матеріал 28

Урок 47. Пластиди. Структура хлоропласту та адаптації до фотосинтезу

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 47. Пластиди. Структура хлоропласту та адаптації до фотосинтезу

Очікувані результати навчання

розрізняє самостійно або у співпраці з іншими наукові факти, їх інтерпретації, судження – [12 ПРО 4.1.1-1 П]
розрізняє самостійно або у співпраці з іншими аргументи, що ґрунтуються на наукових твердженнях, доказах, теоріях, і такі, що ґрунтуються на псевдонаукових уявленнях – [12 ПРО 4.1.1-2 П]
інтерпретує самостійно або у співпраці з іншими наукові факти – [12 ПРО 4.1.1-3 П]
добирає самостійно або у співпраці з іншими методи дослідження, зважаючи на умови його проведення – [12 ПРО 1.3.1-1 П]
добирає та інтегрує самостійно або у співпраці з іншими інформацію природничого змісту, представлену в різних формах – [12 ПРО 2.2.1-2 П]
аналізує, систематизує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими опрацьовану інформацію – [12 ПРО 2.1.1-5 П]
оцінює значення наукових знань для забезпечення прогресу і якості життя – [12 ПРО 3.4.2-1 П]

Місце уроку в темі: Це перший із двох уроків про пластиди – види пластид, структура. Наступний буде про біохімічні процеси, які відбуваються у хлоропласті.

Проблема уроку: Як будова хлоропласта і пігменти у його складі дозволяють ефективно поглинати світло та акумулювати енергію, а також – які спеціалізовані типи пластид існують і чому клітина «перекваліфіковує» пластиди під різні функції?

Очікувані результати для вчителя:

Учнівство навчилось встановлювати зв’язки між структурою хлоропласту та його функціями.
Учнівство виконує лабораторну роботу з екстракції пігментів шляхом паперової хроматографії.
Учнівство демонструє вміння систематизувати та порівнювати типи пластид і застосовувати ці знання для пояснення реальних біологічних явищ.

Очікувані результати для учнівства:

Я можу пояснити будову хлоропласту і пов’язати кожну структуру з її роллю в поглинанні світла та акумуляції енергії.
Я вмію проводити та інтерпретувати дані простого експерименту паперової хроматографії, ідентифікувати основні пігменти в зразку рослини.
Я аналізую та порівнюю функції різних типів пластид та передбачаю, як і чому пластиди переходять з одного типу в інший в залежності від етапів розвитку рослини або в умовах середовища.

Ключові слова:

пластиди
хлоропласт
тилакоїд
грана
строма
ламела
хлорофіл
ксантофіли
каротиноїди
хроматографія
лейкопласти
хромопласти
етіопласти
протопласти

План уроку

Мотивація (5 хв)
Тобі може знадобитися (10 хв)
Життєва ситуація (15 хв)
Попрактикуймо самостійно (10 хв)
Рефлексія (5 хв)

1. Мотивація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв.

🛠 Як провести:

Покажіть кілька яскравих фото (осіннє листя, різнокольорові плоди, квіти).

Задайте запитання:

«Чому влітку листя зелене, а восени стає жовто-червоним?»

«Чому плоди мають таке різноманіття кольорів?»

Методичні поради:

Якщо є час і можливість, принесіть у клас реальні об’єкти (листя різних кольорів, фрукти).

✅ Головна ідея: Пластиди це органели завдяки яким рослини можуть фотосинтезувати, зберігати поживні речовини та приваблювати комах-запилювачів і тварин, що поширюватимуть плоди.

На початку осені ми спостерігаємо процес зміни кольору листя і потім процес листопаду. Як дерева, які ще вчора були вкриті зеленим листям, тепер сяють усіма відтінками жовтого, червоного й помаранчевого. Чому так відбувається?

Рис 1. Різнобарвні плоди і листя рослин. Джерело: Google

Запитання:

Чому листя влітку зелене, а восени стає жовтим чи червоним?
Чому плоди й квіти мають такі різні кольори?
Що в клітині відповідає за цю «палітру»?

