2022年高中生物 课时12 物质跨膜运输的实例导学案 新人教版必修1(I)

2022年高中生物 课时12 物质跨膜运输的实例导学案 新人教版必修1(I)【学习目标】1举例说出细胞膜是选择透过性膜。2尝试提出问题，作出假设。3进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作。【自主梳理】1渗透作用的条件：2渗透作用：3动物细胞的吸水和失水(连线)：条件状态当外界溶液浓度小于细胞质浓度时a.细胞形态基本不变当外界溶液浓度大于细胞质浓度时b.细胞吸水膨胀当外界溶液浓度等于细胞质浓度时c.细胞失水皱缩4成熟植物细胞的结构(如图所示)：5外界溶液浓度_细胞液浓度时，细胞失水，原生质层与细胞壁分离，即发生_现象。外界溶液浓度_细胞液浓度时，细胞吸水，原生质层逐渐恢复原状态，即发生_现象。6植物细胞的吸水和失水的实验探究过程：制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片7物质跨膜运输的特点：(1)物质跨膜运输并不都是_。(2)细胞对于物质的输入和输出具有_。8选择透过性膜的种类：_和其他_都是选择透过性膜。9选择透过性膜的特性：具有_性，细胞需要的水分子、一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子不能通过。【预习小测】1判断正误：原核细胞不能够发生渗透作用。2判断正误：原生质层和细胞壁具有不同的伸缩性。3判断正误：半透膜即为选择透过性膜。4判断正误：液泡中积累大量离子，故液泡膜不具有选择透过性。5思考问题：(1)请举出日常生活中动植物细胞吸水和失水的一些实例。(2)用凉水洗红苋菜水不变红，而用热水洗红苋菜水会变红，为什么？知识拓展 探究案【探究一渗透作用】图中S1是清水，S2是蔗糖溶液，一段时间后出现图乙所示的现象。(1)一段时间后漏斗内液面为什么会上升？请分析原因。(2)漏斗内的液面会一直升高吗？试分析原因。(3)如果用一层纱布代替玻璃纸(半透膜)，漏斗内的液面还会升高吗？(4)如果烧杯中不是清水，而是与漏斗内浓度相同的蔗糖溶液，漏斗内的液面还会升高吗？(5)尝试总结发生渗透作用的必备条件。【典例精析】某渗透装置如图所示，烧杯中盛有蒸馏水，图中半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液，一定时间后再加入蔗糖酶(能将蔗糖水解成单糖)。从理论上分析，该实验过程中最可能出现的现象是A.漏斗中液面开始时先上升，加酶后即下降B.漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后再下降C.加酶前后，在烧杯中都可以检测出蔗糖D.加酶后，可以在烧杯中检测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶【变式训练】如右图中的渗透装置，开始时的液面高度为a，停止上升时的高度为b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸出，则ab液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的关系是【探究二植物细胞吸水和失水的实验探究】2在探究植物细胞吸水和失水的实验中，若细胞壁与原生质层的伸缩性相同，能否观察到质壁分离及复原现象？3在探究植物细胞吸水和失水的实验中，为什么选择紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞作材料，能否选择其根尖分生区细胞？4(1)在探究植物细胞吸水和失水的实验中，选用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液，蔗糖溶液浓度过高或过低对实验结果有何影响？(2)如果将植物细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的KNO3溶液中，细胞会发生什么变化？放在质量浓度为0.8 g/mL的KNO3溶液中呢？5(1)处于质壁分离状态的细胞比未发生质壁分离时的细胞明显变小吗？为什么？(2)已发生质壁分离的细胞，在细胞壁和原生质层之间存在的是哪种液体？6(1)死亡的植物细胞能发生质壁分离及复原吗？(2)如果在探究植物细胞吸水和失水的实验中改用A浓度的蔗糖溶液，细胞刚好发生质壁分离，改用B浓度的蔗糖溶液，细胞未发生质壁分离，判断细胞液的浓度范围。