第四章 細(xì)胞的物質(zhì)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),3情感態(tài)度與價(jià)值觀 (1)參與課堂討論與交流。 (2)養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，如及時(shí)清洗和擺放實(shí)驗(yàn)用具，愛(ài)護(hù)實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生等。,一、細(xì)胞的吸水和失水 1動(dòng)物細(xì)胞的吸水和失水 當(dāng)外界溶液的濃度比細(xì)胞質(zhì)的濃度低時(shí)，細(xì)胞_；當(dāng)外界溶液的濃度比細(xì)胞質(zhì)的濃度高時(shí)，細(xì)胞_；當(dāng)外界溶液的濃度與細(xì)胞質(zhì)的濃度相等時(shí)，水分進(jìn)出細(xì)胞處于_。,知識(shí)清單,2植物細(xì)胞的吸水和失水 (1)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 細(xì)胞吸水和失水的物質(zhì)基礎(chǔ)：植物細(xì)胞內(nèi)有_，其內(nèi)含有_，使細(xì)胞內(nèi)部具有一定的濃度；細(xì)胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的_相當(dāng)于一層_。此外，植物細(xì)胞具有_，是全透性的。 (2)質(zhì)壁分離細(xì)胞的質(zhì)壁分離是指_和_的分離。,2實(shí)例 植物對(duì)Ca2、Mg2和Si4的吸收，人體甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞對(duì)碘的吸收等。,難點(diǎn)1 滲透作用與細(xì)胞吸水和失水 1滲透系統(tǒng)的組成(如圖) (1)半透膜可以是生物性的選擇透過(guò)性膜，如膀胱膜；也可以是物理性的過(guò)濾膜，如玻璃紙。 (2)半透膜兩側(cè)的溶液具有濃度差。,難點(diǎn)互動(dòng),2滲透現(xiàn)象及其原因 (1)滲透現(xiàn)象：先讓漏斗頸內(nèi)液面與燒杯內(nèi)液面相平，一段時(shí)間后，漏斗頸內(nèi)液面上升。 (2)液面上升的原因圖示 即單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)半透膜進(jìn)入長(zhǎng)頸漏斗內(nèi)的水分子數(shù)量多于從長(zhǎng)頸漏斗內(nèi)滲出的水分子數(shù)量，因此漏斗內(nèi)的液面上升。,驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) A組和B組對(duì)比說(shuō)明滲透作用要有半透膜。 A組和C組對(duì)比說(shuō)明滲透作用必須是半透膜兩側(cè)的溶液具有濃度差。,3細(xì)胞吸水和失水 (1)動(dòng)物細(xì)胞的吸水和失水 細(xì)胞膜相當(dāng)于半透膜，濃度差由外界溶液濃度與細(xì)胞質(zhì)的濃度來(lái)體現(xiàn)。 細(xì)胞吸水或失水的多少取決于細(xì)胞膜兩側(cè)溶液中水的相對(duì)含量的差值。 水分子是順相對(duì)含量的梯度進(jìn)出動(dòng)物細(xì)胞的。,(2)滲透作用與植物細(xì)胞吸水和失水比較,4.細(xì)胞吸水和失水原理的應(yīng)用 (1)對(duì)農(nóng)作物的合理灌溉，既滿足了農(nóng)作物對(duì)水分的需要，同時(shí)也降低了土壤溶液的濃度，有利于植物根毛細(xì)胞對(duì)水分的吸收。 (2)鹽堿地中的植物不易存活或一次施肥過(guò)多造成“燒苗”現(xiàn)象，都是因?yàn)橥寥廊芤簼舛冗^(guò)高，甚至超過(guò)了根毛細(xì)胞細(xì)胞液濃度，導(dǎo)致根毛細(xì)胞不易吸水甚至失水造成的。 (3)糖漬、鹽漬食品不易變質(zhì)的原因，是在食品外面和內(nèi)部形成很高的濃度差，使微生物不能在其中生存和繁殖，所以能長(zhǎng)時(shí)間保存。,(4)醫(yī)用生理鹽水的濃度為0.9%，不會(huì)使人體細(xì)胞失水或吸水，從而可以保障人體細(xì)胞維持正常的形態(tài)和功能。 (5)在制備細(xì)胞膜時(shí)，常用哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞放入清水(蒸餾水)中，紅細(xì)胞會(huì)吸水而漲破，內(nèi)容物流出，從而得到細(xì)胞膜。,特別提示：水的擴(kuò)散是雙向的，只是整體上水的擴(kuò)散方向是從低濃度的溶液到高濃度的溶液。這里溶液的濃度指的是物質(zhì)的量濃度，這里的濃度差實(shí)質(zhì)上是指膜兩側(cè)水分子的相對(duì)數(shù)目的多少。當(dāng)膜兩側(cè)水分子的擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，水分子的進(jìn)出速度相等，此時(shí)液面不再上升。注意溶質(zhì)分子是否通過(guò)半透膜，若能通過(guò)半透膜，該物質(zhì)不同情況對(duì)溶液濃度的影響不同，需具體分析其變化。植物細(xì)胞吸水和失水與動(dòng)物細(xì)胞吸水和失水的區(qū)別：吸水時(shí)：植物細(xì)胞膨脹或質(zhì)壁分離復(fù)原，動(dòng)物細(xì)胞漲破(無(wú)細(xì)胞壁支持和保護(hù))。失水時(shí)，植物細(xì)胞質(zhì)壁分離，動(dòng)物細(xì)胞皺縮。,例1 下面是研究滲透作用的裝置圖，請(qǐng)根據(jù)探究的主題和要求完善相關(guān)實(shí)驗(yàn)。 材料：清水、不同濃度的蔗糖溶液、紗布等。 (1)在裝置A的基礎(chǔ)上，完善滲透裝置。 (2)若要驗(yàn)證滲透作用的發(fā)生條件之一是必須具有半透膜，應(yīng)如何設(shè)計(jì)？根據(jù)什么現(xiàn)象判斷？,(3)若要驗(yàn)證發(fā)生滲透作用的條件之一是必須存在濃度差，又將如何設(shè)計(jì)？ (4)有兩種不同濃度蔗糖溶液(M和N)，請(qǐng)用兩種實(shí)驗(yàn)方案比較其濃度高低。 答案：(1)將蔗糖溶液放入卵殼膜(半透膜)內(nèi)，清水放入燒杯中。 (2)取兩個(gè)相同的如A、B的裝置，燒杯內(nèi)均放等量清水，A裝置用卵殼膜，B裝置用一層紗布代替卵殼膜，漏斗內(nèi)均裝入相同的蔗糖溶液。 現(xiàn)象：A裝置中漏斗內(nèi)液面上升，B裝置中液面不上升。,(3) (4)方案一(要求只用A裝置),方案二(要求同時(shí)使用A、B兩裝置),解析：此題主要考查滲透裝置構(gòu)成條件及其相關(guān)驗(yàn)證和滲透作用原理的實(shí)際應(yīng)用。分析解決此題時(shí)，應(yīng)特別注意如下問(wèn)題： (1)半透膜及濃度差是構(gòu)成滲透裝置的兩個(gè)必備條件。 (2)在驗(yàn)證滲透裝置的兩個(gè)條件及比較兩種蔗糖溶液濃度時(shí)，要合理設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)。,變式訓(xùn)練1 材料和用具：容積不同的半透膜袋、直徑和長(zhǎng)度相同的細(xì)玻璃管(帶刻度)、細(xì)線、蔗糖溶液、清水、大燒杯、鐵架臺(tái)等。 請(qǐng)根據(jù)所給的材料和用具，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究水分子通過(guò)半透膜的速率和半透膜袋的表面積與體積比值大小的關(guān)系。(已知袋的容積越小，表面積與體積的比值越大；袋的容積越大，表面積與體積的比值越小),(1)方法步驟： 取甲、乙兩個(gè)容積不同的半透膜袋(甲容積大于乙)，裝入相同濃度的蔗糖溶液，上端分別連接上直徑和長(zhǎng)度相同的帶刻度玻璃管，兩玻璃管內(nèi)液面高度相同。 _。 _。 (2)可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 若甲、乙兩玻璃管內(nèi)液面高度相等，說(shuō)明_。 _。 _。,答案：(1)將甲、乙兩個(gè)袋同時(shí)置于盛有清水的大燒杯內(nèi) 一段時(shí)間后，觀察玻璃管內(nèi)液面高度 (2)水分子通過(guò)半透膜的速率和袋的表面積與體積比值的大小無(wú)關(guān) 若甲玻璃管內(nèi)液面高于乙玻璃管，說(shuō)明袋的表面積與體積的比值小時(shí)，水分子通過(guò)半透膜的速率大 若甲玻璃管內(nèi)液面低于乙玻璃管，說(shuō)明袋的表面積與體積的比值大時(shí)，水分子通過(guò)半透膜的速率大 解析：本實(shí)驗(yàn)的自變量是表面積與體積比不同的半透膜袋，因變量是滲透作用速率，因此可設(shè)置兩組滲透裝置，半透膜袋的容積不同，其內(nèi)裝有相同濃度的蔗糖溶液，置于清水，通過(guò)觀察玻璃管中液面高度變化得出結(jié)論。,難點(diǎn)2 探究植物細(xì)胞的吸水和失水 1實(shí)驗(yàn)原理 (1)原生質(zhì)層的伸縮性比細(xì)胞壁的伸縮性大。 (2)當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度時(shí)，細(xì)胞滲透失水，原生質(zhì)層收縮，進(jìn)而發(fā)生質(zhì)壁分離。 (3)當(dāng)細(xì)胞液濃度大于外界溶液濃度時(shí)，細(xì)胞滲透吸水，發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。 2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1)初步學(xué)會(huì)觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原的方法。 (2)理解植物細(xì)胞發(fā)生滲透作用的原理。,4實(shí)驗(yàn)結(jié)論 成熟植物細(xì)胞能與外界溶液發(fā)生滲透作用，當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度時(shí)，細(xì)胞失水；當(dāng)外界溶液濃度小于細(xì)胞液濃度時(shí)，細(xì)胞吸水。,例2 觀察在0.3 gmL1的蔗糖溶液中的洋蔥表皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的中央液泡逐漸變小。這說(shuō)明( ) A細(xì)胞壁相當(dāng)于一層半透膜 B該洋蔥表皮細(xì)胞是活的 C此時(shí)蔗糖溶液濃度小于細(xì)胞液濃度 D細(xì)胞壁收縮導(dǎo)致中央液泡失水 答案：B 解析：活的洋蔥表皮細(xì)胞的原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜，在高濃度的蔗糖溶液中發(fā)生滲透作用，導(dǎo)致中央液泡失水而變小。,變式訓(xùn)練2 在馬鈴薯中用打孔器打出兩圓柱體塊P和Q，P在蒸餾水中放1h，Q在與馬鈴薯細(xì)胞液等滲的鹽溶液中放1h，測(cè)定處理的圓柱體是否與原來(lái)的孔剛好合適( ) AP不合適，但Q剛好合適 BP不合適，Q也不合適 CP和Q都精確的合適 DP精確的合適，Q不精確的合適 答案：A,解析：此題的易錯(cuò)點(diǎn)不是在于知識(shí)的難度，而是在于對(duì)新題型的認(rèn)識(shí)把握上。P放在蒸餾水中1h后，由于外界清水的濃度小于細(xì)胞液的濃度，P的細(xì)胞便因吸水而膨脹，從而不能正好放入原來(lái)的孔；Q放在與馬鈴薯細(xì)胞液等滲的鹽溶液中1h后，我們理解等滲是細(xì)胞液的濃度等于外界鹽溶液的濃度，外界的鹽溶液起了維持細(xì)胞的形態(tài)和功能的作用，從而Q能正好放入原來(lái)的孔。正確答案應(yīng)為A。,難點(diǎn)3 物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)(重點(diǎn)) 1實(shí)驗(yàn)表明，除水以外的其他物質(zhì)也可以進(jìn)行跨膜運(yùn)輸，有的是順相對(duì)含量梯度，如CO2、O2、甘油、乙醇等；有的不是順相對(duì)含量梯度，如Na、K、氨基酸等，而且細(xì)胞對(duì)于這些物質(zhì)的輸入和輸出有選擇性。 2活細(xì)胞的細(xì)胞膜和其他生物膜都是選擇透過(guò)性膜，它的選擇透過(guò)性主要表現(xiàn)在： (1)水分子可以自由通過(guò)。 (2)被細(xì)胞選擇吸收的離子和小分子也可以通過(guò)。 (3)不被細(xì)胞選擇吸收的離子和小分子、大分子不能通過(guò)細(xì)胞膜。,答案：C 點(diǎn)撥：只有活的，成熟的植物細(xì)胞才能發(fā)生質(zhì)壁分離和復(fù)原。,變式訓(xùn)練3 細(xì)胞膜在功能上的特性是( ) A具有一定的流動(dòng)性 B具有選擇透過(guò)性 C具有滲透性 D具有半透性 答案：B 解析：細(xì)胞膜的功能是與細(xì)胞內(nèi)、外的物質(zhì)交換有關(guān)，水分子可以自由通過(guò)，細(xì)胞要選擇吸收的離子、小分子也能通過(guò)，而其他離子、小分子、大分子則不能通過(guò)。生物膜的這一特性與細(xì)胞的生命活動(dòng)密切相關(guān)，是活細(xì)胞的一個(gè)重要特征。,幾個(gè)易混淆概念的分析比較 (1)滲透和擴(kuò)散 物質(zhì)從高濃度到低濃度的運(yùn)動(dòng)叫擴(kuò)散。如氣體從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動(dòng)，溶質(zhì)分子在溶劑中的運(yùn)動(dòng)(如蔗糖放入清水后的運(yùn)動(dòng))等。水及其他溶劑分子通過(guò)半透膜的擴(kuò)散叫滲透。由此我們可以看出，滲透與擴(kuò)散的不同在于滲透必須有選擇透過(guò)性膜(半透膜)。據(jù)此，動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞膜亦是選擇透過(guò)性膜，也可以發(fā)生滲透作用。,知識(shí)拓展,(2)吸脹吸水和滲透吸水 吸脹吸水是指細(xì)胞在形成中央液泡之前的主要吸水方式。當(dāng)大分子的淀粉粒和蛋白質(zhì)等處于凝膠狀態(tài)時(shí)，這些大分子之間有大大小小的縫隙。水分子會(huì)迅速地以擴(kuò)散作用或毛細(xì)管作用等形式進(jìn)入凝膠內(nèi)部，具有極性的水分子與親水凝膠結(jié)合起來(lái)，使其膨脹，這種現(xiàn)象叫吸脹作用。原生質(zhì)凝膠吸脹作用的大小與該物質(zhì)的親水性大小有關(guān)，蛋白質(zhì)、淀粉、纖維素的親水性依次遞減。因此大豆種子(含蛋白質(zhì)多)比玉米種子(含蛋白質(zhì)相對(duì)少)的吸脹作用要大。干燥的種子吸脹作用的力量相當(dāng)大。人們用大豆等種子填入巖石裂縫中，灌水以后，大豆的吸脹力可使巖石崩裂；將大豆從動(dòng)物的枕骨大孔裝入顱腔內(nèi)，加水后利用大豆的吸脹作用可將頭骨分開(kāi)。,植物細(xì)胞形成中央液泡以后主要靠滲透作用吸水，這是因?yàn)槌墒斓闹参锛?xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)：細(xì)胞膜和液泡膜(原生質(zhì)層)是選擇透過(guò)性膜；細(xì)胞液和外界的土壤溶液有濃度差，細(xì)胞液就通過(guò)細(xì)胞膜和液泡膜與土壤溶液構(gòu)成滲透系統(tǒng)，因而成熟的植物細(xì)胞主要靠滲透吸水。 (3)滲透作用與自由擴(kuò)散的比較 自由擴(kuò)散是指被選擇吸收的物質(zhì)，從濃度高的一側(cè)通過(guò)細(xì)胞膜向濃度低的一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)。如：H2O、O2、CO2等物質(zhì)透過(guò)膜的方式均是自由擴(kuò)散。 滲透作用則是指水分子或其他溶劑分子從低濃度溶液通過(guò)半透膜向高濃度溶液的擴(kuò)散(流動(dòng))。,從水分子流動(dòng)的方向來(lái)看，自由擴(kuò)散與滲透作用是矛盾的。事實(shí)上，二者是統(tǒng)一的。發(fā)生滲透作用時(shí)，水分子由低濃度溶液流向高濃度溶液，恰好是水分子由單位體積中水分子數(shù)多的一側(cè)流向單位體積中水分子數(shù)少的一側(cè)，正符合自由擴(kuò)散的原理。,例 如下圖所示，燒杯內(nèi)裝有蒸餾水，下部封有半透膜的長(zhǎng)頸漏斗內(nèi)裝有淀粉和食鹽溶液，開(kāi)始時(shí)，漏斗頸內(nèi)的液面與燒杯內(nèi)蒸餾水的液面相同。過(guò)一段時(shí)間后，用碘液和硝酸銀溶液分別檢測(cè)蒸餾水中的物質(zhì)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所觀察到的現(xiàn)象是( ),漏斗頸內(nèi)的液面下降 漏斗頸內(nèi)的液面上升 燒杯內(nèi)的液體遇硝酸銀溶液有白色沉淀生成 燒杯內(nèi)的液體遇碘液變藍(lán) A B C D 答案：B 解析：淀粉是大分子物質(zhì)，不能透過(guò)半透膜，因此漏斗內(nèi)液體與燒杯中蒸餾水之間的滲透壓不平衡，水分子通過(guò)半透膜進(jìn)入漏斗，使其液面上升；燒杯內(nèi)的蒸餾水中無(wú)淀粉，遇碘不變藍(lán)。食鹽溶液中的離子可以透過(guò)半透膜，所以燒杯內(nèi)的液體遇硝酸銀溶液有白色沉淀生成。,變式訓(xùn)練 植物細(xì)胞可以通過(guò)滲透作用吸水或失水，將帶“皮”的幼嫩的莖縱切后插入兩燒杯中，如圖1所示。已知b側(cè)的細(xì)胞壁比a側(cè)的細(xì)胞壁薄，易伸展。判斷30分鐘后可能出現(xiàn)的形狀變化是(圖2)( ),答案：D 解析：甲燒杯中由于是30%的蔗糖溶液，細(xì)胞失水，而乙燒杯中是清水，細(xì)胞吸水。,1細(xì)胞膜及其他生物膜，可以讓水分子自由通過(guò)，而不讓蛋白質(zhì)自由通過(guò)，這說(shuō)明( ) A細(xì)胞內(nèi)對(duì)水的需求量大 B細(xì)胞內(nèi)能合成蛋白質(zhì) C生物膜具有選擇透過(guò)性 D活細(xì)胞從外界吸收物質(zhì)具有靈活性 答案：C 解析：本題考查物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。生物膜是一種選擇透過(guò)性膜，這種膜可以讓水分子自由通過(guò)，一些離子和小分子可以通過(guò)，而其他的離子、小分子和大分子則不能通過(guò)。,隨堂練習(xí),2喝高濃度的果汁根本不能解渴，其原因是( ) A高濃度的果汁中含水少 B細(xì)胞失水 C細(xì)胞吸水不足 D不能吸收果汁 答案：B 解析：當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞質(zhì)濃度時(shí)，會(huì)使細(xì)胞出現(xiàn)失水現(xiàn)象。,3利用紫色洋蔥或紫鴨趾草做植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是( ) A細(xì)胞壁呈紫色，便于觀察 B原生質(zhì)層呈紫色，便于觀察 C液泡呈紫色，便于觀察 D細(xì)胞質(zhì)呈紫色，便于觀察 答案：C 解析：紫色的液泡便于觀察質(zhì)壁分離與復(fù)原。,4放在0.3g/mL的蔗糖溶液中，不會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離的一組細(xì)胞是( ) 洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞 人的口腔上皮細(xì)胞 洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞 干種子細(xì)胞 蛔蟲(chóng)卵細(xì)胞 洋蔥根尖的根冠細(xì)胞 A B C D 答案：A 解析：活的成熟的具有大液泡的植物細(xì)胞才會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離。,5將一小塊洋蔥鱗片葉表皮放在滴有某一濃度的蔗糖溶液的載玻片上，制成裝片，放在顯微鏡下觀察，有3種狀態(tài)的細(xì)胞，如圖所示，你認(rèn)為這3個(gè)細(xì)胞在未發(fā)生上述情況之前，其細(xì)胞液的濃度依次是( ) AABC BAAC DBAC,答案：A 解析：本題考查質(zhì)壁分離的相關(guān)知識(shí)和識(shí)圖能力。在質(zhì)壁分離中，濃度差越大，發(fā)生的質(zhì)壁分離現(xiàn)象越明顯。從題圖中得知C細(xì)胞的細(xì)胞液濃度和蔗糖溶液濃度的差值最大，而A細(xì)胞的細(xì)胞液濃度與蔗糖溶液濃度的差值最小。,6下表是一組新鮮洋蔥表皮細(xì)胞進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)處理和結(jié)果，請(qǐng)回答：,(1)洋蔥表皮細(xì)胞在第1、2、3組實(shí)驗(yàn)中均發(fā)生了質(zhì)壁分離現(xiàn)象，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和外在條件分別是_。 (2)比較第1