Использование комнатных растений на уроках биологии в процессе изучения развития органического мира, размножения и эволюции организмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Глава 1 Использование комнатных растений на уроках биологии в процессе изучения развития органического мира, размножения и эволюции организмов

1.1 Общая характеристика использования комнатных растений на уроках биологии

1.2 Изучение особенностей развития органического мира

1.3 Изучение закономерностей размножения и развития организмов

Глава 2 Использование комнатных растений на уроках биологии в процессе изучения их наследственности, изменчивости, селекции

2.1 Изучение основных закономерностей наследственности и изменчивости растений

2.2 Изучение темы: «Селекция растений, животных и микроорганизмов»

2.3. Использование комнатных растений при изучении основ экологии

Заключение

Список литературы

Введение

Российская общеобразовательная школа призвана не только вооружить учащихся глубокими, прочными знаниями основ наук, но и обеспечить морально-политическими качествами, культурой труда и поведения. Большое значение в формировании всесторонне развитой личности имеет школьный курс биологии.

Эффективность обучения биологии в значительной степени связана с методикой проведения занятий в школе, организацией учебно-познавательной деятельности учащихся и возбуждением у них интереса к изучаемым вопросам.

Биология - наука о жизни, поэтому и задача учителя - помочь учащимся воспринимать школьный курс биологии как раскрытие и познание тайн живой природы. Каждый учитель стремится, чтобы его занятия не только были интересными и обогащающими учащихся знаниями, но и развивали их умственные и творческие способности. Достичь этого можно лишь при правильной организации познавательной деятельности учащихся. Специфической особенностью преподавания биологии является широкое использование натуральной наглядности, постановка опытов и наблюдений за живыми организмами. Умелое использование натуральных объектов в сочетании с другими средствами обучения, организация самостоятельной работы учащихся с живыми растениями на уроках и во внеурочное время играют важную роль в решении учебно-воспитательных задач.

Комнатные растения широко используются как демонстрационный материал для постановки опытов и наблюдений практически во всех темах ботаники, общей биологии, а также при изучении некоторых вопросов зоологии и анатомии, физиологии и гигиены человека. На уроках комнатные растения могут быть использованы при изучении строения растений, приспособления организмов к среде обитания, взаимосвязи строения и функции и др. Как правило, большинство опытов с комнатными растениями требуют длительного времени, на уроке обычно опыт закладывается и демонстрируются его результаты, а наблюдения за ходом опыта учащиеся проводят во внеурочное время.

Объект исследования - методика преподавания биологии.

Предмет исследования - использование комнатных растений в процессе преподавания биологии.

Цель исследования - изучить особенности использования комнатных растений в процессе преподавания биологии.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Дать общую характеристику использования комнатных растений на уроках биологии.

2. Рассмотреть применение комнатных растений в процессе изучения развития органического мира.

3. Проанализировать возможность использования комнатных растений в процессе изучения закономерностей размножения и развития организмов.

4. Рассмотреть применение комнатных растений в процессе изучения наследственности и изменчивости растений.

5. Выявить возможность использования комнатных растений при изучении темы: «Селекция растений, животных и микроорганизмов».

6. Рассмотреть возможность использования комнатных растений при изучении основ экологии.

Глава 1 Использование комнатных растений на уроках биологии в процессе изучения развития органического мира, размножения и эволюции организмов

1.1 Общая характеристика использования комнатных растений на уроках биологии

Комнатные растения можно широко использовать при обучении учащихся общей биологи в осенний, зимний и ранневесенний сезоны. На живых объектах удобно проводить программные лабораторные работы и демонстрации многих общебиологических закономерностей для конкретизации и повышения качества знаний учащихся, убеждения их в истинности фактов, приобщения их к самостоятельному поиску, выработке практических умений и навыков. Расширение и углубление знаний старшеклассников о комнатных растениях будут способствовать формированию у них материалистического мировоззрения, эстетических вкусов, поможет лучше понимать и беречь природу, будет содействовать совершенствованию умений и навыков в работе с объектами живой природы (в частности, в уходе за растениями). Это позволит школьникам лучше подготовиться к работе в ученических бригадах, лагерях труда и отдыха, в сельскохозяйственном производстве, на приусадебном участке и будет способствовать их профориентации в растениеводстве и других отраслях сельского хозяйства [2].

На одном из первых уроков темы «Эволюционное учение» учащиеся знакомятся с работами шведского натуралиста Карла Линнея. Учитель, подобрав ряд комнатных растений (обязательно с правильно оформленными этикетами), может объяснить на этих примерах суть разработанного К. Линнеем принципа двойной номенклатуры, который сохранился в систематике живых организмов до настоящего времени. При этом надо пояснить, как образуется видовое название растения, состоящее из названия рода и видового эпитета, например: традесканция виргинская (Tradescantia virginica L.), плющ обыкновенный (Hedera helix L.) и др. Эти растения впервые описаны К. Линнеем.

На урок желательно принести еще ряд комнатных растений, впервые описанных Линнеем, например такие: алоэ расписное (Aloe variegata L.), агава американская (Agave americana L.), иглица колючая (Ruscus aculeatus L.), камнеломка отпрысковая (Saxifraga sarmentosa L.), лавр благородный (Laurus nobilis L.), цикламен благородный, или альпийская фиалка (Cyclamen europacum L.), водные растения: валлиснерия спиральная (Vallisneria spiralis L.), роголистник темно-зеленый (Certatophyllum demersum L.), водокрас (Hydrocharis morsus ranae L.), и др.

Учитель может по своему усмотрению зачитать описания двух-трех растений, имеющихся в картотеке биологического кабинета, к составлению которой полезно привлекать самих учащихся [10].

Знакомство с «паспортами» комнатных растений позволит учащимся лучше уяснить значение работ К. Линнея, приучит их пользоваться картотекой комнатных растений, поможет лучше запомнить их названия, биологию, правильно организовать их уход и разведение в условиях школы и дома.

