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1、第4章 细胞的物质输入和输出 第一讲 物质跨膜运输的实例 第二讲 生物膜的流动镶嵌模型 物质跨膜运输的方式,目 录,1渗透作用的发生必须依赖半透膜和膜两 侧的浓度差。 2动物细胞在任何情况下都不会发生质壁 分离现象。 3原生质层由细胞膜、液泡膜以及二者之 间的细胞质组成，具有选择透过性。 4动物细胞也可通过渗透作用吸水和失水。 5细胞膜和其他生物膜都具有选择透过性。 6物质的跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的，细胞对物质 的输入和输出具有选择性。,一、细胞的吸水和失水 1渗透作用原理 (1)发生渗透作用的条件： ； 。 (2)渗透作用的实质：单位时间由清水进入蔗糖溶液中的水分子 蔗糖溶液进入清水
2、中的水分子，导致蔗糖溶液液面 。,具有半透膜,膜两侧溶液具有浓度差,多于,上升,2动物细胞的吸水和失水 (1)人成熟红细胞中发生渗透作用的条件： 相当于半透膜； 之间存在浓度差。 (2)引起细胞失水与吸水的条件：外界溶液与细胞质之间存在 差。,细胞膜,细胞质与外界溶液,浓度,3植物细胞的吸水和失水 (1)植物细胞吸水、失水的原理：,细胞壁,原生质层,细胞膜,液泡膜,细胞质,大液泡,大于,失水,小于,吸水,等于,不吸水也,不失水,(2)植物细胞质壁分离的现象与原因： 现象： 与 分离； 外因： 浓度 浓度，导致细胞 ； 内因： 。,细胞壁,原生质层,外界溶液,细胞液,失水,细胞壁的伸缩性小于原生
3、质层,想一想 细胞吸水过程中，所有水分子都只能由外界溶液进入细胞液吗？ 提示：不是。水分子在细胞膜上总是双向运动的，细胞吸水时，由外界溶液向细胞液扩散的水分子总数多于由细胞液向外界溶液扩散的水分子总数。,二、物质跨膜运输的其他实例 1不同物质的跨膜运输特点 (1)水分子： (高低)。 (2)离子和小分子：依据细胞生命活动需要进行 。 2水稻和番茄吸收不同离子的特点 (1)同种生物细胞对不同物质的吸收具有 ，与其含有离子载体的 有关。 (2)不同种生物细胞对同种物质吸收具有 。,顺相对含量梯度,选择吸收,选择性,种类和数量,差异性,知识体系构建,原生质层浓度差外界溶液浓度大于细胞液浓度细胞壁的伸
4、缩性小于原生质层选择透过性,渗透系统和渗透作用,(1)(2012上海卷T22A)相对细菌和植物细胞而言，动物细胞离体培养更需关注培养基的渗透压，因为动物细胞没有细胞壁，对培养基的渗透压更敏感。 ( ) (2)(2012上海卷T22C)相对细菌和植物细胞而言，动物细胞离体培养更需关注培养基的渗透压，因为动物细胞没有成熟大液泡，渗透压调节能力差。 ( ),(3)(2011全国新课标卷T1C)将人的红细胞放入4蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，其主要原因是蒸馏水大量进入红细胞。 ( ) (4)(2011全国新课标卷T4C)分别用完全营养液、蒸馏水浸泡处理来自同一洋葱鳞片叶大小、数目和生理状态一致的甲、
5、乙两组外表皮细胞，相同时间后，将其同时放入浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液中处理一段时间后表皮细胞中的水分不再减少时，甲组细胞水分渗出量比乙组细胞低，水分出入细胞的方式是被动运输。 ( ),渗透作用的条件及原理分析应用 1渗透作用模型和成熟植物细胞与外界溶液形成的渗透系统的比较,渗透作用模型,植物细胞与外界溶液形成渗透系统,图解,渗透作用模型,植物细胞与外界溶液形成渗透系统,基本条件,半透膜、浓度差,原生质层选择透过性膜 浓度差细胞液与外界溶液之间的浓度差值,原理,水分子通过半透膜的扩散作用,水分子通过原生质层在细胞液与外界溶液之间发生扩散,水扩散方向,低浓度溶液高浓度溶液,2常见渗透装置图形分
