物质跨膜运输的实例

第1节 物质跨膜运输的实例
【学习目标】
1.举例说出细胞膜是选择透过性膜。
2.尝试从生活现象中提出问题、作出假设、验证假设。
3.进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作。
【学习重点】举例说出细胞膜是选择透过性膜
【学习难点】细胞吸水和失水的原理；尝试提出问题，作出假设
【知识点自主学习】
活动一：联系生活实际,感受细胞的吸水和失水
（1）你吃比较咸的食物时，例如腌制的咸菜、连续嗑带盐的瓜子等，你的口腔和唇的黏膜会有什么感觉？为什么？
（2）凉拌西红柿时，常常要放一些糖，过一段时间后就可见有水分渗出，（或当你把白菜剁碎准备做馅时，常常要放一些盐，过一段时间后也可见有水分渗出，）这些水分是从哪里来的？
（3）蔫了的青菜叶放入清水中浸泡一段时间后，会有什么变化？为什么？
活动二：感受扩散与渗透
（一）（感受生活中的实例）花香的飘散；蔗糖的溶解等。
（思考）1、水分进出细胞与上述实例有何不同？

2、这与细胞膜的作用有什么关系呢?
（二）模拟生物学实验————渗透作用：
要求分析教材P60渗透装置示意图，并思考以下问题：
①何为半透膜？（→明确何谓“半透”？）装置中的半透膜可用哪些材料制取？( )

②漏斗内的液面为什么会升高？试说明原因。液面会持续上升吗？

③如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗内的液面还会升高吗？

④如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？

对比观察、讨论，总结：
①渗透作用是指水分子等溶剂分子透过__________，从相对含量___的地方向相对含量___的地方（低浓度溶液向高浓度溶液）的扩散。
②渗透作用发生的条件：具有__________；______________________________。
比较扩散与渗透：扩散泛指物质从相对含量多的地方向相对含量少的地方运动，可以通过半透膜，也可以不通过半透膜，如花香的飘散；蔗糖的溶解；氧气通过肺泡和毛细血管壁进入血液；甘油和脂肪酸被小肠上皮吸收等过程，习惯上一般相对于溶质而言。
渗透仅指指水分子等溶剂分子透过半透膜，从相对含量多的地方向相对含量少的地方（低浓度溶液向高浓度溶液）的扩散。如成熟植物细胞的吸水与失水；动物细胞的吸水与失水等。
---------所以说渗透是一种__________
活动三：探究细胞的吸水和失水（按照感受生活经验→作出假设→验证假设→得出结论的思路学习）
（一）动物细胞的吸水和失水
感受实例：吃比较咸的食物时，例如食用腌制的咸菜、连续嗑带盐的瓜子等，口腔和唇的黏膜会有干燥难受感觉。
提出问题：动物细胞是一个渗透系统吗？（动物细胞在什么情况下吸水或失水？）
作出假设：动物细胞是一个渗透系统（当细胞外界溶液的浓度大于细胞内的浓度时,细胞会失水; 当细胞外界溶液的浓度小于细胞内的浓度时,细胞会吸水）
验证假设：回顾细胞膜获取实验，结合教材插图分析实验现象：

当外界溶液浓度比细胞质 当外界溶液的浓度比细胞质 当外界溶液的浓度与细胞质
的浓度 时,细胞 . 的浓度 时,细胞 . 浓度 时,水分进出细胞 处于 .
思考、讨论与小结：（对于教材中的的思考题，四人小组之间展开讨论交流，并总结）
动物细胞是一个 系统，其细胞膜相当于 ，细胞质是动物细胞内的液体环境，当细胞内外的溶液出现浓度差时，就会发生细胞的吸水或失水，即 。
（二）植物细胞的吸水和失水
结合下图认识成熟植物活细胞作为严格的渗透系统所具备的结构。
（结合上图及原有知识回答：细胞壁的特点__________；原生质层包括_______________
__________；细胞液是指____________________；
感受实例：把白菜剁碎准备做馅时，常常要放一些盐，过一段时间后也可见有水分渗出；对农作物施肥过多，会造成__________现象。
提出问题：植物细胞在什么情况下吸水或失水？（原生质层相当于一层半透膜吗？）
作出假设：当植物细胞外界溶液的浓度大于细胞液的浓度时,细胞会失水; 当植物细胞外界溶液的浓度小于细胞液的浓度时,细胞会吸水（原生质层相当于一层半透膜）
验证假设：植物细胞的质壁分离与复原实验（第二课时将进行动手实验）
当__________________________________时，细胞失水，质壁分离；
当__________________________________时，细胞吸水，质壁分离复原
得出结论：1. 成熟植物细胞是一个严格的渗透系统：植物细胞的原生质层相当于一层 ，液泡内的液体就是细胞液。当 浓度小于外界溶液浓度时，细胞通过渗透作用失水，（细胞壁和原生质层发生分离，此现象称为 ）；当 浓度小于外界溶液浓度时，细胞通过渗透作用吸水，（细胞壁和原生质层慢慢地恢复成原来的状态，此现象称为 。）
2. 植物细胞的质壁分离和复原证明水分子是可以出入细胞的物质；而且水分子进出细胞的方向取决于 两侧溶液的浓度，细胞吸水和失水是水分子顺__________进行跨膜运输的过程。同时也证明细胞膜是____________膜，因为，蔗糖分子并未像水分子那样进出细胞膜。→从而也可以此判断植物细胞的死活。
活动四：物质跨膜运输的其他实例
问题：细胞的吸水与失水是水分子顺相对含量的梯度进行跨膜运输的过程。那么其他物质的跨膜运输是怎样的呢？参照插图阅读教材P63文字，进行资料分析，回答下列问题：
1、水稻培养液里的Ca2+和Mg2+浓度为什么会增高？(提示：从化学角度思考培养液里的Ca2+和Mg2+浓度增高的可能性有哪些？)

