高中生物 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学案 新人教版必修1

第1节物质跨膜运输的实例学习目标知识概览(教师用书独具)1.掌握渗透作用发生的条件。(重难点)2.会描述质壁分离与复原的过程。(重点)3.理解植物细胞失水和吸水在实践中的应用。(难点)自 主 预 习探 新 知一、渗透作用与细胞的吸水和失水1渗透作用具备的两个条件(1)具有半透膜。(2)膜两侧具有浓度差。2动物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。(2)条件及现象过程条件现象吸水外界溶液的浓度细胞质的浓度失水外界溶液的浓度细胞质的浓度平衡外界溶液的浓度细胞质的浓度3.植物细胞的吸水和失水(1)成熟植物细胞的结构(2)原理和现象外界溶液浓度大于细胞液浓度时，发生质壁分离现象。外界溶液浓度小于细胞液浓度时，发生质壁分离复原现象。二、植物细胞的质壁分离和复原1实验原理成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，细胞液具有一定的浓度，能够渗透失水和吸水。2实验步骤及现象3发生质壁分离的原因(1)外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度。(2)内因：原生质层比细胞壁的伸缩性大。三、物质跨膜运输的实例1实例(1)水稻吸收SiO多，吸收Ca2、Mg2较少；番茄吸收Ca2、Mg2较多，而吸收SiO较少。(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘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差异较大。2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。基础自测1判断对错(1)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。()(2)当外界溶液与细胞质浓度相同时，水分不进不出。()(3)植物细胞的原生质层指去掉细胞壁的部分。()(4)物质跨膜运输都是顺相对含量梯度。()(5)细胞对于物质的输入和输出具有选择性。()提示：(1)(2)外界溶液与细胞质浓度相等时，水分进出达到平衡。(3)植物细胞去掉细胞壁叫原生质体，原生质体包含细胞液。(4)物质运输可以逆相对含量梯度进行。(5)2渗透作用发生的条件是()A有半透膜B有浓度差C要有完整的细胞结构D有半透膜和浓度差答案D3植物细胞的质壁分离过程中，与细胞壁分离的是()【导学号：92172115】A细胞核B原生质层C细胞质D液泡膜答案B合 作 探 究攻 重 难渗透现象及原理分析思考交流1根据材料P60“问题探讨”，思考讨论下列问题：漏斗内液面升高的原因是什么？漏斗内的液面会一直上升吗？为什么？提示：单位体积的清水中水分子数大于蔗糖溶液中的水分子数，单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子多于由蔗糖溶液进入清水的水分子。但漏斗内的液面不会一直上升。因为随着漏斗内液面的上升，漏斗内液面与烧杯内液面差产生的静水压会增大，由于静水压的作用，漏斗内的水分子向烧杯扩散的速度会加快，当水分子由蔗糖溶液向清水扩散的速度与由清水向蔗糖溶液扩散的速度相等时，扩散达到平衡状态，漏斗内的液面不再上升。2渗透装置中，当漏斗内溶液不再上升时，半透膜两侧的溶液浓度相同吗？提示：不同。渗透作用达到平衡时，水分子通过半透膜的双向扩散速率相等，漏斗内蔗糖溶液的浓度仍高于烧杯中清水的浓度。3如果用纱布代替玻璃纸，漏斗液面还会升高吗？如果烧杯内不是清水，而是同浓度的蔗糖溶液，漏斗液面还会升高吗？提示：不会，因为纱布是全透性的，水分子和蔗糖溶液都能通过。如果烧杯内是同浓度的蔗糖溶液则液面不会升高，因为半透膜两侧溶液没有浓度差。4根据以上的探讨，思考发生渗透作用需要具备哪些条件？提示：半透膜和浓度差。1渗透现象的分析(1)图示(2)原理分析(3)分析上图可知：h产生的压强与水和蔗糖溶液产生的渗透压差达到平衡，使半透膜两侧水分子的交换率相等时，液面不再升高。2动植物细胞都是渗透系统3渗透作用的应用(1)比较不同溶液浓度的大小漏斗内烧杯内溶液浓度MN现象及结论若漏斗内液面上升，则MN若漏斗内液面不变，则MN若漏斗内液面下降，则MbC实验过程中漏斗管内的液面先上升后保持稳定D当漏斗管内的液面停止上升时，水分子进出漏斗达到动态平衡技巧点拨(1)如图的渗透装置发生了渗透作用，具备发生渗透作用的条件。