При изучении темы «Дарвинизм» на соответственно подобранных комнатных растениях учитель может наглядно знакомить учащихся с проявлением многих общебиологических закономерностей. Так, с помощью комнатных растений можно нагляднее объяснить одно из основных свойств всех живых организмов - наследственность, проследить, как сохраняются признаки вида из поколения в поколение при различных способах вегетативного размножения через диплоидные клетки и гаплоидные гаметы (яйцеклетки и спермин) при семенном размножении.

На любых имеющихся в биологическом кабинете комнатных растениях можно показать, в чем проявляется другое свойство живых организмов - изменчивость, благодаря чему популяция оказывается разнородной.

Ненаследственную (определенную) изменчивость, которая возникает в процессе индивидуального развития организмов под влиянием конкретных условий среды, вызывающих у всех особей одного вида сходные изменения, можно наблюдать на комнатных растениях, выращенных из окорененных черенков, срезанных одновременно с одного растения, содержащихся потом в разных условиях: на южном, хорошо освещенном или на северном окне, при обильном поливе на удобренной почве и при ограниченном поливе, а также на других опытах, проводимых в уголке живой природы. На этих примерах учащиеся наглядно убеждаются, как важно для получения высоких урожаев создавать оптимальные условия выращивания культурных растений и как изменение этих условий может влиять на рост, развитие и качество урожая.

Наследственную изменчивость, связанную с изменением генотипа организма, затрагивающую различные признаки, можно показать на любых комнатных растениях, демонстрируя разнообразие окраски лепестков околоцветника, рассеченность листовой пластинки, махровость цветков или другие признаки пеларгоний, сенполий, цикламена и других цветущих в это время комнатных растений.

Комбинативную изменчивость, которая возникает при свободных скрещиваниях в популяциях, можно наблюдать на цветущих растениях, подобрав экземпляры с разным сочетанием признаков, например махровость цветка и окраска лепестков околоцветника. Уместно продемонстрировать результаты опытов юннатов по скрещиванию комнатных растений, соответственно подобрав экземпляры с различным сочетанием признаков.

Соотносительную изменчивость, проявлявшуюся в том, что изменение одного органа вызывает зависимое изменение других, можно увидеть в наличии антоциановой окраски в лепестках околоцветника, черешках и жилках листа у цикламена и фуксии с малиновыми цветками, в наличии ярко-красной окраски у бальзамина с ярко-красным околоцветником, у ахименеса с сине-фиолетовыми цветками.

Так комнатные растения помогут учащимся уяснить биологический смысл изучаемых закономерностей и понять, почему все виды наследственной изменчивости Ч. Дарвин считал особенно важными для эволюции, как их нужно учитывать при создании новых, более ценных сортов растений.

Формы искусственного отбора и роль человека как отбирающего фактора в этом процессе также можно раскрыть на комнатных растениях. При этом учитель поясняет, что большинство комнатных растений является результатом бессознательного отбора, который человек ведет стихийно, отбирая, сохраняя и накапливая из поколения в поколение интересующие его признаки.

Демонстрируя гибридные формы амариллиса, пеларгоний и других гибридных комнатных растений, можно раскрыть суть методического отбора, при котором человек сознательно отбирает для скрещивания исходные пары и получает разнообразный материал с наиболее удачным, интересующим его сочетанием признаков. При этом полезно познакомить девятиклассников с результатами опытов по гибридизации комнатных растений, выполняемых юннатами в уголке живой природы [5].

Способность живых организмов к интенсивному размножению удобно наблюдать на наибольшем эфемерном растении из крестоцветных - арабидопсисе, у которого каждый небольшой стручок содержит до 50 мелких оранжево-бурых семян. Это растение способно при благоприятных условиях (продолжительном дне и температуре 20-25°С) давать в год до 8 поколений и производить около 1000 семян.

Внутривидовую борьбу за существование можно показать на любом комнатном растении, заложив в уголке живой природы или дома несложный опыт. Он состоит в том, что в небольшие горшки одинакового размера одновременно высаживают по одному, двум, трем и четырем окорененным черенкам (отводкам, луковицам) одного и того же растения. Через 1-2 месяца у подопытных растений меряют высоту, подсчитывают количество листьев, измеряют площадь листовых пластинок, отмечают характер ветвления и состояние растений. Данные наблюдения заносят в таблицу (табл. 1).

Таблица 1

№ п/п	Вариант опыта	Высота растения (в см)	Количестве листьев	Площадь листа (в см2)	Характер ветвления	Состояние растения

Этот несложный опыт позволит наглядно показать, в чем конкретно проявляется внутривидовая борьба за существование, понять, почему при выращивании культурных растений важно устанавливать оптимальные площади питания, густоту посева, чередование культур в севооборотах. Почему необходимо своевременно проводить прорывку, прореживание в посевах и посадках культурных растений.

Борьбу живых организмов с неблагоприятными условиями среды, их приспособленность к условиям существования и результаты естественного отбора можно лучше объяснить с помощью комнатных растений, родиной которых являются различные районы земного шара. Удивительная приспособленность живых организмов к неблагоприятным условиям их существования, которая формировалась в результате длительного естественного отбора, особенно наглядно проявляется в районах с избыточной влажностью либо сухостью, жарой или другими неблагоприятными факторами. В этих условиях больше шансов выжить и оставить потомство имеют особи, признаки и свойства которых наиболее соответствуют таким условиям.

У комнатных растений, родина которых - тропические леса, где выпадает более 400 см годовых осадков, влажность воздуха достигает 90%, температура в течение года держится в пределах 25-30° С, а жизнь травянистых растений и кустарников протекает под пологом огромных тропических деревьев, в результате естественного отбора сформировался ряд морфологических, анатомических и физиологических особенностей, позволяющих им жить в этих условиях и оставлять потомство. У подавляющего большинства комнатных растений, являющихся выходцами из этой зоны, крупные нежные листья, как правило, без приспособлений, ограничивающих испарение. Наоборот, у некоторых из них (монетера), как уже отмечалось, имеющиеся на концах боковых жилок гидатоды служат для выделения избытка влаги, когда воздух влажен и выделения через устьица недостаточны. У травянистых растений (арум, калла) есть водные устьица, выделяющие капельки воды, что способствует испарению, которые, как и «плач» монстеры, являются приспособлением к условиям существования [7].

