高中生物《4.1 物質跨膜運輸的實例》課件（一）新人教版必修1.ppt

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整體感知細胞膜位于基本的生命系統(tǒng)的邊緣 細胞新陳代謝過程中所需物質的輸入和代謝廢物的輸出 都必須經過細胞膜 細胞膜之所以能嚴格控制物質進出細胞 與它的組成成分 結構 特性和功能有密切關系 物質進出細胞與其代謝過程密切有關 所以這部分知識也是后面學習有關細胞代謝的基礎 考點聚焦本章考查的知識點主要集中在細胞膜的成分 結構和特征 物質進出細胞的方式及其原理等 題型一般是選擇題 而識圖作答的非選擇題主要是細胞的亞顯微結構和功能 滲透作用的相關題型及物質跨膜運輸的方式 方法指導細胞的結構與其功能是統(tǒng)一的 所以要理解細胞膜如何控制物質輸入和輸出 首先要掌握和理解細胞膜的結構和特性 以及與此相關的生命現象及其在生產 生活中的應用 第1節(jié)物質跨膜運輸的實例 1 知識 1 舉例說明細胞膜是選擇透過性膜 2 了解植物細胞的質壁分離與復原現象 2 情感態(tài)度與價值觀 探討在探究植物細胞的吸水和失水的過程中 實驗技能及探究性學習方法的重要作用 3 能力 1 嘗試提出問題 作出假設 2 進行關于植物細胞吸水和失水的實驗設計和操作 4 重點與難點 1 舉例說明細胞膜是選擇透過性膜 2 嘗試提出問題 作出假設 一 問題探討1 由于單位時間內透過玻璃紙進入長頸漏斗的水分子數量多于從長頸漏斗滲出的水分子數量 使得管內液面升高 2 用紗布替代玻璃紙時 因紗布的孔隙很大 蔗糖分子也可以自由通透 因而液面不會升高 3 半透膜兩側溶液的濃度相等時 單位時間內透過玻璃紙進入長頸漏斗的水分數量等于滲出的水分子數量 液面也不會升高 二 思考與討論1 紅細胞內的血紅蛋白等有機物一般不能透過細胞膜 2 紅細胞的細胞膜相當于 問題探討 中的半透膜 3 當外界溶液的濃度低于紅細胞內部的濃度時 紅細胞一般會因持續(xù)吸水而脹破 4 紅細胞吸水或失水的多少主要取決于紅細胞內外濃度的差值 一般情況下 差值較大時吸水或失水較多 三 資料分析1 在培養(yǎng)過程中 水稻吸收水分及其他離子較多 吸收Ca2 Mg2 較少 結果導致水稻培養(yǎng)液里的Ca2 Mg2 濃度增高 2 不同作物對無機鹽的吸收是有差異的 3 水分子跨膜運輸是順相對含量梯度的 其他物質的跨膜運輸并不都是這樣 這取決于細胞生命活動的需要 4 細胞對物質的吸收是有選擇的 這種選擇性具有普遍性 一 動物細胞的吸水和失水1 滲透作用產生的條件 1 有一層 2 半透膜兩側的溶液具有 2 動物細胞吸水和失水的條件 1 外界溶液濃度 細胞質濃度時 細胞吸水膨脹 2 外界溶液濃度大于細胞質濃度時 細胞 3 外界溶液濃度等于細胞質濃度時 水分進出細胞處于 二 植物細胞的吸水和失水1 原生質層包括 以及兩層膜之間的 在植物細胞中 可把原生質層看作一層 2 成熟植物細胞發(fā)生質壁分離的條件是 發(fā)生質壁分離復原的條件是 三 物質跨膜運輸的其他實例1 對無機鹽的吸收實例 1 水稻和番茄對同一離子的吸收量 2 水稻和番茄對 的吸收量不同 3 人體甲狀腺濾泡上皮細胞可以 從血液中吸收碘 4 不同微生物對不同礦物質的吸收表現出較大的 2 細胞膜和其他生物膜都是 膜 可以讓 自由通過 一些 也可以通過 而其他的離子 小分子和大分子則不能通過 答案 一 1 1 半透膜 2 濃度差2 1 低于 2 失水皺縮 3 動態(tài)平衡二 1 細胞膜液泡膜細胞質半透膜2 細胞液的濃度小于外界溶液濃度細胞液的濃度大于外界溶液濃度三 