人教版高一生物必修一（课件）：4.1物质跨膜运输的实例 （共52张PPT）

细胞是一个开放的系统，每时每刻都与环境进行着物质的交换。物质的进进出出都要经过细胞的边界细胞膜。细胞内外的许多物质并不能自由地出入细胞，细胞膜能够对进出细胞的物质进行选择。,新课导入,第1节物质跨膜运输的实例,一、细胞的吸水和失水,二、物质跨膜运输的其他实例,问题讨论,漏斗管内的液面为什么会升高？,由于单位时间内透过半透膜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。,半透膜与选择透过性膜,半透膜：一些物质（一般是水分子物质）能透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。选择透过性膜：指水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的离子、小分子可以通过，而其他的小离子、小分子和大分子则不能通过的膜。,选择透过性膜相当于半透膜，反之则不然。,渗透作用,概念：水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜的扩散，称为渗透作用。,条件,具有一层半透膜,膜两侧的溶液具有浓度差,原理,归纳：水分子可以自由进出，并且是顺相对含量的梯度进行的。,一、细胞的吸水和失水,1、动物细胞的吸水和失水观察哺乳动物红细胞为材料制备细胞膜的实验。,当外界溶液的浓度比细胞质的溶度低时，细胞吸水膨胀。,当外界溶液的浓度比细胞质的溶度高时，细胞失水皱缩。,当外界溶液的浓度与细胞质的溶度相同时，水分进出细胞处于动态平衡。,细胞吸水：外界溶液浓度细胞质浓度（水分子浓度）（水分子浓度）细胞失水：外界溶液浓度细胞质浓度动态平衡：外界溶液浓度细胞质浓度,由图可知：,思考与讨论,1、红细胞的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？,红细胞的血红蛋白等有机物一般不能透过细胞膜。,2、红细胞的细胞膜是不是相当于半透膜?,红细胞的细胞膜相当于半透膜。,4、红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件?,当外界溶液浓度低时，红细胞一般会由于持续吸水而破涨。,3、当外界溶液浓度低时，红细胞一定会由于吸水而破涨吗?,红细胞吸水或失水的多少主要取决于红细胞内外浓度差，一般情况，差值较大时吸水或失水较多。,其他动物细胞的吸水和失水的原理与红细胞是一样的。,动植物细胞结构不同，那么，植物细胞吸水和失水的情况怎样呢？,新鲜洋葱鳞茎外表皮（紫色洋葱最好）是进行此项实验的较理想材料。它既容易被剥离而制成临时装片，又很容易在显微镜下观察。实践证明：质量分数为30%的蔗糖溶液很容易使洋葱鳞茎外表皮细胞发生质壁分离，短时间内对细胞的伤害小；而清水又可使质壁分离得到复原。,2、植物细胞的吸水和失水,植物细胞的质壁分离和复原证明水分子是可以出入细胞膜（此实验为原生质层，下同）的物质；而且水分子进出细胞的方向取决于细胞膜两边溶液的浓度，细胞吸水和失水是水分子顺相对含量梯度进行跨膜运输的过程。同时也证明细胞膜是选择透过性膜，因为，蔗糖分子并没有像水分子那样进出细胞膜。,探究活动材料和仪器的准备包括：质量分数为30%的蔗糖溶液、清水、新鲜紫色洋葱鳞茎、解剖刀或刀片、尖嘴镊、载玻片、盖玻片、小滴管、吸水纸、显微镜等。,以下操作可供参考：1.剥取洋葱鳞茎的鳞片叶，外表皮紫色较浓的更好。用解剖刀或刀片在叶片外表皮划一0.5cm见方的“井”字。2.用尖嘴镊从“井”字中央的一角小心地将洋葱鳞片叶外表皮撕下，平铺在载玻片中央。3.用小滴管在表皮上滴一滴质量分数为30%的蔗糖溶液，盖上盖玻片。用吸水纸吸去多余液体。（这样重复几次，盖玻片下的洋葱鳞片叶表皮浸润在蔗糖溶液中）,4.