1、第1节物质跨膜运输的实例学 习 目 标核 心 素 养1.掌握渗透作用发生的条件。(重点)2.描述质壁分离与复原的过程。(重点)3.理解植物细胞的失水和吸水在实验中的应用。(难点)1.通过对渗透作用和动植物细胞的吸水和失水的学习，养成模型与建模的科学思维方式。2.通过实验观察植物细胞的质壁分离和复原，提高实验设计和实验结果分析的能力。一、渗透作用与细胞的吸水和失水1渗透作用具备的两个条件(1)具有半透膜。(2)膜两侧具有浓度差。2动物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。(2)条件及现象过程条件现象吸水外界溶液的浓度细胞质的浓度失水外界溶液的浓度细胞质的浓度平衡外界溶液的浓度细胞质
2、的浓度3.植物细胞的吸水和失水(1)成熟植物细胞的结构(2)原理和现象外界溶液浓度大于细胞液浓度时，发生质壁分离现象。外界溶液浓度小于细胞液浓度时，发生质壁分离复原现象。二、植物细胞的质壁分离和复原1实验原理成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，细胞液具有一定的浓度，能够渗透失水和吸水。2实验步骤及现象3发生质壁分离的原因(1)外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度。(2)内因：原生质层比细胞壁的伸缩性大。三、物质跨膜运输的实例1实例(1)番茄和水稻吸收无机盐离子的比较科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2、Mg2和SiO的培养液中培养，结果及分析如下：不同植物对同一种无机盐离子的吸收有差异，同一
3、种植物对不同种无机盐离子的吸收也有差异，说明植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有选择性。水稻吸收水的相对速率比吸收Ca2、Mg2的大，造成培养液中Ca2、Mg2浓度上升；番茄吸收水的相对速率比吸收SiO的大，造成培养液中SiO浓度上升。(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘含量明显高于血液中碘的含量。(3)不同微生物对不同矿物质的吸收表现差异较大。2特点(1)物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的。(2)细胞对物质的输入和输出有选择性。3结论细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。1动物细胞的细胞膜相当于半透膜。()2当外界溶液与细胞质浓度相同时，水分不进不出。()3植物细胞的原生质层指去掉细胞壁的部分。()
4、4物质跨膜运输都是顺相对含量梯度的。()5细胞对于物质的输入和输出具有选择性。()提示：1.2外界溶液与细胞质浓度相等时，水分进出达到平衡。3植物细胞去掉细胞壁的部分叫原生质体，原生质体包含细胞液。4物质运输可以逆相对含量梯度进行。5渗透现象及原理分析问题探究根据“人教版生物必修1”P60“问题探讨”，思考讨论下列问题：1漏斗内液面升高的原因是什么？漏斗内的液面会一直上升吗？为什么？提示：单位体积的清水中水分子数大于蔗糖溶液中的水分子数，单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子多于由蔗糖溶液进入清水的水分子。但漏斗内的液面不会一直上升。因为随着漏斗内液面的上升，漏斗内液面与烧杯内液面差产生的静水压
5、会增大，由于静水压的作用，漏斗内的水分子向烧杯扩散的速度会加快，当水分子由蔗糖溶液向清水扩散的速度与由清水向蔗糖溶液扩散的速度相等时，扩散达到平衡状态，漏斗内的液面不再上升。2渗透装置中，当漏斗内溶液不再上升时，半透膜两侧的溶液浓度相同吗？提示：不同。渗透作用达到平衡时，水分子通过半透膜的双向扩散速率相等，但漏斗内蔗糖溶液的浓度仍高于烧杯中清水的浓度。这是漏斗内液面升高产生的作用力加大，阻止烧杯中水分子向漏斗扩散的缘故。3如果用纱布代替玻璃纸，漏斗液面还会升高吗？如果烧杯内不是清水，而是同浓度的蔗糖溶液，漏斗液面还会升高吗？提示：不会，因为纱布是全透性的，水分子和蔗糖溶液都能通过。如果烧杯内是
