第四章 物質(zhì)的輸入和輸出 第1節(jié)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例 新舊脈絡(luò) 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 理解植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原的原理 2 學(xué)會(huì)觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原 3 舉例說出細(xì)胞膜是選擇透過性膜 核心概念濃度差半透膜原生質(zhì)層伸縮性 基礎(chǔ)知識 一 細(xì)胞的吸水和失水1 原理細(xì)胞吸水和失水的原理是 作用 該作用發(fā)生須具備兩個(gè)條件 滲透 2 動(dòng)物細(xì)胞的吸水和失水 1 條件 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 細(xì)胞膜兩側(cè)存在 2 吸水與失水 當(dāng)外界溶液濃度小于細(xì)胞質(zhì)濃度時(shí) 細(xì)胞 當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞質(zhì)濃度時(shí) 細(xì)胞 當(dāng)外界溶液濃度等于細(xì)胞質(zhì)濃度時(shí) 水分 半透膜 濃度差 吸水膨脹 失水皺縮 進(jìn)出細(xì)胞處于動(dòng)態(tài)平衡 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) 2 質(zhì)壁分離與質(zhì)壁分離復(fù)原 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 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 當(dāng)外界溶液濃度等于細(xì)胞液濃度時(shí) 水分 分離 分離復(fù)原 進(jìn)出細(xì)胞處于動(dòng)態(tài)平衡 Mg2 Ca2 逆濃度梯度 差異 順相對含量梯度 選擇性 選擇透過性 水 離子 小分子 大分子 1 有的黑心商販向豬 牛 羊肉中注水 以增加肉的重量 他們能注進(jìn)去嗎 這體現(xiàn)了什么生物學(xué)原理 提示 能 體現(xiàn)了動(dòng)物細(xì)胞通過滲透作用吸水的原理 2 你知道鹽堿地莊稼不易成活的主要原因嗎 提示 鹽堿地的土壤溶液濃度高 導(dǎo)致植物根細(xì)胞從土壤中吸水困難 有些植物根細(xì)胞可能反而失水 使植物因水分供應(yīng)不足而死亡 3 在同一塊田里連年種同一種作物會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)量下降現(xiàn)象 試解釋原因 提示 長期在同一塊田里種植同一種作物 由于作物對離子的選擇性吸收 導(dǎo)致某些元素含量下降 就會(huì)影響作物生長 從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降 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 判斷題 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 7 同種細(xì)胞吸收不同礦質(zhì)元素離子的速率都相同 8 番茄和水稻根系吸收Si元素的量相等 9 細(xì)胞吸水和失水是水分子逆相對含量梯度跨膜運(yùn)輸?shù)倪^程 10 無機(jī)鹽離子可以逆相對含量梯度進(jìn)行跨膜運(yùn)輸 課內(nèi)探究 知識點(diǎn)1滲透現(xiàn)象及原理分析 3 滲透作用的原理 4 三種滲透模型的比較 有關(guān)滲透現(xiàn)象的三點(diǎn)提醒 1 兩溶液間的水分子進(jìn)行雙向運(yùn)動(dòng) 實(shí)際觀察到的只是水分子雙向運(yùn)動(dòng)差異所導(dǎo)致的液面變化 2 當(dāng)液面高度不再變化時(shí) 水分子仍進(jìn)出半透膜 但進(jìn)出達(dá)到平衡 3 若溶質(zhì)分子能通過半透膜 則先是濃度高的一側(cè)液面升高 隨后另一側(cè)液面上升 最后達(dá)到滲透平衡 下列現(xiàn)象屬于滲透作用的是 A 蔗糖在水中溶解后使水變甜B(yǎng) 春天放在空氣中食鹽潮解C 小麥種子浸在水中逐漸脹大D 新鮮菜葉放在水中變硬 解析 滲透作用發(fā)生的條件有二 是有半透膜 是半透膜兩側(cè)有濃度差 四個(gè)選項(xiàng)中 只有D項(xiàng)符合題意 D 變式訓(xùn)練1 如圖所示 甲是滲透作用裝置示意圖 乙 丙兩曲線圖中的橫坐標(biāo)代表時(shí)間 下列敘述不正確的是 A 半透膜內(nèi)溶液a的濃度變化可用圖丙表示B 水分子由半透膜外進(jìn)入半透膜內(nèi)的速率變化可用圖乙表示C 玻璃管內(nèi)的液面高度變化可用圖丙表示D 半透膜內(nèi)外濃度差的變化可用圖乙表示 A 解析 