第4章 第1節(jié) 第1課時 水進(jìn)出細(xì)胞的原理（共44張PPT1個視頻）高中生物學(xué)人教版（2023）必修一

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第1節(jié)第1課時

水進(jìn)出細(xì)胞的原理

第4章細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出

1

闡明滲透作用的條件及原理。

2

結(jié)合探究實(shí)驗，分析理解細(xì)胞吸水和失水的過程及應(yīng)用。

成分血漿/g.L-1原尿/g.L-1終尿/g.L-1

水900980960

蛋白質(zhì)70~900.3——

葡萄糖1.001.00——

Na+3.33.33.5

K+0.20.21.5

Cl-3.703.706.00

尿素0.300.3018.00

氨0.0010.0010.40

原尿中各種物質(zhì)在腎小管和集合管等部位被選擇吸收后，最終成為終尿排出體外。原尿中各種物質(zhì)在腎小管和集合管等部位吸收的量不同，終尿中的比例差距很大。

1.滲透作用

一段時間后

擴(kuò)散：分子從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)運(yùn)動的現(xiàn)象。

滲透作用：水分子或其他溶劑分子通過半透膜的擴(kuò)散。

圖1擴(kuò)散

圖2滲透

半透膜

滲透作用特指水分子或其它溶劑分子的擴(kuò)散，而且是通過半透膜的擴(kuò)散

1.滲透作用

從擴(kuò)散和滲透作用的示意圖中，可以看出兩種方式有什么異同嗎？

半透膜

蔗糖分子

水分子

1.漏斗管內(nèi)的液面為什么會升高

由于單位體積的清水中水分子數(shù)多于蔗糖溶液中的水分子數(shù)，因此單位時間內(nèi)由清水進(jìn)入蔗糖溶液的水分子數(shù)多于由蔗糖溶液進(jìn)入清水的水分子數(shù)。

活動1

思考討論

2.如果漏斗管足夠長，管內(nèi)的液面會無限升高嗎？

蔗糖溶液

清水

不會，因為管內(nèi)的水柱產(chǎn)生的壓力會加快漏斗中的水分向外擴(kuò)散的速度，最終膜兩側(cè)水分?jǐn)U散的速度達(dá)到平衡，液面不再上升。

活動1

思考討論

3.當(dāng)漏斗內(nèi)溶液不再上升（即滲透平衡）時，半透膜兩側(cè)的溶液濃度相同嗎

蔗糖溶液

清水

不相同。漏斗內(nèi)溶液濃度仍然高，由于漏斗管內(nèi)液面升高形成的靜水壓會阻止水分子由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)擴(kuò)散，故半透膜兩側(cè)溶液濃度關(guān)系仍是漏斗內(nèi)溶液濃度高于燒杯中清水的濃度。

活動1

思考討論

4.如果用紗布代替玻璃紙，漏斗管內(nèi)的液面會不會升高？為什么？

不會。原因是紗布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通過。

5.如果燒杯內(nèi)不是清水，而是同等濃度的蔗糖溶液，漏斗管內(nèi)的液面會不會升高？為什么？

不會。半透膜兩側(cè)溶液的濃度相等時，單位時間內(nèi)透過半透膜進(jìn)入長頸漏斗的水分子數(shù)量等于滲出的水分子數(shù)量。

活動1

思考討論

1.滲透作用具備的兩個條件

核心歸納

2.水分子的運(yùn)動規(guī)律

具有半透膜

膜兩側(cè)溶液存在濃度差

(1)水的運(yùn)輸方向：從含水量高的一側(cè)向含水量低的一側(cè)運(yùn)輸。

(2)半透膜兩側(cè)的水分子進(jìn)行雙向運(yùn)動，液面變化是由水分子雙向運(yùn)動差異所導(dǎo)致的。

(3)當(dāng)液面高度不再變化時，水分子仍進(jìn)出半透膜，但進(jìn)出達(dá)到平衡。

3.滲透平衡≠濃度相等

滲透平衡只意味著半透膜兩側(cè)水分子移動達(dá)到平衡狀態(tài)，既不可看作沒有水分子移動，也不可看作兩側(cè)溶液濃度絕對相等。滲透平衡后，溶液濃度高的一側(cè)液面高(反之亦然，即液面高的一側(cè)溶液濃度也高)；濃度差越大，液面高度差也越大。

