搜索
细胞的物质输入和输出第四章[本章概述]细胞是一个开放的系统，细胞膜作为系统的边界不仅将细胞与外界环境隔开，同时也是控制物质进出细胞的门户。本章主要探究细胞膜是怎样控制着不同物质的输入与输出的。本章包括2节内容：1.被动运输。2.主动运输与胞吞、胞吐。第1节被动运输1．理解水进出细胞的原理。2．通过探究植物细胞的吸水和失水，体验科学探究的一般过程，提高动手和设计实验的能力。3．结合实例掌握自由扩散和协助扩散的异同。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。如果漏斗管足够长，管内液面不会无限升高，因为当水分子进出玻璃纸的数量相等时，液面就不会再升高。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过，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子数量等于渗出的水分子数量，液面也不会升高。课前自主预习知识点1水进出细胞的原理请仔细阅读教材第62～65页，完成下面的问题。1．渗透作用的原理用半透膜封住长颈漏斗的口部。在长颈漏斗内注入蔗糖溶液，然后把漏斗倒置于清水中，使内外液面相平，一段时间后会出现液面上升的现象，这就是渗透现象。结合下图分析渗透现象的发生条件和原理。(1)发生条件如果将半透膜换成纱布，渗透现象将_____________(会、不会)发生；如果漏斗内也注入清水，渗透现象将_____________(会、不会)发生。这说明渗透现象发生需要两个条件：_____________和___________________。不会半透膜膜两侧存在浓度差不会(2)渗透现象的原理以半透膜为界面，可以看到漏斗内蔗糖溶液中单位体积内的水分子数比清水中单位体积内的水分子数_____________，所以在单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数比由蔗糖溶液进入清水的水分子数_____________。因此，一段时间后，漏斗管内的液面会_____________。(3)概念：水分子(或其他溶剂分子)通过_____________的扩散，称为渗透作用。少多升高半透膜2．水进出动物红细胞的原理(1)红细胞内的血红蛋白等有机物_____________(能、不能)透过细胞膜，这些有机物相当于“问题探讨”所示装置中的_____________物质。(2)动物细胞没有细胞壁，也没有大液泡，动物细胞的_____________相当于半透膜。不能蔗糖细胞膜(3)①当外界溶液浓度_____________细胞质浓度时，细胞失水皱缩。②当外界溶液浓度_____________细胞质浓度时，细胞吸水膨胀，直到涨破。③当外界溶液浓度_____________细胞质浓度时，水分进出平衡，细胞形态基本不变。由此可见，红细胞吸水或失水取决于___________________。高于高于相当于(或等于)红细胞内外浓度的差值3．探究植物细胞的吸水和失水(1)成熟的植物细胞①植物细胞的细胞膜外面有一层_________。_________是全透性的，伸缩性比较_____________。②植物细胞的细胞膜、_____________膜以及两层膜之间的_____________，称为_____________。③植物细胞内的液体环境主要是指_____________里面的细胞液。细胞壁细胞壁小液泡细胞质原生质层液泡(2)植物细胞吸水和失水的实验探究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→设计实验→进行实验→分析结果，得出结论→总结交流→进一步探究。②假设：_____________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_____________，发生_____________。原生质层变小质壁分离④实验流程及结果⑤实验结果⑥结论：实验结果与预期结果相同，说明“原生质层相当于一层半透膜”的假设是成立的。(3)植物细胞吸水和失水的条件①当细胞液浓度_____________外界溶液浓度时，细胞失水，原生质层和细胞壁分离，发生_____________。