【天成教育】2022年高中生物必修一教师用书-4.1物质跨膜运输的实例

一、渗透作用具备的条件二、细胞的吸水和失水1．动物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。(2)细胞质与外界溶液之间有浓度差。2．动物细胞吸水失水的条件(1)细胞质浓度大于外界溶液浓度时，细胞吸水膨胀。(2)细胞质浓度小于外界溶液浓度时，细胞失水皱缩。(3)细胞质浓度等于外界溶液浓度时，水分进出细胞处于动态平衡，细胞形态不变。3．植物细胞的吸水和失水(1)成熟植物细胞的结构：①图中a是细胞壁，其特点是具全透性：即水分子和溶解在水里的物质都能通过；伸缩性小。②图中b是细胞膜，c是液泡膜，d为细胞质，三者构成的结构是原生质层，相当于一层半透膜，其伸缩性大。③图中e是细胞液，具有肯定的浓度。(2)质壁分别及复原的原理和现象：①外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分别现象。②外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分别复原现象。三、物质跨膜运输的其他实例1．细胞对无机盐离子的吸取实例(1)水稻吸取SiOeq\o\al(4－,4)多，吸取Ca2＋、Mg2＋较少，番茄吸取Ca2＋、Mg2＋较多，吸取SiOeq\o\al(4－,4)较少。说明不同植物对不同离子的吸取表现出较大差异。(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘的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取表现出较大的差异。2．物质跨膜运输的特点(1)物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度进行的。(2)细胞对于物质的输入和输出有选择性。3．结论细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。一、渗透作用的实例与原理1．认真分析教材P60[问题探讨]，思考与争辩下列问题：(1)长颈漏斗内液柱上升的缘由是什么？提示：由于单位时间内透过玻璃纸进入到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，使得管内溶液增多，液面上升。(2)若将玻璃纸更换成纱布或塑料薄膜，还能发生漏斗内液面上升的现象吗？提示：用纱布代替玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子可以自由通透，因而液面不会上升；若用塑料薄膜代替玻璃纸，因水分子不能透过塑料薄膜，所以也不会使液面上升。(3)若将烧杯内清水换成与长颈漏斗内浓度相同的蔗糖溶液，其他不变，还会发生液面上升吗？提示：不会。由于玻璃纸两侧溶液浓度相同，水分子进出玻璃纸的数目相等，液面不会发生变化。2．推断下列说法是否正确(1)只要具有半透膜，就能发生渗透作用。(×)(2)渗透作用过程中，只发生水分子由低浓度溶液透过半透膜进入高浓度溶液中。(×)(3)当渗透作用达到平衡时，液柱保持肯定的高度，此时半透膜两侧的溶液浓度相等。(×)二、细胞的吸水和失水1．认真观看教材P60图4－1并阅读相关文字，思考并争辩下列问题：(1)哺乳动物的成熟红细胞在不同浓度的溶液中会发生什么样的变化？提示：在比细胞质浓度低的外界溶液中，细胞吸水膨胀，甚至裂开；在比细胞质浓度高的外界溶液中，细胞失水皱缩；在与细胞质浓度相等的外界溶液中，细胞保持原有的形态，由于水分子进出细胞处于动态平衡。(2)尝试总结细胞吸水和失水的多少取决于什么条件？提示：细胞吸水和失水的多少取决于红细胞内外溶液的浓度差，一般状况下，差值越大，细胞吸水或失水越多。2．观看教材P61图4－2，试从细胞结构及渗透作用的条件分析，植物细胞能够发生渗透作用吸水和失水的缘由。提示：成熟植物细胞的细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质构成原生质层，原生质层具有选择透过性，相当于半透膜；具有中心大液泡，细胞液具有肯定的浓度，与外界溶液接触时，在原生质层两侧具有浓度差。三、探究植物细胞的吸水和失水将下列内容连接起来四、物质跨膜运输的实例(推断正误)1．同一植物对不同离子的吸取量都是一样的。(×)2．不同植物对同种离子的吸取量是相等的。(×)一、植物细胞与渗透装置的比较据图分析可知，一个植物细胞类似于一个渗透装置。[特殊提示]原生质层、原生质体(1)原生质层是成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两膜之间的细胞质组成，不包括细胞核和液泡内的细胞液。此结构仅存在于成熟植物细胞中。(2)原生质体是去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分，常用作植物细胞融合的材料。二、植物细胞发生质壁分别的缘由和表现1．缘由eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(内因\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(①原生质层具有选择透过性,②细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性)),外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度))2．表现eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(宏观上：植物由坚挺→萎蔫,微观上：质壁分别\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(液泡（大→小）,细胞液颜色（浅→深）,原生质层与细胞壁分别))))三、溶液种类与质壁分别和复原的关系1．