Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Sử dụng các kĩ thuật dạy học tích cực vào dạy học chủ đề tích hợp: Quang hợp ở thực vật - Sinh học 11

Chia sẻ: Caphesua | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:81

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài nhằm đề xuất ý kiến với tổ chuyên môn, ban chuyên môn nhà trường về việc đưa tích hợp liên môn và các kĩ thuật dạy học tích cực vào giảng dạy các môn học.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Sử dụng các kĩ thuật dạy học tích cực vào dạy học chủ đề tích hợp: Quang hợp ở thực vật - Sinh học 11

1. Lời giới thiệu: Xuất phát từ thực tế giảng dạy môn Sinh học trong thời gian qua có nhiều đổi mới về nội dung và phương pháp giảng dạy để phát huy năng lực của học sinh trong các tiết học. Xuất phát từ tình hình thực tế học tập của học sinh, các em thường có thói quen học tập thụ động dẫn đến kết quả học tập chưa cao, các em chưa yêu thích môn học, chưa tìm được mối liên hệ với các môn học khác, chưa ứng dụng được kiến thức vào thực tế đời sống. Đây cũng chính là cơ sở để nảy sinh sáng kiến của tôi về :“Sử dụng các kĩ thuật dạy học tích cực vào dạy chủ đề tích hợp: Quang hợp ở thực vật Sinh học 11”. Chủ đề này đã làm giảm sự chồng chéo các nội dung kiến thức ở các môn học, giảm gánh nặng cho HS. Chủ đề này đã giúp GV và HS ít hao phí công sức và tiền của, thời gian. Chủ đề này GV đã áp dụng các kĩ thuật dạy học tích cực cùng với việc sử dụng âm thanh, ánh sáng phòng học, ngôn ngữ cơ thể để duy trì năng lượng và trạng thái hưng phấn của học sinh. Học sinh được hoạt động nhiều mà vẫn thấy thỏa mái, không uể oải và mệt mỏi. Kiến thức HS tiếp thu một cách nhẹ nhàng, khắc sâu hơn. Qua chủ đề này HS có ý thức cao hơn về việc trồng rừng và bảo vệ rừng, bảo vệ môi trường sống, tuyên truyền tới gia đình và địa phương mình. Chủ đề này đã giải quyết được vấn đề nảy sinh trong thực tiễn. Nguyên nhân của hiện tượng hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ trái đất như hiện nay gây nhiều hậu quả nghiêm trọng. Áp dụng nâng cao năng suất cây trồng cho hiệu quả kinh tế, thúc đẩy tạo ra các giống Page 1
mới vừa tiết kiệm diện tích nhưng năng suất kinh tế lại cao. Vai trò của việc bón phân hợp lí giúp bảo về môi trường sống và tạo ra những sản phẩm cây trồng ngon và sạch… Chủ đề này đã mang lại hiệu quả thiết thực trong thực tế khi áp dụng. Chủ đề được các em tìm hiểu kĩ qua mạng internet, qua tạp chí, … và trình bày dưới dạng Powerpoint. Qua học chủ đề HS đã phát triển năng lực: nghiên cứu khoa học, tìm tòi sáng tạo, tự học, năng lực sử dụng công nghệ thông tin để tìm hiểu về các vấn đề quang hợp với năng suất cây trồng, quang hợp và môi trường sống, phân bón với năng suất cây trồng và môi trường, năng lực hợp tác thông qua hoạt động nhóm, ..... Đặc biệt với chủ trương đổi mới căn bản toàn diện nền giáo dục Việt Nam, đặc biệt tới đây có thêm bộ sách giáo khoa mới có môn Khoa học tự nhiên (là những chủ đề tích hợp của các môn Vật lí, Hoá học, Sinh học) thì chủ đề này được thực hiện bây giờ sẽ giúp học sinh đỡ bỡ ngỡ, làm quen dần và có thể đưa vào chương trình sách giáo khoa mới. Qua thực tế giảng dạy và thực nghiệm qua bảy tiết dạy bản thân tôi tự nhận thấy mình có thêm hiểu biết sâu sắc về kiến thức trong bài học, trau dồi thêm kiến thức môn Sinh học và kiến thức các môn học có liên quan; quá trình thiết kế bài giảng khoa học, hiệu quả và đã chú trọng tới việc phát triển năng lực cho học sinh trong bài học. Về phía học sinh các em học tập sôi nổi, chủ động hơn trong việc tìm tòi, nắm bắt kiến thức. Qua ý nghĩa thực tiễn của sáng kiến từ đó tôi đề xuất ý kiến với tổ chuyên môn, ban chuyên môn nhà trường về việc đưa tích hợp liên môn và các kĩ thuật dạy học tích cực vào giảng dạy các môn học. Page 2