На примере комнатных растений, происходящих из тропических лесов, можно показать сложную приспособленность организмов к жизни под пологом леса при недостаточном освещении. При этом надо обязательно обратить внимание учащихся на то, что характер таких приспособлений к одному и тому же неблагоприятному фактору среды у разных растений неодинаков. Учитель может подобрать соответствующие формы и на живых растениях наглядно продемонстрировать, что у одних растений (бегония, колеус) листья содержат красный и фиолетовый пигменты, способные улавливать слабый свет. У других (пестролистные драцены) по краям листовой пластинки имеется белая полоса, состоящая из специфических клеток, которые способны наподобие линз улавливать и аккумулировать рассеянный свет. Третьи (кливия, аспидистра, фикус) в условиях недостаточного освещения способны образовывать огромное количество зеленых пластид, отчего их листья имеют интенсивную темно-зеленую окраску. У лиан из этой зоны развились различные приспособления: присоски (гойя), усики (циссус) и другие, позволяющие им, цепляясь за ветви деревьев, подниматься на значительную высоту и выносить листья к свету.

На растениях из сухих мест учитель может продемонстрировать, как в результате естественного отбора, в условиях недостаточного увлажнения выживали формы, имеющие приспособления к наименьшему испарению воды, и что у разных форм такие приспособления неодинаковы. Это показывает, что процесс эволюции у них шел по различным направлениям. Так, у кактусов листья полностью редуцировались и превратились в колючки, а их функции стали выполнять разросшиеся мясистые зеленые стебли. У агавы и алоэ редуцировались стебли, а листья стали мясистыми и покрытыми кутикулой (в них содержится слизь, способная удерживать воду). У других растений (аспарагус) листовидные стебли сильно рассечены и превращены в кладодии, которые растение сбрасывает в условиях сильной засухи. У некоторых видов из класса однодольных (амариллис, зефирантес) листья в засушливое время отмирают, а питательные вещества они запасают в луковицах, сохраняющихся под землей. У многих растений сухих мест листья сильно опушены (сенполия) или имеют толстую кутикулу и восковой налет (гойя). При этом важно подчеркнуть, что все приспособления относительны, они полезны организму только в тех условиях, в которых исторически возникли, а при изменении условий эти приспособления даже мешают развиваться растению. Поэтому так важно изучать и знать условия возделывания культурных растений, соответствующие их биологии [3].

Так комнатные растения помогают учащимся усвоить сложный теоретический материал, самим увидеть результаты естественного отбора, убедиться в истинности научной информации. А выявляя биологию комнатных растений из различных экологических групп, школьники понимают, как осуществлять уход за растениями с учетом их происхождения и биологических особенностей, учитывать биологию культурных растений при их выращивании в открытом и защищенном грунте, чтобы получать наиболее высокие урожаи.

Приспособленность растений к перекрестному опылению можно показать на примуле, у которой пестики цветков длиннее тычинок, на арабидопсисе, у которого рыльца цветков созревают раньше тычинок и высовываются из околоцветника до распускания цветков.

Здесь уместно рассказать об опыте Ч. Дарвина с цикламенами, описанном в книге «Действие перекрестного опыления в растительном мире». Дарвин опылил 10 цветков цикламена пыльцой тех же цветков, а другие 10 цветков - пыльцой другого цикламена. Цветки от перекрестного опыления дали 10 плодов-коробочек, в среднем по 34 семяни в каждом. Цветки от самоопыления дали 8 плодов-коробочек, в среднем по 13 семян в каждой. Семена от самоопыления и перекрестного опыления были высеяны порознь. Растения, выросшие из семян от перекрестного опыления, были высотой на 5 см больше и зацвели на несколько недель раньше, чем растения, развившиеся из семян от самоопыления. В следующем поколении растения от перекрестного опыления также по ряду показателей намного опережали растения, выросшие из семян от самоопыления. Так комнатные растения позволили Дарвину объяснить одно из важнейших явлений природы. Аналогичный опыт могут провести и учащиеся, желающие глубже изучать биологию.

Сложный для усвоения теоретический материал о дивергенции признаков, видообразовании и макроэволюции помогут учителю объяснить представители комнатных растений одного рода или семейства. Он может показать, в каком направлении шло формирование признаков, когда небольшие группы одной популяции или вида, попадая в необычные для них условия, изменялись под их влиянием. Новые условия способствовали выявлению и закреплению новых мутаций и изменению направления естественного отбора, дивергенции признаков, что приводило к изменению генофонда популяций, к еще большему их обособлению, а затем к образованию новых популяций, видов и родов, приспособленных к новым условиям.

Для иллюстрации процессов экологического видообразования можно использовать комнатные растения из семейства амариллисовых - зефирантес и эухарис, родина которых Центральная и Южная Америка. На их примерах советуем показать влияние конкретных условий отдельных районов обширного ареала этого семейства (экологические ниши) на дивергенцию признаков его родов.

Зефирантес - растение засушливых мест. У него узкие, покрытые кутикулой листья, сбрасываемые в сухое время года. Накопление питательных веществ, необходимых для отрастания новых растений при благоприятных условиях, происходит в луковице; период цветения очень короткий.

Эухарис произрастает в пойме реки Амазонки, за что получил название амазонская лилия. У этого растения крупные, широколанцетные листья с множеством устьиц. В комнатных условиях он хорошо растет только при обязательном ежедневном опрыскивании, цветет крупными нежными цветками, имеет приятный аромат [4].

На примере амариллисовых можно также раскрыть суть географического видообразования и макроэволюции. Родиной амариллиса и кливии являются районы Южной Африки, отделенные от Центральной Америки Атлантическим океаном. Формирование признаков у этих растений шло обособленно от других родов семейства. Поэтому, с одной стороны, амариллис и кливия имеют много общего с представителями других родов, но в то же время у них много отличного, что сформировалось под непосредственным влиянием сухого африканского климата и позволило отнести их к различным родам семейства.