(2)明确水分子的渗透方向。(3)明确达到渗透平衡时，水分子进出漏斗的情况。解析纱布不能作为半透膜，则漏斗内的蔗糖会扩散到外界溶液中，浓度差无法维持，液面不会上升，A项正确；由图知，b漏斗液面上升，故实验开始时溶液浓度大小是ba，B项错误；实验过程中漏斗管内的溶液浓度较大，水分子进入漏斗内的多于从漏斗出来的，液面先上升，达到一定高度后液面不再上升，水分子进出漏斗达到动态平衡，C、D项正确。答案B(1)漏斗管内的液面保持稳定后，若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，则达到平衡时，漏斗中液面上升的高度与原来相比有什么变化？提示：吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，由于渗透作用液面会继续上升，上升的时候将漏斗中的溶液稀释，因此上升的高度会下降。(2)若向漏斗中滴入清水，漏斗中液面的高度有什么变化？提示：向漏斗中滴入清水，漏斗内溶液的浓度降低，漏斗内的溶液面会降低。(3)若向烧杯内加入适量的清水，漏斗内的液面有什么变化？提示：向烧杯内加入清水，烧杯内溶液的浓度降低，漏斗内液面会上升。活学活用1.小明用玻璃槽、饱和蔗糖溶液和清水做成如图所示的实验装置，进行生物膜通透性的模拟实验。甲、乙两槽间的隔板中央圆圈为玻璃纸，玻璃纸是一种半透膜，蔗糖分子不能透过，而水分子能自由通过。几小时后，发现()A甲槽内水的体积减小B乙槽内溶液的体积减小C甲槽内水的体积无变化D乙槽内水的体积无变化A玻璃纸是半透膜，水分总体由清水向饱和蔗糖溶液渗透，所以甲槽内水的体积减小，乙槽内溶液的体积增多。2图1表示两种物质扩散的图解，图2是为了验证图1物质扩散成立的实验装置，实验结果应是()图1图2A图甲中水柱a将持续上升B图甲中水柱a将先上升后下降C图乙中水柱b上升到一定高度后维持不变D图乙中水柱b将先上升后下降D由于图甲中的淀粉不能透过半透膜，所以图甲中的液面高度先上升，达到一定高度后保持不变；图乙装置漏斗中葡萄糖溶液浓度大，导致液面上升，由于葡萄糖分子能够通过半透膜，导致半透膜两侧浓度差降低，所以漏斗中液面又会降低，最后液面平衡。植物细胞的质壁分离和复原实验思考交流1为什么要用紫色洋葱外表皮作为实验材料？根尖分生区细胞会不会出现质壁分离？提示：紫色洋葱外表皮细胞的细胞液中有花青素，使液泡中的细胞液呈紫色，有利于观察。根尖分生区细胞不会发生质壁分离，因为它无大液泡。2实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？提示：观察正常洋葱鳞片叶表皮细胞的状态，以便与处理后的状态形成对照。3细胞质壁分离过程中，细胞液的浓度和细胞的吸水能力有什么变化？质壁分离复原过程中，两者又有什么变化？提示：质壁分离过程中，随着质壁分离程度增大，细胞液的浓度增大，植物细胞吸水能力增强；质壁分离复原过程中，随着质壁分离复原的进行，细胞液的浓度变小，植物细胞吸水能力减弱。4发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？提示：因为细胞壁是全透性的，所以洋葱表皮细胞原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。5本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低分别对实验有何影响？提示：选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分离，又不会杀死细胞。若浓度过高，质壁分离速度过快，细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。6若用合适浓度的KNO3溶液进行实验，结果发现细胞质壁分离后，没有滴加清水，出现了自动质壁分离复原现象。请分析原因是什么？ 提示：开始外界溶液浓度较大，细胞发生质壁分离；细胞主动吸收K和NO后，随着细胞液浓度增大，质壁分离又会自动复原。1.质壁分离的原因及表现分析2.实验需要注意的问题(1)实验成功的关键之一是实验材料的选择。要选取成熟的、活的且液泡带有一定颜色的植物组织进行实验，便于观察实验现象。(2)滴加蔗糖溶液或清水时，应在载物台上操作。