2020人教版高中生物必修1第4章第1節(jié)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例

1、第1節(jié)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例 學(xué)習(xí)目標(biāo)1舉例說(shuō)出細(xì)胞膜是選擇透過(guò)性膜。(重點(diǎn))2嘗試提出問(wèn)題，作出假設(shè)。(難點(diǎn))3進(jìn)行關(guān)于植物細(xì)胞吸水和失水的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作。, 知識(shí)結(jié)構(gòu) 細(xì)胞的吸水和失水1細(xì)胞吸水和失水的原理滲透作用(1)半透膜半透膜是指某些物質(zhì)可以透過(guò)，而另一些物質(zhì)不能透過(guò)的多孔性薄膜，能否透過(guò)半透膜往往取決于物質(zhì)分子直徑的大小。(2)滲透作用概念：滲透作用是指水分子或其他溶劑分子通過(guò)半透膜，從相對(duì)濃度高的地方向相對(duì)濃度低地方擴(kuò)散的現(xiàn)象。條件(如圖411所示)(3)原理當(dāng)溶液濃度ab時(shí)，通過(guò)半透膜由ba的水分子數(shù)多于由ab的分子數(shù)，漏斗中液面上升。當(dāng)溶液濃度ab時(shí)，通過(guò)半透膜由ab的水分子數(shù)多

2、于由ba的分子數(shù)，漏斗中液面下降。當(dāng)溶液濃度ab時(shí)，通過(guò)半透膜由ab的水分子數(shù)等于由ba的水分子數(shù)，水分子的移動(dòng)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，漏斗中液面高度不變。(1)兩溶液間的水分子透過(guò)半透膜進(jìn)行雙向運(yùn)動(dòng)，溶質(zhì)分子不能通過(guò)半透膜，我們只是觀(guān)測(cè)出由于雙向水分子運(yùn)動(dòng)的差別所導(dǎo)致的液面改變。(2)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液的物質(zhì)的量濃度不相等，相對(duì)分子質(zhì)量大的溶液的物質(zhì)的量濃度小，由于蔗糖的相對(duì)分子質(zhì)量大于葡萄糖的相對(duì)分子質(zhì)量，故水分子運(yùn)動(dòng)的總趨勢(shì)是由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移動(dòng)。(3)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

3、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))，因此滲透作用是一種特殊的擴(kuò)散。2動(dòng)植物細(xì)胞的失水和吸水(1)動(dòng)物細(xì)胞的吸水和失水(以哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞為例，如圖412所示)圖412紅細(xì)胞放入清水中，會(huì)吸水漲破，因?yàn)榧t細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)的濃度大于外界溶液的濃度，細(xì)胞內(nèi)的大分子物質(zhì)不能通過(guò)細(xì)胞膜，水分子可以自由通過(guò)細(xì)胞膜，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的水分子數(shù)多，因此紅細(xì)胞吸水。紅細(xì)胞放入高濃度溶液中，會(huì)失水皺縮。因?yàn)橥饨缛芤旱臐舛却笥诩t細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)的濃度，水分子可以通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入外界環(huán)境中。細(xì)胞內(nèi)的水分子減少，因此紅細(xì)胞失水。(2)植物細(xì)胞的吸水和失水(如圖413所示)圖413 成