核心歸納

2.1水進(jìn)出動物細(xì)胞的原理

當(dāng)外界溶液的濃度比細(xì)胞質(zhì)的濃度低時，細(xì)胞吸水膨脹。

當(dāng)外界溶液的濃度比細(xì)胞質(zhì)的濃度高時，細(xì)胞失水皺縮。

當(dāng)外界溶液的濃度與細(xì)胞質(zhì)的濃度相同時，細(xì)胞形態(tài)不變。

紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白等有機(jī)物能夠透過細(xì)胞膜嗎？這些有機(jī)物相當(dāng)于教材P62“問題探討”所示裝置中的什么物質(zhì)？

紅細(xì)胞的細(xì)胞膜是否相當(dāng)于一層半透膜？

當(dāng)外界溶液溶質(zhì)的濃度低時，紅細(xì)胞一定會由于吸水而漲破嗎？

血紅蛋白是有機(jī)大分子物質(zhì)，不能透過細(xì)胞膜，它相當(dāng)于“問題探討”中的蔗糖分子。

是

不一定。因為紅細(xì)胞吸水膨脹后細(xì)胞內(nèi)液濃度也會下降，如果外界溶液濃度不是很低，有可能細(xì)胞內(nèi)液濃度下降后與外界溶液的濃度達(dá)到平衡，此時，紅細(xì)胞將不再吸水。

活動2

思考討論

4.紅細(xì)胞吸水和失水取決于什么條件？

5.想一想臨床上輸液為什么要用生理鹽水？

取決于紅細(xì)胞內(nèi)外溶液的濃度差。

一般情況下，濃度差越大時，細(xì)胞吸水或失水越多。

因為生理鹽水的濃度與血漿的濃度基本一致，血細(xì)胞不會因為過度吸水或失水而出現(xiàn)形態(tài)和功能上的異常。

活動2

思考討論

基于紅細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及圖示結(jié)果，你認(rèn)為水進(jìn)出紅細(xì)胞的方式是什么？請說明原因。

是滲透作用。

1.細(xì)胞膜相當(dāng)于半透膜;

2.紅細(xì)胞中富含大分子的血紅蛋白等有機(jī)物，不能透過細(xì)胞膜，當(dāng)將其置于低濃度溶液中時，膜兩側(cè)存在濃度差。

2.1水進(jìn)出動物細(xì)胞的原理

請說出植物細(xì)胞和動物細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別

液泡

葉綠體

細(xì)胞壁

2.2水進(jìn)出植物細(xì)胞的原理

顯微鏡下觀察多個纖維素分子集結(jié)成束，縱橫交錯構(gòu)成植物細(xì)胞壁

植物細(xì)胞壁全透性

2.2水進(jìn)出植物細(xì)胞的原理

成熟植物細(xì)胞

細(xì)胞膜

細(xì)胞質(zhì)

液泡膜

原生質(zhì)層

細(xì)胞核

2.2水進(jìn)出植物細(xì)胞的原理

現(xiàn)象：將放置一段時間的馬鈴薯切成如圖所示形狀，凹槽內(nèi)倒入一定量的清水，一段時間后液面下降；再將適量蔗糖加入凹槽清水中，一段時間后液面上升，試解釋上述現(xiàn)象。