②发生质壁分离的细胞，当细胞液浓度_____________外界溶液浓度时，细胞吸水，发生_____________。4．被动运输及其种类(1)概念：物质以扩散方式进出细胞，_____________消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。(2)种类：分为_____________和_____________两类。小于质壁分离大于质壁分离复原不需要自由扩散协助扩散知识点2自由扩散和协助扩散请仔细阅读教材第66～67页，完成下面的问题。1．列表比较自由扩散和协助扩散2.转运蛋白的种类课堂互动探究要点一渗透作用分析1.原理分析渗透作用中分子的微观变化(1)从微观水平分析，两溶液间的水分子进行双向流动，而我们观察到的只是水分子双向运动差异所导致的液面变化。(2)当液面高度不再变化时，半透膜两侧的水分子仍进出，只是进出速度相同。(3)若溶质分子能通过半透膜，则先是浓度高的一侧液面升高，随后另一侧液面上升，最后达到渗透平衡。2．渗透作用的条件(1)半透膜，允许一些物质通过，不允许另一些物质通过。(2)浓度差，此处“浓度”实际是指物质的量浓度。3．利用渗透作用比较不同溶液浓度大小4.扩散作用和渗透作用的关系物质从高浓度区域向低浓度区域的运动称为扩散作用。渗透作用是一种特殊方式的扩散，它是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜(或选择透过性膜)进行的扩散。5．动、植物细胞均符合发生渗透作用的条件【典例1】图1表示物质扩散的图解，图2是设计证明图1物质扩散成立的实验装置，下列有关叙述中正确的是()A．图甲中水柱a将持续上升B．图甲中水柱a将先上升后下降C．图乙中水柱b上升到一定高度后维持不变D．图乙中水柱b将先上升后下降[解析]由于图甲中的淀粉不能透过半透膜，所以图甲中的液面高度先上升到一定高度后保持不变；图乙装置漏斗中葡萄糖浓度大，导致液面上升，由于葡萄糖分子能够通过半透膜，导致半透膜两侧浓度差降低，所以漏斗中液面会降低。[答案]D[针对训练1]如图所示，溶液X中含有绿色染料，溶液Y中含有红色染料，溶液Z中含有蓝色染料。实验开始时，两支漏斗中溶液液面的高度一样。10min后观察的结果是：溶液X液面上升，溶液Y液面下降；溶液X中只有绿色染料，溶液Y中含有了红色和蓝色染料，溶液Z中含有了绿色和蓝色染料。下列有关描述中，正确的是()A．溶液Z的浓度最大B．溶液X的浓度最大C．溶液Y中的溶质分子能够通过半透膜进入溶液X中D．溶液X中的溶质分子不能够通过半透膜进入溶液Z中[解析]由题意可知，10min后溶液X液面上升，表明Z中的溶剂进入了X，溶质没有进入X，溶液X浓度大于溶液Z；溶液X液面上升而Y却下降，说明X的浓度最大，渗透压最大；溶液X中只有绿色染料，溶液Y中含有了红色和蓝色染料，溶液Z中含有了绿色和蓝色染料，表明溶液Z中的溶质分子能够通过半透膜进入溶液Y，溶液X中的溶质分子能够通过半透膜进入溶液Z。[答案]B要点二植物细胞的失水和吸水实验分析1.质壁分离的原因及表现分析2．实验需要注意的问题(1)实验成功的关键之一是实验材料的选择。要选取成熟的、活的且液泡带有一定颜色的植物组织进行实验，便于观察实验现象。(2)滴加蔗糖溶液或清水时，应在载物台上操作。(3)选用的蔗糖溶液浓度要适宜。过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；过高，可能造成植物细胞失水过多、过快而死亡。(4)当以可吸收的物质作溶质时(如甘油、尿素、KNO3、乙二醇等)，可出现质壁分离及自动复原现象。3．质壁分离实验的拓展应用(1)判断细胞的生活情况：只有活的植物细胞才能发生质壁分离。(2)防腐杀菌：在高浓度的溶液中，细菌等微生物将因失水过多而死亡，从而有效防止了食品腐烂变质。(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液――→镜检发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之细胞液浓度越大。