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1、第4章 细胞的物质输入和输出 第1节 物质跨膜运输的实例 一二 一、细胞的吸水和失水 1.原理 (1)细胞的吸水和失水的原理是渗透作用,即水分子或其他溶剂分 子通过半透膜(或选择透过性膜)进行的扩散。 (2)渗透作用发生的条件:有半透膜;半透膜两侧的溶液有浓 度差。 一二 2.动物细胞的吸水和失水 (1)条件 动物细胞可以构成一个渗透装置,其中细胞膜相当于半透膜。 细胞膜两侧存在浓度差。 (2)吸水与失水 当外界溶液浓度小于细胞质浓度时,细胞吸水膨胀; 当外界溶液浓度大于细胞质浓度时,细胞失水皱缩; 当外界溶液浓度等于细胞质浓度时,水分进出细胞处于动态平 衡。 一二 3.植物细胞的吸水和失水
2、(1)成熟植物细胞的结构 (2)质壁分离与质壁分离复原 一二 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,细胞失水质壁分离; 发生质壁分离的细胞,当外界溶液浓度小于细胞液浓度时,细 胞吸水质壁分离复原; 当外界溶液浓度等于细胞液浓度时,水分进出细胞处于动态平 衡。 一二 预习反馈 判断正误。 (1)将人的红细胞放入4 蒸馏水中,一段时间后红细胞破裂,其主 要原因是蒸馏水大量进入红细胞。( ) (2)植物细胞质壁分离的过程中水分子的扩散只能单向进行。 ( ) (3)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成。( ) (4)成熟植物细胞在高浓度溶液中发生质壁分离是因为细胞壁具 有选择透过性。( ) (5)质壁分离
3、是指原生质层与细胞壁分离。( ) (6)渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两侧的浓度差。( ) 一二 二、物质跨膜运输的其他实例 阅读教材第63页“资料分析”,回答下列问题。 一二 一二 预习反馈 判断正误。 (1)同种细胞吸收不同矿质元素离子的速率都相同。( ) (2)番茄和水稻根系吸收Si元素的量相等。( ) (3)细胞吸水和失水是水分子逆相对含量梯度跨膜运输的过程。 ( ) (4)无机盐离子可以逆相对含量梯度进行跨膜运输。( ) (5)用培养液培养植物,一段时间后培养液中离子的浓度都比初始 浓度低。( ) (6)水分子、离子、小分子物质都能通过细胞膜。( ) 探究点一探究点二探究点三 探究
4、点一渗透作用探究点一渗透作用 问题情景 1.蔗糖溶液液面上升的原因是什么? 答案水分子可以通过半透膜,而蔗糖分子不能通过,单位体积内 清水的水分子数大于蔗糖溶液的水分子数,因此单位时间内由烧杯 进入漏斗的水分子数大于由漏斗进入烧杯的水分子数,导致漏斗内 液面上升。 探究点一探究点二探究点三 2.为什么当液面上升到一定程度时,液面不再上升? 答案漏斗中的液面高于烧杯中的液面,液面差为H,由于烧杯中 与漏斗中的液体具有浓度差,即具有渗透压差,所以水分子有进入 漏斗的趋势;但是当漏斗内高出烧杯液面部分的液体产生的压强与 渗透压的平衡使半透膜两侧水分子的交换率(进出)相同时,液面不 再升高。 3.当液
5、面不再上升时半透膜两侧的浓度相等吗? 答案不相等。当液面不再上升时半透膜两侧仍存在浓度差。 探究点一探究点二探究点三 归纳提升 1.典型渗透装置的分析 (1)半透膜内的溶质不能透过半透膜,水分子可以进出半透膜。 (2)若S1溶液浓度大于S2,则单位时间内由S2S1的水分子数多于 S1S2,外观上表现为S1液面上升;若S1溶液浓度小于S2,则情况相反, 外观上表现为S1液面下降。 (3)在达到渗透平衡后,若存在如图所示的液面差h,则S1溶液浓 度仍大于S2。因为液面高的一侧形成的压强,会阻止溶剂由低浓度 一侧向高浓度一侧扩散。 探究点一探究点二探究点三 2.浓度、渗透压与吸水力辨析 溶液渗透压是
