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1、第四章 细胞的物质输入和输出,第1节 物质跨膜运输的实例,1知识与技能 (1)说出细胞在什么情况下吸水和失水。 (2)举例说明细胞膜是选择透过性膜。 (3)熟练制作临时装片和操作显微镜观察。 2过程与方法 (1)尝试从生活现象中提出问题，作出假设。 (2)学习进行探究问题的一般方法和步骤。,学习目标,3情感态度与价值观 (1)参与课堂讨论与交流。 (2)养成良好的实验习惯，如及时清洗和摆放实验用具，爱护实验室卫生等。,一、细胞的吸水和失水 1动物细胞的吸水和失水 当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，细胞_；当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，细胞_；当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相等时，水分进
2、出细胞处于_。,知识清单,2植物细胞的吸水和失水 (1)结构基础 细胞吸水和失水的物质基础：植物细胞内有_，其内含有_，使细胞内部具有一定的浓度；细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的_相当于一层_。此外，植物细胞具有_，是全透性的。 (2)质壁分离细胞的质壁分离是指_和_的分离。,2实例 植物对Ca2、Mg2和Si4的吸收，人体甲状腺滤泡上皮细胞对碘的吸收等。,难点1 渗透作用与细胞吸水和失水 1渗透系统的组成(如图) (1)半透膜可以是生物性的选择透过性膜，如膀胱膜；也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。 (2)半透膜两侧的溶液具有浓度差。,难点互动,2渗透现象及其原因 (1)渗透现象：先让漏斗颈内液
3、面与烧杯内液面相平，一段时间后，漏斗颈内液面上升。 (2)液面上升的原因图示 即单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗内的水分子数量多于从长颈漏斗内渗出的水分子数量，因此漏斗内的液面上升。,验证实验设计 A组和B组对比说明渗透作用要有半透膜。 A组和C组对比说明渗透作用必须是半透膜两侧的溶液具有浓度差。,3细胞吸水和失水 (1)动物细胞的吸水和失水 细胞膜相当于半透膜，浓度差由外界溶液浓度与细胞质的浓度来体现。 细胞吸水或失水的多少取决于细胞膜两侧溶液中水的相对含量的差值。 水分子是顺相对含量的梯度进出动物细胞的。,(2)渗透作用与植物细胞吸水和失水比较,4.细胞吸水和失水原理的应用 (1)对农作物
4、的合理灌溉，既满足了农作物对水分的需要，同时也降低了土壤溶液的浓度，有利于植物根毛细胞对水分的吸收。 (2)盐碱地中的植物不易存活或一次施肥过多造成“烧苗”现象，都是因为土壤溶液浓度过高，甚至超过了根毛细胞细胞液浓度，导致根毛细胞不易吸水甚至失水造成的。 (3)糖渍、盐渍食品不易变质的原因，是在食品外面和内部形成很高的浓度差，使微生物不能在其中生存和繁殖，所以能长时间保存。,(4)医用生理盐水的浓度为0.9%，不会使人体细胞失水或吸水，从而可以保障人体细胞维持正常的形态和功能。 (5)在制备细胞膜时，常用哺乳动物成熟的红细胞放入清水(蒸馏水)中，红细胞会吸水而涨破，内容物流出，从而得到细胞膜。
5、,特别提示：水的扩散是双向的，只是整体上水的扩散方向是从低浓度的溶液到高浓度的溶液。这里溶液的浓度指的是物质的量浓度，这里的浓度差实质上是指膜两侧水分子的相对数目的多少。当膜两侧水分子的扩散达到动态平衡时，水分子的进出速度相等，此时液面不再上升。注意溶质分子是否通过半透膜，若能通过半透膜，该物质不同情况对溶液浓度的影响不同，需具体分析其变化。植物细胞吸水和失水与动物细胞吸水和失水的区别：吸水时：植物细胞膨胀或质壁分离复原，动物细胞涨破(无细胞壁支持和保护)。失水时，植物细胞质壁分离，动物细胞皱缩。,例1 下面是研究渗透作用的装置图，请根据探究的主题和要求完善相关实验。 材料：清水、不同浓度的蔗
