(Sáng kiến kinh nghiệm) hệ thống kiến thức lý thuyết theo chuyên đề và phân dạng bài tập phần quang hợp – hô hấp trong chương trình sinh học 10, sinh học 11

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓATRƯỜNG THPT TĨNH GIA 3 --- ---SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM “HỆ THỐNG KIẾN THỨC LÝ THUYẾT THEO CHUYÊN ĐỀ VÀ PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN QUANG HỢP – HÔ HẤP TRONG C

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT TĨNH GIA 3

-

 -SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

“HỆ THỐNG KIẾN THỨC LÝ THUYẾT THEO CHUYÊN ĐỀ

VÀ PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN QUANG HỢP – HÔ HẤP TRONG CHƯƠNG TRÌNH SINH HỌC 10, SINH HỌC 11”

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 3

2.3.1 Chuyên đề quang hợp

2.3.1.1: hệ thống kiến thức lý thuyết theo chuyên đề.

2.3.1.1.1 Khái niệm quang hợp.

2.3.1.1.2 Cơ quan quang hợp

2.3.1.1.3 Hai pha quá trình quang hợp.

a Pha sáng

b Pha tối

3 3 3 3 3 5 5 b.1 Pha tối ở thực vật C 3

b.2 Pha tối ở thực vật C 4

b.3 Pha tối ở thực vật CAM

5 5 6

2.3.1.2: Câu hỏi và bài tập

Dạng 1: Khái niệm quang hợp

Dạng 2: Cơ quan quang hợp

Dạng 3: Cơ chế quang hợp

2.3.2 Chuyên đề hô hấp

2.3.2.1 Hệ thống lý thuyết theo chuyên đề

2.3.2.1.1 Khái niệm hô hấp

2.3.2.1.2.Ty thể - bào quan hô hấp

1 MỞ ĐẦU

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Sinh học là bộ môn khoa học quan trọng trong nhà trường phổ thông.Môn sinh học cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến thức khoa học và nhữngkiến thức thực tế vô cùng phong phú, giáo viên bộ môn Sinh học cần hình thành

ở các em một kỹ năng cơ bản, phổ thông và thói quen học tập và làm việc khoahọc làm nền tảng cho việc giáo dục xã hội chủ nghĩa, phát triển năng lực nhậnthức, năng lực hành động Có những phẩm chất cần thiết như cẩn thận, kiên trì,trung thực, tỉ mỉ, chính xác, yêu khoa học, yêu thiên nhiên và bảo vệ môi trườngsống

Trong quá trình giảng dạy môn Sinh học 10, Sinh học 11 tại trường THPT

và qua việc bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 11 kiến thức lý thuyêt và bài tập phầnQuang hợp và Hô hấp trong chương trình tương đối khó và trừu tượng, đồngthời còn có sự trùng lặp kiến thức ở lớp 10 và lớp 11 Từ thực tế giảng dạy và ônthi học sinh giỏi, tôi đã tiến hành dạy kiến thức lý thuyết theo chuyên đề Quanghợp, chuyên đề Hô hấp, sau đó phân dạng các bài tập giúp học sinh nắm vữngkiến thức và giải quyết bài tập phần này có hiệu quả nên tôi viết sáng kiến kinh

nghiệm này với đề tài: “ Hệ thống kiến thức lý thuyết theo chuyên đề và phân dạng bài tập phần Quang hợp – Hô hấp trong chương trình Sinh học 10, Sinh học 11”

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:

Với mong muốn học sinh khi tiếp cận kiến thức lý thuyết quang hợp, hôhấp không bị nhầm lẫn và không lúng túng khi làm bài tập, đặc biệt là khả năngnhận dạng nhanh đưa ra hướng giải quyết câu hỏi và bài tập trong các đề thiphát huy được tính tích cực và tạo hứng thú cho học sinh

