高中生物第4章細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出第1節(jié)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例課件新人教必修110251412

第1節(jié)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例一、細(xì)胞的吸水和失水1.原理(1)細(xì)胞的吸水和失水的原理是滲透作用,即水分子或其他溶劑分子通過半透膜(或選擇透過性膜)進(jìn)行的擴(kuò)散。(2)滲透作用發(fā)生的條件:①有半透膜;②半透膜兩側(cè)的溶液有濃度差。一二一二2.動(dòng)物細(xì)胞的吸水和失水(1)條件①動(dòng)物細(xì)胞可以構(gòu)成一個(gè)滲透裝置,其中細(xì)胞膜相當(dāng)于半透膜。②細(xì)胞膜兩側(cè)存在濃度差。(2)吸水與失水①當(dāng)外界溶液濃度小于細(xì)胞質(zhì)濃度時(shí),細(xì)胞吸水膨脹;②當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞質(zhì)濃度時(shí),細(xì)胞失水皺縮;③當(dāng)外界溶液濃度等于細(xì)胞質(zhì)濃度時(shí),水分進(jìn)出細(xì)胞處于動(dòng)態(tài)平衡。一二3.植物細(xì)胞的吸水和失水(1)成熟植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)一二(2)質(zhì)壁分離與質(zhì)壁分離復(fù)原

①當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度時(shí),細(xì)胞失水→質(zhì)壁分離;②發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞,當(dāng)外界溶液濃度小于細(xì)胞液濃度時(shí),細(xì)胞吸水→質(zhì)壁分離復(fù)原;③當(dāng)外界溶液濃度等于細(xì)胞液濃度時(shí),水分進(jìn)出細(xì)胞處于動(dòng)態(tài)平衡。一二預(yù)習(xí)反饋判斷正誤。(1)將人的紅細(xì)胞放入4

℃蒸餾水中,一段時(shí)間后紅細(xì)胞破裂,其主要原因是蒸餾水大量進(jìn)入紅細(xì)胞。(

√

)(2)植物細(xì)胞質(zhì)壁分離的過程中水分子的擴(kuò)散只能單向進(jìn)行。(

×

)(3)植物細(xì)胞的原生質(zhì)層由細(xì)胞膜和液泡膜組成。(

×

)(4)成熟植物細(xì)胞在高濃度溶液中發(fā)生質(zhì)壁分離是因?yàn)榧?xì)胞壁具有選擇透過性。(

×

)(5)質(zhì)壁分離是指原生質(zhì)層與細(xì)胞壁分離。(

√

)(6)滲透作用的發(fā)生必須依賴半透膜和膜兩側(cè)的濃度差。(

√

)一二二、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例閱讀教材第63頁“資料分析”,回答下列問題。一二預(yù)習(xí)反饋判斷正誤。(1)同種細(xì)胞吸收不同礦質(zhì)元素離子的速率都相同。

(

×

)(2)番茄和水稻根系吸收Si元素的量相等。(

×

)(3)細(xì)胞吸水和失水是水分子逆相對(duì)含量梯度跨膜運(yùn)輸?shù)倪^程。(

×

)(4)無機(jī)鹽離子可以逆相對(duì)含量梯度進(jìn)行跨膜運(yùn)輸。

(

√

)(5)用培養(yǎng)液培養(yǎng)植物,一段時(shí)間后培養(yǎng)液中離子的濃度都比初始濃度低。(

×

)(6)水分子、離子、小分子物質(zhì)都能通過細(xì)胞膜。(

×

)探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三滲透作用問題情景探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三1.蔗糖溶液液面上升的原因是什么?答案:水分子可以通過半透膜,而蔗糖分子不能通過,單位體積內(nèi)清水的水分子數(shù)大于蔗糖溶液的水分子數(shù),因此單位時(shí)間內(nèi)由燒杯進(jìn)入漏斗的水分子數(shù)大于由漏斗進(jìn)入燒杯的水分子數(shù),導(dǎo)致漏斗內(nèi)液面上升。2.為什么當(dāng)液面上升到一定程度時(shí),液面不再上升?答案:漏斗中的液面高于燒杯中的液面,液面差為ΔH,由于燒杯中與漏斗中的液體具有濃度差,即具有滲透壓差,所以水分子有進(jìn)入漏斗的趨勢(shì);但是當(dāng)漏斗內(nèi)高出燒杯液面部分的液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)與滲透壓的平衡使半透膜兩側(cè)水分子的交換率(進(jìn)出)相同時(shí),液面不再升高。3.當(dāng)液面不再上升時(shí)半透膜兩側(cè)的濃度相等嗎?答案:不相等。當(dāng)液面不再上升時(shí)半透膜兩側(cè)仍存在濃度差。探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三歸納提升1.典型滲透裝置的分析