Родина амариллиса - пустыня Карру. Это растение имеет крупные листья и 2-3 крупных цветка на высокой цветочной стрелке. В неблагоприятное время года амариллис сбрасывает листья, а питательные вещества сохраняет в луковице, из которой в благоприятное время года отрастает новое растение.

Родиной кливии являются более влажные места западного побережья юга Африки, отделенные от пустыни Карру Драконовыми горами. Кливия не образует луковицы, листья ее не опадают и имеют много устьиц. Она цветет долго и обильно, образуя на высоком мясистом цветоносе до 12 розово-оранжевых цветков.

Для того чтобы наглядно показать, как изменение условий существования влияет на изменение биологических особенностей организма, полезно с учащимися провести опыт по превращению наземного комнатного растения традесканции в водное растение (опыт описан в книге Н.М. Верзилина «Путешествие с комнатными растениями»). Окоренившиеся черенки традесканции надо посадить в почву, насыпанную в стеклянную банку, залить водой и закрыть стеклом. Два раза в день черенки опрыскивать водой в течение трех недель, а затем их можно пересадить в аквариум или в другую банку, на дно которой предварительно насыпать землю, прикрыв ее сверху слоем песка. Затем в аквариум налить воду. Традесканция будет жить под водой. Можно сразу пересадить традесканцию в аквариум или в высокую банку и в течение месяца подливать воду, постепенно повышая ее уровень.

С помощью микроскопа можно сравнить изменения в строении старых и новых листьев на поперечных срезах, подсчитать количество устьиц на кожице традесканции до погружения в воду и спустя месяц ее жизни в аквариуме [6] .

Комнатные растения всегда активно используют учителя для обобщения и закрепления изученного материала, для опроса учащихся. С этой целью рекомендуем заранее подготовить карточки-задания примерно следующего содержания:

1. Подобрать не менее 10 видов комнатных растений, иллюстрирующих различные типы наследственной изменчивости. Указать, какова роль этой изменчивости в эволюции и практической деятельности человека.

2. Описать не менее 10 видов комнатных растений, иллюстрирующих различные формы борьбы за существование. Какова их роль в процессе эволюции? Как человек использует их в своей практической деятельности?

3. Сравнить несколько влаголюбивых и засухоустойчивых комнатных растений. Установить, в чем выражается их приспособленность к среде обитания. Наблюдения отразить в таблице (табл. 2).

Таблица 2

п/п	Название растения	Стебель	Лист	Соцветие	Цветок	Плоды, семена

Творческий учитель может подготовить карточки-задания с иным содержанием и использовать их для закрепления изученного материала и проверки знаний учащихся. Как пример предлагаем таблицу (табл. 3).

Таблица 3

п/п	Название растения	Наблюдаемые закономерности	Значение их для эволюции	Возможности использования их в практической дея- тельности человека

Использование комнатных растений, несомненно, поможет учащимся лучше усвоить сложный многоплановый теоретический материал об основных факторах эволюции, понять основную сущность и значение естественного отбора как главной движущей силы эволюции, увидеть его результаты, лучше уяснить процесс эволюции органического мира на Земле.

1.2 Изучение особенностей развития органического мира

При изучении темы «Развитие органического мира» на комнатных растениях можно также пронаблюдать гомологичные, аналогичные и рудиментарные органы. Это позволит учащимся лучше понять процессы дивергенции, конвергенции признаков и эволюции органического мира.

Гомологичными органами, имеющими общее происхождение и сходное строение, но выполняющими разные функции, являются, например, усики циссуса и колючки кактусов. Оба эти органа представляют собой видоизмененные листья, но выполняют разные функции: усики циссуса, цепляясь за опору, помогают растению выносить листья к свету, а колючки кактуса предохраняют растение от испарения и поедания животными. К гомологичным органам относят также луковицы ряда представителей семейства амариллисовых (амариллиса, зефирантеса, кринума) и стебли кактусов - видоизмененные стебли. Однако функции луковиц амараллисовых - хранение запасов питательных веществ, что позволяет растениям пережить неблагоприятные условия, а стебли кактусов ассимилируют органические вещества [4].

Аналогичными органами являются стебли кактусов и листья других комнатных растений. Они различны по происхождению и строению, но выполняют одинаковую функцию - синтез органических веществ. К аналогичным органам относят также присоски плюща и усики циссуса. Эти органы одинаково служат для прикрепления растений к опоре. Но строение и происхождение у них разное: усики циссуса - это видоизмененные листья, а присоски плюща - видоизмененные воздушные корни. На этих примерах важно показать, что аналогичные органы возникают у далеких в систематическом отношении организмов благодаря конвергенции - сходности признаков вследствие приспособленности этих организмов к сходному образу жизни.

Рудиментарными органами являются чешуйки на корневищах аспидистры и папоротников, а также колючки на стеблях кактусов. Наличие таких рудиментарных листьев служит важным доказательством исторического развития органического мира, утверждением, что когда-то у далеких предков этих растений органы были нормально развиты, но в процессе эволюции потеряли свое биологическое значение и сохранились в виде рудиментов.

Наглядным подтверждением этого может служить несложный опыт по выращиванию новых растений одного из кактусов (удобнее использовать эпифиллюм) из семян. Этот опыт позволит также проследить связь между индивидуальным и историческим развитием организмов, выраженную в биогенетическом законе Мюллера-Геккеля: каждая особь в своем индивидуальном развитии (онтогенезе) повторяет историческое развитие вида (филогенез).

Для выполнения опыта нужно взять просеянную листовую землю, смешать ее в равных количествах с промытым речным песком с примесью толченого древесного угля, насыпать в небольшие плошки, высеять туда семена эпифиллюма, накрыть стеклом и содержать при температуре около 20° С до прорастания их. Для предотвращения развития сорняков почву перед посевом надо прокалить или ошпарить кипятком. Учитывая, что наличие в поливной воде извести может задержать прорастание семян, поливать эти посевы нужно дождевой или снеговой водой. Полив лучше проводить с помощью пульверизатора, осторожно. Когда появляются всходы, учащиеся убеждаются, что эпифиллюм имеет две мясистые семядоли. Следовательно, предки его имели листья, которые в процессе развития приспособлений к условиям существования у них редуцировались, а их функции стали выполнять зеленые, сильно разросшиеся плоские или трехгранные стебли [9].

