3
муниципального района
Давлекановский район РБ
Нугуманова Гульдар
Руководитель:
Залилова Роза Раифовна
Давлеканово 2015
Оглавление
Введение.
1. Актуальность темы.
2. Цель.
3. Задачи.
4.Гипотеза.
Обзор литературы.
Материал и методика исследований.
Результаты исследований
Выводы
Список использованной литературы.
Приложения.

Введение
Бесконечна, сложна и разнообразна жизнь. Австралийские эвкалипты поднимаются ввысь на 150 м, а ряска, покрывающая пруды, достигают всего лишь 1 мм. Американская секвойя имеет в обхвате 46 м, а поперечник одноклеточной водоросли не превышает и десятой доли миллиметра. Однако как бы сложна и многообразна ни была жизнь, она представляет собой единый процесс беспрерывного превращения энергии, вещества и формы. Источником энергии является Солнце. Порывы урагана и тихий шепот листвы, грациозный бег антилопы и нежная улыбка ребенка, летящий самолет и мысль ученого - все это процессы, идущие за счет энергии, посылаемой на Землю Солнцем. Понадобились усилия многих пытливых исследователей, чтобы установить, что именно зеленое растение является посредником, связывающим лучистую энергию Солнца с жизнью на Земле. Выдающемуся ученому, автору работы «Солнце, жизнь и хлорофилл», К.А. Тимирязеву наука и человечество всегда будут обязаны своими знаниями о космической роли растения, о его незаметной, но незаменимой роли на Земле. Но и много раньше, еще в древности, зависимость жизни от растений и Солнца уже была подмечена. До нас дошли сказания об умирающих осенью и воскресающих весной божествах - Адонисе у финикиян, Озирисе у египтян, Митре у древних персов, олицетворяющих бога Солнца и растительности. Растение явилось истинным Прометеем, передавшим силу, свет и тепло солнечных лучей людям; оно явилось и до сих пор является тем живым Атлантом, на котором покоится по существу весь многообразный мир живых существ.
Свет - один из наиболее важных для жизни растений абиотических факторов. Его роль определяется, прежде всего, особой позицией растений в биосфере как автотрофов, образующих органическое вещество из простых неорганических соединений с использованием для синтеза энергии солнечного излучения (недаром этот процесс назван фотосинтез). Подчеркивая, что жизнь зеленых растений невозможна без света, К.А. Тимирязев образно назвал их «детьми Солнца». Свет оказывает на растения и значительное формообразующее действие, как форма роста, внутренняя структура тканей листа, величина хлоропластов и их расположение в клетках и т.д. С некоторыми особенностями светового режима тесно связано географическое распространение растений.
Цель
Изучить влияние факторов среды на интенсивность фотосинтеза
Задачи:
1.Установить зависимость продуктивности фотосинтеза от интенсивности света.
2. Определить влияние концентрации углекислого газа на интенсивность фотосинтеза
3. Выявить влияние массы растения на интенсивность фотосинтеза
4.Изучить соответствующую литературу, углубить знания о механизме фотосинтеза;
5.Экспериментальным путем установить влияние освещенности, концентрации углекислого газа и массы растения на интенсивность фотосинтеза.
Гипотеза
Интенсивность фотосинтеза (количество выделяемого кислорода) прямо пропорционально освещенности и зависит от концентрации углекислого газа.