Xây dựng được hệ thống kiến thức lý thuyết và bài tập phần quang hợp và

hô hấp là nguồn tài liệu giúp cho việc ôn thi TPHT quốc gia, ôn thi học sinh giỏi

và trong quá trình giảng dạy Sinh học

1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:

Học sinh lớp 11A1 và 11A4 Trường THPT Tĩnh Gia 3 Năm học 2017 2018

-1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Để tiến hành nghiên cứu đề tài tôi đã sử dụng các phương pháp:

- Nghiên cứu lý thuyết

- Thực nghiệm sư phạm

- Đúc rút kinh nghiệm từ bản thân

- Trao đổi chuyên môn để học hỏi các đồng nghiệp

+ Lớp 11A4 - Không sử dụng phương pháp (Lớp đối chứng)

+ Lớp 11A1 - Sử dụng phương pháp (Lớp thực nghiệm)

Sau khi giảng dạy sẽ tiến hành cho học sinh 2 lớp làm cùng 1 đề kiểm tra

và so sánh kết quả

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM.

2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

Trong chương trình Sinh học 10 kiến thức về quang hợp và hô hấp được

đề cập ở bài 23, bài 24 – Hô hấp tế bào, bài 25, bài 26 – Hóa tổng hợp và quangtổng hợp Trong chương trình Sinh học 11 là kiến thức về quang hợp ở cơ thểthực vật và hô hấp ở cơ thể thực vật Về bản chất cơ chế quang hợp và hô hấp ởmức cơ thể cơ bản diễn ra như cơ chế trong tế bào

Vì vậy khi học phần này ở lớp 10 học sinh nắm vững kiến thức về: Cơ chếhai pha quang hợp, các giai đoạn của hô hấp tế bào, thì khi học quang hợp ởthực vật, hô hấp ở thực vật ở lớp 11 học sinh sẽ dễ dàng nắm vững kiến thức

2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM:

Qua thực tế giảng dạy tại trường tôi nhận thấy nếu kết hợp dạy theochuyên đề thì học sinh sẽ hệ thống hóa kiến thức quang hợp và hô hấp ở lớp 10,lớp 11 dễ dàng, không phải học lặp lại, từ đó có thời lượng để giáo viên giớithiệu các câu hỏi, các dạng bài tập, các kiến thức thực tế ở phần quang hợp và

hô hấp

2.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN

2.3.1 CHUYÊN ĐỀ QUANG HỢP:

2.3.1.1 Hệ thống lý thuyết theo chuyên đề

2.3.1.1.1 Khái niệm quang hợp.

1 Khái niệm:

2 Phương trình tổng quát

3 Vai trò của quá trình quang hợp

2.3.1.1.2 Cơ quan quang hợp

1 Lá là cơ quan quang hợp (Hình thái, giải phẫu của lá thích nghi vớichức năng quang hợp)

2 Lục lạp – Bào quan quang hợp (Hình dạng, thành phần hóa học, cấu tạocủa lục lạp)

3 Hệ sắc tố quang hợp:

- Sắc tố chính - diệp lục (Các loại diệp lục, công thức phân tử, vai trò)

- Sắc tố phụ - carotennoit (Các loại sác tố phụ, công thức phân tử, vai trò)

2.3.1.1.3 Hai pha của quá trình quang hợp:

a Pha sáng:

- Là pha có nhiệm vụ hấp thụ năng lượng ánh sáng để chuyển hóa thànhnăng lượng trong ATP và NADPH, đồng thời giải phóng O2vào khí quyển nhờquá trình quang phân li H2O

- Nơi xảy ra: Trên màng Tilacoit của lục lạp

- Các giai đoạn:

+ Giai đoạn quang lý: là quá trình diệp lục hấp thụ ánh sáng làm mất điện tử

+ Giai đoạn quang hóa: Bao gồm quang hóa khởi nguyên, quang photphorin

hóa và quang phân li nước

Quang hóa khởi nguyên: là quá trình biến đổi thuận nghịch của phân tử

diệp lục, trong đó xảy ra quang khử diệp lục và oxi hóa chất cho điện tử thôngqua hệ thống truyền điện tử phức tạp