1 1 不同 2 不同離子 3 逆濃度梯度 4 差異2 選擇透過性膜水分子離子和小分子 1 動物細胞的吸水和失水我們在用哺乳動物的紅細胞制備細胞膜時 加入的清水能使燒杯中的紅細胞漲破 這是由于紅細胞細胞質的濃度大于外界溶液濃度 單位體積細胞核內的水分子數少于外界溶液 由于細胞內外水分子數不平衡 水分又能通過細胞膜 而細胞內的大分子物質等不能通過細胞膜 水分子趨向平衡的運動 使紅細胞吸水 若將紅細胞放入一種高濃度溶液中呢 結果必然是細胞失水而皺縮 若將紅細胞放入與細胞質的濃度相同的溶液中呢 結果是細胞既不吸水 也不失水 紅細胞不變形 我們靜脈注射用的生理鹽水的濃度 就是與血漿的濃度相等 2 植物細胞的吸水和失水 1 滲透作用把蠶豆種皮或豬膀胱 近似于半透膜 只容許水等小分子通過 蔗糖等大分子不能通過 緊縛在漏斗上 向漏斗內注入蔗糖溶液 然后把整個裝置浸入盛有清水的燒杯中 使漏斗內外的液面相等 下圖 由于蠶豆種皮或豬膀胱近似半透膜 所以這個裝置就成為一個滲透系統(tǒng) 在這個滲透系統(tǒng)中 水的移動方向決定于半透膜兩邊的溶液濃度高低 低濃度溶液中的水 總是流向濃度較高的溶液 因此 燒杯中的清水就逐漸滲入漏斗內 漏斗管內的液面上升 膜的靜水壓也逐漸升高 隨著水分逐漸進入漏斗管內 液面越是上升 靜水壓也就越大 從而壓迫水分從漏斗向燒杯內移動的速度也越快 以致使膜內外水分進出的速度越來越接近 直到完全相等 這時候 膜內外水分子運動達到了動態(tài)平衡 這種水分子 或其他溶劑分子 通過半透膜的擴散 叫做滲透作用 很顯然 一個滲透裝置中必須具有半透膜并且半透膜兩側的溶液具濃度差 2 植物細胞是一個滲透系統(tǒng) 一個成熟的植物細胞的細胞壁主要由纖維素分子組成 分子間空隙較大 所以它是一切溶劑 溶質都能通過的結構 如上圖所示 細胞膜 液泡膜的結構與細胞壁完全不同 它們是選擇透過性膜 水分子可以自由通過 我們可以把細胞膜 液泡膜以及兩膜之間的其他原生質當做一層選擇透過性膜 膜 內的細胞液有一定濃度 這樣 細胞液就通過這層選擇透過性膜與外界環(huán)境中的溶液發(fā)生滲透作用 注意 水分子通過細胞膜的過程是一種擴散作用 當膜兩側溶液濃度不相等時 水分子就要從低濃度一邊穿過細胞膜到達高濃度一邊 但其他分子是不能自由通過細胞膜的 1 2008 廣東高考 觀察在0 3g ml蔗糖溶液中的洋蔥表皮細胞 發(fā)現中央液泡逐漸變小 說明 A 細胞壁相當于一層半透膜B 洋蔥表皮細胞是活的C 此時蔗糖溶液濃度小于細胞液濃度D 細胞壁收縮導致中央液泡失水解析 題中所示情況說明該細胞正在進行質壁分離 質壁分離的細胞 其細胞壁是全透性的 細胞壁收縮的程度較小 且中央液泡失水的原因在于外界蔗糖溶液的濃度大于細胞液濃度 答案 B 根毛區(qū)細胞從土壤溶液中吸收水分的主要原因是 A 細胞壁是由親水性物質構成的B 細胞液濃度低于土壤溶液濃度C 細胞液濃度高于土壤溶液濃度D 細胞液濃度等于土壤溶液濃度答案 C解析 由于題目給出的細胞是根毛區(qū)細胞 是成熟的植物細胞 是靠滲透作用吸水的 成熟的植物細胞與外界環(huán)境溶液構成一個滲透系統(tǒng) 水分進出細胞決定于細胞液和外界環(huán)境溶液的濃度差 在正常情況下 細胞液濃度大于外界溶液濃度 細胞表現吸水 水分子是順相對含量的梯度跨膜運輸的 而其他物質大部分不是如此跨膜運輸 若所有的物質進出細胞都與水分子一樣 細胞內外的所有物質都達到一種平衡 那么細胞就失去了新陳代謝等生命活動所需要的一種特殊物質環(huán)境 也就不能完成各種生命活動了 從教材的資料分析中得知 