2. Tên sáng kiến: “Sử dụng các kĩ thuật dạy học tích cực vào dạy học chủ đề tích hợp: Quang hợp ở thực vật Sinh học 11”. 3. Tác giả sáng kiến : Họ và tên : Nguyễn Thị Kim Anh Ngày 25 tháng 03 năm 1984 Trình độ chuyên môn: Cử nhân khoa Sinh học Chức vụ, đơn vị công tác: Giáo viên dạy Sinh trường THPT Triệu Thái Điện thoại: 0918098480. 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: Nguyễn Thị Kim Anh 5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Về kiến thức: tích hợp các môn học trong bài học: Bài 17: Quang hợp (Sinh học 10), Bài 8: Quang hợp ở thực vật (Sinh học 11), Bài 9: Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM (Sinh học 11), Bài 10: Ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến quang hợp ở thực vật (Sinh học 11), Bài 11: Quang hợp và năng suất cây trồng (Sinh học 11), Bài 13: Thực hành: Phát hiện diệp lục và carotenoit (Sinh học 12). Về đối tượng: Học sinh khối 11. 6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử, (ghi ngày nào sớm hơn) Năm học 2017 2018. 7. Mô tả bản chất của sáng kiến: 1. Hoàn cảnh nảy sinh sáng kiến: Page 3
Kiến thức về vai trò của các nguyên tố khoáng với cây trồng (Sinh học 11), quang hợp (Sinh học 10, 11), vai trò của các nguyên tố khoáng (Sinh học 10) kiến thức về ánh sáng và hiện tượng hiệu ứng nhà kính – nguyên nhân và hậu quả (Vật lý), kiến thức về loại phản ứng oxi hóa – khử, các phản ứng axit – bazơ (Hóa học), bón phân hợp lí tăng năng suất cây trồng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường (Công nghệ 10) và kiến thức về Văn học trong giải thích câu tục ngữ có mối liên hệ với nhau. Trong đó phân bón với năng suất cây trồng và môi trường là một đơn vị kiến thức rất quan trọng và được ứng dụng nhiều trong thực tiễn trồng trọt ở đại đa số gia đình của các em học sinh. Thông qua học chủ đề này học sinh nhận thức được hậu quả của việc bón phân dư thừa, bón phân không đủ liều lượng từ đó hiểu và vận dụng, tuyên truyền tới gia đình và địa phương về bón phân hợp lí. Đặc biệt các em nhận thấy được vai trò quan trọng của cây xanh với toàn bộ sinh giới trong đó có với con người để tuyên truyền đến mọi người có ý thức bảo vệ rừng, trồng cây xanh bảo vệ môi trường sống. Khi tích hợp các nội dung kiến thức như trên đảm bảo được tính logic về nội dung và logic nhận thức của HS. Từ đó hình thành năng lực tư duy logic và tư duy khoa học ở HS. Tích hợp giúp GV có thời gian để tổ chức các hoạt động phát triển năng lực cho HS bằng cách sử dụng các kĩ thuật dạy học tích cực. Chủ đề quang hợp ở thực vật liên quan đến 6 bài học trong chương trình phổ thông: Bài 17: Quang hợp (Sinh học 10) Bài 8: Quang hợp ở thực vật (Sinh học 11) Bài 9. Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM (Sinh học 11) Page 4
Bài 10: Ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến quang hợp ở thực vật (Sinh học 11). Bài 11: Quang hợp và năng suất cây trồng (Sinh học 11). Bài 13: Thực hành: Phát hiện diệp lục và carotenoit (Sinh học 12) Đặc biệt theo xu thế tất yếu của xã hội thì dạy học theo chủ đề, dạy học tích hợp liên môn, dạy học sử dụng các kĩ thuật dạy học tích cực để phát triển năng lực cho học sinh đang được coi trọng. Chính vì những lí do trên tôi quyết định chọn đề tài: “Sử dụng các kĩ thuật dạy học tích cực vào dạy chủ đề tích hợp: Quang hợp ở thực vật Sinh 11”. 