人教版（2023）生物必修1教案：4-1 第1課時(shí)水進(jìn)出細(xì)胞的原理

第第頁(yè)人教版（2023）生物必修1教案：4-1第1課時(shí)水進(jìn)出細(xì)胞的原理第4章細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出

第1節(jié)被動(dòng)運(yùn)輸

第1課時(shí)水進(jìn)出細(xì)胞的原理

素養(yǎng)導(dǎo)引

1.生命觀念:運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀,說(shuō)出細(xì)胞的失水與吸水與其結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。

2.科學(xué)探究:利用給定的條件,設(shè)計(jì)并實(shí)施探究實(shí)驗(yàn)方案,分析得出結(jié)論。

3.社會(huì)責(zé)任:基于細(xì)胞失水和吸水,指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、合理施肥。

一、水進(jìn)出細(xì)胞的原理

1.滲透作用:

(1)概念:指水分子(或其他溶劑分子)通過(guò)半透膜的擴(kuò)散。

(2)方向:水相對(duì)含量高→水相對(duì)含量低。

2.水進(jìn)出動(dòng)物細(xì)胞:

(1)原理。

①半透膜:動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞膜。

②濃度差:外界溶液與細(xì)胞質(zhì)之間的濃度差。

(2)現(xiàn)象。

①外界溶液濃度小于細(xì)胞質(zhì)的濃度:細(xì)胞吸水膨脹。

②外界溶液濃度等于細(xì)胞質(zhì)的濃度:細(xì)胞形態(tài)不變。

③外界溶液濃度大于細(xì)胞質(zhì)的濃度:細(xì)胞失水皺縮。

3.水進(jìn)出植物細(xì)胞:

(1)原理。

①半透膜:植物細(xì)胞的原生質(zhì)層包括細(xì)胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)。

②濃度差:外界溶液與細(xì)胞液之間的濃度差。

(2)動(dòng)植物細(xì)胞之間的區(qū)別。

①結(jié)構(gòu):植物細(xì)胞的細(xì)胞膜外有一層細(xì)胞壁,伸縮性比較小。

②吸水后對(duì)細(xì)胞的影響:動(dòng)物細(xì)胞吸水能漲破,植物細(xì)胞吸水過(guò)多不會(huì)(填“會(huì)”或“不會(huì)”)漲破。

[思考]輸液時(shí)為何要用濃度為0.9%的NaCl溶液

提示:0.9%的NaCl溶液與細(xì)胞質(zhì)的濃度相等,可以維持細(xì)胞的正常形態(tài)。

二、探究植物細(xì)胞的吸水和失水

1.實(shí)驗(yàn)原理:

(1)原生質(zhì)層與細(xì)胞壁的特點(diǎn)。

①原生質(zhì)層的伸縮性比細(xì)胞壁大。

②細(xì)胞壁是全透性的,原生質(zhì)層具有選擇透過(guò)性。

(2)溶液濃度對(duì)細(xì)胞的影響。

①當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度時(shí),細(xì)胞將失水。

②當(dāng)外界溶液濃度小于細(xì)胞液濃度時(shí),細(xì)胞將吸水。

2.實(shí)驗(yàn)步驟:

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

外界溶液上都液泡大小原生質(zhì)層的位置細(xì)胞大小液泡顏色

蔗糖溶液變小與細(xì)胞壁分離基本不變變深

清水恢復(fù)原狀與細(xì)胞壁緊貼基本不變變淺

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜。

[思考]洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞能否用于質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)

提示:不能,洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞無(wú)大液泡,細(xì)胞壁伸縮性較大,不會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離。

近年來(lái),生物膜的研究成果在環(huán)保、醫(yī)療等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用,例如人工制成的血液透析膜,通過(guò)血液和透析液在透析膜內(nèi)外兩側(cè)的相對(duì)流動(dòng),其溶質(zhì)按照濃度梯度差從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn),將代謝廢物透析掉。結(jié)合所學(xué)知識(shí)判斷:

1.水會(huì)從溶質(zhì)濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)。(×)

分析:水會(huì)從相對(duì)含量高的地方向相對(duì)含量低的方向運(yùn)動(dòng),溶質(zhì)濃度高的溶液水的相對(duì)含量低。

2.透析膜是半透膜,也是生物膜。(×)