当溶质分子为蔗糖等分子时，溶质分子不能进入细胞中，当发生质壁分别后，在n点时，若滴入清水则发生质壁分别的被动复原，如图中曲线a所示，若不作处理则如曲线b所示，实际过程可能导致细胞死亡。2．当溶质分子为葡萄糖、KNO3、乙二醇等时，细胞主动或被动吸取溶质微粒而使细胞液的浓度增加，从而使细胞发生质壁分别后能够自动复原，如图中曲线a所示。3．在质壁分别及质壁分别复原过程中，细胞吸水力量的变化(如图)：质壁分别过程中，外界溶液浓度大于细胞液浓度，随着质壁分别程度增大，细胞液浓度增大，植物细胞吸水力量增加；质壁分别复原过程中，外界溶液浓度小于细胞液浓度，随着质壁分别复原的进行，细胞液浓度变小，植物细胞吸水力量减弱。植物细胞吸水和失水的试验探究1．探究性试验的一般过程：依据观看到的现象，提出问题→作出假设→设计试验→进行试验→分析结果，得出结论→总结沟通→进一步探究。2．假设：原生质层相当于一层半透膜。3．预期结果：由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过。因此，在蔗糖溶液中植物细胞的中心液泡会变小，发生质壁分别。4．装片制作示意图及试验流程(1)装片制作示意图(2)试验流程5．试验结果现象试剂中心液泡变化原生质层位置变化细胞大小蔗糖溶液变小脱离细胞壁基本不变清水渐渐恢复原来大小恢复原位基本不变6.结论：试验结果与预期结果相同，说明“原生质层相当于一层半透膜”的假设是成立的。7．试验操作中留意的问题(1)试验成功的关键之一是试验材料的选择。要选取成熟的、液泡带有肯定颜色的植物组织进行试验，以便于观看试验现象。例如，以紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料就是由于其液泡呈紫色，便于观看试验现象。若以根尖成熟区的细胞为材料进行试验也会发生质壁分别现象，但因液泡无色，不易观看液泡大小的变化。(2)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。浓度过低，不足以引起质壁分别或质壁分别所需时间过长；浓度过高，则造成植物细胞失水过多、过快而死亡。原生质层的选择透过性是发生质壁分别和复原的内在前提，死亡的细胞既不会发生质壁分别，也不会发生质壁分别复原。[例1]如图中的渗透装置，开头时的液面高度为a，停止上升时的高度为b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸出，则ab液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的关系是()[解析]由于蔗糖溶液的单位体积中水分子的数量要少于清水中单位体积内水分子的数量，所以导致蔗糖溶液中的液面上升。当用吸管吸走了蔗糖溶液从而使蔗糖分子数量削减，造成蔗糖溶液浓度下降，使蔗糖溶液和清水之间浓度差渐渐变小，ab段产生的压强变小，即ab液面间的高度差随着吸出蔗糖溶液次数的增加而减小。[答案]B推断水分子流淌方向(1)从膜两侧水分子的相对数目上分析：水分子总是从相对数目多的一侧流向相对数目少的一侧。(2)从溶质颗粒大小上分析：溶质颗粒越大，分子间隙越大，所能容纳的水分子数就越多。[例2]将洋葱表皮细胞依次浸于蒸馏水、0.3mol/L蔗糖溶液和0.5mol/L尿素溶液中，观看原生质体的体积随时间的变化状况，结果如图所示：(1)A、B、C中，表示细胞在蒸馏水中的是________；表示在0.3mol/L蔗糖溶液中的是________。(2)ef段的细胞液浓度变化为___________________________________________。(3)试简要分析B、C曲线差异的缘由：____________________________________。(4)某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示状态，a、b表示两处浓度，由此可推想()A．此时a＞b，细胞渗透吸水B．此时a＝b，渗透系统保持动态平衡C．此时a＜b，细胞渗透失水D．上述三种状况都有可能[解析]植物细胞在发生质壁分别时，细胞液的浓度会渐渐上升，以使其渗透压和外界溶液渗透压平衡，此时细胞体积缩小。但有些小分子的物质，如尿素等开头时会使植物细胞发生质壁分别现象，但随着它渐渐进入细胞内部，细胞内的渗透压会渐渐上升，细胞又会吸水而开头复原。第(4)题图所表示的细胞处于质壁分别状态，但不能确定其是处于质壁分别过程中，还是处于质壁分别复原过程中，或者恰好是质壁分别结束时，因此A、B、C所述的三种情形都可能存在。[答案](1)AC(2)细胞液浓度渐渐上升，最终与外界溶液浓度持平而进入相对稳定状态(3)B曲线表示处于尿素溶液中的曲线，C曲线表示处于蔗糖溶液中的曲线。①尿素分子可缓缓进入细胞液，提高细胞液浓度，当其大于尿素溶液浓度时，细胞开头由失水变为吸水，直至平衡；②蔗糖分子不能进入细胞，在蔗糖溶液中细胞失水，原生质层收缩，使细胞液浓度上升，浓度差减小，失水减慢，直至平衡(4)D细胞是否发生质壁分别及其复原的推断(1)从细胞角度分析：①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分别现象。②具有中心大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分别现象。(2)从溶液角度分析：①在肯定浓度的、溶质不能穿膜的溶液中细胞只会发生质壁分别现象，不能自动复原。②在肯定浓度的、溶质可穿膜的溶液中细胞先发生质壁分别后自动复原。③在高浓度溶液中细胞可发生质壁分别现象，但会因过度失水而死亡，不会再复原。[课堂归纳][网络构建]填充：①半透膜②浓度差③膨胀④涨破⑤皱缩⑥质壁分别⑦质壁分别复原⑧原生质层⑨小⑩选