2. Cơ sở lí luận: Công văn 5341/BGDĐTVP Tập huấn cán bộ quản lý, giáo viên trung học phổ thông về tổ chức dạy học các chủ đề tích hợp, liên môn ngày 16/10/2015 và công văn 3790/BGDĐTGDTrH Về tổ chức cuộc thi 'Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn' và cuộc thi 'Dạy học theo chủ đề tích hợp ngày 07/08/2015, tôi đã thực hiện chủ trương đổi mới đồng bộ mục tiêu, nội dung, phương pháp, hình thức tổ chức dạy học và kiểm tra, đánh giá chất lượng giáo dục; gắn liền giáo dục trong nhà trường với thực tiễn cuộc sống; góp phần hình thành năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trung học vào dạy học theo chủ đề tích hợp: Quang hợp ở thực vật. Tôi đã đi nghiên cứu sâu vào một số kĩ thuật dạy học tích cực được ứng dụng để dạy chuyên đề này gồm: * Kĩ thuật tóm tắt nội dung tài liệu theo nhóm Hoạt động này giúp HS hiểu và mở rộng hiểu biết của các em về những tài liệu đọc bằng cách thảo luận, nghe, đặt câu hỏi và trả lời câu hỏi. Page 5
Cách thực hiện như sau: HS làm việc theo nhóm nhỏ, đọc to tài liệu được phát, thảo luận về ý nghĩa của nó, chuẩn bị trả lời các câu hỏi về bài đọc. Đại diện nhóm trình bày các ý chính cho cả lớp. Sau đó, các thành viên trong nhóm lần lượt trả lời các câu hỏi của các bạn khác trong lớp về bài đọc * Kĩ thuật đọc tích cực Kĩ thuật này nhằm giúp HS tăng cường khả năng tự học và giúp GV tiết kiệm thời gian đối với những bài học / phần đọc có nhiều nội dung nhưng không quá khó đối với HS. Cách tiến hành như sau: GV nêu câu hỏi/yêu cầu định hướng HS đọc bài/phần đọc. HS làm việc cá nhân: Đoán trước khi đọc: Để làm việc này, HS cần đọc lướt qua bài đọc/phần đọc để tìm ra những gợi ý từ hình ảnh, tựa đề, từ/cụm từ quan trọng. Đọc và đoán nội dung : HS đọc bài/phần đọc và biết liên tưởng tới những gì mình đã biết và đoán nội dung khi đọc những từ hay khái niệm mà các em phải tìm ra. Tìm ý chính: HS tìm ra ý chính của bài / phần đọc qua việc tập trung vào các ý quan trọng theo cách hiểu của mình. Tóm tắt ý chính. HS chia sẻ kết quả đọc của mình theo nhóm 2, hoặc 4 và giải thích cho nhau thắc mắc (nếu có), thống nhất với nhau ý chính của bài / phần đọc đọc. HS nêu câu hỏi để GV giải đáp (nếu có). Lưu ý: Một số câu hỏi GV thường dùng để giúp HS tóm tắt ý chính: Em có chú ý gì khi đọc ............ ? Em nghĩ gì về ................... ? Page 6
Em so sánh A và B như thế nào? A và B giống và khác nhau như thế nào? * Kĩ thuật viết tích cực Trong quá trình thuyết trình, GV đặt câu hỏi và dành thời gian cho HS tự do viết câu trả lời. GV cũng có thể yêu cầu HS liệt kê ngắn gọn những gì các em biết về chủ đề đang học trong khoảng thời gian nhất định. GV yêu cầu một vài HS chia sẻ nội dung mà các em đã viết trước lớp. Kĩ thuật này cũng có thể sử dụng sau tiết học để tóm tắt nội dung đã học, để phản hồi cho GV về việc nắm kiến thức của HS và những chỗ các em còn hiểu sai. * Kĩ thuật hỏi và trả lời câu hỏi Đây là kĩ thuật dạy học giúp cho HS có thể củng cố, khắc sâu các kiến thức đã học thông qua việc hỏi và trả lời các câu hỏi. Kĩ thuật này có thể tiến hành như sau: GV nêu chủ đề. GV (hoặc 1 HS) sẽ bắt đầu đặt một câu hỏi về chủ đề và yêu cầu một HS khác trả lời câu hỏi đó. HS vừa trả lời xong câu hỏi đầu tiên lại được đặt tiếp một câu hỏi nữa và yêu cầu một HS khác trả lời. HS này sẽ tiếp tục quá trình trả lời và đặt câu hỏi cho các bạn cùng lớp,... Cứ như vậy cho đến khi GV quyết định dừng hoạt động này lại. * Kĩ thuật đặt câu hỏi Trong dạy học theo phương pháp cùng tham gia, GV thường phải sử dụng câu hỏi để gợi mở, dẫn dắt HS tìm hiểu, khám phá thông tin, kiến thức, kĩ năng mới, để đánh giá kết quả học tập của HS; HS cũng phải sử dụng câu hỏi để hỏi lại, hỏi thêm GV và các HS khác về những nội dung bài học chưa sáng tỏ. Page 7