6、指溶液中溶质微粒对水的吸引力。溶液渗透压的 大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目:溶质微粒越多,溶液 浓度越高,对水的吸引力越大,溶液渗透压越高。即浓度高渗透 压高吸水力大。浓度、渗透压与吸水力的关系也可以用“拔河” 比赛类比:参加拔河的“运动员”分别是细胞液中的溶质微粒和外界 溶液中的溶质微粒,哪一方的溶质微粒数目多,哪一方渗透压就高, 吸水力就大。 探究点一探究点二探究点三 典例剖析 如图所示为渗透作用实验装置,实验开始时长颈漏斗内外液面平 齐,记作零界面。实验开始后,长颈漏斗内部液面的变化趋势为(注: 坐标原点处表示零界面,膀胱膜不变形)( ) 探究点一探究点二探究点三 解析根据图示,
7、烧杯中的液体为蒸馏水,长颈漏斗中的液体为蔗 糖溶液。故在单位时间内,由烧杯中进入漏斗中的水分子比由漏斗 中进入烧杯中的水分子要多,故开始时液面快速升高;随着液面升 高,漏斗内产生的压强会阻止水分子向漏斗内扩散;当单位时间内 进出漏斗的水分子数相等时,液面不再升高。 答案B 探究点一探究点二探究点三 特别提醒有关渗透作用的三个误区 (1)半透膜两侧的水分子进行的是双向运动,而不是单向运动,观 测到的现象是由水分子双向运动的差别所导致的液面改变。 (2)当半透膜两侧的溶液达到平衡时,是指两侧的水分子运动达到 平衡,而两侧溶液的浓度并不一定相同,两侧的液面高度也不一定 相同。 (3)水分子通过半透膜
8、由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。此处的 浓度是指物质的量浓度,是单位体积中微粒的多少,不是质量分数。 探究点一探究点二探究点三 活学活练 1.下图中甲、乙为同一渗透装置的两个状态。图甲是发生渗透 作用前的初始状态,图乙是较长时间之后,漏斗内外的水分子达到 动态平衡时的状态。判断下列有关叙述错误的是( ) A.图甲中为半透膜,水分子能自由通过 B.图甲中溶液的浓度高于溶液的浓度 C.图乙中溶液的浓度与溶液的浓度相等 D.图甲中溶液和浓度差越大,图乙中的水柱越高 解析在图乙中,高出液面的水柱所产生的压强与渗透压达到平衡, 此时漏斗内液体的浓度应比溶液的浓度高。 答案C 探究点一探究点二探究点三 2.
9、下图表示渗透作用装置,一段时间后液面上升的高度为h,其中 半透膜为膀胱膜,装置中溶液A、a起始浓度分别用MA、Ma表示;如 果A、a均为蔗糖溶液,且开始时MaMA,则达到平衡后MA与Ma的关 系是( ) A.MAMa B.MAMA,水分子从水槽中 进入漏斗,达到平衡时,因液面高的一侧溶液的压强大,会阻止水由 低浓度一侧向高浓度一侧扩散,故达到平衡后MAb,细胞渗透吸水 B.a=b,渗透系统保持动态平衡 C.ab,细胞渗透失水 D.上述三种情况都有可能 解析该细胞可能正处于质壁分离过程中,也可能处于质壁分离后 的动态平衡过程中,还可能正处在发生质壁分离复原的过程中,D项 正确。要透过“现象”看本
10、质,避免先入为主直接认定发生了质壁分 离。 答案D 探究点一探究点二探究点三 2.在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中,对紫色洋葱鳞片 叶外表皮临时装片进行了三次观察和两次处理。下列有关叙述正 确的是( ) A.第一次观察为低倍镜观察,后两次为高倍镜观察 B.第一次处理滴加的液体为清水,第二次滴加的液体是质量浓度 为0.3 g/mL的蔗糖溶液 C.若将紫色洋葱鳞片叶的外表皮换成内表皮,则不会发生质壁分 离 D.紫色洋葱鳞片叶外表皮中不属于原生质层的有细胞壁、细胞 核和细胞液 探究点一探究点二探究点三 解析“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中,三次观察均为低 倍镜观察,A项错误;第一次处理
