2024-2025学年高中生物第4章第1节物质跨膜运输的实例学案新人教版必修1

PAGE11-第1节物质跨膜运输的实例[学习目标]1.阐述渗透现象的原理及条件。2.说出动物细胞吸水和失水的条件。3.探究植物细胞吸水和失水的条件。学问点一渗透作用学问梳理1.渗透作用的原理(1)漏斗管内液面上升的缘由：单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数eq\o(□,\s\up4(01))多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。(2)纱布代替玻璃纸，液面不会上升的缘由：纱布的孔隙很大，eq\o(□,\s\up4(02))蔗糖分子也可以自由通过。(3)清水换成同样浓度的蔗糖溶液，液面不会上升的缘由：半透膜两侧浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数eq\o(□,\s\up4(03))等于渗出的水分子数。2．渗透作用发生的条件(1)具有eq\o(□,\s\up4(01))半透膜。(2)半透膜两侧溶液具有eq\o(□,\s\up4(02))浓度差。1.发生渗透作用的液面高度差H会不会始终上升，为什么？提示：不会。长颈漏斗中的液面上升时，液体产生的静水压也会随之变大，当静水压增大到和渗透压相等时(二者的方向相反，静水压向外、渗透压向内)，通过半透膜进出长颈漏斗的水分子数相等，因此，液面就不再上升了。2．当液面不再上升时，长颈漏斗内外液体的浓度相等吗？提示：不相等。当水分子进出达到动态平衡时，长颈漏斗中溶液浓度仍高于烧杯中的液体浓度。3．扩散和渗透的区分与联系？提示：扩散是指某物质从浓度高的地方向浓度低的地方移动的过程；渗透是水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。渗透须要半透膜，是扩散的一种特别形式。4．试验探究：温度凹凸会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的试验方案。提示：温度凹凸会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率，设计渗透装置三组，分别在烧杯外水浴加热、加冰、不作处理，记录相同时间内的液面改变状况(或相同液面改变所需时间)。典题分析题型一渗透作用原理分析[例1]某同学设计了图中所示用于检测渗透作用的试验装置，试验起先时长颈漏斗内外液面平齐，记作零界面，试验起先后，长颈漏斗内部液面的改变趋势为()解题分析装置中蔗糖溶液浓度较高，由于蔗糖分子不能通过膀胱膜，从漏斗中流出的水分子多于进入漏斗中的水分子，液面渐渐下降，直至达到动态平衡，液面不再下降，所以曲线先下降，后趋于稳定。答案A[例2]把体积与质量浓度相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液用半透膜(允许水分子和葡萄糖分子通过，不允许蔗糖分子通过)隔开(如图)，一段时间后液面的状况是()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，后乙低于甲解题分析在体积与质量浓度相同的状况下，因为葡萄糖是单糖，蔗糖是二糖，所以同样的体积内葡萄糖分子数目多于蔗糖分子数目，水分子整体表现为由乙向甲流淌，导致甲侧液面上升；后又由于葡萄糖能通过半透膜而蔗糖不能，乙侧溶液浓度增大，水分子又流向乙侧，最终表现为乙侧液面高于甲侧液面。答案C题后归纳(1)水的运输特点：水分子通过半透膜的扩散都是双向进行的，但由低浓度溶液向高浓度溶液一侧扩散速度更快。(2)渗透平衡的实质：渗透平衡只意味着半透膜两侧的水分子移动达到平衡状态，既不行看作没有水分子移动，也不行看作两侧溶液浓度肯定相等。(3)溶液浓度：指的是物质的量浓度(单位体积中微粒的多少)，不是质量分数。学问点二细胞的吸水与失水学问梳理1.动物细胞的吸水和失水(1)条件①半透膜：动物细胞的细胞膜相当于eq\o(□,\s\up4(01))一层半透膜。②浓度差：细胞质有肯定浓度，与外界溶液能形成肯定的eq\o(□,\s\up4(02))浓度差。(2)现象①当外界溶液的浓度<细胞质的浓度，细胞eq\o(□,\s\up4(03))吸水膨胀。②当外界溶液的浓度>细胞质的浓度，细胞eq\o(□,\s\up4(04))失水皱缩。③当外界溶液的浓度＝细胞质的浓度，细胞形态正常。2．