Sử dụng câu hỏi có hiệu quả đem lại sự hiểu biết lẫn nhau giữa HS với GV và HS với HS. Kĩ năng đặt câu hỏi càng tốt thì mức độ tham gia của HS càng nhiều; HS sẽ học tập tích cực hơn. Mục đích sử dụng câu hỏi trong dạy học là để: Kích thích, dẫn dắt HS suy nghĩ, khám phá tri thức mới, tạo điều kiện cho HS tham gia vào quá trình dạy học. Kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng của HS và sự quan tâm, hứng thú của các em đối với nội dung học tập Thu thập, mở rộng thông tin, kiến thức Khi đặt câu hỏi cần đảm bảo các yêu cầu sau: Câu hỏi phải liên quan đến việc thực hiện mục tiêu bài học Ngắn gọn, rõ ràng, dễ hiểu Đúng lúc, đúng chỗ Phù hợp với trình độ HS Kích thích suy nghĩ của HS Phù hợp với thời gian thực tế Sắp xếp thep trình tự từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp. Không ghép nhiều câu hỏi thành một câu hỏi móc xích Không hỏi nhiều vấn đề cùng một lúc * Kĩ thuật giao nhiệm vụ Giao nhiệm vụ phải cụ thể, rõ ràng: Nhiệm vụ giao cho cá nhân/nhóm nào? Nhiệm vụ là gì? Địa điểm thực hiện nhiệm vụ ở đâu? Thời gian thực hiện nhiệm vụ là bao nhiêu? Phương tiện thực hiện nhiệm vụ là gì? Sản phẩm cuối cùng cần có là gì? Page 8
Cách thức trình bày/ đánh giá sản phẩm như thế nào? Nhiệm vụ phải phù hợp với: mục tiêu hoạt động, trình độ HS, thời gian, không gian hoạt động và cơ sở vật chất, trang thiết bị * Kĩ thuật chia nhóm Khi tổ chức cho HS hoạt động theo nhóm, GV nên sử dụng nhiều cách chia nhóm khác nhau để gây hứng thú cho HS, đồng thời tạo cơ hội cho các em được học hỏi, giao lưu với nhiều bạn khác nhau trong lớp. Dưới đây là một số cách chia nhóm: Chia nhóm theo số điểm danh, theo các màu sắc, theo các loài hoa, các mùa trong năm,...: GV yêu cầu HS điểm danh từ 1 đến 4/5/6...(tùy theo số nhóm GV muốn có là 4,5 hay 6 nhóm,...); hoặc điểm danh theo các màu (xanh, đỏ, tím, vàng,...); hoặc điểm danh theo các loài hoa (hồng, lan, huệ, cúc,...); hay điểm danh theo các mùa (xuân, hạ, thu, đông,...) Yêu cầu các HS có cùng một số điểm danh hoặc cùng một mầu/cùng một loài hoa/cùng một mùa sẽ vào cùng một nhóm. Chia nhóm theo hình ghép: GV cắt một số bức hình ra thành 3/4/5... mảnh khác nhau, tùy theo số HS muốn có là 3/4/5... HS trong mỗi nhóm. Lưu ý là số bức hình cần tương ứng với số nhóm mà GV muốn có. HS bốc ngẫu nhiên mỗi em một mảnh cắt. HS phải tìm các bạn có các mảnh cắt phù hợp để ghép lại thành một tấm hình hoàn chỉnh. Những HS có mảnh cắt của cùng một bức hình sẽ tạo thành một nhóm. Chia nhóm theo sở thích Page 9
GV có thể chia HS thành các nhóm có cùng sở thích để các em có thể cùng thực hiện một công việc yêu thích hoặc biểu đạt kết quả công việc của nhóm dưới các hình thức phù hợp với sở trường của các em. Ví dụ: Nhóm Họa sĩ, Nhóm Nhà thơ, Nhóm Hùng biện,... Chia nhóm theo tháng sinh: Các HS có cùng tháng sinh sẽ làm thành một nhóm. Ngoài ra còn có nhiều cách chia nhóm khác như: nhóm cùng trình độ, nhóm hỗn hợp, nhóm theo giới tính,.... * Kỹ thuật "3 lần 3" Kỹ thuật “3 lần 3“ là một kỹ thuật lấy thông tin phản hồi nhằm huy động sự tham gia tích cực của HS. Cách làm như sau: HS được yêu cầu cho ý kiến phản hồi về một vấn đề nào đó (nội dung buổi thảo luận, phương pháp tiến hành thảo luận...). Mỗi người cần viết ra: 3 điều tốt; 3 điều chưa tốt; 3 đề nghị cải tiến. Sau khi thu thập ý kiến thì xử lý và thảo luận về các ý kiến phản hồi. * Kĩ thuật “Các mảnh ghép” Vòng 1: Nhóm chuyên gia Hoạt động theo nhóm 3 đến 8 người [số nhóm được chia = số chủ đề x n (n = 1,2,…)] Mỗi nhóm được giao một nhiệm vụ [Ví dụ : nhóm 1 : nhiệm vụ A; nhóm 2: nhiệm vụ B, nhóm 3: nhiệm vụ C, … (có thể có nhóm cùng nhiệm vụ)] Mỗi cá nhân làm việc độc lập trong khoảng vài phút, suy nghĩ về câu hỏi, chủ đề và ghi lại những ý kiến của mình Page 10
