高中人教版生物必修一配套文档：第4章第1节物质跨膜运输的实例含解析.doc

第1节物质跨膜运输的实例学习导航1.分析教材“问题探讨”中的实验现象，了解渗透现象的发生条件和机理。2.结合动物细胞的结构，分析动物细胞的渗透作用。3.结合质壁分离和复原的实验，分析植物细胞的吸水和失水现象。4.分析教材提供的资料，了解物质跨膜运输的其他实例，理解选择透过性膜的含义。重难点击1.渗透作用的发生条件和机理。2.探究植物细胞的质壁分离和复原实验。课堂导入方式一：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？方式二：2015年春，我国东北部大旱，某地区农田里的庄稼出现了严重萎蔫现象，有关部门进行紧急人工降雨后，旱情得到缓解，庄稼又恢复了挺拔。上述过程中，植物萎蔫和恢复挺拔都与水分的得失有关，植物是怎样从土壤中吸收水分的呢？除了水分外，植物还从土壤中吸收各种矿质离子，其过程又是怎样的？一、渗透作用1概念：是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜(或选择透过性膜)进行的扩散。2渗透作用发生的条件(1)具有半透膜。(2)半透膜两侧溶液具有浓度差。3渗透作用发生的原理(1)以半透膜为界面，单位体积清水中的水分子数多于蔗糖溶液中的水分子数，所以在单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。因此，一段时间后，漏斗管内的液面会上升。(2)水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。合作探究请结合上图继续分析：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。1把体积相同，质量百分比浓度均为10%的葡萄糖和蔗糖溶液用半透膜(允许溶剂和葡萄糖通过，不允许蔗糖通过)隔开(如图)，请分析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，后乙低于甲答案C解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，即单位体积内半透膜甲侧的水分子数少于乙侧，水分子整体表现为由乙向甲流动，导致甲侧液面越来越高，后来甲侧的葡萄糖通过半透膜进入乙侧，导致乙侧溶液浓度越来越高，水分子又从甲侧流向乙侧，最终表现为乙液面高于甲液面。水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。此处的浓度是指的物质的量浓度(单位体积中微粒的多少)，不是质量分数。二、细胞的吸水和失水1动物细胞的吸水和失水 (1)动物细胞没有细胞壁，也没有大液泡，动物细胞的细胞膜相当于半透膜。 (2)现象当外界溶液浓度细胞质浓度时，细胞失水皱缩。当外界溶液浓度细胞质浓度时，细胞吸水膨胀，甚至涨破。当外界溶液浓度细胞质浓度时，水分子进出细胞处于动态平衡，细胞形态基本不变。2植物细胞的渗透系统(1)植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，称为原生质层，具有选择透过性，相当于一层半透膜。(2)植物细胞内的液体环境主要是指液泡内部的细胞液。当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞会失水；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，植物细胞会吸水。3质壁分离与复原是植物细胞吸水和失水的实验证据(1)实验材料：紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞。(2)实验原理成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。细胞液具有一定的浓度，与外界溶液形成浓度差。原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。(3)实验过程(4)实验结论当细胞液浓度外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。合作探究1上述实验成功的关键是实验材料的选择，为什么本实验不选择细菌和动物细胞，而选择有大液泡并有颜色的植物细胞？答案一般不选择细菌细胞，它能发生质壁分离，但现象不明显。不能选择动物细胞，它无细胞壁，不能发生质壁分离现象。选择有大液泡并有颜色的植物细胞因为质壁分离现象易于发生且便于在显微镜下观察。2质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是什么液体，为什么？答案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。3若用0.5 g/mL的蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能再复原，为什么？答案因为细胞过度失水会死亡。4发生质壁分离复原需要将植物再置于低浓度的蔗糖溶液或蒸馏水中，但如果所用溶液中的溶质为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，会发生自动复原现象，请分析是为什么？答案质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。 