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2019-2020年高中生物 第4章 第1節(jié) 物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗龑W(xué)案 新人教版必修1 　　 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．舉例說出細胞膜是選擇透過性膜。(重點) 2．嘗試提出問題，作出假設(shè)。(難點) 3．進行關(guān)于植物細胞吸水和失水的實驗設(shè)計和操作。 ,　 知識結(jié)構(gòu) 細胞的吸水和失水 1．細胞吸水和失水的原理——滲透作用 (1)半透膜 半透膜是指某些物質(zhì)可以透過，而另一些物質(zhì)不能透過的多孔性薄膜，能否透過半透膜往往取決于物質(zhì)分子直徑的大小。 (2)滲透作用 ①概念：滲透作用是指水分子或其他溶劑分子通過半透膜，從相對濃度高的地方向相對濃度低地方擴散的現(xiàn)象。 ②條件(如圖411所示) (3)原理 ①當(dāng)溶液濃度A＞B時，通過半透膜由B→A的水分子數(shù)多于由A→B的分子數(shù)，漏斗中液面上升。 ②當(dāng)溶液濃度A＜B時，通過半透膜由A→B的水分子數(shù)多于由B→A的分子數(shù)，漏斗中液面下降。 ③當(dāng)溶液濃度A＝B時，通過半透膜由A→B的水分子數(shù)等于由B→A的水分子數(shù)，水分子的移動處于動態(tài)平衡狀態(tài)，漏斗中液面高度不變。 (1)兩溶液間的水分子透過半透膜進行雙向運動，溶質(zhì)分子不能通過半透膜，我們只是觀測出由于雙向水分子運動的差別所導(dǎo)致的液面改變。 (2)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液的物質(zhì)的量濃度不相等，相對分子質(zhì)量大的溶液的物質(zhì)的量濃度小，由于蔗糖的相對分子質(zhì)量大于葡萄糖的相對分子質(zhì)量，故水分子運動的總趨勢是由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移動。 (3)自由擴散是指被選擇吸收的物質(zhì)，從濃度高的一側(cè)通過細胞膜向濃度低的一側(cè)轉(zhuǎn)運，如H2O、O2、CO2等物 質(zhì)透過膜的方式均是自由擴散；滲透作用則是指水分子或其他溶劑分子從低濃度溶液通過半透膜向高濃度溶液的擴散(流動)，因此滲透作用是一種特殊的擴散。 2．動植物細胞的失水和吸水 (1)動物細胞的吸水和失水(以哺乳動物的紅細胞為例，如圖412所示) 圖412 ①紅細胞放入清水中，會吸水漲破，因為紅細胞細胞質(zhì)的濃度大于外界溶液的濃度，細胞內(nèi)的大分子物質(zhì)不能通過細胞膜，水分子可以自由通過細胞膜，進入細胞內(nèi)的水分子數(shù)多，因此紅細胞吸水。 ②紅細胞放入高濃度溶液中，會失水皺縮。因為外界溶液的濃度大于紅細胞細胞質(zhì)的濃度，水分子可以通過細胞膜進入外界環(huán)境中。細胞內(nèi)的水分子減少，因此紅細胞失水。 (2)植物細胞的吸水和失水(如圖413所示) 圖413 ① 成熟的植物細胞是一個滲透系統(tǒng) ②植物細胞失水和吸水的條件 當(dāng)細胞液濃度<外界溶液濃度，細胞失水，質(zhì)壁分離。 當(dāng)細胞液濃度>外界溶液濃度，細胞吸水，質(zhì)壁分離復(fù)原。 當(dāng)細胞液中的水分流失，使細胞壁和原生質(zhì)層都出現(xiàn)一定程度的收縮，但由于原生質(zhì)層的伸縮性比細胞壁的伸縮性大，當(dāng)細胞不斷失水時，原生質(zhì)層就會與細胞壁分離開來，也就發(fā)生質(zhì)壁分離。 (3)動植物細胞吸水和失水的比較 動物細胞 成熟植物細胞 半透膜 細胞膜 原生質(zhì)層(細胞膜、液泡膜及二者之間的細胞質(zhì)) 濃度差 細胞質(zhì)與外界溶液 細胞液與外界溶液 結(jié)果 ①細胞質(zhì)濃度>外界溶液濃度，細胞吸水膨脹 ②細胞質(zhì)濃度<外界溶液濃度，細胞失水皺縮 ③細胞質(zhì)濃度＝外界溶液濃度，細胞水分進出平衡 ①細胞液濃度>外界溶液濃度，細胞吸水膨脹 ②細胞液濃度<外界溶液濃度，細胞失水，質(zhì)壁分離 ③細胞液濃度＝外界溶液濃度，細胞水分進出平衡 半透膜、選擇透過性膜以及生物膜的區(qū)別 概念范疇 特　點 半透膜 物理學(xué)上的概念 物質(zhì)能否通過半透膜取決于半透膜孔隙直徑的大小 選擇透過性膜 生理學(xué)上的概念 具有生物活性，即使是小分子，只要不是細胞選擇吸收的，也不能通過。選擇透過性膜可以看成是功能完善的一類半透膜 生物膜 活的生物膜屬于選擇透過性膜。當(dāng)細胞死亡時，細胞膜等生物膜的選擇透過性就變?yōu)槿感? 教材第60～61頁參考答案 問題探討 1．由于單位時間內(nèi)透過玻璃紙進入長頸漏斗的水分子數(shù)量多于從長頸漏斗滲出的水分子數(shù)量，使得管內(nèi)液面升高。 2．用紗布替代玻璃紙時，因紗布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透，因而液面不會升高。 3．半透膜兩側(cè)溶液的濃度相等時，單位時間內(nèi)透過玻璃紙進入長頸漏斗的水分子數(shù)量等于滲出的水分子數(shù)量，液面不會升高。 思考與討論 1．紅細胞內(nèi)的血紅蛋白等有機物一般不能透過細胞膜。 2．紅細胞的細胞膜相當(dāng)于“問題探討”中的半透膜。 3．當(dāng)外界溶液的濃度低于紅細胞內(nèi)部的濃度時，紅細胞一般會因持續(xù)吸水而漲破。 4．紅細胞吸水或失水的多少主要取決于紅細胞內(nèi)外濃度的差值。一般情況下，差值較大時，吸水或失水較多。 與生活的聯(lián)系 會感到口腔黏膜比較干。因為吃過咸的食物，口腔細胞會失水過多。 【例1】　把體積相同的10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的葡萄糖溶液和10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的蔗糖溶液用半透膜隔開，初始狀態(tài)其分子移動的總方向是(　　) A．葡萄糖分子向蔗糖溶液中移動 B．蔗糖分子向葡萄糖溶液中移動 C．水分子從蔗糖溶液向葡萄糖溶液中移動 D．水分子從葡萄糖溶液向蔗糖溶液中移動 解析：葡萄糖是單糖，而蔗糖是二糖，其相對分子質(zhì)量較葡萄糖大，因而相同體積、相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的兩溶液中，10%的蔗糖溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量較小，而10%葡萄糖溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量則較大，因此，蔗糖溶液中水分子密度大，葡萄糖溶液中水分子密度小。所以水分子移動的總方向是由蔗糖溶液向葡萄糖溶液中移動。 答案：C 點撥：判斷水的總體穿膜方向是比較半透膜兩側(cè)的溶液濃度差，水分子從低濃度向高濃度滲透，而溶液濃度是指物質(zhì)的量濃度，即單位體積的溶質(zhì)的微粒數(shù)目。 探究植物細胞的吸水和失水 1．實驗原理 當(dāng)細胞液的濃度小于外界溶液的濃度時，細胞就會通過滲透作用而失水，發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。 當(dāng)細胞液的濃度大于外界溶液的濃度時，質(zhì)壁分離的細胞就會通過滲透作用而吸水，發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。 2．