細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系

1、細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系一、學(xué)習(xí)目標(biāo)本實(shí)驗(yàn)也是高中生物必修一 “分子與細(xì)胞” 一冊書中典型的引導(dǎo)式實(shí)驗(yàn)，按照課程標(biāo) 準(zhǔn)的要求，學(xué)生要學(xué)會模擬探究細(xì)胞體積與表面積的關(guān)系。通過模擬探究過程的進(jìn)行，體 驗(yàn)細(xì)胞必須要保持一定的體積，并認(rèn)同細(xì)胞生長到一定大小后停止生長，細(xì)胞進(jìn)入分裂增 殖。同時通過對實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計主要培養(yǎng)學(xué)生比較、判斷、推理、分析綜合等思維能力， 初步形成創(chuàng)造思維品質(zhì)，能夠運(yùn)用學(xué)到的生物學(xué)知識評價和解決某些實(shí)際問題；其次通過 分組實(shí)驗(yàn)和討論，培養(yǎng)合作和交流能力，領(lǐng)會生物科學(xué)探究的一般方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探 究能力和勇于探索、不斷創(chuàng)新的精神。二、觀察與思考（一）提出問題生活中吹氣球的時候，氣

2、球的體積在緩慢增大，能一直增大么？同理組成生物體的每一 個細(xì)胞的體積在生長發(fā)育過程中能無限增大么？（二）猜想與假設(shè)氣球吹到一定程度是，橡膠的膨脹系數(shù)達(dá)到最大時，可能就會爆裂。細(xì)胞也一樣可能有 同樣的遭遇，或許不增大，停止生長，或許進(jìn)入下一次分裂，也可能萎縮。假設(shè)細(xì)胞的體 積不能無限增大？（三）交流、討論可以分組實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室連續(xù)觀察細(xì)胞的生長狀況，利用顯微鏡觀察細(xì)胞是否無限增 大？也可以構(gòu)建細(xì)胞模型，來驗(yàn)證細(xì)胞生長狀況，以及細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系。三、設(shè)計與交流" 實(shí)驗(yàn)方案：用含有酚猷的瓊脂塊模擬細(xì)胞形態(tài)，利用酚猷遇NaOH變紅特性，觀察擴(kuò)散深度的測量，計算表面積與體積 的比值來推

3、導(dǎo)細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸速率的關(guān)系<我的設(shè)計 實(shí)驗(yàn)器材：燒杯、酚猷、瓊脂塊、直尺等I實(shí)驗(yàn)步驟：瓊脂+ H2CH攪拌煮沸，冷卻、凝固前加酚猷，攪拌混合倒入淺盤r固化后切成小塊。用餐刀切成邊 長分別為 3cm、2cm、1cm的正方體小塊。、加入 NaOH ,將上述3塊瓊脂放入燒杯，加入NaOH溶液， 淹沒瓊脂塊，浸泡10 min,注意攪拌。測量并記錄。四、實(shí)驗(yàn)解析（一）實(shí)驗(yàn)原理1. 含有酚猷的瓊脂塊遇到 NaOH ,酚猷變紅色。主要利用酚猷與堿性溶液變紅的特性。2. NaOH在瓊脂塊中擴(kuò)散的速度相同，在相同時間內(nèi)，NaOH擴(kuò)散的深度（或瓊脂塊變紅 的體積）與瓊脂塊的總體積的比值可以反映NaOH在

4、瓊脂塊中擴(kuò)散的效率。此過程可模擬細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸效率的關(guān)系。（二）主要實(shí)驗(yàn)材料1. 材料：3cn 3cm x 6cm的含有酚猷的瓊脂塊（瓊脂由瓊脂糖（ Agarose）和瓊脂果 （Agaropectin ）兩部分組成。瓊脂在食品工業(yè)的應(yīng)用中具有一種極其有用的獨(dú)特性質(zhì)。其特點(diǎn)：具有凝固性、穩(wěn)定性，能與一些物質(zhì)如酚猷形成絡(luò)合物等物理化學(xué)性質(zhì)，可用作增 稠劑、凝固劑、懸浮劑、孚L化劑、保鮮劑和穩(wěn)定劑。）、塑料餐刀、防護(hù)手套、塑料勺、紙巾、燒杯。2. 藥品：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%的NaOH溶液。（三）方法與步驟1. 酚猷瓊脂塊的制備：30g瓊脂+ 1LH26攪拌煮沸，冷卻、凝固前加1g酚猷，攪拌混合倒