【典例精析】如图为研究渗透作用的实验装置，请回答下列问题。(1) 漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，漏斗内外起始液面一致。渗透平衡时液面高度差为H，此时S1和S2浓度的大小关系为_。(2) 图中半透膜模拟的是成熟植物细胞中的_，两者在物质透过功能上的差异是_。(3) 为进一步探究两种膜的特性，某兴趣小组做了以下实验。实验材料：紫色洋葱。实验器具：如上图所示的渗透装置(不含溶液)，光学显微镜，载玻片，盖玻片，镊子，刀片，吸水纸，擦镜纸， 滴管，记号笔等。实验试剂：蒸馏水，质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液和与其等渗的KNO3溶液。部分实验步骤和结果如下。 选两套渗透装置，标上代号X和Y。在两个烧杯里均加入一定量的蒸馏水，分别在装置X和Y的漏斗内加入适量的蔗糖溶液和KNO3溶液，均调节漏斗内外液面高度一致。渗透平衡时出现液面差的装置为_(填代号)。选两片洁净的载玻片，_，在载玻片中央分别滴加_，制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片并分别观察装片中细胞的初始状态。 观察临时装片中浸润在所提供的蔗糖溶液和KNO3 溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞发生的变化，两者都能出现的现象是_。(4)上述实验中最能体现两种膜功能差异的实验现象是_。【变式训练】将洋葱表皮细胞依次浸于蒸馏水、0.3mol/L蔗糖和0.5mol/L尿素溶液中，观察原生质体的体积随时间的变化，结果如右图所示：(1)A、B、C中，表示细胞在蒸馏水中的是_；表示在0.3mol/L蔗糖溶液中的是_。(2)ef段的细胞液浓度变化为_。(3)试简要分析B、C曲线差异的原因：_。【随堂自测】1如图所示，U形管底部中央放置一半透膜(不允许溶质分子透过)。M 液和N液原先体积相同，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.M液和N液的溶质分子大小B.M液和N液所在管的粗细C.M液和N液的溶剂是否相同D.M液和N液的浓度差的大小2下列属于植物细胞发生质壁分离和复原的必要条件的有细胞液具有一定浓度细胞壁的伸缩性比较小细胞质具有一定的浓度有一定浓度的外界溶液原生质层可看作一层半透膜核液具有一定的浓度A.B.C.D.3放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，不会发生质壁分离的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 洋葱根尖的成熟区细胞A.B.C.D.4用完全培养液在相同的容器内分别培养水稻和番茄幼苗，一段时间后，测定培养液中部分离子占实验开始时的百分比如下表所示。该实验的结果不能说明A.水稻细胞吸水比吸收Ca2+、Mg2+快B.同一植物对不同无机盐离子的吸收有选择性C.不同植物对同一无机盐离子的吸收有差异D.植物对水分和无机盐的吸收是完全独立的过程5下图是在蔗糖溶液中处于不同生理状态的三个洋葱鳞片叶表皮细胞示意图，请据图分析回答下面的问题。(1)图中A细胞处于_状态，该状态是指_和_的分离，其发生的内因是_。(2)图中处充满了_；共同组成_，其具有的功能特性是_。(3)图中各细胞的细胞液浓度由高到低依次为_，吸水能力由高到低依次为_，细胞液颜色由深至浅依次为_。(4)如果将C细胞置于清水中，则该细胞最终将处于图中_细胞的状态。【探究归纳】1教材提炼：2渗透作用图解分析：如图所示。由于蔗糖溶液浓度大于清水，因此半透膜两侧相向运动的水分子数不同，单位时间内，由清水一侧向蔗糖溶液一侧扩散的水分子数较多，表现为漏斗内液面上升，即下图所示。3植物细胞与渗透装置的联系：如图所示。4选择透过性膜和半透膜的区别：选择透过性膜半透膜实例细胞膜等生物膜细胞膜等生物膜、玻璃纸相同点一些小分子和离子能通过，大分子不能通过不同点细胞需要的小分子和离子才能通过，具有选择性只要是小分子或离子就能通过，不具有选择性必修1课时12 物质跨膜运输的实例详细答案课前预习 预习案【自主梳理】1半透膜 浓度差2原生质层 细胞膜 外界溶液3b c a4细胞壁 小 细胞质 原生质层 选择透过 大 细胞液5大于 质壁分离 小于 质壁分离复原6紫色 质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液 变小 加深 分离 清水 变大 变浅 贴近细胞壁7(1)顺相对含量梯度的 (2)选择性8细胞膜 生物膜9选择透过【预习小测】1 提示：原核细胞具有相当于半透膜的细胞膜，只要细胞内外存在浓度差即能够发生渗透作用。