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1、第4 4章 细胞的物质输入和输出 第1 1节 物质跨膜运输的实例 1.说出细胞在什么情况下吸水和失水。 2.说出物质跨膜运输的特点。 3.通过模拟实验探究膜的透性。 4.观察植物细胞的质壁分离和复原。 一二 一、细胞的吸水和失水 1.动物细胞吸水和失水的原理 (1)外界溶液浓度小于细胞质浓度时,细胞吸水膨胀。 (2)外界溶液浓度大于细胞质浓度时,细胞失水皱缩。 (3)外界溶液浓度等于细胞质浓度时,水分子进出细胞处于动态平 衡。 2.植物细胞的吸水和失水 (1)成熟的植物细胞的结构 细胞壁是全透性的,即水分子和溶解在水里的物质都能够自由 通过。 细胞内的液体环境主要指液泡内的细胞液。 原生质层由
2、细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质组成。 原生质层具有选择透过性,相当于一层半透膜。 一二 (2)原理和现象 细胞液浓度小于外界溶液浓度时,细胞失水,中央液泡的体积 会缩小,会发生质壁分离现象。 细胞液浓度大于外界溶液浓度时,细胞吸水,中央液泡的体积 会增大,细胞膨胀,发生质壁分离复原现象。 质壁分离的内因:原生质层具有选择透过性;原生质层比细胞 壁的伸缩性大,因而会出现原生质层和细胞壁分离的现象。 给农作物施肥过多,会造成“烧苗”现象,这是为什么? 提示:给农作物施肥过多,导致外界溶液浓度大于细胞液浓度,植 物细胞渗透失水。 一二 二、物质跨膜运输的其他实例 1.细胞对无机盐离子的吸收实例
3、 (2)人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘的含量明显高于血液中碘的含 量。 (3)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。 2.物质跨膜运输的特点 (1)物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的。 (2)细胞对于物质的输入和输出有选择性。 3.结论 细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。生物膜的这一特性,与 细胞的生命活动密切相关,是活细胞的一个重要特征。 一二三 一、植物细胞发生质壁分离和质壁分离复原的原因 1.内部原因:构成植物细胞的细胞壁和原生质层都具有一定程度 的伸缩性,但细胞壁的伸缩性较小,而原生质层的伸缩性较大,这样 才能发生质壁分离和质壁分离复原现象。 2.外部原因:当细胞液浓度小于外界
4、溶液浓度时,细胞液中的水分 就透过原生质层进入外界溶液中,原生质层的体积缩小,而细胞壁 伸缩性小,原生质层与细胞壁逐渐分离开来,也就是逐渐发生了质 壁分离;当细胞液浓度大于外界溶液浓度时,外界溶液中的水分子 就透过原生质层进入细胞液中,整个原生质层的体积逐渐膨大,恢 复成原来的状态,使植物细胞发生质壁分离的复原。 一二三 2.测定细胞液的浓度范围 待测细胞+一系列浓度梯度的蔗糖溶液 细胞液浓度 介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两个相邻的外界溶液 浓度之间。 二、植物细胞质壁分离与复原实验的应用 1.判断细胞的死活 待测植物细胞(具有大液泡)+蔗糖溶液(其浓度大于待测细胞的 细胞液浓度)
5、一二三 3.比较不同植物细胞的细胞液浓度 不同植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液(能使不同植物细胞发生质 4.比较未知浓度的溶液的浓度大小 同一植物的成熟细胞+未知浓度的溶液(能使同一种植物细胞发 一二三 特别提醒特别提醒成熟植物细胞放入浓度较高的KNO3溶液中后,K+ 细胞液浓度先增大后减小,所以细胞先发生 质壁分离后又自动复原。 5.鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液) 一二三 三、渗透作用 1.条件 如图所示,作为一个渗透系统,须同时具备以下两个条件。 (1)具有半透膜 (2)半透膜两侧溶液具有浓度差。 一二三 2.渗透作用的发生 (1)若S1浓度S2浓度,单位时间内由S2进入S1的