Quang Photphorin hóa: là quá trình tạo ATP trong quang hợp, xảy ra

đồng thời với quá trình vận chuyển điện tử trong quang hợp, xảy ra trên màng tilacoit Khi điện tử được vận chuyển từ chất có thế năng oxi hóa khử thấp đến chất có thế năng oxi hóa khử cao, điện tử sẽ nhường bớt một phần năng lượng cho chất truyền e Chất truyền điện tử đồng thời là các bơm proton (bơm H+) nên

nó đã sử dụng năng lượng từ e để bơm H+ từ chất nền lục lạp vào xoang Tilacoit tạo thế năng H+ cao Các ion H+ sẽ khuếch tán từ xoang Tilacoit ra chất nền của lục lạp (qua kênh ATP synthaza ở trên màng tilacoit) để tổng hợp ATP

Photphorin hóa quang hợp bao gồm quang photphorin hóa vòng và quang photphorin hóa không vòng:

Quang photphorin hóa vòng: điện tử tách ra khỏi diệp lục sẽ được truyền cho chất nhận điện tử và cuối cùng lại trở về diệp lục, vì vậy quang photphorin hóa vòng không dẫn tới quang phân ly H2O, chỉ sinh ATP và gắn liền với hệ quang hóa PSI

Quang photphorin hóa không vòng: điện tử tách ra khỏi diệp lục sẽ truyềncho các chất nhận điện tử và cuối cùng đưa đến NADP+ để hình thành NADPH,

vì vậy quang photphorin hóa không vòng sinh được ATP, NADPH, O2 gắn liền với hai hệ quang hóa PSI, PSII

Diệp lục hấp thụ photon ánh sáng:

4dl + hv ↔ 4dl* + e (4dl* xúc tác cho quá trình phân ly H2O)

4 H2O + 4dl*→ 4 H+ + 4 OH- + 4 dl (diệp lục đã lấy e của OH-)

- Nơi xảy ra: Chất nền của lục lạp

b.1 Pha tối ở thực vật C3 ( Chu trình Canvin – Benson)

- Gồm 3 giai đoạn:

* Giai đoạn Cacboxyl hóa:

Chất nhận CO2 đầu tiên và duy nhất là hợp chất 5C ( Ribulozo- 1,5- điphotphat (Ri- 1,5DP) kết hợp với CO2 tạo ra 2 phân tử Axit photphoglyxeric (APG)

Ri- 1,5DP + CO2RIDP cacboxylaza

* Giai đoạn khử:

APG + ATP p h otp h oglixeratkinaza → A- 1,3 DPG (axit 1,3điphotphoglixeric )Sau đó A- 1,3 DPG được NADPH khử thành ALPG

A- 1,3 DPG + NADPH Glyxeraldehytphotphatdehydrogenase → ALPG + NADP + P

* Giai đoạn tái sinh chất nhận:

ALPG sẽ biến đổi đồng phân DHAP (đihydroxiaxetonphotphat) Sau đó 2 phgaan tử đường 3 cacbon ALPG và DHAPsẽ kết hợp lại tạo thành đường 6 cacbon(fructozo 1,6 -diphotphat) từ đó hình thành glucôzơ ,tinh bột và trải qua nhiều phản ứng trung gian sử dụng ATP để cuối cùng hình thành Ribulozo- 1,5- điphotphat

Để tổng hợp 1 phân tử đường glucôzơ phải hấp thu 6 phân tử CO2và cần

12 NADPH, 18 ATP của pha sáng cung cấp

b.2 Pha tối ở thực vật C4 (Chu trình Hatch – Slack)

- Xảy ra ở lục lạp của 2 loại tế bào là tế bào mô dậu và tế bào bao bó mạch,

* Tại tế bào mô giậu diễn ra giai đoạn cố dịnh CO2 đầu tiên

+ Chất nhận CO2 đầu tiên là 1 hợp chất 3C (phosphoenol piruvic - PEP)

