生物必修一4-1物质跨膜运输实例

生物必修一4-1物质跨膜运输实例内容要求考点细胞吸水和失水原理Ⅱ重难点细胞吸水和失水的原理及应用题型年份及考卷考点选择题2009上海卷2008年广东、上海卷细胞吸水和失水的原理非选择题2008年广东卷2007年广东、上海卷细胞吸水和失水原理及应用自主梳理一、细胞的吸水和失水1．原理：发生

，必须具备两个条件。(1)具有

：水分子可以通过，而蔗糖等大分子不能通过的膜，如

(又叫赛璐玢)。(2)膜两侧溶液具有

。渗透作用半透膜玻璃纸浓度差2．动物细胞的吸水和失水(以红细胞为例：红细胞膜相当于一层半透膜)(1)当外界溶液浓度

细胞质浓度时，细胞吸水膨胀。(2)当外界溶液浓度

细胞质浓度时，细胞失水皱缩。(3)当外界溶液浓度

细胞质浓度时，水分进出平衡。<>＝3．植物细胞的吸水和失水(1)在成熟的植物细胞中的液体环境主要指的是里的细胞液，

膜和

膜以及两层膜之间的称为原生质层，它相当于一层

。(2)成熟植物细胞，当细胞液浓度小于外界溶液浓度，则发生

现象；当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，则发生

。液泡细胞液泡细胞质半透膜质壁分离质壁分离复原二、实验探究植物细胞吸水和失水1．探究实验的一般过程提出问题→

→设计实验→

→分析结果，得出结论→

→进一步探究。2．实验原理成熟的植物细胞的

相当于一层半透膜，具有一定的浓度，能够渗透失水和吸水。3．实验过程

→显微镜观察→实验现象(细胞发生质壁分离和复原)→得出结论。作出假设进行实验表达和交流原生质层细胞液制作装片互动探究在实验中为什么选择紫色洋葱磷片叶作实验材料？提示紫色洋葱鳞片叶中有紫色的液泡，便于实验观察。一、渗透系统的组成分析及应用1．渗透系统的组成(如图)及特点(1)半透膜，可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。(2)半透膜两侧的溶液具有浓度差。2．渗透作用的发生(1)若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。(2)在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差Δh，则S1溶液浓度仍大于S2。3．渗透系统的应用(1)比较不同溶液浓度大小漏斗内烧杯内溶液浓度MN现象及结论①若漏斗内液面上升，则M>N②若漏斗内液面不变，则M＝N③若漏斗内液面下降，则M<N(2)验证渗透作用发生的条件①具有半透膜②具有浓度差二、细胞的吸水和失水1．动物细胞的吸水和失水(1)当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，细胞吸水膨胀。(2)当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，细胞失水皱缩。(3)当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相同时，水分子进出细胞和于动态平衡。2．成熟的植物细胞的吸水和失水(1)植物细胞的结构特点①细胞壁：全透性。②细胞膜：具有选择透过性。③细胞质：内有大液泡。④大液泡：里面的液体称细胞液，具有一定的浓度。⑤原生质层：细胞膜和液泡膜以及这两层膜之间的细胞质称为原生质层。(2)植物细胞吸水方式①未形成液泡的细胞，靠吸胀作用吸水：这样的细胞主要靠细胞内的蛋白质、淀粉和纤维素等亲水性物质吸收水分，叫做吸胀作用。干燥的种子和根尖分生区的细胞，主要靠吸胀作用吸收水分。注意：蛋白质、淀粉和纤维素的亲水性依次减弱。②液泡形成以后，细胞主要靠渗透作用吸水：细胞液浓度>外界溶液浓度－细胞吸水；细胞液浓度<外界溶液浓度－细胞失水。(3)成熟的植物细胞是一个渗透系统：植物细胞的最外面是细胞壁，主要由纤维素分子组成，分子间空隙较大，一切溶剂和溶质都能够透过，细胞壁是全透性的。细胞膜和液泡膜是选择透过性膜。我们可以把细胞膜、液泡膜以及两膜之间的其他原生质当作一层选择透过性膜，“膜”内的细胞液有一定的浓度，与细胞外的溶液存在浓度差。这样，细胞也就通过这层选择透过性膜与外界环境中的溶液发生渗透作用。三、植物细胞吸水和失水的实验探究过程及应用1．探究性实验的一般过程：根据观察到的现象，提出问题→作出假设→预测结果→进行实验→分析结果得出结论→表达交流→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央液泡会变大，细胞膨胀。4．实验流程5．实验结论成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用，当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。6．质壁分离的原因分析感悟拓展1．渗透系统组成的条件①渗透系统适用于比较溶质不能透过半透膜的溶液浓度的大小。②两溶液间的水分子进行双向运动，我们只是观测出由水分子双向运动的差所导致的液面改变。③溶液浓度指摩尔浓度而非质量浓度，如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相同，但摩尔浓度是10%蔗糖溶液的小，故水由蔗糖向葡萄糖溶液移动。2．细胞吸水和失水原理在生产生活中的应用(1)对农作物的合理藻溉，既满足了作物对水分的需要，同时也降低了土壤溶液的浓度，有利于水分的吸收。(2)盐碱地中的植物不易存活或一次施肥过多造成“烧苗”现象，都是因为土壤溶液浓度过高，甚至超过了根细胞液浓度，导致根细胞不易吸水甚至失水造成的。(3)糖渍、盐渍食品不易变质的原因，是在食品外面和内部形成很高浓度的溶液，使微生物不能在其中生存和繁殖，所以能较长时间的保存。(4)医用的生理盐水浓度为0.9%，其渗透压与人体细胞外液的渗透压相当，可以使人体细胞保持正常的形态和功能。3．植物细胞吸水和失水的实验探究实验中注意事项(1)选择有大的液泡且最好液泡带有颜色的细胞作实验材料。(2)滴加蔗糖溶液和清水时，必须在实验桌上进行，不能在显微镜的载物台上进行。(3)本实验选用0.3g/mL的蔗糖溶液(此浓度下既明显出现质壁分离，又不致杀死细胞)。浓度过高，质壁分离速度虽快，但不久细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；浓度过低不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。此外，8%的食盐溶液，5%的硝酸钾溶液等也可使用。盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离的溶液。 1利用紫色的洋葱外表皮细胞和不同浓度的蔗糖溶液，可以探究细胞质壁分离复原。下列有关该实验的叙述正确的是 (