Обзор литературы
Спектральный состав лучистой энергии солнца
Важнейшей особенностью процесса фотосинтеза является то, что он протекает с использованием энергии солнечного света.
Положение о том, что в процессе фотосинтеза могут быть использованы только поглощенные лучи солнечного света, впервые получило экспериментальное подтверждение в опытах К. А. Тимирязева. Опыты К. А. Тимирязева ясно показали, что процесс фотосинтеза проходит именно в тех лучах, которые поглощаются хлорофиллом. Хлорофилл является оптическим сенсибилизатором, поглощающим энергию света и передающим ее на молекулы Н2О и СО2. Определяя интенсивность процесса фотосинтеза в различных лучах солнечного спектра, К. А. Тимирязев показал, что наиболее интенсивное усвоение углекислоты наблюдается в красных лучах. Затем по направлению к зеленой части спектра процесс фотосинтеза постепенно ослабевает. В зеленых лучах фотосинтез минимальный. Зеленые лучи хлорофиллом почти не поглощаются. В сине-фиолетовой части спектра наблюдается второй подъем интенсивности фотосинтеза.
Поглощенная энергия в красном участке спектра используется более полно. Из этого наблюдения К. А. Тимирязев сделал вывод, что поглощенная энергия лучей разного качества, разной длины волны используется в фотохимических реакциях с разной эффективностью. Из теории фотоэффекта следует, что интенсивность любой фотохимической реакции определяется не количеством поглощенной энергии, а числом поглощенных квантов. Между тем величина квантов в разных лучах солнечного спектра различна. В красных лучах кванты характеризуются меньшей энергией.
Пигменты листа
Один из самых важных на Земле пигментов - хлорофилл. Без этого прекрасного изумрудного пигмента невозможна жизнь на Земле. Зеленый цвет - цвет жизни. Зеленые «фабрики» вокруг нас поддерживают жизнь. Исключительный интерес к изучению хлорофилла связан с тем, что этот пигмент поглощает солнечную энергию и осуществляет фотосинтез - основной процесс, обеспечивающий образование органических соединений и освобождение молекулярного кислорода на планете. Зеленый цвет хлорофилла зависит от непоглощенных зеленых лучей. Молекула хлорофилла обуславливает окраску практически всей растительности, превращает энергию солнечных лучей в энергию химических связей органических соединений. Зеленый пигмент не является химически индивидуальным веществом, у большинства растений он состоит из двух соединений: сине-зеленого хлорофилла а и желто-зеленого b,отличающихся различной степенью окисления, окраской и другими свойствами. Под действием света молекулы хлорофиллов возбуждаются, а после прекращения его действия возвращаются в исходное состояние, и этот переход сопровождается потерей энергии в виде излучения света - флюоресценции.
Спектры поглощения
В спектре четко различают семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.
В спектре поглощения хлорофиллов а и b - два ярко выраженных максимума: в красной области 660 и 640 нм, в сине-фиолетовой - 430 и 450 нм (рис.1). В живом зеленом листе спектр поглощения хлорофиллов более широкий и выровненный. Лучи в области 400 - 750 нм, т. е. в зоне поглощения хлорофилла, можно назвать фотосинтетически активными. У хлорофилла а поглощение в синих лучах примерно в 1,3 раза больше, чем в красных, а у хлорофилла b в 3 раза.
Величина квантов и их энергетический потенциал изменяются при этом слева направо: кванты синих лучей значительно богаче энергией, чем кванты красных. Когда свет падает на молекулы хлорофилла, часть энергии квантов рассеиваются в виде тепла, поэтому отраженные кванты несут меньший запас энергии, а длина волны света увеличивается, смещаясь в сторону длины волны красных лучей. Поэтому мы видим красное свечение при освещении хлорофилла белым светом, то есть явление флюоресценции.
Фотопериодизм и группы растений по типу фотопериодической реакции
Важнейшая характеристика светового режима фотопериод, т.е. продолжительность дня (или точнее, соотношение длины светлой и темной частей суток), которая неодинакова в течение года. Длина дня не безразлична для растений. Очень многие виды переходят от вегетативного развития к генеративному (цветение и плодоношение) только в том случае, если они развиваются при фотопериоде, не превышающем (или - в других случаях - не ниже) определенной критической величины. Способность растений реагировать на длину дня получила название фотопериодической реакции (ФПР), а круг явлений, регулируемых длиной дня, именуются фотопериодизмом. Фотопериодизм был открыт в 1920 г. В. Гарнером и Н. Аллардом.
Очень большое значение для фотосинтеза имеет содержание углекислого газа в окружающем растение воздухе. Средняя концентрация углекислоты в воздухе составляет 0,03% (по объему). Понижение содержания углекислого газа неблагоприятно влияет на урожай, а его повышение, например до 0,04% может повысить урожай почти в 2 раза. Более значительное повышение концентрации вредно для многих растений: например, при содержании углекислого газа около 0,1% растения томатов заболевают, у них начинают скручиваться листья. В оранжереях и теплицах можно повысить содержание углекислого газа, выпуская его из специальных баллонов или давая испаряться сухой углекислоте.
Методика проведения опытов
В работе была использована цифровая лабораторию «Архимед»
Опыт №1
Влияние интенсивности света на интенсивность фотосинтеза
Оборудование
Элодея канадская
Лампа с отражателем 150 Вт
Колба (250 мл) – 2шт
Резиновые пробки с отверстиями -2шт
Стеклянные трубки – 2шт
Силиконовые трубки -2шт
Плоский стеклянный сосуд объемом 1 л
Датчик давления – 2шт
Датчик освещенности
Датчик температуры
Соединительные провода для датчиков
Nova

