第1讲物质跨膜运输的实例学案

第1讲物质跨膜运输的实例【基础自主梳理】一、细胞的吸水和失水1.原理：发生渗透作用,必须具备两个条件：(1)具有半透膜:水分子可以通过，而蔗糖等大分子不能通过的膜，如玻璃纸（又叫赛璐玢）。(2)膜两侧溶液具有浓度差。2.动物细胞的吸水和失水(以红细胞为例：红细胞膜相当于一层半透膜)(1)当外界溶液浓度细胞质浓度时，细胞吸水膨胀。(2)当外界溶液浓度细胞质浓度时，细胞失水皱缩。(3)当外界溶液浓度=细胞质浓度时，水分进出平衡。3.植物细胞的吸水和失水(1)在成熟的植物细胞中的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液，细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层，它相当于一层半透膜。(2)成熟植物细胞，当细胞液浓度小于外界溶液浓度，则发生质壁分离现象；当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，则发生质壁分离复原。二、实验探究植物细胞吸水和失水1.探究实验的一般过程提出问题→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。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，能够渗透失水和吸水。3.实验过程制作装片→显微镜观察→实验现象(细胞发生质壁分离和复原)→得出结论。[思考感悟]在实验中为什么选择紫色洋葱鳞片叶作实验材料?提示：紫色洋葱鳞片叶中有紫色的液泡，便于实验观察。三、物质跨膜运输的其他实例1.对无机盐的吸收实例(1)水稻和番茄对同一离子的吸收量不同。(2)水稻和番茄对不同离子的吸收量不同。(3)人体甲状腺滤泡上皮细胞可以逆相对含量梯度从血液中吸收碘。(4)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。2.生物膜的特性物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的，而且细胞对物质的输入和输出有选择性。即细胞膜和其它生物膜都是选择透过性膜。这种膜可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。[思考感悟]半透膜和选择透过性膜有哪些异同点?提示：①相同点：某些物质可以通过，另一些物质不能通过。②不同点：选择透过性膜一定是半透膜.半透膜不一定是选择透过性膜。【要点归纳探究】要点一、渗透系统的组成分析及应用1.渗透系统的组成(如图)及特点(1)半透膜，可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。(2)半透膜两侧的溶液具有浓度差。2.渗透作用的发生(1)若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S2液面上升；若S2溶液浓度小于S1，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。(2)在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差△h，则S1溶液浓度仍大于S2。3.渗透系统的应用(1)比较不同溶液浓度大小漏斗内烧杯内溶液浓度MN现象及结论①若漏斗内液面上升，则MN②若漏斗内液面不变，则M=N③若漏斗内液面下降，则MN(2)验证渗透作用发生的条件①具有半透膜：②具有浓度差：[特别提醒]①渗透系统适用于比较溶质不能透过半透膜的溶液浓度的大小。②两溶液间的水分子进行双向运动，我们只是观测出由水分子双向运动的差所导致的液面改变。③溶液浓度指摩尔浓度而非质量浓度，如l0％葡萄糖溶液和l0％蔗糖溶液的质量浓度相同，但摩尔浓度是10％蔗糖溶液的小，故水由蔗糖向萄萄糖溶液移动。【自主探究1】如下图所示把体积与浓度相同的葡萄糖和蔗糖溶液用半透膜(允许溶剂和葡萄糖通过，不允许蔗糖通过)隔开，开始和一段时间后液面情况是()A.甲高于乙B.乙高于甲C.先甲高于乙，后乙高于甲D.先甲低于乙，后乙低于甲【答案与解析】C两者虽然浓度相同，但葡萄糖分子可通过半透膜的事实，可使学生认识到水分的最终流向是乙。溶液开始时两者浓度虽相同，但相对分子质量不同，两种溶液质量不同，在半透膜两侧的压强自然不同，因而会发生由于压力差而产生的水分由乙向甲的净流动。