高中生物-物质跨膜运输的实例-新人教版必修.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,整体感知,细胞膜位于基本的生命系统的边缘，细胞新陈代谢过程中所需物质的输入和代谢废物的输出，都必须经过细胞膜。细胞膜之所以能严格控制物质进出细胞，与它的组成成分、结构、特性和功能有密切关系。物质进出细胞与其代谢过程密切有关，所以这部分知识也是后面学习有关细胞代谢的基础。,考点聚焦,本章考查的知识点主要集中在细胞膜的成分、结构和特征，物质进出细胞的方式及其原理等。题型一般是选择题，而识图作答的非选择题主要是细胞的亚显微结构和功能、渗透作用的相关题型及物质跨膜运输的方式。,方法指导,细胞的结构与其功能是统一的，所以要理解细胞膜如何控制物质输入和输出，首先要掌握和理解细胞膜的结构和特性，以及与此相关的生命现象及其在生产、生活中的应用。,第,1,节物质跨膜运输的实例,1,知识：,(1),举例说明细胞膜是选择透过性膜；,(2),了解植物细胞的质壁分离与复原现象。,2,情感态度与价值观：探讨在探究植物细胞的吸水和失水的过程中，实验技能及探究性学习方法的重要作用。,3,能力：,(1),尝试提出问题，作出假设；,(2),进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作。,4,重点与难点：,(1),举例说明细胞膜是选择透过性膜；,(2),尝试提出问题，作出假设。,(,一,),问题探讨,1,由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内液面升高。,2,用纱布替代玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透，因而液面不会升高。,3,半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分数量等于渗出的水分子数量，液面也不会升高。,(,二,),思考与讨论,1,红细胞内的血红蛋白等有机物一般不能透过细胞膜。,2,红细胞的细胞膜相当于,“,问题探讨,”,中的半透膜。,3,当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞一般会因持续吸水而胀破。,4,红细胞吸水或失水的多少主要取决于红细胞内外浓度的差值。一般情况下，差值较大时吸水或失水较多。,(,三,),资料分析,1,在培养过程中，水稻吸收水分及其他离子较多，吸收,Ca,2,、,Mg,2,较少，结果导致水稻培养液里的,Ca,2,、,Mg,2,浓度增高。,2,不同作物对无机盐的吸收是有差异的。,3,水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输并不都是这样，这取决于细胞生命活动的需要。,4,细胞对物质的吸收是有选择的。这种选择性具有普遍性。,一、动物细胞的吸水和失水,1,渗透作用产生的条件,(1),有一层,_,；,(2),半透膜两侧的溶液具有,_,。,2,动物细胞吸水和失水的条件,(1),外界溶液浓度,_,细胞质浓度时，细胞吸水膨胀。,(2),外界溶液浓度大于细胞质浓度时，细胞,_,。,(3),外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分进出细胞处于,_,。,二、植物细胞的吸水和失水,1,原生质层包括,_,、,_,以及两层膜之间的,_,，在植物细胞中，可把原生质层看作一层,_,。,2,成熟植物细胞发生质壁分离的条件是,_,。发生质壁分离复原的条件是,_,。,三、物质跨膜运输的其他实例,1,对无机盐的吸收实例,(1),水稻和番茄对同一离子的吸收量,_,。,(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,_,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,_,。,2,细胞膜和其他生物膜都是,_,膜，可以让,_,自由通过，一些,_,也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。,答案：,一、,1.