1、高中生物 第4章 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 学习目标1举例说出细胞膜是选择透过性膜。(重点)2尝试提出问题，作出假设。(难点)3进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作。, 知识结构 细胞的吸水和失水1细胞吸水和失水的原理渗透作用(1)半透膜半透膜是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，能否透过半透膜往往取决于物质分子直径的大小。(2)渗透作用概念：渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜，从相对浓度高的地方向相对浓度低地方扩散的现象。条件(如图411所示)(3)原理当溶液浓度AB时，通过半透膜由BA的水分子数多于由AB的分子数
2、，漏斗中液面上升。当溶液浓度AB时，通过半透膜由AB的水分子数多于由BA的分子数，漏斗中液面下降。当溶液浓度AB时，通过半透膜由AB的水分子数等于由BA的水分子数，水分子的移动处于动态平衡状态，漏斗中液面高度不变。(1)两溶液间的水分子透过半透膜进行双向运动，溶质分子不能通过半透膜，我们只是观测出由于双向水分子运动的差别所导致的液面改变。(2)质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液的物质的量浓度不相等，相对分子质量大的溶液的物质的量浓度小，由于蔗糖的相对分子质量大于葡萄糖的相对分子质量，故水分子运动的总趋势是由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。(3)自由扩散是指被选择吸收的物质，从浓度高的一侧通过细胞膜向
3、浓度低的一侧转运，如H2O、O2、CO2等物质透过膜的方式均是自由扩散；渗透作用则是指水分子或其他溶剂分子从低浓度溶液通过半透膜向高浓度溶液的扩散(流动)，因此渗透作用是一种特殊的扩散。2动植物细胞的失水和吸水(1)动物细胞的吸水和失水(以哺乳动物的红细胞为例，如图412所示)图412红细胞放入清水中，会吸水涨破，因为红细胞细胞质的浓度大于外界溶液的浓度，细胞内的大分子物质不能通过细胞膜，水分子可以自由通过细胞膜，进入细胞内的水分子数多，因此红细胞吸水。红细胞放入高浓度溶液中，会失水皱缩。因为外界溶液的浓度大于红细胞细胞质的浓度，水分子可以通过细胞膜进入外界环境中。细胞内的水分子减少，因此红细
4、胞失水。(2)植物细胞的吸水和失水(如图413所示)图4131 成熟的植物细胞是一个渗透系统植物细胞失水和吸水的条件当细胞液浓度外界溶液浓度，细胞吸水，质壁分离复原。当细胞液中的水分流失，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩，但由于原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁分离开来，也就发生质壁分离。(3)动植物细胞吸水和失水的比较动物细胞成熟植物细胞半透膜细胞膜原生质层(细胞膜、液泡膜及二者之间的细胞质)浓度差细胞质与外界溶液细胞液与外界溶液结果细胞质浓度外界溶液浓度，细胞吸水膨胀细胞质浓度外界溶液浓度，细胞吸水膨胀细胞液浓度外界溶液浓度，细胞失水，质壁分离
5、细胞液浓度外界溶液浓度，细胞水分进出平衡半透膜、选择透过性膜以及生物膜的区别概念范畴特点半透膜物理学上的概念物质能否通过半透膜取决于半透膜孔隙直径的大小选择透过性膜生理学上的概念具有生物活性，即使是小分子，只要不是细胞选择吸收的，也不能通过。选择透过性膜可以看成是功能完善的一类半透膜生物膜活的生物膜属于选择透过性膜。当细胞死亡时，细胞膜等生物膜的选择透过性就变为全透性教材第6061页参考答案问题探讨1由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内液面升高。2用纱布替代玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透，因而液面不会升高。3半透膜两侧溶液
6、的浓度相等时，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，液面不会升高。思考与讨论1红细胞内的血红蛋白等有机物一般不能透过细胞膜。2红细胞的细胞膜相当于“问题探讨”中的半透膜。3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主要取决于红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。与生活的联系会感到口腔黏膜比较干。因为吃过咸的食物，口腔细胞会失水过多。【例1】把体积相同的10%(质量分数)的葡萄糖溶液和10%(质量分数)的蔗糖溶液用半透膜隔开，初始状态其分子移动的总方向是()A葡萄糖分子向蔗糖溶液中移动B蔗糖分
