高中生物必修1學案： 第四章 物質(zhì)的輸入和輸出第1節(jié) 物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗龑W案 新人教版必修1

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1、 第1節(jié)　物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗? 學習目標 1．理解植物細胞質(zhì)壁分離與復原的原理。 2．學會觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和復原。 3．舉例說出細胞膜是選擇透過性膜。 核心概念 濃度差　半透膜　原生質(zhì)層　伸縮性 一、細胞的吸水和失水 1．原理 細胞吸水和失水的原理是__滲透____作用，該作用發(fā)生須具備兩個條件： 2．動物細胞的吸水和失水 (1)條件 ①動物細胞可以構成一個滲透裝置，其中細胞膜相當于__半透膜____。 ②細胞膜兩側存在__濃度差____。 (2)吸水與失水 ①當外界溶液濃度小于細胞質(zhì)濃度時，細胞__吸水膨脹____； ②當外界溶液濃度大于

2、細胞質(zhì)濃度時，細胞__失水皺縮____； ③當外界溶液濃度等于細胞質(zhì)濃度時，水分__進出細胞處于動態(tài)平衡____。 3．植物細胞的吸水和失水 (1)成熟植物細胞的結構 (2)質(zhì)壁分離與質(zhì)壁分離復原 ①當外界溶液濃度大于細胞液濃度時，細胞失水→質(zhì)壁__分離____； ②發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞，當外界溶液濃度小于細胞液濃度時，細胞吸水→質(zhì)壁__分離復原____； ③當外界溶液濃度等于細胞液濃度時，水分__進出細胞處于動態(tài)平衡____。 二、物質(zhì)跨膜運輸?shù)钠渌麑嵗? ↓ ↓推知 ↓得出 ？思考 1．有的黑心商販向豬、牛、羊肉中注水，以增加肉的重量，他們能注

3、進去嗎？這體現(xiàn)了什么生物學原理？ 提示：能。體現(xiàn)了動物細胞通過滲透作用吸水的原理。 2．你知道鹽堿地莊稼不易成活的主要原因嗎？ 提示：鹽堿地的土壤溶液濃度高，導致植物根細胞從土壤中吸水困難，有些植物根細胞可能反而失水，使植物因水分供應不足而死亡。 3．在同一塊田里連年種同一種作物會出現(xiàn)產(chǎn)量下降現(xiàn)象，試解釋原因。 提示：長期在同一塊田里種植同一種作物，由于作物對離子的選擇性吸收，導致某些元素含量下降，就會影響作物生長，從而導致產(chǎn)量下降。 H　　判斷題 1．將人的紅細胞放入4 ℃蒸餾水中，一段時間后紅細胞破裂，其主要原因是蒸餾水大量進入紅細胞。(　√　) 2．植物細胞質(zhì)壁分離的過程

4、中水分子的擴散只能單向進行。(　×　) 3．植物細胞的原生質(zhì)層由細胞膜和液泡膜組成。(　×　) 4．成熟植物細胞在高濃度溶液中發(fā)生質(zhì)壁分離是因為細胞壁具有選擇透過性。(　×　) 5．質(zhì)壁分離是指原生質(zhì)層與細胞壁分離。(　√　) 6．滲透作用的發(fā)生必須依賴半透膜和膜兩側的濃度差。(　√　) 7．同種細胞吸收不同礦質(zhì)元素離子的速率都相同。(　×　) 8．番茄和水稻根系吸收Si元素的量相等。(　×　) 9．細胞吸水和失水是水分子逆相對含量梯度跨膜運輸?shù)倪^程。(　×　) 10．無機鹽離子可以逆相對含量梯度進行跨膜運輸。(　√　) 知識點1　滲透現(xiàn)象及原理分析 Z　 2．滲

