NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH LÁ NHÂN TẠO ỨNG DỤNG TRONG PHÒNG HỌC

Tại thời điểm bắt đầu thực hiện đề tài, tại chương trình học theo sách giáo khoa sinh học lớp 11 nâng cao, chúng em đang được học về phản ứng quang hợp, sinh lý thực vật.Thông qua các phương tiện thông tin đại chúng về thực trạng môi trường, lượng khí thải do công nghiệp, diện tích rừng che phủ, hiếu ứng nhà kính cũng như các biển đổi khi hậu khác trên toàn cầu

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG CHU VĂN AN QUẬN BA ĐÌNH – TÂY HỒ ************** ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015). Tên đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH LÁ NHÂN TẠO ỨNG DỤNG TRONG PHÒNG HỌC Lĩnh vực: Sinh Hóa NGƯỜI HƯỚNG DẪN - Nguyễn Thị Thanh Bình - Đơn vị công tác: THPT Chu Văn An TÁC GIẢ: 1 Đặng Việt Long Lớp: 11 Sinh Trường:Chu Văn An 2. Vũ Hoài Nam Lớp: 11 Sinh Trường:Chu Văn An Hà Nội, tháng 11 năm 2013 Mục Lục Phần I: Lí do chọn đề tài Phần II: Tổng quan nghiên cứu và điểm mới, sáng tạo Phần III: Quá trình nghiên cứu Phần IV: Kết Luận Tài Liệu Tham Khảo Phần I Lý do chọn đề tài 1. Thực tế học tại lớp: Tại thời điểm bắt đầu thực hiện đề tài, tại chương trình học theo sách giáo khoa sinh học lớp 11 nâng cao, chúng em đang được học về phản ứng quang hợp, sinh lý thực vật. 2. Vấn đề môi trường: Thông qua các phương tiện thông tin đại chúng về thực trạng môi trường, lượng khí thải do công nghiệp, diện tích rừng che phủ, hiếu ứng nhà kính cũng như các biển đổi khi hậu khác trên toàn cầu. 3. Thực trạng lớp học: Trải nghiệm cá nhân khi học tập trong các lớp học kìn, không có lưu thông khí, tạo ra môi trường ngột ngạt, khó chịu cho học sinh cũng như người giảng dạy dẫn đếm giảm hiệu xuất học tập cũng như giảng dạy. Môi trường nhỏ hẹp không phù hợp để trồng cây xanh. 4. Quan sát môi trường: Được học tập trong môi trương nhiều cây xanh như tại trường Chu Văn An em thấy được lợi ích của cây trong việc tạo ra môi trường xanh – sách – đẹp. Cũng như sự lãng phí khi nhiều lá xanh những đã rụng khỏi cây, chúng vẫn còn khá năng quang hợp tạo Oxi. Từ đó dẫn đề các ý tưởng về việc tái sử dụng lượng lá đó. Phần II Tổng quan nghiên cứu và điểm mới, sáng tạo 1. Mục đích của đề tài: • Cô lập lục lạp khỏi lá • Xây dựng môi trường duy trì sự sống của lục lạp • Xây dựng màng sinh học đính lục lạp • Xây dựng thiết kế tổng quan lá nhân tạo 2. Điểm mới, sáng tạo: • Một bước trong công cuộc mô phỏng tự nhiên của con người • Công nghệ xử lí CO2 mới • Một loại màng sinh học mới • Một bước trong việc mô phỏng phản ứng quan hợp (quang hợp nhân tạo) • Vật liệu mới Phần III Quá trình nghiên cứu, kết quả và hướng nghiên cứu 1. Quá trình nghiên cứu • Nghiên cứu nguyên lý của hoạt động quang hợp ở cây xanh o Pha sáng của quang hợp:  Nguyên liệu: nước, ánh sáng  Nơi diễn ra: Trên màng Tilacoit  Trình tự phản ứng:  Ánh sáng kích thích Chlorophyll rồi năng lượng được chuyển đến đôi Chlorophyll trung tâm P680 ở quang hệ II, e từ đôi Chlorophyll P680 được chất nhận e sơ cấp thu nhận  Phản ứng phân ly nước cung cấp e đã mất cho đôi Chlorophyll P680 đồng đời tạo ra ½ phân tử và 2  E từ chất nhận e sơ cấp được chuyền qua chuỗi truyền e bao gồm các phức hệ Pc, Cytochrome b6, Pq đến quang hệ I  Khi đi qua chuỗi chuyền, H+ được đưa ra ngoài thông qua phức hệ ATP-synteaza tạo ATP  Năng lượng được chuyền đến đôi Chlorophyll P700 ở quang hệ I, e từ đôi Chlorophyll P700 được chất nhận e sơ cấp thu nhận rồi được chuyền đến NADP+ và được enzim NADP-redutaza khử thành NADPH  Sản phẩm: ATP, NADPH, CO2 o Pha tối của quang hợp  Nguyên liệu: ATP, NADPH, CO2  Nơi diễn ra: trong chất nền Stroma  Trình tự phản ứng  Pha 1: Cố định cacbon : 3 phân tử CO2 đi vào được gắn với chất nhận là RiDP dưới tác dụng của enzyme rubisco tạo thành 3 phân tử 6C lỏng lẻo và chuyển thành 6 phân tử 3C là APG ( axit photpho glixeric )  Pha 2: Khử : 6 phân tử APG được khử bởi 6ATP và 6NADPH tạo thành 6 phân tử AlPG ( ahdehit photpho glixeric)  Pha 3: tái sinh chất nhận : chỉ có 1 phân tử AlPG đi ra khỏi chu trình để tạo đường, 5 phân tử còn lại được khử bởi 3 ATP tái tạo lại chất nhận RiDP.  