7、子向葡萄糖溶液中移动C水分子从蔗糖溶液向葡萄糖溶液中移动D水分子从葡萄糖溶液向蔗糖溶液中移动解析：葡萄糖是单糖，而蔗糖是二糖，其相对分子质量较葡萄糖大，因而相同体积、相同质量分数的两溶液中，10%的蔗糖溶液中溶质的物质的量较小，而10%葡萄糖溶液中溶质的物质的量则较大，因此，蔗糖溶液中水分子密度大，葡萄糖溶液中水分子密度小。所以水分子移动的总方向是由蔗糖溶液向葡萄糖溶液中移动。答案：C点拨：判断水的总体穿膜方向是比较半透膜两侧的溶液浓度差，水分子从低浓度向高浓度渗透，而溶液浓度是指物质的量浓度，即单位体积的溶质的微粒数目。 探究植物细胞的吸水和失水1实验原理当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，
8、细胞就会通过渗透作用而失水，发生质壁分离现象。当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，质壁分离的细胞就会通过渗透作用而吸水，发生质壁分离复原。2目的要求 (1)学会观察植物细胞质壁分离与复原的方法。(2)了解植物细胞发生渗透作用的原理。3材料用具紫色洋葱鳞片叶，显微镜，载玻片，盖玻片，滴管，镊子，刀片，吸水纸，清水，质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。4方法步骤(1)植物细胞有两种吸水方式：不成熟的植物细胞未形成大的液泡，靠吸胀作用吸水，如根尖分生区的细胞、干种子细胞的吸水；成熟的植物细胞中形成大的液泡后，主要靠渗透作用吸水，如叶肉细胞。(2)选择实验材料时，应选取带有颜色的成熟的植物组织进行实
9、验，便于镜检时观察。(3)实验时蔗糖溶液的浓度要适宜，浓度过低不能发生质壁分离现象，浓度过高易引起细胞失水过多而死亡。(4)由于细胞壁具有全透性，质壁分离现象发生后，质壁间隙充满的是蔗糖溶液，质壁分离复原时，质壁间隙充满的是清水。(5)细胞的质壁分离现象是植物细胞特有的现象，动物细胞和死亡的细胞不会发生质壁分离现象。【例2】下列细胞放入质量分数为30%的蔗糖溶液中，不会发生质壁分离的一组是()洋葱根尖分生区细胞人的口腔上皮细胞洋葱表皮细胞干种子细胞蛔虫卵细胞洋葱根毛细胞A BC D解析：发生质壁分离的细胞必须是具有大液泡的成熟植物细胞。根尖分生区细胞、干种子细胞由于没有大液泡，所以不能发生质壁
10、分离；蛔虫属于动物，其卵细胞和人的口腔上皮细胞均不存在细胞壁，因此也不能进行质壁分离。答案：C点拨：质壁分离现象是成熟的植物细胞特有的一种现象，未成熟的植物细胞，如分生区细胞、干种子细胞，不会发生质壁分离现象。 植物细胞质壁分离和复原的应用1判断细胞死活把待测植物细胞与蔗糖溶液进行镜检，若发生质壁分离与复原活细胞；若不发生质壁分离可能为死细胞；若发生质壁分离后不能复原死细胞。2测定细胞液浓度的范围把待测植物细胞一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别进行镜检，细胞液浓度的范围介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的外界溶液的浓度范围之间。3比较不同植物细胞的细胞液浓度把不同植物细胞同一浓度的蔗糖溶液进行镜检
11、，比较刚发生质壁分离所需的时间，根据质壁分离的速度判断细胞液浓度(即时间越短，细胞液浓度越小)。4比较未知浓度溶液的浓度大小把同一植物的成熟细胞未知浓度的溶液进行镜检，比较刚发生质壁分离所需要的时间，判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液浓度越大)。5验证原生质层与细胞壁伸缩性大小把成熟植物细胞蔗糖溶液进行镜检，若发生质壁分离现象，则细胞壁的伸缩性小于原生质层伸缩性。若不发生质壁分离现象，细胞壁伸缩性大于或等于原生质层的伸缩性。6鉴别不同种类的溶液把成熟植物细胞外界溶液进行镜检，若只发生质壁分离现象，则外界溶液为溶质不能通过半透膜的溶液(如蔗糖)。若发生质壁分离现象后自动复原，则外界溶液为溶质
12、能通过半透膜的溶液(如KNO3)。【例3】如图414为某种植物组织依次分别在蒸馏水；0.3 molL1蔗糖溶液；5 molL1尿素溶液中细胞体积逐渐发生变化的曲线。请你判断在的溶液中依次能正确表达其变化的曲线是()Aa、b、cBa、c、bCc、b、aDc、a、b解析：植物组织放在蒸馏水中会吸水，体积增大；放在0.3 molL1蔗糖溶液中会发生质壁分离；放在5 molL1尿素溶液中发生质壁分离后，由于尿素分子进入细胞液，会发生质壁分离复原现象。答案：B点拨：1.在判断细胞是否发生质壁分离及其复原时有如下规律,（1）从细胞角度分析,死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离现象。具有中央大液
