高中生物必修1学案1941 物质跨膜运输的实例.docx
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高中生物必修1学案1941物质跨膜运输的实例
物质跨膜运输的实例
学习目标
1.观察渗透系统模式图，说出渗透作用发生的条件。
（重点）
2.结合植物细胞的结构，描述质壁分离与复原的过程。
（重点、难点）
3.根据质壁分离原理，说出植物细胞吸水和失水在实践中的应用。
（重点）
导学脉络
一、渗透作用具备的两个条件
[问题探讨]渗透现象分析P60
在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，往漏斗内注入蔗
糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高
度相等。
过一段时间后，会出现如图所示的现象。
玻璃纸（又叫赛璐玢）是一种半透膜，水分子可以透过它，而蔗糖
分子则不能。
讨论P60
1.漏斗管内的液面为什么会升高？
[答案]单位体积的清水中水分子数大于蔗糖溶液中水分子数。
单位时间内由清水透过玻璃纸进入蔗糖溶液的水分子多于由蔗糖溶液透过玻璃纸进入清水的水分子。
2.如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？
[答案]不会。
因为纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通过，因而液面不会升高。
3.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
[答案]液面不会升高。
因为半透膜两侧溶液没有浓度差，单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量。
1.实验分析
（1）现象：
漏斗管内液面升高。
（浓度差越大，液面高度差越大；高度平衡后膜两侧溶液浓度不相等）
（2）原理：
水分子可以通过半透膜，蔗糖分子不能通过半透膜。
（3）解释：
单位体积内水分子含量：
清水（烧杯内）＞蔗糖溶液（漏斗内）
单位时间内透过半透膜进入漏斗的水分子数多于从漏斗渗出进入烧杯的水分子数
漏斗内液面上升。
2.渗透作用：
指水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜，从相对含量高的地方向相对含量低的地方扩散，或从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。
（浓度差越大，水分子扩散越快越多，高度差越大）
小资料半透膜
指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，如动物的膀胱、肠衣和蚕豆的种皮等。
半透膜不具生命活性。
物质能否通过半透膜往往取决于物质分子直径的大小。
拓展深化渗透作用现象的分析
（1）蔗糖溶液液面上升的原因
分析图1可知：
由于左侧蔗糖溶液中单位体积中水分子的数量少，而右侧清水中单位体积中水分子的数量多，所以水分子由右侧进入左侧的数量多于由左侧进入右侧的数量，从而使左侧的液面上升。
（2）当液面上升到一定程度时，液面不再升高的原因
分析图2可知：
漏斗中的液面高于水槽中的液面，液面差为H1，由于水槽中与漏斗中的液体具有浓度差，即具有渗透压差，所以水分子有进入漏斗的趋势；但是H1产生的压强与渗透压的平衡使半透膜两侧水分子的交换率相同时，液面不再升高。
3.渗透作用发生的条件：
①具有半透膜。
②膜两侧溶液具有浓度差。
特别提醒浓度差的实质是单位体积溶液中溶质分子的数量差，即物质的量浓度之差。
拓展深化半透膜和选择透过性膜的比较
膜的种类
物质透过性
特点
半透膜
较小物质通过，较大物质不能透过
不具选择性和活性，是多孔性薄膜
选择透过性膜
要选择吸收的离子、小分子可通过，而其他离子、小分子和大分子不能通过
具有选择性和活性，是生物膜
二、细胞的吸水和失水（原理：
渗透作用）
1.动物细胞的吸水和失水
（1）动物细胞可以构成一个渗透系统
①动物细胞的细胞膜相当于半透膜。
②细胞质与外界溶液之间有浓度差。
（2）条件及现象
①外界溶液浓度＜细胞质浓度时→细胞吸水膨胀。