5、入淺盤固化后切成3cm x 3 cm x 6cm的小塊。2. 制備不同體積的正方體瓊脂塊，用餐刀切成邊長分別為3cm、2cm、1cm的正方體 小塊。加入NaOH,將上述3塊瓊脂放入燒杯，加入 NaOH溶液，淹沒瓊脂塊，浸泡 10 min, 注意攪拌。3. 測量并記錄：取出瓊脂塊，用餐刀沿中軸線切為兩半并測量每塊瓊脂塊上NaOH擴(kuò) 散的深度，做好記錄。4 .分析結(jié)果，得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需計算表面積 S （cm2）和模擬細(xì)胞的體積 V （cm3）, 用S/ V的比值，表示相對表面積的大小。（四）注意事項(xiàng)1 .實(shí)驗(yàn)步驟2中應(yīng)防止勺子破壞瓊脂塊的表面。2. 分割瓊脂塊之前，應(yīng)用紙巾吸干NaOH溶液。3

6、. 每次切割之前必須把刀擦干。4. 在實(shí)驗(yàn)開始之前，要求每位學(xué)生穿好實(shí)驗(yàn)服，戴好護(hù)目鏡和防護(hù)手套，以防止實(shí)驗(yàn) 過程中藥品飛濺，傷及眼睛和皮膚。5. 酚猷易引起過敏反應(yīng)，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料時最好戴橡皮手套。6. 為了保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，在放有瓊脂塊的三個燒杯內(nèi)同時加入等量的NaOH溶液， 在相同的“擴(kuò)散”時間后，將瓊脂塊一齊取出。顏色變化的觀察與面積和體積的計算可同時進(jìn)行。7. 本實(shí)驗(yàn)最后要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同細(xì)胞表面積與體積比不能過小，否則會因表面積的限制 導(dǎo)致細(xì)胞代謝速率下降，這對細(xì)胞的生存是不利的。所以當(dāng)細(xì)胞長到一定大時，便不再長 大，進(jìn)而一分為二，為細(xì)胞快速代謝創(chuàng)造條件。（五）實(shí)驗(yàn)變量分析本實(shí)驗(yàn)中自變量

7、是不同大小瓊脂塊模擬的細(xì)胞，因變量是瓊脂塊進(jìn)入瓊脂塊“細(xì)胞” 的深度。其中NaOH溶液的濃度、環(huán)境溫度等為因變量。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論及分析（一）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測結(jié)果的比較瓊脂塊的表面積體積比值（表面NaOH擴(kuò)散的比值（NaOH擴(kuò)散的體邊長/cm/cm .實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2. 本實(shí)驗(yàn)中不同大小的瓊脂塊模擬的是 3. NaOH溶液遇到酚猷試液變成 .細(xì)胞越大，物質(zhì)運(yùn)輸?shù)男试?積更大的細(xì)胞構(gòu)成的。 .細(xì)胞體積越大，其表面積相對 ,細(xì)胞與周圍環(huán)境之間物質(zhì)交流的面積相對越小 所以物質(zhì)運(yùn)輸?shù)男试健?. 實(shí)驗(yàn)用品7. 主要實(shí)驗(yàn)過程/ 3/cm積/體積）深度/cm積整個瓊脂塊的體積）3210.01結(jié)論1 .瓊脂塊的表面

8、積和體積的比隨著瓊脂塊的增大而。2. NaOH擴(kuò)散的體積與整個瓊脂塊體積之比隨著瓊脂塊的增大而。（二）試驗(yàn)中遇到的問題1. 酚猷是極易引起過敏的一種物質(zhì)，如何保證實(shí)驗(yàn)過程中操作者不解除活不過敏？2. NaOH具有極強(qiáng)的腐蝕性，操作時應(yīng)避免與皮膚和眼睛接觸。如噴灑出來，應(yīng)該如 何做出急救？3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的廢棄化學(xué)溶液，應(yīng)如何處理？備注：遇至的問題可以至U 或是 相關(guān)的課程資源網(wǎng)站中查詢。六、例題分析）B.相對面積小，有利于物質(zhì)的迅速轉(zhuǎn)運(yùn)和交換D.相對面積大，有利于物質(zhì)的迅速轉(zhuǎn)運(yùn)和交換 所以細(xì)胞不能無限增大，同時細(xì)胞體積越小，相真核細(xì)胞的直徑一般在10100m之間。生物體細(xì)胞體積趨向于小的原因是