番茄和水稻能從培養(yǎng)液中選擇性地吸收離子 而人體甲狀腺濾泡上皮細胞具有很強的攝取碘的能力 即動植物細胞對物質的吸收具有選擇性 這是由細胞膜的特性決定的 細胞膜是一層選擇透過性膜 水分子可以自由通過 一些離子和小分子也可以通過 而其他的離子 小分子和大分子則不能通過 由于水分子可以自由通過生物膜 當細胞內外溶液存在濃度差時 即水分子數不平衡時 通過吸水或失水過程使細胞內外水分子數趨向平衡 2下列物質中 跨膜運輸是順相對含量梯度的是 A 蛋白質B 淀粉C K D 水解析 細胞膜是一層選擇透過性膜 水分子可以自由通過 一些小分子和離子也可以通過 而其他的離子 小分子和大分子則不能通過 由于水可以自由通過生物膜 水分子的跨膜運輸是順相對含量梯度的 而其他分子和離子一般不能 尤其是蛋白質等大分子 不能這樣通過生物膜 答案 D 細胞膜在功能上的特性是 A 具有一定的流動性B 具有選擇透過性C 具有滲透性D 具有半透性答案 B解析 細胞膜的功能之一是與細胞的內 外物質交換有關 細胞膜讓水分子自由通過 細胞要選擇吸收的離子 小分子也能通過 而其他的離子 小分子 大分子則不能通過 由此可見 細胞膜在功能上的特性是具有選擇透過性 探究原理當細胞液的濃度小于外界溶液的濃度時 細胞液中的水分子就透過原生質層進入到外界溶液中 使細胞壁和原生質層都出現一定程度的收縮 由于原生質層比細胞壁的伸縮性大 當細胞不斷失水時 原生質層就會與細胞壁逐漸分離開來 也就是逐漸發(fā)生了質壁分離 當細胞液的濃度大于外界溶液的濃度時 外界溶液中的水分就通過原生質層進入到細胞液中 發(fā)生質壁分離的細胞的整個原生質會慢慢地恢復成原來的狀態(tài) 使植物細胞逐漸發(fā)生質壁分離復原 探究過程及結論 進一步探究1 若用人的口腔上皮細胞或動物細胞代替洋蔥表皮細胞 重復以上實驗 結果會怎樣 人和動物細胞沒有細胞壁 將它們放入高濃度蔗糖溶液中時會失水皺縮 放入清水中會吸水漲破 但不能發(fā)生質壁分離與復原 2 用死的洋蔥表皮細胞做質壁分離與復原實驗 會成功嗎 不會 因為死細胞的原生質層已失去選擇透過性 大部分分子可以自由通過 所以不會發(fā)生質壁分離與復原 注意 洋蔥鱗片葉紫色的外表皮細胞 是有大液泡的成熟細胞 細胞液中有紫色的花青素 在顯微鏡下 紫色大液泡十分明顯 質壁分離后 液泡明顯縮小 因而質壁分離現象清晰可見 根據這個道理 也可選用水綿等其他有色的細胞 如果選用無色的細胞 也可使用活體染料將其染色 以上所指細胞都是活細胞 因為只有活細胞的原生質層才具有選擇透過性 否則將不會出現質壁分離與復原現象 使用的溶液濃度不能過大 如果過大 會使細胞在短時間內過度失水而死亡 觀察到質壁分離現象后 要盡快滴加清水使其復原 否則 質壁分離的時間過長 也會造成細胞死亡 在觀察質壁分離現象時 要在顯微鏡下找到處于鱗片葉外表皮邊緣的細胞 因為這里的細胞最先接觸蔗糖溶液 因而也會先出現質壁分離 同理 觀察質壁分離復原時 也應如此 通過這個實驗 我們可以間接地看到原來看不見的細胞膜 細胞質的外圍邊界 如果使用不同濃度梯度的溶液 分別做多個裝片的實驗 可以測定出細胞液的濃度 如果使用質量濃度為0 1g mL的硝酸鉀溶液做質壁分離實驗 也能成功 這是由于K 和NO都是植物能吸收的 低濃度下對細胞無毒害 且隨著K 和NO的吸收 細胞液濃度會變大 細胞又會通過滲透作用吸水 從而自動復原 實驗中使用的蔗糖溶液濃度較大 因此 觀察前要用吸水紙吸去多余的溶液 以免污染載物臺和物鏡 實驗結束后 要用干凈的擦鏡紙將目鏡 物鏡擦干凈 用干布將載物臺擦干凈 3用質量濃度為0 5g mL的蔗糖溶液做質壁分離及復原實驗 質壁分離明顯 