)A．该实验只是观察了质壁分离和复原现象，没有设计对照实验B．在逐渐发生质壁分离的过程中，细胞的吸水能力逐渐增强C．将装片在酒精灯上加热后，再观察质壁分离现象D．不同浓度蔗糖溶液下发生质壁分离的细胞，滴加清水后都能复原。解析该实验中多组实验(不同浓度的蔗糖溶液)之间已进行了相互对照，且每组实验前、后又进行了对照，故有对照实验；在发生质壁分离过程中，细胞液的浓度逐渐增大，故细胞的吸水能力逐渐增强；该实验不需加热，否则细胞会受热死亡，观察不到质壁分离及复原现象；若蔗糖溶液的浓度过大，细胞会因失水过多而死亡，将不会再复原。答案B下列能发生质壁分离现象的细胞是 (

)A．胚乳细胞B．人的口腔上皮细胞C．分生区细胞D．根成熟区细胞答案D解析发生质壁分离的条件有三个：①必须是成熟的植物细胞；②细胞必须有活性；③细胞外界溶液浓度大于细胞液浓度。从题中所给条件可知，A、C两选项均是植物细胞，但无中央液泡；B选项为人体细胞，显然不行，故答案应为D。自主梳理1．对无机盐的吸收实例(1)水稻和番茄对

的吸收量不同。(2)水稻和番茄对

的吸收量不同。(3)人体甲状腺滤泡上皮细胞可以逆

从血液中吸收碘。(4)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的。同一离子不同离子相对含量梯度差异2．生物膜的特性物质跨膜运输并不都是

的，而且细胞对物质的输入和输出有

。即细胞膜和其他生物膜都是

膜。这种膜可以让

自由通过，一些和

也可以通过，而其他的离子、小分子和则不能通过。顺相对含量梯度选择性选择透过性水分子离子小分子大分子互动探究半透膜和选择透过性膜有哪些异同点？提示①相同点：某些物质可以通过，另一些物质不能通过。②不同点：选择透过性膜一定是半透膜，半透膜不一定是选择透过性膜。要点归纳1．番茄和水稻吸收矿质离子的比较科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2＋、Mg2＋和Si4＋的培养液中培养，结果及分析如下：(1)不同植物细胞对同一无机盐离子、同一植物细胞对不同无机离子的吸收均有差异，说明植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有选择性。(2)番茄吸收Ca2＋、Mg2＋多，吸收Si4＋少；水稻吸收Si4＋多，而吸收Ca2＋、Mg2＋少，从营养学角度讲番茄的补钙效果比水稻好。(3)水稻吸收水的相对速度比吸收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度比吸收Si4＋的大，造成培养液中Si4＋浓度上升。(4)植物细胞在同一时间吸收离子和吸水的量不同，即吸收离子和吸收水是两个不同的过程。2．人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的特点人体甲状腺滤泡上皮细胞内碘的浓度比血液高20～25倍，说明碘进入甲状腺滤泡上皮细胞是从低浓度→高浓度，即逆浓度梯度。3．微生物吸收矿物质的特点不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。(1)不同微生物的细胞膜结构有一定的差异。(2)不同微生物对矿物质的吸收有选择性。(3)不同微生物对各种矿物质的需要量不同。4．实例分析结论(1)细胞膜和其他生物膜一样都是选择透过性膜。它具有的特点是：①水分子可以自由通过。②一些需要的离子和小分子也可以通过。③其他的离子、小分子和大分子则不能通过。(2)物质通过生物膜的跨膜运输，有的是顺相对含量梯度的，有的是逆相对含量梯度的。(3)细胞对于物质输入和输出及选择性是通过细胞膜实现的。感悟拓展1．生物膜的结构特点——具有一定的流动性，原因是构成生物膜的磷脂分子和蛋白质分子都是可移动的。2．生物膜的功能特性——具有选择透过性，原因是膜上载体的种类和数量不同。 2将等量的、微量的 、K＋、Ca2＋共同置于100mL蒸馏水中，再放入一些新鲜的水稻根尖，一段时间后，测定溶液中上述四种离子和水的含量变化(见下表)。实验结果可以说明 (