9、（A. 受細(xì)胞所能容納的物質(zhì)的制約C.受細(xì)胞核所能控制的范圍的制約【解析】CD細(xì)胞核的控制直徑是有限的，對表面積越大，這樣物質(zhì)運(yùn)輸?shù)乃俾示驮娇臁Ｆ?、知識反饋O,所以多細(xì)胞生物都是由許多個細(xì)胞而不是由少數(shù)體（一）同步練習(xí)-11 -8. NaOH有腐蝕性，一旦噴灑出來，應(yīng)該立即用 沖洗噴灑處。9 .將瓊脂塊放入到燒杯內(nèi)，用NaOH溶液將其淹沒，浸泡 10min。用塑料勺翻動瓊脂塊。注意：不要用勺子將瓊脂塊切開或 。（二）檢測過關(guān)1. 下列有關(guān)細(xì)胞不能無限長大的原因中，不正確的是A .與細(xì)胞表面積和體積的比有關(guān)B. 細(xì)胞核的大小是有一定限度的C. 細(xì)胞體積過大不利于細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)交流D. 細(xì)胞內(nèi)各種細(xì)

10、胞器的數(shù)目和種數(shù)限制（）D.胚胎干細(xì)胞（）D.無法確定（）D.消失（）D.衣原體2 .下列細(xì)胞中最容易進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸?shù)氖茿. 神經(jīng)細(xì)胞B.皮膚表皮細(xì)胞C.卵細(xì)胞3. 當(dāng)細(xì)胞的體積增大時，細(xì)胞體積與表面積的比值將A .減小B .增大C .不變4. 通常認(rèn)為細(xì)胞生長到一定程度時，由于細(xì)胞代謝的需要，細(xì)胞將A.不再生長B.死亡C.分裂5. 目前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生物界最小、最簡單的細(xì)胞是A.原核細(xì)胞B.病毒C.支原體6. 下列關(guān)于細(xì)胞物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)臄⑹稣_的是（）A. 胚胎干細(xì)胞體積小、核大，物質(zhì)運(yùn)輸速率較快B. 哺乳動物成熟紅細(xì)胞由于沒有細(xì)胞核的控制作用，所以不能進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸作用C. 細(xì)胞膜上載體的種類和

11、數(shù)量只影響主動運(yùn)輸D. 動物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度越大，物質(zhì)運(yùn)輸速率越快7. 下列關(guān)于細(xì)胞大小的敘述中，不正確的是（）A .細(xì)胞體積過大，細(xì)胞核的負(fù)擔(dān)就會過重B. 細(xì)胞體積增大過程中，細(xì)胞核內(nèi)的DNA會隨之增加C. 細(xì)胞表面積與體積的關(guān)系限制了細(xì)胞的長大D. 綠色植物細(xì)胞提及的大小，可能受限于液泡的大小8 .探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系的實(shí)驗(yàn)原理不包括的是（）A .酚猷遇到NaOH呈現(xiàn)紅色反應(yīng)B .以瓊脂塊的大小表示細(xì)胞大小C.以NaOH的擴(kuò)散深度表示吸收速度D.以NaOH的擴(kuò)散體積比表示吸收速度9. 關(guān)于多細(xì)胞生物體的敘述中，錯誤的是（）A. 多細(xì)胞生物體的生長，既靠細(xì)胞生長，又靠細(xì)胞分裂B. 不

12、同動物同類組織的細(xì)胞大小差異不明顯C. 某器官大小主要決定于細(xì)胞數(shù)量的多少D. 生物體生長時，細(xì)胞體積越大，物質(zhì)運(yùn)輸速率越快，生物體生長越快10. 關(guān)于細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸效率的關(guān)系的敘述中，錯誤的是（） 體積越大，物質(zhì)運(yùn)輸效率相對越高 體積越小，物質(zhì)運(yùn)輸效率相對越高 表面積與體積的比值越大，物質(zhì)運(yùn)輸效率相對越高 表面積與體積的比值越小，物質(zhì)運(yùn)輸效率相對越高A. B.C.D.11、真核細(xì)胞的直徑一般在 10100um之間，生物體細(xì)胞體積受限的原因不包括()A. 受細(xì)胞所能容納的物質(zhì)制約B. 表面積與體積的比值越小，有利于物質(zhì)的迅速轉(zhuǎn)運(yùn)和交換C. 受細(xì)胞核所能控制的范圍制約D.表面積與體積的比值越