4、熟的植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)植物細(xì)胞失水和吸水的條件當(dāng)細(xì)胞液濃度外界溶液濃度，細(xì)胞吸水，質(zhì)壁分離復(fù)原。當(dāng)細(xì)胞液中的水分流失，使細(xì)胞壁和原生質(zhì)層都出現(xiàn)一定程度的收縮，但由于原生質(zhì)層的伸縮性比細(xì)胞壁的伸縮性大，當(dāng)細(xì)胞不斷失水時(shí)，原生質(zhì)層就會(huì)與細(xì)胞壁分離開(kāi)來(lái)，也就發(fā)生質(zhì)壁分離。(3)動(dòng)植物細(xì)胞吸水和失水的比較動(dòng)物細(xì)胞成熟植物細(xì)胞半透膜細(xì)胞膜原生質(zhì)層(細(xì)胞膜、液泡膜及二者之間的細(xì)胞質(zhì))濃度差細(xì)胞質(zhì)與外界溶液細(xì)胞液與外界溶液結(jié)果細(xì)胞質(zhì)濃度外界溶液濃度，細(xì)胞吸水膨脹細(xì)胞質(zhì)濃度外界溶液濃度，細(xì)胞吸水膨脹細(xì)胞液濃度外界溶液濃度，細(xì)胞失水，質(zhì)壁分離細(xì)胞液濃度外界溶液濃度，細(xì)胞水分進(jìn)出平衡半透膜、選擇透過(guò)性膜以及生

5、物膜的區(qū)別概念范疇特點(diǎn)半透膜物理學(xué)上的概念物質(zhì)能否通過(guò)半透膜取決于半透膜孔隙直徑的大小選擇透過(guò)性膜生理學(xué)上的概念具有生物活性，即使是小分子，只要不是細(xì)胞選擇吸收的，也不能通過(guò)。選擇透過(guò)性膜可以看成是功能完善的一類(lèi)半透膜生物膜活的生物膜屬于選擇透過(guò)性膜。當(dāng)細(xì)胞死亡時(shí)，細(xì)胞膜等生物膜的選擇透過(guò)性就變?yōu)槿感越滩牡?061頁(yè)參考答案問(wèn)題探討1由于單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)玻璃紙進(jìn)入長(zhǎng)頸漏斗的水分子數(shù)量多于從長(zhǎng)頸漏斗滲出的水分子數(shù)量，使得管內(nèi)液面升高。2用紗布替代玻璃紙時(shí)，因紗布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透，因而液面不會(huì)升高。3半透膜兩側(cè)溶液的濃度相等時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)玻璃紙進(jìn)入長(zhǎng)頸漏斗的水分子數(shù)量等于滲出

6、的水分子數(shù)量，液面不會(huì)升高。思考與討論1紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白等有機(jī)物一般不能透過(guò)細(xì)胞膜。2紅細(xì)胞的細(xì)胞膜相當(dāng)于“問(wèn)題探討”中的半透膜。3當(dāng)外界溶液的濃度低于紅細(xì)胞內(nèi)部的濃度時(shí)，紅細(xì)胞一般會(huì)因持續(xù)吸水而漲破。4紅細(xì)胞吸水或失水的多少主要取決于紅細(xì)胞內(nèi)外濃度的差值。一般情況下，差值較大時(shí)，吸水或失水較多。與生活的聯(lián)系會(huì)感到口腔黏膜比較干。因?yàn)槌赃^(guò)咸的食物，口腔細(xì)胞會(huì)失水過(guò)多?！纠?】把體積相同的10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的葡萄糖溶液和10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的蔗糖溶液用半透膜隔開(kāi)，初始狀態(tài)其分子移動(dòng)的總方向是()a葡萄糖分子向蔗糖溶液中移動(dòng)b蔗糖分子向葡萄糖溶液中移動(dòng)c水分子從蔗糖溶液向葡萄糖溶液中移動(dòng)d水分子從

7、葡萄糖溶液向蔗糖溶液中移動(dòng)解析：葡萄糖是單糖，而蔗糖是二糖，其相對(duì)分子質(zhì)量較葡萄糖大，因而相同體積、相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的兩溶液中，10%的蔗糖溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量較小，而10%葡萄糖溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量則較大，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。所以水分子移動(dòng)的總方向是由蔗糖溶液向葡萄糖溶液中移動(dòng)。答案：c點(diǎn)撥：判斷水的總體穿膜方向是比較半透膜兩側(cè)的溶液濃度差，水分子從低濃度向高濃度滲透，而溶液濃度是指物質(zhì)的量濃度，即單位體積的溶質(zhì)的微粒數(shù)目。 探究植物細(xì)胞的吸水和失水1實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)細(xì)胞液的濃度小于外界溶液的濃度時(shí)，細(xì)胞就會(huì)通過(guò)滲透作用而失水，發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。當(dāng)細(xì)胞液的濃度大于外

