2019_2020学年高中生物4.1物质跨膜运输的实例学案新人教版.docx

第1节物质跨膜运输的实例课前自主预习案一、渗透作用与细胞的吸水和失水1渗透作用具备的两个条件2动物细胞的吸水和失水连线3植物细胞的吸水和失水填图(1)成熟植物细胞的结构：(2)探究植物细胞的吸水和失水：(3)发生质壁分离的原因：二、物质跨膜运输的其他实例1番茄和水稻吸收无机盐离子的比较科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2、Mg2和SiO的培养液中培养，结果及分析如下：(1)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。(2)水稻吸收水的相对速率比吸收Ca2、Mg2的大，造成培养液中Ca2、Mg2浓度上升；番茄吸收水的相对速率比吸收SiO的大，造成培养液中SiO浓度上升。2特点和原因(1)特点：物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的。细胞对于物质的输入和输出有选择性。(2)原因：细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。1.判断下列叙述的正误(1)具有浓度差的溶液之间一定会发生渗透作用()(2)植物细胞放在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，都能发生质壁分离现象()(3)细胞膜对膜两侧物质的进出具有选择性()(4)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成()答案：(1)(2)(3)(4)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：B3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水分子可以自由出入细胞解析：植物细胞的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课堂互动探究案【课程标准】 阐明质膜具有选择透过性观察植物细胞的质壁分离和复原【素养达成】 1知道细胞吸水和失水的原理。(科学思维) 2学会探究实验的基本步骤。(科学探究) 3进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作。(科学探究)4举例说出细胞膜是选择透过性膜。(生命观念)糖醋蒜是大家比较喜欢的一种食品，但如果只用蔗糖来腌制大蒜，糖分很难进入内部，如果与醋酸共同使用，醋酸会杀死大蒜细胞，糖分就很容易进入大蒜内部了。据此可见，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。物质跨膜运输的实例还有哪些？具有什么特点？探究点一渗透作用的原理和应用【师问导学】请结合上图分析：1液面高度差H会不会一直升高，为什么？答案：不会。长颈漏斗中的液面升高时，液体产生的静水压也随之变大，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，液面就不再升高了。2当液面不再升高时，长颈漏斗内外液体的浓度相等吗？答案：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溶液浓度指的是质量浓度吗？答案：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。4如果增加蔗糖溶液的浓度，最终形成的液面高度差H会如何变化？答案：高度差H会增大。5如果半透膜的面积增大一倍，其他条件不变，液面高度差H会不会变化？达到H的时间会不会变化？答案：内外溶液的浓度差不变，液面高度差H不会变，但是由于半透膜面积增大，达到H的时间会变短。【智涂笔记】易错警示有关渗透作用的三个误区(1)半透膜两侧的水分子进行的是双向运动，而不是单向运动，观测到的现象是由双向水分子运动的差别所导致的液面改变。(2)当半透膜两侧的溶液达到平衡时，是指两侧的水分子运动达到平衡，而两侧溶液的浓度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。(3)水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。此处的浓度是指物质的量浓度，是单位体积中微粒的多少，不是质量分数。方法规律判断渗透系统中液体变化的方法(1)液面变化的判断：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。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。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。【师说核心】1渗透作用的原理(1)渗透装置图解：(2)当液面上升到一定程度时，液面不再升高的原因：分析下图可知：漏斗中的液面高于水槽中的液面，液面差为 H1，由于水槽中与漏斗中的液体具有浓度差，即具有渗透压差，所以水分子有进入漏斗的趋势；但是 H1 产生的压强与渗透压的平衡使半透膜两侧水分子的交换速率相同时，液面不再升高。2渗透作用的应用渗透作用发生条件的验证：【检测反馈】1如图，甲、乙为两个渗透装置。甲图是发生渗透作用时的初始状态，乙图是较长时间之后，根据漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。