高中生物必修141 物质跨膜运输的实例学案.docx

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高中生物必修141物质跨膜运输的实例学案

第1节　物质跨膜运输的实例

学习目标引导

核心素养对接

关键术语

1.阐述渗透现象的原理及条件。

2.探究植物细胞吸水和失水的条件。

3.举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞。

1.科学思维——分析与综合：

对渗透作用现象进行分析，理解渗透作用的原理。

2.科学探究——根据实验目的，设计细胞吸水与失水的实验，实施方案，观察实验结果，得出正确结论。

3.社会责任——依据渗透作用原理，指导农业生产和选择低盐饮食的健康生活方式。

渗透作用

质壁分离

被动运输

|预知概念|

一、渗透现象的原理及条件

1.原理　渗透作用。

2.条件

二、细胞的吸水和失水

1.动物细胞的吸水和失水（以哺乳动物成熟的红细胞为例）

半透膜

浓度差

细胞状态

细胞膜相当于一层半透膜

外界溶液浓度

＞

细胞质的浓度

皱缩

＜

膨胀

＝

不变

2.植物细胞的吸水和失水

（1）成熟植物细胞的结构：

（2）探究植物细胞的吸水和失水：

①实验过程

②实验现象

加蔗糖溶液

加清水

中央液泡大小

变小

恢复原状

液泡颜色

变深

变浅

原生质层的位置

与细胞壁分离

与细胞壁紧贴

细胞大小

基本不变

基本不变

（3）发生质壁分离的原因：

三、物质跨膜运输的其他实例

1.实例

（1）水稻吸收SiO

多，吸收Ca2＋、Mg2＋较少；番茄吸收Ca2＋、Mg2＋较多，而吸收SiO

较少。

（2）人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘含量明显高于血液中碘的含量。

（3）不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。

2.特点

（1）物质跨膜运输并不完全是顺相对含量梯度的运输。

（2）细胞对物质的输入和输出具有选择性。

3.结论

细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。

|过程评价|

1.具有浓度差的溶液之间一定会发生渗透作用（×）

2.渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两侧溶液的浓度差（√）

3.当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞就会发生质壁分离（×）

4.植物细胞放在0.3g/mL的蔗糖溶液中，都能发生质壁分离现象（×）

5.细胞膜对膜两侧物质的进出具有选择性（√）

6.植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成（×）

7.不同植物对同一种无机盐离子的吸收有差异，同一种植物对不同种无机盐离子的吸收也有差异，说明植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有选择性（√）

|联想·质疑|

★科学解释：

质量浓度为10%的葡萄糖与质量浓度为10%的蔗糖溶液被半透膜隔开时，由于质量浓度为10%的蔗糖溶液的物质的量浓度小，由蔗糖溶液一侧流向葡萄糖溶液一侧的水分子数多于由葡萄糖溶液一侧流向蔗糖溶液一侧的。

★吃较咸食物或腌制咸菜时发生的渗透现象。

★植物细胞与动物细胞的渗透系统。

★KNO3溶液造成的质壁分离及自动复原现象。

★盐碱地中，植物吸水困难。

为什么静脉注射时要将药物溶解到质量分数为0.9%的NaCl溶液中？

提示：

质量分数为0.9%的NaCl溶液的浓度，正是人体细胞所处液体环境的浓度，用这种浓度的注射液不会改变血细胞的形态。

科学探究1　渗透作用的原理和应用

1.渗透作用的原理

如图甲所示，刚开始时烧杯和漏斗内的两液面是持平的，达到渗透平衡后形成了如图乙所示的情况，两液面形成的高度差为Δh，请据图思考下列几个问题：

（1）水分子的流动方向：

由于S1溶液浓度大于S2，单位时间内由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的水分子数，外

观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。

（2）在图乙所示的情况下，水分子是否不再通过半透膜进行跨膜运输？

提示　在图乙所示的情况下，水分子仍然可以通过半透膜进行跨膜运输，只不过膜两侧水分子的运输达到了平衡，所以高度差才不会发生变化。

（3）达到渗透平衡后（即高度差Δh不再改变时），比较这时S1与S2溶液浓度的大小。

提示　达到渗透平衡后，S1溶液的浓度仍大于S2溶液浓度。

2.渗透作用原理的应用——比较溶液浓度的大小

漏斗内

烧杯内

溶液浓度

M

N

现象及结论

①若漏斗内液面上升，则M＞N

②若漏斗内液面不变，则M＝N

③若漏斗内液面下降，则M＜N

【探究应用】

某同学为探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置，开始时烧杯内的液面和长颈漏斗内的液面相平。