植物细胞的吸水和失水(1)条件①半透膜：eq\o(□,\s\up4(01))细胞膜和eq\o(□,\s\up4(02))液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。它具有选择透过性，相当于eq\o(□,\s\up4(03))一层半透膜，伸缩性比细胞壁大。②浓度差：成熟植物细胞内的液体环境主要指液泡里的eq\o(□,\s\up4(04))细胞液，液泡中的细胞液与外界溶液之间存在浓度差。(2)现象①外界溶液浓度eq\o(□,\s\up4(05))>细胞液浓度时，细胞失水，发生eq\o(□,\s\up4(06))质壁分别现象。②外界溶液浓度eq\o(□,\s\up4(07))<细胞液浓度时，细胞吸水，发生eq\o(□,\s\up4(08))质壁分别复原现象。3．探究植物细胞的吸水和失水(1)活动目标①用显微镜视察植物细胞的质壁分别与复原。②说明植物细胞发生渗透作用的原理。(2)试验原理(3)试验材料用具①紫色洋葱鳞片叶的外表皮。缘由：eq\o(□,\s\up4(03))具有中心大液泡且具有颜色好视察。②质量浓度为eq\o(□,\s\up4(04))0.3_g/mL的蔗糖溶液、eq\o(□,\s\up4(05))清水。③刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，显微镜。(4)试验过程及试验结果(5)试验结论①当细胞液浓度<外界溶液浓度时，细胞eq\o(□,\s\up4(14))失水，原生质层和细胞壁分别，发生eq\o(□,\s\up4(15))质壁分别。②发生质壁分别的细胞，当细胞液浓度>外界溶液浓度时，细胞eq\o(□,\s\up4(16))吸水，发生eq\o(□,\s\up4(17))质壁分别的复原。1.发生质壁分别的洋葱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，所以发生质壁分别的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。2．试验选用质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低对试验有何影响？提示：选用0.3g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分别现象，又不会杀死细胞。若浓度过高，质壁分别速度快，细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分别复原；若浓度过低，不能引起质壁分别或质壁分别速度太慢。3．若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做试验，会出现什么现象？缘由是什么？提示：若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做试验，会出现先发生质壁分别再自动复原的现象，因为外界物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度上升。4．(实践应用)利用细胞失水和吸水的原理能科学说明浓度低的饮料可以补充体内水分，而高浓度饮料不能吗？提示：能。浓度低的饮料的浓度低于细胞质的浓度，水分会进入细胞补充体内的水分，高浓度饮料的浓度高于细胞质的浓度，水分会从细胞中流失，从而使人体缺水。5．(实践应用)将簇新的大蒜鳞茎蒜瓣放在蔗糖与食醋配制成的糖醋汁中，起先时蒜瓣出现萎缩，糖醋汁液面上升。两天后，糖醋汁液面下降，蒜瓣出现膨胀。品尝蒜瓣有酸甜的味道，说明糖醋腌制的大蒜细胞内既有蔗糖分子又有醋酸分子。请你应用所学的学问来分析产生这一现象的缘由。提示：糖醋汁液面上升的缘由是大蒜细胞在糖醋汁中失水，发生质壁分别；2d后，糖醋汁液面下降的缘由是大蒜细胞因过度失水而死亡，细胞膜失去选择透过性，醋酸分子和蔗糖分子可以扩散进入大蒜细胞，从而使蒜瓣出现膨胀和具有酸甜味道。典题分析题型二植物细胞质壁分别和复原[例3]在视察植物细胞的质壁分别和复原的过程中，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表示该部位的溶液浓度，由此可推想()A．可能a>b，细胞渗透吸水B．a＝b，渗透系统保持动态平衡C．a<b，细胞渗透失水D．上述三种状况都有可能解题分析图中所示的状态可能正处于质壁分别过程中，可能已达到渗透平衡，还可能正处于复原中，因此，a<b、a＝b或a>b均有可能。答案D[例4]将同一植物细胞依次浸在蒸馏水、0.3g/mL的蔗糖溶液和0.4mol/L的KNO3溶液中，测得细胞的体积随时间的改变曲线如图所示，则曲线A、B、C分别代表细胞所处的溶液是()A．