(1)半透膜內(nèi)的溶質(zhì)不能透過半透膜,水分子可以進(jìn)出半透膜。(2)若S1溶液濃度大于S2,則單位時(shí)間內(nèi)由S2→S1的水分子數(shù)多于S1→S2,外觀上表現(xiàn)為S1液面上升;若S1溶液濃度小于S2,則情況相反,外觀上表現(xiàn)為S1液面下降。(3)在達(dá)到滲透平衡后,若存在如圖所示的液面差Δh,則S1溶液濃度仍大于S2。因?yàn)橐好娓叩囊粋?cè)形成的壓強(qiáng),會(huì)阻止溶劑由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)擴(kuò)散。探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三2.濃度、滲透壓與吸水力辨析溶液滲透壓是指溶液中溶質(zhì)微粒對(duì)水的吸引力。溶液滲透壓的大小取決于單位體積溶液中溶質(zhì)微粒的數(shù)目:溶質(zhì)微粒越多,溶液濃度越高,對(duì)水的吸引力越大,溶液滲透壓越高。即濃度高→滲透壓高→吸水力大。濃度、滲透壓與吸水力的關(guān)系也可以用“拔河”比賽類比:參加拔河的“運(yùn)動(dòng)員”分別是細(xì)胞液中的溶質(zhì)微粒和外界溶液中的溶質(zhì)微粒,哪一方的溶質(zhì)微粒數(shù)目多,哪一方滲透壓就高,吸水力就大。探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三典例剖析如圖所示為滲透作用實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)開始時(shí)長頸漏斗內(nèi)外液面平齊,記作零界面。實(shí)驗(yàn)開始后,長頸漏斗內(nèi)部液面的變化趨勢(shì)為(注:坐標(biāo)原點(diǎn)處表示零界面,膀胱膜不變形)(

)探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三解析:根據(jù)圖示,燒杯中的液體為蒸餾水,長頸漏斗中的液體為蔗糖溶液。故在單位時(shí)間內(nèi),由燒杯中進(jìn)入漏斗中的水分子比由漏斗中進(jìn)入燒杯中的水分子要多,故開始時(shí)液面快速升高;隨著液面升高,漏斗內(nèi)產(chǎn)生的壓強(qiáng)會(huì)阻止水分子向漏斗內(nèi)擴(kuò)散;當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出漏斗的水分子數(shù)相等時(shí),液面不再升高。答案:B特別提醒有關(guān)滲透作用的三個(gè)誤區(qū)(1)半透膜兩側(cè)的水分子進(jìn)行的是雙向運(yùn)動(dòng),而不是單向運(yùn)動(dòng),觀測(cè)到的現(xiàn)象是由水分子雙向運(yùn)動(dòng)的差別所導(dǎo)致的液面改變。(2)當(dāng)半透膜兩側(cè)的溶液達(dá)到平衡時(shí),是指兩側(cè)的水分子運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡,而兩側(cè)溶液的濃度并不一定相同,兩側(cè)的液面高度也不一定相同。(3)水分子通過半透膜由低濃度溶液向高濃度溶液擴(kuò)散。此處的濃度是指物質(zhì)的量濃度,是單位體積中微粒的多少,不是質(zhì)量分?jǐn)?shù)。探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三活學(xué)活練1.下圖中甲、乙為同一滲透裝置的兩個(gè)狀態(tài)。圖甲是發(fā)生滲透作用前的初始狀態(tài),圖乙是較長時(shí)間之后,漏斗內(nèi)外的水分子達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的狀態(tài)。判斷下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A.圖甲中③為半透膜,水分子能自由通過B.圖甲中溶液②的濃度高于溶液①的濃度C.圖乙中溶液①的濃度與溶液②的濃度相等D.圖甲中溶液①和②濃度差越大,圖乙中的水柱越高解析:在圖乙中,高出液面的水柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)與滲透壓達(dá)到平衡,此時(shí)漏斗內(nèi)液體②的濃度應(yīng)比溶液①的濃度高。答案:C探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三2.下圖表示滲透作用裝置,一段時(shí)間后液面上升的高度為h,其中半透膜為膀胱膜,裝置中溶液A、a起始濃度分別用MA、Ma表示;如果A、a均為蔗糖溶液,且開始時(shí)Ma>MA,則達(dá)到平衡后MA與Ma的關(guān)系是(

)