分析:透析膜是半透膜,但不具有生物活性,不是生物膜。

3.透析膜也具有選擇性。(√)

學(xué)習(xí)任務(wù)一:滲透作用

1.滲透裝置圖:

2.滲透作用發(fā)生的條件:

(1)具有半透膜。

(2)半透膜兩側(cè)具有濃度差。

3.滲透作用的原理:

(1)漏斗內(nèi)蔗糖溶液中水分子相對(duì)含量比清水中水分子相對(duì)含量低。

(2)燒杯中水分子向漏斗內(nèi)擴(kuò)散,漏斗管內(nèi)的液面會(huì)上升。

[思考探究]當(dāng)漏斗內(nèi)液面達(dá)到穩(wěn)定后,是否還有水分子進(jìn)出半透膜

提示:有。此時(shí)水分子進(jìn)出半透膜的速率達(dá)到平衡,故液面不再變化。

【學(xué)習(xí)加點(diǎn)料】

思維易錯(cuò):滲透裝置內(nèi)液面達(dá)到平衡后,半透膜兩側(cè)是否還存在濃度差

提示:存在。由于蔗糖分子不能進(jìn)入燒杯,燒杯中依然為清水,而漏斗內(nèi)為蔗糖溶液,故依然有濃度差。

(2022·德州高一檢測(cè))將盛有一定濃度蔗糖溶液①的透析袋(蔗糖分子不能透過(guò)②)浸入蒸餾水中③,題圖能正確表示透析袋中蔗糖溶液濃度與時(shí)間關(guān)系的是()

[解題思維]

提取關(guān)鍵點(diǎn)①盛有一定濃度的蔗糖溶液②蔗糖分子不能通過(guò)③浸入蒸餾水

轉(zhuǎn)化知識(shí)點(diǎn)①具有半透膜②半透膜兩側(cè)具有濃度差

排除障礙點(diǎn)透析袋中含有蔗糖溶液,浸入蒸餾水中,透析袋吸水,蔗糖溶液濃度降低,但降低到一定程度后,不再發(fā)生變化

【解析】選B。透析袋中溶液的濃度高,透析袋滲透吸水,蔗糖溶液濃度下降,當(dāng)達(dá)到平衡時(shí),蔗糖溶液濃度不變,故選B。

[借題發(fā)揮]如果在透析袋中加入蔗糖酶(可以將蔗糖水解為單糖,不能透過(guò)透析袋),單糖能透過(guò)透析袋,透析袋中溶液濃度的變化是什么

提示:濃度逐漸減小,然后不再變化,但仍高于外界溶液。因?yàn)橥肝龃羞€含有蔗糖酶。

1.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的滲透作用的實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)長(zhǎng)頸漏斗內(nèi)外液面平齊,記作零液面。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后,長(zhǎng)頸漏斗內(nèi)部液面的變化趨勢(shì)可表示為()

【解析】選A。仔細(xì)觀察圖示,漏斗內(nèi)為蒸餾水,實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后長(zhǎng)頸漏斗內(nèi)部液面將下降,由于實(shí)驗(yàn)初始階段膀胱膜內(nèi)外溶液濃度差較大,故液面下降速率較大,之后速率逐漸減小直至為0,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

2.(2022·重慶高一檢測(cè))某同學(xué)為探究滲透現(xiàn)象,組裝了如圖所示裝置。圖甲為初始狀態(tài),圖乙為一段時(shí)間后的狀態(tài),①表示燒杯中的溶液,②表示長(zhǎng)頸漏斗中的溶液,③表示玻璃紙。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()

A.初始狀態(tài)時(shí)①的濃度小于②

B.漏斗中的液面會(huì)逐漸上升,最后達(dá)到平衡

C.如果用紗布代替玻璃紙,則不會(huì)出現(xiàn)圖乙的現(xiàn)象

D.圖乙中沒(méi)有水分子透過(guò)玻璃紙進(jìn)出漏斗

【解析】選D。由分析可知,最終圖乙漏斗液面上升,說(shuō)明初始狀態(tài)時(shí)②溶液濃度大于①溶液濃度,A正確;初始狀態(tài)時(shí)燒杯中溶液濃度小于漏斗內(nèi)溶液濃度,水分子通過(guò)玻璃紙進(jìn)入漏斗,漏斗的液面逐漸上升,當(dāng)漏斗內(nèi)液面產(chǎn)生的壓力與其吸水能力相等時(shí),水分子進(jìn)出平衡,液面不再上升,B正確;紗布不屬于半透膜,如果用紗布代替玻璃紙,則不會(huì)出現(xiàn)圖乙的現(xiàn)象,C正確;圖乙中水分子透過(guò)玻璃紙進(jìn)出漏斗的數(shù)量相等,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,D錯(cuò)誤。