6、析,(1)若S1溶液浓度大于S2，则单位时间内由S2S1的水分子数多于S1S2，外观上表现为S1液面上升；若S1溶液浓度小于S2，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。 (2)在达到渗透平衡后，若存在如图所示的液面差h，则S1溶液浓度仍大于S2。因为液面高的一侧形成的压强，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。,3验证渗透作用发生的条件 (1)实验设计： (2)结论： A组和B组对比说明渗透作用要有半透膜。 A组和C组对比说明发生渗透作用时半透膜两侧的溶液必须具有浓度差。,4探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例),烧杯内盛淀粉溶液,漏斗内盛碘液,结论,变蓝,不变蓝,碘能通过半透膜，而淀粉不
7、能,不变蓝,变蓝,淀粉能通过半透膜，而碘不能,变蓝,变蓝,淀粉和碘都能通过半透膜,不变蓝,不变蓝,淀粉和碘都不能通过半透膜,高考地位,本考点知识有一定难度，关键在于理解，是高考中的常考点之一，多结合具体实验过程，考查渗透作用的原理条件等,命题角度,(1)以实验装置图形式考查对渗透作用实验现象 的预测分析，如典例1； (2)运用渗透作用装置考查渗透作用过程及图文 转化能力，如图典例2。,典例1右图装置的玻璃槽中 是蒸馏水，半透膜允许单糖透过。 倒置的长颈漏斗中先加入蔗糖溶液， 一定时间后再加入蔗糖酶。最可能 的实验现象是 () A在玻璃槽中会测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶 B漏斗中液面开始时上升，加酶
8、后继续上升 C漏斗中液面开始时上升，加酶后，再上升后又下降 D漏斗中液面开始时先上升，加酶后不上升直接下降,解析实验开始时，蔗糖不能透过半透膜，所以单位时间内通过半透膜渗透进入长颈漏斗中的水分子数比渗透出来的多，漏斗内液面上升。而加入酶后，将蔗糖分解为单糖，进一步提高了漏斗内的浓度，所以液面再上升，但由于单糖分子能透过半透膜进入玻璃槽中，使玻璃槽内液体浓度升高，一段时间后，水分子从长颈漏斗内渗出的较多，漏斗内液面下降。 答案 C,典例2右图所示的渗透装置中，开 始时的液面高度为a，停止上升时的高度为 b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧 杯液面的部分吸出，则a、b液面间的高度差与吸出蔗糖溶液
9、的次数之间的关系是 (),解析每吸出一次，蔗糖溶液浓度就减小一次，而a、b液面的高度差是由半透膜内外溶液浓度差决定的，随着吸出次数的增加，膜内外浓度差越来越小，所以a、b液面高度差也越来越小。 答案 B,二、实验步骤,三、易误点拨 (1)实验选材： 选用的植物细胞要有中央大液泡，质壁分离及复原现象明显； 细菌细胞也能发生质壁分离，但现象不明显； 动物细胞没有细胞壁，不发生质壁分离现象。 (2)实验试剂的使用： 若使用浓度过高的蔗糖溶液，则质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高，使细胞过度失水而死亡；,(3)操作注意事项：观察细胞质壁分离状态时，时间不要过长，以免细胞因长期处于失水状态而
10、死亡，影响复原现象的观察。,高考实验对接,(2011天津高考)将紫色洋葱鳞片叶 表皮浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，1分 钟后进行显微观察，结果见右图，下列 叙述错误的是 () A图中L是细胞壁，M是液泡，N是细胞质 B将视野中的细胞浸润在清水中，原生质体会逐渐复原 C实验说明细胞膜与细胞壁在物质透过性上存在显著差异 D洋葱根尖分生区细胞不宜作为该实验的实验材料,选项,分析,对接教材,A,图示细胞已发生质壁分离，图中L是细胞壁、M是紫色液泡，N处是原生质层与细胞壁分离的空隙，存在的是外界溶液，故A项错误,显微镜下对细胞结构的识别,B,将视野中处于正在发生质壁分离的细胞放入清水中，细胞会吸水