A.MA>Ma

B.MA<MaC.MA=Ma D.不確定解析:蔗糖分子不能通過半透膜,開始時(shí)Ma>MA,水分子從水槽中進(jìn)入漏斗,達(dá)到平衡時(shí),因液面高的一側(cè)溶液的壓強(qiáng)大,會(huì)阻止水由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)擴(kuò)散,故達(dá)到平衡后MA<Ma。答案:B探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原問題情景下圖是“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原”實(shí)驗(yàn)圖解,請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題。1.該實(shí)驗(yàn)為什么選擇紫色洋蔥外表皮細(xì)胞為材料?答案:具有紫色的大液泡,便于觀察。探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三2.步驟D觀察到的結(jié)果與步驟B觀察到的結(jié)果相比,發(fā)生了何種現(xiàn)象?請(qǐng)嘗試分析這種現(xiàn)象的發(fā)生的內(nèi)因和外因。答案:步驟B觀察到的是正常狀態(tài)下的紫色洋蔥外表皮細(xì)胞,此時(shí)的原生質(zhì)層與細(xì)胞壁緊密相貼;步驟D觀察到的是用一定濃度的蔗糖溶液處理過的紫色洋蔥外表皮細(xì)胞,此時(shí)發(fā)生了質(zhì)壁分離現(xiàn)象。發(fā)生質(zhì)壁分離的內(nèi)因是原生質(zhì)層的伸縮性較大,細(xì)胞壁的伸縮性較小;外因是蔗糖溶液濃度大于細(xì)胞液濃度。3.通過步驟E處理后,步驟F中觀察到的結(jié)果與步驟D中的觀察結(jié)果相比,發(fā)生了何種現(xiàn)象?該現(xiàn)象發(fā)生的外因是什么?答案:步驟F中觀察到質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。引起質(zhì)壁分離復(fù)原的外因是細(xì)胞液濃度大于外界溶液濃度,細(xì)胞吸水。4.上述實(shí)驗(yàn)中有對(duì)照實(shí)驗(yàn)嗎?答案:上述實(shí)驗(yàn)中存在兩次自身對(duì)照:第一次是自然狀態(tài)與質(zhì)壁分離狀態(tài)對(duì)照;第二次是質(zhì)壁分離復(fù)原后狀態(tài)與質(zhì)壁分離狀態(tài)對(duì)照。探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三歸納提升1.質(zhì)壁分離的原因和表現(xiàn)探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三2.巧判細(xì)胞能否發(fā)生質(zhì)壁分離與復(fù)原(1)從細(xì)胞角度分析①具有中央大液泡的成熟植物細(xì)胞才可發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。②死細(xì)胞、動(dòng)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,發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。②在一定濃度的溶質(zhì)可穿膜的溶液中,先發(fā)生質(zhì)壁分離,后自動(dòng)復(fù)原,如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。③在高濃度溶液中質(zhì)壁分離現(xiàn)象明顯,但不能復(fù)原,因?yàn)槿芤簼舛冗^高,細(xì)胞失水過多而死亡。④鹽酸、酒精、醋酸等溶液能殺死細(xì)胞,不適于作質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的溶液。探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三3.質(zhì)壁分離與質(zhì)壁分離復(fù)原實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用(1)比較不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度不同的植物細(xì)胞+同一濃度的蔗糖溶液→觀察細(xì)胞吸水后的狀態(tài)和質(zhì)壁分離程度大小→推斷不同植物細(xì)胞細(xì)胞液濃度的大小。(2)判斷植物細(xì)胞的死活。只有活細(xì)胞的原生質(zhì)層才具有選擇透過性,才有質(zhì)壁分離現(xiàn)象。(3)測(cè)定細(xì)胞液的濃度。將細(xì)胞放入一系列具有濃度梯度的蔗糖溶液中,觀察細(xì)胞質(zhì)壁分離的情況,即可測(cè)定該細(xì)胞液的濃度范圍。(4)光鏡下觀察植物細(xì)胞膜。正常植物細(xì)胞的細(xì)胞膜很薄,又緊貼細(xì)胞壁,不易看到,質(zhì)壁分離后,原生質(zhì)層的最外面即為細(xì)胞膜。探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三典例剖析某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中做“植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗(yàn)時(shí),在老師的幫助下,進(jìn)行了一系列的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象如下表:探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三對(duì)上表的推斷或解釋不正確的是(

