2020版高中生物 第四章 细胞的物质输入和输出 1 物质跨膜运输的实例课件 新人教版必修1

●整体感知细胞膜位于基本的生命系统的边缘，细胞新陈代谢过程中所需物质的输入和代谢废物的输出，都必须经过细胞膜。细胞膜之所以能严格控制物质进出细胞，与它的组成成分、结构、特性和功能有密切关系。物质进出细胞与其代谢过程密切有关，所以这部分知识也是后面学习有关细胞代谢的基础。●考点聚焦本章考查的知识点主要集中在细胞膜的成分、结构和特征，物质进出细胞的方式及其原理等。题型一般是选择题，而识图作答的非选择题主要是细胞的亚显微结构和功能、渗透作用的相关题型及物质跨膜运输的方式。●方法指导细胞的结构与其功能是统一的，所以要理解细胞膜如何控制物质输入和输出，首先要掌握和理解细胞膜的结构和特性，以及与此相关的生命现象及其在生产、生活中的应用。第1节物质跨膜运输的实例1．知识：(1)举例说明细胞膜是选择透过性膜；(2)了解植物细胞的质壁分离与复原现象。2．情感态度与价值观：探讨在探究植物细胞的吸水和失水的过程中，实验技能及探究性学习方法的重要作用。3．能力：(1)尝试提出问题，作出假设；(2)进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作。4．重点与难点：(1)举例说明细胞膜是选择透过性膜；(2)尝试提出问题，作出假设。(一)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数量等于渗出的水分子数量，液面也不会升高。(二)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胀破。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。(三)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。一、动物细胞的吸水和失水1．渗透作用产生的条件(1)有一层________；(2)半透膜两侧的溶液具有________。2．动物细胞吸水和失水的条件(1)外界溶液浓度________细胞质浓度时，细胞吸水膨胀。(2)外界溶液浓度大于细胞质浓度时，细胞________。(3)外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分进出细胞处于________。二、植物细胞的吸水和失水1．原生质层包括________、________以及两层膜之间的________，在植物细胞中，可把原生质层看作一层________。2．成熟植物细胞发生质壁分离的条件是____________________。发生质壁分离复原的条件是____________________。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________。(2)水稻和番茄对________的吸收量不同。(3)人体甲状腺滤泡上皮细胞可以________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________。2．细胞膜和其他生物膜都是________膜，可以让________自由通过，一些________也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。答案：一、1.(1)半透膜(2)浓度差2．(1)低于(2)失水皱缩(3)动态平衡二、1.细胞膜液泡膜细胞质半透膜2．细胞液的浓度小于外界溶液浓度细胞液的浓度大于外界溶液浓度三、1.(1)不同(2)不同离子(3)逆浓度梯度(4)差异2．选择透过性膜水分子离子和小分子1.动物细胞的吸水和失水我们在用哺乳动物的红细胞制备细胞膜时，加入的清水能使烧杯中的红细胞涨破。这是由于红细胞细胞质的浓度大于外界溶液浓度，单位体积细胞核内的水分子数少于外界溶液。由于细胞内外水分子数不平衡，水分又能通过细胞膜，而细胞内的大分子物质等不能通过细胞膜，水分子趋向平衡的运动，使红细胞吸水。