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第1节物质跨膜运输的实例,学习视点,明确目标,1.知道细胞吸水和失水的原理 2.学会探究实验的基本步骤 3.进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作 4.举例说出细胞膜是选择透过性膜,关注重难点,1.植物细胞的吸水和失水 2.细胞膜的选择透过性,一、渗透作用具备的条件,二、细胞的吸水和失水,1动物细胞的吸水和失水 (1)动物细胞的 相当于半透膜。 (2) 与外界溶液之间有浓度差。 2动物细胞吸水失水的条件 (1)细胞质浓度 外界溶液浓度时，细胞吸水膨胀。 (2)细胞质浓度 外界溶液浓度时，细胞失水皱缩。 (3)细胞质浓度 外界溶液浓度时，水分进出细胞处于 ，细胞形态不变,动态平衡,大于,细胞膜,小于,细胞质,等于,3植物细胞的吸水和失水,细胞液,液泡膜,细胞壁,小,全透性,细胞膜,(1)成熟植物细胞的结构： 图中a是 ，其特点是具 ：即水分子和溶解在水里的物质都能通过；伸缩性 。 图中b是 ，c是 ，d为 ，三者构成的结构是 ，相当于一层 ，其伸缩性 。 图中e是 ，具有一定的浓度。 (2)质壁分离及复原的原理和现象： 外界溶液浓度 细胞液浓度时，细胞失水，发生 现象。 外界溶液浓度 细胞液浓度时，细胞吸水，发生 现象。,原生质层,大于,大,半透膜,细胞质,小于,质壁分离,质壁分离复原,三、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 (1)水稻吸收 多，吸收 较少，番茄吸收 较 多， 吸收 较少。说明不同植物对不同离子的吸收表现出较大差异。 (2)人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘的含量明显 血液中碘的含量。 (3)不同微生物对 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 进行的。 (2)细胞对于物质的输入和输出有 。 3结论 细胞膜和其他生物膜都是 膜，可以让 自由通过，一 些 和 也可以通过，而其他的 和大分子则不能通过。,顺相对含量梯度,不同矿物质,SiO44,高于,SiO44-,Ca2、Mg2,Ca2、Mg2,选择性,选择透过性,离子、小分子,水分子,离子,小分子,一、渗透作用的实例与原理 1仔细分析教材P60问题探讨，思考与讨论下列问题： (1)长颈漏斗内液柱上升的原因是什么？ 提示：由于单位时间内透过玻璃纸进入到长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内溶液增多，液面升高。 (2)若将玻璃纸更换成纱布或塑料薄膜，还能发生漏斗内液面上升的现象吗？ 提示：用纱布代替玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子可以自由通透，因而液面不会上升；若用塑料薄膜代替玻璃纸，因水分子不能透过塑料薄膜，所以也不会使液面升高。 (3)若将烧杯内清水换成与长颈漏斗内浓度相同的蔗糖溶液，其他不变，还会发生液面升高吗？ 提示：不会。因为玻璃纸两侧溶液浓度相同，水分子进出玻璃纸的数目相等，液面不会发生变化。,2判断下列说法是否正确： (1)只要具有半透膜，就能发生渗透作用。( ) (2)渗透作用过程中，只发生水分子由低浓度溶液透过半透膜进入高浓度溶液中。( ) (3)当渗透作用达到平衡时，液柱保持一定的高度，此时半透膜两侧的溶液浓度相等。( ),三、探究植物细胞的吸水和失水 将下列内容连接起来,四、物质跨膜运输的实例(判断正误) 1同一植物对不同离子的吸收量都是一样的。( ) 2不同植物对同种离子的吸收量是相等的。( ),一、植物细胞与渗透装置的比较,据图分析可知，一个植物细胞类似于一个渗透装置。,特别提醒 原生质层、原生质体 (1)原生质层是成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两膜之间的细胞质组成，不包括细胞核和液泡内的细胞液。此结构仅存在于成熟植物细胞中。 (2)原生质体是去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分，常用作植物细胞融合的材料。,二、植物细胞发生质壁分离的原因和表现,三、溶液种类与质壁分离和复原的关系,1当溶质分子为蔗糖等分子时，溶质分子不能进入细胞中，当发生质壁分离后，在n点时，若滴入清水则发生质壁分离的被动复原，如图中曲线a所示，若不作处理则如曲线b所示，实际过程可能导致细胞死亡。,2当溶质分子为葡萄糖、KNO3、乙二醇等时，细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液的浓度增加，从而使细胞发生质壁分离后能够自动复原，如图中曲线a所示。