(4)测定细胞液浓度范围待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液――→镜检细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间。【典例2】将某植物细胞置于大于该细胞细胞液浓度的硝酸钾溶液中，一段时间后在显微镜下观察该细胞未发生质壁分离，其原因可能是该细胞()①是死细胞②是根尖分生区细胞③大量吸水④大量失水⑤质壁分离后又自动复原A．③④⑤B．①②③C．①②⑤D．②③⑤[解析]死细胞的原生质层已经丧失了选择透过性，不会发生质壁分离，①正确；根尖分生区细胞没有大液泡，没有质壁分离发生，②正确；将某植物细胞置于大于该细胞细胞液浓度的硝酸钾溶液中不可能大量吸水，③错误；大量失水，原生质层收缩，细胞会质壁分离，④错误；由于KNO3溶液中的K＋和NO－3能够被植物细胞吸收，因此正常情况下植物细胞在硝酸钾溶液中会发生质壁分离后又自动复原，⑤正确。[答案]C[针对训练2]图甲为渗透作用装置吸水示意图，图乙表示图甲中液面上升的高度与时间的关系，图丙表示成熟植物细胞在某外界溶液中的一种状态(此时细胞有活性)。下列相关叙述中错误的是()A．图甲中的渗透作用发生需要两个条件：有半透膜c及a与b之间具有浓度差B．图乙中液面不能一直上升的原因是半透膜两侧的溶液浓度相等C．图丙中③④⑤组成原生质层D．如果丙细胞没有细胞壁支持，置于清水中也会发生吸水涨破的现象[解析]图乙表示的是图甲中液面上升的高度与时间的关系，液面不再升高时，通过半透膜进出渗透装置的水分子相等，这时液体压强和浓度差的作用达到了平衡的状态，但b溶液的浓度应大于a溶液的浓度。[答案]B要点三被动运输的影响因素1.自由扩散的影响因素：物质运输速率主要取决于浓度差，也与物质分子大小和脂溶性有关。(如图A)2．协助扩散的影响因素：除了膜两侧物质的浓度差外，还与膜上转运蛋白的种类和数量有关。当转运蛋白达到饱和时，物质浓度再增加，物质的运输速率也不再增加。(如图B)3．被动运输不消耗能量，所以运输速率和细胞能量供应无关。(如图C)【典例3】下图表示在一定范围内细胞膜外某物质浓度变化与该物质进入细胞膜内速率的关系，据图分析，下列说法正确的是()A．该物质进入细胞的方式是自由扩散B．该物质通过膜时必须与转运蛋白结合C．该物质可能是水或甘油D．该物质只能从浓度低的一侧向浓度高的一侧移动[解析]由图可知，该物质跨膜速率刚开始时与膜外该物质浓度成正比，说明是顺着浓度梯度运输的。最后跨膜速率达到饱和，说明该物质运输还与膜上转运蛋白的数量有关。水既可以通过自由扩散又可以通过协助扩散进出细胞，甘油通过自由扩散进出细胞。[答案]B[针对训练3]实验发现，葡萄糖进入红细胞时，如果使用药物限制蛋白质的活动，则葡萄糖的运输速率迅速下降，如果减少能量的供应，却对运输没有影响。由此推断，葡萄糖进入红细胞的方式是()A．自由扩散B．主动运输C．协助扩散D．逆浓度梯度运输[解析]蛋白质活动受限制，葡萄糖的运输速率下降，说明蛋白质影响葡萄糖的运输；而减少能量供应，葡萄糖的运输不受影响，说明葡萄糖的运输不需要能量。蛋白质可作为载体蛋白，因此判断葡萄糖进入红细胞的方式是协助扩散，顺浓度梯度运输。[答案]C附：练习与应用参考答案一、概念检测1．(1)√(2)×(3)×2.D3.B二、拓展应用1．实验设计思路：将细胞液浓度相同的紫色洋葱表皮细胞分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，然后制成装片放在显微镜下观察细胞的状态。细胞液的浓度处于未发生质壁分离和刚刚质壁分离的相邻两蔗糖溶液之间。原理为植物细胞能够通过渗透作用吸水和失水。2．温度高低会提高或降低水分子通过半透膜的扩散速率。在一定温度范围内，提高温度会加快水分子通过半透膜的速率；而降低温度则减缓水分子通过半透膜的速率。实验方案设计如下：按本章第1节渗透现象示意图组装好三组装置。在第一组的烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温；第二组烧杯外加冰块降温；第三组留作对照。三组装置同时开始实验，