13、大，有利于物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和交換12. 生物體內(nèi)細(xì)胞代謝速率與物質(zhì)擴(kuò)散的速率有關(guān)。同種物質(zhì)雖然在細(xì)胞中擴(kuò)散的速率基 本相同，但細(xì)胞大小不同，擴(kuò)散的快慢會有差異。有人設(shè)計了一種模型，用于研究這一問瓊脂埃 樣品表面積 (cm2)體教比值箴面 根：體積)1號【3 cm)54272 » 12 號cm)2483】1'3 號H m)61S : 1題。根據(jù)教科書P110頁所提供的材料用具完成以下 實(shí)驗(yàn)步驟： 用小刀將瓊脂塊(內(nèi)含酚猷)切成三塊邊長分別為3 cm , 2 cm和1 cm的立方體。 將以上三塊瓊脂樣品浸在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 1%的MaOH溶液中，處理10min。 取出瓊脂塊樣品，吸干浮液

14、后，分別將每一樣品切成兩半，觀察切面，測量每一切面上NaOH擴(kuò)散的深度，記錄結(jié)果。請分析回答：(1) 請你為此研究擬定一個課題名稱：(2) 該研究中所用的細(xì)胞模型是：實(shí)驗(yàn)時，在樣品中加入酚猷是用以檢測NaOH在瓊脂塊中的擴(kuò)散深度，原因(4) 計算得出樣品有關(guān)數(shù)據(jù)如上表：通過上表比值分析，你得出的結(jié)論是 。據(jù)此推測三個樣品中，NaOH擴(kuò)散深度 依次為。(5) 通常情況下，細(xì)胞邊長小于0. 1cm。根據(jù)上述研究，可以對細(xì)胞大小與物質(zhì)擴(kuò)散之間的關(guān)系作出合理的解釋 ：八、局考鏈接(一) 高考導(dǎo)航本實(shí)驗(yàn)是高中生物學(xué)中的一個典型考查引導(dǎo)式探究實(shí)驗(yàn)，歷年來高考中的考查主要是 以選擇題的形式出現(xiàn)，考查細(xì)胞大小

15、與物質(zhì)運(yùn)輸速率的關(guān)系，屬于基礎(chǔ)知識的范疇，高考 中此知識點(diǎn)重現(xiàn)率較低。(二) 真題解析1. (2005年江蘇)生物膜系統(tǒng)在細(xì)胞生命活動中的作用主要體現(xiàn)在多選()A. 在細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)運(yùn)輸?shù)冗^程中起決定性作用B. 使核內(nèi)遺傳信息的傳遞不受細(xì)胞質(zhì)的影響C. 廣闊的膜面積為酶提供了大量的附著位點(diǎn)D. 使細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能區(qū)域化【解析】ACD生物膜上含有豐富的載體蛋白，為物質(zhì)運(yùn)輸提供了運(yùn)輸條件。核內(nèi)遺傳信息 的傳遞主要路線是借助細(xì)胞核膜上的核孔來完成的。廣闊的膜面積為酶提供了分舵附著位 點(diǎn)，使化學(xué)反應(yīng)的速度大大提升。同時各細(xì)胞器膜保證了各自內(nèi)部反應(yīng)的相對獨(dú)立性，相 互之間不干擾，使細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能更加區(qū)

16、域化。2 . （2005年北京）結(jié)合表中數(shù)據(jù)，指出下列敘述錯誤的（）成分線粒體膜蛋白質(zhì)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）脂類（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）外膜5248內(nèi)膜7624A. 內(nèi)膜含有許多與有氧呼吸有關(guān)的酶B. 內(nèi)膜比外膜具有更多的功能C. 內(nèi)膜、外膜的化學(xué)組成大致相同D. 內(nèi)膜表面積大，導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量高【解析】D通常情況下，真核生物細(xì)胞有氧呼吸的第三階段均發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上，所以 內(nèi)膜含有與有氧呼吸有關(guān)的酶，更能比外膜更復(fù)雜一些。內(nèi)外膜的化學(xué)成分大致相同，都 一磷脂雙分子層作為基本骨架，以及蛋白質(zhì)和少量多糖。生物膜面積的大小與膜內(nèi)蛋白質(zhì) 含量的多少無關(guān)。（三）高考預(yù)測1.下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)步驟，以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)的描