6、同浓度的蔗糖溶液则液面不会升高，因为半透膜两侧溶液没有浓度差。4.根据以上的探讨，思考发生渗透作用需要具备哪些条件？提示：半透膜和浓度差。归纳总结 1渗透现象的分析(1)图示(2)原理分析(3)分析上图可知：h产生的压强与水和蔗糖溶液产生的渗透压差达到平衡，使半透膜两侧水分子的交换速率相等时，液面不再升高。2动植物细胞都是渗透系统3渗透作用的应用(1)比较不同溶液浓度的大小漏斗内烧杯内溶液浓度MN现象及结论若漏斗内液面上升，则MN若漏斗内液面不变，则MN若漏斗内液面下降，则MbC实验过程中漏斗管内的液面先上升后保持稳定D当漏斗管内的液面停止上升时，水分子进出漏斗达到动态平衡B纱布不能作为半透膜
7、，则漏斗内的蔗糖会扩散到外界溶液中，浓度差无法维持，液面不会上升，A项正确；由图知，b漏斗液面上升，故实验开始时溶液浓度大小是ba，B项错误；实验过程中漏斗管内的溶液浓度较大，水分子进入漏斗内的多于从漏斗出来的，液面先上升，达到一定高度后液面不再上升，水分子进出漏斗达到动态平衡，C、D项正确。(1)漏斗管内的液面保持稳定后，若吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，则达到平衡时，漏斗中液面上升的高度与原来相比有什么变化？提示：吸出漏斗中高出烧杯液面的溶液，由于渗透作用液面会继续上升，上升的时候将漏斗中的溶液稀释，因此上升的高度会下降。(2)若向漏斗中滴入清水，漏斗中液面的高度有什么变化？提示：若向漏斗中
8、滴入清水，漏斗内溶液的浓度降低，漏斗内的液面会降低。(3)若向烧杯内加入适量的清水，漏斗内的液面有什么变化？提示：向烧杯内加入清水，烧杯内溶液的浓度降低，漏斗内液面会上升。2图1表示两种物质扩散的图解，图2两个实验装置，实验结果应是()图1图2A图甲中水柱a将持续上升B图甲中水柱a将先上升后下降C图乙中水柱b上升到一定高度后维持不变D图乙中水柱b将先上升后下降D由于图甲中的淀粉不能透过半透膜，所以图甲中的液面高度先上升，达到一定高度后保持不变；图乙装置漏斗中葡萄糖溶液浓度大，导致液面上升，由于葡萄糖分子能够通过半透膜，导致半透膜两侧浓度差降低，所以漏斗中液面又会降低，最后液面平衡。植物细胞的质
9、壁分离和复原实验问题探究1为什么要用紫色洋葱外表皮作为实验材料？根尖分生区细胞能不能出现质壁分离？提示：紫色洋葱外表皮细胞的细胞液中有花青素，使液泡中的细胞液呈紫色，有利于观察。根尖分生区细胞不会发生质壁分离，因为它无大液泡。2实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？提示：观察正常洋葱鳞片叶表皮细胞的状态，以便与处理后的状态形成对照。3细胞质壁分离过程中，细胞液的浓度和细胞的吸水能力有什么变化？质壁分离复原过程中，两者又有什么变化？提示：质壁分离过程中，随着质壁分离程度增大，细胞液的浓度增大，植物细胞吸水能力增强；质壁分离复原过程中，随着质壁分离复原的进行，细胞液的浓度变小，植
10、物细胞吸水能力减弱。4发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？提示：因为细胞壁是全透性的，所以洋葱表皮细胞原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。5本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低分别对实验有何影响？提示：选用0.3g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分离，又不会杀死细胞。若浓度过高，质壁分离速度过快，细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。6若用合适浓度的KNO3溶液进行实验，结果发现细胞质壁分离后，没有滴加清水，出现了质壁分离自动复原现象。请分析原因是什么？ 提示：开始外界溶液浓度较大，细胞发
11、生质壁分离；细胞主动吸收K和NO后，随着细胞液浓度增大，质壁分离又会自动复原。 1质壁分离的原因及表现分析2实验需要注意的问题(1)实验成功的关键之一是实验材料的选择。要选取成熟的、活的且液泡带有一定颜色的植物组织进行实验，便于观察实验现象。(2)滴加蔗糖溶液或清水时，应在载物台上操作。(3)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；过高，可能造成植物细胞失水过多、过快而死亡。(4)当以细胞可吸收的物质作溶质时(如甘油、尿素、KNO3、乙二醇等)，可出现质壁分离及自动复原现象。3质壁分离实验的拓展应用(1)判断细胞的生活情况：只有活的植物细胞才能发生质壁分离。(