8、界溶液的濃度時(shí)，質(zhì)壁分離的細(xì)胞就會(huì)通過(guò)滲透作用而吸水，發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。2目的要求 (1)學(xué)會(huì)觀(guān)察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原的方法。(2)了解植物細(xì)胞發(fā)生滲透作用的原理。3材料用具紫色洋蔥鱗片葉，顯微鏡，載玻片，蓋玻片，滴管，鑷子，刀片，吸水紙，清水，質(zhì)量濃度為0.3 g/ml的蔗糖溶液。4方法步驟(1)植物細(xì)胞有兩種吸水方式：不成熟的植物細(xì)胞未形成大的液泡，靠吸脹作用吸水，如根尖分生區(qū)的細(xì)胞、干種子細(xì)胞的吸水；成熟的植物細(xì)胞中形成大的液泡后，主要靠滲透作用吸水，如葉肉細(xì)胞。(2)選擇實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，應(yīng)選取帶有顏色的成熟的植物組織進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，便于鏡檢時(shí)觀(guān)察。(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)蔗糖溶液的濃度要適宜，濃度過(guò)低不能

9、發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，濃度過(guò)高易引起細(xì)胞失水過(guò)多而死亡。(4)由于細(xì)胞壁具有全透性，質(zhì)壁分離現(xiàn)象發(fā)生后，質(zhì)壁間隙充滿(mǎn)的是蔗糖溶液，質(zhì)壁分離復(fù)原時(shí)，質(zhì)壁間隙充滿(mǎn)的是清水。(5)細(xì)胞的質(zhì)壁分離現(xiàn)象是植物細(xì)胞特有的現(xiàn)象，動(dòng)物細(xì)胞和死亡的細(xì)胞不會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象?！纠?】下列細(xì)胞放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的蔗糖溶液中，不會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離的一組是()洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞人的口腔上皮細(xì)胞洋蔥表皮細(xì)胞干種子細(xì)胞蛔蟲(chóng)卵細(xì)胞洋蔥根毛細(xì)胞a bc d解析：發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞必須是具有大液泡的成熟植物細(xì)胞。根尖分生區(qū)細(xì)胞、干種子細(xì)胞由于沒(méi)有大液泡，所以不能發(fā)生質(zhì)壁分離；蛔蟲(chóng)屬于動(dòng)物，其卵細(xì)胞和人的口腔上皮細(xì)胞均不存在細(xì)胞壁，因此

10、也不能進(jìn)行質(zhì)壁分離。答案：c點(diǎn)撥：質(zhì)壁分離現(xiàn)象是成熟的植物細(xì)胞特有的一種現(xiàn)象，未成熟的植物細(xì)胞，如分生區(qū)細(xì)胞、干種子細(xì)胞，不會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。 植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的應(yīng)用1判斷細(xì)胞死活把待測(cè)植物細(xì)胞與蔗糖溶液進(jìn)行鏡檢，若發(fā)生質(zhì)壁分離與復(fù)原活細(xì)胞；若不發(fā)生質(zhì)壁分離可能為死細(xì)胞；若發(fā)生質(zhì)壁分離后不能復(fù)原死細(xì)胞。2測(cè)定細(xì)胞液濃度的范圍把待測(cè)植物細(xì)胞一系列濃度梯度的蔗糖溶液分別進(jìn)行鏡檢，細(xì)胞液濃度的范圍介于未發(fā)生質(zhì)壁分離和剛剛發(fā)生質(zhì)壁分離的外界溶液的濃度范圍之間。3比較不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度把不同植物細(xì)胞同一濃度的蔗糖溶液進(jìn)行鏡檢，比較剛發(fā)生質(zhì)壁分離所需的時(shí)間，根據(jù)質(zhì)壁分離的速度判斷細(xì)胞液濃度(