Sản phẩm: 6H2O, 18ADP, 12 NADP , C6H12O6 • Nghiên cứu cách tách nguyên vẹn lục lạp(bào quan quang hợp) và bảo quản lục lạp o Lục lạp  Lục lạp là một trong ba dạng lạp thể (vô sắc lạp, sắc lạp, lục lạp) chỉ có trong các tế bào có chức năng quang hợp ởthực vật. Lục lạp thường có hình bầu dục. Mỗi lục lạp được bao bọc bởi màng kép(hai màng), bên trong là khối cơ chất không màu - gọi là chất nền (stroma) chứa prôtein ưa nước và các hạt nhỏ (grana).  như một chồng tiền xu gồm các túi dẹp (gọi là tilacoit (thylakoid)). Trên bề mặt của màng tilacoit có hệ sắc tố (chất diệp lục và sắc tố vàng) và các hệ enzim . Trong lục lạp có chứa ADN và riboxom nên nó có khả năng tổng hợp protein cần thiết cho mình.  Lục lạp không chỉ có bộ mày quang hợp hoàn chỉnh, mà cả hệ thống tổng hợp prôtein riêng, những thông tin di truyền dưới dạng ADN lạp thể. o Cách tách lục lạp  Chuẩn bị:  Dung dịch tách chứ NaCl và chất đệm Photphat với nồng độ hợp lý(đang thử nghiệm các nồng độ để kiểm chứng), pH trung bình bằng 7,1  Lá cây  Kéo hoặc dao  Cân điện tử  Máy ly tâm  Phễu lọc  Vải lọc  Ống ly tâm  Máy xay hoặc cối sứ  Pipet bán tự động  Các bước tiến hành: Bước 1 : Cân 100g lá tươi Bước 2 : Cắt nhỏ rồi nghiền bằng cối sứ hoặc xay bằng máy xay cùng với vài dung dịch tách Bước 3 : Lọc qua 2 lớp vải lọc thu được dung dịch Bước 4 : Ly tâm lần một ở 500-1000 vòng/phút trong 3 phút Bước 5 : Lọc bỏ cặn Bước 6 : Ly tâm lần hai ở 2000 vòng/phút trong 10 phút Bước 7 : Loại bỏ dịch lỏng màu trắng đục phia trên ta thi được cặn màu xanh lục (là lục lạp) Bước 8 : Cho vài giọt dụng dịch tách vào dung dịch chứa cặn trộn đều bằng pipet ta thu được dung dịch chứa lục lạp o Cách bảo quản lục lạp  Bảo quản trong điều kiện nhiệt độ thấp, tránh ánh sáng • Nghiên cứu về khả năng thực hiện phản ứng quang hợp ở lục lạp đã được đưa ra khỏi môi trường lá o Lục lạp có ADN và ribosome riêng. Nhưng trong quá trình tiến hoá, một số lượng lớn các gene từ bộ gene lục lạp đã di chuyển vào trong nhân. Các protein từ các gene này được tổng hợp trong tế bào chất của tế bào "mẹ", rồi mới được dẫn vào lục lạp nên cần bổ sung vào môi trường nhân tạo các protein đó o Cung cấp vào môi trường hệ đệm, các chất cần thiết để duy trì hoạt động của lục lạp và đồng thời vừa cung cấp nguyên liệu cho quá trình quang hợp vừa tách ra sản phẩm • Nghiên cứu các cách chế tạo màng sinh học o Màng sinh học giúp giữ lại môi trường nhân tạo cho lục lạp và giúp lục lạp cố định trên đấy o Là nơi trao đổi chất cung cấp các chất cần thiết cho lục lạp và lấy ra sản phẩm là tinh bột và O2 • Phác thảo các bước tiếp theo của đề tài 2. Các bước tiếp theo • Kiểm tra khả năng thực hiện phản ứng quan hợp ở lục lạp khi đã được đưa ra khỏi môi trường lá • Nghiên cứu môi trường tối ưu duy trì sự tồn tại của lục lạp • Nghiên cứu về môi trường bổ sung enzim cần thiết • Nghiên thêm về các phương pháp chế tạo màng sinh học • Thử nghiệm trên các loại nguyên liệu để chế tạo màng sinh học • Nghiên cứu áp dụng các phương pháp chế tạo trên từng vật liệu tìm phương pháp và vật liệu tối ưu phù hợp với mục tiêu đề tài • Xây dựng mô hinh thử nghiệm của màng sinh học đình lục lạp • Thử nghiệm chiết tách lục lạp lần 2 • Thử nghiệm xây dựng bản thử nghiệm của màng sinh học với mô trường thích hợp • Thử nghiệm đính lục lạp lên màng nhân tạo • Kiểm tra thời gian lục lạp tồn tại trên màng (như một bào quan) • Kiểm tra việc thực hiện phản ứng quan hợp của lục lạp đã đính trên màng Tài liệu tham khảo  Sinh học 10 nâng cao  Sinh học 11 nâng cao  Campbell  Wikipedia  Diễn đàn Nhà sinh học trẻ  Cùng một số tài liệu khác