)①根对水的吸收和对矿质离子的吸收是两个相对独立的过程②根对矿质离子的吸收不是等比例进行的③根细胞吸收矿质离子的方式是主动运输④根吸收矿质离子的过程不受温度的影响A．只有①② B．只有①③C．只有①②③ D．都正确解析本题考查植物细胞吸收水分和无机盐的关系，以及理解应用能力、数据分析与判断能力等。从表中可以看出：水没有减少，而矿质离子不同程度的减少，所以吸收水和吸收矿质离子是两个相对独立的过程，且不同矿质离子的吸收不成比例。表中不能看出根尖对矿质离子的吸收是主动运输方式，以及是否受温度的影响。答案A水溶性染色剂(PI)能与核酸结合而使细胞核着色，可将其应用于细胞死活的鉴别。细胞浸泡于一定浓度的PI中，仅有死亡细胞的核会被染色，活细胞则不着色，但将PI注射到活细胞中，则细胞核会着色。利用PI鉴别细胞的基本原理是 (

)A．死细胞与活细胞的核酸结构不同B．死细胞与活细胞的核酸含量不同C．活细胞能分解染色剂PID．活细胞的细胞膜阻止PI的进入答案D解析本题旨在考查细胞膜的功能特点——选择透过性以及阅读能力、知识迁移能力、理解分析能力。活细胞的细胞膜具有选择透过性以保证物质选择性地出入细胞，维持正常的生命活动。水溶性染色剂(PI)不是细胞所需物质，因而不能通过活细胞的细胞膜。细胞死亡后，细胞膜及其他生物膜的选择透过性丧失，溶于水中的物质(如PI)都可以通过，而使细胞核着色。命题热点1考查渗透作用中水分的移动【例1】如图实验装置，玻璃槽中是蒸馏水，半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液，一定时间后再加入蔗糖酶。最可能的实验现象是 (

)A．漏斗中液面开始时先上升，加酶后又下降B．在玻璃槽中会测到蔗糖和蔗糖酶C．漏斗中液面开始时先下降，加酶后一直上升D．在玻璃槽中会测到葡萄糖、果糖和蔗糖酶答案A解析实验开始时，蔗糖不能透过半透膜，所以单位时间内通过半透膜渗透进长颈漏斗中的水分子数比渗透出来的多，漏斗内液面上升。而加入酶后，将蔗糖分解为单糖，单糖分子能透过半透膜进入玻璃槽中，使玻璃槽内液体浓度升高，一段时间后，水分子从长颈漏斗内渗出的较多，漏斗内液面下降。命题热点2渗透作用在农业生产中的应用【例2】将发芽率相同的甲、乙两种植物的种子，分别种在含有不同浓度(质量分数)钠盐的全营养液中，并用珍珠砂通气、吸水和固定种子。种子萌发一段时间后，测定幼苗平均重量，结果如下图。请据图回答问题：(1)甲、乙两种植物相比，更适宜在盐碱地种植的是________。(2)导致甲种植物的种子不能萌发的最低钠盐浓度为________%。(3)在钠盐浓度为0.2%的全营养液中，甲、乙两植物根尖细胞吸收矿质元素的方式均为________。(4)将钠盐浓度为0.1%全营养液中的甲种植物幼苗，移栽到钠盐浓度为0.8%的全营养液中，其根尖成熟区表皮细胞逐渐表现出质壁分离现象，原因是___________。(5)取若干生长状况相同并能够进行光合作用的乙种植物的幼苗，平均分成A、B两组。A组移栽到钠盐浓度为0.8%的全营养液中，B组移栽到钠盐浓度为1.0%的全营养液中，在相同条件下，给予适宜的光照。培养一段时间后，A组幼苗长势将________B组。从物质转化角度分析，其原因是___________________________。答案(1)乙种植物(2)0.8

(3)主动运输(4)细胞外溶液浓度高于细胞液的浓度，通过渗透作用失水(5)强于A组有机物的光合作用合成量与呼吸消耗量的差值大于B组的差值解析分析坐标曲线图可知，乙种植物在盐浓度较高时生长状况好于甲种植物，所以乙种植物更适宜在盐碱地种植。钠盐浓度为0.8%，甲种植物不能萌发生长。植物吸收矿质元素离子是一个主动运输过程；在钠盐浓度为0.2%时，二者能正常生