Закрепление и проверку знаний по изучаемому материалу этой темы советуем проводить по карточкам-заданиям. В эти карточки можно добавить вопросы, связанные с наличием у комнатных растений гомологичных, аналогичных и рудиментарных органов, а также с дивергенцией и конвергенцией биогенетического закона. Знания учащихся, закрепленные при помощи использования комнатных растений, будут способствовать развитию их мыслительной деятельности, содействовать формированию у них диалектико-материалистического мировоззрения.

Исследуя тему «Химическая организация клетки», учащиеся анализируют ферментативный характер химических процессов, протекающих в клетке, наблюдают их в ходе программной лабораторной работы «Ферментативное расщепление пероксида водорода в клетках листа аквариумного растения элодеи». Учитель поясняет, что пероксид водорода образуется в живых клетках при биологическом окислении, что в растительных клетках под действием фермента пероксидазы он быстро разлагается до кислорода и воды, предохраняя организм от отравления. Для этой лабораторной работы можно подготовить инструктивную карточку, например, следующего содержания:

1. Разрезать лист элодеи скальпелем или безопасной бритвой на 4 части и поместить каждую часть в отдельную пробирку. В одну из них прилить немного чистой воды, во вторую - 96-градусного спирта, в третью - ледяной уксусной кислоты, в четвертую - воды, которую довести до кипения на пламени спиртовки.

2. После такой предварительной обработки каждый кусочек листа элодеи пинцетом перенести на отдельное предметное стекло; с помощью пипетки нанести на каждый из них несколько капель пероксида водорода и наблюдать, что произойдет с кусочками элодеи, записывая в таблицу (табл. 4).

Таблица 4

Наблюдаемое явление	Варианты опыта
	без обработки	спирт (96°)	уксусная кислота	кипячение

3. Сделать вывод по опыту.

Аналогичные опыты можно выполнять, используя листья традесканции или пеларгонии. В этом случае одна группа школьников выполняет опыт с листьями элодеи, другая - с листьями традесканции, третья - с листьями пеларгонии. И результаты опыта станут еще более убедительными и обоснованными. Опыты позволят учащимся наглядно убедиться, что в живых клетках растений под действием пероксида водорода выделяются пузырьки кислорода, так как в них под действием фермента белка пероксидазы происходит расщепление пероксида водорода. В мертвых тканях, убитых спиртом, уксусной кислотой или нагреванием, в которых произошла денатурация белка и разрушен фермент, разложения пероксида водорода не происходило и кислород не выделялся [9].

В теме «Строение и функции клетки» программой предусмотрено проведение трех лабораторных работ. В них комнатные и аквариумные растения незаменимы.

Сравнительное описание животной и растительной клеток можно провести, используя для лабораторной работы листья элодеи:

1. На предметное стекло поместить лист элодеи. Капнуть на него водой и накрыть покровным стеклом.

2. Чайной ложкой (предварительно обеззараженной спиртом) снять с внутренней стороны щеки немного слизи и поместить на предметное стекло. Подкрасить ее разбавленными синими чернилами и накрыть покровным стеклом.

3. Рассмотреть препараты под световым микроскопом. При большом увеличении найти основные органоиды. Результаты наблюдений записать в таблицу (табл. 5).

Таблица 5

Тип клетки	Цитоплазма	Ядро	Пластиды	Оболочка
Растительная Животная

4. Сделайте вывод на основании наблюдений.

Эту работу можно продолжить и сравнить строение клеток различных тканей одного и того же растения, рассмотрев под микроскопом и зарисовав клетки покровной ткани (эпидермис листа), ассимиляционной ткани (разрез листа), меристематической ткани (конус нарастания корня), корневой волосок, клетки проводящих тканей. Такое сравнительное изучение позволит установить, в чем выражается специализация клеток, а также понять связь между их строением и выполняемыми функциями. Работу можно выполнять на любом комнатном растении. Она поможет учителю убедить старшеклассников в том, что основная закономерность эволюции тканевых клеток - это приспособление к функционированию в составе единого многоклеточного организма [8].

Движение цитоплазмы в живых растительных клетках можно наблюдать в листьях элодеи, а в тех школах, где позволяют условия, и с другими растениями. Это сделает выводы более убедительными и обоснованными.

Для проведения лабораторной работы учитель готовит примерно следующую инструктивную карточку:

1. Приготовить препарат листа элодеи или другого растения.

2. Рассмотреть препарат при большом увеличении микроскопа. Найти клетки, в которых заметно движение цитоплазмы (для этого надо плавно передвигать препарат по предметному столику, работать микровинтом и регулировать освещение).

3. Если движение цитоплазмы не обнаружено, поместить препарат на несколько минут под настольную электрическую лампу в 60 Вт на расстоянии 20-30 см или подержать лист между пальцами руки, слегка сдавив его.

4. Зарисовать 2-3 клетки и указать их оболочку, цитоплазму, ядро, хлоропласты.

5. Снять покровное стекло, нанести на препарат несколько капель 96-градусного спирта. Вновь накрыть покровным стеклом, рассмотреть препарат и отметить, какие произошли изменения в движении цитоплазмы под действием спирта.

6. Сделать вывод по опыту.

Опыт убеждает учащихся, что движение цитоплазмы присуще только живым клеткам и является одним из проявлений их жизнедеятельности. В клетках, убитых спиртом, движение цитоплазмы прекращается.

Плазмолиз и деплазмолиз можно наблюдать в живых клетках листа элодеи. Эти явления удобно наблюдать также на комнатных растениях с окрашенным клеточным соком, например в фиолетовых листьях традесканции зебровидной, в окрашенных лепестках цветков примулы, бальзамина или пеларгонии, в листьях аквариумного растения валлиснерии.