蒸馏水、蔗糖溶液、KNO3溶液B．KNO3溶液、蒸馏水、蔗糖溶液C．蒸馏水、KNO3溶液、蔗糖溶液D．蔗糖溶液、KNO3溶液、蒸馏水解题分析在上述几种溶液中，蒸馏水的浓度最低，远小于细胞液的浓度，细胞吸水膨胀，对应曲线A；在0.3g/mL的蔗糖溶液中，由于蔗糖是大分子，不会透过原生质层进入细胞中，蔗糖溶液浓度大于细胞液的浓度，细胞失水，发生质壁分别，对应曲线C；在0.4mol/L的KNO3溶液中，起先时发生质壁分别，然后由于细胞汲取K＋和NOeq\o\al(－,3)，使细胞液浓度增大，细胞吸水，发生质壁分别复原，对应曲线B。答案C技法提升推断细胞是否发生质壁分别和复原的方法(1)从细胞角度分析①死细胞、动物细胞不发生质壁分别。②具有中心大液泡的成熟植物细胞能发生质壁分别。(2)从溶液角度分析①若溶质分子不能穿膜，在肯定浓度的该种溶液中细胞只发生质壁分别，不能自动复原。②若溶质分子能穿膜，在肯定浓度的该种溶液中，细胞先发生质壁分别，后自动复原，如肯定浓度的KNO3溶液。③在高浓度溶液中细胞可发生质壁分别，但细胞会因过度失水而死亡，不再发生质壁分别复原。题型三质壁分别与复原试验的拓展应用[例5]假设三个细胞液浓度不同的细胞，放在某浓度的蔗糖溶液中出现如图所示状态，你认为这三个细胞在发生图示状况之前，其细胞液浓度的大小关系是()A．甲>乙>丙B．甲<乙<丙C．乙>甲>丙D．乙<甲<丙解题分析当细胞液浓度等于或大于外界溶液浓度时，由于细胞壁的存在，细胞形态基本不变(图甲)；当细胞液浓度低于外界溶液浓度时，细胞通过渗透作用失水，液泡和原生质层渐渐缩小，出现质壁分别现象(图乙、丙)。细胞失水越多，液泡和原生质层的体积越小，表明其试验前细胞液浓度越小，所以试验前细胞液浓度的大小关系为甲>乙>丙。答案A[例6]为探究植物A能否移植到甲地生长，某生物探讨性学习小组通过试验测定了植物A细胞液的浓度，试验结果如下表。为保证植物A移植后能正常生存，则甲地土壤溶液的浓度应()A．≤0.15mol/L B．≤0.2mol/LC．≥0.15mol/L D．≥0.2mol/L解题分析据表格分析：植物A细胞液介于没有质壁分别和刚分别之间的浓度，为0.15～0.20，故为保证植物A移植后能正常生存，则甲地土壤溶液的浓度应≤0.15mol/L，植物才能正常吸水，A正确。答案A学问拓展质壁分别与复原应用学问点三物质跨膜运输的其他实例学问梳理1.细胞对无机盐离子汲取的实例(1)科学家做过这样的试验：打算好含Ca2＋、Mg2＋和SiOeq\o\al(4－,4)的培育液，将番茄和水稻分别放在上述培育液中培育。一段时间后，番茄培育液中的Ca2＋和Mg2＋浓度下降，水稻培育液中的Ca2＋和Mg2＋浓度增高。SiOeq\o\al(4－,4)的状况刚好相反：水稻汲取大量的SiOeq\o\al(4－,4)，而番茄几乎不汲取SiOeq\o\al(4－,4)。说明：①不同植物对eq\o(□,\s\up4(01))同种无机盐离子的汲取有差异，同一种植物对eq\o(□,\s\up4(02))不同种无机盐离子的汲取也有差异，说明植物细胞膜对无机盐离子的汲取eq\o(□,\s\up4(03))具有选择性。②水稻培育液里的Ca2＋和Mg2＋浓度增高，缘由是eq\o(□,\s\up4(04))水稻汲取水的相对速率比汲取Ca2＋、Mg2＋的高。③水稻培育液里的SiOeq\o\al(4－,4)浓度大大下降，说明eq\o(□,\s\up4(05))水稻汲取了大量的SiOeq\o\al(4－,4)。(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞能汲取血液中的碘，但是人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘的含量明显eq\o(□,\s\up4(06))高于血液中碘的含量。说明：eq\o(□,\s\up4(07))物质的跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的，有时可以逆相对含量梯度进行运输。(3)大肠杆菌和酵母菌等微生物体内的矿质元素含量不同，说明：eq\o(□,\s\up4(08))不同微生物对离子的汲取表现出很大差异。2．物质跨膜运输的特点(1)物质跨膜运输并不都是eq\o(□,\s\up4(01))顺相对含量梯度的。(2)细胞对于物质的输入和输出有eq\o(□,\s\up4(02))选择性。3．