1、第4章 细胞的物质输入和输出第1节 物质跨膜运输的实例学习目标核心素养1.了解渗透现象的发生条件和机理。2.分析动物细胞的渗透作用。3.进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作，分析植物细胞的吸水和失水。4.了解物质跨膜运输的其他实例，理解选择透过性膜的含义。1.科学探究通过学习实验观察植物细胞的吸水和失水，掌握与植物细胞质壁分离复原实验有关的拓展应用的实验设计的方法，掌握自身对照的应用。2.科学思维归纳与概括：根据植物对水及不同无机盐离子吸收情况的差异，总结出细胞膜对物质吸收有选择性的特点及具体含义。3.社会责任根据渗透作用发生的条件能够指导农业生产中如何进行合理灌溉、合理施肥，能够解释植
2、物“烧苗”现象。读教材、抓双基自 主 预 习一、细胞的吸水和失水1方式：渗透作用。2渗透作用发生的条件(1)两溶液之间具有 1。(2)两溶液具有 2。半透膜浓度差3动植物细胞的吸水和失水4植物细胞的质壁分离与复原(1)实验材料：常用紫色洋葱鳞片叶 7观察植物细胞的吸水与失水。外表皮细胞(2)实验过程及现象(3)结果分析：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水而发生 15现象，该现象是指 16与细胞壁分离。当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞 17，形态复原。(4)原因分析：细胞发生质壁分离的内因是细胞壁的伸缩性18原生质层的，且原生质层具有 19；外因是细胞液浓度小于外界溶液浓度。质壁分离原
3、生质层吸水小于选择透过性二、物质跨膜运输的其他实例1将水稻和番茄培养在初始条件相同的培养液中，一段时间后检测培养液中各离子的含量，如下图所示：(1)水稻吸收 SiO44 多，而吸收 Ca2、Mg2较少，番茄吸收Ca2、Mg2较多，而吸收 SiO44 较少。说明同一植物对不同离子的吸收量 20；不同植物对同种离子的吸收量 21。(2)水稻培养液中的 Ca2、Mg2浓度比初始浓度升高，是因为培养期间植物不仅吸收无机盐离子，也从培养液中吸收22，且对该物质的吸收速率 23对 Ca2、Mg2的吸收速率。2人的甲状腺滤泡上皮细胞可以 24(顺/逆浓度梯度)吸收碘。不同不同水大于逆浓度梯度3不同微生物对不
4、同矿物质的吸收 25(有/无)较大差异。4结论：物质跨膜运输并不都是 26相对含量梯度的，而且细胞对于物质的输入和输出具有 27。可以说细胞膜和其他生物膜都是 28膜。这种膜可以让水分子29通过，一些离子和 30也可以通过，而其他的离子、小分子和 31则不能通过。有顺选择性选择透过性自由小分子大分子1正误判断(1)红细胞在低浓度的溶液中会因吸水而涨破，在高浓度的溶液中会因失水而皱缩。()(2)渗透作用平衡时半透膜两侧溶液浓度相等，水分子不再进出。()(3)当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，植物细胞就会发生质壁分离。()(4)当外界溶液的浓度高于细胞内液体的浓度时，显微镜下的细胞没有发生质壁分
5、离，则该细胞一定是死细胞。()(5)用适宜浓度的蔗糖溶液与用一定浓度的 KNO3溶液处理成熟植物细胞，实验现象相同。()(6)原生质层由细胞壁、细胞膜、液泡膜及所有细胞质组成。()(7)植物细胞都可以发生质壁分离和复原的现象。()(8)用 0.5 g/mL 的蔗糖溶液与用 0.3 g/mL 的蔗糖溶液做出来的实验现象可能不同。()(9)植物不同部位的细胞放在同一浓度的外界溶液中，质壁分离的程度可能不同。()(10)细胞膜的选择透过性是指小分子和离子可以自由通过，而大分子物质不能通过。()2将水稻培养在有各种营养元素的培养液中，发现水稻吸收硅多，吸收钙少。这说明()A水稻培养液中硅和钙的浓度不同