凹槽內(nèi)注入清水后，由于馬鈴薯細(xì)胞液的濃度大于清水，馬鈴薯細(xì)胞吸水，導(dǎo)致清水液面下降；

當(dāng)向清水中加入適量蔗糖后，蔗糖溶液的濃度大于馬鈴薯細(xì)胞液的濃度，馬鈴薯細(xì)胞失水，一段時間后導(dǎo)致液面上升。

活動3

探究·實(shí)踐

實(shí)驗?zāi)康模?/p>

做出假設(shè)：

設(shè)計實(shí)驗：

探究水分進(jìn)出植物細(xì)胞是否通過滲透作用

水分通過滲透作用進(jìn)出植物細(xì)胞

活動3

探究·實(shí)踐

1.如果假設(shè)是正確的，當(dāng)外界溶液的濃度高于細(xì)胞液的濃度時，細(xì)胞就會，液泡體積就會；當(dāng)外界溶液的濃度低于細(xì)胞液的濃度時，細(xì)胞就會，液泡體積就會。所以可以通過液泡的大小變化反映水分進(jìn)出細(xì)胞。

2.如何使細(xì)胞外溶液的濃度升高或降低？

3.如何看到細(xì)胞，需要借助于什么材料和器具？

失水

縮小

吸水

增大

提供蔗糖溶液使細(xì)胞外溶液濃度升高，提供清水使細(xì)胞外溶液濃度降低。

利用顯微鏡觀察臨時裝片。

活動3

探究·實(shí)踐

設(shè)計實(shí)驗：

4.對實(shí)驗結(jié)果作出預(yù)測：細(xì)胞失水或吸水后可能出現(xiàn)哪些可觀察的變化？

由于原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜，水分子可以自由透過，而蔗糖分子不能透過；因此，在蔗糖溶液中植物細(xì)胞的上都液泡會變小，發(fā)生質(zhì)壁分離；

加入清水后，細(xì)胞液濃度大于外界溶液的濃度，外界溶液中的水會透過原生質(zhì)層進(jìn)入細(xì)胞液，發(fā)生質(zhì)壁分離的復(fù)原。

活動3

探究·實(shí)踐

設(shè)計實(shí)驗：

a.下列細(xì)胞中能發(fā)生質(zhì)壁分離的是。

A.大蒜根尖分生區(qū)細(xì)胞

B.人的口腔上皮細(xì)胞

C.菠菜葉肉細(xì)胞

D.蛙的紅細(xì)胞

E.洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞

F.洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞

b.若該細(xì)胞代表紫色洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞，則有色區(qū)域在___(用圖中數(shù)字表示)；若是黑藻葉肉細(xì)胞，則有色區(qū)域在(用圖中數(shù)字表示)；若是洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞做實(shí)驗材料，為使實(shí)驗結(jié)果方便觀察，外界溶液中滴加了紅墨水，則有色區(qū)域在(用圖中數(shù)字表示)。

CEF

7

5

6

活動3

探究·實(shí)踐

實(shí)驗材料：

1.該實(shí)驗過程共觀察了3次，制作臨時裝片后觀察，滴加蔗糖溶液后觀察，再次滴加清水后觀察。將結(jié)果記錄在下表中。

第一次觀察

滴加蔗糖溶液后觀察

再次滴加清水溶液后觀察

現(xiàn)象試劑上都液泡變化原生質(zhì)層位置變化細(xì)胞大小

蔗糖溶液脫離細(xì)胞壁

清水逐漸恢復(fù)原來大小恢復(fù)原位

基本不變

基本不變

變小

活動3

探究·實(shí)踐

實(shí)驗結(jié)果分析：

2.實(shí)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？

觀察正常洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞的狀態(tài)，以便與處理后的細(xì)胞狀態(tài)形成對照。