)A.x為質(zhì)壁分離,因?yàn)榧?xì)胞壁的伸縮性弱于原生質(zhì)層B.z為細(xì)胞稍增大,細(xì)胞液顏色逐漸變淺C.y為質(zhì)壁分離,滴加清水后無變化,原因可能是細(xì)胞失水過多而死亡D.④組無變化是因?yàn)榧?xì)胞吸水量等于失水量解析:洋蔥表皮細(xì)胞在質(zhì)量濃度為0.3

g/mL的蔗糖溶液中會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象,而在質(zhì)量濃度為0.5

g/mL的蔗糖溶液中會(huì)因失水過多而死亡。在物質(zhì)的量濃度為0.1

mol/L的KNO3溶液中,由于K+和

能穿膜,故洋蔥表皮細(xì)胞先發(fā)生質(zhì)壁分離后自動(dòng)復(fù)原;K+和

進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),細(xì)胞液濃度增大,因此滴加清水后,細(xì)胞吸水,體積稍增大。物質(zhì)的量濃度為1

mol/L的醋酸溶液會(huì)殺死細(xì)胞,故在醋酸溶液中細(xì)胞無變化。答案:D探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三活學(xué)活練1.在觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原的過程中,某同學(xué)在視野中看到活著的洋蔥表皮細(xì)胞正處于如圖所示的狀態(tài)。a、b表示該部位的溶液濃度,由此可推測(cè)(

)A.a>b,細(xì)胞滲透吸水B.a=b,滲透系統(tǒng)保持動(dòng)態(tài)平衡C.a<b,細(xì)胞滲透失水D.上述三種情況都有可能解析:該細(xì)胞可能正處于質(zhì)壁分離過程中,也可能處于質(zhì)壁分離后的動(dòng)態(tài)平衡過程中,還可能正處在發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原的過程中,D項(xiàng)正確。要透過“現(xiàn)象”看本質(zhì),避免先入為主直接認(rèn)定發(fā)生了質(zhì)壁分離。答案:D探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三2.在“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原”實(shí)驗(yàn)中,對(duì)紫色洋蔥鱗片葉外表皮臨時(shí)裝片進(jìn)行了三次觀察和兩次處理。下列有關(guān)敘述正確的是(

)A.第一次觀察為低倍鏡觀察,后兩次為高倍鏡觀察B.第一次處理滴加的液體為清水,第二次滴加的液體是質(zhì)量濃度為0.3g/mL的蔗糖溶液C.若將紫色洋蔥鱗片葉的外表皮換成內(nèi)表皮,則不會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離D.紫色洋蔥鱗片葉外表皮中不屬于原生質(zhì)層的有細(xì)胞壁、細(xì)胞核和細(xì)胞液探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三解析:“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原”實(shí)驗(yàn)中,三次觀察均為低倍鏡觀察,A項(xiàng)錯(cuò)誤;第一次處理滴加的液體是質(zhì)量濃度為0.3

g/mL的蔗糖溶液,觀察質(zhì)壁分離現(xiàn)象,第二次滴加的液體為清水,觀察質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象,B項(xiàng)錯(cuò)誤;若將紫色洋蔥鱗片葉的外表皮換成內(nèi)表皮,也會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離,但現(xiàn)象不明顯,C項(xiàng)錯(cuò)誤;原生質(zhì)層由液泡膜、細(xì)胞膜以及兩層膜間的細(xì)胞質(zhì)構(gòu)成,因此,細(xì)胞壁、細(xì)胞核和細(xì)胞液不屬于原生質(zhì)層,D項(xiàng)正確。答案:D探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例問題情景下圖是用完全培養(yǎng)液在兩個(gè)相同的容器內(nèi)分別培養(yǎng)水稻和番茄苗(假設(shè)兩植物的吸水速率相同),一段時(shí)間后,測(cè)定培養(yǎng)液中各種離子與實(shí)驗(yàn)開始時(shí)各種離子濃度情況,請(qǐng)據(jù)圖分析回答下列問題。探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三1.培養(yǎng)液中某離子的濃度低于初始濃度說明什么問題?答案:植物吸收離子的比例大于吸收水的比例。2.水稻培養(yǎng)液中Mg2+、Ca2+濃度和番茄培養(yǎng)液中

濃度超過初始濃度的原因是什么?答案:水稻吸收水的相對(duì)速率比吸收Ca2+、Mg2+的大,造成培養(yǎng)液中Ca2+、Mg2+濃度上升;番茄吸收水的相對(duì)速率比吸收

的大,造成培養(yǎng)液中

濃度上升。3.通過上述數(shù)據(jù)得到什么結(jié)論?答案:圖示反映同一植物對(duì)不同離子的吸收量不同,不同植物對(duì)同一離子的吸收量不同。即植物細(xì)胞對(duì)無機(jī)鹽離子的吸收具有選擇性。探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三歸納提升1.物質(zhì)跨膜運(yùn)輸特點(diǎn)(1)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸不都是順相對(duì)含量梯度的,取決于細(xì)胞生命活動(dòng)的需要。(2)細(xì)胞對(duì)于物質(zhì)的輸入和輸出具有選擇性。不同生物吸收無機(jī)鹽離子的種類和數(shù)量不同。探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三2.半透膜和選擇透過性膜的異同點(diǎn)

探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三探究點(diǎn)一探究點(diǎn)二探究點(diǎn)三典