Khi thảo luận nhóm phải đảm bảo mỗi thành viên trong từng nhóm đều trả lời được tất cả các câu hỏi trong nhiệm vụ được giao và trở thành “chuyên gia” của lĩnh vực đã tìm hiểu và có khả năng trình bày lại câu trả lời của nhóm ở vòng 2 Vòng 2: Nhóm các mảnh ghép Hình thành nhóm 3 đến 6 người mới (1 – 2 người từ nhóm 1, 1 – 2 người từ nhóm 2, 1 – 2 người từ nhóm 3…) Các câu trả lời và thông tin của vòng 1 được các thành viên trong nhóm mới chia sẻ đầy đủ với nhau Khi mọi thành viên trong nhóm mới đều hiểu được tất cả nội dung ở vòng 1 thì nhiệm vụ mới sẽ được giao cho các nhóm để giải quyết Các nhóm mới thực hiện nhiệm vụ, trình bày và chia sẻ kết quả * Kĩ thuật “Khăn trải bàn” Hình 1: Kĩ thuật khăn trải bàn Hoạt động theo nhóm (4 người / nhóm) (có thể nhiều người hơn) Mỗi người ngồi vào vị trí như hình vẽ minh họa Page 11
Tập trung vào câu hỏi (hoặc chủ đề,...) Viết vào ô mang số của bạn câu trả lời hoặc ý kiến của bạn (về chủ đề...). Mỗi cá nhân làm việc độc lập trong khoảng vài phút Kết thúc thời gian làm việc cá nhân, các thành viên chia sẻ, thảo luận và thống nhất các câu trả lời Viết những ý kiến chung của cả nhóm vào ô giữa tấm khăn trải bàn (giấy A0) 3. Cơ sở thực tiễn: Kiến thức về quang hợp (Sinh học10, 11), vai trò của các nguyên tố khoáng (Sinh học 11), kiến thức về phản xạ ánh sáng, hiệu ứng nhà kính (Vật lý), phản ứng oxi hóa khử (hóa học) và kiến thức bảo vệ môi trường sống (môn Giáo dục công dân) có mối liên hệ với nhau nên tôi đã tiến hành xây dựng cấu trúc logic của chủ đề như sau: Phần I. Tìm hiểu về khái niệm quang hợp, những sinh vật có khả năng quang hợp. 1. Khái niệm quang hợp: Khái niệm: Quang hợp là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng hợp các chất hữu cơ từ các nguyên liệu vô cơ. Phương trình tổng quát: CO2 + H2O + Năng lượng ánh sáng (nhờ diệp lục hấp thụ) → (CH2O) +O2 2. Các sinh vật có khả năng quang hợp: Các sinh vật thuộc nhóm tự dưỡng như vi khuẩn lam, tảo và chủ yếu là thực vật vì chúng có sắc tố quang hợp. Phần II. Quang hợp ở thực vật. 1. Cơ quan thực hiện quang hợp: Page 12
Quang hợp diễn ra chủ yếu ở lá xanh vì lá xanh là cơ quan chuyên trách của quá trình quang hợp. Ngoài ra, các phần có màu xanh khác như vỏ thân, đài hoa, quả xanh cũng thực hiện quang hợp. Cấu tạo của lá thích nghi với chức năng quang hợp: + Cấu tạo ngoài: Diện tích bề mặt lớn giúp hấp thụ được nhiều tia sáng. Phiến lá mỏng thuần lợi cho khí khuếch tán vào và ra được dễ dàng. Trong lớp biểu bì của mặt lá có chứa tế bào khí khổng để khí CO2 khuếch tán vào bên trong lá đến lục lạp. Hệ gân lá có mạch dẫn (gồm mạch gỗ và mạch rây), xuất phát từ bó mạch ở cuống lá đến tận từng tế bào nhu mô của lá giúp cho nước và ion khoáng đến được từng tế bào để thực hiện quang hợp và vận chuyển sản phẩm quang hợp ra khỏi lá. Trong lá có nhiều nhiều tế bào chứa diệp lục, đó là bào quan quang hợp. + Cấu tạo trong: Có tế bào mô giậu và mô xốp có chứa diệp lục. 2. Bào quan thực hiện quang hợp: Lục lạp là bào quan quang hợp: có sự phù hợp về cấu trúc và chức năng của lục lạp: màng tilacoit là nơi phân bố hệ sắc tố quang hợp, nơi xảy ra các phản ứng sáng. Xoang tilacoit là nơi xảy ra các phản ứng quang phân li nước và quá trình tổng hợp ATP trong quang hợp. Chất nền stroma của lục lạp là nơi diễn ra các phản ứng của pha tối quang hợp. 3. Hệ sắc tố quang hợp: + Clorôphin (diệp lục): gồm diệp lục a và diệp lục b là nguyên nhân làm cho lá cây có màu lục. + Crotenoit (sắc tố phụ): gồm carotene và xantophyl tạo nên màu đỏ, da cam, vàng ở lá, quả (màu đỏ của quả gấc chín, lá rau dền đỏ, màu vàng của củ cà rốt…) Page 13