Ход эксперимента
1. Налить в две колбы по 200 мл 0,5%-ного раствора бикарбоната натрия. В одну из них поместить 20 г элодеи канадской.
2. Колбы закрыть резиновыми пробками с отверстием, в которое вставлена стеклянная трубка с присоединенной к ней силиконовой трубкой.
3. К силиконовым трубкам присоединить датчики давления.
4. Датчики давления подсоединить к регистратору NOVA 5000.
5. Рядом с колбами установить датчик освещенности, соединенный с регистратором.
6. Так как на колбы действует свет от лампы, при помощи датчика температуры следить, чтобы температура раствора в колбе оставалась постоянной (повышение температуры увеличивает интенсивность фотосинтеза).
7. Источник света (лампу с отражателем) поместила на расстоянии 45 см от колб. Между колбами и лампой плоский сосуд, заполненный водой, уменьшающий вероятность нагревания содержимого колб.
8. Установки регистратора:
а) замеры каждую секунду
б) замеров 5000
9.Замерить давление в колбах:
а) расстояние до источника света 45см
б) расстояние до источника света 35см
в) расстояние до источника света 25см

Рис. 2 Влияние освещенности на интенсивность фотосинтеза.
Данные измерений в таблице №1
Расстояние до
источника
света, см Давление в колбе с
элодеей, кПа Давление в контрольной колбе
, кПа
45 102,86 101,96
35 103,04 101,96
25 103,74 101,96

Вывод При увеличении освещенности, давление в колбе с элодеей увеличивается, т.к. увеличивается количество кислорода, выделяемого при фотосинтезе, следовательно увеличивается интенсивность фотосинтеза.
Опыт №2
Влияние концентрации углекислого газа на интенсивность фотосинтеза
Оборудование
Элодея канадская
Лампа с отражателем 150 Вт
Колба (250 мл) – 2шт
Резиновые пробки с отверстиями -2шт
Стеклянные трубки – 2шт
Силиконовые трубки -2шт
Плоский стеклянный сосуд объемом 1 л
Датчик давления – 2шт
Датчик температуры
Соединительные провода для датчиков
Nova
Растворы бикарбоната натрия с концентрацией 0,5 %; 1%; 1,5%; 2%.
Ход эксперимента
1. Налить в две колбы по 200 мл 0,5%-ного раствора бикарбоната натрия. В одну из них поместить 20 г элодеи канадской.
2. Колбы закрыть резиновыми пробками с отверстием, в которое вставлена стеклянная трубка с присоединенной к ней силиконовой трубкой.
3. К силиконовым трубкам присоединить датчики давления.
4. Датчики давления подсоединить к регистратору NOVA 5000.
5. Так как на колбы действует свет от лампы, при помощи датчика температуры следить, чтобы температура раствора в колбе оставалась постоянной (повышение температуры увеличивает интенсивность фотосинтеза).
6. Установки регистратора:
а) замеры каждую секунду
б) замеров 5000
7.Замерить давление в колбах:
а) с концентрацией раствора бикарбоната натрия 0,5 %
б) с концентрацией раствора бикарбоната натрия 1 %
в) с концентрацией раствора бикарбоната натрия 1,5 %
г) с концентрацией раствора бикарбоната натрия 2 %
Данные измерений в таблице №2
Концентрация бикарбоната, %
Давление в колбе с
элодеей, кПа Давление в контрольной колбе,
кПа
0,5 102,56 101,96
1 103,14 101,96
1,5 103,02 101,96
2 102,04 101,96

