《2018-2019學年高中生物 第四章 細胞的物質(zhì)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.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019學年高中生物 第四章 細胞的物質(zhì)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.doc（14頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
第1節(jié) 物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗?
學習目標
知識概覽(教師用書獨具)
1.掌握滲透作用發(fā)生的條件。(重難點)
2.會描述質(zhì)壁分離與復原的過程。(重點)
3.理解植物細胞失水和吸水在實踐中的應(yīng)用。(難點)
[自 主 預 習探 新 知]
一、滲透作用與細胞的吸水和失水
1．滲透作用具備的兩個條件
(1)具有③半透膜。
(2)膜兩側(cè)①②具有濃度差。
2．動物細胞的吸水和失水
(1)動物細胞的細胞膜相當于半透膜。
(2)條件及現(xiàn)象
過程
條件
現(xiàn)象
吸水
外界溶液的濃度＜細胞質(zhì)的濃度
失水
外界溶液的濃度＞細胞質(zhì)的濃度
平衡
外界溶液的濃度＝細胞質(zhì)的濃度
3.植物細胞的吸水和失水
(1)成熟植物細胞的結(jié)構(gòu)
(2)原理和現(xiàn)象
①外界溶液濃度大于細胞液濃度時，發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。
②外界溶液濃度小于細胞液濃度時，發(fā)生質(zhì)壁分離復原現(xiàn)象。
二、植物細胞的質(zhì)壁分離和復原
1．實驗原理
成熟的植物細胞的原生質(zhì)層相當于一層半透膜，細胞液具有一定的濃度，能夠滲透失水和吸水。
2．實驗步驟及現(xiàn)象
3．發(fā)生質(zhì)壁分離的原因
(1)外因：外界溶液濃度大于細胞液濃度。
(2)內(nèi)因：原生質(zhì)層比細胞壁的伸縮性大。
三、物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗?
1．實例
(1)水稻吸收SiO多，吸收Ca2＋、Mg2＋較少；番茄吸收Ca2＋、Mg2＋較多，而吸收SiO較少。
(2)人體甲狀腺濾泡上皮細胞中碘含量明顯高于血液中碘的含量。
(3)不同微生物對不同礦物質(zhì)的吸收表現(xiàn)差異較大。
2．特點
(1)物質(zhì)跨膜運輸并不都是順相對含量梯度的。
(2)細胞對物質(zhì)的輸入和輸出有選擇性。
3．結(jié)論
細胞膜和其他生物膜都是選擇透過性膜。
[基礎(chǔ)自測]
1．判斷對錯
(1)動物細胞的細胞膜相當于半透膜。( )
(2)當外界溶液與細胞質(zhì)濃度相同時，水分不進不出。( )
(3)植物細胞的原生質(zhì)層指去掉細胞壁的部分。( )
(4)物質(zhì)跨膜運輸都是順相對含量梯度。( )
(5)細胞對于物質(zhì)的輸入和輸出具有選擇性。( )
提示：(1)√
(2) 外界溶液與細胞質(zhì)濃度相等時，水分進出達到平衡。
(3) 植物細胞去掉細胞壁叫原生質(zhì)體，原生質(zhì)體包含細胞液。
(4) 物質(zhì)運輸可以逆相對含量梯度進行。
(5)√
2．滲透作用發(fā)生的條件是( )