活動3

探究·實(shí)踐

實(shí)驗結(jié)果分析：

第一次觀察

滴加蔗糖溶液后觀察

再次滴加清水溶液后觀察

3.紫色洋蔥鱗片葉的外表皮細(xì)胞在質(zhì)量濃度為0.3g/mL的蔗糖溶液中，一段時間后，該細(xì)胞的顏色如何變化？其吸水能力又如何變化？

顏色逐漸變深。吸水能力逐漸增強(qiáng)。

活動3

探究·實(shí)踐

實(shí)驗結(jié)果分析：

第一次觀察

滴加蔗糖溶液后觀察

再次滴加清水溶液后觀察

4.有位同學(xué)錯取了質(zhì)量濃度為3g/mL的蔗糖溶液，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞發(fā)生了質(zhì)壁分離，給臨時裝片滴加清水并引流后幾乎沒有觀察到質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象，分析原因可能是什么？

蔗糖溶液濃度太高，細(xì)胞過度失水而死亡，不能再發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。

活動3

探究·實(shí)踐

實(shí)驗結(jié)果分析：

第一次觀察

滴加蔗糖溶液后觀察

再次滴加清水溶液后觀察

植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離與復(fù)原的原因：

內(nèi)因：

外因：

原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜

原生質(zhì)層的伸縮性>細(xì)胞壁的伸縮性

外界溶液濃度>細(xì)胞液濃度

(1)植物細(xì)胞的原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜；

(2)植物細(xì)胞也是通過滲透作用吸水和失水的。

活動3

探究·實(shí)踐

實(shí)驗結(jié)論：

腎是人體非常重要的器官，但腎衰竭無法正常工作時，體內(nèi)的廢物就無法排出，人就會因中毒而死亡。人工洗腎機(jī)就是根據(jù)腎臟的工作原理而設(shè)計的一種血液透析機(jī)器。其中的透析膜是一層半透膜，血細(xì)胞和大分子蛋白質(zhì)不能透過，而葡萄糖、水、無機(jī)鹽、尿素等物質(zhì)能自由通過。圖中的透析膜相當(dāng)于腎小球。

1.圖甲表示滲透裝置示意圖，圖乙表示圖甲中液面上升的高度與時間的關(guān)系。下列相關(guān)敘述錯誤的是

A.圖甲裝置中溶劑分子通過半透膜進(jìn)行擴(kuò)散，屬于滲透現(xiàn)象

B.圖甲中液面不再升高時，c兩側(cè)的溶液濃度差為0

C.圖甲中的液面不再升高時，仍然有水分子通過c

D.如果將圖甲中的c換成紗布，則不會出現(xiàn)圖乙中的實(shí)驗結(jié)果

√

2.U形管中裝有兩種不同的溶液R和S(溶液R為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的蔗糖溶液，溶液S為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葡萄糖溶液，兩種溶質(zhì)均不能透過半透膜X)，兩溶液被一半透膜X隔開，如圖所示。當(dāng)U形管內(nèi)達(dá)到平衡時，液面與濃度的關(guān)系應(yīng)是

A.右側(cè)較高，且平衡時兩溶液濃度相等

B.兩側(cè)高度相等，濃度相等

C.右側(cè)較高，且平衡時右側(cè)濃度較大

D.左側(cè)較高，且平衡時左側(cè)濃度較大

√

(1)滲透系統(tǒng)的溶液濃度

研究滲透作用時溶液濃度是指物質(zhì)的量濃度而非質(zhì)量濃度：如質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的葡萄糖溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的蔗糖溶液，質(zhì)量濃度相同，但葡萄糖溶液的物質(zhì)的量濃度大，故水由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移動。