2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Ca_。(2)图中细胞的细胞液浓度依次是_。(3)假设将洋葱鳞片叶外表皮细胞制成装片，并使之处于浓度较高的溶液中，用显微镜观察其过程，发现该细胞形态变化的顺序为：_。(4)C图中标号所指的物质是_。答案(1)AB(2)CAB(3)BAC(4)外界溶液解析当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞将发生质壁分离现象。内外浓度差越大，质壁分离现象越明显，故图中外界溶液的浓度为CAB；随着质壁分离的进行，细胞液浓度逐渐增大，当不再分离时，细胞液浓度达到最大，因此，图中细胞液的浓度也为CAB。由于细胞壁具有全透性，在原生质层与细胞壁之间充满着外界溶液。 基础过关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，通过漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。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答案C解析在图乙中，高出液面的水柱所产生的压力应与渗透压平衡。水柱产生的压力向下，而渗透压的方向应向上，即漏斗内液体浓度高。2在一个新鲜萝卜上挖一凹槽，凹槽中放入浓盐水，过一段时间会发生()A萝卜变软，凹槽中液体增多B萝卜变软，凹槽中液体减少C萝卜变硬，凹槽中液体增多D萝卜变硬，凹槽中液体减少答案A解析凹槽中溶液浓度高于萝卜细胞液浓度，萝卜细胞失水，萝卜变软，凹槽中液体增多。3将下列细胞或细胞器放入清水中，不会破裂的是()A红细胞 B叶绿体C线粒体 D叶肉细胞答案D解析叶肉细胞有细胞壁，吸水不会破裂。4将人体口腔上皮细胞转移至不同浓度(、)的三种蔗糖溶液中，结果如图所示。这三种蔗糖溶液的浓度关系为()ABCD。5在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，会发生质壁分离的是()A口腔上皮细胞 B根尖分生区细胞C干种子细胞 D根毛细胞答案D解析成熟的植物细胞具有中央液泡，可发生质壁分离。6观察在质量浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞，发现中央液泡逐渐变小，说明()A细胞壁相当于一层半透膜B洋葱表皮细胞是活的C此时蔗糖溶液浓度小于细胞液浓度D细胞壁收缩导致中央液泡失水答案B解析活的洋葱表皮细胞的原生质层相当于一层半透膜，在高浓度的蔗糖溶液中发生渗透作用，导致中央液泡失水而变小。7将六个大小相同的马铃薯去皮之后，分别置入不同浓度的蔗糖溶液中，数小时后取出称其重量。增减的重量与蔗糖溶液的浓度关系如下图，根据图示判断，马铃薯细胞液浓度与下列哪项最为接近()A0.4 B0.8 C1.0 D1.6答案C解析在马铃薯的重量变化为 0时，水分的进出达到平衡，细胞内外溶液的浓度相等，此时对应的蔗糖溶液浓度即马铃薯细胞液的浓度。8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()答案C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。9质壁分离和复原实验可以说明或证明下列中的()植物细胞的死活原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞渗透失水；反之，细胞则渗透吸水原生质层具有选择透过性细胞壁的主要成分是纤维素A BC D答案B解析质壁分离和复原实验可以证明、，说明原生质层具有选择透过性，从而可以判断细胞的死活，因为死亡细胞的原生质层具有全透性。另外还可以测定细胞液的浓度。10在“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察(如图所示)。下列有关叙述正确的是()A第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域B第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处C吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体，以免污染镜头D为了节约实验时间，通常可以省略第一次显微观察步骤答案B解析A项，第一次观察时由于未滴加蔗糖溶液，细胞还没有发生质壁分离，较易观察到的是紫色的大液泡，由于此时液泡占整个细胞体积的比例较大，因此观察到的无色的细胞质基质区域应较小。B项，第二次观察时已经通过引流法使紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞浸润在蔗糖溶液中，可以发现首先从细胞的角隅处开始发生质壁分离。C项，吸水纸的主要作用是吸引蔗糖溶液或清水，使溶液浸润整个标本。D项，第一次显微观察是为了获得实验前的现象，以便于和实验中的现象变化进行前后对照，因此不能省略。能力提升11成熟的植物细胞具有中央大液泡，可与外界溶液构成渗透系统进行渗透吸水或渗透失水。图甲表示渗透装置吸水示意图，图乙表示图甲中液面上升的高度与时间的关系，图丙表示成熟植物细胞在某外界溶液中的一种状态(此时细胞有活性)。请回答下列问题：(1)由图甲漏斗液面上升可知，实验初始时 c 两侧浓度大小是 a_b。由图乙可知漏斗中溶液吸水速率在_，最终液面不再上升，当液面不再上升时，c 两侧浓度大小是 a_b。(2)图丙中相当于图甲中 c 结构的是_(填序号)，结构中充满的液体是_。