细胞膜的功能特点：细胞膜和其他生物膜都是eq\o(□,\s\up4(01))选择透过性膜，详细表现为eq\o(□,\s\up4(02))水分子可自由通过，一些eq\o(□,\s\up4(03))离子和小分子也可以通过，而其他的eq\o(□,\s\up4(04))离子、小分子和大分子则不能通过。在同一块田里连年种同一种作物会出现产量下降现象，试说明缘由。提示：长期在同一块田里种植同一种作物，由于作物对离子的选择性汲取，导致某些元素含量下降，影响作物生长，从而导致产量下降。典题分析题型四物质跨膜运输的其他实例分析[例7]用完全培育液在两个相同的容器内分别培育水稻和番茄幼苗，假设水稻和番茄幼苗的吸水速率相同，一段时间后，测定培育液中各种离子浓度与试验前之比如下图所示。该试验的结果不能说明()A．完全培育液的浓度应当低于植物根毛细胞的细胞液浓度B．与番茄相比，水稻对SiOeq\o\al(4－,4)须要量大C．同一植物汲取不同离子的数量是不同的D．植物对各种离子的汲取速率与溶液中离子的浓度有关解题分析植物能够汲取水分，故完全培育液的浓度应当低于植物根毛细胞的细胞液浓度，A正确；据图分析，水稻汲取SiOeq\o\al(4－,4)多，汲取Ca2＋、Mg2＋少，而番茄汲取Ca2＋、Mg2＋相对较多，汲取SiOeq\o\al(4－,4)相对较少，说明同一植物对不同离子的汲取量不同，不同植物对同一离子的汲取量也不同，这体现了植物对无机盐离子的汲取具有选择性，这与植物生命活动的须要有关，而与溶液中离子的浓度无关，B、C正确，D错误。答案D易错警示植物对水分和离子汲取的三点提示(1)两个不同的过程：水分子通过细胞膜顺浓度梯度扩散，离子一般逆浓度梯度被汲取。(2)汲取离子时不肯定吸水：在外界溶液浓度较大的状况下，植物汲取离子的同时会失水。(3)二者联系：无机盐溶解在水中才能被汲取，无机盐的汲取可以增加细胞液浓度，促进对水分的汲取。题型五正确区分半透膜、选择透过性膜和生物膜[例8]关于选择透过性膜和半透膜的关系，正确的说法是()①半透膜肯定具有选择透过性②具有选择透过性的肯定是半透膜③活的生物膜才具有选择透过性④只有活的生物膜才是半透膜A．①③B．①④C．②③D．②④解题分析半透膜是指一些物质(一般是小分子物质)能透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，如水分子可以透过玻璃纸，而蔗糖分子则不能。选择透过性膜是指水分子可以自由通过，细胞要选择汲取的离子、小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过的膜，并且只有活的细胞的生物膜才是选择透过性膜。因此，选择透过性膜是一种特别的半透膜，反之则不然。答案C学问拓展半透膜、选择透过性膜及生物膜比较当堂检测——查漏补缺巩固提升1．下列现象不属于渗透作用的是()A．水分子或其他溶剂分子通过原生质层B．水分子或其他溶剂分子通过细胞膜C．蔗糖分子通过细胞壁D．水分子或其他溶剂分子通过液泡膜答案C解析渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。细胞膜、液泡膜和原生质层都具有选择透过性，均属于选择透过性膜。细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，其结构通常呈网状，凡是溶解在水中的溶质分子都可以自由通过，具有全透性，不是半透膜，蔗糖分子也不是溶剂分子。2．将人的口腔上皮细胞转移至三种不同浓度(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ)的蔗糖溶液中，结果在Ⅰ中口腔上皮细胞形态不变，在Ⅱ中口腔上皮细胞皱缩，在Ⅲ中口腔上皮细胞裂开，则这三种蔗糖溶液的浓度是()A．Ⅰ>Ⅱ>ⅢB．Ⅱ>Ⅰ>ⅢC．Ⅰ<Ⅱ<ⅢD．Ⅰ<Ⅲ<Ⅱ答案B解析由题意可知，在Ⅰ中口腔上皮细胞形态不变，说明Ⅰ溶液浓度与细胞质浓度相当；在Ⅱ中口腔上皮细胞皱缩，说明Ⅱ溶液浓度大于细胞质浓度，细胞失水；在Ⅲ中口腔上皮细胞裂开，说明Ⅲ溶液浓度小于细胞质浓度，细胞吸水裂开，因此三种蔗糖溶液的浓度是Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ。3．对质壁分别的正确理解是()A．细胞质与细胞壁发生分别B．细胞膜与细胞壁发生分别C．液泡膜与细胞壁发生分别D．原生质层与细胞壁发生分别答案D解析植物细胞的质壁分别中的质指的是原生质层，包括细胞膜、液泡膜以及两者之间的细胞质，壁是指细胞壁，即质壁分别指原生质层与细胞壁分别。4．将水稻培育在有各种养分元素的培育液中，发觉水稻汲取硅多，汲取钙少。这说明()A．