5、透作用發(fā)生的條件及實驗驗證 (1)具有半透膜。 (2)具有濃度差。 3．滲透作用的原理 4．三種滲透模型的比較 模型 圖示 發(fā)生滲透作用條件 半透膜 濃度差 人工滲透系統(tǒng) 人工半透膜 內(nèi)外側溶液存在濃度差 動物細胞 細胞膜 細胞質(zhì)濃度和外界溶液濃度 植物細胞 原生質(zhì)層 細胞液濃度和外界溶液濃度 5．滲透作用的應用 (1)比較不同溶液濃度的大小 漏斗內(nèi) 燒杯內(nèi) 溶液濃度 M N 現(xiàn)象及結論 ①若漏斗內(nèi)液面上升，則M>N ②若漏斗內(nèi)液面不變，則M＝N ③若漏斗內(nèi)液面下降，則M

6、濃度 將動植物細胞放在不同濃度的溶液中，觀察細胞的吸水和失水狀態(tài)，可以根據(jù)細胞的形態(tài)判斷細胞液或細胞質(zhì)濃度的大小。 Y　 有關滲透現(xiàn)象的三點提醒 (1)兩溶液間的水分子進行雙向運動，實際觀察到的只是水分子雙向運動差異所導致的液面變化。 (2)當液面高度不再變化時，水分子仍進出半透膜，但進出達到平衡。 (3)若溶質(zhì)分子能通過半透膜，則先是濃度高的一側液面升高，隨后另一側液面上升，最后達到滲透平衡。 D　 典例1　下列現(xiàn)象屬于滲透作用的是(　D　) A．蔗糖在水中溶解后使水變甜　 B．春天放在空氣中食鹽潮解 C．小麥種子浸在水中逐漸脹大　 D．新鮮菜葉放在水中變硬 [解析]　

7、滲透作用發(fā)生的條件有二：①是有半透膜，②是半透膜兩側有濃度差。四個選項中，只有D項符合題意。 〔變式訓練1〕　如圖所示，甲是滲透作用裝置示意圖，乙、丙兩曲線圖中的橫坐標代表時間。下列敘述不正確的是(　A　) A．半透膜內(nèi)溶液a的濃度變化可用圖丙表示 B．水分子由半透膜外進入半透膜內(nèi)的速率變化可用圖乙表示 C．玻璃管內(nèi)的液面高度變化可用圖丙表示 D．半透膜內(nèi)外濃度差的變化可用圖乙表示 [解析]　由于半透膜內(nèi)為質(zhì)量分數(shù)為30%的蔗糖溶液，外面為蒸餾水，膜內(nèi)溶液濃度高于膜外溶液濃度，整體而言，水分子由膜外進入膜內(nèi)，蔗糖溶液濃度降低，可用圖乙表示。水分子進入半透膜的速率由膜內(nèi)外兩側的濃

8、度差決定，由于水分子不斷進入膜內(nèi)，兩側的濃度差越來越小，水分子進入半透膜的速率也逐漸下降，最后保持不變，可用圖乙表示。隨著水分子的進入，玻璃管內(nèi)的液面高度逐漸上升，一段時間后保持不變，可用圖丙表示。 知識點2　探究植物細胞的吸水和失水 Z　 一、植物細胞的吸水和失水的實驗探究 1．植物細胞與滲透裝置的比較 據(jù)圖分析可知，一個植物細胞類似于一個滲透裝置。 2．探究性實驗的一般過程：根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，提出問題→作出假設→設計實驗→進行實驗→分析結果，得出結論→總結交流→進一步探究。 3．假設：原生質(zhì)層相當于一層半透膜。 4．預期結果：由于原生質(zhì)層相當于一層半透膜，水分子可以自由

9、透過，而蔗糖分子不能透過。因此，在蔗糖溶液中植物細胞的中央液泡會變小，發(fā)生質(zhì)壁分離。 5．裝片制作示意圖及實驗流程 (1)裝片制作示意圖 (2)實驗流程 6．實驗結果 　　現(xiàn)象 試劑　　 中央液泡變化 原生質(zhì)層位置變化 細胞大小 蔗糖溶液 變小 脫離細胞壁 基本不變 清水 逐漸恢復原來大小 恢復原位 基本不變 7．結論：實驗結果與預期結果相同，說明“原生質(zhì)層相當于一層半透膜”的假設是成立的。 8．植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離的原因和表現(xiàn) (1)原因 (2)表現(xiàn) 9．實驗操作中注意的問題 (1)實驗材料：選擇實驗材料是實驗成功的關鍵之一。要選取成熟的