12、2)比较不同植物细胞的细胞液浓度所需时间越短，细胞液浓度越小，反之细胞液浓度越大。(3)测定细胞液浓度范围细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间。1图1为质壁分离及其复原实验流程图，图2为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离实验结果图，下列说法正确的是()图1图2A图1实验没有设置对照B图2若视野比较暗，则只能通过调节反光镜使视野变亮C图2是图1中F处的实验结果观察图D图2细胞若继续发生质壁分离，则该细胞的吸水能力不断增强D图1中实验前后形成自身对照，A错误；图2若视野比较暗，可以通过调节反光镜或光圈来使得视野变亮，B错误；图2细胞处于质壁分离状态，可能是图1中D处的
13、实验结果观察图，C错误；细胞在质壁分离的过程中，不断失水，其吸水能力不断增强，D正确。2将同一成熟植物细胞依次浸入蒸馏水、0.3 mol/L的蔗糖溶液和0.4 mol/L的KNO3溶液中，测得液泡的体积随时间的变化曲线如图所示，则曲线A、B、C分别代表细胞所处的溶液是()A蒸馏水、蔗糖溶液、KNO3溶液BKNO3溶液、蒸馏水、蔗糖溶液C蒸馏水、KNO3溶液、蔗糖溶液D蔗糖溶液、KNO3溶液、蒸馏水C浸入蒸馏水，细胞吸水膨胀，一段时间达到平衡，为A曲线。浸入0.3 mol/L的蔗糖溶液，细胞失水发生质壁分离，细胞体积缩小，一段时间后达到平衡，为C曲线。浸入0.4 mol/L的KNO3溶液，开始一
14、段时间细胞失水发生质壁分离，细胞体积缩小，后来由于K、NO进入细胞液，导致细胞液浓度增加，重新吸水，发生质壁分离复原，为B曲线。故C正确。物质跨膜运输的其他实例问题探究1细胞对水的吸收和对无机盐的吸收是同一过程吗？提示：不是同一过程，但无机盐必须溶解在水中才能被吸收。 2在农业生产中，不同作物及同一作物在不同生长发育时期要施用不同的肥料，其中的生物学原理是什么？提示：植物对无机盐的吸收具有选择性。3蔗糖和醋酸分子都不能被细胞吸收，不能通过细胞膜，但糖和醋能把大蒜腌成糖醋蒜，原因是什么？提示：醋和高浓度蔗糖溶液使细胞因过度失水而死亡，原生质层失去选择透过性，故蔗糖分子能进入细胞内。 1选择透过性
15、膜具有选择性的原因不同细胞膜上运输物质的载体蛋白的种类和数量不同，从而使细胞膜对物质透过表现出高度的选择性。2半透膜、选择透过性膜及生物膜比较概念范畴特点半透膜物理学上的概念物质能否通过半透膜只取决于半透膜孔隙直径的大小选择透过性膜生理学上的概念具有生物活性，即使是小分子，只要不是细胞选择吸收的，也不能通过。选择透过性膜可以看成是功能完善的一类半透膜生物膜活的生物膜属于选择透过性膜。当细胞死亡时，细胞膜等生物膜的选择透过性就变为全透性1下列关于物质跨膜运输实例的叙述中，不正确的是()A细胞吸水和失水是水分子顺相对含量的梯度跨膜运输的过程B水分子跨膜运输的方向是由低浓度溶液向高浓度溶液C无机盐离
16、子可以逆相对含量的梯度进行跨膜运输D生物膜是选择透过性膜，小分子物质都能通过，而大分子物质则不能通过D生物膜是选择透过性膜，水分子可自由通过，一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过；水分子的跨膜运输方向是顺相对含量梯度，即由低浓度溶液向高浓度溶液扩散；细胞对于物质的输入和输出具有选择性，对于所需要的无机盐离子可以逆相对含量梯度运输，细胞不需要的小分子不能通过。2用完全培养液在两个相同的容器内分别培养水稻和番茄幼苗，假设水稻和番茄幼苗的吸水速率相同，一段时间后，测定培养液中各种离子浓度与实验前之比如下图所示。该实验的结果不能说明()A植物根对水分的吸收和对离子的吸收是两
17、种不同的跨膜运输方式B与番茄相比，水稻对Si离子需要量大C同一植物吸收不同离子的数量是不同的D植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度有关D由图中植物对离子的吸收情况对比可知，不同植物对同一离子的吸收量不同，同一植物对不同离子的吸收量不同。水稻吸收Si离子多，吸收Ca、Mg离子少，而番茄吸收Ca、Mg离子相对较多，吸收Si离子相对较少。这体现了植物对无机盐离子的吸收具有选择性，这些与植物生命活动的需要有关，而与溶液中离子的浓度无关。课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 归 纳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.