由于半透膜內(nèi)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 的蔗糖溶液 外面為蒸餾水 膜內(nèi)溶液濃度高于膜外溶液濃度 整體而言 水分子由膜外進(jìn)入膜內(nèi) 蔗糖溶液濃度降低 可用圖乙表示 水分子進(jìn)入半透膜的速率由膜內(nèi)外兩側(cè)的濃度差決定 由于水分子不斷進(jìn)入膜內(nèi) 兩側(cè)的濃度差越來越小 水分子進(jìn)入半透膜的速率也逐漸下降 最后保持不變 可用圖乙表示 隨著水分子的進(jìn)入 玻璃管內(nèi)的液面高度逐漸上升 一段時(shí)間后保持不變 可用圖丙表示 一 植物細(xì)胞的吸水和失水的實(shí)驗(yàn)探究1 植物細(xì)胞與滲透裝置的比較據(jù)圖分析可知 一個(gè)植物細(xì)胞類似于一個(gè)滲透裝置 知識點(diǎn)2探究植物細(xì)胞的吸水和失水 2 探究性實(shí)驗(yàn)的一般過程 根據(jù)觀察到的現(xiàn)象 提出問題 作出假設(shè) 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 分析結(jié)果 得出結(jié)論 總結(jié)交流 進(jìn)一步探究 3 假設(shè) 原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜 4 預(yù)期結(jié)果 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)胞的中央液泡會(huì)變小 發(fā)生質(zhì)壁分離 5 裝片制作示意圖及實(shí)驗(yàn)流程 1 裝片制作示意圖 2 實(shí)驗(yàn)流程 9 實(shí)驗(yàn)操作中注意的問題 1 實(shí)驗(yàn)材料 選擇實(shí)驗(yàn)材料是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵之一 要選取成熟的 液泡帶有一定顏色的植物組織進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 如紫色的洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞 2 實(shí)驗(yàn)試劑 濃度適宜 a 若蔗糖溶液濃度過低 不足以引起質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離所需時(shí)間過長 b 若蔗糖溶液濃度過高 可能造成植物細(xì)胞失水過多 過快而死亡 種類得當(dāng) a 若使用質(zhì)量濃度為1mol L的KNO3溶液 則細(xì)胞能發(fā)生質(zhì)壁分離 并能自動(dòng)復(fù)原 因?yàn)镵 和NO可被細(xì)胞吸收 使細(xì)胞液濃度增大 細(xì)胞滲透吸水 b 若使用質(zhì)量濃度為1mol L的醋酸溶液 則不發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象 因?yàn)榇姿崮軞⑺兰?xì)胞 使原生質(zhì)層失去選擇透過性 3 實(shí)驗(yàn)操作過程 滴加蔗糖溶液或清水時(shí) 應(yīng)在載物臺上操作 故滴加液體不要太多 避免污染物鏡鏡頭 觀察質(zhì)壁分離的時(shí)間不宜過長 以免細(xì)胞因長期處于失水狀態(tài)而死亡 影響對復(fù)原現(xiàn)象的觀察 知識貼士并非所有的細(xì)胞都可以發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象 成熟的植物細(xì)胞具有大液泡 質(zhì)壁分離現(xiàn)象明顯 而未成熟的植物細(xì)胞沒有大液泡 質(zhì)壁分離現(xiàn)象不明顯 不易觀察 動(dòng)物細(xì)胞由于沒有細(xì)胞壁 故不發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象 質(zhì)壁分離中的 質(zhì) 指的是原生質(zhì)層 而不是細(xì)胞質(zhì) 發(fā)生質(zhì)壁分離后 細(xì)胞膜與細(xì)胞壁的間隙內(nèi)充滿了蔗糖溶液 因?yàn)榧?xì)胞壁具有全透性 質(zhì)壁發(fā)生分離的原因是外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度 隨著細(xì)胞滲透失水 雖然細(xì)胞液濃度會(huì)增大 但可能仍然小于外界溶液濃度 此處指的是物質(zhì)的量濃度 不是質(zhì)量濃度 將紫色洋蔥鱗片葉表皮浸潤在0 3g mL的蔗糖溶液中 1分鐘后進(jìn)行顯微觀察 結(jié)果如圖 下列敘述錯(cuò)誤的是 A A 圖中L是細(xì)胞壁 M是液泡 N是細(xì)胞質(zhì)B 將視野中的細(xì)胞浸潤在清水中 原生質(zhì)層會(huì)逐漸復(fù)原C 實(shí)驗(yàn)說明細(xì)胞膜與細(xì)胞壁在物質(zhì)透過性上存在顯著差異D 洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞不宜作為該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)材料 