（图A）
②外界溶液浓度＞细胞质浓度时→细胞失水皱缩。
（图B）
③外界溶液浓度＝细胞质浓度时→水分子进出细胞处于动态平衡，细胞保持正常形态。
（图C）
思考与讨论P61
1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？
[答案]红细胞内的血红蛋白等有机物一般不能透过细胞膜。
2.红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜？
[答案]红细胞的细胞膜相当于“问题探讨”中的半透膜。
3.当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
[答案]当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞一般会因持续吸水而涨破。
4.红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
[答案]红细胞吸水或失水的多少主要取决于细胞内外浓度的差值。
一般情况下，差值较大时吸水或失水较多。
2.植物细胞的吸水和失水
（1）成熟植物细胞的结构
（2）[探究]植物细胞的吸水和失水P61
探究实验的一般步骤：
提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果，得出结论→表达和交流→进一步探究。
Ⅰ.实验假设：
原生质层相当于一层半透膜。
Ⅱ.基本思路：
将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再将细胞浸润在清水中，观察其大小的变化。
Ⅲ.预期结果：
由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过，因此，在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，细胞皱缩；在清水中植物细胞的中央液泡会变小，细胞膨胀。
Ⅳ.实验设计
①实验材料：
紫色洋葱鳞片叶外表皮（有紫色大液泡，易观察）、黑藻叶（细胞质呈绿色，液泡无色）。
②实验原理
内因：
原生质层具有选择透过性，相当于一层半透膜；细胞壁的伸缩性小，原生质层的伸缩性大。
外因：
当外界溶液浓度＞细胞液浓度时
质壁分离。
外因：
当外界溶液浓度＜细胞液浓度时
质壁分离复原。
外因：
当外界溶液浓度＝细胞液浓度时
细胞保持原来形态。
③实验步骤
a.制作装片：
制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片。
b.低倍镜下观察：
有一个紫色的中央大液泡；原生质层紧贴细胞壁。
（正常状态）
c.滴加蔗糖溶液：
在盖玻片一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引。
重复几次，让洋葱鳞片叶表皮浸润在蔗糖溶液中。
（引流法）
d.低倍镜下观察：
中央液泡逐渐变小，紫色加深；原生质层与细胞壁逐渐分离；细胞大小基本不变/略微减小。
（细胞液浓度逐渐增大，吸水能力逐渐减强，平衡后内外浓度相等）⇒质壁分离状态
e.滴加清水：
在盖玻片一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引。
重复几次，让洋葱鳞片叶表皮浸润在清水中。
（引流法）
f.低倍镜下观察：
中央液泡逐渐变大，紫色变浅；原生质层逐渐贴近细胞壁；细胞大小基本不变/略微增大。
（细胞液浓度逐渐减小，吸水能力逐渐减弱，复原后细胞液浓度≥外界溶液浓度）⇒质壁分离复原状态
④表现分析
微观上：
质壁分离：
液泡（大→小）、细胞液颜色（浅→深）、原生质层与细胞壁逐渐分离
微观上：
质壁分离复原：
液泡（小→大）、细胞液颜色（深→浅）、原生质层逐渐贴近细胞壁
宏观上：
质壁分离：
植物由坚挺→萎蔫；质壁分离复原：
植物由萎蔫→坚挺。
⑤实验操作中的注意事项
a.实验成功的关键之一是实验材料的选择。
要选取活的（细胞有活性）成熟的（有大液泡）植物细胞（有细胞壁），液泡带有一定颜色的植物细胞进行实验，便于观察实验现象。
b.选用的外界溶液浓度要适宜。