2、不同作物对无机盐的吸收有差异吗？

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也是这样吗？
水分子跨膜运输是顺____________的，其他物质的跨膜运输并不都是这样，这取决于__________________。
4、细胞对物质的吸收有选择吗？如果有，这种选择性有普遍性吗？（微生物实例）
归纳与总结：（1）物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的。既有_________梯度的，也有_________梯度的，这取决于细胞生命活动的需要，即细胞对于物质的输入和输出有_________。由此可见 。
（2）选择透过性膜的涵义： 可以自由通过； 也可以通过，而细胞生命活动不需要的离子、小分子、大分子物质 。
（知识链接→选择透过性膜的关键是具有选择性，其结构基础是其上具有各种蛋白质（载体），由于不同的细胞膜上载体的种类和数量，因此细胞膜对物质透过表现出高度的选择性，当细胞死亡后，细胞膜的选择性丧失，成为全透性。）
（问题探究与知识延伸）
1、你认为选择透过性膜与半透膜有什么区别和联系？
半透膜是指一些物质可以透过，另一些物质不能透过的多孔性薄膜。例如：玻璃纸，花生种皮，猪肠衣，鸡卵的卵壳膜，离体的膀胱膜，蚕豆种皮，鱼鳔，青蛙皮，火棉胶等。根据半透膜是否具有生命现象可分为生物膜和非生物膜。
选择性透过膜是具有活性的生物膜，它对物质的通过既具有半透膜的物理性质，还具有主动的选择性，如细胞膜、液泡膜、叶绿体膜等。因此，具有选择透过性的膜必然具有半透性，而具有半透性的膜不一定具有选择性透过，活性的生物膜才具有选择透过性。
2、植物细胞的吸水方式：植物细胞主要有三种吸水方式，即吸涨吸水、渗透吸水、代谢性吸水。
一般来说，细胞在形成液泡之前的吸水主要靠吸涨作用。如风干种子的萌发吸水，果实种子形成过程的吸水，根尖分生区细胞的吸水等，都是靠吸涨作用。这种吸水方式的原理是细胞中存在亲水性物质，如淀粉粒、纤维素、蛋白质等凝胶物质。吸涨作用大小与凝胶物质亲水性有关，蛋白质、淀粉和纤维素三者的亲水性依次递减，所以含蛋白质较多的豆类种子吸涨现象非常显著。例如桃、杏等植物播种前的“沙埋”处理；利用种子吸涨打开人的颅骨研究中都是对这个原理的应用。
成熟的植物活细胞具有大液泡主要靠渗透作用吸水，这也是植物吸水的最主要方式。渗透作用是指水分从水势高（浓度低）的系统通过半透膜向水势低（浓度高）的系统移动的现象。其发生需要有两个条件：一是半透膜，一是半透膜两边有水势差。成熟的细胞含有大液泡，液泡中有一定浓度的细胞液，液泡外是原生质层，在讨论细胞吸水时，常把它当作一半透膜。这样一个细胞放在水或溶液中时，如果原生质层两边有水势差，就具备了进行渗透作用的条件。当外界溶液水势高于细胞液的水势时，细胞就通过渗透作用吸水。一般情况下，土壤溶液的水势是比较高的，因此根系可从土壤中吸水。但当外界溶液水势低于细胞液的水势时（如一次施用过量的化肥），细胞不仅不能从外界吸水，反会使细胞中的水分外流，从而造成对植物不利的影响。由于一株植物的全身细胞大都是成熟细胞，所以植物吸水，以渗透吸水为主。
（附）植物根尖及主要吸水方式示意图

【思想与方法总结】（1）本节课与生活实际联系十分密切，要不断关注相关生活问题，如以“细胞在什么情况下吸水或失水”这个问题为切入点，发现问题及提出有价值的问题，根据所作假设来设计实验，去验证假设（2）利用好教材所提供的资料分析相关素材，积极参与小组讨论，以突出重点，突破难点。
【典例精析】例1、 将胡萝卜的块根切成小块放入清水中，清水颜色没有变化。若把胡萝卜的块根切成小块放人沸水中，水变成红色。其原因是 ( )
A．沸水破坏细胞壁结构 B沸水使细胞失活
C．水温升高，色素溶解度增大 D．沸水使反应加快
解析： 细胞膜具有选择透过性，只有细胞是活的，才具有此特性。通常情况下，色素等物质是大分子，是不能通过活细胞的细胞膜的，所以在清水中，红色色素是不会出来的。若放入沸水中，高温杀死了细胞，细胞膜不具有选择透过性，细胞里面的色素物质就可以不受限制地出来了，故使水变成红色。答案 B
例2 a、b、c是三个相邻的细胞，已知a细胞液浓度> b细胞液浓度> c细胞液浓度,如图所示，能正确表示水分在三者之间关系的是（ ）