目的要求 (1)學(xué)會觀察植物細胞質(zhì)壁分離與復(fù)原的方法。 (2)了解植物細胞發(fā)生滲透作用的原理。 3．材料用具 紫色洋蔥鱗片葉，顯微鏡，載玻片，蓋玻片，滴管，鑷子，刀片，吸水紙，清水，質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液。 4．方法步驟 (1)植物細胞有兩種吸水方式：不成熟的植物細胞未形成大的液泡，靠吸脹作用吸水，如根尖分生區(qū)的細胞、干種子細胞的吸水；成熟的植物細胞中形成大的液泡后，主要靠滲透作用吸水，如葉肉細胞。 (2)選擇實驗材料時，應(yīng)選取帶有顏色的成熟的植物組織進行實驗，便于鏡檢時觀察。 (3)實驗時蔗糖溶液的濃度要適宜，濃度過低不能發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，濃度過高易引起細胞失水過多而死亡。 (4)由于細胞壁具有全透性，質(zhì)壁分離現(xiàn)象發(fā)生后，質(zhì)壁間隙充滿的是蔗糖溶液，質(zhì)壁分離復(fù)原時，質(zhì)壁間隙充滿的是清水。 (5)細胞的質(zhì)壁分離現(xiàn)象是植物細胞特有的現(xiàn)象，動物細胞和死亡的細胞不會發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。 【例2】　下列細胞放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的蔗糖溶液中，不會發(fā)生質(zhì)壁分離的一組是(　　) ①洋蔥根尖分生區(qū)細胞?、谌说目谇簧掀ぜ毎、垩笫[表皮細胞　④干種子細胞?、莼紫x卵細胞　⑥洋蔥根毛細胞 A．①④⑤⑥ B．②③④⑤ C．①②④⑤ D．①②④⑥ 解析：發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞必須是具有大液泡的成熟植物細胞。根尖分生區(qū)細胞、干種子細胞由于沒有大液泡，所以不能發(fā)生質(zhì)壁分離；蛔蟲屬于動物，其卵細胞和人的口腔上皮細胞均不存在細胞壁，因此也不能進行質(zhì)壁分離。 答案：C 點撥：質(zhì)壁分離現(xiàn)象是成熟的植物細胞特有的一種現(xiàn)象，未成熟的植物細胞，如分生區(qū)細胞、干種子細胞，不會發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。 植物細胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的應(yīng)用 1．判斷細胞死活 把待測植物細胞與蔗糖溶液進行鏡檢，若發(fā)生質(zhì)壁分離與復(fù)原→活細胞；若不發(fā)生質(zhì)壁分離→可能為死細胞；若發(fā)生質(zhì)壁分離后不能復(fù)原→死細胞。 2．測定細胞液濃度的范圍 把待測植物細胞＋一系列濃度梯度的蔗糖溶液―→分別進行鏡檢，細胞液濃度的范圍介于未發(fā)生質(zhì)壁分離和剛剛發(fā)生質(zhì)壁分離的外界溶液的濃度范圍之間。 3．比較不同植物細胞的細胞液濃度 把不同植物細胞＋同一濃度的蔗糖溶液―→進行鏡檢，比較剛發(fā)生質(zhì)壁分離所需的時間，根據(jù)質(zhì)壁分離的速度判斷細胞液濃度(即時間越短，細胞液濃度越小)。 4．比較未知濃度溶液的濃度大小 把同一植物的成熟細胞＋未知濃度的溶液―→進行鏡檢，比較剛發(fā)生質(zhì)壁分離所需要的時間，判斷溶液濃度的大小(時間越短，未知溶液濃度越大)。 5．驗證原生質(zhì)層與細胞壁伸縮性大小 把成熟植物細胞＋蔗糖溶液―→進行鏡檢，若發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，則細胞壁的伸縮性小于原生質(zhì)層伸縮性。若不發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，細胞壁伸縮性大于或等于原生質(zhì)層的伸縮性。 