CO2 + PEP → Axit axit oxaloaxetic (AOA ) là hợp chất 4 cacbon

+ Sản phẩm ổn định đầu tiên là hợp chất 4C ( axit oxaloaxetic -AOA),

sau đó AOA sẽ bị khử hình thành axit malic (AM) trước khi chuyển vào tế bàobao bó mạch

AOA khử → AM

* Tại tế bào bao bó mạch diến ra giai đoạn cố định CO2 lần 2

+ AM bị phân hủy để giải phóng CO2 cung cấp cho chu trình Canvin và hìnhthành nên hợp chất 3C là axit piruvic

AM → Axit Pyruvic + CO2

+ Axit piruvic quay lại tế bào mô giậu để tái tạo lại chất nhận CO2 đầu tiên làPEP

Axit Pyruvic + 6 ATP → PEP + 6 ADP

+ Chu trình C3 diễn ra như ở thực vật C3

Như vậy để tổng hợp 1 phân tử đường glucôzơ phải hấp thu 6 phân tử CO2và cần 12 NADPH, 24 ATP của pha sáng cung cấp

b 3 Pha tối ở thực vật CAM (Chu trình CAM)

- Gồm những loài mọng nước, sống ở vùng hoang mạc khô hạn như: xương rồng, dứa, thanh long …

- Để tránh mất nước, khí khổng các loài này đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm và cố định CO2 theo con đường CAM

- Ban đêm, nhiệt độ môi trường xuống thấp, tế bào khí khổng mở ra,

CO2 khuếch tán qua lá vào tế bào mô dậu

CO2 + PEP → Axit axit oxaloaxetic (AOA ) là hợp chất 4 cacbon

AOA chuyển hóa thành AM tích lũy trong không bào

AOA khử → AM

- Ban ngày, khi tế bào khí khổng đóng lại:

+ AM đi từ không bào đi ra tế bào chất vào lục lạp và tách CO2 cung cấp cho o chu trình Canvin tạo thành tinh bột

Tóm tắt pha tối: (thực vật C3)

6CO2 + 18ATP + 12NADPH → C6H12O6 + 18ADP + 12NADP+ + 18P+ 6H2O

2.3.1.1.4 Hóa tổng hợp

a Khái quát Hóa tổng hợp.

- Hóa tổng hợp là phương thức dinh dưỡng của nhóm vi sinh vật hóa tự dưỡng (đặc trưng cho vi khuẩn)

- Hóa tổng hợp là quá trình tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ nhờ nguồn năng lượng từ các phản ứng hóa học

- Quá trình hóa tổng hợp gồm 2 khâu:

+ Thực hiện oxi hóa chất vô cơ để thu lấy năng lượng

A (chất vô cơ) + O2→AO2 + năng lượng (Q)Một phần năng lượng từ các phản ứng tạo ra được vi khuẩn chuyển hóa thành năng lượng có trong ATP, sau đó sử dụng ATP này cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào

+ Một phần năng lượng thu được từ các phản ứng để tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ

* Vi khuẩn chuyển hóa các hợp chất của Nitơ

- Các vi khuẩn Nitrat hóa(Nitrosomonas)

NH3 + O2→ HNO2 + H2O + 158kcal

6% năng lượng giải phóng được vi khuẩn sử dụng để tổng hợp glucôzơ từu CO2

- Các vi khuẩn Nitrat hóa ( Nitrobacter)

HNO2+ O2→ HNO3 + 38kcal

7% năng lượng giải phóng được vi khuẩn sử dụng để tổng hợp glucôzơ từu CO2

* Vi khuẩn chuyển hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh.