(1),半透膜,(2),浓度差,2,(1),低于,(2),失水皱缩,(3),动态平衡,二、,1.,细胞膜液泡膜细胞质半透膜,2,细胞液的浓度小于外界溶液浓度,细胞液的浓度大于外界溶液浓度,三、,1.(1),不同,(2),不同离子,(3),逆浓度梯度,(4),差异,2,选择透过性膜水分子离子和小分子,1.,动物细胞的吸水和失水,我们在用哺乳动物的红细胞制备细胞膜时，加入的清水能使烧杯中的红细胞涨破。这是由于红细胞细胞质的浓度大于外界溶液浓度，单位体积细胞核内的水分子数少于外界溶液。由于细胞内外水分子数不平衡，水分又能通过细胞膜，而细胞内的大分子物质等不能通过细胞膜，水分子趋向平衡的运动，使红细胞吸水。,若将红细胞放入一种高浓度溶液中呢？结果必然是细胞失水而皱缩。若将红细胞放入与细胞质的浓度相同的溶液中呢？结果是细胞既不吸水，也不失水，红细胞不变形。我们静脉注射用的生理盐水的浓度，就是与血浆的浓度相等。,2,植物细胞的吸水和失水,(1),渗透作用,把蚕豆种皮或猪膀胱,(,近似于半透膜，只容许水等小分子通过，蔗糖等大分子不能通过,),紧缚在漏斗上，向漏斗内注入蔗糖溶液，然后把整个装置浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗内外的液面相等,(,下图,),。,由于蚕豆种皮或猪膀胱近似半透膜，所以这个装置就成为一个渗透系统。在这个渗透系统中，水的移动方向决定于半透膜两边的溶液浓度高低：低浓度溶液中的水，总是流向浓度较高的溶液。因此，烧杯中的清水就逐渐渗入漏斗内，漏斗管内的液面上升，膜的静水压也逐渐升高。随着水分逐渐进入漏斗管内，液面越是上升，静水压也就越大，从而压迫水分从漏斗向烧杯内移动的速度也越快，以致使膜内外水分进出的速度越来越接近，直到完全相等。这时候，膜内外水分子运动达到了动态平衡。这种水分子,(,或其他溶剂分子,),通过半透膜的扩散，叫做渗透作用。,很显然，一个渗透装置中必须具有半透膜并且半透膜两侧的溶液具浓度差。,(2),植物细胞是一个渗透系统,一个成熟的植物细胞的细胞壁主要由纤维素分子组成，分子间空隙较大，所以它是一切溶剂、溶质都能通过的结构。如上图所示。细胞膜、液泡膜的结构与细胞壁完全不同，它们是选择透过性膜，水分子可以自由通过。我们可以把细胞膜、液泡膜以及两膜之间的其他原生质当做一层选择透过性膜，,“,膜,”,内的细胞液有一定浓度。这样，细胞液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。,注意：水分子通过细胞膜的过程是一种扩散作用。当膜两侧溶液浓度不相等时，水分子就要从低浓度一边穿过细胞膜到达高浓度一边，但其他分子是不能自由通过细胞,膜的。,1(2008,广东高考,),观察在,0.3g/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,解析：,题中所示情况说明该细胞正在进行质壁分离。质壁分离的细胞，其细胞壁是全透性的；细胞壁收缩的程度较小，且中央液泡失水的原因在于外界蔗糖溶液的浓度大于细胞液浓度。,答案：,B,根毛区细胞从土壤溶液中吸收水分的主要原因是,(,),A,细胞壁是由亲水性物质构成的,B,细胞液浓度低于土壤溶液浓度,C,细胞液浓度高于土壤溶液浓度,D,细胞液浓度等于土壤溶液浓度,答案：,C,解析：,由于题目给出的细胞是根毛区细胞，是成熟的植物细胞，是靠渗透作用吸水的。成熟的植物细胞与外界环境溶液构成一个渗透系统，水分进出细胞决定于细胞液和外界环境溶液的浓度差。在正常情况下，细胞液浓度大于外界溶液浓度，细胞表现吸水。,水分子是顺相对含量的梯度跨膜运输的，而其他物质大部分不是如此跨膜运输。若所有的物质进出细胞都与水分子一样，细胞内外的所有物质都达到一种平衡，那么细胞就失去了新陈代谢等生命活动所需要的一种特殊物质环境，也就不能完成各种生命活动了。,从教材的资料分析中得知，番茄和水稻能从培养液中选择性地吸收离子，而人体甲状腺滤泡上皮细胞具有很强的摄取碘的能力，即动植物细胞对物质的吸收具有选择性，这是由细胞膜的特性决定的。,细胞膜是一层选择透过性膜，水分子可以自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。由于水分子可以自由通过生物膜，当细胞内外溶液存在浓度差时，即水分子数不平衡时，通过吸水或失水过程使细胞内外水分子数趋向平衡。