【補(bǔ)償訓(xùn)練】

如圖所示,在漏斗中加入的蔗糖溶液與蒸餾水液面齊平,一段時(shí)間后,待漏斗內(nèi)液面不再變化時(shí),再向漏斗中加入一定量的蔗糖酶。下列坐標(biāo)曲線中能正確反映整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中漏斗內(nèi)外溶液的液面高度差變化的是()

【解析】選A。據(jù)圖分析,該裝置具有半透膜,而漏斗內(nèi)外溶液存在濃度差,能發(fā)生滲透作用,由于蔗糖溶液濃度大于蒸餾水,因而開(kāi)始時(shí)漏斗內(nèi)液面上升;一段時(shí)間后,向漏斗中加入一定量的蔗糖酶,將蔗糖水解成單糖,摩爾濃度增大,使得液面繼續(xù)上升,后隨著單糖逐漸進(jìn)入燒杯,而使得漏斗內(nèi)溶液濃度下降,液面下降,高度差減小。由于濃度差越來(lái)越接近,高度差減小的趨勢(shì)越來(lái)越慢。但由于漏斗內(nèi)有蔗糖酶,所以漏斗內(nèi)液體濃度始終大于燒杯內(nèi)液體濃度。因此,最后漏斗內(nèi)的液面稍高于燒杯的液面。

學(xué)習(xí)任務(wù)二:質(zhì)壁分離及復(fù)原實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

1.實(shí)驗(yàn)探究的一般過(guò)程:

2.質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)的拓展應(yīng)用:

(1)判斷成熟植物細(xì)胞的死活:

(2)測(cè)定細(xì)胞液濃度范圍:

(3)比較不同植物細(xì)胞的細(xì)胞液濃度:

(4)鑒別不同種類的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液):

[思考探究]如果在顯微鏡下一個(gè)視野中發(fā)現(xiàn)有一個(gè)細(xì)胞未發(fā)生質(zhì)壁分離而其他細(xì)胞都發(fā)生了質(zhì)壁分離,可能的原因是什么

提示:細(xì)胞死亡,不能發(fā)生滲透作用。

【學(xué)習(xí)加點(diǎn)料】

思維易錯(cuò):有人認(rèn)為觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)用黑藻葉片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),葉綠體的顏色會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察,你認(rèn)為正確嗎請(qǐng)說(shuō)出依據(jù)。

提示:不正確,黑藻葉片的葉肉細(xì)胞中液泡呈無(wú)色,葉綠體的存在使原生質(zhì)層呈綠色,有利于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。

下列關(guān)于植物細(xì)胞吸水和失水實(shí)驗(yàn)的過(guò)程,敘述正確的是()

A.該實(shí)驗(yàn)沒(méi)有設(shè)置對(duì)照

B.實(shí)驗(yàn)材料換成黑藻也能觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

C.實(shí)驗(yàn)步驟中吸水紙的作用是吸去多余的蔗糖溶液

D.該實(shí)驗(yàn)中顯微鏡下能觀察到水分子的雙向運(yùn)動(dòng)

[解題思維]

提取關(guān)鍵點(diǎn)植物細(xì)胞吸水和失水實(shí)驗(yàn)

轉(zhuǎn)化知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程及注意事項(xiàng)

排除障礙點(diǎn)質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的對(duì)照是前后自身對(duì)照

【解析】選B。題述實(shí)驗(yàn)用顯微鏡觀察了三次,第二次與第一次形成對(duì)照,第三次與第二次形成對(duì)照,該對(duì)照方法為自身對(duì)照,可見(jiàn),該實(shí)驗(yàn)有設(shè)置對(duì)照,A錯(cuò)誤;組成黑藻的細(xì)胞中也有成熟的植物細(xì)胞,液泡無(wú)色,葉綠體的存在使原生質(zhì)層呈綠色,因此將實(shí)驗(yàn)材料換成黑藻也能觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,B正確;實(shí)驗(yàn)步驟中吸水紙的作用是引流,使洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞浸潤(rùn)在蔗糖溶液或清水中,以便觀察質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象,C錯(cuò)誤;題述實(shí)驗(yàn)中顯微鏡下不能觀察到水分子的雙向運(yùn)動(dòng),D錯(cuò)誤。