判断下列有关叙述错误的是()A图甲中为半透膜，水分子能自由通过B图甲中溶液的浓度大于溶液的浓度C图乙中溶液的浓度与溶液的浓度相等D图甲中溶液和浓度差越大，则图乙中的水柱越高解析：图中代表半透膜，水分子能自由通过，而大分子不能通过，A正确；图甲和图乙比较，漏斗内液面上升，说明漏斗内溶液浓度高于烧杯中溶液，B正确；因为漏斗内液柱压力的作用，当液面不再上升时，溶液的浓度依然大于溶液的浓度，故C错误；图甲中溶液和浓度差越大，则水分跨膜运输的数量越多，则图乙中的水柱上升得越高，D正确。答案：C2如图表示渗透作用装置图，其中半透膜为猪膀胱膜，图1、3表示初始状态，其装置内溶液A、B、a、b浓度分别用MA、MB、Ma、Mb表示，图2、4分别表示一段时间后的状态，液面上升的高度分别为h1、h2。如果A、B、a、b均为蔗糖溶液，且MAMB、MaMbMA，则达到平衡后()Ah1h2，MaMb Bh1h2，MaMbCh1h2，MaMb Dh1h2，MaMb解析：由于MAMB、MaMbMA，所以两个漏斗中的液面都会上升，由于A与a的浓度差要小于B与b的浓度差，所以h2的高度要大于h1；同时由于图2中吸水相对要少，所以a的溶液浓度相对较高。答案：D探究点二细胞的吸水和失水【师问导学】如图是将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞先放到0.3 g/mL的蔗糖溶液中(甲)，再放到清水中(乙)的实验过程的图解，请分析并回答下列问题：1该细胞的原生质层包括图中的哪些部分(请用图中数字回答)?答案：包括2、3、4。2甲过程中，5的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？答案：颜色变深，吸水能力逐渐增强。3甲过程中，进入1和4的物质分别是什么液体？答案：细胞壁是全透性的，进入1的有水和蔗糖，而进入4细胞质的只有水。4有位同学错取了3 g/mL的蔗糖溶液，发现做完甲过程后，再做乙过程几乎没有观察到相关现象，分析原因可能是什么？答案：溶液浓度太高，细胞过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原了。5回答与实验相关的问题：(1)为什么要用紫色洋葱外表皮作为实验材料？(2)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？(3)发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？答案：(1)紫色洋葱外表皮细胞的细胞液中有花青素，使液泡中的细胞液呈紫色，有利于观察。(2)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。(3)因为细胞壁是全透性的，所以洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。【智涂笔记】知识整合(1)原生质层不包括全透性的细胞壁；在质壁分离的过程中，洋葱鳞片叶的外表皮细胞的细胞液浓度逐渐升高，颜色加深，吸水能力增强；若外界溶液浓度太高，会导致细胞过度失水死亡。(2)质壁分离和质壁分离复原中水分子移动是双向的；结果是双向水分子运动的差异所导致的现象。(3)质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间充满的是浓度降低的外界溶液，因为细胞壁是全透性的，且有水分子通过原生质层渗出来。(4)若用50%蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能复原，因为细胞过度失水而死亡。(5)若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验会出现自动复原现象，因外界物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。规律方法判断细胞能否发生质壁分离及复原的规律(1)从细胞角度分析死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离。具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离。(2)从溶液角度分析在一定浓度、溶质(如蔗糖)不能穿膜的溶液中发生质壁分离。在一定浓度、溶质(如葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇)可穿膜的溶液中先发生质壁分离后自动复原。在高浓度溶液(如0.5 g/mL的蔗糖溶液)中可发生质壁分离，但不会发生复原。规律方法细胞的状态与吸水和失水的判断(1)当处于质壁分离的过程中时，细胞失水量大于吸水量，此时外界溶液浓度高于细胞液的浓度。(2)当细胞处于质壁分离复原的过程中时，细胞失水量小于吸水量，此时外界溶液浓度低于细胞液浓度。(3)当细胞处于平衡状态时，细胞失水量等于吸水量。【师说核心】1植物细胞与渗透装置的比较据图分析可知：(1)原生质层具有选择透过性，相当于半透膜。(2)浓度差细胞液与外界溶液之间具有浓度差。2质壁分离的原因及表现(1)(2)3实验操作步骤及现象4质壁分离及复原实验的应用(1)判断细胞的死活：(2)测定细胞液浓度的范围：待测细胞一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检，细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间。(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度：不同植物细胞同一浓度的蔗糖溶液镜检，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短判断细胞液浓度的大小(时间越短，细胞液浓度越小)。【检测反馈】1如图是某同学用紫色洋葱鳞片叶的外表皮做“探究植物细胞的吸水和失水”的实验中所观察到的细胞图。