,2,下列物质中，跨膜运输是顺相对含量梯度的是,(,),A,蛋白质,B,淀粉,C,K,D,水,解析：,细胞膜是一层选择透过性膜，水分子可以自由通过，一些小分子和离子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。由于水可以自由通过生物膜，水分子的跨膜运输是顺相对含量梯度的，而其他分子和离子一般不能，尤其是蛋白质等大分子，不能这样通过生物膜。,答案：,D,细胞膜在功能上的特性是,(,),A,具有一定的流动性,B,具有选择透过性,C,具有渗透性,D,具有半透性,答案：,B,解析：,细胞膜的功能之一是与细胞的内、外物质交换有关。细胞膜让水分子自由通过，细胞要选择吸收的离子、小分子也能通过，而其他的离子、小分子、大分子则不能通过。由此可见，细胞膜在功能上的特性是具有选择透过性。,探究原理,当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水分子就透过原生质层进入到外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水分就通过原生质层进入到细胞液中，发生质壁分离的细胞的整个原生质会慢慢地恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离复原。,探究过程及结论,项目,实验过程及结果,制作临,时装片,与观察,制作临时装片,用刀片在洋葱鳞片叶的外表面划一个小方块，用镊子撕取这一小块洋葱表皮，将它平展地放在载玻片中央的清水滴中，并盖上盖玻片。注意不要带叶肉部分,观察,先用低倍镜找到洋葱表皮细胞，并移到视野中央，然后移走低倍镜，换上高倍镜。这时可看到洋葱表皮细胞中紫色的大液泡，还可以看到原生质层与细胞壁紧贴在一起,细胞的质壁分离,滴蔗糖溶液,从载物台上取下装片，从盖玻片的一侧滴入,0.3g/mL,的蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复,3,4,次，洋葱表皮细胞就浸润在蔗糖溶液中。,观察,将装片放在载物台的中央，先用低倍镜观察，再用高倍镜观察，可以看到细胞中的液泡逐渐变小，原生质层开始在边角与细胞壁分离，最后完全分离,质壁分离的复原,滴清水,从载物台上取下装片，从盖玻片的一侧滴入清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引，这样重复,3,4,次，洋葱表皮细胞又浸润在清水中,观察,将装片放在载物台的中央，先用低倍镜观察，再用高倍镜观察，可以看到中央液泡逐渐胀大，原生质层又逐渐贴着细胞壁,项目,实验过程及结果,结论,上述实验表明：细胞液和外界溶液通过原生质层确实发生了渗透作用。在细胞液的浓度低于外界溶液的浓度时，洋葱鳞片叶表皮细胞就失水，发生质壁分离；在细胞液的浓度高于外界溶液的浓度时，细胞就吸水，已出现质壁分离的细胞，发生质壁分离复原。细胞能否从外界吸收水分子取决于细胞液的浓度和外界溶液浓度的高低。当细胞液的浓度高于外界溶液的浓度时，细胞就吸水，否则就失水,进一步探究,1,若用人的口腔上皮细胞或动物细胞代替洋葱表皮细胞，重复以上实验，结果会怎样？,人和动物细胞没有细胞壁，将它们放入高浓度蔗糖溶液中时会失水皱缩，放入清水中会吸水涨破，但不能发生质壁分离与复原。,2,用死的洋葱表皮细胞做质壁分离与复原实验，会成功吗？,不会。因为死细胞的原生质层已失去选择透过性，大部分分子可以自由通过，所以不会发生质壁分离与复原。,注意：,洋葱鳞片叶紫色的外表皮细胞，是有大液泡的成熟细胞，细胞液中有紫色的花青素，在显微镜下，紫色大液泡十分明显。质壁分离后，液泡明显缩小，因而质壁分离现象清晰可见。根据这个道理，也可选用水绵等其他有色的细胞。如果选用无色的细胞，也可使用活体染料将其染色。以上所指细胞都是活细胞，因为只有活细胞的原生质层才具有选择透过性，否则将不会出现质壁分离与复原现象。,使用的溶液浓度不能过大。如果过大，会使细胞在短时间内过度失水而死亡。观察到质壁分离现象后，要尽快滴加清水使其复原，否则，质壁分离的时间过长，也会造成细胞死亡。,在观察质壁分离现象时，要在显微镜下找到处于鳞片叶外表皮边缘的细胞，因为这里的细胞最先接触蔗糖溶液，因而也会先出现质壁分离。同理，观察质壁分离复原时，也应如此。,通过这个实验，我们可以间接地看到原来看不见的细胞膜,(,细胞质的外围边界,),。