Інтеграція знань з хімії та біології

Інтеграція знань з хімії та біології на прикладі підручника біології для 7 класу

Ці завдання – майже готовий матеріал для проведення інтегрованих уроків. Справа в тому, що цьому підручнику існує спеціальна рубрика «Творче засвоєння». В ній подається матеріал, який пов’язує біологію практично з усіма науками: історією, англійською мовою, фізикою, хімією. Ці завдання вимагають від учнів доволі міцних та ґрунтовних знань, спонукають до пошуку відповіді на сторінках інших підручників, створюються умови для творчого пошуку. Єдине зауваження: дуже високий науковий рівень деяких запитань: мені здається, тут порушується принцип доступності, що може зменшити зацікавленість у вивченні того чи іншого предмету. Ще ця стаття може бути корисною вчителям біології, полегшуючи їхню підготовку до уроків. Питання пронумеровані та взяті з підручника [2], відповіді – з різних джерел.

1. На ст. 24 підручника наведене завдання: «Відомо, що рослини існують завдяки фотосинтезу. Цей процес можна зобразити так:

Вода + Вуглекислий газ + Світлова енергія = Органічні речовини + Кисень.

Як ви вважаєте, фотосинтез є хімічним чи фізичним процесом? Поясніть, чому.»

Відповідь. Для учнів 7 класу це питання доволі важке. Адже фізичні та хімічні явища вони почнуть вивчати десь через три місяці. Але бажаючі можуть відкрити свій підручник з хімії [4]на ст. 78 та прочитати, що таке фізичні та хімічні явища, визначити, що фотосинтез – хімічне явище, адже відбувається перетворення одних речовин на інші.

2. На ст. 28 наведене запитання: «Клітинний сік вакуоль – це водний розчин органічних і неорганічних речовин, склад яких змінюється залежно  від виду рослин та її стану. У складі клітинного соку є вітаміни, цукри, кислоти та інші речовини. А що таке хімічні речовини?»

Відповідь. Ст. 28 [4]: «Речовина – те, з чого складається тіло». Та, виявляється, ще в п’ятому класі на уроках природознавства учні могли прочитати в підручнику [11], ст. 22: «Кожне тіло складається з однієї чи кількох речовин. Можна сказати, що речовина — це те, з чого складаються тіла. Повітря, моря і океани, кам'яне вугілля, деревина, живі організми містять у собі різні речовини.

Усе довкола нас складається з різноманітних речовин. Вони мають різні властивості.»

3. На ст. 40 запитання: «Одним із найцікавіших явищ у вивченні коренів є їхнє взаємовигідне співжиття з грибами, що називається мікориза. Більшість лісових дерев (дуб, береза, осика тощо) ростуть краще при такому поєднанні. Корінь постачає грибу вуглеводи та деякі інші органічні речовини, а гриб постачає рослині воду, сполуки азоту, вітаміни й активатори росту. Як ви думаєте, чому саме рослина постачає грибу органічні речовини? Що таке неорганічні й органічні речовини?»

(«Азот» як назва хімічного елементу не використовується, потрібно було надрукувати «Нітроген».)

Відповідь. На ст. 58 [4] можна прочитати про неорганічні та органічні речовини: «Раніше органічними речовинами називали ті, які містяться в живих організмах. Це білки, жири, цукор, крохмаль, вітаміни, сполуки, що зумо­влюють колір, запах, смак овочів і фруктів, та ін. Згодом учені почали добувати в лабораторіях подібні за складом і властивостями речовини, яких немає у природі. Нині органічними речови­нами називають сполуки Карбону (за винятком чадного і вуглекислого газів, крейди, соди, де­яких інших).

Більшість органічних сполук здатні горіти, а при нагріванні за відсутності повітря обвуглю­ються (вугілля майже повністю складається з атомів Карбону).

До неорганічних речовин належить решта складних речовин, а також усі прості. Вони станов­лять основу мінерального світу, тобто містяться в ґрунті, мінералах, гірських породах, повітрі, при­родній воді. Крім того, неорганічні речовини є і в живих організмах.»

4. На ст. 80 наведене запитання: «Різноманітне забарв­лення квіток зумовлене пігментами, найважливіше місце серед яких належить антоціанам. Під такою назвою поєднуються хімічні речо­вини синього, фіалкового та червоного ко­льорів. Червоні пелюстки півонії, сині квітки волошок, різноманітність відтінків бузку, троянд, півників, тюльпанів — усе це прояв дії антоціанів. Білий колір у багатьох рослин зумовлений відсутністю пігментів і наявністю в пелюстках дрібних повітряних порожнин, від яких відбиваються промені сонячного світла. А чому квітки мають таке різне забарвлення?»