要点二、细胞的吸水和失水1.动物细胞的吸水和失水(1)当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，细胞吸水膨胀。(2)当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，细胞失水皱缩。(3)当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相同时，水分子进出细胞处于动态平衡。2.成熟的植物细胞的吸水和失水(1)植物细胞的结构特点①细胞壁：全透性。②细胞膜：具有选择透过性。③细胞质：内有大液泡。④大液泡：里面的液体称细胞液，具有一定的浓度。⑤原生质层：细胞膜和液泡膜以及这两层膜之间的细胞质称为原生质层。(2)植物细胞吸水方式：①未形成液泡的细胞，靠吸胀作用吸水:这样的细胞主要靠细胞内的蛋白质、淀粉和纤维素等亲水性物质吸收水分，叫做吸胀作用。干燥的种子和根尖分生区的细胞，主要靠吸胀作用吸收水分。注意：蛋白质、淀粉和纤维素的亲水性依次减弱。②液泡形成以后，细胞主要靠渗透作用吸水:细胞液浓度外界溶液浓度—细胞吸水；细胞液浓度外界溶液浓度—细胞失水。(3)成熟的植物细胞是一个渗透系统：植物细胞的最外面是细胞壁，主要由纤维素分子组成，分子间空隙较大，一切溶剂和溶质都能够透过，细胞壁是全透性的。细胞膜和液泡膜是选择透过性膜。我们可以把细胞膜、液泡膜以及两膜之间的其他原生质当作一层选择透过性膜，“膜”内的细胞液有一定的浓度，与细胞外的溶液存在浓度差。这样，细胞也就通过这层选择透过性膜与外界环境中的溶液发生渗透作用。[特别提醒]细胞吸水和失水原理在生产生活中的应用(1)对农作物的合理灌溉，既满足了作物对水分的需要，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)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)医用的生理盐水浓度为O.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。[自主探究2]利用紫色的洋葱外表皮细胞和不同浓度的蔗糖溶液，可以探究细胞质壁分离和复原。下列有关该实验的叙述正确的是()A该实验只是观察了质壁分离和复原现象，没有设计对照实验B在逐渐发生质壁分离的过程中，细胞的吸水能力逐渐增强C将装片在酒精灯上加热后，再观察质壁分离现象D不同浓度蔗糖溶液下发生质壁分离的细胞，滴加清水后都能复原[答案与解析]B该实验中多组实验(不同浓度的蔗糖溶液)之间已进行了相互对照，且每组实验前、后又进行了对照，故有对照实验；在发生质壁分离过程中，细胞液的浓度逐渐增大，故细胞的吸水能力逐渐增强；该实验不需加热，否则细胞会受热死亡，观察不到质壁分离及复原现象；若蔗糖溶液的浓度过大，细胞会因失水过多而死亡，将不会再复原。要点三、植物细胞吸水和失水的实验探究过程及应用1.探究性实验的一般过程：根据观察到的现象，提出问题→作出假设→预测结果→进行实验→分析结果得出结论→表达交流→进一步探究2.假设：原生质层相当于一层半透膜。3.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大，细胞膨胀。4.实验流程5.实验结论成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。6.质壁分离的原因分析[特别提醒]实验中注意事项(1)选择有大的液泡且最好液泡带有颜色的细胞作实验材料。(2)滴加蔗糖溶液和清水时，必须在实验桌上进行，不能在显微镜的载物台上进行。(3)本实验选用0.3g／mull的蔗糖溶液(此浓度下既明显出现质壁分离，又不致杀死细胞)。浓度过高，质壁分离速度虽快，但不久细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；浓度过低不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。此外，8％的食盐溶液，5％的硝酸钾溶液等也可使用。盐酸、洒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离的溶液。[自主探究3]下列能发生质壁分离现象的细胞是()A.胚乳细胞B.人的口腔上皮细胞C.分生区细胞D.