Tại sao lá cây lại màu xanh? Lá cây và cỏ sở dĩ có màu xanh là bởi vì trong lá của chúng có rất nhiều các hạt màu xanh nhỏ bé, chất diệp lục này là chất màu xanh quan trọng tồn tại trong thể diệp lục của tế bào thực vật. Nó có thể lợi dụng nước, không khí và ánh sáng Mặt trời để tạo ra các chất dinh dưỡng cần thiết cho thực vật. Thông thường, chất diệp lục của thực vật cao cấp không phải là hợp chất tồn tại đơn lẻ, mà là hai chất diệp lục khác nhau chất diệp lục a và chất diệp lục b được trộn lẫn với nhau tạo nên, chất diệp lục a là màu xanh lam chất diệp lục b là màu xanh vàng. Trên thực tế không chỉ có lá cây và cỏ có chất diệp lục, trong vỏ ngoài của rất nhiều loại quả khi chưa chín cũng có chất diệp lục, vì vậy chúng cũng có màu xanh giống như lá cây. Ngoài ra, lá cây mới mọc thường có màu xanh nhạt. Đó là vì chất diệp lục trong lá cây mới mọc rất ít. Khi chúng lớn, chất diệp lục trong chúng trở nên nhiều hơn, hơn thế chất diệp lục trong phần trên chiếc lá hướng về phía mặt trời sẽ nhiều hơn phần dưới chiếc lá hướng về phía mặt đất. Đây là nguyên nhân tại sao hai mặt của một chiếc lá có màu đậm nhạt khác nhau. Tại sao lá cây có màu đỏ, vàng? Diệp lục không phải là loại sắc tố duy nhất trong lá cây. Một loại sắc tố khác được tìm thấy trong lục lạp của nhiều loài thực vật là Carotene. Carontene có khả năng hấp thụ ánh sáng xanh dương và xanh ngọc. Vì vậy, ánh sáng phản xạ từ lá trở lại mắt người sẽ có màu vàng và cam. Page 14
Vai trò: Trong các sắc tố quang hợp chỉ có diệp lục a tham gia trực tiếp vào sự chuyển hóa năng lượng ánh sáng hấp thụ được thành năng lượng trong các liên kết hóa học trong ATP và NADPH. Các ánh sáng khác chỉ hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền năng lượng đó cho diệp lục a. * Sơ đồ truyền và chuyển hóa năng lượng ánh sáng (NLAS): NLAS > Carotenoit > Diệp lục b > Diệp lục a > Di ệp l ục a ở trung tâm phản ứng > ATP và NADPH. 4. Vai trò của quang hợp ở thực vật: Sản phẩm của quang hợp là nguồn chất hữu cơ làm thức ăn cho mọi sinh vật trên hành tinh này và là nguyên liệu cho công nghiệp, dược liệu chữa bệnh. Khi phân tích thành phần hóa học của cơ thể thực vật, ta thấy 8090% khối lượng cơ thể là H2O, 10 20% khối lượng còn lại là chất khô. Trong chất khô, ta thấy gồm các thành phần sau : C : 45% O : 42% H : 6,5% N : l,5% Tro khoảng : 5% Vai trò quan trọng bậc nhất của quang hợp là ở chỗ nhờ có quá trình này mà năng lượng Mặt Trời đã chuyển thành năng lượng hóa học dự trữ cần thiết cho tất cả các sinh vật trên trái đất. Người ta đã tính toán thấy rằng thực vật ở dưới nước và trên cạn của thực bì tự nhiên hằng năm tạo ra gần 110 tỉ tấn chất hữu cơ (trong đó con người khai thác sử dụng được gần 80 triệu tấn) và tổng sản lượng của thực vật trồng trọt hàng nâng là 10 tỉ tấn (trong đó ở dạng thức ăn cho con người và động vật là 500 triệu tấn). Với khối lượng thức ăn này, con người đã thỏa mãn gần 80% nhu cầu dinh dưỡng của mình. Page 15
