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1、
第1節(jié) 細胞膜——系統(tǒng)的邊界
●從容說課
本節(jié)通過前言部分的教學,把組成細胞的分子與細胞結構建立起聯(lián)系。組成細胞的分子不能單獨發(fā)揮生命功能,只有在細胞中以一定的方式有機地構建起來,才能表現(xiàn)生命。然后由外而內分析細胞各部分結構特點與其功能的適應性。本節(jié)中細胞膜的教學,通過制備細胞膜的實驗和一些資料,介紹了兩方面的內容:(1)細胞膜的主要成分。(2)細胞膜的功能。通過本節(jié)的教學,使學生對第1章中有關組成細胞的元素和化合物的功能的認識具體化、結構化,使學生對細胞的結構和功能的認識物質化(達到分子水平)。
本節(jié)實驗是一個體驗性的“制備實驗”,要讓學生從實驗中體會科學研究的思路和方法,培
2、養(yǎng)基本的生物學研究能力,提高科學素質。例如根據(jù)實驗目的,如何選擇合適的實驗材料,用什么方法可以得到實驗材料,以及如何純化等等。考慮實驗操作的具體細節(jié),在操作過程中,細觀察,勤思考??紤]如何克服實驗中遇到的困難,改善實驗,以達到最佳效果。
●三維目標
1.知識與技能
(1)簡述細胞膜的成分和功能。
(2)臨時裝片的制作和顯微鏡的熟練操作。
2.過程與方法
(1)體驗制備細胞膜的方法,學會調整視野與選擇觀察范圍。
(2)通過設計和分析實驗,培養(yǎng)學生的科學探究能力。
3.情感態(tài)度與價值觀
(1)參與問題探討與實驗結果分析。
(2)通過對細胞結構和功能的學習讓學生體會生命的精致完美
3、,教育學生崇尚生命、熱愛科學。
●教學重點
1.細胞膜的成分和功能。
2.實驗技能的鞏固提高。
●教學難點
1.制備細胞膜時,觀察到紅細胞的變化。
2.形象地理解細胞膜的功能,體會細胞膜作為細胞這個生命系統(tǒng)的邊界的重要意義。
●教具準備
2 / 14
1.紅細胞稀釋液與相關實驗用具。
2.顯微投影。
3.演示文稿與圖片。
●課時安排
1課時
●教學過程
[課前準備]
課前老師準備好人或哺乳動物(豬、兔等)的新鮮的紅細胞稀釋液(血液加適量的生理鹽水),以及相關的實驗用具。
[情境創(chuàng)設]
翟中和院士說:“我確信哪怕一個最簡單的細胞,也比迄今為止設計出的任何智
4、能電腦更精巧!”,你們認為他這話說得對嗎?(學生思考,有的認為有道理,有的覺得很難判斷)現(xiàn)代電腦的精密已經令人不可思議了,小小的一個細胞,怎么可能比電腦還精巧呢?大家別忘了,電腦再精密,也是人造出來的,而人類盡管已經分析出細胞的成分以及結構,卻至今造不出細胞。為什么呢?別小看了小小的細胞,因為細胞不是簡單的物質的堆砌,組成細胞的分子只有在細胞中以一定的方式有機地構建起來,才能表現(xiàn)生命。這就是細胞的精巧所在。下面,就讓我們來看看細胞的基本結構吧。
出示幾張光學顯微鏡下的細胞圖片(圖3-1-1),包括植物細胞和動物細胞、染色的和未染色的細胞。
植物細胞
5、經過染色的動物細胞 未經染色的動物細胞
圖3-1-1
[師生互動]