Для приготовления препаратов нужно острой бритвой сделать тонкие срезы с нижней стороны листа или с верхней стороны лепестков околоцветника указанных растений. Использовать снятый эпидермис для этих целей нельзя, так как при его сдирании многие клетки могут оказаться поврежденными. В качестве плазмолитика для проведения этой лабораторной работы в условиях школы наиболее удобно использовать 2- 3-процентный раствор поваренной соли. Наблюдать за плазмолизом и деплазмолизом целесообразно на одном препарате. Чтобы выводы были более убедительными и меньше травмировалось растение, советуем во время лабораторной работы предложить пронаблюдать эти явления разным ученикам у разных растений, пользуясь инструктивной картой, а в конце работы всем классом обсудить результаты наблюдений отдельных учащихся. Инструктивная карточка может быть примерно следующей:

1. Приготовить микропрепарат из растительного объекта.

2. Рассмотреть объект при малом увеличении микроскопа (обратить внимание на плотное прилегание содержимого клеток к их стенкам).

3. Нанести на предметное стекло у края покровного стекла (или сняв стекло) несколько капель раствора поваренной соли и проследить за изменениями, происходящими в клетках. Передвигая препарат, найти клетки, в которых наступил плазмолиз и началось отхождение цитоплазмы с находящимися в ней органоидами от стенок клетки.

4. Не сдвигая препарата, с одной стороны покровного стекла положить полоску фильтровальной бумаги для отсасывания раствора поваренной соли, а с противоположной стороны - пипеткой несколько раз капнуть чистой водой.

5. Проследить за изменениями в тех клетках, в которых раньше наблюдали плазмолиз. Если в течение нескольких минут никаких изменений не будет, то следует вновь промыть срез (нанести несколько капель чистой воды и сменить полоску фильтровальной бумаги).

6. Зарисовать клетки в состоянии плазмолиза и деплазмолиза.

7. Снять покровное стекло, отсосать воду фильтровальной бумагой и капнуть на срез 1 - 2 капли спирта. Вновь накрыть препарат покровным стеклом. Рассмотреть его под микроскопом, отмечая изменение в окраске клеток.

8. Повторить работу по получению плазмолиза и деплазмолиза, наблюдая за состоянием клеток. Наблюдения запишите в таблицу (табл. 6).

Таблица 6

№ п/п	Состояние клеток	Изменения в клетках
		Плазмолиз	Деплазмолиз	Окраска содержимого клетки
	Живые клетки Клетки, убитые спиртом

9. Сделать выводы по наблюдениям.

Наблюдения показывают, как живая клеточная оболочка ограничивает внутреннюю среду клетки от внешней, обеспечивает и регулирует избирательное проникновение в клетку ионов и их выведение из нее; мертвая оболочка не способна выполнять эти функции [1].

При изучении темы «Обмен веществ и превращение энергии в клетке» десятиклассники смогут лучше уяснить процесс фотосинтеза, если повторить или вспомнить опыты с комнатными растениями, доказывающие поглощение листьями углекислого газа и выделение кислорода на свету, образование крахмала в листьях на свету и получение вытяжки хлорофилла (из курса ботаники, V класс).

Раскрывая пути повышения продуктивности фотосинтеза, имеющие большое практическое значение в повышении урожайности сельскохозяйственных культур, учитель для большей убедительности может предложить учащимся провести несложный опыт, иллюстрирующий влияние интенсивности освещения на выделение кислорода растением в процессе фотосинтеза. Этот опыт учащиеся, пользуясь инструкцией учителя, могут подготовить к уроку в уголке живой природы, используя ветки аквариумных растений элодеи и роголистника, стаканы или большие пробирки с водой, стеклянные палочки или трубочки, нитки, настольную электрическую лампу.

Готовя опыт, ветку элодеи или роголистника длиной 8-10 см слегка прикрепляют к стеклянной палочке и опускают верхушкой вниз в стакан с водой. Верхний конец стебля отрезают в воде острыми ножницами. Подготовленный к демонстрации прибор ставят на стол учителя. Объясняя на уроке влияние интенсивности освещения на продуктивность фотосинтеза, учитель демонстрирует опыт. Следует обратить внимание учащихся на следующее: если прибор с растением стоит рядом с источником освещения (горящей электрической лампой), из разреза стебля интенсивно, цепочкой выделяются пузырьки кислорода; если прибор с растением удалять от лампы или поместить между лампой и растениями экран, то количество пузырьков значительно уменьшается или приостанавливается совсем; если прибор с растениями вновь приближать к лампе или убрать экран, то ток пузырьков возобновляется. Можно легко подсчитать количество пузырьков, выделяющихся вблизи лампы и вдали от нее за одинаковый промежуток времени. Сопоставляя их количество, учащиеся убеждаются в том, что интенсивность освещения значительно влияет на интенсивность фотосинтеза. Зная прямую зависимость между фотосинтезом и урожаем, легко понять, как важно для получения высоких урожаев культурных растений своевременно проводить прорывки, прополки, дождевание, мойку стекол в теплицах, создавая более благоприятные условия для лучшего освещения растений.

1.3 Изучение закономерностей размножения и развития организмов

Изучая тему «Размножение и развитие организмов», наряду с использованием готовых микропрепаратов для наблюдения деления клеток, митоза, мейоза и прорастания пыльцы, для ознакомления со спецификой отдельных хромосом и кариотипа, а в особенности для демонстрации различных форм размножения можно широко привлекать комнатные растения.

Деления клеток, митоз, кариотип и отдельные хромосомы можно рассматривать на временных давленых препаратах корней, например традесканции, пеларгонии, бальзамина. Их изготовление за несколько суток до урока можно организовать в биологическом кабинете школы, привлекая к этой работе учащихся, желающих более углубленно изучать биологию. Изготовление временных давленных препаратов проводят в следующей последовательности [6]:

1. Из окорененных черенков традесканции, бальзамина или других комнатных растений осторожно скальпелем отрезать кончики корней длиной 0,5-0,7 см (здесь происходит интенсивное деление клеток) и поместить их для фиксации на сутки в фиксатор Корнуа. Такой фиксатор готовят из трех частей 96-процентного спирта и одной части ледяной уксусной кислоты.