过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；过高，则造成植物细胞失水过快、过多而死亡，不能发生质壁分离复原。
死亡的植物细胞不会发生质壁分离及复原。
c.滴加蔗糖溶液或清水时，应在载物台上操作。
思考与讨论
1.为什么选择洋葱鳞片叶外表皮作材料？
[答案]洋葱鳞片叶外表皮细胞为成熟植物细胞，具有中央大液泡，且液泡具有颜色，便于观察。
2.为什么选用质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，浓度过高或过低对实验结果有何影响？
[答案]0.3g/mL的蔗糖溶液是发生质壁分离的最佳浓度。
浓度过低，细胞吸水或质壁分离现象不明显；浓度过高，细胞失水过多而死亡，不能发生质壁分离复原。
3.若用人的口腔上皮细胞代替洋葱鳞片叶外表皮细胞，重复上述实验，会发生质壁分离及复原现象吗？
[答案]不会，没有细胞壁，质壁分离及复原实验主要是针对成熟植物细胞。
4.腌制过的萝卜变萎蔫了，试分析原因？
[答案]外界溶液浓度过高导致细胞失水。
特别提醒
（1）只有成熟的植物细胞原生质层和细胞壁可以分离，而未成熟的植物细胞细胞膜和细胞壁是紧贴在一起的，无法正常分离。
（2）质壁分离过程中，在细胞壁和细胞膜间充满了高浓度的外界溶液（如蔗糖溶液）。
规律方法判断细胞能否发生质壁分离及复原的规律
（1）从细胞角度分析
①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离。
②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离。
（2）从溶液角度分析
①在一定浓度、溶质（如蔗糖）不能穿膜的溶液中发生质壁分离。
②在一定浓度、溶质（如葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇）可穿膜的溶液中先发生质壁分离后自动复原。
③在高浓度溶液（如0.5g/mL的蔗糖溶液）中可发生质壁分离，但不会发生复原。
规律方法细胞的状态与吸水和失水的判断
①当处于质壁分离的过程中时，细胞失水量大于吸水量，此时外界溶液浓度高于细胞液的浓度。
②当细胞处于质壁分离复原的过程中时，细胞失水量小于吸水量，此时外界溶液浓度低于细胞液浓度。
③当细胞处于平衡状态时，细胞失水量等于吸水量。
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。
（2）判断细胞壁和原生质层伸缩性的大小。
（3）验证具有液泡的植物细胞能发生渗透作用，原生质层相当于半透膜。
（4）观察植物细胞膜（光镜下）：
发生质壁分离的细胞，其细胞膜与细胞壁之间发生不同程度的分离，此时则可用光学显微镜观察到细胞膜。
（5）确定细胞液浓度的方法
①配制一系列浓度梯度的外界溶液。
②将待测细胞分别浸入外界溶液中，观察现象。
③细胞液的浓度介于不发生质壁分离和刚好发生质壁分离现象的外界溶液浓度之间。
（6）在生产生活中的应用
①对农作物合理灌溉，既满足了农作物对水分的需要，同时也降低了土壤溶液的浓度，有利于水分的吸收。
②盐碱地中的植物不易存活或一次施肥过多造成“烧苗”现象，都是因为土壤溶液浓度过高，甚至超过了根细胞液浓度，导致根细胞不易吸水甚至失水造成的。
③防腐杀菌：
糖渍、盐渍食品不易变质的原因是在食品外面和内部形成很高浓度的溶液，使微生物不能在其中生存和繁殖，所以能较长时间的保存。
④医用生理盐水浓度为0.9%，其渗透压与人体细胞外液的渗透压相当，可以使人体细胞保持正常的形态和功能。
拓展深化溶液种类与质壁分离和复原的关系
①当溶质分子为蔗糖等分子时，溶质分子不能进入细胞中，当发生质壁分离后，在n点时，若滴入清水则发生质壁分离的被动复原，如图中曲线a所示，若不作处理则如曲线b所示，实际过程可能导致细胞死亡。
②当溶质分子为葡萄糖、KNO3、乙二醇等时，细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液的浓度增加，从而使细胞发生质壁分离后能够自动复原，如图中曲线a所示。
概念辨析
①吸胀吸水与渗透吸水
项目
吸胀吸水
渗透吸水
条件
细胞内未形成中央大液泡