1.問題探討
從學生使用高倍顯微鏡觀察幾種細胞的經驗引入問題探討。
教師:懂得區(qū)分顯微鏡視野中的水泡、氣泡和細胞嗎?(學生思考討論回答)
參考答案:水泡有一圈很粗的黑邊,氣泡是光亮的,水泡和氣泡里面只有空氣,而細胞可以觀察到有具體的結構和內容物,如植物細胞的細胞壁,動植物細胞的細胞質、細胞核等。細胞是立體的,在顯微鏡下,通過調節(jié)焦距可以看到它的不同層面。
教師:光學顯微鏡下能不能看見細胞膜?(學生思考討論回答)
參考答案:正常的植物細胞細胞膜緊貼著細胞壁,完全觀察不到;動物細胞染色后很容易看出細胞
6、與細胞之間,細胞與外界環(huán)境之間有明顯的界限,未染色的動物細胞觀察效果不明顯,但仍然可以分辨它們的界限,這個界限我們判斷就是細胞膜。
教師:如何確定細胞膜的存在?(學生思考討論回答)
參考答案:雞蛋的卵黃部分就是一個細胞,輕輕碰觸完整的卵黃表面,可以感受到它有彈性,用尖銳的物體挑破它,黃色的漿液就流散出來。也就是說,那層包裹著黃色漿液的透明薄膜就是細胞膜了。
活細胞是具有生命活動的,每個活細胞都可以看作是一個獨立的生命王國。在我們深入探尋這個生命王國的運行秘密之前,首先要跨越它的邊界——細胞膜。
教師:這層神秘的屏障是由什么物質組成的?
要分析細胞膜的化學成分,首先要把這層屏障從細胞上
7、剝落下來單獨地進行研究。
教師:絕大多數(shù)的細胞個體都非常的小,如何才能使細胞膜和細胞的其他部分分離呢?
2.學生實驗
下面我們通過一個實驗來體驗制備細胞膜的方法。
實驗選材
教師:動植物細胞都有細胞膜,細胞內的細胞核以及葉綠體、線粒體等等這些細胞器也有膜結構,我們選擇什么樣的材料進行實驗才會使細胞膜制備起來更容易,而又不會跟其他的膜混在一起呢?
哺乳動物成熟的紅細胞是一種很好的材料,因為它沒有細胞核和葉綠體等眾多的細胞器,也沒有細胞壁。因此我們可以選擇人血、兔血或者豬血等容易取得的材料來進行實驗。如果能夠使紅細胞的細胞膜破裂,里面的物質都流出來,剩下的空殼不就是細胞膜了嗎?
教師
8、:那么,用什么方法可以使紅細胞的細胞膜破裂呢?
實驗原理:
細胞吸水和失水的原理(圖3-1-2)。
形態(tài)正常的人的紅細胞 紅細胞吸水膨脹 漲破的紅細胞
圖3-1-2
把紅細胞放在蒸餾水當中,由于細胞內外濃度差的關系,水分就會不斷進入細胞,細胞吸水開始膨脹,如同給氣球吹氣一樣慢慢地鼓起來,太多的水分進入細胞,最后會將細胞膜撐破,使里面的物質流出來。
材料用具
兔(或人、豬)的新鮮的紅細胞稀釋液(血液加適量的生理鹽水)、蒸餾水、滴管、吸水紙、載玻片、蓋玻片、鑷子、顯微鏡。
方法步驟
1.制作臨時裝片。
2.顯微鏡下觀察。
3.滴加蒸餾水
9、并吸引。
4.觀察細胞變化。
操作要求
1.裝片制作較好。
2.顯微鏡操作熟練。
3.蒸餾水的滴加不弄污鏡頭,吸引不吸走細胞。
4.尋找最先進水部分的細胞觀察。
小結:教師選取學生實驗效果明顯的裝片,通過顯微投影投示出來,大家觀看,交流成功制備的經驗,尋找實驗失敗的原因。
討論:如果不是在裝片而是在試管進行實驗,細胞破裂后,流出的內容物和細胞膜都混雜在蒸餾水中,還要用什么方法才能獲得比較純的細胞膜?