- Oxi hóa H2S thành H2SO4 tạo ra năng lượng

H2S + O2→ H2O + 2 S + 115kcal

2S + 2 H2O + 3O2 → H2SO4 + 283,3kcal

- Sử dụng một phần năng lượng trên tổng hợp glucozo từ CO2

CO2+ H2S + Q → 1/6 C6H12O6 + 2S + H2O

* Vi khuẩn chuyển hóa các hợp chất chứa sắt

- Oxi hóa sắt 2 thành sắt 3 lấy năng lượng

FeCO3+ O2 + H2O → Fe(OH)3 + CO2 + 81kcal

- Sử dụng một phần năng lượng trên tổng hợp glucozo từ CO2

* Nhóm vi khuẩn lấy năng lượng từ hidro

Các vi khuẩn này oxi hóa phân tử H2 để lấy năng lượng và sử dụng mộtphần của nguồn năng lượng này để cố định CO2 thành chất hữu cơ

2.3.1.2 Câu hỏi và bài tập.

Dạng 1: Khái niệm quang hợp:

a Xác định nguồn gốc Ôxi trong quang hợp, trình bày thí nghiệm chứng minh.

Câu 1: Ôxi trong quang hợp có nguồn gốc từ đâu? Trình bày thí nghiệm chứng

minh Từ nơi sinh ra, ôxi phải đi qua những lớp màng nào để ra ngoài

Giải:

- Oxi giải phóng trong quang hợp có nguồn gốc từ H2O trong quá trìnhquang phân ly ở pha sáng

- Thí nghiệm chứng minh: Sử dụng đồng vị phóng xạ của Ôxi (18O)

+ Thí nghiệm 1: Sử dụng H2O có 18O → Oxi thải ra là 18O

+ Thí nghiệm 2: Sử dụng CO2 có 18O → Oxi thải ra không phải là 18OKết luận: Oxi giải phóng trong quang hợp có nguồn gốc từ H2O

- Từ nơi sinh ra là xoang Tilacoit, oxi phải đi qua 4 lớp màng:

Màng Tilacoit → màng trong của lục lạp → màng ngoài của lục lạp →

màng sinh chất

b Chứng minh H 2 O được sinh ra trong quang hợp là từ pha tối

Câu 2: Trình bày thí nghiệm chứng minh H2O được sinh ra trong quang hợp là

từ pha tối

Giải :

- Đánh dấu *O vào CO2,thấy *O có mặt trong C6H12O6 và 6 H2O

Như vậy H2O được sinh ra từ H của H2O nguyên liệu và O2 của CO2, mà

CO2 tham gia vàopha tối Vậy H2O được tạo ra từ pha tối

Dạng 2: Cơ quan quang hợp

Câu hỏi 1: Sự khác nhau trong cấu tạo tế bào mô dậu và tế bào bao bó mạch?

Phân tích sự phù hợp về cấu trúc và chức năng giữa 2 loại tế bào đó

- Vị trí:nằm bao quanh bó mạch

- Hạt Grana kém phát triển, chỉ có PSI

- Không có enzim cố định CO 2 tạm thời

+ hấp thụ nhiều ánh sáng + cố định CO 2 tạm thời và thải

O 2

Lục lạp tế bào bao bó mạch nằm bao quanh bó mạch thuận lợi cho việc:

+ vận chuyển các sản phẩm quang hợp

+ có hệ enzim tham gia vào pha tối nên nằm sau phía dưới lớp thịt lá sẽ giảm tác động của nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh

Cấu trúc

phù hợp

chức năng

- Hạt grana phát triển mạnh, có

cả PSI, PSII → là nơi diễn ra

pha sáng tạo ATP và NADPH cung cấp cho pha tối

- Hạt grana kém phát triển, là nơi chủ yếu diễn ra pha tối

- Chỉ có PSI không xảy ra quang phân li H 2 O nên không tạo O 2 không xảy ra hô hấp sáng.

Câu 2: Khi chiếu sáng qua lăng kính một sợi tảo dài trong dung dịch có các vi

khuẩn hiếu khí, qua sát dưới kính hiển vi nhận thấy vi khuẩn tập trung ở hai đầu sợi tảo, và số lượng vi khuẩn tập trung ở hai đầu cũng khác nhau Hãy giải thích

vì sao?