(3)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；过高，可能造成植物细胞失水过多、过快而死亡。(4)当以可吸收的物质作溶质时(如甘油、尿素、KNO3、乙二醇等)，可出现质壁分离及自动复原现象。3.质壁分离实验的拓展应用(1)判断细胞的生活情况：只有活的植物细胞才能发生质壁分离。(2)防腐杀菌：在高浓度的溶液中，细菌等微生物将因失水过多而死亡，从而有效防止了食品腐烂变质。(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发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之细胞液浓度越大。(4)测定细胞液浓度范围细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间。活学活用1紫色洋葱表皮细胞发生质壁分离后，在显微镜下观察到()C解此题的关键是观察图中细胞核的位置及液泡颜色深浅。紫色洋葱表皮细胞色素分布在液泡中，细胞质无色；洋葱表皮细胞的细胞核在细胞质中，不在液泡内；发生质壁分离的细胞，液泡紫色变深，故C正确。2将同一成熟植物细胞依次浸入蒸馏水、0.3 mol/L的蔗糖溶液和0.4 mol/L的KNO3溶液中，测得液泡的体积随时间的变化曲线如图所示，则曲线A、B、C分别代表细胞所处的溶液是()A蒸馏水、蔗糖溶液、KNO3溶液BKNO3溶液、蒸馏水、蔗糖溶液C蒸馏水、KNO3溶液、蔗糖溶液D蔗糖溶液、KNO3溶液、蒸馏水C浸入蒸馏水，细胞吸水膨胀，一段时间达到平衡，为A曲线。浸入0.3 mol/L的蔗糖溶液，细胞失水发生质壁分离，细胞体积缩小，一段时间后达到平衡，为C曲线。浸入0.4 mol/L的KNO3溶液，开始一段时间细胞失水发生质壁分离，细胞体积缩小，后来由于K、NO离子进入细胞液，导致细胞液浓度增加，重新吸水，发生质壁分离复原，为B曲线。故C正确。物质跨膜运输的其他实例思考交流(教师用书独具)1细胞对水的吸水和对无机盐的吸收是同一过程吗？提示：不是同一过程，但无机盐必须溶解在水中才能被吸收。 2在农业生产中，不同作物及同一作物在不同生长发育时期要施用不同的肥料，其中的生物学原理是什么？提示：植物对无机盐的吸收具有选择性。3蔗糖和醋酸分子都不能被细胞吸收，不能通过细胞膜，但糖和醋能把大蒜腌成糖醋蒜，原因是什么？提示：醋和高浓度蔗糖溶液使细胞因过度失水而死亡，原生质层失去选择透过性，故蔗糖分子能进入细胞内。1选择透过性膜具有选择性的原因不同细胞膜上运输物质的载体蛋白的种类和数量不同，从而使细胞膜对物质透过表现出高度的选择性。2半透膜、选择透过性膜及生物膜比较概念范畴特点半透膜物理学上的概念物质能否通过半透膜只取决于半透膜孔隙直径的大小选择透过性膜生理学上的概念具有生物活性，即使是小分子，只要不是细胞选择吸收的，也不能通过。选择透过性膜可以看成是功能完善的一类半透膜生物膜活的生物膜属于选择透过性膜。当细胞死亡时，细胞膜等生物膜的选择透过性就变为全透性活学活用1下列关于物质跨膜运输实例的叙述中，不正确的是() 【导学号：92172116】A细胞吸水和失水是水分子顺相对含量的梯度跨膜运输的过程B水分子跨膜运输的方向是由低浓度溶液向高浓度溶液C无机盐离子可以逆相对含量的梯度进行跨膜运输D生物膜是选择透过性膜，小分子物质都能通过，而大分子物质则不能通过D生物膜是选择透过性膜，水分子可自由通过，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；水分子的跨膜运输方向是顺相对含量梯度，即由低浓度溶液向高浓度溶液扩散；细胞对于物质的输入和输出具有选择性，对于所需要的无机盐离子可以逆相对含量梯度运输。2用完全培养液在两个相同的容器内分别培养水稻和番茄幼苗，假设水稻和番茄幼苗的吸水速率相同，一段时间后，测定培养液中各种离子浓度与实验前之比如下图所示。该实验的结果不能说明()A植物根对水分的吸收和对离子的吸收是两种不同的跨膜运输方式B与番茄相比，水稻对Si离子需要量大C同一植物吸收不同离子的数量是不同的D植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度有关D由图中植物对离子的吸收情况对比可知，不同植物对同一离子的吸收量不同，同一植物对不同离子的吸收量不同。水稻吸收Si离子多，吸收Ca、Mg离子少，而番茄吸收Ca、Mg离子相对较多，吸收Si离子相对较少。