6、糖溶液、纱布等。 (1)在装置A的基础上，完善渗透装置。 (2)若要验证渗透作用的发生条件之一是必须具有半透膜，应如何设计？根据什么现象判断？,(3)若要验证发生渗透作用的条件之一是必须存在浓度差，又将如何设计？ (4)有两种不同浓度蔗糖溶液(M和N)，请用两种实验方案比较其浓度高低。 答案：(1)将蔗糖溶液放入卵壳膜(半透膜)内，清水放入烧杯中。 (2)取两个相同的如A、B的装置，烧杯内均放等量清水，A装置用卵壳膜，B装置用一层纱布代替卵壳膜，漏斗内均装入相同的蔗糖溶液。 现象：A装置中漏斗内液面上升，B装置中液面不上升。,(3) (4)方案一(要求只用A装置),方案二(要求同时使用A、B两
7、装置),解析：此题主要考查渗透装置构成条件及其相关验证和渗透作用原理的实际应用。分析解决此题时，应特别注意如下问题： (1)半透膜及浓度差是构成渗透装置的两个必备条件。 (2)在验证渗透装置的两个条件及比较两种蔗糖溶液浓度时，要合理设置对照实验。,变式训练1 材料和用具：容积不同的半透膜袋、直径和长度相同的细玻璃管(带刻度)、细线、蔗糖溶液、清水、大烧杯、铁架台等。 请根据所给的材料和用具，设计实验探究水分子通过半透膜的速率和半透膜袋的表面积与体积比值大小的关系。(已知袋的容积越小，表面积与体积的比值越大；袋的容积越大，表面积与体积的比值越小),(1)方法步骤： 取甲、乙两个容积不同的半透膜袋
8、(甲容积大于乙)，装入相同浓度的蔗糖溶液，上端分别连接上直径和长度相同的带刻度玻璃管，两玻璃管内液面高度相同。 _。 _。 (2)可能的实验结果及相应的实验结论： 若甲、乙两玻璃管内液面高度相等，说明_。 _。 _。,答案：(1)将甲、乙两个袋同时置于盛有清水的大烧杯内 一段时间后，观察玻璃管内液面高度 (2)水分子通过半透膜的速率和袋的表面积与体积比值的大小无关 若甲玻璃管内液面高于乙玻璃管，说明袋的表面积与体积的比值小时，水分子通过半透膜的速率大 若甲玻璃管内液面低于乙玻璃管，说明袋的表面积与体积的比值大时，水分子通过半透膜的速率大 解析：本实验的自变量是表面积与体积比不同的半透膜袋，因变
9、量是渗透作用速率，因此可设置两组渗透装置，半透膜袋的容积不同，其内装有相同浓度的蔗糖溶液，置于清水，通过观察玻璃管中液面高度变化得出结论。,难点2 探究植物细胞的吸水和失水 1实验原理 (1)原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。 (2)当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞渗透失水，原生质层收缩，进而发生质壁分离。 (3)当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞渗透吸水，发生质壁分离复原。 2实验目的 (1)初步学会观察植物细胞质壁分离及质壁分离复原的方法。 (2)理解植物细胞发生渗透作用的原理。,4实验结论 成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；当外界溶液
10、浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水。,例2 观察在0.3 gmL1的蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞，发现细胞的中央液泡逐渐变小。这说明( ) A细胞壁相当于一层半透膜 B该洋葱表皮细胞是活的 C此时蔗糖溶液浓度小于细胞液浓度 D细胞壁收缩导致中央液泡失水 答案：B 解析：活的洋葱表皮细胞的原生质层相当于一层半透膜，在高浓度的蔗糖溶液中发生渗透作用，导致中央液泡失水而变小。,变式训练2 在马铃薯中用打孔器打出两圆柱体块P和Q，P在蒸馏水中放1h，Q在与马铃薯细胞液等渗的盐溶液中放1h，测定处理的圆柱体是否与原来的孔刚好合适( ) AP不合适，但Q刚好合适 BP不合适，Q也不合适 CP和Q都精确的合适 DP