Відповідь прихована в особливих органелах рослинних клітин – пластидах. Саме вони визначають, чи у клітині переважатиме зелений хлорофіл, чи жовті/помаранчеві каротиноїди, чи пластид накопичуватиме крохмаль у лейкопластах білого кольору.

Сьогодні ми дізнаємось:

як побудований хлоропласт і чому він настільки ефективний у процесі реалізації фотосинтезу;
які інші типи пластид існують, та які функції вони виконують;
чому пігменти листя визначають не стільки естетичну красу, скільки функціональні особливості органів рослин.

2. Тобі може знадобитися

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 10 хв.

🛠 Як провести:

Коротко розкрийте будову хлоропласту, пояснюючи зв’язок структури та функції.

На прикладі змін умов середовища, поясніть, як етіопласти перетворюються на хлоропласти, або хлоропласти на хромопласти.

Методичні прийоми:

Використовуйте асоціацію з кольорами (зелений – хлоропласт, жовтий/червоний – хромопласт, прозорий – лейкопласт).

Підкресліть, що пластиди можуть перетворюватися з одного типу в інший залежно від потреб рослини.

Щоб зрозуміти, чому пластиди такі важливі для життя рослинних організмів, детально обговоримо види пластид, та розглянемо їхню структуру. Кожен тип пластид виконує власну роль – від фотосинтезу до накопичення запасів чи створення кольору плодів і квітів.

Будова хлоропласту

Подвійна мембрана – захищає органелу та контролює обмін речовин, та є доказом ендосимбіотичного походження.
Строма – внутрішній рідкий вміст (у мітохондрій – матрикс), де відбуваються темнові реакції фотосинтезу, зберігається власна дволанцюгова кільцева молекула ДНК і «прокаріотичні» 70S рибосоми.
Тилакоїди – пласкі мембранні «мішечки»/»монетки», що утворюють грани (стопки). Тут розташовані білки – фотосистеми I та II, які поглинають фотони світла.
Ламели – «містки» (переходи) між гранами, що забезпечують ефективний транспорт електронів.

Рис 2. Хлоропласт у трансмісійному електронному мікроскопі. Джерело: FineArtAmerica

Адаптації хлоропласту для фотосинтезу

Велика площа тилакоїдних мембран забезпечує ефективне поглинання світла.
Розташування пігментів у фотосистемах забезпечує максимальне використання спектру видимого світла.
Власна ДНК і рибосоми дають можливість синтезувати хлоропластам необхідні білки прямо всередині органели.
Динамічність (можуть рухатись у цитоплазмі), що дозволяє підлаштуватись під освітлення і використати його ефективніше.

Рис 3. Структура хлоропласту. Джерело: Bioninja

Інші типи пластид

Рис 4. Типи пластид. Джерело: GeeksForGeeks

Хромопласти – містять каротиноїди (жовті, помаранчеві, червоні пігменти). Надають колір плодам (наприклад, томатам 🍅) і квітам 🌺, щоб приваблювати запилювачів і поширювачів насіння.
Лейкопласти – безбарвні, спеціалізовані на запасанні речовин:
- амілопласти: крохмаль (наприклад, картопля 🥔),
- елайопласти: олії (соняшник 🌻),
- протеїнопласти: білки (бобові 🌱).
Етіопласти – не розвинені до кінця хлоропласти, які виникають коли рослина перебуває у темряві. Якщо проросток потрапить на світло, етіопласти швидко перетворяться на хлоропласти.
Протопласти – «зародкові» пластиди в меристемних (твірних) клітинах, з яких формуються всі інші.

Висновок: пластиди – універсальні органели, які можуть змінювати свою спеціалізацію залежно від потреби рослини та умов середовища.

3. Життєва ситуація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 15 хв.