17、述錯誤的是（）A. 蘋果含有豐富的葡萄糖和果糖，常用做還原性糖的檢測材料B. 卵細(xì)胞體積較大有利于和周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換，為胚胎早期發(fā)育提供所需養(yǎng)料C. 顯微鏡下觀察到的質(zhì)壁分離是指細(xì)胞質(zhì)和原生質(zhì)層的分開D. 可以用毗羅紅和甲基綠混合染色劑對細(xì)胞中的DNA RNA染色觀察考點(diǎn)提示：本題主要考察了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記憶，對實(shí)驗(yàn)過程的理解能力，以及分析解 決問題的能力?！窘馕觥看鸢窧。B選項(xiàng)與本實(shí)驗(yàn)相關(guān)。其中卵細(xì)胞體積較大，但是表面積較小，這樣表面 積與體積的比值較小，物質(zhì)運(yùn)輸速率相對較慢。九、課外作業(yè)（一）鞏固訓(xùn)練2030um3之間，根據(jù)細(xì)胞模型的實(shí)驗(yàn)探究，有關(guān)1 .大多數(shù)高等動植物細(xì)胞的體積一般

18、在細(xì)胞如此微小的分析正確的是B.細(xì)胞太小物質(zhì)運(yùn)輸所需時間相應(yīng)增加D.細(xì)胞太小遺傳物質(zhì)發(fā)揮作用容易 其主要原因是構(gòu)成細(xì)胞膜的成分中B.磷脂不同D.水不同A .細(xì)胞太大物質(zhì)運(yùn)輸所需時間相應(yīng)增加C.細(xì)胞增大將有利于存放更多的核糖體2. 動物細(xì)胞和植物葉肉細(xì)胞的功能差異較大，A. 脂質(zhì)不同C.蛋白質(zhì)不同3 .細(xì)胞膜將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開，起到的作用不正確的是(A .保障了細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定B. 將生命物質(zhì)與外界環(huán)境分隔開C. 使細(xì)胞成為相對獨(dú)立的系統(tǒng)D. 使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)不能流失到細(xì)胞外，細(xì)胞外物質(zhì)不能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)4 .細(xì)胞與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的速度取決于(A.細(xì)胞的核大小B.細(xì)胞的表面積大小C.細(xì)胞

19、的表面積與體積的比值D.細(xì)胞分裂的快慢5. 下列關(guān)于細(xì)胞相對表面積、細(xì)胞對外物質(zhì)交換速率和細(xì)胞新陳代謝強(qiáng)度之間關(guān)系的敘述 中正確的是(A. 細(xì)胞的相對表面積越大，物質(zhì)交換速率越快，細(xì)胞新陳代謝越旺盛B. 細(xì)胞的相對表面積越大，物質(zhì)交換速率越慢，細(xì)胞新陳代謝越慢C. 細(xì)胞的相對表面積越小，物質(zhì)交換速率越快，細(xì)胞新陳代謝越慢D. 細(xì)胞的相對表面積越小，物質(zhì)交換速率越慢，細(xì)胞新陳代謝越旺盛6 .把正常的洋蔥表皮置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的蔗糖溶液中，洋蔥表皮細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離，這一過程中細(xì)胞對物質(zhì)的運(yùn)輸速率將A.逐漸增大B.逐漸變小C.保持不變7. 甘油、CO2、C2H5OH等物質(zhì)出入細(xì)胞的方式是A.滲透作用B.自由擴(kuò)散C.主動運(yùn)輸D.內(nèi)吞作用8. 腎小管上皮細(xì)胞對原尿中的葡萄糖、無機(jī)鹽等有很強(qiáng)的吸收能力，與其功能相適應(yīng)，在 細(xì)胞內(nèi)含有較多的細(xì)胞器是核糖體線粒體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體A.B.C.D.9. 葡萄糖在進(jìn)入紅細(xì)胞之前必須先與細(xì)胞膜上的載體結(jié)合，這種結(jié)合的速率會影響葡萄糖 進(jìn)入細(xì)胞的快慢。圖中 a、b、c分別代表甲、乙、丙三種不同細(xì)胞的葡萄糖的結(jié)合速率曲 線，那么，在葡萄糖濃度低的情況下，這三種細(xì)胞對葡萄糖吸收快慢的程度是荀萄蜻液度一-圖 4-3-7A. 甲細(xì)胞的吸收最快、乙細(xì)胞次之C. 丙細(xì)胞的吸收最快、甲細(xì)胞次之(二)課外延伸大多數(shù)高等植物細(xì)胞的