Відповідь. [9], ст. 18: «У клітинному соку містяться також різноманітні пігмен­ти— барвники. Найпоширеніший рослинний пігмент антоціан. Залежно від реакції — кислої чи лужної — він надає клітинно­му соку різного забарвлення — рожевого, червоного, фіолето­вого, синього, блакитного. Ця властивість антоціану спричиняє надзвичайну різноманітність забарвлення квіток у рослин. Червоні троянди і маки, сині волошки, сині дзвоники, блакитні незабудки, червоноголовкова капуста, різні червонолисті росли­ни — усе це багатство барв виникає завдяки антоціану. Забарв­лення багатьох плодів (вишні, черешні, сливи, яблука та ін.) також зумовлюється антоціаном.

Цей пігмент є майже в усіх органах рослини. Надаючи яскравого забарвлення пелюсткам квіток, він відіграє важливу роль у перехресному запиленні рослин. Антоціан захищає рос­лину від низьких температур, від шкідливих коротких світлових хвиль і навіть від паразитних грибів.»

5. Питання на ст. 92: «Пилкові зерна вкриті двома оболонками, що містять різні хімічні речовини, серед яких можна виокремити вугле­води поленіни. Вони належать до найстійкіших сполук у природі, і саме завдяки їм пилкові зерна можуть зберігатися, не зміню­ючись, мільйони років. Усередині пилкові зерна також містять хімічні речовини (цукор, крохмаль, олію тощо). Чи мають значення ці поживні речовини для заплід­нення?»

Відповідь. [9], ст. 171: У пилку виявлено понад 20 хімічних біологічно активних речовин – ферментів. Під час проростання пилку активність ферментів підвищується. Вітаміни, який присутні в пилку, беруть безпосередню участь у процесах запліднення. Зменшення вмісту вітамінів у пилку гальмує його проростання і ріст пилкових трубок, що шкідливо позначається на заплідненні. А цукристі речовини дають необхідну енергія для проростання пилку на приймочці маточки.   

6. Питання на ст. 126. «Тонкі двостулкові пан­цири діатомових водоро­стей утворені з кремнезему — нерозчинної у воді твердої речови­ни. Поясніть зміст хімічної формули цієї речовини і її ролі в житті діатомових водо­ростей.»

Відповідь. Кремнезем (SiО₂) складна речовина, має атомну будову: складається з атомів Силіцію та Оксигену. На один атом Силіцію приходиться два атоми Оксигену (ст. 57 [4]). Кремнезем утворює панцир, який надає організму механічної міцності.

7. Питання на ст. 126: «Відомо, що бурі водорості можуть накопичувати в кліти­нах мінеральні речовини в 500-1000 разів більше, ніж їхня концентрація у воді. Ламінарія накопичує в клітинах свого тіла йоду в З0 тис. разів, фосфору в 500 разів, міді в 300 разів більше, ніж у морській воді; а заліза в ній стільки ж, як і в молоці. її використовують не лише як салатну рослину, а й як лікувальний та профілактичний засіб при шлунково-кишкових захворюваннях, склерозі, рахіті, зобові тощо. Сучасні вчені викорис­товують метод, який дає їм змогу за місцем знаходження бурих водоростей відшукувати морські родовища кольорових металів. Виявилося, що водорості, які ростуть на золотовмісних породах, містять дорогоцінного металу в 6-7 разів більше, ніж сама порода. Що таке метали? Які метали належать до кольорових металів?»

Відповідь. (Ст. 54 [4]) «Прості речовини поділяються на метали і неметали. Метали відрізняються так званим «металічним» блиском, за звичайних температур тверді (крім ртуті), добре проводіть електричний струм і теплоту, мають високі температури плавлення (понад 500° С). Вони пластичні, їх можна кувати, витягувати з них дріт.» Метали поділяються на чорні (залізо, манган, хром) та кольорові (всі інші).

8. Питання на ст. 133: «Тіло багатьох червоних водоростей дуже ніжне й тендітне. Але є частина багрянок, у яких у клітинних стінках відклада­ється карбонат кальцію. Яка хімічна формула цієї речовини?»

Відповідь. ([5], ст. 44) Вірна назва речовини кальцій карбонат, формула СаСО₃.