18、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能发生质壁分离。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.生物膜具有选择透过性的原因是膜上运输物质的载体蛋白的种类和数目不同。1某同学拟选择一种半透性的膜材料，用于自制渗透计。他采用如图1所示的装置(示意图)，对收集到的四种材料甲、乙、丙和丁进行实验，得到了倒置漏斗中的液面高度随时间变化的曲线(如图2)。据图分析，该同学应选择的膜材料是()图1 图2A甲 B乙 C丙 D丁A图1是渗透装置，构成渗透作用
19、的条件：有半透膜，半透膜两侧有浓度差，所以图中的膜允许水分子透过，不允许糖分子透过，最终导致漏斗中液面升高，所以选A。2下图为渗透作用实验，开始时如图甲所示，A代表清水，B、C代表蔗糖溶液，过一段时间后结果如图乙，漏斗管内液面不再变化，h1、h2表示漏斗内液面与清水的液面差。下列说法错误的是()A图甲中B的浓度一定大于C的浓度B图乙中B的浓度一定等于C的浓度C图甲A中的水分子扩散到B的速度大于A中水分子扩散到C的速度D图乙A中水分子扩散到B的速度等于B中水分子扩散到A的速度B由图乙可知，B中吸水比C中多，所以图甲中B的浓度比C的浓度大，A正确；图乙中B和C的浓度大小比较还要考虑液体压力的作用，
20、液体压力的作用与浓度差的作用达到平衡状态，所以B与清水的浓度差要大于C与清水的浓度差，因此B的浓度一定大于C的浓度，B错误；图甲中由于B的浓度大于C的浓度，所以水分子从A扩散到B的速度比从A扩散到C的速度快，C正确；图乙中达到动态平衡时，水分子由A扩散到B的速度和由B扩散到A的速度相等，D正确。3人体正常红细胞是呈两面凹陷的圆饼状，现将人体的红细胞分别浸入下列a、b、c三个不同浓度溶液的烧杯内，一段时间后，实验结果如图所示。则关于a、b、c溶液浓度大小比较正确的是()Aabc Baccb DabcB由于a、b和c内的细胞分别处于膨大、皱缩和保持相对稳定状态，因此a、b、c溶液浓度大小比较是ac
21、b。4紫色洋葱表皮细胞发生质壁分离后，在显微镜下观察到()C解答此题的关键是观察图中细胞核的位置及液泡颜色深浅。紫色洋葱表皮细胞色素分布在液泡中，细胞质无色；洋葱表皮细胞的细胞核在细胞质中，不在液泡内；发生质壁分离的细胞，液泡紫色变深，故C正确。5用2 mol/L的乙二醇溶液和2 mol/L的蔗糖溶液分别浸浴某种植物细胞，观察质壁分离现象，得到其原生质体体积的变化情况如图所示，据图回答：(1)原生质体体积在AB段的变化说明：在该段时间内水分从原生质体_，细胞液浓度_。(2)在60 s后，处于2 mol/L蔗糖溶液中的细胞，其细胞液浓度将_，此时，在细胞壁与原生质层之间充满了_。要使该细胞复原，应将其置于_中。(3)在100 s后，处于2 mol/L乙二醇溶液中的细胞，其原生质体体积的变化是由_逐渐进入细胞中，引起细胞液浓度_引起的。(4)并不是该植物的所有活细胞均可发生质壁分离，能发生质壁分离的细胞必须具有_。答案(1)渗出增大(2)不变蔗糖溶液清水或低于细胞液浓度的其他溶液(3)乙二醇增大(4)大液泡