Як провести:

Мета: продемонструвати учнівству, що зелений колір листя — це не один пігмент, а цілий комплекс, який можна відокремити простим методом.

Матеріали:

свіже зелене листя,

спирт або ацетон для екстракції,

фільтрувальний (або хроматографічний) папір – смуги,

розчинник (найкраще ацетон + ефірна олія у співвідношенні 1:9),

склянки/пробірки, олівці, лінійки, пінцети.

• Хід роботи:

Розбийте клас на групи. Кожна група працює з власним зразком.

Нанесення зразку. Поясніть учням, що важливо кілька разів нанести краплю на стартову лінію для насичення.

Розділення. Занурте смужку паперу в розчинник так, щоб стартова лінія не торкалась розчинника. Наголосіть на техніці безпеки (робота зі спиртом/ацетоном у провітрюваному приміщенні).

Аналіз. Попросіть учнів обчислити коефіцієнт Rf для кожного пігменту та обговоріть, чому пігменти відрізняються у швидкості руху (різна полярність молекул і розчинність).

Методичні поради:

Для економії часу можна мати вже готові хроматограми, а учням доручити лише їх виміряти й проаналізувати.

На перший погляд усе листя зелене, але чи справді там прихований лише один пігмент? Сьогодні ми проведемо експеримент, який допоможе «виокремити ідентичність» різних фарбувальників клітини.

Практична робота: Паперова хроматографія фотосинтетичних пігментів

Підготовка зразку. Листок салату/петрушки, або інший розтирається ступкою у спирті – утворюється зелений екстракт.

Рис 5. Екстракція пігментів з листя. Джерело: DrchiSpook

Нанесення зразку. Краплю екстракту наносять на смужку фільтрувального паперу й дають підсохнути. Повторюють кілька разів для насичення кольору.

Рис 6. Нанесення і занурення зразка. Джерело: BiologyReader

Хроматографія. Нижній край паперу занурюють у склянку з розчинником (наприклад, ацетон, спирти, ефірні олії). Розчинник поступово піднімається вгору, розділяючи суміш пігментів.

Рис 8. Готова хроматограма з підписами пігментів. Джерело: ScienceSchool

Аналіз. Виміряйте відстань, яку пройшов розчинник, і відстань, яку пройшов кожен пігмент.

Рис 9. Як розраховують коефіцієнт Rf. Джерело: TWIMG

Обчисліть коефіцієнт Rf :

Запишіть результати:

хлорофіл a Rf =
хлорофіл b Rf =
ксантофіли Rf =
каротиноїди Rf =

Запитання для роздумів:

Чому деякі пігменти рухаються швидше, а інші повільніше?
Як наявність жовтих і помаранчевих пігментів може пояснити осінні кольори?
Чому для рослини важливо мати у складі листя та інших органів не тільки хлорофіли, а й інші допоміжні пігменти?

Висновок: навіть у звичайному зеленому листку прихований спектр пігментів, які разом роблять фотосинтез більш ефективним, а також захищають рослину від надлишку світла.

4. Попрактикуймо самостійно

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв.

Завдання 1:

Студент використовує паперову хроматографію в експерименті для дослідження чотирьох зразків рослинних пігментів E, F, G та H можливого розділення на різні речовини. На Рис. 10 показано зовнішній вигляд паперу до та після експерименту.

Рис 10. Паперова хроматограма. Джерело: Pearson

Визначте кількість пігментів у зразку H: ________________________________________ʼ
Поясніть можливу причину, чому суміш F не рухається під час експерименту:

_____________________________________________________________________________
Укажіть, які два зразки містять пігмент, який найкраще розчинився у розчиннику:

______________________________________________________________________________
Визначте, який зразок містить пігмент зі значенням Rf, найближчим до 0,67. Покажіть свої розрахунки:
Відповідь: ______________________________________________________________________

Очікувані відповіді учнівства:

Завдання 1:

Визначте кількість пігментів у зразку H: 2
Поясніть можливу причину, чому суміш F не рухається під час експерименту: розчинник полярний – речовина – ні.
Укажіть, які два зразки містять пігмент, який найкраще розчинився у розчиннику: E, H
Визначте, який зразок містить пігмент зі значенням Rf, найближчим до 0,67: G

Завдання 2:

Рис 11. Будова хлоропласта. Джерело: Quizlet

Підпишіть складові частини хлоропласта на Рис. 11.