2. После фиксации корни хорошо промыть в 70-процентном спирте и поместить их в новую порцию спирта такой же концентрации, в котором они могут храниться несколько месяцев.

3. Приготовить ацетокарминовый или ацетоорсеиновый краситель для окраски корешков. С этой целью в стеклянную колбу объемом 200-250 мл надо налить 55 мл дистиллированной воды, прилить 45 мл ледяной уксусной кислоты и насыпать 2-4 г кармина или орсеина; в колбу вставить стеклянную воронку и кипятить на тихом огне в течение часа; затем охладить и отфильтровать.

4. Для окраски перенести 2-3 корня из спирта в бюкс с водой на 5 мин, слить воду и поместить корни на 10 мин для мацерации (распада ткани на отдельные клетки) в тигелек с 45-процентным раствором уксусной кислоты. Затем перенести корни в тигелек с ацетокармином или ацетоорсеином. Закрыть крышкой и осторожно нагревать на спиртовке (не доводя до кипения!), после чего оставить корни на 15 мин в тигельке для остывания.

5. Для приготовления временных давленых препаратов следует извлечь пинцетом корни из красителя, поместить их на предметное стекло и скальпелем отделить темноокрашенные их кончики длиной 1,5-2 мм. Остальную часть можно удалить. Нанести на стекло каплю уксусной кислоты и оттянуть ее полоской фильтровальной бумаги. Эту процедуру повторить 2-3 раза. Накрыть препарат покровным стеклом и осторожно, чтобы не раздавить стекло, круговыми движениями ручки препаровальной иглы раздавить препарат.

6. Чтобы препарат можно было сохранить для следующего урока, края покровного стекла с помощью скальпеля надо смазать разогретым парафином или обвести кисточкой с лаком для ногтей.

На уроке, помещая микропрепарат под микроскоп, с целью обнаружения делящихся клеток на разных фазах митоза их рассматривают и зарисовывают при малом увеличении, наблюдая за состоянием ядра, ядерной оболочки, ядрышка и цитоплазмы. Особое внимание обращают на состояние хромосом в каждой фазе митоза. Затем отбирают клетку, находящуюся в стадии метафазы, когда хромосомы лучше видны, и переводят микроскоп на большое увеличение. Чтобы определить кариотип растений и установить специфику строения отдельных хромосом, детально рассматривают и зарисовывают эту клетку и отдельные хромосомы, по возможности подсчитывая их количество.

При изучении форм размножения живых организмов комнатные растения могут стать незаменимыми объектами для демонстрации различных способов вегетативного размножения растений. На конкретных, соответственно подобранных экземплярах десятиклассникам можно продемонстрировать опыты по размножению растений стеблевыми черенками, усами, прививкой черенком, окулировкой, луковицами, корневищем, клубнями, корневыми черенками, листом и частями листа, детками (опыты описаны в теме «Вегетативное размножение растений»). С половым размножением растений учащихся можно познакомить, используя комнатные растения из различных опытов, выполняемых кружковцами разных классов по получению плодов и семян у комнатных растений.

Процесс развития половых клеток у различных организмов имеет много общего, так как в его основе лежит мейоз. Наряду с этим его особенности присущи каждому виду растений или животных. Кроме того, мужские и женские клетки у всех организмов, размножающихся половым путем, различаются по характеру развития и по строению.

Процесс мейоза в условиях школы удобнее наблюдать на готовящихся к цветению амариллисе, примуле, кливии, бальзамине, пеларгонии, традесканции и др. Для этой цели используют либо живые, только что срезанные бутоны растений, либо зафиксированные в уксусном растворе Корнуа (3:1) и в 70-процентном этиловом спирте. Перед фиксацией следует обязательно убедиться, что в данном цветке или соцветии идет процесс мейоза. После этого срезать отобранные бутоны, осторожно пинцетом отделить тычинки и пестики и зафиксировать их в растворе Корнуа (3:1) и перенести в 70-процентный спирт. Техника фиксации и промывания та же, что при митозе. Для приготовления временных давленых препаратов пыльник поместить пинцетом на предметное стекло, раздавить стеклянной палочкой или препаровальной иглой, чтобы рассредоточить содержимое. Затем несколько пыльцевых зерен перенести пинцетом на чистое предметное стекло, окрасить их ацетокармином или ацетоорсеином. Данные препараты готовить в той же последовательности, как и в работе по изучению митоза.

На уроке эти микропрепараты вначале надо рассмотреть при малом увеличении, найти сформированное пыльцевое зерно и определить, сколько в нем клеток и какая из них гамета [9].

Оплодотворение и образование плодов у растений можно также изучать на цветущих примуле, амариллисе, кливии. У этих растений пестик крупный, а его рыльце, столбик и завязь хорошо развиты. На продольном разрезе пестика даже невооруженным глазом можно ясно различить семяпочки.

Кроме того, учащимся надо показать под микроскопом проросшую пыльцу. Проращивание пыльцы в уголке живой природы выполняют двое-трое учащихся по заданию учителя. Существует несколько способов проращивания пыльцы и определения ее жизнеспособности. В условиях школы наиболее удобно выполнять это следующим образом:

1. Приготовить несколько влажных камер для микропрепаратов. С этой целью на углах покровных стекол из расплавленного парафина сделать бугорки-ножки высотой около 5 мм.

2. В центр каждого покровного стекла пипеткой капнуть 5-процентный раствор глюкозы, а затем кисточкой перенести в нее немного живой созревшей пыльцы.

3. Перевернуть покровные стекла ножками вниз и установить их на предметные стекла.

4. Несколько таких влажных камер поместить в чашки Петри на влажную фильтровальную бумагу, накрыть крышкой и поставить для проращивания на несколько часов в теплое место или термостат при температуре 20-25°С.

На уроке под микроскопом можно наблюдать проросшие пыльцевые трубки и лопнувшие пыльцевые зерна. Зарисовать их, отмечая спермин и вегетативную клетку.