Вывод. При увеличении концентрации бикарбоната натрия до 1,5 % интенсивность фотосинтеза увеличивается. При увеличении концентрации до 2 % интенсивность уменьшается, возможно, среда раствора становится щелочной, что ведет к снижению процессов жизнедеятельности растений.
Опыт №3
Влияние массы растения на интенсивность фотосинтеза
Оборудование
Элодея канадская
Лампа с отражателем 150 Вт
Колба (250 мл) – 2шт
Резиновые пробки с отверстиями -2шт
Стеклянные трубки – 2шт
Силиконовые трубки -2шт
Плоский стеклянный сосуд объемом 1 л
Датчик давления – 2шт
Датчик температуры
Соединительные провода для датчиков
Nova
Ход эксперимента
1. Налить в две колбы по 200 мл 0,5%-ного раствора бикарбоната натрия. В одну из них поместить 20 г элодеи канадской.
2. Колбы закрыть резиновыми пробками с отверстием, в которое вставлена стеклянная трубка с присоединенной к ней силиконовой трубкой.
3. К силиконовым трубкам присоединить датчики давления.
4. Датчики давления подсоединить к регистратору NOVA 5000.
5. Так как на колбы действует свет от лампы, при помощи датчика температуры следить, чтобы температура раствора в колбе оставалась постоянной (повышение температуры увеличивает интенсивность фотосинтеза).
6. Установки регистратора:
а) замеры каждую секунду
б) замеров 5000
7.Замерить давление в колбах:
а) с элодеей массой 20 г
б) с элодеей массой 40 г
в) с элодеей массой 60 г
Данные измерений в таблице №3
Масса элодеи, г Давление в колбе с
элодеей, кПа Давление в контрольной колбе
кПа
20 102,56 101,96
40 103,48 101,96
60 103,96 101,96

Вывод . Чем больше масса растения, тем больше фотосинтезирующая поверхность, следовательно увеличивается интенсивность фотосинтеза
Проведя исследования, я обнаружила, что:
а) при увеличении света интенсивность фотосинтеза увеличивается;
б) при увеличении концентрации диоксида углерода до 1 % интенсивность фотосинтеза увеличивается, если концентрация углекислого газа 1,5 % и больше интенсивность фотосинтеза уменьшается;
в) при увеличении массы растения интенсивность фотосинтеза увеличивается.
.
Вывод
1.При увеличении освещенности, давление в колбе с элодеей увеличивается, т.к. увеличивается количество кислорода, выделяемого при фотосинтезе, следовательно увеличивается интенсивность фотосинтеза.
2.При увеличении концентрации бикарбоната натрия до 1,5 % интенсивность фотосинтеза увеличивается. При увеличении концентрации до 2 % интенсивность уменьшается, возможно, среда раствора становится щелочной, что ведет к снижению процессов жизнедеятельности растений.
3. Чем больше масса растения, тем больше фотосинтезирующая поверхность, следовательно увеличивается интенсивность фотосинтеза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Билич Г.Л., Крыжановский В.А. «Биология для поступающих в ВУЗы»-М.: Оникс, 2006
2. Билич Г.Л., Крыжановский В.А. «Биология. Полный курс», том 2 – М.: Оникс, 2005
3. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология в 3томах (т.1) –М.: Мир, 1996
4. Мамонтов С.Р., Захаров В.Б. «Основы биологии» - М.: Просвещение, 2004
5.Бондарев А.С., Дмитриева Н.В. «Цифровая лаборатория «Архимед» в изучении биологии» (методисты ЦИТУО).
6. Ред. Мечева О.П. «Исследование физических явлений с помощью цифровой лаборатории «Архимед» (Информационные технологии в деятельности учителя – предметника), М., 2008.




Приложенные файлы


Добавить комментарий