但不能復原 經檢查 操作步驟都正確 分析造成此實驗失敗的原因是 致使 解析 該題重點考查使用試劑的濃度對細胞質壁分離的影響 題中 操作步驟都正確 一句 給我們限定了查找原因的范圍 因而不必從操作步驟上動腦筋 而 質壁分離明顯 則是給我們的提示 因為使用的0 5g mL的蔗糖溶液濃度過高 使細胞在短時間內大量失水 因而質壁分離明顯 但細胞因嚴重失水而死亡 所以不再出現質壁分離復原現象 答案 蔗糖溶液的濃度太高細胞嚴重失水而死亡 2009 臨沂 將洋蔥細胞放入大于細胞液濃度的KNO3溶液中 一段時間后用顯微鏡觀察發(fā)現該細胞未發(fā)生質壁分離 其原因是可能該細胞 是死細胞 大量吸水 是根尖分生區(qū)細胞 大量失水 質壁分離后又自動復原A B C D 答案 B解析 如果是死細胞 則不可能發(fā)生質壁分離 也可能是觀察時質壁分離后又自動復原了 1 原生質與原生質層 1 從存在范圍看 原生質是動植物細胞都具有的 而原生質層僅存在于成熟的植物細胞中 2 從組成結構看 原生質是細胞內的生命物質 包括細胞膜 細胞質和細胞核三部分 而原生質層不包括細胞核和液泡內的細胞液兩部分 細胞核盡管在原生質層內占據一定位置 但它不屬于原生質層的組成部分 因此在成熟的植物細胞內相當于半透膜的原生質層是由細胞膜 液泡膜以及兩膜之間的細胞質所組成的 而不是由細胞膜 液泡膜以及兩膜之間的原生質所組成 特別提醒 原生質是 物質 范疇的一個概念 指細胞內的生命物質 而原生質層是側重于 結構 的一個概念 2 半透膜與選擇透過性膜的異同半透膜是指某些物質可以透過 而另一些物質不能透過的多孔性薄膜 如動物的膀胱 腸衣等 能否通過半透膜往往取決于分子的大小 而選擇透過性膜是指細胞膜等生物膜 生物膜的特點是膜上具有載體 且不同生物的細胞膜上載體的種類和數量不同 構成了對不同物質吸收與否和吸收多少的選擇性 細胞死亡后 細胞膜便失去了選擇透過性 變?yōu)槿感缘?因此半透膜與選擇透過性膜是兩類不同的膜 它們的相同點是 都可以讓水分子自由通過 都不允許大分子物質通過 它們的不同點是 只要分子比半透膜的孔徑小 就能通過半透膜 而對選擇透過性膜來說 即便是小分子 只要不是細胞所要選擇吸收的 也不能通過 特別提醒 選擇透過性膜是生理學上的概念 它具有生物活性 半透膜是物理學上的概念 物質的透過與不透過 取決于半透膜孔隙的直徑大小 3 滲透與擴散滲透是指水分子或其他溶劑分子透過半透膜向溶質濃度大的一方做分子運動 使膜兩邊溶質濃度達到均衡的現象 例如 具有液泡的成熟植物細胞 當細胞液的濃度大于細胞外界溶液濃度時 細胞就通過滲透作用吸水 當細胞液的濃度小于細胞外界溶液濃度時 細胞就通過滲透作用失水 擴散是指物質從密度大的空間自然向密度小的空間運動的現象 例如 水 氧氣 二氧化碳 甘油等物質通過半透膜的擴散方式都屬于自由擴散 滲透是擴散的一種特殊形式 可以說 滲透側重于液體的擴散 如 水分子通過半透膜的方式既可說是自由擴散 又可說是滲透 但氧氣 二氧化碳 甘油等物質通過膜只能說是自由擴散 而不能說是滲透 1 在生產生活的應用 1 對農作物合理灌溉 既滿足作物對水分的需要 同時也降低了土壤溶液濃度 促進水分的吸收 2 鹽堿地中植物更易缺水或不易存活 一次施肥過多 會造成 燒苗 現象 這是因為土壤溶液濃度過高 甚至超過根細胞液濃度 這樣 根就不易吸水或因失水而造成 燒苗 現象 3 糖漬 鹽漬食品 如鹽漬新鮮魚 肉 不變質的原因是形成了很高濃度的溶液 使微生物 如細菌 不能在上面生存 繁殖 從而能較長時間的保存 4 醫(yī)用的生理鹽水濃度為0 9 是為了維持組織細胞正常的形態(tài) 