9. Питання на ст. 154: «Крохмаль — органічна речовина, що в рослин є найпоши­ренішим запасним вуглеводом. Велика кількість цієї сполуки відкладається в бульбах картоплі, зернівках пшениці та інших злакових рослинах і використовується рослинами для процесів життєдіяльності, зокрема для розмноження цих рослин. А для чого у хвоща польового на корене­вищах утворюються бульбочки з крохмалем?»

Відповідь на це питання знаходиться в параграфі 36 цього ж підручника біології: «У ґрунті зимує кореневище з кулястими бульбочками. Спороносні пагони хвощів з'являються рано навесні й розвиваються завдяки поживним речовинам цих бульбочок.» 

10. Питання на ст. 172: «Хвойні ліси виділяють у повітря велику кількість кисню та особливих летких речовин, які називаються фітонциди. Наприклад, 1 га соснового лісу виділяє за рік 5,6 т кисню та понад 0,5 т фітонцидів. Що таке фітонциди? Яке значення мають ці хімічні ре­човини для рослин?»

Відповідь. В Дитячій енциклопедії ([6], ст. 112) написано: «Фітонциди – речовини, які вбивають мікроорганізми (від грецького слова «фітон» — рослина і латинського «цедере» — вбивати. Особливо активні фітонциди знайдені в цибулі та часнику. Фітонциди – продукти життєдіяльності рослин. Вони утворюються в ній в результаті обміну речовині і запобігають зараженню хвороботворними організмами. Хвора рослина завжди збільшує вироблення фітонцидів.»

 11. Питання на ст. 188: «У яблуках є багато ко­рисних речовин. Так, сполуки заліза корисні для кровотворення, сполуки калію - поліпшують роботу серця та печінки, вітамін С збільшує опірність організму. Є в яблуках й особливі речовини — пектини. Яке їхнє значення для організму людини?»

(Вірно не «заліза», а «Феруму»)

Відповідь. В підручнику для ВУЗів  ([7] ст. 337) можна прочитати: «Пектинові речовини містяться в великих кількостях в плодах деяких рослин – аґрусу, яблуках тощо. Завдяки їх присутності фруктові сиропи, нагріті до кипіння, а потім охолоджені, здатні утворювати желеподібні маси. Цією властивістю пектинів користуються для виготовлення мармеладу, пастили, желе.» Пектини – речовини, важливі для харчування людини, вони стимулюють роботу кишківнику, вбирають шкідливі речовини та виводять їх з організму. Велике значення пектин та його похідні мають для виведення з організму людини радіонуклідів.

12. Питання на ст. 192: «Соя — однорічна рослина родини бобові. Майже половину її вро­жаю вирощують у США, а ще третину — у Китаї. Культивують її і в Україні. Насіння сої містить білків більше, ніж куряче м'ясо та яйця. Крім того, до його складу входять цукри, мінеральні речовини, пектин і вітаміни. З бобів сої виготовляють крупу, борошно, соєве молоко, печиво, цукерки тощо. Соєву олію використовують для виробництва маргарину, соусів, паст. Вона, на відміну від тваринних жирів, запобігає відкладанню в кровоносних судинах холестерину, що дуже важливо для здоров'я людини. Як ви думаєте, чому?»

Відповідь. В підручнику [6], ст. 168 сказано: «Жири тваринного походження – це тверді речовини, тоді як рослинного – рідини (їх називають оліями). Рослинні жири відрізняються від тваринних тим, що їх утворюють здебільшого ненасичені вищі карбонові кислоти, зокрема, олеїнова. Ці сполуки забезпечують нормальний ріст і розвиток організму, нормалізують еластичність судин, обмін хо­лестерину, попереджають розвиток атеросклерозу й ожиріння печінки. Із них синтезуються ферменти, які регулюють кров'яний тиск і скорочення м'язів». Справа в тому, що в рослинних жирах, на відміну від тваринних,  не міститься холестерину. До того ж, соєва олія має здатність виводити «поганий» холестерин, який вже відклався на стінках судин, та запобігає відкладанню нового.

