备课素材：渗透作用教材问题 高一上学期生物人教版必修1

渗透作用教材问题1.扩散（作用）、渗透（作用）与自由扩散有什么关系？扩散指由分子随机热运动造成的物质从高浓度区域向低浓度区域移动的过程。虽然单个分子的运动无明显的方向，但宏观上我们可以观察到物质顺着浓度梯度进行扩散，驱动力是浓度差。当相邻两区域被一层选择性渗透膜分别隔开时，水分子和小的不带电的物质可跨膜移动，而大分子和带电物质被阻隔，这种运输方式称为渗透作用。渗透作用由水势梯度驱动。自由扩散则是指物质从浓度高的区域向浓度较低的区域的净移动过程。2.什么是半透膜？哪些材料有半透性？半透膜即只允许某些分子和离子扩散的薄膜。一般来说，半透膜允许小分子物质和离子通过，而阻挡生物大分子。这也很好理解，是由半透膜孔径决定的。半透膜可以用生物材料（如鸡蛋卵壳膜、动物膀胱、肠衣，蚕豆种皮等），也可以用非生物材料（如玻璃纸，处理过的蜡纸等）。注意不同种半透膜的孔径是不完全相同的。但在高中学习阶段，无特殊说明时一般认为常见的阴阳离子，二氧化碳、氧气、单糖（葡萄糖）、甘油、氨基酸等可通过半透膜，而二糖（蔗糖、麦芽糖）和多糖、蛋白质、核酸等生物大分子不能通过。3.什么是水势？水分子在相邻两种不同水势之间的流动方向怎样？水势即每偏摩尔体积水（1mol水所占的有效体积）在一个系统中的化学势，代表的是每单位体积水所含的自由能。由上述定义可知，水势的单位应是焦耳每立方米。利用高中物理知识可做以下推导：1J/m3=1N·m/m3=1N/m2=1Pa，即水势与压强的单位是相同的。总水势受到多种不同因素的影响，其中最主要的因素是浓度、压力、基质及重力，可用下式表示。ψ=ψs+ψp+ψg+ψm

式中ψ为总水势，ψs为溶质势或渗透势,ψm为衬质势,ψp为压力势，ψg为重力势。渗透势：溶质的存在消耗水分的能量使水势降低，即溶液渗透势小于纯水且浓度越大水势越低。可认为与溶质种类无关。压力势：水的静水压力，可正可负。细胞吸水膨胀压力势为正值，质壁分离时几乎为0，木质部导管运水时还有负压力势存在。可拿生活中现象举例，挤压开口牛奶袋，牛奶会喷出。重力势：单位体积水在重力场中具有的能量。在讨论细胞间运输水分时往往可以忽略，但是高大树木需要计算，因为输水纵向距离大，输水量也大。水往低处流即是重力势的典型现象。衬质势：表示当水分以一个薄层吸附在相对干燥的土壤颗粒或植物细胞壁表面时水分自由能的降低。无吸水物质时一般可以忽略。衬质势在干种子的吸胀吸水中使水势降低，发挥重要作用。在实际操作中，测量压力的变化要比测量驱动水分运动所需的能量简单得多。因此在初学阶段用压强来表示水势，但要知道水势本身并不是压强。渗透作用中水分运动的方向取决于水势梯度，一般从水势高的区域流向水势低的区域。4.渗透作用的条件和质壁分离的条件完全相同吗？渗透作用是指水分通过选择性透过膜生的净移动，质壁分离在高中阶段一般指由于细胞失水造成原生质层与细胞壁分离。发生渗透作用的条件是有半透膜和半透膜两侧具有浓度差，而发生质壁分离的条件必须满足原生质层相当于半透膜、细胞液浓度小于外界溶液浓度，还要具备细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性等条件。因此渗透作用的条件和质壁分离的条件不完全相同。5.发生渗透作用后，半透膜两侧的高度差与两侧溶液的浓度差有什么关系？其他因素无差异时，水会通过半透膜向高浓度侧移动。高浓度侧液柱上升重力势升高，而溶液被稀释后渗透势升高；低浓度侧液柱下降重力势降低，而溶液被浓缩后渗透势降低。体系稳定后，两侧水势相等（两侧溶液的渗透势差的绝对值等于重力势差的绝对值），存在高度差。6.不同溶质分子与膜的透性对半透膜两侧的液面高度变化有影响吗？高中阶段可认为无影响，但要注意溶液中微粒浓度是否相同。如向两份盛有1L水的容器中分别加入1mol氢氧化钠和1mol氢氧化钙，溶液内微粒浓度是不同的，因为氢氧化钙只有少部分能以离子形态存在于水中，氢氧化钠溶液一侧的渗透势是较低的。7.如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。水分子只能从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧移动吗？错，半透膜不能限制水分子的移动，水分子进出半透膜同时存在，只是两个方向上水分子在单位时间内的移动数量或者说移动速率有区别。渗透的方向是指水分子跨过半透膜的净流动方向。水分子在大部分细胞中自由进出。有时候水分子进细胞和出细胞的数量相同（半透膜两侧溶液浓度相同时），也就没有水分子的净流动。而其他时候，相较另一侧而言，会有更多水分子向某侧移动。例如，将细胞置于与细胞液等渗的环境中时，就不会有水分子跨过细胞膜的净流动。水分子穿过细胞膜扩散，但两个方向的扩散速率相同。将细胞置于高渗溶液中，水分子向胞外净流动，即水分子向胞外移动比向胞内移动得多，细胞会失水皱缩，基至死亡，将细胞置于低渗溶液中，水分子进入细胞比离开细胞更快，细胞会吸水膨胀（动物细胞还可能裂解）。8.什么是人工膜？它对物质的跨膜运输有何影响？人工膜是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的膜结构。现在常用的人工膜模型为平板双层磷脂膜和球形脂质体。组成这种脂双层的分子若是天然磷脂，则形成的结构就称为脂质体；若由合成类脂或人工合成的表面活性剂组成，则称之为表面活性剂囊泡，或简称囊泡。（1）人工膜的几种存在形式单层脂分子铺展在水面上时，其极性头部插入水相而非极性尾部面向空气界面，搅动后形成乳浊液，即形成极性端向外而非极性端向内的脂分子团，或形成双层脂分子的球形脂质体，还可以在薄膜的孔隙上制备平面的脂质体膜。（2）人工膜的特点和应用人工脂双层膜具有一定的流动性和有限的透性，脂溶性等非极