用低倍显微镜观察，看细胞的中央液泡是否逐渐变小，原生质层又有什么变化？,在显微镜下观察，可见原生质缓慢收缩，逐渐出现与细胞壁分离的现象，直到原生质收缩成球状小团，与细胞壁完全分开。,5.在盖玻片的一侧滴加清水，用吸水纸在盖玻片的另一侧吸收，重复几次，使清水置换蔗糖溶液。6.在显微镜下观察，中央液泡是否变大，原生质层的位置有没有变化。可见质壁分离现象缓慢复原,实验记录：,变小,原生质层脱离细胞壁,基本不变,逐渐恢复原来大小,原生质层恢复原来位置,基本不变,表达与交流：,将本小组的问题、过程、结果和结论与其他小组交流。如果有必要，还需要对本组实验方案进行修改。,进一步探究：,植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？,植物细胞是一个渗透系统,细胞吸水的方式,吸胀吸水,渗透吸水,举例：未成熟植物细胞、干种子等,细胞结构特点：没有形成大的中央液泡,条件：成熟的中央有液泡的植物细胞,细胞结构特点：细胞质有大液泡；细胞壁具全透性；原生质层具选择透过性；细胞液具有一定浓度。,原理：靠细胞内的亲水性物质（蛋白质、淀粉、纤维素）吸收水分,（主要的吸水方式）,实例：成熟的植物细胞,原理：具选择透过性膜和浓度差,外界溶液浓度细胞液的浓度，细胞失水。,植物细胞质壁分离现象,植物细胞质壁分离复原现象,渗透作用原理的应用（1）植物细胞的生活环境（2）植物细胞的细胞液浓度（3）农业生产中的水肥供给情况（4）生活中杀菌、防腐、腌制食品（如使用糖、盐腌渍蔬菜水果）,二、物质跨膜运输的其他实例,细胞的吸水和失水是水分子顺应相对含量的梯度跨膜运输的过程。其他物质的跨膜运输是怎样的呢？,科学家做过这样的实验：准备好含钙离子、镁离子和硅离子的培养液，将番茄和水稻分别放在上述培养液中培养一段时间后，番茄培养液中钙离子和镁离子浓度下降，水稻培养液中钙离子和镁离子浓度增高。硅离子的情况则刚好相反：水稻吸收大量的硅离子，而番茄几乎不吸收硅离子。,材料分析,人体甲状腺滤泡上皮细胞具有很强的摄取碘的能力。血液中的碘质量浓度为250mg/L，而甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度比血液高20-25倍。,材料分析,不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。,几种微生物体内的矿物质含量(占全部矿物质的%),材料分析,培养液中的钙、镁浓度为什么会增高？,根据资料分析进行讨论,培养过程中，水稻吸收水分及其他离子较多，吸收钙、镁较少（需求量低）而导致其浓度升高。,讨论1：,不同作物对无机盐的吸收有差异吗？,不同作物对无机盐的吸收有差异。,讨论2：,不一定。主要取决于细胞生命活动的需要。,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？,讨论3：,细胞对物质的吸收有选择吗？如果有，这种选择有普遍性吗？,有。这种选择具有普遍性，是由生物膜的特性所决定的。,讨论4：,从以上实例可以看出，物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的，而且细胞对于物质的输入和输出有选择性。可以说细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。,生物膜的概念：指细胞内所有的生物膜，包括细胞膜、细胞器、核膜。生物膜的特性：选择透过性膜。（水分子可自由通过，一些离子和小分子也可通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过）。,与社会的联系,不同的饮料浓度不同，根据本节知识判断选用不同浓度的饮料对机体细胞有什么影响？