,3在质壁分离及质壁分离复原过程中，细胞吸水能力的变化(如图)：,质壁分离过程中，外界溶液浓度大于细胞液浓度，随着质壁分离程度增大，细胞液浓度增大，植物细胞吸水能力增强；质壁分离复原过程中，外界溶液浓度小于细胞液浓度，随着质壁分离复原的进行，细胞液浓度变小，植物细胞吸水能力减弱。,植物细胞吸水和失水的实验探究 1探究性实验的一般过程：根据观察到的现象，提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果，得出结论总结交流进一步探究。 2假设：原生质层相当于一层半透膜。 3预期结果：由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过。因此，在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，发生质壁分离。,4装片制作示意图及实验流程 (1)装片制作示意图,(2)实验流程,5实验结果,6.结论：实验结果与预期结果相同，说明“原生质层相当于一层半透膜”的假设是成立的。 7实验操作中注意的问题 (1)实验成功的关键之一是实验材料的选择。要选取成熟的、液泡带有一定颜色的植物组织进行实验，以便于观察实验现象。例如，以紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料就是因为其液泡呈紫色，便于观察实验现象。若以根尖成熟区的细胞为材料进行实验也会发生质壁分离现象，但因液泡无色，不易观察液泡大小的变化。 (2)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。浓度过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；浓度过高，则造成植物细胞失水过多、过快而死亡。原生质层的选择透过性是发生质壁分离和复原的内在前提，死亡的细胞既不会发生质壁分离，也不会发生质壁分离复原。,如图中的渗透装置，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( ),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段产生的压强变小，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。,答案 B,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，所能容纳的水分子数就越多。,将洋葱表皮细胞依次浸于蒸馏水、0.3 mol/L蔗糖溶液和0.5 mol/L尿素溶液中，观察原生质体的体积随时间的变化情况，结果如图所示：,(1)A、B、C中，表示细胞在蒸馏水中的是_；表示在0.3 mol/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：_。,(4)某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示状态，a、b表示两处浓度，由此可推测( ),A此时ab，细胞渗透吸水 B此时ab，渗透系统保持动态平衡 C此时ab，细胞渗透失水 D上述三种情况都有可能,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。第(4)题图所表示的细胞处于质壁分离状态，但不能确定其是处于质壁分离过程中，还是处于质壁分离复原过程中，或者恰好是质壁分离结束时，因此A、B、C所述的三种情形都可能存在。,答案 (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，浓度差减小，失水减慢，直至平衡 (4)D,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。,课堂归纳,网络构建,填充：半透膜 浓度差 膨胀 涨破 皱缩 质壁分离 质壁分离复原 原生质层 小 选择透过性,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：外界溶液浓度大于细胞液浓度，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成熟植物细胞在一定浓度的KNO3、尿素等溶液中会发生先质壁分离后自动复原的现象。,关键语句,1下列现象利用渗透作用原理的是( ) A氧气进入红细胞 B水分子通过细胞壁 CK通过原生质层 D红细胞在高浓度盐水中皱缩 解析：选D 渗透作用是指溶剂的跨膜运输，氧气是气体，K是溶质，因此A项、C项均不属于渗透作用。由于细胞壁是全透性的，不是半透膜，因此B项也不属于渗透作用。,2下列四项中，不是一个植物细胞发生渗透作用理由的是( ) A纤维素和果胶构成的细胞壁是全透性的 B由细胞膜、细胞质、液泡膜构成的原生质层是选择透过性膜 C液泡中具有一定浓度的细胞液 D细胞液的浓度大于(或小于)外界溶液的浓度 解析：选A 构成渗透系统的条件，一是具有半透膜；二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。