Quang năng được chuyển hóa thành hóa năng trong sản phẩm của quang hợp. Đây là nguồn năng lượng duy trì cho sự sống của sinh giới. Với vai trò nói trên của quang hợp, ta có thể nói rằng quang hợp là một quá trình độc nhất có khả năng biến những chất không ăn được thành chất ăn được, một quá trình mà tất cả các hoạt động sống đều phụ thuộc vào nó. Hay nói một cách khác, nguồn gốc của tất cả nền văn minh hiện nay của loài người đều sản sinh ra từ công thức đơn giản của quang hợp. Quang hợp điều hòa không khí: giải phóng O2 và hấp thụ CO2. Theo tính toán dựa trên phương trình quang hợp, hàng năm thực vật đã cố định một lượng cacbon rất lớn (2.1012 tấn CO 2) và hầu hết O2 trong khí quyển là do cây xanh thải ra trong quá trình quang hợp (13.1010) tấn O2). Trạng thái cân bằng giữa CO2 và O2 trong khí quyển là do cây xanh quyết đinh. Nguồn CO2 cho cây xanh được thải ra từ các quá trình hô hấp của động vật thực vật, vi sinh vật và của các quá trình phân giải chất hữu cơ cũng như sự đốt cháy trong công nghiệp. Quang hợp đã làm giảm nguồn CO2 này trong khí quyển và làm tăng nguồn O2 để làm sạch bầu không khí của chúng ta. Chú ý: Quang hợp có vai trò làm giảm bớt hiệu ứng nhà kính. Các tia bức xạ sóng ngắn của mặt trời xuyên qua bầu khí quyển đến mặt đất và được phản xạ trở lại thành các bức xạ nhiệt sóng dài. Một số phân tử trong bầu khí quyển, trong đó trước hết là điôxít cacbon và hơi nước, có thể hấp thụ những bức xạ nhiệt này và thông qua đó giữ hơi ấm lại trong bầu khí quyển. Hàm lượng ngày nay của khí đioxit cacbon vào khoảng 0,036% đã đủ để tăng nhiệt độ thêm khoảng 30°C. Nếu không có hiệu ứng nhà kính tự nhiên này nhiệt độ Trái Đất của chúng ta chỉ vào khoảng –15°C. Page 16
Có thể hiểu một cách ngắn gọn như sau: ta biết nhiệt độ trung bình của bề mặt Trái Đất được quyết định bởi cân bằng giữa năng lượng mặt trời chiếu xuống Trái Đất và lượng bức xạ nhiệt của mặt đất vào vũ trụ. Bức xạ nhiệt của mặt trời là bức xạ có sóng ngắn nên dễ dàng xuyên qua tầng ozon và lớp khí CO2 để đi tới mặt đất, ngược lại bức xạ nhiệt từ Trái Đất vào vũ trụ là bức sóng dài, không có khả năng xuyên qua lớp khí CO2 dày và bị CO2 + hơi nước trong khí quyên hấp thụ. Như vậy lượng nhiệt này làm cho nhiệt độ bầu khí quyển bao quanh Trái Đất tăng lên. Lớp khí CO2 có tác dụng như một lớp kính giữ nhiệt lượng tỏa ngược vào vũ trụ của Trái Đất trên quy mô toàn cầu. Bên cạnh CO2 còn có một số khí khác cũng được gọi chung là khí nhà kính như NOx, Metan, CFC. Ở thời kỳ đầu của lịch sử Trái Đất, các điều kiện tạo ra cuộc sống chỉ có thể xuất hiện vì thành phần của điôxít cacbon trong bầu khí quyển nguyên thủy cao hơn, cân bằng lại lượng bức xạ của mặt trời lúc đó yếu hơn đến khoảng 25%. Cường độ của các tia bức xạ tăng lên với thời gian. Trong khi đó đã có đủ cây cỏ trên Trái Đất, thông qua sự quang hợp, lấy đi một phần khí điôxít cacbon trong không khí tạo nên các điều kiện khí hậu tương đối ổn định. Phần trăm đóng góp vào hiệu ứng nhà kính trên Trái Đất có bốn khí chính là: Hơi nước , 36–70% Cacbon điôxít , 9–26% Mê tan , 0% Ôzôn , 0% Page 17
Các đám mây cũng hấp thụ và phát ra các bức xạ hồng ngoại gây tác động đến tính chất phát xạ nhiệt của tầng khí quyển. Từ khoảng 100 năm nay con người tác động mạnh vào sự cân bằng nhạy cảm này giữa hiệu ứng nhà kính tự nhiên và tia bức xạ của mặt trời. Sự thay đổi nồng độ của các khí nhà kính trong vòng 100 năm lại đây (điôxít cacbon tăng 20%, mêtan tăng 90%) đã làm tăng nhiệt độ lên 2°C. Sau đây là một số hậu quả liên đới với việc thay đổi khí hậu do hiệu ứng này có thể gây ra: + Các nguồn nước: Chất lượng và số lượng của nước uống, nước tưới tiêu, nước cho kỹ nghệ và cho các máy phát điện, và sức khỏe của các loài thủy sản có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự thay đổi của các trận mưa rào và bởi sự tăng khí bốc hơi. Mưa tăng có thể gây