2 提示：原生质层的伸缩性大于细胞壁，二者具有不同的伸缩性。3 提示：选择透过性膜是半透膜，但半透膜不一定是选择透过性膜。4 提示：液泡膜属于生物膜，具有选择透过性。5(1)提示：连续嗑带盐的瓜子时，嘴唇感觉干涩；泡在清水中的萝卜条会更加硬挺，泡在盐水中的萝卜条会软缩。(2)提示：热水破坏了细胞膜的选择透过性，红苋菜细胞中的红色素从细胞中出来将水染红。知识拓展 探究案【探究一渗透作用】(1)提示：单位体积内的水分子数：烧杯(清水)漏斗(蔗糖溶液)。水分子的运动方向：烧杯(单位体积内水分子数量多的低浓度溶液)漏斗(单位体积内水分子数量少的高浓度溶液)。(2)提示：不会。当蔗糖溶液中的水分子数增加到一定程度时，由烧杯流向漏斗的水分子数等于由漏斗流向烧杯的水分子数，即水分子的运动达到动态平衡，漏斗内的液面便不再上升。(3)提示：不会升高，因为水分子和蔗糖分子都能通过纱布。(4)提示：不会升高，因为半透膜两侧溶液没有浓度差。(5)提示：具有半透膜；膜两侧溶液有浓度差。【典例精析】B【解析】由于蔗糖溶液浓度大于蒸馏水，因此水进入漏斗的速度大于水由漏斗外渗的速度，使液面上升；加入酶后，蔗糖水解为单糖，使漏斗中溶液浓度增大，导致水分子继续进入漏斗，液面继续上升；但由于单糖分子可通过半透膜进入蒸馏水，使外界溶液浓度增大，水分子由漏斗外渗的速度加快，液面下降。【备注】当半透膜两侧溶液具有浓度差时，水分子运动的总趋势是由单位体积内水分子数量多的一侧向数量少的一侧进行运动，直至两侧的水分子运动达到动态平衡。但达到动态平衡后，膜两侧的溶液浓度并不相同，仍是原先浓度大的一侧浓度大。【变式训练】B【解析】由于蔗糖溶液的单位体积中水分子的数量要少于清水中单位体积内水分子的数量，所以导致蔗糖溶液中的液面上升，当用吸管吸走了蔗糖溶液从而使蔗糖分子数量减少，造成蔗糖溶液浓度下降，使蔗糖溶液和清水之间浓度差逐渐变小，ab段产生的压强，即ab 液面间的高度差随着吸出蔗糖溶液次数的增加而减小。【备注】判断水分子流动方向(1)从膜两侧水分子的相对数目上分析：水分子总是从相对数目多的一侧流向相对数目少的一侧。(2)从溶质颗粒大小上分析:溶质颗粒越大，分子间隙越大，所能容纳的水分子就越多。【探究二植物细胞吸水和失水的实验探究】2提示：不能。若二者伸缩性相同，细胞壁与原生质层会同时收缩或膨胀，不会发生质壁分离及复原现象。3提示：因为紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞具有大液泡，且细胞液为紫色，易观察。不能选择没有大液泡的根尖分生区细胞作材料。4(1)提示：浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；浓度过高，则可能造成植物细胞失水过多过快而死亡， 不会再发生质壁分离复原。(2)提示：如果将植物细胞放在质量浓度为0.3g/mL的KNO3溶液中，细胞会先失水而发生质壁分离，由于K+和是植物细胞所需要的物质，所以KNO3会通过原生质层进入细胞液，细胞液的浓度逐渐增加，导致细胞吸水，所以又会发生质壁分离自动复原现象；如果将植物细胞放在质量浓度为0.8g/mL的KNO3溶液中，细胞会发生失水导致质壁分离，但是由于外界溶液浓度过大，所以细胞会因失水过多而死亡，故不能发生质壁分离自动复原现象。5(1)提示：没有明显变小。因为植物细胞的大小与细胞壁有关，而细胞壁的伸缩性较小。(2)提示：外界溶液。6(1)提示：不能，死亡植物细胞的原生质层是全透性的。(2)提示：细胞液的浓度小于A大于B。【典例精析】1)S1S2(2)原生质层 原生质层能主动转运有关物质而半透膜不能(3)X 标号 蒸馏水 质壁分离(4)KNO3溶液中的细胞质壁分离后会自动复原【解析】(1)因为蔗糖分子不能透过半透膜进入烧杯，水分子可自由出入半透膜，故两者浓度关系仍是S1S2。(2)题图中半透膜模拟成熟植物细胞的原生质层。从功能上看，半透膜只是利用孔径大小控制物质进出；原生质层是选择透过性膜，具有生物活性，可以主动转运有关物质。(3)蔗糖分子不能通过半透膜，而KNO3能够通过半透膜，渗透平衡时装置X出现液面差，装置Y不出现液面差。