物質(zhì)的輸入和輸出 　物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例

1、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(shuō)出細(xì)胞膜是選擇透過(guò)性膜。核心概念濃度差半透膜原生質(zhì)層伸縮性一、細(xì)胞的吸水和失水1原理細(xì)胞吸水和失水的原理是_滲透_作用，該作用發(fā)生須具備兩個(gè)條件：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_半透膜_。細(xì)胞膜兩側(cè)存在_濃度差_。(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_吸水膨脹_；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_；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_。3植物細(xì)胞的吸水和失水(1

2、)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_分離_；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_；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_。二、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例推知得出？思考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(guò)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

3、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(zhǎng)期在同一塊田里種植同一種作物，由于作物對(duì)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(zhǎng)，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。H判斷題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(guò)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(guò)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。()7同種細(xì)胞吸收不同礦質(zhì)元素離子的

4、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(duì)含量梯度跨膜運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程。(×)10無(wú)機(jī)鹽離子可以逆相對(duì)含量梯度進(jìn)行跨膜運(yùn)輸。()知識(shí)點(diǎn)1滲透現(xiàn)象及原理分析Z2滲透作用發(fā)生的條件及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(1)具有半透膜。(2)具有濃度差。3滲透作用的原理4三種滲透模型的比較模型圖示發(fā)生滲透作用條件半透膜濃度差人工滲透系統(tǒng)人工半透膜內(nèi)外側(cè)溶液存在濃度差動(dòng)物細(xì)胞細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)濃度和外界溶液濃度植物細(xì)胞原生質(zhì)層細(xì)胞液濃度和外界溶液濃度5滲透作用的應(yīng)用(1)比較不同溶液濃度的大小漏斗內(nèi)燒杯內(nèi)溶液濃度MN現(xiàn)象及結(jié)論若漏斗內(nèi)液面上升，則M>N若

5、漏斗內(nèi)液面不變，則MN若漏斗內(nèi)液面下降，則M<N(2)判斷細(xì)胞質(zhì)濃度或者細(xì)胞液濃度將動(dòng)植物細(xì)胞放在不同濃度的溶液中，觀察細(xì)胞的吸水和失水狀態(tài)，可以根據(jù)細(xì)胞的形態(tài)判斷細(xì)胞液或細(xì)胞質(zhì)濃度的大小。Y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(guò)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。D典例1下列現(xiàn)象屬于滲透作用的是(D)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

6、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。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)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

7、來(lái)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。知識(shí)點(diǎn)2探究植物細(xì)胞的吸水和失水Z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。2探究性實(shí)驗(yàn)的一般過(guò)程：根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，提出問(wèn)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(guò)，而蔗糖分子不能透過(guò)。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

8、程(1)裝片制作示意圖(2)實(shí)驗(yàn)流程6實(shí)驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)象試劑中央液泡變化原生質(zhì)層位置變化細(xì)胞大小蔗糖溶液變小脫離細(xì)胞壁基本不變清水逐漸恢復(fù)原來(lái)大小恢復(fù)原位基本不變7結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果相同，說(shuō)明“原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜”的假設(shè)是成立的。8植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的原因和表現(xiàn)(1)原因(2)表現(xiàn)9實(shí)驗(yàn)操作中注意的問(wèn)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(guò)低，不足以引起質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離所需時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。b若蔗糖溶液濃度過(guò)高，可能造成植物細(xì)胞失水過(guò)多、過(guò)

9、快而死亡。種類得當(dāng)：a若使用質(zhì)量濃度為1 mol/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1 mol/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(guò)性。(3)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程：滴加蔗糖溶液或清水時(shí)，應(yīng)在載物臺(tái)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(guò)長(zhǎng)，以免細(xì)胞因長(zhǎng)期處于失水狀態(tài)而死亡，影響對(duì)復(fù)原現(xiàn)象的觀察。知識(shí)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(méi)有大液泡，質(zhì)壁分離現(xiàn)象不明顯，

10、不易觀察。動(dòng)物細(xì)胞由于沒(méi)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)。D典例2將紫色洋蔥鱗片葉表皮浸潤(rùn)在0.3 g/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(rùn)在清水中，原生質(zhì)層會(huì)逐漸復(fù)原C實(shí)驗(yàn)說(shuō)明細(xì)胞膜與細(xì)胞壁在物質(zhì)透過(guò)性上存在顯著差異D洋蔥根

11、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0.3 g/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(rùn)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(guò)性，蔗糖不能透過(guò)，而細(xì)胞壁允許蔗糖通過(guò)，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(D)A第二次觀察

12、(D)和第一次觀察(B)形成對(duì)照，第三次觀察(F)和第二次觀察(D)形成對(duì)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(guò)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(duì)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(duì)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

13、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(kāi)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(guò)大，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞因過(guò)度失水而死亡，D項(xiàng)錯(cuò)誤。質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的拓展應(yīng)用1判斷成熟植物細(xì)胞是否有生物活性2測(cè)定細(xì)胞液濃度范圍細(xì)胞液濃度介于未發(fā)生質(zhì)壁分離和剛發(fā)生質(zhì)壁分離的蔗糖溶液濃度之間3比較不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度發(fā)生質(zhì)壁分離所需時(shí)間越短，細(xì)胞液濃度越小，反之，細(xì)胞液濃度越大4鑒別不同種類的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)5比較未知濃度溶液的濃度大小同一植物的成熟細(xì)胞未知濃度的溶液剛剛發(fā)生質(zhì)壁分離所需時(shí)間比較所用時(shí)間長(zhǎng)短判斷溶液濃度的大小(時(shí)間越短，未知溶液的濃度越

14、大)實(shí)驗(yàn)單一變量：未知濃度的溶液。6驗(yàn)證原生質(zhì)層和細(xì)胞壁伸縮性大小成熟植物細(xì)胞分離劑實(shí)驗(yàn)單一變量：植物細(xì)胞原生質(zhì)層和細(xì)胞壁的伸縮性差異。典例3假設(shè)將標(biāo)號(hào)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(B)A實(shí)驗(yàn)前蔗糖溶液濃度為：cbaB實(shí)驗(yàn)后蔗糖溶液濃度為：cbaC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cba。1滲透作用(1)概念：指水分子或其他溶劑分子通過(guò)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