Чтобы лучше понять биологический смысл процессов опыления и оплодотворения, ребята в биологическом кабинете по заданию учителя могут выполнить несложный опыт по образованию плодов и семян у комнатных растений при искусственном опылении. Для его проведения нужно взять два экземпляра одного вида комнатных растений с бутонами. На одном из них, чтобы предотвратить самоопыление у большинства бутонов, пинцетом осторожно удалить все тычинки (кастрировать цветы). Чтобы предотвратить попадание пыльцы с других цветущих растений этого вида, на кастрированные цветки надевают изоляторы. Затем некастрированные бутоны и распустившиеся цветки на этом растении удаляют. Когда у кастрированных цветков созреет пестик и на рыльце появится капелька жидкости, надо осторожно, сняв изолятор, на часть кастрированных цветков нанести пыльцу, собирая ее кисточкой с лопнувших пыльников распустившихся цветков другого растения. Для более надежного завязывания семян через 2-3 суток опыление повторяют. На опыленные цветки привязывают этикетки или помечают их цветной ниточкой. Другие кастрированные цветки не опыляют. В дальнейшем ведут наблюдения за образованием плодов, записывая все изменения в таблицу (табл. 7).

Таблица 7

№ п/п	Вариант опыта	Даты	Изменение в частях цветка
		кастрации	опыления	образования плодов

Можно наблюдать, что у опыленных цветков околоцветники, рыльца и столбики усыхают и опадают, а завязи их сильно разрастаются и превращаются в плоды с семенами. У неопыленных цветков околоцветник и пестик засыхают и отваливаются. Данные этого опыта обсудить на уроке в классе, что позволит учащимся лучше понять процесс опыления и оплодотворения. Чтобы школьники уяснили значение этих процессов в практической деятельности людей, учитель должен добавить, что человек путем искусственного опыления создает новые сорта растений, объединяя в одном организме признаки и свойства двух родителей и отбирая в потомстве формы, наиболее удачно сочетающие хозяйственно-ценные признаки. Учитель поясняет, что на этих же закономерностях основано проведение дополнительного опыления у перекрестно опыляемых растений, например кукурузы, подсолнечника, ржи, винограда, для получения более высоких урожаев плодов и семян этих культур. С этой же целью в период цветения в сады, на цветущие плантации гречихи, подсолнечника и других культур вывозят ульи или ставят их в теплицах, где выращивают огурцы и другие овощи. В связи с изучаемым материалом учитель может напомнить, что у сорных растений в процессе эволюции выработалась способность образовывать огромное количество семян, поэтому нельзя допускать их осеменения и нужно вести с ними своевременную борьбу [2].

Так комнатные растения помогают учащимся уяснить сложный материал о делении клеток, формировании гамет у растений, процессы опыления и оплодотворения, увидеть их материальный характер, понять значение использования этих закономерностей в практической деятельности человека. Они помогут учащимся совершенствовать умения и навыки по работе с микроскопом, изготовлению временных давленых, препаратов, проведению скрещивания растений.

Глава 2 Использование комнатных растений на уроках биологии в процессе изучения их наследственности, изменчивости, селекции

2.1 Изучение основных закономерностей наследственности и изменчивости растений

При изучении темы «Основные закономерности наследственности» важное значение в подготовке учащихся к восприятию генетических закономерностей имеют опыты с комнатными растениями, в процессе которых учащиеся получают гибридные формы, ведут наблюдения за расщеплением признаков во втором и последующих поколениях.

Одним из интересных объектов для проведения генетических опытов, постановка которых возможна зимой в обычных школьных условиях, является арабидопсис - эфемерное карликовое растение семейства крестоцветных. Ученые-генетики сравнивают его по генетической ценности с дрозофилой. Это небольшое растение имеет короткий жизненный цикл, высокую плодовитость, ряд наследственных признаков, удобных для проведения гибридологического анализа. Растению свойственны простота его массового разведения, способность завязывать большое количество плодов и семян при скрещивании. С каждого растения можно собирать до тысячи семян, что позволяет проводить статистический анализ [5].

Растения арабидопсиса для нормального развития требуют продолжительный световой день (не менее 12 ч). Лучшими условиями для его культивирования является 14-16-часовой день и температура воздуха 20-25°С. При этих условиях можно получить в течение года до 8-10 поколений.

Чтобы проследить во втором поколении гибридных растений расщепление признаков и сделать нужные выводы, достаточно иметь 3 поколения. С этой целью посевы семян арабидопсиса при естественном освещении лучше проводить в начале сентября, в конце марта и в начале апреля, когда продолжительность дня 12-14 ч, а температура в помещении 18-20° С, или использовать дополнительное освещение.

В условиях школы арабидопсис удобно выращивать в бумажных стаканчиках или в маленьких банках. Лучшую всхожесть дают семена, используемые для посева не ранее, чем через две недели после их уборки. Всходы у арабидопсиса очень мелкие и нежные. Чтобы не повредить маленькие проростки, их надо поливать через воронку, вставленную в сосуд на глубину залегания корневой системы.

При проведении опыления необходимо учитывать следующие особенности цветков арабидопсиса: они очень маленькие, рыльца их пестиков созревают раньше, чем пыльца, и высовываются из бутона до распускания цветка. Эта особенность позволяет проводить скрещивание без предварительной кастрации цветков, не боясь, что произойдет их самоопыление. Важно также учитывать, что зрелая пыльца арабидопсиса при хранении в холодильнике сохраняет жизнеспособность до двух месяцев.

Для проведения генетических опытов школьниками важно подбирать исходные родительские пары с контрастными признаками, которые можно было бы легко распознать и учитывать в последующих поколениях: количество семядолей (2 или 3), различная окраска семян, наличие или отсутствие опушения, озимый или яровой тип развития и др. Выполнять опыты с арабидопсисом целесообразнее в кружке, на внеклассных занятиях, а демонстрировать результаты опытов и обсуждать их при изучении соответствующих закономерностей лучше в классе. Это позволит всем старшеклассникам видеть и знать сущность генетических закономерностей, подтвержденных в опытах их товарищей с арабидопсисом [7].