A B C D
精析：三种溶液中a细胞液浓度最大，根据水的跨膜运输特点
可知： b、 c中的水分均应流向a；又因b细胞液浓度> c
细胞液浓度，所以c 中水分应流向b。答案 C
例3把体积与质量百分比浓度相同的葡萄糖和蔗糖溶液用于
半透膜（允许溶剂
和葡萄糖通过，不允许蔗糖通过）隔开（如右图），一段时间后液面的情况是（ ）。
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
精析：在体积与质量百分比浓度相同的情况下，因为葡萄糖分子是单糖，蔗糖分子是二糖，所以同样的体积内葡萄糖分子数目多于蔗糖分子，即单位面积内半透膜甲侧的水分子数少于乙侧，水分整体表现为由乙向甲流动，导致乙侧溶液越来越高，水分又流向通过半透膜而蔗糖不能，导致乙侧溶液浓度越来越高，水分子又流向乙侧，最终表现为乙液面高于甲液面。答案 C
【分级习题】 A级
1．若向日葵的某种细胞间隙的液体浓度为A，细胞液浓度为B，细胞质基质的浓度为C，则当它因缺水而萎蔫时，三者之间的浓度关系为（ ）
A．A＞B＞C B．A＞C＞B C．B＞C＞A D．B＞A＞C
2．当你连续嗑带盐的瓜子，你的口腔和唇的黏膜会有干涩的感觉。其原因是 ( )
A．口腔和唇的黏膜细胞质浓度大于细胞外液浓度，细胞失水
B．口腔和唇的黏膜细胞质浓度小于细胞外液浓度，细胞失水
C．口腔和唇的黏膜细胞质浓度大于细胞外液浓度，细胞吸水
D．口腔和唇的黏膜细胞质浓度小于细胞外液浓度，细胞吸水
3.一个成熟的植物细胞，它的原生质层主要包括 ( )
A．细胞膜、核膜和这两层膜之间的细胞质 B．细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质
C．细胞膜和液泡膜之间的细胞质 D．细胞壁、液泡膜和它们之间的细胞质
4．将成熟的植物细胞放在溶液中能够成一个渗透系统，主要原因是（ ）。
A．液泡膜内外溶液有浓度差B．细胞内原生质层可看作一层选择透过性膜
C．细胞壁是全透性的 D．水分可以自由出入细胞
（B级）5、将一种动物细胞浸没于质量分数为 5% 的蔗糖溶液中，它会膨胀破裂，则它的细胞液的浓度（ ）。
A. 小于 5% B. 等于 5% C. 大于 5% D. 不能确定
6、将人体的血液置于浓度为 9% 的食盐溶液中，制成临时装片，用显微镜观察，可以发现血细胞（ ）。
A. 质壁分离B. 呈正常状态C. 细胞膜破裂D. 皱缩
7、利用高浓度的盐水杀菌的原理是（ ）。
A. 盐水中的氯离子有杀菌的作用 B. 高浓度盐水中水分不足，不利于细菌生长
C. 细菌由于脱水而死亡 D. 钠离子有杀菌作用
（C级）8．将人类的红血球置于不同浓度蔗糖液中，浸泡半小时之后的结果如图4－3。依照血球外形的变化判断蔗糖液的浓度，由高到低排列，正确的是（ ）。
A．甲＞乙＞丙＞丁B．丁＞甲＞乙＞丙C．丙＞丁＞甲＞乙 D．丙＞乙＞丁＞甲

9、甜菜块根细胞的液泡中有花清素，使块根为红色。将块根切成小块放在蒸馏水中，水无明显的颜色变化。但用盐酸处理这些块根后，则能使溶液变红。这是因为…………（ ）
A、细胞壁被盐酸破坏 B、盐酸破坏了细胞膜的选择透过性
C、盐酸破坏了原生质层的选择透过性 D、花青素不溶于水而溶于盐酸
10、在植物细胞质壁分离过程中，水分子通过细胞结构的顺序是 ( )
①细胞壁 ②细胞膜 ③细胞质 ④液泡膜 ⑤液泡
A．①②③④⑤ B．①②④⑤③ C．⑤④②③① D．⑤④③②①
11、将马铃薯块挖个凹穴，放在内外两种液体中间。已知一种是清水，一种是30%的蔗糖溶液，开始时，两个液面是平的，过了一段时间后液面如下图所示：据图回答：
（1）液体A是 ，B是 。
（2）在图甲中，C处细胞 水，D处细胞 水。
（3）在图乙中，C处细胞 水，D处细胞 水。

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