在长颈漏斗内液面上升的过程中（　　）

A.液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定

B.水分子通过半透膜从蔗糖溶液向清水扩散的速率逐渐减慢

C.当半透膜两侧液体浓度相等时，水分子不再通过半透膜扩散

D.当半透膜两侧水分子进出速率相等时，长颈漏斗内液面最高

解析　实验开始时，由于单位体积清水中水分子数量多于蔗糖溶液，因此，水分子通过半透膜扩散进入蔗糖溶液的速率大于由蔗糖溶液扩散进入清水中的速率；随着水分子进入漏斗内量的增多，蔗糖溶液浓度下降，同时由于漏斗液面升高与烧杯中液体形成的压力差增加，水分子扩散进入漏斗内的速率下降，而反方向水分子扩散速率升高；当水分子在半透膜两侧进出速率相等时，漏斗内液面达到最高并停止上升，即最终液面上升的速率变为0。

答案　D

【一题多变】

（1）渗透装置中，当漏斗内溶液不再上升时，半透膜两侧还存在水分子的进出吗？

提示　存在。

渗透作用停止时即漏斗内液面不再上升时，水分子通过半透膜的双向扩散速率相等。

（2）溶液浓度指的是质量浓度吗？

提示　溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液，质量浓度相同，但10%葡萄糖溶液的物质的量浓度大。

【素养凝炼】

判断渗透系统中液体变化的方法

（1）液面变化的判断：

①若半透膜两侧，A侧溶质可以通过半透膜，B侧溶质不能通过半透膜，则B侧液面升高。

②若半透膜两侧A侧和B侧溶质相同，且均不能通过半透膜，则浓度高的一侧液面升高。

③若半透膜两侧的溶质均能通过半透膜，则不存在高度差。

（2）高度差的大小决定于浓度差的大小，浓度差越大，高度差越大。

（3）浓度变化：

渗透系统中，溶质不能通过半透膜时，实验刚开始浓度大的一侧达到平衡后的浓度仍大于另一侧。

科学探究2　植物细胞的吸水和失水

1.如图是观察植物细胞吸水和失水的操作步骤

（1）步骤D的观察与步骤B观察到的结果相比，发生了　　　　的现象。

这种现象的发生有两个方面的原因：

内因是　　　　　　　　，外因是　　　　　　　　。

（2）通过步骤E处理后，步骤F中的观察结果相比D中的观察，发生了　　　　的现象，该现象发生的外因是_________________________________________

______________________________________________________________。

（3）该实验以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞为材料，优点是

_______________________________________________________________。

（4）该实验有没有设置对照？

是如何设置的？

（5）实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？

（6）本实验选用0.3g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低对实验有何影响？

提示　

（1）质壁分离　原生质层的伸缩性大于细胞壁　细胞液浓度小于外界溶液浓度，导致细胞失水

（2）质壁分离复原　细胞液浓度大于外界溶液浓度，植物细胞吸水

（3）紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞液泡大并且有颜色，便于观察

（4）有，本实验的对照方法是自身对照。

（5）观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的状态形成对照。

（6）选用0.3g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分离，又不会杀死细胞。

若浓度过高，质壁分离速度过快，细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。

2.如图是将紫色洋葱外表皮细胞置于不同溶液（溶液种类及其浓度见图）中，原生质体相对体积随着时间而发生的变化。

（1）蔗糖溶液的一组不能自动复原，原因是蔗糖分子不能通过原生质层进入细胞液，用清水处理后才能发生质壁分离复原。

（2）乙二醇溶液的一组可以发生质壁分离自动复原，原因是乙二醇可以通过原生质层进入细胞液，使细胞液的浓度升高，当细胞液浓度大于外界溶液浓度时细胞开始吸水，从而发生质壁分离复原。