A．有半透膜
B．有濃度差
C．要有完整的細胞結(jié)構(gòu)
D．有半透膜和濃度差
[答案] D
3．植物細胞的質(zhì)壁分離過程中，與細胞壁分離的是( )
【導學號：92172115】
A．細胞核 B．原生質(zhì)層
C．細胞質(zhì) D．液泡膜
[答案] B
[合 作 探 究攻 重 難]
滲透現(xiàn)象及原理分析
[思考交流]
1．根據(jù)材料P60“問題探討”，思考討論下列問題：
漏斗內(nèi)液面升高的原因是什么？漏斗內(nèi)的液面會一直上升嗎？為什么？
提示：單位體積的清水中水分子數(shù)大于蔗糖溶液中的水分子數(shù)，單位時間內(nèi)由清水進入蔗糖溶液的水分子多于由蔗糖溶液進入清水的水分子。但漏斗內(nèi)的液面不會一直上升。因為隨著漏斗內(nèi)液面的上升，漏斗內(nèi)液面與燒杯內(nèi)液面差產(chǎn)生的靜水壓會增大，由于靜水壓的作用，漏斗內(nèi)的水分子向燒杯擴散的速度會加快，當水分子由蔗糖溶液向清水擴散的速度與由清水向蔗糖溶液擴散的速度相等時，擴散達到平衡狀態(tài)，漏斗內(nèi)的液面不再上升。
2．滲透裝置中，當漏斗內(nèi)溶液不再上升時，半透膜兩側(cè)的溶液濃度相同嗎？
提示：不同。滲透作用達到平衡時，水分子通過半透膜的雙向擴散速率相等，漏斗內(nèi)蔗糖溶液的濃度仍高于燒杯中清水的濃度。
3．如果用紗布代替玻璃紙，漏斗液面還會升高嗎？如果燒杯內(nèi)不是清水，而是同濃度的蔗糖溶液，漏斗液面還會升高嗎？
提示：不會，因為紗布是全透性的，水分子和蔗糖溶液都能通過。如果燒杯內(nèi)是同濃度的蔗糖溶液則液面不會升高，因為半透膜兩側(cè)溶液沒有濃度差。
4．根據(jù)以上的探討，思考發(fā)生滲透作用需要具備哪些條件？
提示：半透膜和濃度差。
1．滲透現(xiàn)象的分析
(1)圖示
(2)原理分析
(3)分析上圖②可知：Δh產(chǎn)生的壓強與水和蔗糖溶液產(chǎn)生的滲透壓差達到平衡，使半透膜兩側(cè)水分子的交換率相等時，液面不再升高。
2．動植物細胞都是滲透系統(tǒng)
3．滲透作用的應(yīng)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(jié)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
b
C．實驗過程中漏斗管內(nèi)的液面先上升后保持穩(wěn)定
D．當漏斗管內(nèi)的液面停止上升時，水分子進出漏斗達到動態(tài)平衡
[技巧點撥] (1)如圖的滲透裝置發(fā)生了滲透作用，具備發(fā)生滲透作用的條件。
(2)明確水分子的滲透方向。
(3)明確達到滲透平衡時，水分子進出漏斗的情況。
[解析] 紗布不能作為半透膜，則漏斗內(nèi)的蔗糖會擴散到外界溶液中，濃度差無法維持，液面不會上升，A項正確；由圖知，b漏斗液面上升，故實驗開始時溶液濃度大小是b>a，B項錯誤；實驗過程中漏斗管內(nèi)的溶液濃度較大，水分子進入漏斗內(nèi)的多于從漏斗出來的，液面先上升，達到一定高度后液面不再上升，水分子進出漏斗達到動態(tài)平衡，C、D項正確。
[答案] B
(1)漏斗管內(nèi)的液面保持穩(wěn)定后，若吸出漏斗中高出燒杯液面的溶液，則達到平衡時，漏斗中液面上升的高度與原來相比有什么變化？
提示：吸出漏斗中高出燒杯液面的溶液，由于滲透作用液面會繼續(xù)上升，上升的時候?qū)⒙┒分械娜芤合♂專虼松仙母叨葧陆怠?