11、即時(shí)間越短，細(xì)胞液濃度越小)。4比較未知濃度溶液的濃度大小把同一植物的成熟細(xì)胞未知濃度的溶液進(jìn)行鏡檢，比較剛發(fā)生質(zhì)壁分離所需要的時(shí)間，判斷溶液濃度的大小(時(shí)間越短，未知溶液濃度越大)。5驗(yàn)證原生質(zhì)層與細(xì)胞壁伸縮性大小把成熟植物細(xì)胞蔗糖溶液進(jìn)行鏡檢，若發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，則細(xì)胞壁的伸縮性小于原生質(zhì)層伸縮性。若不發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，細(xì)胞壁伸縮性大于或等于原生質(zhì)層的伸縮性。6鑒別不同種類(lèi)的溶液把成熟植物細(xì)胞外界溶液進(jìn)行鏡檢，若只發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，則外界溶液為溶質(zhì)不能通過(guò)半透膜的溶液(如蔗糖)。若發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象后自動(dòng)復(fù)原，則外界溶液為溶質(zhì)能通過(guò)半透膜的溶液(如kno3)。【例3】如圖414為某種植物組織

12、依次分別在蒸餾水； moll1蔗糖溶液；5 moll1尿素溶液中細(xì)胞體積逐漸發(fā)生變化的曲線(xiàn)。請(qǐng)你判斷在的溶液中依次能正確表達(dá)其變化的曲線(xiàn)是()aa、b、cba、c、bcc、b、adc、a、b解析：植物組織放在蒸餾水中會(huì)吸水，體積增大；放在 moll1蔗糖溶液中會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離；放在5 moll1尿素溶液中發(fā)生質(zhì)壁分離后，由于尿素分子進(jìn)入細(xì)胞液，會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。答案：b點(diǎn)撥：1.在判斷細(xì)胞是否發(fā)生質(zhì)壁分離及其復(fù)原時(shí)有如下規(guī)律,（1）從細(xì)胞角度分析,死細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞及未成熟的植物細(xì)胞不發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。具有中央大液泡的成熟植物細(xì)胞才可發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。,（2）從溶液角度分析,在一定濃度的、溶

13、質(zhì)不能穿膜的溶液中細(xì)胞只會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，不能自動(dòng)復(fù)原。在一定濃度的、溶質(zhì)可穿膜的溶液中細(xì)胞先發(fā)生質(zhì)壁分離后自動(dòng)復(fù)原。,在高濃度溶液中細(xì)胞可發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，但會(huì)過(guò)度失水死亡不再?gòu)?fù)原。,2.質(zhì)壁分離過(guò)程中細(xì)胞吸水能力的判斷,（1）根據(jù)原生質(zhì)層,體積判斷體積越來(lái)越小吸水能力越來(lái)越強(qiáng),體積越來(lái)越大吸水能力越來(lái)越弱（2）根據(jù)液泡,顏色判斷顏色越來(lái)越深吸水能力越來(lái)越強(qiáng),顏色越來(lái)越淺吸水能力越來(lái)越弱 物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例1番茄和水稻吸收礦質(zhì)離子的比較科學(xué)家將番茄和水稻分別放在含有ca2、mg2和sio的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，結(jié)果如圖415所示。(1)不同植物細(xì)胞對(duì)同一無(wú)機(jī)鹽離子和同一植物細(xì)胞對(duì)不同無(wú)機(jī)鹽離子