11、精确的合适，Q不精确的合适 答案：A,解析：此题的易错点不是在于知识的难度，而是在于对新题型的认识把握上。P放在蒸馏水中1h后，由于外界清水的浓度小于细胞液的浓度，P的细胞便因吸水而膨胀，从而不能正好放入原来的孔；Q放在与马铃薯细胞液等渗的盐溶液中1h后，我们理解等渗是细胞液的浓度等于外界盐溶液的浓度，外界的盐溶液起了维持细胞的形态和功能的作用，从而Q能正好放入原来的孔。正确答案应为A。,难点3 物质跨膜运输的特点(重点) 1实验表明，除水以外的其他物质也可以进行跨膜运输，有的是顺相对含量梯度，如CO2、O2、甘油、乙醇等；有的不是顺相对含量梯度，如Na、K、氨基酸等，而且细胞对于这些物质的输
12、入和输出有选择性。 2活细胞的细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，它的选择透过性主要表现在： (1)水分子可以自由通过。 (2)被细胞选择吸收的离子和小分子也可以通过。 (3)不被细胞选择吸收的离子和小分子、大分子不能通过细胞膜。,答案：C 点拨：只有活的，成熟的植物细胞才能发生质壁分离和复原。,变式训练3 细胞膜在功能上的特性是( ) A具有一定的流动性 B具有选择透过性 C具有渗透性 D具有半透性 答案：B 解析：细胞膜的功能是与细胞内、外的物质交换有关，水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子、小分子也能通过，而其他离子、小分子、大分子则不能通过。生物膜的这一特性与细胞的生命活动密切相关
13、，是活细胞的一个重要特征。,几个易混淆概念的分析比较 (1)渗透和扩散 物质从高浓度到低浓度的运动叫扩散。如气体从浓度高的地方向浓度低的地方运动，溶质分子在溶剂中的运动(如蔗糖放入清水后的运动)等。水及其他溶剂分子通过半透膜的扩散叫渗透。由此我们可以看出，渗透与扩散的不同在于渗透必须有选择透过性膜(半透膜)。据此，动物细胞的细胞膜亦是选择透过性膜，也可以发生渗透作用。,知识拓展,(2)吸胀吸水和渗透吸水 吸胀吸水是指细胞在形成中央液泡之前的主要吸水方式。当大分子的淀粉粒和蛋白质等处于凝胶状态时，这些大分子之间有大大小小的缝隙。水分子会迅速地以扩散作用或毛细管作用等形式进入凝胶内部，具有极性的水
14、分子与亲水凝胶结合起来，使其膨胀，这种现象叫吸胀作用。原生质凝胶吸胀作用的大小与该物质的亲水性大小有关，蛋白质、淀粉、纤维素的亲水性依次递减。因此大豆种子(含蛋白质多)比玉米种子(含蛋白质相对少)的吸胀作用要大。干燥的种子吸胀作用的力量相当大。人们用大豆等种子填入岩石裂缝中，灌水以后，大豆的吸胀力可使岩石崩裂；将大豆从动物的枕骨大孔装入颅腔内，加水后利用大豆的吸胀作用可将头骨分开。,植物细胞形成中央液泡以后主要靠渗透作用吸水，这是因为成熟的植物细胞是一个渗透系统：细胞膜和液泡膜(原生质层)是选择透过性膜；细胞液和外界的土壤溶液有浓度差，细胞液就通过细胞膜和液泡膜与土壤溶液构成渗透系统，因而成熟
15、的植物细胞主要靠渗透吸水。 (3)渗透作用与自由扩散的比较 自由扩散是指被选择吸收的物质，从浓度高的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运。如：H2O、O2、CO2等物质透过膜的方式均是自由扩散。 渗透作用则是指水分子或其他溶剂分子从低浓度溶液通过半透膜向高浓度溶液的扩散(流动)。,从水分子流动的方向来看，自由扩散与渗透作用是矛盾的。事实上，二者是统一的。发生渗透作用时，水分子由低浓度溶液流向高浓度溶液，恰好是水分子由单位体积中水分子数多的一侧流向单位体积中水分子数少的一侧，正符合自由扩散的原理。,例 如下图所示，烧杯内装有蒸馏水，下部封有半透膜的长颈漏斗内装有淀粉和食盐溶液，开始时，漏斗颈内的液面