这体现了植物对无机盐离子的吸收具有选择性，这些与植物生命活动的需要有关，而与溶液中离子的浓度无关。当 堂 达 标固 双 基1一个典型的渗透装置必须()具有半透膜具有液泡半透膜的两侧溶液具有浓度差具有细胞结构ABCDB具有半透膜，半透膜的两侧有浓度差，是形成渗透系统的条件。2U形管中装有两种不同的溶液R及S，并被一半透膜(X)隔开(如图a)。与S相比，R为低渗溶液(即浓度较低)。当图a中的U形管达到平衡时(参看图b)，U形管两侧溶液的高度及浓度分别是怎样的(注：溶质不能透过半透膜)()图a图bA甲中右侧较高，两溶液等渗，即浓度相等B乙中右侧较高，且右侧为高渗，即浓度较高C丙中左侧较高，且右侧为低渗，即浓度较低D丁中两侧高度相等，且为等渗B达到平衡时，高浓度的一侧溶液的浓度仍较高，因为高度差会形成一定的静水压。3人体正常红细胞是呈两面凹陷的圆饼状，现将人体的红细胞分别浸入下列a、b、c三个不同浓度溶液的烧杯内，一段时间后，实验结果如图所示。则关于a、b、c溶液浓度大小比较正确的是()AabcBaccbDabcB由于a、b和c内的细胞分别处于膨大、皱缩和保持相对稳定状态，因此a、b、c溶液浓度大小比较是acb。4.如图为两个大小相同的萝卜，分别在上面挖一个大小相同的洞，并在洞内各插入一支口径与洞口相同的玻璃管，甲玻璃管内注入3 mL清水。乙玻璃管内注入3 mL浓盐水，一段时间后，两玻璃管中液面变动情况是()A甲中升高，乙中降低B甲中降低，乙中升高C甲、乙中均降低D甲、乙中均升高B甲萝卜吸水，乙萝卜失水。5下图是用洋葱表皮细胞做质壁分离和复原实验时，细胞吸水力随质壁分离程度变化的曲线，请回答相关问题：(1)植物细胞质壁分离是指_，植物细胞质壁分离的实验原理是_。(2)据图可知，实验中细胞质壁分离程度与细胞吸水力的关系是_。(3)实验过程中，细胞处于A点时，细胞液浓度_(填“一定”或“不一定”)小于外界溶液浓度，原因是_。解析(1)植物细胞质壁分离是指原生质层(细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质)与细胞壁分离；植物细胞的质壁分离原理，即当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞就会通过渗透作用而失水，细胞液中的水分就透过原生质层进入到溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩，由于原生质层比细胞壁的收缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁分离。(2)据图可知，细胞质壁分离程度越大，细胞吸水力越大，即细胞吸水力与质壁分离程度呈正相关。(3)实验过程中，细胞处于A点时，细胞可能正在发生质壁分离，也可以是正在质壁分离复原，或处于平衡状态，所以A点处细胞液浓度可能大于外界溶液浓度，也可能小于外界溶液浓度，或等于外界溶液浓度。答案(1)原生质层与细胞壁分离细胞壁比原生质层的伸缩性小当外界溶液比细胞液浓度大时，细胞会渗透失水(2)随着细胞质壁分离程度的增加，细胞吸水力逐渐增大(3)不一定此时的细胞可以是正在质壁分离，也可以是正在质壁分离复原(备选习题)1海带细胞中的碘离子浓度比海水中的碘离子浓度高许多倍，但仍可以从海水中吸收碘离子，而海带中铅离子的浓度很低。这说明海带细胞吸收碘离子具有()A选择性B独立性C专一性D高效性A海带细胞吸收碘离子具有选择性。2观察紫色洋葱表皮细胞质壁分离和质壁分离复原实验，能证明发生质壁分离现象的是() 【导学号：92172117】A液泡由小变大，紫色变浅B液泡由小变大，紫色变深C液泡由大变小，紫色变浅D液泡由大变小，紫色变深D在质壁分离过程中液泡变小，紫色变深。核心语句归纳1渗透作用发生的两个条件：一是半透膜，二是浓度差。2原生质层包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。3植物细胞发生质壁分离的原因：(1)外界溶液浓度大于细胞液浓度。(2)原生质层的伸缩性大于细胞壁。4只有活的成熟植物细胞才可发生质壁分离，动物细胞和根尖分生区细胞不能发生质壁分离。5细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，选择透过性是活细胞的功能特性。6生物膜具有选择透过性的原因是膜上运输物质的载体蛋白的种类和数目不同。6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375