如果使用不同浓度梯度的溶液，分别做多个装片的实验，可以测定出细胞液的浓度。,如果使用质量浓度为,0.1g/mL,的硝酸钾溶液做质壁分离实验，也能成功。这是由于,K,和,NO,都是植物能吸收的，低浓度下对细胞无毒害，且随着,K,和,NO,的吸收，细胞液浓度会变大，细胞又会通过渗透作用吸水，从而自动复原。,实验中使用的蔗糖溶液浓度较大，因此，观察前要用吸水纸吸去多余的溶液，以免污染载物台和物镜，实验结束后，要用干净的擦镜纸将目镜、物镜擦干净，用干布将载物台擦干净。,3,用质量浓度为,0.5g/mL,的蔗糖溶液做质壁分离及复原实验，质壁分离明显，但不能复原。经检查，操作步骤都正确。分析造成此实验失败的原因是,_,，致使,_,。,解析：,该题重点考查使用试剂的浓度对细胞质壁分离的影响。题中,“,操作步骤都正确,”,一句，给我们限定了查找原因的范围，因而不必从操作步骤上动脑筋，而,“,质壁分离明显,”,则是给我们的提示。因为使用的,0.5g/mL,的蔗糖溶液浓度过高，使细胞在短时间内大量失水，因而质壁分离明显，但细胞因严重失水而死亡，所以不再出现质壁分离复原现象。,答案：,蔗糖溶液的浓度太高细胞严重失水而死亡,(2009,临沂,),将洋葱细胞放入大于细胞液浓度的,KNO,3,溶液中，一段时间后用显微镜观察发现该细胞未发生质壁分离，其原因是可能该细胞,(,),是死细胞,大量吸水,是根尖分生区细胞,大量失水,质壁分离后又自动复原,A,B,C,D,答案：,B,解析：,如果是死细胞，则不可能发生质壁分离。也可能是观察时质壁分离后又自动复原了。,渗透,作用,渗透模型,植物细胞与外界溶液形成渗透系统,图解,基本,条件,半透膜浓度差,原生质层：选择透过性膜,细胞液：有一定浓度与外界溶液形成浓度差,原理,溶剂分子,(,如水分子,),通过半透膜的扩散作用,细胞液通过原生质层与外界溶液之间发生渗透水运动,水运动趋势,低浓度溶液,高浓度溶液,1.,原生质与原生质层,(1),从存在范围看：原生质是动植物细胞都具有的，而原生质层仅存在于成熟的植物细胞中。,(2),从组成结构看：原生质是细胞内的生命物质，包括细胞膜、细胞质和细胞核三部分，而原生质层不包括细胞核和液泡内的细胞液两部分，细胞核尽管在原生质层内占据一定位置，但它不属于原生质层的组成部分，因此在成熟的植物细胞内相当于半透膜的原生质层是由细胞膜、液泡膜以及两膜之间的细胞质所组成的，而不是由细胞膜、液泡膜以及两膜之间的原生质所组成。,特别提醒：,原生质是,“,物质,”,范畴的一个概念，指细胞内的生命物质；而原生质层是侧重于,“,结构,”,的一个概念。,2,半透膜与选择透过性膜的异同,半透膜是指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜,(,如动物的膀胱，肠衣等,),。能否通过半透膜往往取决于分子的大小。而选择透过性膜是指细胞膜等生物膜，生物膜的特点是膜上具有载体，且不同生物的细胞膜上载体的种类和数量不同，构成了对不同物质吸收与否和吸收多少的选择性。细胞死亡后，细胞膜便失去了选择透过性，变为全透性的。因此半透膜与选择透过性膜是两类不同的膜。,它们的相同点是：都可以让水分子自由通过，都不允许大分子物质通过。,它们的不同点是：只要分子比半透膜的孔径小，就能通过半透膜；而对选择透过性膜来说，即便是小分子，只要不是细胞所要选择吸收的，也不能通过。,特别提醒：,选择透过性膜是生理学上的概念，它具有生物活性；半透膜是物理学上的概念，物质的透过与不透过，取决于半透膜孔隙的直径大小。,3,渗透与扩散,渗透是指水分子或其他溶剂分子透过半透膜向溶质浓度大的一方做分子运动，使膜两边溶质浓度达到均衡的现象。例如，具有液泡的成熟植物细胞，当细胞液的浓度大于细胞外界溶液浓度时，细胞就通过渗透作用吸水；当细胞液的浓度小于细胞外界溶液浓度时，细胞就通过渗透作用失水。,扩散是指物质从密度大的空间自然向密度小的空间运动的现象。例如，水、氧气、二氧化碳、甘油等物质通过半透膜的扩散方式都属于自由扩散。,渗透是扩散的一种特殊形式。可以说，渗透侧重于液体的扩散。如：水分子通过半透膜的方式既可说是自由扩散，又可说是渗透，但氧气、二氧化碳、甘油等物质通过膜只能说是自由扩散，而不能说是渗透。,1.,在生产生活的应用：,(1),对农作物合理灌溉，既满足作物对水分的需要，同时也降低了土壤溶液浓度，促进水分的吸收。