(2)若向漏斗中滴入清水，漏斗中液面的高度有什么變化？
提示：向漏斗中滴入清水，漏斗內(nèi)溶液的濃度降低，漏斗內(nèi)的溶液面會降低。
(3)若向燒杯內(nèi)加入適量的清水，漏斗內(nèi)的液面有什么變化？
提示：向燒杯內(nèi)加入清水，燒杯內(nèi)溶液的濃度降低，漏斗內(nèi)液面會上升。
[活學活用]
1.小明用玻璃槽、飽和蔗糖溶液和清水做成如圖所示的實驗裝置，進行生物膜通透性的模擬實驗。甲、乙兩槽間的隔板中央圓圈為玻璃紙，玻璃紙是一種半透膜，蔗糖分子不能透過，而水分子能自由通過。幾小時后，發(fā)現(xiàn)( )
A．甲槽內(nèi)水的體積減小
B．乙槽內(nèi)溶液的體積減小
C．甲槽內(nèi)水的體積無變化
D．乙槽內(nèi)水的體積無變化
A [玻璃紙是半透膜，水分總體由清水向飽和蔗糖溶液滲透，所以甲槽內(nèi)水的體積減小，乙槽內(nèi)溶液的體積增多。]
2．圖1表示兩種物質(zhì)擴散的圖解，圖2是為了驗證圖1物質(zhì)擴散成立的實驗裝置，實驗結(jié)果應(yīng)是( )
圖1 圖2
A．圖甲中水柱a將持續(xù)上升
B．圖甲中水柱a將先上升后下降
C．圖乙中水柱b上升到一定高度后維持不變
D．圖乙中水柱b將先上升后下降
D [由于圖甲中的淀粉不能透過半透膜，所以圖甲中的液面高度先上升，達到一定高度后保持不變；圖乙裝置漏斗中葡萄糖溶液濃度大，導致液面上升，由于葡萄糖分子能夠通過半透膜，導致半透膜兩側(cè)濃度差降低，所以漏斗中液面又會降低，最后液面平衡。]
植物細胞的質(zhì)壁分離和復原實驗
[思考交流]
1．為什么要用紫色洋蔥外表皮作為實驗材料？根尖分生區(qū)細胞會不會出現(xiàn)質(zhì)壁分離？
提示：紫色洋蔥外表皮細胞的細胞液中有花青素，使液泡中的細胞液呈紫色，有利于觀察。根尖分生區(qū)細胞不會發(fā)生質(zhì)壁分離，因為它無大液泡。
2．實驗中共涉及三次顯微鏡觀察，其中第一次觀察的目的是什么？
提示：觀察正常洋蔥鱗片葉表皮細胞的狀態(tài)，以便與處理后的狀態(tài)形成對照。
3．細胞質(zhì)壁分離過程中，細胞液的濃度和細胞的吸水能力有什么變化？質(zhì)壁分離復原過程中，兩者又有什么變化？
提示：質(zhì)壁分離過程中，隨著質(zhì)壁分離程度增大，細胞液的濃度增大，植物細胞吸水能力增強；質(zhì)壁分離復原過程中，隨著質(zhì)壁分離復原的進行，細胞液的濃度變小，植物細胞吸水能力減弱。
4．發(fā)生質(zhì)壁分離的洋蔥表皮細胞的原生質(zhì)層與細胞壁之間是何物質(zhì)？
提示：因為細胞壁是全透性的，所以洋蔥表皮細胞原生質(zhì)層與細胞壁之間是蔗糖溶液。
5．本實驗選用0.3 g/mL的蔗糖溶液作試劑，若濃度過高或過低分別對實驗有何影響？
提示：選用0.3 g/mL的蔗糖溶液作試劑，既明顯出現(xiàn)質(zhì)壁分離，又不會殺死細胞。若濃度過高，質(zhì)壁分離速度過快，細胞會因失水過多而死亡，不能再進行質(zhì)壁分離復原；若濃度過低，不能引起質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離速度太慢。
6．若用合適濃度的KNO3溶液進行實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細胞質(zhì)壁分離后，沒有滴加清水，出現(xiàn)了自動質(zhì)壁分離復原現(xiàn)象。請分析原因是什么？
提示：開始外界溶液濃度較大，細胞發(fā)生質(zhì)壁分離；細胞主動吸收K＋和NO后，隨著細胞液濃度增大，質(zhì)壁分離又會自動復原。
1.質(zhì)壁分離的原因及表現(xiàn)分析
2.實驗需要注意的問題
