Влияние тяжелых металлов на активность каталазы. Программа элективного курса и методические рекомендации для предпрофильной подготовки учащихся 9 класса по валеологической экологии



БИПКРО
«Влияние тяжелых металлов
на активность каталазы»
Программа элективного курса
и методические рекомендации
для предпрофильной подготовки
учащихся по валеологической
экологии в 9 классе
учитель: Романова Е. Н.
Ларневская средняя общеобразовательная школа
Красногорского района, 2004 г.
Пояснительная записка.
Программа предназначена для учащихся 9 классов, выбирающих для дальнейшего обучения естественно – научный профиль.
Цель: создание ориентационной и мотивационной основ для осознанного выбора естественно – научного профиля обучения. Учащиеся будут знакомиться с особенностями естественнонаучной исследовательской деятельности, полученные навыки помогут в выборе будущей профессии, связанной с какой – либо отраслью биологической науки. Курс будет полезен будущим медикам, психологам и учителям. Курс позволит познакомиться с исследовательской деятельностью и принять в ней участие.
Исследовательская деятельность учащихся не требует дорогостоящего оборудования и позволяет развивать у школьников серьезный интерес к природоохранным проблемам в связи с новизной подхода к теме о знакомстве с ферментативной активностью, предусмотренной школьной программой. Новизна заключается в постановке научного исследования силами самих учащихся, что способствует развитию мыслительной деятельности и формированию глубокого интереса школьников к явлениям природы.
Результат – создание проекта.
Курс состоит из лекций и практических занятий.
Содержание курса рассчитано на 10 часов и 10 занятий.

Методические рекомендации.
Основной формой проведения данного курса является проектная деятельность, что не исключает использования некоторых элементов других форм: коллективного взаимообучения и проблемной методики.
Методику коллективного взаимообучения возможно использовать во время экскурсии по сбору грибов и на занятии по защите проекта. Обмен информацией и грибах и других живых объектах на экскурсии, а также коллективный устный или письменный анализ защищаемого проекта, дадут возможность для создания мотивации у учащихся и потому, что материалы по их групповой и парной работе будут накоплены для портфолио каждого из участников проекта. Постановка же новых проблем по возможным дальнейшим исследованиям самими учащимися на последнем занятии дает возможность развивать творческое мышление и нацеливать на обучение способам познания, что вписывается в современную теорию развивающего обучения.
Элективный курс дает возможность учителю и учащимся работать в рамках здоровьесберегающих технологий: формировать коммуникативные качества, обучать навыкам работы с информацией (медиаобразование), а четкое постановление итоговой задачи и поэтапное ее выполнение отвечает такому критерию здоровьесберегающих технологий как интеллектуальная состоятельность. Способствует развитию формирования представления о здоровом образе жизни и валеологическая направленность содержания самого элективного курса.
План.
Занятие 1. Введение. Влияние тяжелых металлов на обменные процессы.
(Лекция)
Занятие 2. Охрана окружающей среды от свинцового загрязнения.
(Лекция)
Занятие 3. Сбор клубней картофеля с участков, расположенных в разных
экологических условиях.
(Практическое занятие)
Занятие 4. Получение ферментной вытяжки каталазы из картофеля.
(Практическое занятие)
Занятие 5. Манометрический метод в учебно – исследовательской деятель-
ности. Подбор реактивов и оборудования.
(Практическое занятие)
Занятия 6,7. Измерение активности каталазы в клубнях картофеля, выросших
в разных экологических условиях.
(Практическое занятие)
Занятие 8. Исследование влияния ионов свинца и меди на активность катала-
зы. (Практическое занятие)
Занятие 9. Защита проекта. Возможности аналогичных исследований на дру-
гих объектах.
Занятие 10. «Обиженные» тяжелые металлы. (Лекция)