Очікувані відповіді учнівства:

Завдання 2:

Підписані складові частини хлоропласта на Рис. 11.

Завдання 3:

Рис 12. Хлоропласт у трансмісійному електронному мікроскопі. Джерело: Qualifications

Позначте, що на Рис. 12 позначеної літерою Z:

A цитоплазма
Б матрикс
В строма
Г тилакоїд

Наведене нижче рівняння можна використовувати для обчислення збільшення цього хлоропласту.

Використовуйте це рівняння, щоб обчислити фактичну довжину цього хлоропласту між лініями, позначеними W та Y.
Покажіть свої розрахунки:

Відповідь: ______________ – фактична довжина хлоропласту.

Очікувані відповіді учнівства:

Завдання 3:

Позначте, що на Рис. 12 позначеної літерою Z: В
Фактична довжина хлоропласта: приблизно 0,011 мм = 11 мкм

Рефлексія

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв.

Формати рефлексії:

Запропонуйте учнівству обрати емодзі, яке найбільше відображає їхнє відчуття від теми.

Попросіть кількох охочих пояснити свій вибір.

Використайте запитання для дискусії.

Закінчіть речення:

Найцікавішим для мене було дізнатися, що

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Я вражений/а, що пластиди…

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Питання, яке мені ще хотілося б дослідити:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Оцініть свої відчуття та розуміння теми за емодзі-шкалою фотосинтезу:

☀️ – Я відчуваю, що «зарядився/лась енергією знань» і все зрозумів/ла.
🌿 – У мене залишилися кілька запитань, але загальне уявлення чітке.
🍂 – Було складно, але я бачу, над чим працювати далі.
🌑 – Поки ще «темно», потребую повторення або додаткових пояснень.

💬 Обговорення:

Що найбільше здивувало вас у властивостях пластид?
Як би ви пояснили молодшому/ій братові/сестрі, чому листя восени змінює колір?
Чим для тебе особисто цінні ці знання?

У вільний від відпочинку час

Відео для допитливих:

Типи пластид та способи їх перетворення – анімація:
https://www.youtube.com/watch?v=9SPP7pJ_hX4
Типи пластид – пояснення: https://www.youtube.com/watch?v=VdV8kGWd0Jc
Всередині листка – анімація: https://www.youtube.com/watch?v=pwymX2LxnQs
Всередині хлоропласта – YouTubeShorts: https://www.youtube.com/shorts/X7KRlQy2-zY

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 47. Пластиди. Структура хлоропласту та адаптації до фотосинтезу

Очікувані результати навчання

Місце уроку в темі: Це перший із двох уроків про пластиди – види пластид, структура. Наступний буде про біохімічні процеси, які відбуваються у хлоропласті.

Проблема уроку: Як будова хлоропласта і пігменти у його складі дозволяють ефективно поглинати світло та акумулювати енергію, а також – які спеціалізовані типи пластид існують і чому клітина «перекваліфіковує» пластиди під різні функції?

Очікувані результати для учнівства:

Я можу пояснити будову хлоропласту і пов’язати кожну структуру з її роллю в поглинанні світла та акумуляції енергії.
Я вмію проводити та інтерпретувати дані простого експерименту паперової хроматографії, ідентифікувати основні пігменти в зразку рослини.
Я аналізую та порівнюю функції різних типів пластид та передбачаю, як і чому пластиди переходять з одного типу в інший в залежності від етапів розвитку рослини або в умовах середовища.