(1))實驗成功的關(guān)鍵之一是實驗材料的選擇。要選取成熟的、活的且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。
(2)滴加蔗糖溶液或清水時，應(yīng)在載物臺上操作。
(3)選用的蔗糖溶液濃度要適宜。過低，不足以引起質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離所需時間過長；過高，可能造成植物細胞失水過多、過快而死亡。
(4)當以可吸收的物質(zhì)作溶質(zhì)時(如甘油、尿素、KNO3、乙二醇等)，可出現(xiàn)質(zhì)壁分離及自動復原現(xiàn)象。
3.質(zhì)壁分離實驗的拓展應(yīng)用
(1)判斷細胞的生活情況：只有活的植物細胞才能發(fā)生質(zhì)壁分離。
(2)防腐殺菌：在高濃度的溶液中，細菌等微生物將因失水過多而死亡，從而有效防止了食品腐爛變質(zhì)。
(3)比較不同植物細胞的細胞液濃度
不同植物細胞＋同一濃度的蔗糖溶液發(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)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。
[活學活用]
1．紫色洋蔥表皮細胞發(fā)生質(zhì)壁分離后，在顯微鏡下觀察到( )
C [解此題的關(guān)鍵是觀察圖中細胞核的位置及液泡顏色深淺。紫色洋蔥表皮細胞色素分布在液泡中，細胞質(zhì)無色；洋蔥表皮細胞的細胞核在細胞質(zhì)中，不在液泡內(nèi)；發(fā)生質(zhì)壁分離的細胞，液泡紫色變深，故C正確。]
2．將同一成熟植物細胞依次浸入蒸餾水、0.3 mol/L的蔗糖溶液和0.4 mol/L的KNO3溶液中，測得液泡的體積隨時間的變化曲線如圖所示，則曲線A、B、C分別代表細胞所處的溶液是( )
A．蒸餾水、蔗糖溶液、KNO3溶液
B．KNO3溶液、蒸餾水、蔗糖溶液
C．蒸餾水、KNO3溶液、蔗糖溶液
D．蔗糖溶液、KNO3溶液、蒸餾水
C [浸入蒸餾水，細胞吸水膨脹，一段時間達到平衡，為A曲線。浸入0.3 mol/L的蔗糖溶液，細胞失水發(fā)生質(zhì)壁分離，細胞體積縮小，一段時間后達到平衡，為C曲線。浸入0.4 mol/L的KNO3溶液，開始一段時間細胞失水發(fā)生質(zhì)壁分離，細胞體積縮小，后來由于K＋、NO離子進入細胞液，導致細胞液濃度增加，重新吸水，發(fā)生質(zhì)壁分離復原，為B曲線。故C正確。]
物質(zhì)跨膜運輸?shù)钠渌麑嵗?
[思考交流](教師用書獨具)
1．細胞對水的吸水和對無機鹽的吸收是同一過程嗎？
提示：不是同一過程，但無機鹽必須溶解在水中才能被吸收。
2．在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，不同作物及同一作物在不同生長發(fā)育時期要施用不同的肥料，其中的生物學原理是什么？
提示：植物對無機鹽的吸收具有選擇性。
3．蔗糖和醋酸分子都不能被細胞吸收，不能通過細胞膜，但糖和醋能把大蒜腌成糖醋蒜，原因是什么？
提示：醋和高濃度蔗糖溶液使細胞因過度失水而死亡，原生質(zhì)層失去選擇透過性，故蔗糖分子能進入細胞內(nèi)。
1．選擇透過性膜具有選擇性的原因
不同細胞膜上運輸物質(zhì)的載體蛋白的種類和數(shù)量不同，從而使細胞膜對物質(zhì)透過表現(xiàn)出高度的選擇性。
2．半透膜、選擇透過性膜及生物膜比較
概念范疇
特點
半透膜
物理學上的概念
物質(zhì)能否通過半透膜只取決于半透膜孔隙直徑的大小
選擇透過性膜
生理學上的概念
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。當細胞死亡時，細胞膜等生物膜的選擇透過性就變?yōu)槿感?