16、与烧杯内蒸馏水的液面相同。过一段时间后，用碘液和硝酸银溶液分别检测蒸馏水中的物质。整个实验过程中所观察到的现象是( ),漏斗颈内的液面下降 漏斗颈内的液面上升 烧杯内的液体遇硝酸银溶液有白色沉淀生成 烧杯内的液体遇碘液变蓝 A B C D 答案：B 解析：淀粉是大分子物质，不能透过半透膜，因此漏斗内液体与烧杯中蒸馏水之间的渗透压不平衡，水分子通过半透膜进入漏斗，使其液面上升；烧杯内的蒸馏水中无淀粉，遇碘不变蓝。食盐溶液中的离子可以透过半透膜，所以烧杯内的液体遇硝酸银溶液有白色沉淀生成。,变式训练 植物细胞可以通过渗透作用吸水或失水，将带“皮”的幼嫩的茎纵切后插入两烧杯中，如图1所示。已知b侧的
17、细胞壁比a侧的细胞壁薄，易伸展。判断30分钟后可能出现的形状变化是(图2)( ),答案：D 解析：甲烧杯中由于是30%的蔗糖溶液，细胞失水，而乙烧杯中是清水，细胞吸水。,1细胞膜及其他生物膜，可以让水分子自由通过，而不让蛋白质自由通过，这说明( ) A细胞内对水的需求量大 B细胞内能合成蛋白质 C生物膜具有选择透过性 D活细胞从外界吸收物质具有灵活性 答案：C 解析：本题考查物质跨膜运输的特点。生物膜是一种选择透过性膜，这种膜可以让水分子自由通过，一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。,随堂练习,2喝高浓度的果汁根本不能解渴，其原因是( ) A高浓度的果汁中含水少
18、B细胞失水 C细胞吸水不足 D不能吸收果汁 答案：B 解析：当外界溶液浓度大于细胞质浓度时，会使细胞出现失水现象。,3利用紫色洋葱或紫鸭趾草做植物细胞质壁分离和复原实验的优点是( ) A细胞壁呈紫色，便于观察 B原生质层呈紫色，便于观察 C液泡呈紫色，便于观察 D细胞质呈紫色，便于观察 答案：C 解析：紫色的液泡便于观察质壁分离与复原。,4放在0.3g/mL的蔗糖溶液中，不会发生质壁分离的一组细胞是( ) 洋葱根尖分生区细胞 人的口腔上皮细胞 洋葱鳞片叶表皮细胞 干种子细胞 蛔虫卵细胞 洋葱根尖的根冠细胞 A B C D 答案：A 解析：活的成熟的具有大液泡的植物细胞才会发生质壁分离。,5将一
19、小块洋葱鳞片叶表皮放在滴有某一浓度的蔗糖溶液的载玻片上，制成装片，放在显微镜下观察，有3种状态的细胞，如图所示，你认为这3个细胞在未发生上述情况之前，其细胞液的浓度依次是( ) AABC BAAC DBAC,答案：A 解析：本题考查质壁分离的相关知识和识图能力。在质壁分离中，浓度差越大，发生的质壁分离现象越明显。从题图中得知C细胞的细胞液浓度和蔗糖溶液浓度的差值最大，而A细胞的细胞液浓度与蔗糖溶液浓度的差值最小。,6下表是一组新鲜洋葱表皮细胞进行的实验处理和结果，请回答：,(1)洋葱表皮细胞在第1、2、3组实验中均发生了质壁分离现象，其内部结构基础和外在条件分别是_。 (2)比较第1组和第2组实验结果的差异，说明_。 (3)比较第1组和第3组实验结果，出现实验结果差异性的原因是_。 (4)比较第1组和第4组实验结果，出现实验结果差异性的原因是_。,答案：(1)内部结构基础是有原生质层和原生质层内外两个溶液体系的存在；外在条件是原生质层内外两个溶液体系存在浓度差 (2)高浓度溶液加快质壁分离现象的出现，但由于引起细胞过度失水，导致细胞死亡，使质壁分离复原不能发生 (3)尿素是可以被细胞吸收的小分子物质，随着尿素分子不断进入细胞内部，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，质壁分离就会自动复原 (4)高温导致细胞死亡，死亡的细胞原生质层失去选择透过性，不能发生质壁分离,