细胞内具有中央大液泡
原理
细胞中的亲水性物质吸水，如蛋白质、淀粉、纤维素等
渗透作用
实例
干种子、根尖分生区细胞
根尖成熟区细胞
②渗透作用与扩散作用
项目
渗透作用
扩散作用
区
别
概念
水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散
物质从相对含量多的地方到相对含量少的地方的自由运动，可以是气体、溶剂分子、溶质分子
区别
条件
具有一层半透膜；半透膜两侧溶液存在浓度差
两处物质相对含量不等即可
结果
透过半透膜的溶剂分子达到动态平衡
两处物质相对含量相等
联系
渗透作用是扩散作用的一种特殊形式
三、物质跨膜运输的其他实例
[资料分析]物质跨膜运输的实例P63
资料1：
科学家做过这样的实验：
准备好含Ca2＋、Mg2＋和Si44－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，番茄培养液中的Ca2＋和Mg2＋浓度下降，水稻培养液中的Ca2＋和Mg2＋浓度增高。
Si44－的情况刚好相反：
水稻吸收大量的Si44－，而番茄几乎不吸收Si44－。
（如图所示）
结论：
番茄吸收Ca2＋、Mg2＋较多，吸收Si4＋较少，而水稻吸收Si4＋多，吸收Ca2＋、Mg2＋较少。
说明了不同植物对不同离子的吸收表现出较大差异。
资料2：
人体甲状腺滤泡上皮细胞具有很强的摄取碘的能力。
血液中碘的质量浓度为250mg/L，而甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度比血液高20～25倍。
结论：
人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘的含量明显高于血液中碘的含量。
说明了细胞能逆相对含量梯度吸收物质。
资料3：
几种微生物体内的矿物质含量（占全部矿物质的%）
微生物
P2O2
K2O
大肠杆菌
33.99
12.95
原核固氮菌
4.93
2.41
酵母菌
51.09
38.66
米曲菌
48.55
28.16
结论：
不同微生物对不同矿质元素的吸收表现出很大的差异。
讨论P64
1.水稻培养液里的Ca2＋和Mg2+浓度为什么会增高？
[答案]在培养过程中，水稻吸收水分及其他离子较多，吸收Ca2+、Mg2+较少，结果导致水稻培养液里的Ca2+、Mg2+浓度增高。
2.不同作物对无机盐的吸收有差异吗？
[答案]不同作物对无机盐的吸收是有差异的。
3.水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输也是这样吗？
[答案]水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输并不都是这样，这取决于细胞生命活动的需要。
4.细胞对物质的吸收有选择吗？
如果有这种选择性有普遍性吗？
[答案]细胞对物质的吸收是有选择的。
这种选择性具有普遍性。
1.物质跨膜运输的特点
（1）运输方向与浓度的关系：
不都是顺相对含量梯度的。
（2）进出物质的种类：
物质的输入和输出有选择性。
2.结论：
细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。
（1）水分子可以自由通过。
（2）被细胞选择吸收的离子和小分子也可以通过。
（3）不被细胞选择吸收的离子和小分子、大分子不能通过。
课后练习P64
一、基础题
判断下列表述是否正确。
1.细胞膜和液泡膜都是选择透过性膜。
（√）
2.水分子进出细胞，取决于细胞内外液体的浓度差。
（√）
3.小分子物质都能通过细胞膜，大分子物质则不能。
（×）
二、拓展题
轮作是农业生产中经常使用的方法。
农民在同一块田里种植的作物种类会因年份有所不同，也就是有计划地更换作物种类来钟。
这与作物根系对矿质营养元素的选择性吸收有什么关系吗？
提示：
农业生产上的轮作正是针对不同作物根系对矿质元素的选择性吸收而采取的生产措施。
如果长期在同一块田里种植同种作物，地力就会下降（俗称伤地），即某些元素含量下降，这样就会影响作物的产量。
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