13、泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离现象。,（2）从溶液角度分析,在一定浓度的、溶质不能穿膜的溶液中细胞只会发生质壁分离现象，不能自动复原。在一定浓度的、溶质可穿膜的溶液中细胞先发生质壁分离后自动复原。,在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象，但会过度失水死亡不再复原。,2.质壁分离过程中细胞吸水能力的判断,（1）根据原生质层,体积判断体积越来越小吸水能力越来越强,体积越来越大吸水能力越来越弱（2）根据液泡,颜色判断颜色越来越深吸水能力越来越强,颜色越来越浅吸水能力越来越弱 物质跨膜运输的其他实例1番茄和水稻吸收矿质离子的比较科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2、Mg2和SiO的培养液中培养，结果如
14、图415所示。(1)不同植物细胞对同一无机盐离子和同一植物细胞对不同无机盐离子的吸收均有差异，说明植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有选择性。(2)番茄吸收Ca2、Mg2多，吸收SiO少 ；水稻吸收SiO多，而吸收Ca2、Mg2少，从营养学的角度讲番茄的补钙效果比水稻好。(3)水稻吸收水的相对速率比吸收Ca2、Mg2大，造成培养液中Ca2、Mg2浓度上升；番茄吸收水的相对速率比吸收SiO大，造成培养液中SiO浓度上升。(4)植物细胞在同一时间吸收离子和吸收水的量不同，即吸收离子和吸收水是两个相对独立的过程。2人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的特点人体甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度比血液高2025倍，说明碘
15、进入甲状腺滤泡上皮细胞是从低浓度高浓度，即逆浓度梯度运输。3微生物吸收矿物质的特点不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异：(1)不同微生物的细胞膜结构有一定的差异；(2)不同微生物对矿物质的吸收有选择性；(3)不同微生物对各种矿物质的需求量不同。4上述实例分析的结论(1)细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，具有以下特点：水分子可以自由通过。一些离子和小分子也可以通过。其他的离子、小分子和大分子则不能通过。(2)物质通过生物膜的跨膜运输，有的是顺相对含量梯度运输，有的是逆相对含量梯度运输。(3)细胞对于物质输入和输出的选择性是通过细胞膜实现的。细胞膜具有选择透过性的原因是由于细胞膜上有一类
16、蛋白质，在物质跨膜运输中起运输载体作用，不同细胞膜上，这种载体蛋白的种类和数量不同，从而使细胞膜对物质通过表现出高度的选择性。教材第6364页参考答案资料分析1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细胞对物质的吸收是有选择的。这种选择性具有普遍性。与社会的联系不能；不能宣传高浓度的饮料有解渴作用，因为过高浓度的饮料反而会导致细胞失水。【例4】将水稻和番茄分别在相同的培养液中培养一段时间，实
17、验结束后测定培养液中各离子的浓度。如图416表示实验结束后培养液中各种离子浓度占开始时浓度的百分比。分析此图，回答问题。(1)图416中的结果能说明的问题：_；_。(2)不同植物吸收的离子不同，引起这种现象的原因是_。(3)从图416中可以看出培养液中有些离子的浓度比培养前还高，原因是_。(4)上述实验及结果对农业生产有什么指导意义？_。(5)方法启示：在研究矿质元素吸收量时，直接测定植物对某离子的吸收量比较困难，通常利用测定_中该离子的含量来间接推知植物对其吸收量。解析：从图中可见，同一种植物(如水稻)对不同离子的吸收量不同；不同的植物对同一离子(如Ca2)的吸收量也不同，说明了植物对离子的吸收是有选择性的。从实验结束后，培养液中各种养分浓度占开始时浓度的百分比不同(特别是有些大于100%，有些小于100%)，隐含了植物对不同离子和水分的吸收速率不同，体现了植物对矿质离子和水分的吸收是相对独立的。答案：(1)植物对矿质离子的吸收具有选择性植物对水分和矿质元素的吸收是相对独立的(2)细胞膜上运输离子的载体的种类和数目不同(3)植物吸收水分的速率比吸收该离子的速率快，使培养液浓度升高(4)合理施肥、轮作生产等(5)溶液点拨：正确从图表中获取相关信息是本题的解题关键，同时注意植物吸收水分与吸收矿质离子是相对独立的过程。