6．鑒別不同種類的溶液 把成熟植物細胞＋外界溶液―→進行鏡檢，若只發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，則外界溶液為溶質(zhì)不能通過半透膜的溶液(如蔗糖)。若發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象后自動復(fù)原，則外界溶液為溶質(zhì)能通過半透膜的溶液(如KNO3)。 【例3】　如圖414為某種植物組織依次分別在①蒸餾水；②0.3 molL－1蔗糖溶液；③5 molL－1尿素溶液中細胞體積逐漸發(fā)生變化的曲線。請你判斷在①②③的溶液中依次能正確表達其變化的曲線是(　　) A．a(chǎn)、b、c　　B．a(chǎn)、c、b　　C．c、b、a　　D．c、a、b 解析：植物組織放在蒸餾水中會吸水，體積增大；放在0.3 molL－1蔗糖溶液中會發(fā)生質(zhì)壁分離；放在5 molL－1尿素溶液中發(fā)生質(zhì)壁分離后，由于尿素分子進入細胞液，會發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。 答案：B 點撥：1.在判斷細胞是否發(fā)生質(zhì)壁分離及其復(fù)原時有如下規(guī)律,（1）從細胞角度分析,死細胞、動物細胞及未成熟的植物細胞不發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。具有中央大液泡的成熟植物細胞才可發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。,（2）從溶液角度分析,①在一定濃度的、溶質(zhì)不能穿膜的溶液中細胞只會發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，不能自動復(fù)原。在一定濃度的、溶質(zhì)可穿膜的溶液中細胞先發(fā)生質(zhì)壁分離后自動復(fù)原。,②在高濃度溶液中細胞可發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，但會過度失水死亡不再復(fù)原。,2.質(zhì)壁分離過程中細胞吸水能力的判斷, （1）根據(jù)原生質(zhì)層,體積判斷 體積越來越小→吸水能力越來越強, 體積越來越大→吸水能力越來越弱 （2）根據(jù)液泡,顏色判斷 顏色越來越深→吸水能力越來越強, 顏色越來越淺→吸水能力越來越弱 物質(zhì)跨膜運輸?shù)钠渌麑嵗? 1．番茄和水稻吸收礦質(zhì)離子的比較 科學(xué)家將番茄和水稻分別放在含有Ca2＋、Mg2＋和SiO的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，結(jié)果如圖415所示。 (1)不同植物細胞對同一無機鹽離子和同一植物細胞對不同無機鹽離子的吸收均有差異，說明植物細胞膜對無機鹽離子的吸收具有選擇性。 (2)番茄吸收Ca2＋、Mg2＋多，吸收SiO少 ；水稻吸收SiO多，而吸收Ca2＋、Mg2＋少，從營養(yǎng)學(xué)的角度講番茄的補鈣效果比水稻好。 (3)水稻吸收水的相對速率比吸收Ca2＋、Mg2＋大，造成培養(yǎng)液中Ca2＋、Mg2＋濃度上升；番茄吸收水的相對速率比吸收SiO大，造成培養(yǎng)液中SiO濃度上升。 (4)植物細胞在同一時間吸收離子和吸收水的量不同，即吸收離子和吸收水是兩個相對獨立的過程。 2．人體甲狀腺濾泡上皮細胞吸收碘的特點 人體甲狀腺濾泡上皮細胞內(nèi)碘濃度比血液高20～25倍，說明碘進入甲狀腺濾泡上皮細胞是從低濃度→高濃度，即逆濃度梯度運輸。 3．微生物吸收礦物質(zhì)的特點 不同微生物對不同礦物質(zhì)的吸收表現(xiàn)出較大的差異： (1)不同微生物的細胞膜結(jié)構(gòu)有一定的差異； (2)不同微生物對礦物質(zhì)的吸收有選擇性； (3)不同微生物對各種礦物質(zhì)的需求量不同。 