11、使质壁分离的细胞复原，故B项正确,与教材实验过程及观察到现象相符,C,植物细胞的细胞壁具有全透性，而由细胞膜、液泡膜及二者之间的细胞质构成的原生质层具有选择透过性，二者在物质透性上存在显著差异。故C项正确,与教材实验原理相一致,D,洋葱根尖分生区细胞还未成熟，不具有大型液泡，不宜作为该实验的生物材料，故D项正确,与教材实验选材要求相符,多维思考,(1)若题目中所用蔗糖溶液浓度远大于0.3 g/mL，会对实验造成怎样的结果？ 提示：可导致细胞过度失水而死亡，不能完成质壁分离复原过程。 (2)题中B项在原生质体逐渐复原过程中，洋葱表皮细胞吸水能力和紫色液泡体积如何变化？ 提示：洋葱细胞吸水能力逐渐
12、减小，紫色液泡体积逐渐增大。,自身对照指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照。自身对照方法简便，关键是看清实验处理前后现象变化的差异。,1模拟图示,2信息解读 (1)此细胞正处在质壁分离状态，因原生质层与细胞壁之间有空隙。 (2)此细胞的运动状态是不确定的，即可能正处于发生质壁分离的过程，也可能正处在发生质壁分离复原过程，也可能处于此状态的稳定过程中。 (3)此细胞对水分子运动方向可能存在三种情况：,3示例分析 “植物细胞的吸水和失水”实验中的自身对照 (1)实验对象：同一成熟的植物细胞。 (2)观察指标：液泡大小、颜色深浅及原生质层位置的变化。 (3)实验中的两次对照：,(4)注
13、意事项： 实验材料在整个实验过程中必须保持一定的生理活性，高浓度溶液的浓度不能过高。 持续观察记录实验操作前、后实验对象的状况，控制好观察时间。,高考随堂体验,1(2012广东高考)小杨对4种实验材料的研究及观察记录 见下表，正确的是(双选) (),解析：同源染色体的联会只发生在减数分裂过程中，胚胎干细胞不能进行减数分裂；紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞处于高渗溶液中时会发生质壁分离，已发生质壁分离的细胞处于低渗溶液中会发生质壁分离复原；黑藻叶片细胞中具有叶绿体，通过显微镜可以观察到叶绿体随着细胞质的流动而移动；大肠杆菌是原核细胞，没有细胞核，无法观察到核仁。 答案：BC,2(2011全国卷)将紫色洋
14、葱在完全营养液中浸泡一段时间， 撕取外表皮，先用浓度为0.3 g/mL 的蔗糖溶液处理，细胞发生质壁分离后，立即将外表皮放入蒸馏水中，直到细胞中的水分不再增加。若在该实验过程中，蔗糖溶液处理前外表皮细胞液的浓度为甲，细胞中的水分不再增加时外表皮细胞液的浓度为乙，则甲、乙的关系以及实验过程中水分进出细胞的方式为 () A甲乙，被动运输 C甲乙，主动运输 D甲乙，主动运输,解析：蔗糖溶液处理前的细胞放在蒸馏水中能吸收水分，而处理后发生质壁分离复原的细胞中水分不再增加，故细胞液的浓度降低了，即甲乙。水分进出细胞的方式是自由扩散，属于被动运输。 答案：B,3. (2010上海高考)右图为显微镜下某植物
15、 细胞在30%蔗糖溶液中的示意图。下 列叙述中错误的是 () A若将细胞置于清水中，A仍保持不变 B若该细胞处于40%蔗糖溶液中，B/A值将变小 CB/A值能表示细胞失水的程度 DA、B分别表示细胞和液泡的长度,解析：图示为处于质壁分离状态的植物细胞。因细胞壁的伸缩性很小，故若将该细胞置于清水中，A仍将保持不变。若在40%的蔗糖溶液中，与图示相比，A不变，但因失水更多而B变小，所以B/A将变小，可见B/A值能表示细胞失水的程度。图中A表示的是细胞长度，但B表示的并不是液泡的长度，而是失水后的原生质体的长度。 答案：D,4(2009海南高考)已知鱼鳔是一种半透膜。若向鱼鳔内注 入适量的20%蔗糖溶液、排出鱼鳔内的空气，扎紧开口，将其浸没在盛有10%蔗糖溶液的烧杯中，下列能正确表示烧杯内蔗糖溶液浓度随时间变化趋势的示意图是 (),解析：鱼鳔内蔗糖溶液浓度大于烧杯内蔗糖溶液浓度，故水分子由烧杯进入鱼鳔的速度大于由鱼鳔进入烧杯的速度，烧杯内蔗糖溶液浓