[教師精講]
1.細胞膜的成分
科學家們通過電子顯微鏡觀察細胞膜,并對細胞膜和細胞中其他各種膜進行微量化學成分分析,發(fā)現(xiàn)膜主要含有脂質和蛋白質兩大類物質。蛋白質約占膜干重的4
10、0%,脂質約占50%(圖3-1-3),其中脂質以磷脂為主。此外,細胞膜還含有約10%的碳水化合物,但是碳水化合物都是和膜蛋白質或脂質結合成糖蛋白或糖脂,分布在細胞膜的外表面(圖3-1-4)。
圖3-1-3 圖3-1-4
各種膜所含的蛋白質與脂質的比例同膜的功能有關,機能活動較旺盛的膜,其蛋白質含量較高,因為膜的功能活動主要由蛋白質來承擔。下面我們來看看細胞膜有什么功能。
2.細胞膜的功能
細胞膜與細胞的物質交換、細胞識別、分泌、排泄、免疫等功能密切相關。細胞膜的主要功能包括以下三個方面:
(1)將細胞與外界環(huán)境分隔開。細胞膜的存在使細胞
11、成為一個相對獨立的系統(tǒng),為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內環(huán)境。
(2)控制物質進出細胞(圖3-1-5)。細胞膜最重要的特性之一是半透性或選擇透過性,即有選擇地允許物質通過擴散、滲透和主動運輸?shù)确绞匠鋈爰毎ùx底物的輸入與代謝產物的排出,從而保證細胞正常代謝的進行。
圖3-1-5 圖3-1-6
(3)進行細胞間的信息交流(圖3-1-6)。大多細胞膜上存在激素的受體、抗原結合點以及其他有關細胞識別的位點,所以細胞膜在激素作用、免疫反應和細胞通訊等過程中起著重要作用。①受體:通過電子顯微鏡觀察可看到細胞膜上存在著受體。受體是一種能夠識別和選擇性結合某種配基
12、的大分子,與配基結合后,產生物理的或化學的信號,以啟動一系列過程,最終表現(xiàn)為生物學效應,如神經細胞傳遞興奮等。許多免疫反應均是在細胞膜上進行的。細胞膜上存在著細胞識別部位,這些識別部位均和細胞膜上的受體有關。②細胞識別:細胞膜能提供細胞識別位點,并完成細胞內外信息的跨膜傳遞。細胞識別是指生物細胞對同種和異種細胞的認識,對自身和異己物質的鑒別。無論是單細胞生物,還是高等動植物,許多重要的生命活動都和細胞間的識別能力密切相關。例如,單細胞生物有性生殖過程中的細胞結合,開花植物的雌蕊能否接受花粉進行受精,都要靠細胞識別能力。高等動物和人類的免疫功能更要依靠細胞的識別能力,如當細菌侵入體內時,就會被白
13、細胞吞噬,但白細胞從不吞噬循環(huán)血液中的正常細胞。現(xiàn)已知道,細胞識別的部位是在細胞膜上,細胞相互識別的分子基礎是細胞膜上的糖蛋白。③介導細胞與細胞、細胞與基質之間的連接。例如高等植物細胞之間的胞間連絲(圖3-1-7),使相鄰兩個細胞之間形成通道,攜帶信息的物質通過通道進入另一個細胞。
圖3-1-7
細胞膜的這些功能,與它的結構密切相關。在第4章我們將會深入地體會到細胞膜的功能與結構相適應的關系。
3.細胞壁
在植物細胞膜外還有由細胞分泌的纖維素、果膠等物質構成的細胞壁。對細胞具有機械支持和保護的作用,同時還能防止細胞吸漲而破裂,保持細胞正常形態(tài)。
舉例:用纖維素酶除掉細胞壁
14、的植物細胞不再保持原來的形態(tài)。將這樣的細胞放置在清水中時,它會像紅細胞一樣吸水破裂。
[評價反饋]
1.實驗過程性評價
實驗名稱
體驗制備細胞膜的方法
姓名
評價項目
自評
小組互評
老師評價
1.能制作出觀察效果良好的臨時裝片
