2020版高中生物 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

2020版高中生物 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 ‎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)‎ 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③半透膜。‎ ‎(2)膜两侧①②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 ‎①外界溶液浓度大于细胞液浓度时，发生质壁分离现象。‎ ‎②外界溶液浓度小于细胞液浓度时，发生质壁分离复原现象。‎ 12‎ ‎[合作探讨]‎ 根据材料P60“问题探讨”，思考讨论下列问题：‎ 探讨1：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。‎ 探讨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。‎ 探讨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。‎ 探讨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。‎ ‎[思维升华]‎ ‎1．对渗透现象的分析 ‎(1)原理分析 ‎(2)图示 12‎ ‎①　　　　　　　　②‎ 分析上图②可知：Δh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。但此时半透膜两侧的水分子仍进出且进出速率相同。‎ ‎2．渗透作用的概念和条件 ‎(1)概念 ‎(2)渗透作用的条件：‎ ‎①半透膜，允许一些物质通过，不允许另一些物质通过。‎ ‎②浓度差，此处“浓度”实际是指物质的量浓度。‎ ‎3．动、植物细胞均符合发生渗透作用的条件 ‎1．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，乙中先升高后降低 C．甲、乙中均降低 D．甲、乙中均升高 ‎【解析】　依据细胞渗透作用原理，甲管下部细胞吸水，使液面下降；乙管下部细胞失水，使液面升高。细胞可以吸收钠离子和氯离子，发生质壁分离复原，细胞吸水，液面又下降，B正确。‎ ‎【答案】　B 12‎ ‎2．某同学在缺少实验仪器的情况下做了这样一个实验，将生鸡蛋大头的蛋壳去掉，保留壳膜完好，将小头打破，让蛋清和蛋黄流出，如图所示。然后，在蛋内灌上清水，把它放在‎0.3 g/mL的蔗糖溶液中，并且用铅笔在鸡蛋壳上标上最初的吃水线，半小时后，他发现鸡蛋上浮。原吃水线高出水面。请分析： ‎ ‎【导学号：19040148】‎ ‎(1)鸡蛋壳上浮的原因是______________________________________。‎ ‎(2)如果里面是蔗糖溶液，外面是清水，蛋壳将会__________________。‎ ‎(3)典型的渗透装置必须：①具有________；②在其两侧的溶液具有__________________________。‎ ‎【解析】　(1)鸡蛋壳能沉在水中是因为其中盛有清水，但由于底部同‎0.3 g/mL蔗糖溶液相接触，壳膜相当于半透膜，清水透过壳膜从壳中渗入蔗糖溶液中，故壳内水减少，重量减轻。(2)若里面是蔗糖溶液，外面是清水，水会通过壳膜渗入壳中，导致重量增大，下沉。(3)典型的渗透装置必须具备两个条件，一是具有半透膜，二是半透膜两侧具有浓度差。‎ ‎【答案】　(1)因壳内清水通过壳膜渗透进入蔗糖溶液，壳内水减少，重量减轻 ‎(2)下沉　(3)半透膜　浓度差 植 物 细 胞 的 质 壁 分 离 和 复 原 实 验 ‎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 12‎ ‎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。‎ ‎[合作探讨]‎ 探讨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。根类分生区细胞不会发生质壁分离，因为它无大液泡。‎ 探讨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。‎ 探讨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。‎ 探讨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。‎ 探讨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。‎ 探讨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。‎ ‎[思维升华]‎ ‎1．质壁分离的原因及表现分析 12‎ ‎(2)表现 ‎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 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 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。‎ ‎1．紫色洋葱表皮细胞发生质壁分离后，在显微镜下观察到(　　)‎ ‎【解析】‎ 12‎ ‎　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。‎ ‎【答案】　C ‎2．将三种洋葱鳞片叶表皮细胞放在相同浓度的蔗糖溶液中，一段时间后制成临时装片放在显微镜下观察到下图不同状态的细胞图像。这3个细胞原来细胞液浓度的高低关系是(　　) ‎ ‎【导学号：19040149】‎ A．乙>甲>丙　　　　 B．甲<乙<丙 C．丙<乙<甲 D．甲＝乙＝丙 ‎【解析】　丙细胞失水最多，细胞液的浓度最小；乙细胞只有少量失水，细胞液的浓度较小；甲没有失水，细胞液的浓度最大。