Trả lời:

Khi chiếu áng qua lăng kính, ánh sáng sẽ phân thành 7 màu: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím Các tia đơn sắc này sẽ rơi trên sợi tảo sẽ hấp thụ ánh sáng đỏ đến tím từ đầu này đến đầu kia Như vậy một đầu sợi tảo sẽ hấp thụ ánh sáng đỏ, đầu kia sẽ hấp thụ ánh sáng tím Đây là vùng quang phổ mà thực vật xảy ra quang hợp mạnh nhất nên thải nhiều oxi, nên vi khuẩn tập trung ở hai đầusợi tảo Đầu sợi tảo hấp thụ ánh sáng đỏ sẽ tập trung nhiều vi khuẩn hơn do ánh sáng đỏ có hiệu quả quang hợp cao hơn ánh sáng tím ( Vì cường độ quang hợp không phụ thuộc vào năng lượng photon mà phụ thuộc vào số lượng photon, vớicùng cường độ chiếu sáng thì số lượng photon của ánh sáng đỏ nhiều gần gấp đôi ánh sáng tím )

Trả lời: - Sự giống và khác nhau trong cơ chế quang hợp

Giống nhau:

Pha sáng:

- Giữa các nhóm thực vật diễn ra pha sáng giống nhau: đều hấp thụ năng

lượng ánh sáng để chuyển hóa thành năng lượng trong ATP và NADPH, đồng

thời giải phóng oxi nhờ quá trình quang phân li nước

diphotphat (RIDP)

Axit photphoenolpiruvic (PEP)

Axit photphoenolpiruvic (PEP)

Sản phẩm ổn định

đầu tiên

Axit photphoglixeric (APG – 3 cacbon)

Axit oxaloaxetic (AOA – 4cacbon)

Axit oxaloaxetic (AOA – 4cacbon) Nơi xảy ra quá

trình cố định CO 2

Tê bào mô dậu Tế bào mô dậu và tế bào

bao bó mạch

Tê bào mô dậu

Thời gian xảy ra Ban ngày Ban ngày Ban ngày và ban đêm Chu trình Diễn ra theo chu trình

Canvin

Diễn ra gồm 2 giai đoạn:

+ Cố định CO 2 tạm thời + Cố định CO 2 theo chu trình Canvin

- Tái tạo trả PEP từ axit piruvic

Diễn ra gồm 2 giai đoạn: + Cố định CO 2 tạm thời – vào ban đêm

+ Cố định CO 2 theo chu trình Canvin – vào ban ngày

- Tái tạo trả PEP từ tinh bột

Số lượng ATP,

NADPH cần để

tổng hợp 1 glucôzơ

18ATP, 12NADPH 24ATP, 12NADPH 24ATP, 12NADPH

- Sự khác nhau về đặc điểm hình thái, cấu tạo sinh lý:

Bảng III: Một số đặc điểm hình thái, giải phẫu, sinh lý, hóa sinh của các

nhóm thực vật C3, C4, CAM (sgk Sinh học 11 - nâng cao Trang 38)

b Xác định số photon ánh sáng cần cho quá trình quang hợp ở các nhóm

thực vật.

Bài 1 : Ở quang hợp của thực vật C3, để tổng hợp được 1 mol glucôzơ thì cần ít

nhất bao nhiêu mol photton ánh sáng? Cho rằng một chu kì photphoryl hóa vòng

tạo ra được 2 ATP

Giải:

Tóm tắt pha tối: (thực vật C3)

6CO2 + 18ATP + 12NADPH → C6H12O6 + 18ADP + 12NADP+ + 18P+ 6H2O

- Quang hợp ở thực vật C3, để tổng hợp 1 phân tử glucôzơ cần 18 phân tử ATP,

và 12 phân tử NADPH Trong đó

+ Giai đoạn cacboxyl hóa không sử dụng năng lượng ATP và NADPH