10、、液泡帶有一定顏色的植物組織進行實驗，便于觀察實驗現(xiàn)象，如紫色的洋蔥鱗片葉外表皮細胞。 (2)實驗試劑： ①濃度適宜： a．若蔗糖溶液濃度過低，不足以引起質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離所需時間過長。 b．若蔗糖溶液濃度過高，可能造成植物細胞失水過多、過快而死亡。 ②種類得當： a．若使用質(zhì)量濃度為1 mol/L的KNO3溶液，則細胞能發(fā)生質(zhì)壁分離，并能自動復原。因為K＋和NO可被細胞吸收，使細胞液濃度增大，細胞滲透吸水。 b．若使用質(zhì)量濃度為1 mol/L的醋酸溶液，則不發(fā)生質(zhì)壁分離及復原現(xiàn)象。因為醋酸能殺死細胞，使原生質(zhì)層失去選擇透過性。 (3)實驗操作過程： ①滴加蔗糖溶液或清水時，

11、應在載物臺上操作，故滴加液體不要太多，避免污染物鏡鏡頭。 ②觀察質(zhì)壁分離的時間不宜過長，以免細胞因長期處于失水狀態(tài)而死亡，影響對復原現(xiàn)象的觀察。 知識貼士 并非所有的細胞都可以發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象 ①成熟的植物細胞具有大液泡，質(zhì)壁分離現(xiàn)象明顯，而未成熟的植物細胞沒有大液泡，質(zhì)壁分離現(xiàn)象不明顯，不易觀察。 ②動物細胞由于沒有細胞壁，故不發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。 ③質(zhì)壁分離中的“質(zhì)”指的是原生質(zhì)層，而不是細胞質(zhì)。 ④發(fā)生質(zhì)壁分離后，細胞膜與細胞壁的間隙內(nèi)充滿了蔗糖溶液(因為細胞壁具有全透性)。 ⑤質(zhì)壁發(fā)生分離的原因是外界溶液濃度大于細胞液濃度，隨著細胞滲透失水，雖然細胞液濃度會增大，但可能仍

12、然小于外界溶液濃度(此處指的是物質(zhì)的量濃度，不是質(zhì)量濃度)。 D　 典例2　將紫色洋蔥鱗片葉表皮浸潤在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，1分鐘后進行顯微觀察，結果如圖。下列敘述錯誤的是(　A　) A．圖中L是細胞壁，M是液泡，N是細胞質(zhì) B．將視野中的細胞浸潤在清水中，原生質(zhì)層會逐漸復原 C．實驗說明細胞膜與細胞壁在物質(zhì)透過性上存在顯著差異 D．洋蔥根尖分生區(qū)細胞不宜作為該實驗的實驗材料 [解析]　成熟的紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞在質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液中發(fā)生了質(zhì)壁分離，結合題干中的圖可知，L是細胞壁，M是液泡，N是細胞壁與原生質(zhì)層之間的部分，故A項錯誤；將視野中的細胞

13、浸潤在清水中，液泡會滲透吸水，原生質(zhì)層逐漸復原，故B項正確；細胞膜具有選擇透過性，蔗糖不能透過，而細胞壁允許蔗糖通過，具有全透性，故C項正確；洋蔥根尖分生區(qū)細胞不具有大液泡，滲透吸水與失水不明顯，因此不宜作為該實驗的實驗材料，故D項正確。 〔變式訓練2〕　下圖為某同學利用紫色洋蔥鱗片葉作為實驗材料，觀察植物細胞質(zhì)壁分離與復原的基本操作步驟。下列相關敘述中，錯誤的是(　D　) A．第二次觀察(D)和第一次觀察(B)形成對照，第三次觀察(F)和第二次觀察(D)形成對照 B．該實驗用顯微鏡主要觀察原生質(zhì)層和細胞壁的位置、液泡的顏色和大小等 C．如果將蔗糖溶液換成濃度適宜的KNO3溶液，則