‎ ‎【答案】　C ‎3．为探究植物A能否移植到甲地生长，某生物研究性学习小组通过实验测定了植物A细胞液的浓度，实验结果如下表。为保证植物A移植后能正常生存，则甲地土壤溶液的浓度应(　　)‎ 浓度(mol/L)‎ ‎0.15‎ ‎0.2‎ ‎0.25‎ ‎0.3‎ 质壁分离状态 不分离 刚分离 显著分离 显著分离 A.≤0.15 mol/L B．≤0.2 mol/L C．≥0.2 mol/L D．≥0.3 mol/L ‎【解析】　当植物细胞液的浓度小于周围土壤溶液的浓度时，细胞会失水发生质壁分离，植物将不能正常生存。由表中信息可知，该植物细胞液的浓度介于0.15 mol/L和0.2 mol/L之间。因此，为保证植物移植后能正常生存，甲地土壤溶液的浓度应≤0.15 mol/L。‎ ‎【答案】　A 物 质 跨 膜 运 输 的 其 他 实 例 ‎1．细胞对无机盐离子吸收的实例 ‎(1)植物细胞对无机盐离子吸收的实例(如图)‎ 12‎ 水稻吸收 SiO多，吸收Mg2＋、Ca2＋较少，番茄吸收Mg2＋、Ca2＋较多，吸收 SiO较少。‎ ‎(2)动物细胞对无机盐离子吸收的实例 人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘的含量明显高于(填“高于”或“低于”)血液中碘的含量，但甲状腺滤泡上皮细胞会依据生命活动需要，主动地选择吸收血液中的碘。‎ ‎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具有选择性。‎ ‎3．细胞膜的功能特点 细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，具体表现为水分子可自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。‎ ‎[合作探讨]‎ 探讨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。 ‎ 探讨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。‎ 探讨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。‎ ‎[思维升华]‎ ‎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。‎ 12‎ ‎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 ‎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：19040150】‎ 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 ‎【解析】　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。‎ ‎【答案】　D ‎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 ‎【解析】‎ 12‎ ‎　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。‎ ‎【答案】　D ‎1．下列现象不属于渗透作用的是(　　)‎ A．水分子或蔗糖分子通过植物细胞的细胞壁 B．水分子或其他溶剂分子通过细胞膜 C．水分子或其他溶剂分子通过液泡膜 D．水分子或其他溶剂分子通过原生质层 ‎【解析】　水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散叫渗透作用。‎ ‎【答案】　A ‎2．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、丙和丁进行实验，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(　　) ‎ ‎【导学号：19040151】‎ 图1　　　　　　　　　图2‎ A．甲　　 B．乙　　　‎ C．丙　　 D．丁 ‎【解析】　根据图1可知，漏斗内糖水的浓度高于烧杯中的水，说明一定时间内，烧杯中的水渗透到漏斗中而使其液面升高，但当液面差达到一定高度时，由于浓度差和压力差的综合作用使液面不再升高。此变化与图2中甲曲线相符。‎ ‎【答案】　A ‎3．把数条‎5 cm长的马铃薯条分别浸在蒸馏水和不同浓度的蔗糖溶液中，每隔一段时间测量马铃薯条的长度。如图显示马铃薯条在不同浓度溶液中长度改变的百分率。下列相关叙述错误的是(　　) ‎ ‎【导学号：19040152】‎ 12‎ A．马铃薯条通过渗透吸(失)水改变其长度 B．在‎0.10M蔗糖溶液中马铃薯细胞质壁分离 C．马铃薯细胞液浓度相当于‎0.30M的蔗糖溶液 D．在‎0.40M蔗糖溶液中马铃薯细胞失水皱缩 ‎【解析】　在‎0.10M蔗糖溶液中马铃薯细胞吸水膨胀。‎ ‎【答案】　B ‎4．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②的结构名称是______，②④⑤共同构成了____________。‎ ‎(3)图中⑦充满了________，其浓度________。‎ ‎(4)将此细胞置于清水中，⑥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】‎ 12‎ ‎　(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②是细胞膜，④是细胞质，⑤是液泡膜，三者共同构成了原生质层。(3)图中⑦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、细胞膜进入⑦处，所以此处的溶液浓度应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 课堂小结：‎ 网络构建 核心回扣 ‎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。‎ 12‎