植物细胞是一个渗透系统，原因是有相当于半透膜的原生质层，原生质层两侧的溶液具有浓度差。原生质层是由细胞膜、液泡膜和中间的细胞质构成的。细胞壁是全透性的，不属于半透膜。,3下列叙述错误的是( ) A成熟植物细胞可以看成一个渗透系统的主要原因是原生质层可以看成一层选择透过性膜 B导管细胞是高度分化的植物细胞，其吸水方式主要是渗透吸水 C草履虫也可以看成一个渗透系统 D渗透作用的动力是渗透压，渗透压的大小与溶质的质量浓度无关，而与单位体积内分子个数有关 解析：选B 导管细胞是死细胞，因此不能形成一个渗透系统。,4下列有关洋葱表皮细胞质壁分离及其复原实验的叙述错误的是( ) A发生质壁分离时观察到的现象是液泡体积较小，颜色较深 B在原生质层与细胞壁之间的溶液为外界溶液 C在质壁分离复原过程中细胞液浓度减小，细胞吸水能力下降 D发生质壁分离后的细胞，若放在清水中一定能发生复原 解析：选D 若外界溶液浓度过高，或质壁分离时间过长，洋葱表皮细胞可能会死亡，死亡后则不能发生质壁分离复原。,5在紫色洋葱表皮细胞临时装片的盖玻片一侧滴加质量分数为0.3 g/mL的蔗糖溶液后，出现了如图所示的情形，请回答：,(1)此细胞发生了_现象，是细胞_的结果。 (2)图中的结构名称是_，共同构成了_。 (3)图中充满了_，其浓度_。 (4)将此细胞置于清水中，的体积会_，是由于细胞_的结果。 (5)在滴加质量分数为0.3 g/mL的蔗糖溶液后的过程中，显微镜下不可能观察到的现象是( ) A液泡缩小 B细胞壁与原生质层分离 C液泡颜色变浅 D细胞核位于原生质层内,解析：(1)由图示可知，图中原生质层与细胞壁发生了分离，这是由于细胞发生渗透失水的结果。(2)图中是细胞膜，是细胞质，是液泡膜，三者共同构成了原生质层。(3)图中是原生质层与细胞壁分离后形成的空间，充满了外界的蔗糖溶液，由于细胞液中水分依次经过液泡膜、细胞质、细胞膜，此处的溶液浓度稍低于外界蔗糖溶液。(4)将已发生质壁分离的植物细胞置于清水中，由于细胞液浓度高于外界的清水浓度，细胞渗透吸水，液泡体积变大。(5)用显微镜观察植物细胞的质壁分离过程中，由于细胞渗透失水，液泡体积逐渐变小，液泡颜色变深，细胞壁与原生质层分离，细胞核位于原生质层内，不会看到液泡颜色变浅现象。 答案：(1)质壁分离 渗透失水 (2)细胞膜 原生质层 (3)蔗糖溶液 略小于0.3 g/mL (4)变大 渗透吸水 (5)C,(时间：25分钟；满分：50分) 一、选择题(每小题4分，共24分) 1把成熟的草莓浆果洗净后洒上很多蔗糖，会发生的现象是( ) A细胞中液泡增大 B蔗糖分子进入草莓细胞 C整个细胞壁和原生质层间充满了水 D细胞中的水分外渗 解析：选D 在草莓浆果的外面洒上很多蔗糖，使细胞外的溶液浓度高于细胞内细胞液的浓度，从而使细胞内的水分外渗。,2将盛有一定浓度蔗糖溶液的透析袋口扎紧后浸于蒸馏水中，如图表示透析袋中蔗糖溶液浓度与时间的关系(纵坐标表示蔗糖溶液浓度)，正确的是( ),解析：选B 将盛有一定浓度的蔗糖溶液的透析袋放在蒸馏水中后，蒸馏水将不断向透析袋中扩散，蔗糖溶液浓度不断下降，但受到透析袋容积的限制，到一定时间水分子进出达到动态平衡，此时蔗糖溶液浓度下降到一定程度便保持相对稳定。,3将洋葱表皮放入一定浓度的KNO3溶液中，其细胞便发生质壁分离，不久这些细胞又逐渐发生质壁分离复原。其原因是( ) A细胞液的溶质透出细胞 B质壁分离后的细胞只允许水分子进入 CK和NO3可通过细胞膜进入细胞液 D水和溶质自由地进出细胞 解析：选C 将洋葱表皮细胞放入一定浓度的KNO3溶液中后，由于外界KNO3溶液浓度大于细胞液浓度，细胞渗透失水，细胞发生质壁分离。由于细胞吸收K和NO3，离子进入细胞液，使细胞液浓度上升。当细胞液浓度大于外界KNO3溶液浓度时，细胞又渗透吸水，发生质壁分离复原。,4撕取紫色洋葱外表皮，分为两份。假定两份外表皮细胞的大小、数目和生理状态一致，一份在完全营养液中浸泡一段时间，浸泡后的外表皮称为甲组；另一份在蒸馏水中浸泡相同的时间，浸泡后的外表皮称为乙组。然后，两组外表皮都用浓度为0.3 g/mL 的蔗糖溶液处理，一段时间后表皮细胞中的水分不再减少。此时甲、乙两组细胞水分渗出量的大小是( ) A甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等 B甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高 C甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低 D甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞无法比较 解析：选C 将两份完全相同的紫色洋葱外表皮细胞分别放入完全营养液和蒸馏水中浸泡相同时间，放入蒸馏水中的外表皮细胞因吸水较多，而使甲组细胞的细胞液浓度大于乙组细胞的细胞液浓度。由于甲组细胞的细胞液与0.3 g/mL蔗糖溶液的浓度差小于乙组细胞的细胞液与0.3 g/mL蔗糖溶液的浓度差。