11、滴加的液体是质量浓度为0.3 g/mL 的蔗糖溶液,观察质壁分离现象,第二次滴加的液体为清水,观察质 壁分离复原现象,B项错误;若将紫色洋葱鳞片叶的外表皮换成内表 皮,也会发生质壁分离,但现象不明显,C项错误;原生质层由液泡膜、 细胞膜以及两层膜间的细胞质构成,因此,细胞壁、细胞核和细胞 液不属于原生质层,D项正确。 答案D 探究点一探究点二探究点三 探究点三物质跨膜运输的其他实例探究点三物质跨膜运输的其他实例 问题情景 下图是用完全培养液在两个相同的容器内分别培养水稻和番茄 苗(假设两植物的吸水速率相同),一段时间后,测定培养液中各种离 子与实验开始时各种离子浓度情况,请据图分析回答下列问题
12、。 探究点一探究点二探究点三 1.培养液中某离子的浓度低于初始浓度说明什么问题? 答案植物吸收离子的比例大于吸收水的比例。 2.水稻培养液中Mg2+、Ca2+浓度和番茄培养液中Si 浓度超过 初始浓度的原因是什么? 答案水稻吸收水的相对速率比吸收Ca2+、Mg2+的大,造成培养液 中Ca2+、Mg2+浓度上升;番茄吸收水的相对速率比吸收Si 的大, 造成培养液中Si 浓度上升。 3.通过上述数据得到什么结论? 答案图示反映同一植物对不同离子的吸收量不同,不同植物对同 一离子的吸收量不同。即植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择 性。 探究点一探究点二探究点三 归纳提升 1.物质跨膜运输特点 (1)
13、物质跨膜运输不都是顺相对含量梯度的,取决于细胞生命活动 的需要。 (2)细胞对于物质的输入和输出具有选择性。不同生物吸收无机 盐离子的种类和数量不同。 探究点一探究点二探究点三 2.半透膜和选择透过性膜的异同点 探究点一探究点二探究点三 典例剖析 将等量N 、K+、Ca2+、P 共同置于100 mL水中,再放入一 些新鲜的水稻根。几小时后,测定混合液中上述4种离子和水的含 量变化如下表所示: 该实验不能得出的是( ) A.根吸收水和吸收矿质元素是两个相对独立的过程 B.根对矿质元素的吸收具有选择性 C.水稻根细胞对Ca2+的吸收量比对K+的吸收量少 D.几小时后混合液浓度比开始时有所下降 探究
14、点一探究点二探究点三 解析通过比较表格数据可知,水的减少量为0,而无机盐离子都有 所减少,即根吸收水和吸收矿质元素离子之间不成比例,是两个相 对独立的过程,A项正确;根对4种离子的吸收量是不同的,可以说明 根对不同无机盐离子的吸收有差异,B项正确;4种离子中,Ca2+的减 少量最多,这说明水稻根吸收Ca2+的量最多,K+的减少量最少,说明 水稻根吸收K+的量最少,C项错误;几小时后,作为溶剂的水没有减 少,而作为溶质的4种离子均减少,则几小时后混合液浓度比开始时 会有所下降,D项正确。 答案C 探究点一探究点二探究点三 活学活练 将水稻培养在含有各种营养元素的培养液中,发现水稻吸收硅多, 吸收钙少。这说明( ) A.水稻培养液中硅和钙的浓度不同 B.水稻根细胞对于物质的输入和输出具有选择性 C.水稻根细胞吸收硅的能力弱,吸收钙的能力强 D.硅是小分子,钙是大分子 解析水稻吸收硅多,吸收钙少,这说明水稻细胞膜上硅载体数量 多于钙载体数量,表明水稻根细胞对于物质的输入和输出具有选择 性。水稻根细胞吸收硅的能力强,吸收钙的能力弱。据题意无法判 断水稻培养液中硅和钙的浓度不同。 答案B