Ключові слова:

пластиди
хлоропласт
тилакоїд
грана
строма
ламела
хлорофіл
ксантофіли
каротиноїди
хроматографія
лейкопласти
хромопласти
етіопласти
протопласти

План уроку

Мотивація (5 хв)
Тобі може знадобитися (10 хв)
Життєва ситуація (15 хв)
Попрактикуймо самостійно (10 хв)
Рефлексія (5 хв)

1. Мотивація

На початку осені ми спостерігаємо процес зміни кольору листя і потім процес листопаду. Як дерева, які ще вчора були вкриті зеленим листям, тепер сяють усіма відтінками жовтого, червоного й помаранчевого. Чому так відбувається?

Запитання:

Чому листя влітку зелене, а восени стає жовтим чи червоним?
Чому плоди й квіти мають такі різні кольори?
Що в клітині відповідає за цю «палітру»?

Відповідь прихована в особливих органелах рослинних клітин – пластидах. Саме вони визначають, чи у клітині переважатиме зелений хлорофіл, чи жовті/помаранчеві каротиноїди, чи пластид накопичуватиме крохмаль у лейкопластах білого кольору.

Сьогодні ми дізнаємось:

як побудований хлоропласт і чому він настільки ефективний у процесі реалізації фотосинтезу;
які інші типи пластид існують, та які функції вони виконують;
чому пігменти листя визначають не стільки естетичну красу, скільки функціональні особливості органів рослин.

2. Тобі може знадобитися

Щоб зрозуміти, чому пластиди такі важливі для життя рослинних організмів, детально обговоримо види пластид, та розглянемо їхню структуру. Кожен тип пластид виконує власну роль – від фотосинтезу до накопичення запасів чи створення кольору плодів і квітів.

Будова хлоропласту

Подвійна мембрана – захищає органелу та контролює обмін речовин, та є доказом ендосимбіотичного походження.
Строма – внутрішній рідкий вміст (у мітохондрій – матрикс), де відбуваються темнові реакції фотосинтезу, зберігається власна дволанцюгова кільцева молекула ДНК і «прокаріотичні» 70S рибосоми.
Тилакоїди – пласкі мембранні «мішечки»/»монетки», що утворюють грани (стопки). Тут розташовані білки – фотосистеми I та II, які поглинають фотони світла.
Ламели – «містки» (переходи) між гранами, що забезпечують ефективний транспорт електронів.

Адаптації хлоропласту для фотосинтезу

Велика площа тилакоїдних мембран забезпечує ефективне поглинання світла.
Розташування пігментів у фотосистемах забезпечує максимальне використання спектру видимого світла.
Власна ДНК і рибосоми дають можливість синтезувати хлоропластам необхідні білки прямо всередині органели.
Динамічність (можуть рухатись у цитоплазмі), що дозволяє підлаштуватись під освітлення і використати його ефективніше.

Інші типи пластид

Хромопласти – містять каротиноїди (жовті, помаранчеві, червоні пігменти). Надають колір плодам (наприклад, томатам 🍅) і квітам 🌺, щоб приваблювати запилювачів і поширювачів насіння.
Лейкопласти – безбарвні, спеціалізовані на запасанні речовин:
- амілопласти: крохмаль (наприклад, картопля 🥔),
- елайопласти: олії (соняшник 🌻),
- протеїнопласти: білки (бобові 🌱).
Етіопласти – не розвинені до кінця хлоропласти, які виникають коли рослина перебуває у темряві. Якщо проросток потрапить на світло, етіопласти швидко перетворяться на хлоропласти.
Протопласти – «зародкові» пластиди в меристемних (твірних) клітинах, з яких формуються всі інші.

Висновок: пластиди – універсальні органели, які можуть змінювати свою спеціалізацію залежно від потреби рослини та умов середовища.

3. Життєва ситуація

На перший погляд усе листя зелене, але чи справді там прихований лише один пігмент? Сьогодні ми проведемо експеримент, який допоможе «виокремити ідентичність» різних фарбувальників клітини.