,(2),盐碱地中植物更易缺水或不易存活；一次施肥过多，会造成,“,烧苗,”,现象。这是因为土壤溶液浓度过高，甚至超过根细胞液浓度，这样，根就不易吸水或因失水而造成,“,烧苗,”,现象。,(3),糖渍、盐渍食品,(,如盐渍新鲜鱼、肉,),不变质的原因是形成了很高浓度的溶液，使微生物,(,如细菌,),不能在上面生存、繁殖，从而能较长时间的保存。,(4),医用的生理盐水浓度为,0.9%,，是为了维持组织细胞正常的形态。,2,在科学研究中的应用：,根据渗透作用原理可知，水是由低浓度溶液向高浓度溶液渗透，这一原理在科学研究中可用于：鉴定溶液浓度的高低验证细胞的死活,(,死细胞不会发生渗透作用,),测定细胞液的浓度。,将同一植物细胞依次浸于蒸馏水、质量浓度为,0.3 mol/L,蔗糖溶液和质量浓度为,0.5 mol/L,尿素溶液中，观察原生质体的体积随时间的变化关系，结果如曲线所示,(,细胞壁与原生质层将要分离时，原生质的体积为,100),，据图回答：,(1)A,、,B,、,C,中表示细胞在蒸馏水中的是,，表示在质量浓度为,0.3 mol/L,蔗糖溶液中的是,，在尿素溶液中的是,。,(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。,解析：,由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,曲线表示细胞体积先变小后又恢复原状，说明细胞开始时发生质壁分离，后自行复原，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。,答案：,(1)A,C,B,(2),细胞液浓度逐渐升高，最后与外界溶液浓度持平而进入相对稳定状态,(3)B,、,C,曲线差异的原因是：尿素分子可缓慢进入细胞液，使细胞液浓度增大，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。,1,下列现象属于渗透作用的是,(,),A,蔗糖在水中溶解后使水变甜,B,春天放在空气中食盐潮解,C,小麦种子浸在水中逐渐胀大,D,新鲜菜叶放在水中变硬,答案：,D,解析：,渗透作用发生的条件有二：,是有半透膜,是半透膜两侧有浓度差。四个选项中，只有,D,项符合题意。,2,一次施肥过多，作物会变得枯萎发黄，俗称,“,烧苗,”,，其原因是,(,),A,根系细胞呼吸过强，影响根对水分的吸收,B,土壤溶液浓度大于细胞液浓度,C,土壤溶液浓度小于细胞液浓度,D,土壤溶液浓度等于细胞液浓度,答案：,B,解析：,“,烧苗,”,是因为土壤溶液浓度大于细胞液浓度，从而使植物失水。,3,成熟植物细胞的原生质层可以看做是一层选择透过性膜，它包括,(,),A,细胞膜、液泡膜、两层膜间的细胞质,B,细胞膜、液泡膜、核膜,C,细胞膜、核膜、两层膜间的细胞质,D,液泡膜、核膜、两层膜间的细胞质,答案：,A,解析：,原生质层包括,“,两膜,”,(,细胞膜、液泡膜,),和,“,一质,”,(,两层膜间的细胞质,),。,4,当成熟的植物细胞吸水时发生的现象是,(,),A,质壁分离,B,质壁分离复原,C,液泡变大,D,细胞液浓度增大,答案：,C,解析：,成熟的植物细胞吸水时，细胞液浓度减小，液泡体积增大。,5,蚕豆叶片是观察气孔的优良材料，尤其是下表皮气孔数目较多，气孔是各种气体进出叶片的通道。如图所示为气孔结构示意图，气孔两侧的细胞称为保卫细胞，决定着气孔的开闭。有人提出气孔的开闭与保卫细胞的吸水和失水有关。,请你根据试题中所给的材料和用具设计一个实验，探究保卫细胞吸水和失水与气孔开闭之间的关系，并得出相应结论。,(1),材料用具：显微镜，镊子，刀片，吸管，载玻片，盖玻片，吸水纸，蒸馏水，,0.3gmL-1,的蔗糖溶液。,(2),实验步骤：,步骤,1,取载玻片,2,片，分别在中央滴加蒸馏水和蔗糖溶液各一滴；,步骤,2,步骤,3,(3),实验结果预测及结论：,，,。,答案：,(2),步骤,2,用镊子撕取蚕豆叶片下表皮两块，分别置于载玻片中央的液滴中，盖上盖玻片；步骤,3,将装片分别置于显微镜下观察。,(3),实验结果预测及结论：,如果蒸馏水中气孔开放，蔗糖溶液中气孔关闭，说明失水使气孔关闭，吸水使气孔开放,如果蒸馏水中气孔关闭，蔗糖溶液中气孔开放，说明失水使气孔开放，吸水使气孔关闭。,