14、可以省略E過程 D．增大蔗糖溶液的濃度，實驗效果會更明顯且不影響細胞的活性 [解析]　解答本題要清楚每一步的操作方法及目的，尤其是顯微鏡觀察的指標及溶液的種類和濃度對該實驗結果的影響。圖中共有三次利用顯微鏡進行的觀察，觀察的指標主要是原生質(zhì)層和細胞壁的位置關系以及液泡的大小和顏色。三次觀察形成對照，了解是否發(fā)生了質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離復原，A、B兩項正確。如果將蔗糖溶液換成濃度適宜的KNO3溶液，由于細胞在失水的同時，會不斷地吸收K＋和NO，導致細胞液濃度升高，當細胞液濃度大于外界溶液濃度時，細胞開始吸水，從而出現(xiàn)質(zhì)壁分離自動復原現(xiàn)象，C項正確。如果蔗糖溶液濃度過大，會導致細胞因過度失水而死亡

15、，D項錯誤。 質(zhì)壁分離實驗的拓展應用 1．判斷成熟植物細胞是否有生物活性 ＋ 2．測定細胞液濃度范圍 ＋ 細胞液濃度介于未發(fā)生質(zhì)壁分離和剛發(fā)生質(zhì)壁分離的蔗糖溶液濃度之間 3．比較不同植物細胞的細胞液濃度 ＋ 發(fā)生質(zhì)壁分離所需時間越短，細胞液濃度越小，反之，細胞液濃度越大 4．鑒別不同種類的溶液(如KNO3和蔗糖溶液) ＋ 5．比較未知濃度溶液的濃度大小 同一植物的成熟細胞＋未知濃度的溶液剛剛發(fā)生質(zhì)壁分離所需時間→比較所用時間長短→判斷溶液濃度的大小(時間越短，未知溶液的濃度越大) 實驗單一變量：未知濃度的溶液。 6．驗證原生質(zhì)層和細胞壁伸縮性大小 成

16、熟植物細胞＋分離劑 實驗單一變量：植物細胞原生質(zhì)層和細胞壁的伸縮性差異。 典例3　假設將標號為甲、乙、丙的同一種植物的細胞(細胞液濃度相同)分別放在a、b、c三種不同濃度的蔗糖溶液中，一段時間后得到如圖所示狀態(tài)(原生質(zhì)層不再變化)。據(jù)圖分析推理不正確的是(　B　) A．實驗前蔗糖溶液濃度為：c＞b＞a B．實驗后蔗糖溶液濃度為：c＝b≥a C．實驗后細胞的吸水能力：丙＞乙＞甲 D．實驗后細胞液濃度：丙＞乙＞甲 [解析]　由于濃度差越大發(fā)生質(zhì)壁分離的程度就越大，所以c蔗糖溶液濃度最高，b次之，a最低；實驗后a、b、c中的細胞的吸水與失水均已處于動態(tài)平衡狀態(tài)，由于此時細胞液濃

17、度：丙＞乙＞甲，所以外界溶液的濃度也是不相同的，應為c＞b＞a。 1．滲透作用 (1)概念：指水分子或其他溶劑分子通過半透膜從低濃度溶液向高濃度溶液的擴散。 (2)發(fā)生條件：一是具有半透膜，二是半透膜兩側具有濃度差。 2．原生質(zhì)層：細胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細胞質(zhì)。 3．植物細胞的吸水和失水：外界溶液濃度>細胞液濃度時，細胞失水，發(fā)生細胞質(zhì)壁分離。外界溶液濃度<細胞液濃度時，細胞吸水，細胞質(zhì)壁分離復原。外界溶液濃度＝細胞液濃度時，水分進出細胞處于動態(tài)平衡。 4．質(zhì)壁分離產(chǎn)生的原因 內(nèi)因：原生質(zhì)層具有選擇透過性，且其伸縮性大于細胞壁伸縮性。外因：外界溶液濃度>細胞液濃度。 5．細胞膜生理特點——選擇透過性 水分子可以自由通過，一些離子和小分子也可以通過，而其他的離子、小分子和大分子則不能通過。