2.能熟練正確操作顯微鏡
3.能適當處理問題和改善操作方法
4.及時記錄觀察結果
說明:評價采用“A、B、C、D”四個等級
2.精選練習
(1)將紅細胞放在質量分數(shù)為9%的食鹽溶液中制成裝片后,用顯微鏡觀察,可以發(fā)現(xiàn)紅細胞的狀態(tài)變化是
A.不能判定 B.正常狀態(tài) C.細
15、胞膜破裂 D.細胞皺縮
(2)實驗中先用顯微鏡的10倍物鏡觀察細胞,然后轉換40倍的物鏡繼續(xù)觀察,其結果是
A.視野變亮,看到的細胞數(shù)目變多 B.視野變亮,看到的細胞數(shù)目變少
C.視野變暗,看到的細胞數(shù)目變多 D.視野變暗,看到的細胞數(shù)目變少
(3)在視野右上方發(fā)現(xiàn)一細胞,要將其移至視野正中,應將裝片向什么方向移動
A.左上方 B.左下方 C.右上方 D.右下方
(4)1985年Overton在研究各種未受精卵細胞的透性時,發(fā)現(xiàn)脂溶性物質易透過細胞膜,不溶于脂質的物質透過細胞膜十分困難。這表明組成細胞膜的主要成分中有___________。后來
16、,科學家還發(fā)現(xiàn)細胞膜除了會被溶解脂質的溶劑溶解,也會被蛋白酶分解,這說明組成細胞膜的物質中還有___________。
(5)你能解釋細胞為什么這么小嗎?(直徑小于0.1毫米)
參考答案:
(1)D (2)D (3)C (4)磷脂(脂質) 蛋白質 (5)體積越小,相對膜面積越大,越有利于新陳代謝。
[課堂小結]
無論植物細胞還是動物細胞,其原生質的最外層都是細胞膜。提取細胞膜通過電子顯微鏡觀察并進行化學成分分析得知,細胞膜主要由蛋白質分子和磷脂分子構成。細胞膜的生理功能主要包括保護作用、信息傳遞作用以及進行細胞內外的物質交換等。
[布置作業(yè)]
課本P43一、基礎題,二、
17、拓展題。學習冊P36~P37(一)基礎達標,(二)拓展創(chuàng)新。
[課后拓展]
體現(xiàn)活細胞的細胞膜功能的實驗
用新鮮的花生(玉米或小麥等種子也可以)若干粒,曬干的種子先浸水吸漲(干的玉米或小麥種子等30~35 ℃時約浸5小時,20 ℃時浸15小時),然后用小刀將每?;ㄉɑ蛴衩祝┭刂芯€切成兩半,分成兩組。其中一組放入燒杯加清水煮沸10分鐘,另一組放入燒杯加清水室溫放置10分鐘。然后將兩組種子分別放入兩個培養(yǎng)皿中,都倒入稀釋的紅墨水中(1份紅墨水加10份清水),浸沒5分鐘后取出,洗去浮色,觀察染色情況:煮過的那一組種子的胚全染上了紅色,而沒煮過的那一組種子的胚,僅表層帶有淺淺的紅色。可見,活細
18、胞的細胞膜有選擇透過性的特點,所以不吸收紅墨水;當煮沸殺死后便失去這一特性,紅墨水進入細胞把胚染成紅色。這說明活細胞的細胞膜有控制物質進出的功能。
●板書設計
第3章 細胞的基本結構
第1節(jié) 細胞膜——系統(tǒng)的邊界
一、制備細胞膜
為什么要用哺乳動物紅細胞作材料研究膜的組成?
二、細胞膜的成分
脂質(約50%)、蛋白質(約40%)、糖類(約2%~10%)。
三、細胞膜的功能
1.將細胞與外界環(huán)境分隔開
2.控制物質進出細胞
3.進行細胞間的信息交流
四、細胞壁
化學成分:纖維素和果膠
功能:支持和保護
細胞壁是全通透的
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