根成熟区细胞[答案与解析]D发生质壁分离的条件有三个：①必须是成熟的植物细胞；②细胞必须有活性；③细胞外界溶液浓度大于细胞液浓度。从题中所给条件可知，A、C两选项均是植物细胞，但无中央液泡；B选项为人体细胞，显然不行，故答案应为D。要点四物质跨膜运输的其他实例1.细胞的吸水和失水是水分子顺着相对含量的梯度跨膜运输的过程，但物质的跨膜运输并不都是顺着相对含量的梯度进行的，通过对教材“资料分析”说明：细胞对无机盐的吸收就不一定是顺着相对浓度梯度进行的，因此说细胞对物质的吸收是有选择性的，这种膜可以让水分子自由通过，细胞所需要的离子和水分子也可以通过，而细胞不需要的离子、小分子和大分子则不能通过。生物膜的这一特性，与细胞的生命活动密切相关，是活细胞的一个重要特征。2.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si4+的培养液中培养，结果及分析如下：(1)不同植物细胞对同一无机盐离子、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Si4+少；水稻吸收Si4+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度比吸收Ca2+、Mg2+大，造成培养液中Ca2+、Mg2+浓度上升；番茄吸收水的相对速度比吸收Si4+大，造成培养液中Si4+浓度上升。3.细胞膜的功能特点：具有选择透过性。[特别提醒]细胞膜不是单纯的半透膜。半透膜是指某些物质透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。能否通过半透膜往往取决于分子的大小；而选择透过性膜是指细胞膜等生物膜，由于膜上具有载体等结构，且不同生物的细胞膜上载体的种类和数量不同，因而对吸收物质的种类和数量具有选择性。当细胞死亡时，细胞膜便失去选择透过性，变为全透性。半透膜和选择透过性膜是两个不同的概念，但在允许某些物质通过，不允许某些物质通过这一点上又具有相同性。【精典考题例析】类型一细胞的渗透作用【例１】（2008·上海20）：在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜条质量变化的关系如右图。若将处于b浓度溶液中的萝卜条移入a浓度溶液中，则该萝卜条的质量将A.不变B.增大C.减小D.先增后减【思路解析】在保持细胞存活的状态下，萝卜条放入一定浓度的蔗糖溶液中，会发生渗透失水，且蔗糖溶液越大，失水越快，萝卜条的质量将越小。从图像中可知，在b条件下，萝卜条已经失水，再放到较低浓度的溶液中，细胞会吸收一定时的水分，故体积会有所增大。【答案】B[拓展链接]质壁分离实验的拓展应用及方法1.判断细胞的死活2.测定细胞液浓度范围待测细胞+一系列浓度梯度的蔗糖溶液细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。3.比较不同植物细胞的细胞液浓度不同植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液刚刚发生质壁分离时所需时间的比较→判断细胞液浓度(即时间越短，细胞液浓度越小)。4.比较一系列溶液的浓度的大小同一植物的相同成熟细胞+未知浓度的溶液→（镜检记录）刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)5.鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)类型二渗透作用与扩散作用的比较【例１】下列现象属于渗透作用的是()A.水分子通过细胞壁B.葡萄糖分子通过细胞膜C.K+通过原生质层D.水分子通过原生质层【思路解析】渗透作用是指水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。在供选答案D中，水是溶剂分子，原生质层可以看作半透膜。[答案]D类型三成熟的植物细胞是一个渗透系统【例2】观察在0.3g/min.蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞，发现中央液泡逐渐变小，说明（）A.细胞壁相当于一层半透膜B.洋葱表皮细胞是活的C.此时蔗糖溶液浓度小于细胞液浓度D.细胞壁收缩导致中央液泡失水【思路解析】原生质层相当于一层半透膜，此时蔗糖溶液浓度大于细胞液浓度，细胞渗透失水收缩、中央液泡逐渐变小，能说明洋葱表皮