,浓度低的饮料可以用来补充体内水分，浓度高的饮料可能使机体细胞脱水。,课外延伸,细胞吸水有三种方式：未形成液泡的细胞，靠吸涨作用吸水；液泡形成以后，细胞主要靠渗透作用吸水；与渗透作用无关的代谢性吸水。在这三种方式中以渗透作用吸水为主。渗透作用是水分进出细胞的基本过程。,渗透作用是水分进出细胞的基本过程，而且水分移动需要能量做功。根据热力学原理，系统中物质的总能量可分为束缚能和自由能。一种物质每摩尔的自由能就是该物质的化学势，衡量水分反应或转移能量的高低，用水势表示。水溶液的化学势与同温同压同一系统中的纯水的化学势之差除以水的偏摩尔体积所得的商，称为水势。,纯水的自由能最大，水势也最高。溶液中的溶质颗粒降低了水的自由能，所以溶液中水的自由能要比纯水低。将纯水的水势定为零，溶液的水势就成为负值。溶液越浓，水势越低。,例如：1mol蔗糖液水势为-2.69MPa1molKCl溶液水势为-4.5MPa海水的水势约为-2.5MPa水势的单位:帕（pascle），常用MPa表示。,在一个渗透系统中，水移动方向决定于半透膜两边溶液的水势高低。水势高的溶液的水，流向水势低的溶液。水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象，称为渗透作用。,将小片植物组织放入比其液泡更浓的外界溶液中时，外界溶液就是“低水势溶液”，细胞内的水分就会离开细胞，即发生细胞失水，直至原生质体从细胞壁上脱离，并收缩到细胞中央，外界溶液就自由地穿过细胞壁，填充了收缩的原生质和细胞壁之间的空间，即细胞发生了质壁分离；将这样的细胞放入“高水势溶液”中，水分就会从高水势溶液进入细胞，即细胞吸水，可产生质壁分离复原。所以通常所说的“高渗溶液”其实就是“低水势溶液”，所谓“低渗溶液”就是“高水势溶液”。,课堂小结,1、渗透作用：细胞是一个渗透系统。2、细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜。3、动物细胞的吸水和失水：取决于细胞质的浓度和外界溶液的浓度。4、植物细胞的吸水和失水。,高考链接,（2009海南）已知鱼鳔是一种半透膜。若向鱼鳔内注入适量的20%蔗糖溶液、排出鱼鳔内的空气，扎紧开口，将其浸没在盛有10%蔗糖溶液的烧杯中，下列能正确表示烧杯内蔗糖溶液浓度随时间变化趋势的示意图是（）,B,解析：渗透作用的发生条件是有半透膜、有浓度差，其结果是使膜的两侧渗透压相等。所以烧杯外的蔗糖溶液会因为失水而使浓度上升，而鱼鳔内的蔗糖溶液因吸水而使浓度下降，当二者渗透压相等时浓度不再变化。所以B正确。,1.以下可以发生渗透作用的是（）A.煮熟的马铃薯条放入水中B.把干种子放在清水中C.烈日下菠菜叶子下垂D.放在盐水中的萝卜变软,D,课堂练习,2.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。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,D,3.田间一次施肥过多，作物变得枯萎发黄，俗称“烧苗”。其原因是（）A.根细胞从土壤中吸收的养分过多B.根细胞不能从土壤中吸水C.根系不能将水向上运输D.根系被肥料分解释放的热能烧毁,B,4.将n块（n5）质量、体积相同并去皮的马铃薯块茎分别放在不同的质量浓度的蔗糖溶液中，15min后，测定马铃薯块茎的质量，并根据测定结果制成直角坐标图。在下图中，你认为能表示本实验结果的是（）,D,5.将洋葱表皮细胞浸入浓度为1mol/L的KNO3溶液中，细胞发生质壁分离。但过一段时间后，自动发生质壁分离复原，表皮细胞又恢复到原来状态。分析（1）发生质壁分离的原因是什么？（2）自动发生质壁分离复原的原因？（3）以上事实表明细胞膜对的通透性存在差异，所以它是一种选择透过性膜。,答案（1）洋葱表皮细胞液的浓度小于外界溶液浓度，细胞渗透失水；又由于细胞壁