此时细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系是_。A细胞液外界溶液B细胞液外界溶液C细胞液外界溶液D都有可能(3)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入清水当中，发现细胞中液泡体积增大，说明细胞在渗透吸水，细胞能否无限吸水？_。原因是_。 答案(1)小于下降小于(2)外界溶液D(3)不能细胞壁对原生质层有支持和保护的作用解析(1)漏斗内液面的上升是由细胞吸水引起的，水从浓度低的一侧向浓度高的一侧移动，因此，由图甲中漏斗内液面上升可知，b 侧液体的浓度大于 a；图乙反映的是随吸水时间的延长，漏斗内液面升高的速度逐渐下降，这是由浓度差缩小造成的。考虑到漏斗内液柱压力的作用，当液面不再上升时，a 侧的浓度小于 b 侧。(2)图甲中 c 为半透膜，在图丙中可将细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质视作一层半透膜，结构当中充满的液体是外界溶液；由于无法判断细胞是在吸水还是失水，因此，无法确定此时细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系。(3)对植物细胞而言，由于细胞壁的存在，且细胞壁的弹性有限，因此，细胞不可能无限吸水，当细胞因吸水体积增大到细胞壁所能膨大的最大限度时，细胞将不再吸水。12在紫色洋葱表皮细胞临时装片的盖玻片一侧滴加质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液后，出现了如图所示的情形，请据图回答下面的问题。(1)此细胞发生了_现象，是细胞_的结果。(2)图中的结构名称是_，共同构成了_。(3)图中充满了_，其浓度_。(4)将此细胞置于清水中，的体积会_，是由于细胞_的结果。答案(1)质壁分离渗透失水(2)细胞膜原生质层(3)蔗糖溶液略小于0.3 g/mL(4)变大渗透吸水13将同一植物细胞依次浸于蒸馏水、质量浓度0.3 g/mL蔗糖溶液和质量浓度0.5 g/mL尿素溶液中，观察原生质体的体积随时间的变化，结果如图所示(细胞壁与原生质体将要分离时原生质体的体积相对值为100)，据图回答下面的问题。(1)曲线a、b、c中，表示细胞在蒸馏水中的是_，表示在质量浓度0.3 g/mL蔗糖溶液中的是_，表示在质量浓度0.5 g/mL尿素溶液中的是_。(2)EF段的细胞液浓度变化为_。(3)试简要分析b、c曲线差异的原因： _。答案(1)acb(2)细胞液浓度逐渐升高，最后与外界溶液浓度相等而进入相对稳定状态(3)尿素分子可缓慢进入细胞液，使细胞液浓度增大，当其高于尿素溶液浓度时，细胞开始由失水变为吸水，直至平衡；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，使细胞液浓度升高，之后失水减慢，直至平衡解析由题图中所给的曲线信息分析可知，a曲线表示细胞发生了渗透吸水，说明所处的环境是蒸馏水；b曲线表示原生质体体积先变小后又恢复原状，说明细胞开始时发生质壁分离后自动复原，所以周围的环境是尿素溶液；c曲线表示细胞发生了质壁分离，并保持一定的状态，此时细胞内外渗透压达到平衡，说明细胞周围环境为蔗糖溶液。14如图为某同学进行某实验的基本操作步骤，请回答以下问题：(1)你认为他做该实验的目的是_。(2)B步骤主要观察紫色洋葱鳞片叶表皮细胞中紫色_的大小及_的位置。(3)该实验在B、D、F三者之间形成了自身对照，其中B、D之间属于实验组的是_组，在D、F之间属于对照组的是_组。(4)该同学通过多次做实验，得出的体会是在两次低倍镜观察之间不宜停留过长时间，否则会导致实验失败，你认为最合理的解释是_。(5)若改用小麦的根毛细胞进行上述实验，由于观察的细胞无色透明，为了取得更好的观察效果，调节显微镜的措施是_。(6)通过实验发现，蔗糖溶液浓度不适宜会造成实验失败。请据此拟定一个相关的研究课题：_。答案(1)观察植物细胞的质壁分离与复原(或探究植物细胞在什么情况下会失水和吸水，或证明原生质层相当于一层半透膜等)(2)(中央)液泡原生质层(3)DD(4)细胞长时间处于高渗溶液中会导致死亡(5)缩小光圈或换平面反光镜(6)探究蔗糖溶液浓度对洋葱表皮细胞质壁分离和复原的影响解析该实验的目的是观察植物细胞的质壁分离和复原。B步骤主要是观察紫色液泡的大小及原生质层与细胞壁的位置。在蔗糖溶液中，成熟植物细胞发生渗透失水，导致其发生质壁分离；若停留时间过久，细胞会因过度失水而使原生质层脱水变性失去活性，导致细胞死亡，无法再做细胞质壁分离复原实验。该实验属于自身对照实验(即实验在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照)。滴加蔗糖溶液的对象组(步骤D)，在质壁分离实验(B、D之间)中属于实验组，在质壁分离复原(D、F之间)实验中属于对照组。由于要观察的细胞无色透明，若视野太明亮，则不易看清楚，所以要将视野调得暗一些，即缩小光圈或换平面反光镜。走进高考15(2015海南卷，10)取生理状态相同的某种植物新鲜叶片若干，去除主脉后剪成大小相同的小块，随机分成三等份，之后分别放入三种浓度的蔗糖溶液(甲、乙、丙)中，一定时间后测得甲的浓度变小，乙的浓度不变，丙的浓度变大。假设蔗糖分子不进出细胞，则关于这一实验结果，下列说法正确的是()A实验前，丙的浓度乙的浓度甲的浓度B乙的浓度不变是因为细胞内蔗糖浓度与乙的浓度相等C实验中，蔗糖分子不能通过细胞壁D甲、