6、B水稻根细胞对于物质的输入和输出具有选择性C水稻根细胞吸收硅的能力弱，吸收钙的能力强D硅是小分子，钙是大分子解析：选 B 水稻吸收硅多，而吸收钙少，体现了细胞对于物质的输入和输出具有选择性。3下列有关质壁分离和质壁分离复原的叙述，正确的是 ()A能否发生质壁分离和质壁分离复原也可作为判断动物细胞是否为活细胞的依据B在质壁分离现象中，与细胞壁发生分离的“质”是指细胞质C将洋葱根尖分生区细胞放在 0.3 g/mL 的蔗糖溶液中，能观察到质壁分离现象D在质壁分离和质壁分离复原过程中，主要是观察细胞中液泡体积的变化解析：选 D 动物细胞没有细胞壁，不能发生质壁分离及复原，A 错误；质壁分离是指原生质层
7、与细胞壁分离，B 错误；洋葱根尖分生区细胞不成熟，没有大液泡，质壁分离效果不明显，不易观察到质壁分离现象，C 错误；在质壁分离和质壁分离复原过程中，主要是观察细胞中液泡体积的变化，D 正确。解疑难、提能力课 堂 探 究探究点一|渗透现象的分析|核心探究|一、渗透作用的有关知识整合1概念：水或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。(1)对象：溶剂分子(若为无机盐等溶质分子的运动则不能称为渗透作用)。(2)条件：通过“半透膜”(若没有半透膜这道“屏障”，则为简单的物理扩散，也不能称为渗透作用)。(3)方向：低浓度溶液(水多的一方)高浓度溶液(水少的一方)(此处浓度仅指物质的量浓度)。2渗透作用装置的分析(
8、1)水分子能通过半透膜，而蔗糖分子无法通过。(2)单位体积的液体中，蔗糖溶液中的水分子少于清水中的水分子，所以水分子由清水移向蔗糖溶液的速率大于反向移动速率，从而导致长颈漏斗内的液体总量增多、液面升高，直至渗透平衡。易 错 易 混(1)从微观上讲，半透膜两侧水的运输是双向的，若两侧溶液浓度不平衡，则双向运输速率不相等，导致浓度高的一侧溶液总量增多。(2)长颈漏斗内液面不会一直上升，而是达到某一高度时稳定不变。此时半透膜两侧的压力相等，水分子进出平衡，但内部溶液浓度仍大于外部溶液浓度，因为半透膜从长颈漏斗内侧感受到的压力有两个部分，一是内部溶液产生的吸引水进入的渗透压，还有高出的液柱所产生的阻止
9、水进入的压力，当二者相等时，水分子进出平衡，液面停止上升。(3)溶液的渗透压是指溶液中溶质微粒对水的吸引力，所以单位体积溶液中溶质微粒的数目越多，其渗透压越大，即溶液的渗透压大小取决于溶液的物质的量浓度，而与质量分数或体积分数没有必然的联系。二、细胞的吸水和失水1动物细胞的吸水和失水(1)细胞膜相当于半透膜，外界溶液的浓度与细胞质的浓度存在浓度差，共同构成一个渗透系统。(2)细胞吸水或失水的多少取决于细胞膜两侧溶液的浓度差。当外界溶液的浓度细胞质的浓度时细胞失水皱缩。当外界溶液的浓度细胞质的浓度时水分子进出细胞处于动态平衡。2植物细胞的吸水和失水(1)成熟的植物细胞是一个渗透系统。半透膜原生质
10、层(包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质)，相当于一层半透膜。浓度差外界溶液与细胞液之间具有一定的浓度差。(2)植物细胞吸水和失水的现象当外界溶液浓度细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离。当外界溶液浓度细胞液浓度(2)表现微观上：质壁分离液泡大小细胞液颜色浅深原生质层与细胞壁分离宏观上：植物由坚挺变萎蔫2植物细胞质壁分离及复原的实验分析(1)实验原理：成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，细胞液与外界溶液具有一定的浓度差，细胞可以发生渗透失水和吸水。(2)操作特点采用“引流法”更换装片中细胞所处的外界溶液；为了使溶液更换得较为彻底，两次滴加溶液的方向相反。设置了前后“自身对照”，实验只有