6、水分子数多于由S1 进入S2,外观上表现为S1液面上升。h到达一定高度时,由半透膜进 出漏斗的水分子数相等,渗透系统达到平衡状态,液面不再变化。 达到平衡状态后,S1浓度S2浓度。 (2)若S1浓度S2浓度,则情况相反,外观上表现为S1液面下降。 题型一题型二题型三 【例1】 右图为显微镜下某植物细胞在质量分数为30%的蔗糖 溶液中的示意图。下列叙述错误的是 ( ) A.若将该细胞置于清水中,A仍基本不变 B.若该细胞处于质量分数为40%的蔗糖溶液中,B/A值将变小 C.B/A值能表示细胞失水的程度 D.A、B分别表示细胞和液泡的长度 题型一题型二题型三 解析:图示细胞处于质壁分离状态。A是细
7、胞壁之间的距离,即细 胞的长度,B是原生质的长度,所以D项错误。若将该细胞置于清水 中,细胞吸水,B将增大,A基本不变,A项正确。若该细胞处于质量分 数为40%的蔗糖溶液中,细胞失水,B/A 值将变小,B项正确。B/A值 大,细胞失水少,B/A值小,细胞失水多,所以B/A值能表示细胞失水的 程度。 答案:D 题型一题型二题型三 【例2】 一个学生做质壁分离和复原实验时,显微镜下只有一个 细胞没有发生质壁分离,其他细胞都出现了明显的质壁分离现象, 这可能是因为( ) A.该细胞是正在发育过程中的细胞 B.该细胞是死细胞 C.蔗糖溶液浓度太小 D.实验操作错误 解析:因为是同一个学生在同一次实验中
8、的结果,所以C、D两项 可以排除。所取材料不可能只有一个细胞处于发育过程中,而其他 细胞都是成熟细胞,A项可以排除。死细胞的原生质层不具有选择 透过性,不发生渗透失水,因此也就观察不到质壁分离的现象。 答案:B 题型一题型二题型三 反思领悟反思领悟植物细胞发生质壁分离和复原的条件:植物细胞必须 是活细胞;细胞液浓度与外界溶液的浓度必须有浓度差;植物 细胞必须有大的液泡(成熟的植物细胞一般都有一个比较大的液泡, 有的液泡可占整个细胞体积的90%以上)。动物细胞无细胞壁,死的 植物细胞的细胞膜失去选择透过性,都无质壁分离现象。 题型一题型二题型三 【例3】 如右图所示,U形管底部中央放置一半透膜(
9、不允许溶质 分子通过)。a液和b液原先高度一致,由于浓度不同,后来产生一个 高度差h。请问h主要取决于( ) A.a液和b液的溶质分子大小 B.a液和b液所在管的粗细 C.a液和b液的溶剂是否相同 D.a液和b液的浓度差大小 解析:液面不再变化时,ab的水分子扩散速率与ba的水分子扩 散速率相等。h液柱形成的压强对半透膜的作用使水分子从ba 扩散,b液与a液的浓度差使水分子从ab扩散。因此,h主要取决 于a液与b液的浓度差大小。 答案:D 题型一题型二题型三 反思领悟水分子通过半透膜双向运动,渗透作用的结果是水分子 从低浓度溶液进入高浓度溶液,直到平衡。 探究方法能力展示 教科书中的实验是经典
10、的有代表性的实验,包含了正确的设计思 想和方法。一些题目常将教科书中不同的实验设计思想进行重新 组合,并要求完成相关的实验方案设计。 常考的实验设计思想组合举例:温度(或pH)与蛋白质变性、激 素的活性、膜通透性、种子的活性、细胞分裂等;细胞膜的成分 与蛋白质的鉴定;种子的成分与脂肪、淀粉的鉴定等。 探究方法能力展示 某同学进行如下实验,图甲为实验开始状态,图乙为实验结束状 态。请在图乙所示实验结果的基础上继续实验,探究蔗糖的水解产 物能否通过半透膜。 增添的实验材料:蔗糖酶溶液(能催化蔗糖水解)、斐林试剂、试 管、滴管、水浴锅等。 探究方法能力展示 (1)设计出继续实验的简要步骤。 向a、b
11、两管分别加入 ,适宜温度下 加热U形管,观察 。 吸取a、b两管内适量液体,分别加入A、B两试管中,并加入 , 加热,观察 。 (2)预测实验现象并作出结论:如果a、b两管内 ,且A、B试管内 ,则蔗糖的水 解产物能通过半透膜;如果a、b两管 ,且 ,则蔗糖的水解产物不能通过半透膜。 探究方法能力展示 解析:本实验的设计思路是首先要考虑用蔗糖酶催化蔗糖水解, 得到水解产物;其次是检测a管内有没有水解产物,蔗糖分解为葡萄 糖和果糖,可用斐林试剂加以确定;三是注意遵循实验设计的基本 要求和原则。 答案:(1)等量蔗糖酶溶液 水浴 a、b两管内液面的变化 斐林试剂 (5065 )水浴 A、B试管内有无砖红色沉淀 (2)液面高度差缩小 均有砖红色沉淀 液面高度差增大 A试 管内无砖红色沉淀,B试管内有砖红色沉淀