若将红细胞放入一种高浓度溶液中呢？结果必然是细胞失水而皱缩。若将红细胞放入与细胞质的浓度相同的溶液中呢？结果是细胞既不吸水，也不失水，红细胞不变形。我们静脉注射用的生理盐水的浓度，就是与血浆的浓度相等。2．植物细胞的吸水和失水(1)渗透作用把蚕豆种皮或猪膀胱(近似于半透膜，只容许水等小分子通过，蔗糖等大分子不能通过)紧缚在漏斗上，向漏斗内注入蔗糖溶液，然后把整个装置浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗内外的液面相等(下图)。由于蚕豆种皮或猪膀胱近似半透膜，所以这个装置就成为一个渗透系统。在这个渗透系统中，水的移动方向决定于半透膜两边的溶液浓度高低：低浓度溶液中的水，总是流向浓度较高的溶液。因此，烧杯中的清水就逐渐渗入漏斗内，漏斗管内的液面上升，膜的静水压也逐渐升高。随着水分逐渐进入漏斗管内，液面越是上升，静水压也就越大，从而压迫水分从漏斗向烧杯内移动的速度也越快，以致使膜内外水分进出的速度越来越接近，直到完全相等。这时候，膜内外水分子运动达到了动态平衡。这种水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，叫做渗透作用。很显然，一个渗透装置中必须具有半透膜并且半透膜两侧的溶液具浓度差。(2)植物细胞是一个渗透系统一个成熟的植物细胞的细胞壁主要由纤维素分子组成，分子间空隙较大，所以它是一切溶剂、溶质都能通过的结构。如上图所示。细胞膜、液泡膜的结构与细胞壁完全不同，它们是选择透过性膜，水分子可以自由通过。我们可以把细胞膜、液泡膜以及两膜之间的其他原生质当做一层选择透过性膜，“膜”内的细胞液有一定浓度。这样，细胞液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。注意：水分子通过细胞膜的过程是一种扩散作用。当膜两侧溶液浓度不相等时，水分子就要从低浓度一边穿过细胞膜到达高浓度一边，但其他分子是不能自由通过细胞膜的。1(2008·广东高考)观察在0.3g/ml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解析：题中所示情况说明该细胞正在进行质壁分离。质壁分离的细胞，其细胞壁是全透性的；细胞壁收缩的程度较小，且中央液泡失水的原因在于外界蔗糖溶液的浓度大于细胞液浓度。答案：B根毛区细胞从土壤溶液中吸收水分的主要原因是()A．细胞壁是由亲水性物质构成的B．细胞液浓度低于土壤溶液浓度C．细胞液浓度高于土壤溶液浓度D．细胞液浓度等于土壤溶液浓度答案：C解析：由于题目给出的细胞是根毛区细胞，是成熟的植物细胞，是靠渗透作用吸水的。成熟的植物细胞与外界环境溶液构成一个渗透系统，水分进出细胞决定于细胞液和外界环境溶液的浓度差。在正常情况下，细胞液浓度大于外界溶液浓度，细胞表现吸水。水分子是顺相对含量的梯度跨膜运输的，而其他物质大部分不是如此跨膜运输。若所有的物质进出细胞都与水分子一样，细胞内外的所有物质都达到一种平衡，那么细胞就失去了新陈代谢等生命活动所需要的一种特殊物质环境，也就不能完成各种生命活动了。从教材的资料分析中得知，番茄和水稻能从培养液中选择性地吸收离子，而人体甲状腺滤泡上皮细胞具有很强的摄取碘的能力，即动植物细胞对物质的吸收具有选择性，这是由细胞膜的特性决定的。细胞膜是一层选择透过性膜，水分子可以自由通过，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。由于水分子可以自由通过生物膜，当细胞内外溶液存在浓度差时，即水分子数不平衡时，通过吸水或失水过程使细胞内外水分子数趋向平衡。2下列物质中，跨膜运输是顺相对含量梯度的是()A．蛋白质B．淀粉C．K＋D．水解析：细胞膜是一层选择透过性膜，水分子可以自由通过，一些小分子和离子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。由于水可以自由通过生物膜，水分子的跨膜运输是顺相对含量梯度的，而其他分子和离子一般不能，尤其是蛋白质等大分子，不能这样通过生物膜。答案：D细胞膜在功能上的特性是()A．