Практична робота: Паперова хроматографія фотосинтетичних пігментів

Підготовка зразку. Листок салату/петрушки, або інший розтирається ступкою у спирті – утворюється зелений екстракт.

Нанесення зразку. Краплю екстракту наносять на смужку фільтрувального паперу й дають підсохнути. Повторюють кілька разів для насичення кольору.

Хроматографія. Нижній край паперу занурюють у склянку з розчинником (наприклад, ацетон, спирти, ефірні олії). Розчинник поступово піднімається вгору, розділяючи суміш пігментів.

Аналіз. Виміряйте відстань, яку пройшов розчинник, і відстань, яку пройшов кожен пігмент.

Обчисліть коефіцієнт Rf :

Запишіть результати:

хлорофіл a Rf =
хлорофіл b Rf =
ксантофіли Rf =
каротиноїди Rf =

Запитання для роздумів:

Чому деякі пігменти рухаються швидше, а інші повільніше?
Як наявність жовтих і помаранчевих пігментів може пояснити осінні кольори?
Чому для рослини важливо мати у складі листя та інших органів не тільки хлорофіли, а й інші допоміжні пігменти?

Висновок: навіть у звичайному зеленому листку прихований спектр пігментів, які разом роблять фотосинтез більш ефективним, а також захищають рослину від надлишку світла.

4. Попрактикуймо самостійно

Завдання 1:

Студент використовує паперову хроматографію в експерименті для дослідження чотирьох зразків рослинних пігментів E, F, G та H можливого розділення на різні речовини. На Рис. 10 показано зовнішній вигляд паперу до та після експерименту.

Визначте кількість пігментів у зразку H: ________________________________________ʼ
Поясніть можливу причину, чому суміш F не рухається під час експерименту:

_____________________________________________________________________________
Укажіть, які два зразки містять пігмент, який найкраще розчинився у розчиннику:

______________________________________________________________________________
Визначте, який зразок містить пігмент зі значенням Rf, найближчим до 0,67. Покажіть свої розрахунки:
Відповідь: ______________________________________________________________________

Завдання 2:

Підпишіть складові частини хлоропласта на Рис. 11.

Завдання 3:

Позначте, що на Рис. 12 позначеної літерою Z:

A цитоплазма
Б матрикс
В строма
Г тилакоїд

Наведене нижче рівняння можна використовувати для обчислення збільшення цього хлоропласту.

Використовуйте це рівняння, щоб обчислити фактичну довжину цього хлоропласту між лініями, позначеними W та Y.
Покажіть свої розрахунки:

Відповідь: ______________ – фактична довжина хлоропласту.

Рефлексія

Закінчіть речення:

Найцікавішим для мене було дізнатися, що

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Я вражений/а, що пластиди…

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Питання, яке мені ще хотілося б дослідити:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Оцініть свої відчуття та розуміння теми за емодзі-шкалою фотосинтезу:

☀️ – Я відчуваю, що «зарядився/лась енергією знань» і все зрозумів/ла.
🌿 – У мене залишилися кілька запитань, але загальне уявлення чітке.
🍂 – Було складно, але я бачу, над чим працювати далі.
🌑 – Поки ще «темно», потребую повторення або додаткових пояснень.

💬 Обговорення:

Що найбільше здивувало вас у властивостях пластид?
Як би ви пояснили молодшому/ій братові/сестрі, чому листя восени змінює колір?
Чим для тебе особисто цінні ці знання?

У вільний від відпочинку час

Відео для допитливих:

Типи пластид та способи їх перетворення – анімація:
https://www.youtube.com/watch?v=9SPP7pJ_hX4
Типи пластид – пояснення: https://www.youtube.com/watch?v=VdV8kGWd0Jc
Всередині листка – анімація: https://www.youtube.com/watch?v=pwymX2LxnQs
Всередині хлоропласта – YouTubeShorts: https://www.youtube.com/shorts/X7KRlQy2-zY

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе