1、学年高中生物第4章细胞的物质输入和输出第1节物质跨膜运输的实例学案新人教版必修1第1节物质跨膜运输的实例学习导航1.分析教材“问题探讨”中的实验现象，了解渗透现象的发生条件和机理。2.结合动物细胞的结构，分析动物细胞的渗透作用。3.结合质壁分离和复原的实验，分析植物细胞的吸水和失水现象。4.分析教材提供的资料，了解物质跨膜运输的其他实例，理解选择透过性膜的含义。重难点击1.渗透作用的发生条件和机理。2.探究植物细胞的质壁分离和复原实验。方式一糖醋蒜是大家比较喜欢的一种食品，但如果只用蔗糖来腌制大蒜，糖分很难进入内部，如果与醋酸共同使用，醋酸会杀死大蒜细胞，糖分就很容易进入大蒜内部了。据此可见，
2、物质的进进出出都要经过细胞的边界细胞膜。细胞内外的许多物质并不能自由地出入细胞，细胞膜能够对进出细胞的物质进行选择。物质跨膜运输的实例还有哪些？具有什么特点？方式二2015年春，我国东北部大旱，某地区农田里的庄稼出现了严重萎蔫现象，有关部门进行紧急人工降雨后，旱情得到缓解，庄稼又恢复了挺拔。上述过程中，植物萎蔫和恢复挺拔都与水分的得失有关，植物是怎样从土壤中吸收水分的呢？除了水分外，植物还从土壤中吸收各种矿质离子，其过程又是怎样的？一、渗透作用1.概念：是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜(或选择透过性膜)进行的扩散。2.渗透作用发生的条件(1)具有半透膜。(2)半透膜两侧溶液具有浓度差。3.渗
3、透作用发生的原理(1)以半透膜为界面，单位体积清水中的水分子数多于蔗糖溶液中的水分子数，所以在单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。因此，一段时间后，漏斗管内的液面会上升。(2)水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。请结合上图继续分析：1.液面高度差H会不会一直升高，为什么？答案不会。长颈漏斗中的液面升高时，液体产生的静水压也随之变大，当静水压增大到和渗透压相等时(二者的方向相反，静水压向外、渗透压向内)，通过半透膜进出长颈漏斗的水分子数相等，因此，液面就不再升高了。2.当液面不再升高时，长颈漏斗内外液体的浓度相等吗？答案不相等。当水分子进出达到动态平
4、衡时，长颈漏斗中溶液浓度仍高于烧杯中的液体浓度。3.如果增加蔗糖溶液的浓度，最终形成的液面高度差H会如何变化？答案高度差H会增大。4.如果半透膜的面积增大一倍，其他条件不变，液面高度差H会不会变化？达到H的时间会不会变化？答案内外溶液的浓度差不变，液面高度差H不会变，但是由于半透膜面积增大，达到H的时间会变短。知识整合受到静水压的影响，在渗透系统中，浓度高的一侧液面不会持续上升，当液面静止时，浓度高的一侧的溶液浓度仍然高；半透膜两侧的溶液浓度差越大，形成的液面高度差也就越大；如果半透膜的面积增大，液面高度差不会变，但是达到平衡的时间会变短。1.如图1所示的甲、乙、丙三个渗透装置中，三个漏斗颈的
5、内径相等，漏斗内盛有浓度相同的蔗糖溶液，且漏斗内液面高度相同，漏斗口均封以半透膜，置于同一个水槽的清水中。三个渗透装置的半透膜的面积和所盛蔗糖溶液的体积不同，如下表所示。装置编号甲乙丙半透膜面积SS/2S蔗糖溶液体积TT2T图2中曲线1、2、3表示漏斗液面高度随时间的变化情况。则曲线1、2、3与甲、乙、丙三个装置的对应关系是()A.1丙；2甲；3乙B.1乙；2甲；3丙C.1甲；2乙；3丙D.1丙；2乙；3甲答案A解析甲、乙漏斗内盛有的是浓度相同的蔗糖溶液且体积相同，置于同一个水槽的清水中，故甲、乙漏斗液面高度最终一样高，甲的半透膜面积是乙的两倍，达到同一高度所需时间更短，甲对应曲线2，乙对应曲
6、线3，则丙对应曲线1。2.如图，甲、乙为两个渗透装置。甲图是发生渗透作用时的初始状态，乙图是较长时间之后，根据漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。判断下列有关叙述错误的是()A.图甲中为半透膜，水分子能自由通过B.图甲中溶液的浓度大于溶液的浓度C.图乙中溶液的浓度与溶液的浓度相等D.图甲中溶液和浓度差越大，则图乙中的水柱越高答案C解析在图乙中，高出液面的水柱所产生的压力应与渗透压平衡。水柱产生的压力向下，而渗透压的方向应向上，即漏斗内液体浓度高。易错警示有关渗透作用的三个误区(1)半透膜两侧的水分子进行的是双向运动，而不是单向运动，观测到的现象是由双向水分子运动的差别所导致的液面改变。(2)
7、当半透膜两侧的溶液达到平衡时，是指两侧的水分子运动达到平衡，而两侧溶液的浓度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。(3)水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。此处的浓度是指物质的量浓度，是单位体积中微粒的多少，不是质量分数。二、细胞的吸水和失水1.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)现象当外界溶液浓度细胞质浓度时，细胞失水皱缩。当外界溶液浓度细胞质浓度时，细胞吸水膨胀，甚至涨破。当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，细胞形态基本不变。2.植物细胞的渗透系统(1)半透膜：植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，称为原生质层，具有选择
8、透过性，相当于一层半透膜。(2)浓度差：细胞内的液体环境主要是指植物液泡内部的细胞液，当它和外界溶液有浓度差时，发生吸水或失水。3.探究植物细胞的吸水和失水：质壁分离与复原实验(1)实验材料：紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞。(2)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，与外界溶液形成浓度差。原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。(3)实验过程(4)实验结论当细胞液浓度外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。特别提醒1实验成功的关键是实验材料的选择，必须选择有大液泡并有颜色的植物细胞，便于在显微镜下观察。2若用0.5g/mL蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能复原，
9、因为细胞过度失水而死亡。3若用适当浓度的尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验，会出现自动复原现象，因为这些物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。如图是将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞先放到0.3g/mL的蔗糖溶液中(甲)，再放到清水中(乙)的实验过程的图解，请分析回答下列问题：1.该细胞的原生质层包括图中的哪些部分(请用图中数字回答)?答案包括2、3、4。2.甲过程中，5的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？答案颜色变深，吸水能力逐渐增强。3.甲过程中，进入1和4的物质分别是什么液体？答案细胞壁是全透性的，进入1的有水和蔗糖，而进入4细胞质的只有水。4.有位同学错取了3g/mL的蔗糖溶液，发现
10、做完甲过程后，再做乙过程几乎没有观察到相关现象，分析原因可能是什么？答案溶液浓度太高，细胞过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原了。知识整合原生质层不包括全透性的细胞壁；在质壁分离的过程中，洋葱鳞片叶的外表皮细胞的细胞液浓度逐渐升高，颜色加深，吸水能力增强；若外界溶液浓度太高，会导致细胞过度失水死亡。3.在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示的状态。a、b表示该部位的溶液浓度，由此可推测()A.ab，细胞渗透吸水B.ab，渗透系统保持动态平衡C.abc，那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是()答案C解析细胞液的浓度越高，则吸水能力越强
11、，a细胞液浓度最高，c细胞液浓度最低，b介于a、c之间，因此选C。6.将紫色水萝卜的块根切成小块放入清水中，水的颜色无明显变化，若进行加温，随着水温的增高，水的颜色逐渐变红，其原因是()A.细胞壁在加温中受到破坏B.水温升高，花青素的溶解度加大C.加温使细胞膜等生物膜失去了选择透过性D.加温使水中化学物质发生了反应答案C解析只有活细胞的生物膜才具有选择透过性。高考提能7.图1表示两种物质扩散的图解，图2是为了验证图1物质扩散成立的实验装置，实验结果应是()A.甲中水柱a将持续上升B.甲中水柱a将先上升后下降C.乙中水柱b上升到一定高度后维持不变D.乙中水柱b将先上升后下降最后稳定不变答案D解析
12、由于甲中的淀粉不能透过半透膜，所以甲中的液面高度先上升，达到一定高度后保持不变；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，最后两液面相平。8.将六个大小相同的马铃薯去皮之后，分别置入不同浓度的蔗糖溶液中，数小时后取出称其重量。增减的重量与蔗糖溶液的浓度关系如右图，根据图示判断，马铃薯细胞液浓度与下列哪项最为接近()A.0.4 B.0.8C.1.0 D.1.6答案C解析在马铃薯的重量变化为0时，水分的进出达到平衡，细胞内外溶液的浓度相等，此时对应的蔗糖溶液浓度即马铃薯细胞液的浓度。9.质壁分离和复原实验可以说明或证
13、明下列中的()植物细胞的死活原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞渗透失水；反之，细胞则渗透吸水原生质层具有选择透过性细胞壁的主要成分是纤维素A. B.C. D.答案B解析质壁分离和复原实验可以证明、，说明原生质层具有选择透过性，从而可以判断细胞的死活，因为死亡细胞的原生质层具有全透性。另外还可以测定细胞液的浓度。10.下列关于物质跨膜运输的叙述中，不正确的是()A.细胞吸水和失水是水分子顺相对含量梯度的跨膜运输的过程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
14、分子物质则不能通过答案D解析生物膜是选择透过性膜，细胞需要的物质可以通过，不需要的物质不能通过；水分子的跨膜运输方向是顺相对含量梯度运输，即由低浓度溶液(水分子相对含量高)向高浓度溶液(水分子相对含量低)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。11.将新鲜萝卜切削成酒杯形，放在两个烧杯中，如图所示。萝卜的内外有两种液体，只知道其中一种是清水，另一种是30%的蔗糖溶液，开始时两个液面等高。一段时间以后，液面变化如图所示。请回答下列问题：(1)液体A是_，液体B是_。(2)图乙中C处的细胞正处于_状态，此时它的细胞液浓度应该比B溶液的浓度_。(3)图
15、乙中D处的细胞正处于_状态，此时它的细胞液浓度应该比A溶液的浓度_。(4)萝卜细胞的原生质层包括_。通过上述现象说明萝卜细胞的原生质层相当于一层_。答案(1)30%的蔗糖溶液清水(2)吸水高(3)失水(或质壁分离)低(4)细胞膜、液泡膜以及二者之间的细胞质半透膜解析(1)由于A、B开始时液面等高，一段时间后A的液面升高，说明液体A浓度高于细胞液，从细胞液中吸取水分，所以液体A应为30%的蔗糖溶液，液体B为清水。(2)图乙中C处的细胞处于清水中，所以会吸水，细胞液浓度高于清水。(3)图乙中D处的细胞处于30%的蔗糖溶液中，细胞液浓度低于蔗糖溶液浓度，所以表现为失水。(4)萝卜细胞的原生质层包括细
16、胞膜、液泡膜以及二者之间的细胞质，也就是水分子从细胞外运输到细胞液要经过的结构，它相当于半透膜。12.成熟的植物细胞具有中央大液泡，可与外界溶液构成渗透系统进行渗透吸水或渗透失水。图甲表示渗透装置吸水示意图，图乙表示图甲中液面上升的高度与时间的关系，图丙表示成熟植物细胞在某外界溶液中的一种状态(此时细胞有活性)。请回答下列问题：(1)由图甲漏斗液面上升可知，实验初始时c两侧浓度大小是a_b。由图乙可知漏斗中溶液吸水速率在_，最终液面不再上升，当液面不再上升时，c两侧浓度大小是a_b。(2)图丙中相当于图甲中c结构的是_(填序号)，结构中充满的液体是_。此时细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系是_。A.细胞液外界溶液 B.细胞液外界溶液C.细胞液外界溶液 D.都有可能(3)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入清水当中，发现细胞中液泡体积增大，说明细胞在渗透吸水，细胞能否无限吸水？_。原因是_