洋葱鳞片叶外表皮细胞为成熟植物细胞，能够发生质壁分离和复原现象，选洁净的载玻片分别编号，在载玻片中央分别滴加蒸馏水，制作临时装片后观察洋葱表皮细胞的初始状态。蔗糖分子不能透过原生质层，蔗糖溶液中的细胞质壁分离后不会自动复原；KNO3能被细胞吸收，从而发生质壁分离自动复原的现象。(4)质壁分离及质壁分离后自动复原，都能体现两种膜的功能差异，后者体现得更明显。【备注】植物细胞相当于一个渗透系统。将具有大液泡的植物细胞放在蔗糖等物质的溶液中，细胞会失水而发生质壁分离；放在KNO3、乙二醇等物质的溶液中，这些物质可以进入细胞液，增大细胞液的浓度，能使质壁分离后的细胞发生质壁分离自动复原。【变式训练】(1)A C(2)细胞液浓度逐渐升高，最后与外界溶液浓度持平而进入相对稳定状态(3)B曲线表示处于尿素溶液中的曲线，C曲线表示处于蔗糖溶液中的曲线。尿素分子可缓缓进入细胞液，提高细胞.液浓度，当其大于尿素溶液浓度时,细胞开始由失水变为吸水，直至平衡;蔗糖分子不能进入细胞，在蔗糖溶液中细胞失水，原生质层收缩，使细胞液浓度升高，失水减慢，直至平衡【解析】植物细胞在发生质壁分离时，细胞液的浓度会逐渐上升， 以使其渗透压和外界溶液渗透压平衡，此时细胞体积缩小。但有些小分子的物质，如尿素等开始时会使植物细胞发生质壁分离现象，但随着它逐渐进入细胞内部，细胞内的渗透压会逐渐升高，细胞又会吸水而开始复原的过程。【备注】细胞是否发生质壁分离及其复原的判断(1)从细胞角度分析：死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离现象。具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离现象。(2)从溶液角度分析：在一定浓度的、溶质不能穿膜的溶液中细胞只会发生质壁分离现象，不能自动复原。在一定浓度的、溶质可穿膜的溶液中细胞先发生质壁分离后自动复原。在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象，但会因过度失水而死亡，不会再复原。【随堂自测】1D【解析】由于半透膜两侧的溶液存在浓度差，导致水分子发生渗透作用而使半透膜两侧产生高度差，故高度差大小取决于半透膜两侧的溶液浓度差的大小。【备注】无2C【解析】发生质壁分离和复原的细胞一定有细胞壁，由于细胞壁的伸缩性较小，而相当于半透膜的原生质层的伸缩性较大，所以当细胞液浓度小于细胞外液浓度时，植物细胞失水， 出现细胞壁与原生质层之间的分离，植物细胞吸水后出现质壁分离自动复原。【备注】无3A【解析】质壁分离指的是植物细胞在高渗环境下，因水分从液泡中不断流失而出现的原生质层与细胞壁分离的现象。人的口腔上皮细胞和蛔虫卵细胞是动物细胞，无细胞壁，放在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，不会发生质壁分离。洋葱根尖分生区细胞是幼嫩细胞，无大的中央液泡，干种子细胞无液泡，都不发生质壁分离。【备注】无4D【解析】水稻培养液中Ca2+、Mg2+浓度比实验开始时反而高，不是因为水稻根部分泌离子，而是由于水稻根细胞吸水比吸收Ca2+、Mg2+快。无机盐必须溶解在水中才能被吸收，可见植物对水分和无机盐的吸收有区别也有联系，即“相对独立”。【备注】无5(1)质壁分离 细胞壁 原生质层 原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性(2)蔗糖溶液 原生质层 选择透过性(3)A、C、B A、C、B A、C、B(4)B【解析】图中A细胞由于原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性，所以在失水的过程中原生质层会脱离细胞壁发生质壁分离。细胞壁是全透性的，所以原生质层和细胞壁之间会充满蔗糖溶液。图中的是细胞膜、是细胞质、是液泡膜，三者共同组成原生质层，其具有选择透过性。A细胞已发生明显的质壁分离，失水最多，细胞液颜色最深；B细胞尚未发生质壁分离，没有失水，细胞液颜色最浅；C细胞刚发生质壁分离或处于质壁分离复原过程中，细胞液颜色较深。所以细胞液浓度由高到低依次为A、C、B，细胞液颜色由深至浅依次为A、C、B。水分子流动的总趋势是由低浓度溶液向高浓度溶液扩散，故细胞液的浓度越大，渗透压越大，细胞的吸水能力越强，所以细胞吸水能力由高到低依次为A、C、B。将C细胞置于清水中，细胞会吸水而发生质壁分离复原，原生质层逐渐恢复到原来的位置，如B细胞所示。【备注】无