11、一个操作对象(一个装片中的植物细胞)，先后使其处于不同种类的溶液中，进而观察细胞的不同变化。实验操作在显微镜的载物台上进行，边操作边观察，所以整个实验过程中，细胞均需要处于活性状态。(3)实验现象及分析当细胞处于 0.3 g/mL 的蔗糖溶液中时，细胞不断失水，由于原生质层的伸缩性大于细胞壁的，所以原生质层逐渐与细胞壁分离，即发生了质壁分离。质壁分离的过程中，因为液泡中细胞液不断失水，而其中的色素不能逸出，所以液泡体积不断缩小，颜色也随之加深。把已经发生质壁分离的细胞放入清水中时，由于细胞液的浓度大于清水的浓度，细胞开始从外界吸水，液泡体积不断增大，原生质层最终重新与细胞壁贴合，即发生质壁分离
12、的复原。3质壁分离及复原的应用(1)判断某一植物细胞是否还有活性原理：只有活细胞的原生质层才具有选择透过性，才能发生质壁分离和复原。方法：待测成熟植物细胞一定浓度的蔗糖溶液显微观察。(2)测定某一细胞的细胞液浓度原理：当外界溶液浓度细胞液浓度时，细胞失水发生质壁分离；当外界溶液浓度细胞液浓度时，细胞不发生质壁分离。方法：待测细胞(均分多组)一系列不同浓度的蔗糖溶液显微观察不同组别中细胞质壁分离的程度细胞液浓度介于不发生质壁分离和刚发生质壁分离的外界溶液浓度之间。(3)比较不同植物细胞液的浓度大小原理：不同植物细胞的细胞液浓度不同，在同一蔗糖溶液中发生质壁分离的速率和程度不同。方法：不同的待测细
13、胞相同浓度的蔗糖溶液显微观察，比较不同细胞的质壁分离速率和程度。(4)鉴定溶液种类原理：外界溶液的溶质分子若不能通过原生质层，则细胞只能质壁分离，不能自动复原；若外界溶液的溶质分子可被细胞吸收，则细胞置于其中后，可发生质壁分离后自动复原现象。方法：成熟植物细胞不同种类待测溶液显微观察各组细胞是否能发生质壁分离后的自动复原。|探究思考|为什么植物细胞在 KNO3、甘油等试剂中发生质壁分离后自动复原？提示 实验开始时，外界 KNO3 溶液浓度大于细胞液浓度，植物细胞因失水而出现质壁分离现象。由于 K和 NO3 能被植物细胞吸收，细胞液的浓度增大，当细胞液的浓度大于外界溶液浓度时，细胞又因吸水而出现
14、质壁分离自动复原现象。用一定浓度的甘油、尿素和乙二醇做质壁分离实验时也会发生类似的现象。|探究演练|4下列关于植物细胞质壁分离实验的叙述，错误的是()A与白色花瓣相比，采用红色花瓣有利于实验现象的观察B用黑藻叶片进行实验时，叶绿体的存在会干扰实验现象的观察C用紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位观察到的质壁分离程度可能不同D紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中有色素，有利于实验现象的观察解析：选 B 做植物细胞质壁分离实验选择有颜色的材料，有利于实验现象的观察，A 正确；黑藻叶片的叶肉细胞中液泡呈无色，叶绿体的存在使原生质层呈绿色，有利于实验现象的观察，B 错误；紫色洋葱鳞片叶外表皮不同部位细胞的细胞液浓
15、度不一定都相同，用相同浓度的外界溶液进行质壁分离实验时观察到的质壁分离程度可能不同，C 正确；紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的液泡中有色素，有利于实验现象的观察，D 正确。5在“观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原”的活动中，显微镜下可依次观察到甲、乙、丙三种细胞状态，下列叙述正确的是()A实验中为了能观察得更清楚可直接使用高倍物镜观察B甲到乙的过程中，物质进出表皮细胞的方式仅有渗透作用C乙到丙的过程中，液泡的颜色变浅、色素含量减少D图中甲和乙的细胞状态都可以起对照作用解析：选 D 该实验使用低倍显微镜观察即可，而且如果使用高倍镜，也不可直接使用高倍物镜观察，需要先在低倍镜下找到物像，将物像移至