下列叙述正确的是()A图中组成了细胞的原生质层B图中细胞处于质壁分离状态，此时处的浓度一定大于处的浓度C图中是细胞壁，中充满了外界溶液D图中是细胞液，在细胞发生质壁分离过程中，其颜色逐渐变浅解析：图中为细胞壁，与以及两者之间的共同组成了原生质层。由于细胞壁是全透性的，所以处充满了外界溶液。细胞处于质壁分离状态但细胞此时不一定正在失水，所以处的浓度不一定小于处的浓度。在质壁分离的过程中是失水的，所以的颜色应该是逐渐加深。答案：C2植物体内有三个相邻的细胞a、b、c，已知它们的细胞液浓度大小关系是abc，那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是()解析：细胞液的浓度越高，则吸水能力越强，a细胞液浓度最高，c细胞液浓度最低，b介于a、c之间，因此选C。答案：C3.在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，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的状态。a、b表示该部位的溶液浓度。由此可推测()Aab，细胞渗透吸水Bab，渗透系统保持动态平衡Cab，细胞渗透失水D上述三种情况都有可能解析：图示细胞正处于“质壁分离”状态，要注意此状态下一步可以是液泡继续增大，也可以是液泡继续变小，也可以是液泡不发生变化。因而该细胞可能正处于质壁分离过程中，也可能处于质壁分离后的动态平衡过程中，也可能正处在发生质壁分离复原的过程中，故D项正确。答案：D探究点三物质跨膜运输的其它实例【师问导学】细胞的吸水和失水是水分子顺着相对含量的梯度跨膜运输的过程，其他物质的跨膜运输有什么特点呢？结合下列材料分析：1观察水稻和番茄对无机盐的吸收示意图，分析：(1)据图，番茄吸收Ca2、Mg2多，吸收SiO少；水稻吸收SiO多，而吸收Ca2、Mg2少。说明：不同植物细胞对同一无机盐离子吸收不同；同一植物细胞对不同无机盐离子的吸收不同；植物细胞对无机盐离子的吸收具有选择性。(2)水稻培养液中的Ca2、Mg2的浓度有所上升。对此下列的两种解释哪种合理()A水稻根细胞不吸收Ca2、Mg2，而且分泌了大量的Ca2、Mg2，使其浓度升高B水稻根细胞吸收Ca2、Mg2的速率较吸收水的速率低，使这两种离子的浓度升高答案：B2人体甲状腺滤泡上皮细胞具有很强的摄取碘的能力。血液中碘的质量浓度为250mg/L，而甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度比血液高2025倍。结论：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。说明了细胞能逆相对含量梯度吸收物质。3几种微生物体内的矿物质含量(占全部矿物质的百分比)微生物P2O5K2O大肠杆菌33.9912.95原核固氮菌4.932.41酵母菌51.0938.66米曲菌48.5528.16结论：不同微生物对不同矿质元素的吸收表现出很大的差异。【智涂笔记】半透膜、选择透过性膜的比较(1)区别：半透膜是无生命的物理性膜，是指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小。选择透过性膜是具有生命的生物膜，膜上载体蛋白的存在决定了其对不同物质是否吸收的选择性。细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。(2)共性：都允许水分子自由通过，而不允许大分子物质通过。【师说核心】1. 物质跨膜运输的特点(1)运输方向与浓度的关系：不都是顺相对含量梯度的。(2)进出物质的种类：物质的输入和输出有选择性。2结论：细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。(1)水分子可以自由通过。(2)被细胞选择吸收的离子和小分子也可以通过。(3)不被细胞选择吸收的离子和小分子、大分子不能通过。【检测反馈】用相同的完全培养液，在相同条件下分别培养水稻和番茄幼苗。在二者的吸水率几乎相同的情况下，72 h后原培养液中部分离子浓度发生了如下表所示的变化(表中数据为72 h后溶液中部分离子浓度占实验开始时的百分比)。分析下表不能得出的结论是()KMg2Ca2SiO水稻17.010511719.5番茄19.18559.6118A不同植物对同一离子的需要量不同B与番茄相比，水稻对SiO需要量大，对Ca2需要量小C不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量不同D植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度有关解析：由题干可获取的主要信息有：培养水稻和番茄的原培养液中各离子浓度相同，表中数据的计算方式是实验后离子浓度占实验前同种离子浓度的百分比，比值越大说明对该离子的吸收量越小，反之越大。解答本题时应首先理解表中数据表示的意义，再进行逐项分析。由表中每一列数据分析可知，不同植物对同一离子的需要量及同一植物对不同离子的需要量不同，水稻吸收的SiO多，对Ca2、Mg2吸收少，而番茄吸收的Ca2和Mg2较多，对SiO吸收量少，这体现了植物对无机盐离子的吸收具有选择性，其原因在于不同植物根尖细胞膜上载体的种类和数量是不同的。因此选项A、B、C正确，选项D所表述的内容不能从表中数据得出。答案：D【网络建构】【主干落实】1渗透作用发生的两个条件：一是半透膜，二是浓度差。2原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。3. 植物细胞发生质壁分离的原因：外界溶液浓度大于细胞液浓度，原生质层的伸缩性大于细胞壁。4只有活的成熟植物细胞才可发生质壁分离，动物细胞和根尖分生区细胞不发生质壁分离。5. 细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，选择透过性是活细