所以乙组细胞水分渗出量多。,5某同学拟选择一种半透性的膜材料，用于自制渗透计。他采用如图1所示的装置(示意图)，对收集到的四种材料甲、乙、丙和丁进行试验，得到了倒置漏斗中的液面高度随时间变化的曲线(如图2)。据图分析，该同学应选择的膜材料是( ),A甲 B乙 C丙 D丁 解析：选A 渗透装置中半透膜的选择应遵循：糖分子不能通过半透膜，水分子可以自由通过。分析题中图2可知：乙、丙、丁三种材料均不符合渗透装置中半透膜的要求。,6在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜条质量变化的关系如图所示。若将处于b浓度溶液中的萝卜条移入a浓度溶液中，则该萝卜条的质量将( ),A不变 B增大 C减小 D先增后减 解析：选B 从题图中可以看出：a点表示水分进出细胞达到平衡状态，b点细胞处于失水状态。当把b浓度溶液中的萝卜条移入a浓度溶液中后，细胞吸水，质量增大。,二、非选择题(共26分) 7(10分)将某一洋葱鳞片叶放在某一浓度的蔗糖溶液中，制成装片，放在显微镜下观察，有3种状态的细胞，如图所示：,(1)图B细胞处于何种生理状态？_。 (2)这三个细胞在未发生上述情况之前吸水能力大小关系是_。 (3)图中标号指的物质是_。 (4)假设将洋葱鳞片叶表皮细胞制成装片并使之处于高渗溶液中而发生质壁分离，用显微镜观察一个细胞的质壁分离发展过程，发现该细胞形态的变化顺序将如图中所示的_。 (5)若上述三幅图是同一细胞在不同浓度的外界溶液中发生的现象。则这三种溶液浓度的大小关系是_。,解析：(1)(2)(3)由于A、B、C处于同一浓度的蔗糖溶液中，根据图示可以看出B、C均处于质壁分离状态，A可能吸水，也可能既不吸水也不失水，因此这三个细胞在未发生上述情况之前细胞液浓度大小关系是ABC，细胞吸水能力大小的关系是ABC。由于细胞壁是全透性的，在中的液体为蔗糖溶液。(4)植物细胞质壁分离过程的变化顺序是ABC。(5)由于细胞的质壁分离程度与外界溶液浓度呈正相关，因此可根据质壁分离程度的差异确定：外界溶液浓度的大小为CBA。,答案：(1)质壁分离 (2)ABC (3)蔗糖溶液 (4)ABC (5)CBA,8(16分)(江苏高考)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。 渗透平衡时液面差为h，此时S1和S2浓度大小关系为_。 (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_。,解析：(1)图中漏斗内的液面高于漏斗外，而起始时漏斗内外液面一致，说明水分子的总移动趋势是从漏斗外进入漏斗内，故起始时漏斗内的蔗糖溶液浓度大于漏斗外，由于蔗糖分子不能通过半透膜，所以当水分子进出达到动态平衡的时候，漏斗内的蔗糖浓度仍然大于漏斗外，即S1S2。(2)图中的半透膜模拟的是成熟植物细胞中的原生质层。半透膜是物理性膜，一般没有生物活性，不具有选择透过性，只要分子的直径小于半透膜的孔径就能通过，否则不能通过；而组成原生质层的细胞膜和液泡膜具有生物活性，有选择透过性，可以主动运输有关物质。,(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，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有_(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_。,(3)两套渗透装置中，加蔗糖溶液的渗透装置会出现液面差，因为蔗糖分子不能通过半透膜，所以该装置中水分子总的移动趋势是从蒸馏水中移到漏斗内；而加KNO3溶液的渗透装置不出现液面差，因为KNO3溶液中的K和NO3可以通过半透膜，所以半透膜两侧的溶液浓度最终会相同。选两片洁净的载玻片，标号，在载玻片中央分别滴加蒸馏水，然后将撕取的洋葱鳞片叶外表皮展平置于蒸馏水中，加上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片。将洋葱鳞片叶外表皮细胞分别浸润在所提供的蔗糖溶液和KNO3溶液中，由于外界溶液的浓度高于洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度，细胞失水，因此在显微镜下可以观察到两个临时装片中的洋葱鳞片叶外表皮细胞都出现质壁分离现象；但是浸润在KNO3溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞在一段时间后还会出现质壁分离的复原现象，而蔗糖溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞没有出现质壁分离的复原现象。,答案：(1)S1S2 (2)原生质层 原生质层能主动运输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,
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