Содержание.
Занятие 1. Введение. Влияние тяжелых металлов на обменные процессы.
Как материал для лекции по теме первого занятия можно использовать текст приложения из статьи Н. И. Ковалевской и А. К. Тихонова «Влияние тяжелых металлов на активность каталазы», опубликованной в журнале «Биология в школе», №7, 1999 г.
Занятие 2. Охрана окружающей среды от свинцового загрязнения.
Статья Н. Г. Боброва «Охрана окружающей среды от свинцового загрязнения» («Химия в школе», №7, 1999), прочитанная как лекция на втором занятии, дает возможность четко и в полном объеме раскрыть главные аспекты темы этого занятия за один урок.
Занятие 3. Сбор клубней картофеля с участков, расположенных экологических условиях.
На этом практическом занятии необходимо сделать подборку клубней минимум с двух участков: один должен быть расположен в экологически чистых условиях, а другой – в местности, которая подверглась в той или иной степени загрязнению тяжелыми металлами, например, вблизи автомобильных трасс.
Занятие 4. Получение ферментной вытяжки каталазы из картофеля.
На этом практическом занятии по нижеуказанной методике необходимо получить столько видов ферментной вытяжки, сколько участков выбрано для изучения на предыдущем занятии.
Получение ферментной вытяжки каталазы из картофеля. Приготовить навеску 1 г очищенного клубня картофеля и тщательно растереть в охлажденной льдом ступке, добавив 0,3 г мела и 5 -10 мл охлажденной воды. Затем полученный гомогенат ткани разбавить охлажденной водой из расчета 30- 50 мл на 1 г картофеля. Полученный раствор (ферментную вытяжку) после отстаивания слить для отделения от растительных остатков, измерить объем в мерной посуде и хранить в стеклянном стаканчике или колбе на холоде.
Занятие 5. Манометрический метод в учебно - исследовательской деятельности. Подбор реактивов и оборудования.
Начать это практическое занятие можно с конкретизации цели школьного экологического эксперимента – исследовать активность каталазы, ускоряющей разложение токсичной для организма перекиси водорода до свободного кислорода и воды:
2H2O2 → 2H2O + O2
Во вступительной беседе дать небольшие сведения о каталазе – ферменте, относящемуся к классу оксидоредуктаз. Этот фермент содержится в животных и растительных тканях и включает железо в составе геминовой простетической группы. Фермент проявляет высокую активность: одна молекула каталазы разлагает до 5 млн. молекул перекиси водорода в минуту при 0 ◦ С.
Максимальную активность фермент обнаруживает в интервале от 0 до 10◦С. Оптимальное значение рН действия лежит в пределах 6,0 – 8,0 единиц.
Для измерения активности каталазы удобно применять манометрический метод. Он основан на измерении объема кислорода, выделившегося при воздействии фермента на субстрат.
Реактивы и оборудование: 3 % -ные растворы медного купороса (CuSO4) и нитрата свинца (PbNO3)2) или ацетата свинца (купить в аптеке «свинцовую примочку»); 3%-ный раствор перекиси водорода (H2O2); половинка клубня картофеля; пипетки, градуированные на 1 и 5 мл; фарфоровая ступка с пестиком; мерный цилиндр и специальный стакан; весы с разновесами, колбы на 50 мл, скальпель, мел, секундомер. Прибор для измерения активности каталазы показан на рисунке 1.
Зажим необходим для установления (в открытом положении) уровня жидкости в бюретке на нулевой отметке. Бюретку следует заполнить 3%- ным раствором серной кислоты, чтобы предотвратить гнилостные процессы в воде и снизить в ней растворение газа. Избыток раствора, образующийся при вытеснении жидкости из бюретки при выделении кислорода, собирается в воронке (емкость для жидкости).
Занятия 6,7. Измерение активности каталазы в клубнях картофеля, выросших в разных экологических условиях.
На этих занятиях проводятся эксперименты с теми видами ферментных вытяжек, которые заготовлены на занятии № 3 с учетом необходимого количества повторностей (не менее трех) для возможности статистически оценить достоверность полученных результатов.
Методика измерения активности каталазы. В одно колено каталазника поместить 3 мл ферментной вытяжки, а в другое - 3 мл раствора перекиси водорода (субстрата). Присоединить каталазник к прибору, установить нулевую точку жидкости в бюретке. Быстро слить и перемешать растворы в одном из колен каталазника и через определенное время (через каждую минуту или 5 мин) отмечать объем кислорода, который выделяется в процессе ферментативной реакции. Активность фермента выразить в объеме кислорода (мл), выделившегося за 1 м ин, в расчете на 1 г сырой растительной ткани по формуле:
А=Объем О2мл×общий объем ферм.вытяжки (мл)Время мин×объемферм. пробы (3 мл)
Занятие 8. Исследование влияния ионов свинца и меди на активность каталазы.
Можно определить концентрацию токсикантов, оказывающую угнетающее действие на активность фермента, используя сульфат меди и ацетат свинца. Для этого добавить в одно из колен каталазника 0,5 мл того или иного ингибитора (ацетат свинца, сульфат меди) непосредственно перед перемешиванием перечисленных выше растворов (опытные пробы).
Ферментную активность нужно сравнивать с контрольными пробами, в которые вместо растворов солей-ингибиторов добавляется 0,5 мл воды, чтобы общие объемы проб контроля и опыта были одинаковыми.
Занятие 9. Защита проекта. Возможности аналогичных исследований на других объектах.
После защиты проекта можно обсудить необходимость аналогичных исследований с использованием других объектов, например, грибов как источника каталазы.
Занятие 10. «Обиженные» тяжелые металлы. (Лекция).
Сведения этой лекции позволят учащимся шире сформировать взгляд на роль тяжелых металлов, и, может быть, заинтересовавшись теоретической стороной этого вопроса, провести в будущем исследования в этом направлении. Материалом лекции может быть статья Т. Н. Курдюмовой «Обиженные» тяжелые металлы» из журнала «Химия в школе» (№ 5, 1999).
Литература
Ковалевская Н. И. , Титов А. К. Влияние тяжелых металлов на активность каталазы// Журнал «Биология в школе»/ № 7, 1999.
Бобров Н. Г. Охрана окружающей среды от свинцового загрязнения// Журнал «Химия в школе»/ № 7, 1999.
Курдюмова Т. Н. «Обиженные» тяжелые металлы// Журнал «Химия в школе»/ № 5,1999.