具有一定的流动性B．具有选择透过性C．具有渗透性D．具有半透性答案：B解析：细胞膜的功能之一是与细胞的内、外物质交换有关。细胞膜让水分子自由通过，细胞要选择吸收的离子、小分子也能通过，而其他的离子、小分子、大分子则不能通过。由此可见，细胞膜在功能上的特性是具有选择透过性。探究原理当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水分子就透过原生质层进入到外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。由于原生质层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逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水分就通过原生质层进入到细胞液中，发生质壁分离的细胞的整个原生质会慢慢地恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离复原。探究过程及结论项目实验过程及结果制作临时装片与观察制作临时装片用刀片在洋葱鳞片叶的外表面划一个小方块，用镊子撕取这一小块洋葱表皮，将它平展地放在载玻片中央的清水滴中，并盖上盖玻片。注意不要带叶肉部分观察先用低倍镜找到洋葱表皮细胞，并移到视野中央，然后移走低倍镜，换上高倍镜。这时可看到洋葱表皮细胞中紫色的大液泡，还可以看到原生质层与细胞壁紧贴在一起细胞的质壁分离滴蔗糖溶液从载物台上取下装片，从盖玻片的一侧滴入0.3g/mL的蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复3～4次，洋葱表皮细胞就浸润在蔗糖溶液中。观察将装片放在载物台的中央，先用低倍镜观察，再用高倍镜观察，可以看到细胞中的液泡逐渐变小，原生质层开始在边角与细胞壁分离，最后完全分离质壁分离的复原滴清水从载物台上取下装片，从盖玻片的一侧滴入清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引，这样重复3～4次，洋葱表皮细胞又浸润在清水中观察将装片放在载物台的中央，先用低倍镜观察，再用高倍镜观察，可以看到中央液泡逐渐胀大，原生质层又逐渐贴着细胞壁项目实验过程及结果结论上述实验表明：细胞液和外界溶液通过原生质层确实发生了渗透作用。在细胞液的浓度低于外界溶液的浓度时，洋葱鳞片叶表皮细胞就失水，发生质壁分离；在细胞液的浓度高于外界溶液的浓度时，细胞就吸水，已出现质壁分离的细胞，发生质壁分离复原。细胞能否从外界吸收水分子取决于细胞液的浓度和外界溶液浓度的高低。当细胞液的浓度高于外界溶液的浓度时，细胞就吸水，否则就失水进一步探究1．若用人的口腔上皮细胞或动物细胞代替洋葱表皮细胞，重复以上实验，结果会怎样？人和动物细胞没有细胞壁，将它们放入高浓度蔗糖溶液中时会失水皱缩，放入清水中会吸水涨破，但不能发生质壁分离与复原。2．用死的洋葱表皮细胞做质壁分离与复原实验，会成功吗？不会。因为死细胞的原生质层已失去选择透过性，大部分分子可以自由通过，所以不会发生质壁分离与复原。注意：①洋葱鳞片叶紫色的外表皮细胞，是有大液泡的成熟细胞，细胞液中有紫色的花青素，在显微镜下，紫色大液泡十分明显。质壁分离后，液泡明显缩小，因而质壁分离现象清晰可见。根据这个道理，也可选用水绵等其他有色的细胞。如果选用无色的细胞，也可使用活体染料将其染色。以上所指细胞都是活细胞，因为只有活细胞的原生质层才具有选择透过性，否则将不会出现质壁分离与复原现象。②使用的溶液浓度不能过大。如果过大，会使细胞在短时间内过度失水而死亡。观察到质壁分离现象后，要尽快滴加清水使其复原，否则，质壁分离的时间过长，也会造成细胞死亡。③在观察质壁分离现象时，要在显微镜下找到处于鳞片叶外表皮边缘的细胞，因为这里的细胞最先接触蔗糖溶液，因而也会先出现质壁分离。同理，观察质壁分离复原时，也应如此。④通过这个实验，我们可以间接地看到原来看不见的细胞膜(细胞质的外围边界)。如果使用不同浓度梯度的溶液，分别做多个装片的实验，可以测定出细胞液的浓