16、视野中央，再换上高倍物镜观察，A错误；甲到乙的过程中，细胞发生质壁分离，细胞失水，由于不能明确细胞外液体的成分，故不能说物质进出表皮细胞的方式仅有渗透作用(也可能存在主动运输)，B 错误；乙到丙的过程细胞发生质壁分离复原，细胞吸水，液泡的颜色变浅但色素含量并不减少，而是色素的浓度变小，C 错误；观察洋葱表皮细胞的质壁分离及质壁分离复原的实验应用的是前后自身对照的原则，图中甲和乙的细胞状态都可以起对照作用，D 正确。6如图为某同学利用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料，观察植物细胞质壁分离与质壁分离复原的基本操作步骤。下列相关叙述中，错误的是()A第二次观察(D)和第一次观察(B)形成对照，第
17、三次观察(F)和第二次观察(D)形成对照B该实验用显微镜主要观察原生质层和细胞壁的位置关系、液泡的颜色和大小等C如果将蔗糖溶液换成浓度适宜的 KNO3 溶液，则可以省略 E 过程D增大蔗糖溶液的浓度，实验效果会更明显且不影响细胞的活性解析：选 D 图中共有三次利用显微镜进行的观察，观察的指标主要是原生质层和细胞壁的位置关系以及液泡的颜色和大小。三次观察形成对照，以确定是否发生了质壁分离或质壁分离复原，A、B 项正确；如果将蔗糖溶液换成浓度适宜的 KNO3溶液，由于细胞在失水的同时，会不断地吸收 K和 NO3，所以细胞液浓度升高，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞开始吸水，从而出现质壁分离自动
18、复原现象，C 项正确；如果蔗糖溶液浓度过大，会导致细胞因过度失水而死亡，D 项错误。课 堂 小 结|网络构建|巩固基础|1渗透作用发生的两个条件：一是半透膜，二是浓度差。2原生质层包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。3植物细胞发生质壁分离的原因：(1)外界溶液浓度大于细胞液浓度；(2)原生质层的伸缩性大于细胞壁。4只有活的成熟植物细胞才可发生质壁分离，动物细胞和根尖分生区细胞不发生质壁分离。5细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，选择透过性是活细胞的功能特性。6成熟植物细胞在一定浓度的 KNO3、尿素等溶液中会先发生质壁分离后自动复原的现象。基础练、达标练课 堂 演 练1一个典型的渗透装置
19、必须()具有半透膜 具有液泡 半透膜的两侧溶液具有浓度差 具有细胞结构A B C D解析：选 B 渗透装置必须具备的条件为半透膜和半透膜的两侧具有浓度差。2(2019湖北襄阳高一期末)紫色洋葱的鳞片叶外表皮细胞能在一定浓度的蔗糖溶液中发生质壁分离，下列选项中不属于发生该现象的必要条件的是()A细胞壁的伸缩性小于原生质层的B细胞内外存在浓度差C液泡中有紫色的水溶性色素D水分子能穿过原生质层解析：选 C 植物细胞发生质壁分离的外因：外界溶液浓度细胞液浓度；内因：原生质层相当于一层半透膜，细胞壁的伸缩性小于原生质层的；表现：液泡由大变小，颜色由浅变深，原生质层与细胞壁分离。选择液泡中有紫色色素的洋葱