(2)滲透現(xiàn)象中液面變化的判斷方法

半透膜兩側(cè)分別為濃度不同的溶液A、B，有以下三種情況：

①若A側(cè)溶質(zhì)(如葡萄糖等)可以通過半透膜，B側(cè)溶質(zhì)不能通過半透膜，則最終B側(cè)液面升高。

②若A側(cè)和B側(cè)溶質(zhì)是同種物質(zhì)且均不能通過半透膜，則濃度高的一側(cè)液面升高。

③若A、B兩側(cè)溶液的溶質(zhì)均能通過半透膜，則兩側(cè)不存在高度差。

題后歸納

3.某同學(xué)做質(zhì)壁分離與復(fù)原實(shí)驗時，在顯微鏡下觀察到紫色洋蔥表皮細(xì)胞正處于如圖所示的狀態(tài)。下列敘述錯誤的是

A.圖中結(jié)構(gòu)①的伸縮性小于圖中的結(jié)構(gòu)②

B.圖中細(xì)胞可能正處于質(zhì)壁分離復(fù)原過程中

C.圖中細(xì)胞結(jié)構(gòu)①②之間充滿外界溶液

D.實(shí)驗中質(zhì)壁分離前后形成了自身對照

√

4.質(zhì)壁分離及復(fù)原實(shí)驗中，用質(zhì)量濃度為2mol/L的乙二醇溶液和2mol/L的蔗糖溶液分別浸泡某種植物細(xì)胞，觀察細(xì)胞的原生質(zhì)體體積變化情況如下圖所示。下列敘述正確的是

A.曲線甲、乙分別表示蔗糖和乙二醇溶液中細(xì)胞出現(xiàn)的結(jié)果

B.曲線ab段的變化說明細(xì)胞外液濃度大于細(xì)胞液濃度

C.該種植物細(xì)胞可能是洋蔥的根尖分生區(qū)細(xì)胞

D.質(zhì)壁分離的細(xì)胞壁和原生質(zhì)層之間充滿了細(xì)胞液

√

5.小蚌蘭葉片下表皮細(xì)胞的液泡呈紫色，是觀察質(zhì)壁分離與復(fù)原現(xiàn)象的良好材料。下表是某實(shí)驗小組利用小蚌蘭葉片下表皮細(xì)胞在不同濃度的蔗糖溶液中觀察質(zhì)壁分離和復(fù)原現(xiàn)象的結(jié)果。據(jù)表分析，下列敘述中不合理的是

項目蔗糖溶液質(zhì)量濃度/(g/mL)0.300.350.400.450.50

是否發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象－－＋＋＋＋＋＋＋＋

滴入清水后是否復(fù)原－－是是－

注：“－”表示不發(fā)生，“＋”表示發(fā)生，且“＋”越多表示發(fā)生程度越大。

項目蔗糖溶液質(zhì)量濃度/(g/mL)0.300.350.400.450.50

是否發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象－－＋＋＋＋＋＋＋＋

滴入清水后是否復(fù)原－－是是－

A.該細(xì)胞的細(xì)胞液濃度約相當(dāng)于0.35～0.40g/mL的蔗糖溶液濃度

B.質(zhì)量濃度為0.45g/mL的蔗糖溶液較適合用于觀察質(zhì)壁分離和復(fù)原現(xiàn)象

C.當(dāng)蔗糖溶液質(zhì)量濃度為0.30g/mL時，細(xì)胞內(nèi)外無水分子的進(jìn)出

D.質(zhì)壁分離的過程中，小蚌蘭葉片下表皮細(xì)胞的液泡顏色逐漸變深

√

(1)質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象發(fā)生的條件

①從細(xì)胞角度分析

a.死細(xì)胞、動物細(xì)胞及未成熟的植物細(xì)胞(如根尖分生區(qū)細(xì)胞)不發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象。

b.具有上都大液泡的成熟植物細(xì)胞可發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象。所選實(shí)驗材料的細(xì)胞液中最好帶有色素，以便于對實(shí)驗結(jié)果的觀察。

題后歸納

②從溶液角度分析

a.在一定濃度的溶液(溶質(zhì)不能透過膜)中只發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，不能發(fā)生自動復(fù)原現(xiàn)象(只有用清水或低滲溶液處理，方可復(fù)原)。

b.在一定濃度的溶液(溶質(zhì)可透過膜)中發(fā)生質(zhì)壁分離后可自動復(fù)原，如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。

c.在高濃度溶液中質(zhì)壁分離現(xiàn)象明顯，但溶液濃度過高時不能發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象，因為