4．上述實例分析的結(jié)論 (1)細胞膜和其他生物膜都是選擇透過性膜，具有以下特點： ①水分子可以自由通過。 ②一些離子和小分子也可以通過。 ③其他的離子、小分子和大分子則不能通過。 (2)物質(zhì)通過生物膜的跨膜運輸，有的是順相對含量梯度運輸，有的是逆相對含量梯度運輸。 (3)細胞對于物質(zhì)輸入和輸出的選擇性是通過細胞膜實現(xiàn)的。 細胞膜具有選擇透過性的原因是由于細胞膜上有一類蛋白質(zhì)，在物質(zhì)跨膜運輸中起運輸載體作用，不同細胞膜上，這種載體蛋白的種類和數(shù)量不同，從而使細胞膜對物質(zhì)通過表現(xiàn)出高度的選擇性。 教材第63～64頁參考答案 資料分析 1．在培養(yǎng)過程中，水稻吸收水分及其他離子較多，吸收Ca2＋、Mg2＋較少，結(jié)果導(dǎo)致水稻培養(yǎng)液里的Ca2＋、Mg2＋濃度增高。 2．不同作物對無機鹽的吸收是有差異的。 3．水分子跨膜運輸是順相對含量梯度的，其他物質(zhì)的跨膜運輸并不都是這樣，這取決于細胞生命活動的需要。 4．細胞對物質(zhì)的吸收是有選擇的。這種選擇性具有普遍性。 與社會的聯(lián)系 不能；不能宣傳高濃度的飲料有解渴作用，因為過高濃度的飲料反而會導(dǎo)致細胞失水。 【例4】　將水稻和番茄分別在相同的培養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時間，實驗結(jié)束后測定培養(yǎng)液中各離子的濃度。如圖416表示實驗結(jié)束后培養(yǎng)液中各種離子濃度占開始時濃度的百分比。分析此圖，回答問題。 (1)圖416中的結(jié)果能說明的問題： ①　______________________________； ②　______________________________。 (2)不同植物吸收的離子不同，引起這種現(xiàn)象的原因是________________________________。 (3)從圖416中可以看出培養(yǎng)液中有些離子的濃度比培養(yǎng)前還高，原因是________________________________。 (4)上述實驗及結(jié)果對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有什么指導(dǎo)意義？________________________________________________________________________ ______________________________________________。 (5)方法啟示：在研究礦質(zhì)元素吸收量時，直接測定植物對某離子的吸收量比較困難，通常利用測定________中該離子的含量來間接推知植物對其吸收量。 解析：從圖中可見，同一種植物(如水稻)對不同離子的吸收量不同；不同的植物對同一離子(如Ca2＋)的吸收量也不同，說明了植物對離子的吸收是有選擇性的。從實驗結(jié)束后，培養(yǎng)液中各種養(yǎng)分濃度占開始時濃度的百分比不同(特別是有些大于100%，有些小于100%)，隱含了植物對不同離子和水分的吸收速率不同，體現(xiàn)了植物對礦質(zhì)離子和水分的吸收是相對獨立的。 答案：(1)①植物對礦質(zhì)離子的吸收具有選擇性?、谥参飳λ趾偷V質(zhì)元素的吸收是相對獨立的　(2)細胞膜上運輸離子的載體的種類和數(shù)目不同　(3)植物吸收水分的速率比吸收該離子的速率快，使培養(yǎng)液濃度升高　(4)合理施肥、輪作生產(chǎn)等(5)溶液 點撥：正確從圖表中獲取相關(guān)信息是本題的解題關(guān)鍵，同時注意植物吸收水分與吸收礦質(zhì)離子是相對獨立的過程。