13. Питання на ст. 196: «Бульби картоплі містять до 25% крохмалю, білок, пектини, вітамін С, дуже важли­вий хімічний елемент — калій тощо. Ці сполуки й зумовлюють значення картоплі. Наприклад, сирий кар­топляний сік знижує кислотність шлунку, допомагає позбутися печії, нудоти. Для ліку­вання застуди бульби картоплі варять у луш­пинні, додають суху гірчицю, краплю йоду і глибоко вдихають пару. Отже, найбільший вміст корисних сполук, а особливо вітаміну С і калію, у сирих бульбах і бульбах, які зварені в лушпинні. Як ви думаєте, чому? Як темпе­ратура діє на хімічні речовини?»

Відповідь. В більшості овочів і фруктів біологічно активні сполуки, а саме до них відносяться вітаміни, знаходяться в шкірочці або в м’якоті, ближче до шкірочки. Якщо картоплю почистити, ми можемо, по-перше, механічно втратити значну кількість калію та вітаміну С. По-друге, при нагріванні більшість органічних речовин (і вітамінів теж) розкладаються. Щоб цього не сталося, овочі слід при варінні класти в киплячу воду та варити під щільно закритою кришкою.

14. Питання на ст. 251: «Атмосфера Землі містить величезну кількість азоту — 79,2%, але він недоступний рослинам. Вони можуть засвоюва­ти лише той азот (нітроген!), який є в ґрунті у вигляді нітритів і нітратів. Як атмосферний азот перетворюється в доступну для рослин форму?»

Відповідь. ([7], ст. 89, 339) На корені будь-якої бобової рослини (люцерни, гороху, квасолі) можна побачити маленькі бульбочки. В них і живуть бульбочкові бактерії. Ці бактерії проникають в корені із ґрунту через кореневі волоски і викликають інтенсивний поділ клітин. На корені утворюється наріст – бульбочка. Бульбочкові бактерії отримують від рослини цукри і постачають їй нітроген. Після відмирання рослини накопичений в бульбочках нітроген залишається в вигляді солей и легко засвоюється будь-якою рослиною, якою засіють поле потім. 

15. Питання на ст. 265: «Хижацтво — форма взаємодії, за якої тваринні організми поїдають тварин. Але в живій природі є й рослини -«хижаки».  Це комахоїдні рослини, назву яким запропонував Ч. Дарвін. Нині нараховують близько 500 видів таких рослин, серед яких найвідомішими є росичка, венерина мухоловка, пухирник, непентес тощо. Вони здійснюють фотосинтез, але можуть ловити й перетравлювати за допомогою травних ферментів комах, дрібних молюсків, черв'яків, павуків, рибок, рачків тощо. Це пов’язано з тим, що вони ростуть на бідних малопоживних ґрунтах і корені в них погано розвинуті. «Хижаки» є й серед грибів. Так, грибниця «хижацьких» грибів виділяє особливу речовину, що приваблює ґрунтових круглих червів. Вона створює ловильні петлі, які швидко набрякають і затягують пастку після дотику черв'яка. Також грибниця може створювати клейкі сітки, які здатні упіймати навіть круглих черв'яків довжиною до 1 см, що за розміром значно більші грибів. Усього лише за добу грибниця проростає всередину черв'яка й заповнює його тіло. Коли ж червів немає, гриби не утворюють ці сітки. Спожива­ючи свою здобич, і рослини, і гриби компенсу­ють нестачу азоту в субстраті. А для чого їм не­обхідний азот? (нітроген!)

Відповідь. [9], ст. 122: Нітроген – один з основних життєво необхідних елементів. Він входить до складу нуклеїнових кислот, білків, вітамінів, ферментів. У разі нестачі нітрогену в рослинах знижується вміст хлорофілу в листках, вони жовтіють, знижується врожайність, погіршується якість врожаю.

Якщо рослина містить недо­статню кількість цього елемента, то затримується її ріст і розвиток, галь­мується ріст і формування листків, стебла стають тонкими і слабко роз­галужуються. У цукрових буряків листки будуть дрібні, подовжені, ясно-зеле­ні. У разі сильного голодування лист­ки жовтіють і передчасно опадають унаслідок зменшення вмісту хлоро­філу. У картоплі ріст листків і стебла сповільнюється. Бокові пагони дріб­ні або зовсім не утворюються. Листки ясно-зелені, поступово перетворю­ються на жовті. У пшениці вертуш­ки нижніх листків жовтіють. Коло­сок невеликий, зерно дрібне.

[10], ст. 291: «Приблизно 50% сухої маси грибів складають азотисті речовини, із яких на білки припадає близько 30%» . Отже, грибам необхідна велика кількість нітрогену, щоб синтезувати необхідні для росту й розвитку речовини.