lụt lội thường xuyên hơn. Khí hậu thay đổi có thể làm đầy các lòng chảo nối với sông ngòi trên thế giới. + Các tài nguyên bờ biển: Chỉ tại riêng Hoa Kỳ, mực nước biển dự đoán tăng 50 cm vào năm 2100, có thể làm mất đi 5.000 dặm vuông đất khô ráo và 4.000 dặm vuông đất ướt. + Sức khỏe: Số người chết vì nóng có thể tăng do nhiệt độ cao trong những chu kì dài hơn trước. Sự thay đổi lượng mưa và nhiệt độ có thể đẩy mạnh các bệnh truyền nhiễm. Nhiệt độ tăng lên làm tăng các quá trình chuyển hóa sinh học cũng như hóa học trong cơ thể sống, gây nên sự mất cân bằng. + Lâm nghiệp: Nhiệt độ cao hơn tạo điều kiện cho nạn cháy rừng dễ xảy ra hơn. + Năng lượng và vận chuyển: Nhiệt độ ấm hơn tăng nhu cầu làm lạnh và giảm nhu cầu làm nóng. Sẽ có ít sự hư hại do vận chuyển trong mùa Page 18
đông hơn, nhưng vận chuyển đường thủy có thể bị ảnh hưởng bởi số trận lụt tăng hay bởi sự giảm mực nước sông. + Những khối băng ở Bắc cực và Nam cực đang tan nhanh trong những năm gần đây và do đó mực nước biển sẽ tăng quá cao, có thể dẫn đến nạn hồng thủy. Phần II. Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4, và CAM: 1. Quang hợp ở thực vật C3: a. Pha sáng: Chuyển hóa năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP và NADPH. Vị trí : xảy ra ở màng tilacôit. Nguyên liệu: NLAS, H2O, ADP, NADP+ . Diễn biến : NLAS được hấp thụ nhờ các sắc tố quang hợp (quang lí), sau đó năng lượng được chuyển vào chuỗi chuyền electron quang hợp qua một chuỗi các phản ứng ôxi hóa khử (quang hóa), cuối cùng được chuyền đến ADP và NADP+ tạo thành ATP và NADPH. Ôxi được tạo ra từ nước qua phản ứng quang phân li nước: 2 H2O ánh sáng 4 H+ + 4 e + O2 Vai trò của phản ứng quang phân li nước: + Cung cấp O2 cho sinh giới thực hiện quá trình hô hấp. + Tạo electron để bù đắp lại electron của diệp lục a đã bị mất khi diệp lục này tham gia chuyền electron cho các chất khác trong trung tâm phản ứng quang hợp. + Proton H+ đến khử NADP+ hình thành nên lực khử NADPH cần cho pha khử trong chu trình CO2 trong pha tối của quang hợp. Sản phẩm : ATP, NADPH, O2. Chú ý: Vai trò của ATP và NADPH trong pha tối của quang hợp. Page 19
b. Pha tối: Nơi xảy ra: Chất nền của lục lạp (stroma). Các giai đoạn trong chu trình C3 (chu trình Canvin): + Giai đoạn cố định CO2: bắt đầu từ chất nhận khí CO2 là ribulôzơ – 1,5 – diphotphat (ribulôzơ – 1,5 – điP ) và kết thúc tại APG (axit phôtphoglixêric). APG là dạng oxi hóa vì có nhóm – COOH (nhóm cacboxyl). + Giai đoạn khử: Sản phẩm của pha sáng là ATP và NADPH được sử dụng để khử APG thành A lPG (anđêhit phôtphoglixêric) – là một triôzơ – P, trong đó sử dụng ATP trước, sau đó là NADPH. Phân tử AlPG tách ra khỏi chu trình tại điểm kết thúc của pha khử để kết hợp với phân tử triozophotphat khác hình thành nên phân tử cacbohiđat C6H12O6 rồi từ đó hình thành nên tinh bột, đường saccarôzơ, axit amin, protein, lipit … trong quang hợp. Kết thúc pha khử là hợp chất AlPG vì có nhóm – CHO (anđêhit) là dạng khử. Để khử được APG thành AlPG thì APG phải được hoạt hóa (trong sinh học, hoạt hóa bằng con đường photphoryl hóa, có nghĩa là phải dùng đến ATP của pha sáng. Muốn biến nhóm cacboxyl (oxi hóa) thành alđêhit (dạng khử) thì phải cung cấp lực khử từ pha sáng, có nghĩa là dùng đến NADPH. + Giai đoạn tái sinh chất nhận khí CO2 là ribulôzơ – 1,5 – diphotphat. Điểm cần lưu ý trong pha này là lần thứ hai trong chu trình C3, phân tử ATP là sản phẩm của pha sáng để chuyển ribulôzơ – 5P thành ribulôzơ – 1,5 – điP Chất nhận ở pha này phải có phôtpho có nghĩa là phải được phôtphoryl hóa một lần nữa (dung đến ATP). Page 20