【探究应用】

在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察（如图所示）。

下列有关叙述正确的是（　　）

A.第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域

B.第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处

C.吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体，以免污染镜头

D.为了节约实验时间，通常可以省略第一次显微观察步骤

解析　第一次观察时未滴入蔗糖溶液，细胞还没有发生质壁分离，较易观察到的是紫色大液泡，细胞质基质所占区域很小；第二次观察时已经通过引流法使紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞浸润在蔗糖溶液中，可以发现在细胞的角隅处首先发生质壁分离；吸水纸的主要作用是吸引蔗糖溶液（或清水）；第一次显微观察是为了获得实验前的现象，以便于和实验中的现象变化作对照，不能省略。

答案　B

【一题多变】

（1）发生质壁分离的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？

提示　因为细胞壁是全透性的，所以紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。

（2）根尖分生区的细胞能否作为该实验的材料？

提示　根尖分生区的细胞无大液泡，不发生质壁分离，不能作为该实验的材料。

有关“质壁分离”的两点提醒

（1）并非所有细胞都可发生质壁分离：

具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。

死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞（如根尖分生区细胞）不发生质壁分离及复原现象。

（2）并非所有溶液都使植物细胞发生质壁分离及复原：

①一定浓度的溶质不能透膜的溶液中只会发生质壁分离现象，不能自动复原，如0.3g/mL蔗糖溶液。

②一定浓度的溶质可透膜的溶液中可发生质壁分离后自动复原现象，如KNO3溶液、甘油等。

③在高浓度溶液中可发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象。

1.将人的红细胞放入4℃蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，主要原因是（　　）

A.红细胞膜具有水溶性

B.红细胞的液泡体积增大

C.蒸馏水大量进入红细胞

D.低温时红细胞膜流动性增大

解析　将人的红细胞放入4℃蒸馏水中，红细胞会因大量蒸馏水进入而导致破裂；红细胞膜是脂溶性的；人的红细胞没有液泡；因低温时分子运动减慢而导致细胞膜的流动性降低。

答案　C

2.植物细胞的质壁分离过程中，与细胞壁分离的是（　　）

A.细胞核B.原生质层

C.细胞质D.液泡膜

解析　植物细胞的质壁分离现象指的是原生质层与细胞壁的分离。

答案　B

3.将成熟的植物细胞放在溶液中能构成一个渗透系统，主要原因是（　　）

A.液泡膜内外溶液有浓度差

B.原生质层相当于一层半透膜

C.细胞壁是全透性的

D.水分可以自由出入细胞

解析　细胞内原生质层包括细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质，原生质层具有选择透过性，相当于半透膜。

把成熟的植物细胞放在溶液中，原生质层两侧的溶液具有浓度差，但A项说的是液泡膜内外溶液有浓度差，故错误。

C、D选项的说法虽然正确，但与题意不符。

答案　B

4.科学家做过这样的实验：

准备好含Ca2＋、Mg2＋和SiO

的培养液，将番茄和水稻分别放在上述培养液中培养。

一段时间后，培养液中的离子浓度如下图。

根据实验结果，以下结论正确的是（　　）

A.Ca2＋、Mg2＋和SiO

的跨膜运输是顺相对含量梯度的

B.细胞对于物质的输入和输出具有选择性

C.不同作物对无机盐的吸收差异不大

D.番茄培养液中的SiO

离子浓度增高是由于番茄体内的SiO

外流所致

解析　植物对Ca2＋、Mg2＋和SiO

的吸收是逆浓度梯度跨膜运输，需要载体，消耗能量；植物对不同无机盐离子的吸收具有选择性，体现了细胞膜的选择透过性；番茄培养液中的SiO

离子浓度增高的原因是因为植物对水和无机盐的吸收是两个相对独立的过程，番茄对SiO

离子吸收较少而对水分吸收较多，从而使培养液中的SiO

离子浓度增高。

答案　B