解析 成熟的紫色洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞在質(zhì)量濃度為0 3g mL的蔗糖溶液中發(fā)生了質(zhì)壁分離 結(jié)合題干中的圖可知 L是細(xì)胞壁 M是液泡 N是細(xì)胞壁與原生質(zhì)層之間的部分 故A項(xiàng)錯(cuò)誤 將視野中的細(xì)胞浸潤在清水中 液泡會(huì)滲透吸水 原生質(zhì)層逐漸復(fù)原 故B項(xiàng)正確 細(xì)胞膜具有選擇透過性 蔗糖不能透過 而細(xì)胞壁允許蔗糖通過 具有全透性 故C項(xiàng)正確 洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞不具有大液泡 滲透吸水與失水不明顯 因此不宜作為該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)材料 故D項(xiàng)正確 變式訓(xùn)練2 下圖為某同學(xué)利用紫色洋蔥鱗片葉作為實(shí)驗(yàn)材料 觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原的基本操作步驟 下列相關(guān)敘述中 錯(cuò)誤的是 A 第二次觀察 D 和第一次觀察 B 形成對照 第三次觀察 F 和第二次觀察 D 形成對照B 該實(shí)驗(yàn)用顯微鏡主要觀察原生質(zhì)層和細(xì)胞壁的位置 液泡的顏色和大小等 D C 如果將蔗糖溶液換成濃度適宜的KNO3溶液 則可以省略E過程D 增大蔗糖溶液的濃度 實(shí)驗(yàn)效果會(huì)更明顯且不影響細(xì)胞的活性 解析 解答本題要清楚每一步的操作方法及目的 尤其是顯微鏡觀察的指標(biāo)及溶液的種類和濃度對該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響 圖中共有三次利用顯微鏡進(jìn)行的觀察 觀察的指標(biāo)主要是原生質(zhì)層和細(xì)胞壁的位置關(guān)系以及液泡的大小和顏色 三次觀察形成對照 了解是否發(fā)生了質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離復(fù)原 A B兩項(xiàng)正確 如果將蔗糖溶液換成濃度適宜的KNO3溶液 由于細(xì)胞在失水的同時(shí) 會(huì)不斷地吸收K 和NO 導(dǎo)致細(xì)胞液濃度升高 當(dāng)細(xì)胞液濃度大于外界溶液濃度時(shí) 細(xì)胞開始吸水 從而出現(xiàn)質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原現(xiàn)象 C項(xiàng)正確 如果蔗糖溶液濃度過大 會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞因過度失水而死亡 D項(xiàng)錯(cuò)誤 指點(diǎn)迷津 假設(shè)將標(biāo)號為甲 乙 丙的同一種植物的細(xì)胞 細(xì)胞液濃度相同 分別放在a b c三種不同濃度的蔗糖溶液中 一段時(shí)間后得到如圖所示狀態(tài) 原生質(zhì)層不再變化 據(jù)圖分析推理不正確的是 A 實(shí)驗(yàn)前蔗糖溶液濃度為 c b aB 實(shí)驗(yàn)后蔗糖溶液濃度為 c b aC 實(shí)驗(yàn)后細(xì)胞的吸水能力 丙 乙 甲D 實(shí)驗(yàn)后細(xì)胞液濃度 丙 乙 甲 解析 由于濃度差越大發(fā)生質(zhì)壁分離的程度就越大 所以c蔗糖溶液濃度最高 b次之 a最低 實(shí)驗(yàn)后a b c中的細(xì)胞的吸水與失水均已處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài) 由于此時(shí)細(xì)胞液濃度 丙 乙 甲 所以外界溶液的濃度也是不相同的 應(yīng)為c b a B 學(xué)霸記憶 1 滲透作用 1 概念 指水分子或其他溶劑分子通過半透膜從低濃度溶液向高濃度溶液的擴(kuò)散 2 發(fā)生條件 一是具有半透膜 二是半透膜兩側(cè)具有濃度差 2 原生質(zhì)層 細(xì)胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì) 3 植物細(xì)胞的吸水和失水 外界溶液濃度 細(xì)胞液濃度時(shí) 細(xì)胞失水 發(fā)生細(xì)胞質(zhì)壁分離 外界溶液濃度 細(xì)胞液濃度時(shí) 細(xì)胞吸水 細(xì)胞質(zhì)壁分離復(fù)原 外界溶液濃度 細(xì)胞液濃度時(shí) 水分進(jìn)出細(xì)胞處于動(dòng)態(tài)平衡 4 質(zhì)壁分離產(chǎn)生的原因內(nèi)因 原生質(zhì)層具有選擇透過性 且其伸縮性大于細(xì)胞壁伸縮性 外因 外界溶液濃度 細(xì)胞液濃度 5 細(xì)胞膜生理特點(diǎn) 選擇透過性水分子可以自由通過 一些離子和小分子也可以通過 而其他的離子 小分子和大分子則不能通過 知識構(gòu)建