2 在科學研究中的應用 根據滲透作用原理可知 水是由低濃度溶液向高濃度溶液滲透 這一原理在科學研究中可用于 鑒定溶液濃度的高低 驗證細胞的死活 死細胞不會發(fā)生滲透作用 測定細胞液的濃度 將同一植物細胞依次浸于蒸餾水 質量濃度為0 3mol L蔗糖溶液和質量濃度為0 5mol L尿素溶液中 觀察原生質體的體積隨時間的變化關系 結果如曲線所示 細胞壁與原生質層將要分離時 原生質的體積為100 據圖回答 1 A B C中表示細胞在蒸餾水中的是 表示在質量濃度為0 3mol L蔗糖溶液中的是 在尿素溶液中的是 2 ef段的細胞液濃度變化為 3 試簡要分析B C曲線差異的原因 解析 由圖中所給的曲線信息分析可知 A曲線表示細胞發(fā)生了滲透吸水 說明所處的環(huán)境是蒸餾水 B曲線表示細胞體積先變小后又恢復原狀 說明細胞開始時發(fā)生質壁分離 后自行復原 所以周圍的環(huán)境是尿素溶液 C曲線表示細胞發(fā)生了質壁分離 并保持一定的狀態(tài) 此時細胞內外滲透壓達到平衡 說明細胞周圍環(huán)境為蔗糖溶液 答案 1 ACB 2 細胞液濃度逐漸升高 最后與外界溶液濃度持平而進入相對穩(wěn)定狀態(tài) 3 B C曲線差異的原因是 尿素分子可緩慢進入細胞液 使細胞液濃度增大 細胞開始由失水變?yōu)槲?直至平衡 蔗糖分子不能進入細胞 在蔗糖溶液中細胞失水 原生質層收縮 使細胞液濃度升高 之后失水減慢 直至平衡 1 下列現象屬于滲透作用的是 A 蔗糖在水中溶解后使水變甜B(yǎng) 春天放在空氣中食鹽潮解C 小麥種子浸在水中逐漸脹大D 新鮮菜葉放在水中變硬答案 D解析 滲透作用發(fā)生的條件有二 是有半透膜 是半透膜兩側有濃度差 四個選項中 只有D項符合題意 2 一次施肥過多 作物會變得枯萎發(fā)黃 俗稱 燒苗 其原因是 A 根系細胞呼吸過強 影響根對水分的吸收B 土壤溶液濃度大于細胞液濃度C 土壤溶液濃度小于細胞液濃度D 土壤溶液濃度等于細胞液濃度答案 B解析 燒苗 是因為土壤溶液濃度大于細胞液濃度 從而使植物失水 3 成熟植物細胞的原生質層可以看做是一層選擇透過性膜 它包括 A 細胞膜 液泡膜 兩層膜間的細胞質B 細胞膜 液泡膜 核膜C 細胞膜 核膜 兩層膜間的細胞質D 液泡膜 核膜 兩層膜間的細胞質答案 A解析 原生質層包括 兩膜 細胞膜 液泡膜 和 一質 兩層膜間的細胞質 4 當成熟的植物細胞吸水時發(fā)生的現象是 A 質壁分離B 質壁分離復原C 液泡變大D 細胞液濃度增大答案 C解析 成熟的植物細胞吸水時 細胞液濃度減小 液泡體積增大 5 蠶豆葉片是觀察氣孔的優(yōu)良材料 尤其是下表皮氣孔數目較多 氣孔是各種氣體進出葉片的通道 如圖所示為氣孔結構示意圖 氣孔兩側的細胞稱為保衛(wèi)細胞 決定著氣孔的開閉 有人提出氣孔的開閉與保衛(wèi)細胞的吸水和失水有關 請你根據試題中所給的材料和用具設計一個實驗 探究保衛(wèi)細胞吸水和失水與氣孔開閉之間的關系 并得出相應結論 1 材料用具 顯微鏡 鑷子 刀片 吸管 載玻片 蓋玻片 吸水紙 蒸餾水 0 3g mL 1的蔗糖溶液 2 實驗步驟 步驟1取載玻片2片 分別在中央滴加蒸餾水和蔗糖溶液各一滴 步驟2 步驟3 3 實驗結果預測及結論 答案 2 步驟2用鑷子撕取蠶豆葉片下表皮兩塊 分別置于載玻片中央的液滴中 蓋上蓋玻片 步驟3將裝片分別置于顯微鏡下觀察 3 實驗結果預測及結論 如果蒸餾水中氣孔開放 蔗糖溶液中氣孔關閉 說明失水使氣孔關閉 吸水使氣孔開放 如果蒸餾水中氣孔關閉 蔗糖溶液中氣孔開放 說明失水使氣孔開放 吸水使氣孔關閉