[活學活用]
1．下列關(guān)于物質(zhì)跨膜運輸實例的敘述中，不正確的是( )
【導學號：92172116】
A．細胞吸水和失水是水分子順相對含量的梯度跨膜運輸?shù)倪^程
B．水分子跨膜運輸?shù)姆较蚴怯傻蜐舛热芤合蚋邼舛热芤?
C．無機鹽離子可以逆相對含量的梯度進行跨膜運輸
D．生物膜是選擇透過性膜，小分子物質(zhì)都能通過，而大分子物質(zhì)則不能通過
D [生物膜是選擇透過性膜，水分子可自由通過，一些離子和小分子可以通過，而其他的離子、小分子和大分子則不能通過；水分子的跨膜運輸方向是順相對含量梯度，即由低濃度溶液向高濃度溶液擴散；細胞對于物質(zhì)的輸入和輸出具有選擇性，對于所需要的無機鹽離子可以逆相對含量梯度運輸。]
2．用完全培養(yǎng)液在兩個相同的容器內(nèi)分別培養(yǎng)水稻和番茄幼苗，假設(shè)水稻和番茄幼苗的吸水速率相同，一段時間后，測定培養(yǎng)液中各種離子濃度與實驗前之比如下圖所示。該實驗的結(jié)果不能說明( )
A．植物根對水分的吸收和對離子的吸收是兩種不同的跨膜運輸方式
B．與番茄相比，水稻對Si離子需要量大
C．同一植物吸收不同離子的數(shù)量是不同的
D．植物對各種離子的吸收速率與溶液中離子的濃度有關(guān)
D [由圖中植物對離子的吸收情況對比可知，不同植物對同一離子的吸收量不同，同一植物對不同離子的吸收量不同。水稻吸收Si離子多，吸收Ca、Mg離子少，而番茄吸收Ca、Mg離子相對較多，吸收Si離子相對較少。這體現(xiàn)了植物對無機鹽離子的吸收具有選擇性，這些與植物生命活動的需要有關(guān)，而與溶液中離子的濃度無關(guān)。]
[當 堂 達 標固 雙 基]
1．一個典型的滲透裝置必須( )
①具有半透膜?、诰哂幸号荨、郯胪改さ膬蓚?cè)溶液具有濃度差?、芫哂屑毎Y(jié)構(gòu)
A．①② B．①③
C．③④ D．②④
B [具有半透膜，半透膜的兩側(cè)有濃度差，是形成滲透系統(tǒng)的條件。]
2．U形管中裝有兩種不同的溶液R及S，并被一半透膜(X)隔開(如圖a)。與S相比，R為低滲溶液(即濃度較低)。當圖a中的U形管達到平衡時(參看圖b)，U形管兩側(cè)溶液的高度及濃度分別是怎樣的(注：溶質(zhì)不能透過半透膜)( )
圖a 圖b
A．甲中右側(cè)較高，兩溶液等滲，即濃度相等
B．乙中右側(cè)較高，且右側(cè)為高滲，即濃度較高
C．丙中左側(cè)較高，且右側(cè)為低滲，即濃度較低
D．丁中兩側(cè)高度相等，且為等滲
B [達到平衡時，高濃度的一側(cè)溶液的濃度仍較高，因為高度差會形成一定的靜水壓。]
3．人體正常紅細胞是呈兩面凹陷的圓餅狀，現(xiàn)將人體的紅細胞分別浸入下列a、b、c三個不同濃度溶液的燒杯內(nèi)，一段時間后，實驗結(jié)果如圖所示。則關(guān)于a、b、c溶液濃度大小比較正確的是( )
A．a(chǎn)>b>c B．a(chǎn)c>b D．a(chǎn)
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第四章
細胞的物質(zhì)輸入和輸出
第1節(jié)
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