20、鳞片叶外表皮细胞做此实验的目的是容易观察，如果换成白色的洋葱鳞片叶内表皮细胞，一样可以发生质壁分离。3科学家做过这样的实验：准备好含 Ca2、Mg2和 SiO44的培养液，将番茄和水稻分别放在上述培养液中培养。一段时间后，培养液中的离子浓度如下图所示。根据实验结果，以下结论正确的是()ACa2、Mg2和 SiO44 的跨膜运输是顺相对含量梯度的B番茄细胞对 Ca2的吸收速率大于对水的吸收速率C不同作物对无机盐的吸收差异不大D番茄培养液中的 SiO44 浓度增高是由番茄体内的 SiO44外流所致解析：选 B Ca2、Mg2和 SiO44 的跨膜运输是主动运输，可逆浓度梯度进行，A 错误；番茄细胞
21、对 Ca2的吸收速率大于对水的吸收速率，造成培养液中 Ca2浓度下降，B 正确；水稻吸收的 SiO44 多，对 Ca2、Mg2吸收量少，而番茄吸收的 Ca2和 Mg2较多，对 SiO44 吸收量少，这说明不同作物对无机盐的吸收差异较大，C 错误；番茄培养液中的 SiO44 浓度增高是由于番茄吸收水的速率比吸收 SiO44 的速率快，D 错误。4下图表示一中间隔以半透膜(只允许水分子通过)的水槽，两侧分别加入等物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液。然后在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶(麦芽糖酶只能分解麦芽糖)。在加入麦芽糖酶前后 A、B 两侧液面的变化理论上是()A加酶前 A 侧液面上升，加酶后
22、 B 侧液面上升并高于 A侧液面高度B加酶前 A 侧液面上升，加酶后 B 侧液面上升并等于 A侧液面高度C加酶前后 A、B 两侧液面高度不变D加酶前 A、B 两侧液面高度不变，加酶后 B 侧液面上升并高于 A 侧液面高度解析：选 D 影响水分子扩散的溶液浓度的大小取决于溶质微粒的数目。相同物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液渗透压相等，但加入麦芽糖酶后，1 分子麦芽糖可被分解成 2分子葡萄糖，溶液的浓度变大，B 侧溶液的渗透压将大于 A 侧溶液的，由 A 侧溶液进入 B 侧溶液的水分子数多于由 B 侧溶液进入 A 侧溶液的水分子数，故 B 侧液面上升并高于 A 侧液面高度。5在紫色的洋葱鳞片叶
23、外表皮细胞临时装片的盖玻片一侧滴加质量浓度为 0.3 g/mL 的蔗糖溶液后，出现了如图所示的情形，请回答：(1)此 细 胞 发 生 了 _ 现 象，是 细 胞_的结果。(2)图中的结构名称是_，共同构成了_。(3)图 中 充 满 了 _，其 浓 度_。(4)将此细胞置于清水中，的体积会_，这是由于细胞_的结果。(5)在滴加质量浓度为 0.3 g/mL 的蔗糖溶液的过程中，显微镜下不可能观察到的现象是()A液泡缩小B细胞壁与原生质层分离C液泡颜色变浅D细胞核位于原生质层内解析：(1)由图示可知，图中原生质层与细胞壁发生了分离，这是由于细胞发生渗透失水的结果。(2)图中表示细胞膜，表示细胞质，表
24、示液泡膜，三者共同构成了原生质层。(3)图中表示原生质层与细胞壁分离后形成的空间，充满了外界的蔗糖溶液，由于细胞液中水分依次经过液泡膜、细胞质、细胞膜，进入蔗糖溶液，此处的溶液浓度稍低于 0.3 g/mL。(4)将已发生质壁分离的植物细胞置于清水中，由于细胞液浓度高于外界的清水浓度，细胞渗透吸水，液泡体积变大。(5)用显微镜观察植物细胞的质壁分离过程中，由于细胞渗透失水，液泡体积逐渐变小，液泡颜色变深，细胞壁与原生质层分离，细胞核位于原生质层内，不会观察到液泡颜色变浅现象。答案：(1)质壁分离 渗透失水(2)细胞膜 原生质层(3)蔗糖溶液 略小于 0.3 g/mL(4)变大 渗透吸水(5)Cword部分：请做：课 下 提 能查缺失、补漏点点此进入该word板块