14、的吸收均有差異，說(shuō)明植物細(xì)胞膜對(duì)無(wú)機(jī)鹽離子的吸收具有選擇性。(2)番茄吸收ca2、mg2多，吸收sio少 ；水稻吸收sio多，而吸收ca2、mg2少，從營(yíng)養(yǎng)學(xué)的角度講番茄的補(bǔ)鈣效果比水稻好。(3)水稻吸收水的相對(duì)速率比吸收ca2、mg2大，造成培養(yǎng)液中ca2、mg2濃度上升；番茄吸收水的相對(duì)速率比吸收sio大，造成培養(yǎng)液中sio濃度上升。(4)植物細(xì)胞在同一時(shí)間吸收離子和吸收水的量不同，即吸收離子和吸收水是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程。2人體甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞吸收碘的特點(diǎn)人體甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞內(nèi)碘濃度比血液高2025倍，說(shuō)明碘進(jìn)入甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞是從低濃度高濃度，即逆濃度梯度運(yùn)輸。3微生物吸收礦物質(zhì)的

15、特點(diǎn)不同微生物對(duì)不同礦物質(zhì)的吸收表現(xiàn)出較大的差異：(1)不同微生物的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)有一定的差異；(2)不同微生物對(duì)礦物質(zhì)的吸收有選擇性；(3)不同微生物對(duì)各種礦物質(zhì)的需求量不同。4上述實(shí)例分析的結(jié)論(1)細(xì)胞膜和其他生物膜都是選擇透過(guò)性膜，具有以下特點(diǎn)：水分子可以自由通過(guò)。一些離子和小分子也可以通過(guò)。其他的離子、小分子和大分子則不能通過(guò)。(2)物質(zhì)通過(guò)生物膜的跨膜運(yùn)輸，有的是順相對(duì)含量梯度運(yùn)輸，有的是逆相對(duì)含量梯度運(yùn)輸。(3)細(xì)胞對(duì)于物質(zhì)輸入和輸出的選擇性是通過(guò)細(xì)胞膜實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞膜具有選擇透過(guò)性的原因是由于細(xì)胞膜上有一類(lèi)蛋白質(zhì)，在物質(zhì)跨膜運(yùn)輸中起運(yùn)輸載體作用，不同細(xì)胞膜上，這種載體蛋白的種類(lèi)和數(shù)量

16、不同，從而使細(xì)胞膜對(duì)物質(zhì)通過(guò)表現(xiàn)出高度的選擇性。教材第6364頁(yè)參考答案資料分析1在培養(yǎng)過(guò)程中，水稻吸收水分及其他離子較多，吸收ca2、mg2較少，結(jié)果導(dǎo)致水稻培養(yǎng)液里的ca2、mg2濃度增高。2不同作物對(duì)無(wú)機(jī)鹽的吸收是有差異的。3水分子跨膜運(yùn)輸是順相對(duì)含量梯度的，其他物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸并不都是這樣，這取決于細(xì)胞生命活動(dòng)的需要。4細(xì)胞對(duì)物質(zhì)的吸收是有選擇的。這種選擇性具有普遍性。與社會(huì)的聯(lián)系不能；不能宣傳高濃度的飲料有解渴作用，因?yàn)檫^(guò)高濃度的飲料反而會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞失水?！纠?】將水稻和番茄分別在相同的培養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定培養(yǎng)液中各離子的濃度。如圖416表示實(shí)驗(yàn)結(jié)束后培養(yǎng)液中各種離子濃度占開(kāi)始時(shí)濃度的百分比。分析此圖，回答問(wèn)題。(1)圖416中的結(jié)果能說(shuō)明的問(wèn)題：_；_。(2)不同植物吸收的離子不同，引起這種現(xiàn)象的原因是_。(3)從圖416中可以看出培養(yǎng)液中有些離子的濃度比培養(yǎng)前還高，原因是_。(4)上述實(shí)驗(yàn)及結(jié)果對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有什么指導(dǎo)意義？_。(5)方法啟示：在研究礦質(zhì)元素吸收量時(shí)，直接測(cè)定植物對(duì)某離子的吸收量比較困難，通常利用測(cè)定_中該離子的含量來(lái)間接推知植物對(duì)其吸收量。解析：從圖中可見(jiàn)，同一種植物(如水稻)對(duì)不同離子的吸收量不同；不同的植物對(duì)同一離子(如ca2)的吸收量也不同，說(shuō)明了植物對(duì)離子的