1.植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離過(guò)程中,與細(xì)胞壁分離的是()

A.細(xì)胞核B.原生質(zhì)層C.細(xì)胞質(zhì)D.液泡膜

【解析】選B。植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離現(xiàn)象指的是原生質(zhì)層與細(xì)胞壁的分離。

2.與植物細(xì)胞的吸水和失水的探究實(shí)驗(yàn)材料及外界溶液有關(guān)的正確敘述是()

①實(shí)驗(yàn)材料必須是成熟的植物活組織細(xì)胞

②細(xì)胞液最好有顏色,便于觀察和判斷細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的程度

③細(xì)胞液必須有顏色,否則不能發(fā)生質(zhì)壁分離和復(fù)原

④外界溶液的濃度應(yīng)適中,不能過(guò)低或過(guò)高

⑤外界溶液必須對(duì)細(xì)胞無(wú)毒害

⑥外界溶液的濃度無(wú)特殊要求,任何濃度均可以

A.①②⑤⑥B.①②④⑤

C.①③④⑤D.①③⑤⑥

【解析】選B。質(zhì)壁分離的前提條件是實(shí)驗(yàn)材料必須是成熟的植物活組織細(xì)胞,①正確;所選細(xì)胞的細(xì)胞液最好有顏色,這樣便于觀察和判斷細(xì)胞質(zhì)壁分離及其復(fù)原的程度,②正確;細(xì)胞液是否有顏色不能決定質(zhì)壁分離及其復(fù)原是否可以發(fā)生,③錯(cuò)誤;外界溶液的濃度應(yīng)適中,不能過(guò)低或過(guò)高,否則會(huì)使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯或使細(xì)胞失水過(guò)多死亡,④正確;外界溶液必須對(duì)細(xì)胞無(wú)毒害,因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)需要細(xì)胞保持活性,⑤正確;外界溶液的濃度要適中,不能是任何濃度,⑥錯(cuò)誤。故選B。

反滲透

海鷗嗉囊位置有一層薄膜,海鷗正是利用了這層薄膜把海水過(guò)濾為可飲用的淡水,而含有雜質(zhì)及高濃縮鹽分的海水則吐出嘴外。這就是反滲透法的基本理論架構(gòu)。

反滲透原理最早應(yīng)用于米國(guó)太空人將尿液回收為純水使用,醫(yī)學(xué)界也出現(xiàn)過(guò)用反滲透法的技術(shù)進(jìn)行血液透析的臨床案例。反滲透膜可以將重金屬、農(nóng)藥、細(xì)菌、病毒、雜質(zhì)等徹底分離。整個(gè)工作原理均采用物理法,不添加任何殺菌劑和化學(xué)物質(zhì),所以不會(huì)發(fā)生化學(xué)變化。如圖為反滲透裝置的原理圖。

探究:

請(qǐng)分析回答問(wèn)題:

(1)海鷗嗉囊中的薄膜相當(dāng)于滲透裝置中的__________。

(2)反滲透裝置中水分子擴(kuò)散的方向是_________________________________,該過(guò)程______________(填“需要”或“不需要”)消耗能量。

(3)利用該原理生產(chǎn)的反滲透凈水機(jī)可以獲得較為純凈的水,使用過(guò)程中為什么要經(jīng)常更換反滲透膜________________________________________。

【解析】(1)海鷗嗉囊中的薄膜具有過(guò)濾作用,相當(dāng)于滲透裝置中的半透膜。

(2)反滲透裝置中水分子從濃溶液向稀溶液的方向擴(kuò)散,該過(guò)程需要外界壓力,因此需要消耗能量。

(3)反滲透凈水機(jī)利用壓力使水分子逆濃度運(yùn)輸,所以水分子能通過(guò)半透膜即反滲透膜而其他物質(zhì)不能通過(guò),使用過(guò)程中不能通過(guò)半透膜的物質(zhì)會(huì)影響半透膜的過(guò)濾效果,使產(chǎn)生的水不再