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1、第1节被动运输第1课时水进出细胞的原理学习目标1.阐明渗透作用的条件及原理。2.结合探究实验，分析理解细胞吸水和失水的过程及应用。一、渗透作用1概念：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，称为渗透作用。2方向：水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。任务一：渗透作用发生的条件根据教材P62“问题探讨”中的渗透现象示意图，回答下列问题：(1)漏斗管内的液面升高的原因：由于单位体积的清水中水分子数多于蔗糖溶液中的水分子数，因此单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。(2)漏斗管内的液面不会一直升高的原因：管内的水柱产生的压力会加快漏斗中的水分子向外扩
2、散的速度，最终膜两侧水分子扩散的速度达到平衡，液面不再上升。(3)渗透装置中，当漏斗内的溶液不再上升时，半透膜两侧的溶液浓度是否相同？为什么？提示不相同。漏斗内溶液浓度仍然高，由于漏斗管内液面升高形成的静水压会阻止水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，故半透膜两侧溶液浓度关系仍是漏斗内溶液浓度高于烧杯中清水的浓度。(4)如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？提示不会。原因是纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通过。(5)如果烧杯内不是清水，而是同等浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？提示不会。半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量
3、等于渗出的水分子数量。1渗透作用具备的两个条件(1)具有半透膜；(2)膜两侧溶液存在浓度差。2水分子的运动规律(1)水的运输方向：从含水量高的一侧向含水量低的一侧运输。(2)半透膜两侧的水分子进行双向运动，液面变化是由水分子双向运动差异所导致的。(3)当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。3渗透平衡浓度相等渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高(反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，液面高度差也越大。1.某科研小组设计如图所示的渗透装置，其中蔗糖不能透过半透
4、膜，漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，液面不动(渗透平衡)时液面差为h。下列说法正确的是()A渗透平衡后S1和S2浓度的大小关系为S1S2B渗透平衡后无水分子通过半透膜C漏斗中溶液液面上升速率逐渐加快D向漏斗内加适量清水h将变小答案D解析漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，渗透平衡时液面差为h，此时S1和S2浓度的大小关系为S1S2，A错误；渗透平衡后水分子依然进出半透膜，只不过进出半透膜的水分子的量相等，B错误；S1溶液浓度大于S2，所以漏斗中溶液液面上升，但随着液面高度差的增大，液面上升速率逐渐减慢，C错误；向漏斗内加适量清水，S1
5、的浓度会变得更小，则两种蔗糖溶液的浓度差变小，达到渗透平衡后h将变小，D正确。2.如图实验装置中，半透膜只允许水分子和单糖分子透过，向a侧加入质量分数为5%的蔗糖溶液，向b侧加入质量分数为5%的葡萄糖溶液，初始状态如图。则下列关于液面的变化及相关叙述正确的是()Aa先降后升，b先升后降Ba先升后降，b先降后升C当液面最终停止变化时，半透膜两侧溶液浓度相等D当液面最终停止变化时，b侧浓度高于a侧答案A解析本实验中的半透膜只允许葡萄糖、水分子透过，而蔗糖分子不能透过。相同质量分数的葡萄糖溶液和蔗糖溶液，由于葡萄糖的摩尔质量较小，其物质的量浓度就较大，水分子和葡萄糖都能透过半透膜，但分子小得多的水分
6、子渗透速率要快得多。刚开始时水分子向物质的量浓度较大的葡萄糖溶液一侧渗透，所以b液面高于a液面。之后葡萄糖也逐渐透过半透膜到达a侧，使a侧浓度升高，水又反向渗透，a液面又高于b液面。因此，a先降后升，b先升后降。由于静水压的作用，当液面最终停止变化时，b侧浓度低于a侧。题后归纳(1)渗透系统的溶液浓度研究渗透作用时溶液浓度是指物质的量浓度而非质量浓度：如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液，质量浓度相同，但葡萄糖溶液的物质的量浓度大，故水由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。(2)渗透现象中液面变化的判断方法半透膜两侧分别为浓度不同的溶液A、B，有以下三种情况：若A侧溶质(如葡萄糖等
7、)可以通过半透膜，B侧溶质不能通过半透膜，则最终B侧液面升高。若A侧和B侧溶质是同种物质且均不能通过半透膜，则浓度高的一侧液面升高。若A、B两侧溶液的溶质均能通过半透膜，则两侧不存在高度差。二、水进出细胞的原理1动物细胞的吸水和失水(1)条件及现象过程条件现象吸水外界溶液的浓度细胞质的浓度失水外界溶液的浓度细胞质的浓度平衡外界溶液的浓度细胞质的浓度(2)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。2植物细胞的吸水和失水(1)成熟植物细胞的结构植物细胞内的液体环境主要是指液泡里面的细胞液。水进出细胞主要是指水经过原生质层进出液泡。(2)成熟植物细胞吸水和失水的方式植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也
8、是通过渗透作用吸水和失水的。(3)植物细胞发生质壁分离与复原的原因3探究植物细胞的吸水和失水实验(1)实验材料：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，具有中央大液泡，细胞液呈紫色，便于观察。(2)实验流程判断正误(1)当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破()(2)植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成()(3)在“探究植物细胞的吸水和失水”实验操作中，共涉及三次显微镜观察，第一次用低倍镜观察，第二、三次用高倍镜观察()答案(1)(2)(3)解析(1)不一定；因为红细胞吸水膨胀后细胞内的溶液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内的溶液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞
9、将不再吸水。(2)植物细胞的原生质层由细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质组成。(3)在该实验操作中，三次都是用低倍镜进行观察。任务二：探究植物细胞的吸水和失水1.现象：将放置一段时间的马铃薯切成如图所示形状，凹槽内倒入一定量清水，一段时间后液面下降；再将适量蔗糖加入凹槽清水中，一段时间后液面上升，试解释上述现象。提示凹槽内注入清水后，由于马铃薯细胞液浓度大于清水，马铃薯细胞吸水，导致清水液面下降；当向清水中加入适量蔗糖后，蔗糖溶液的浓度大于细胞液浓度，细胞失水，一段时间后导致液面升高。2探究植物细胞的吸水和失水(1)提出问题：水分进出细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？(2)作
10、出假设：原生质层相当于一层半透膜。(3)实验设计思路如果假设是正确的，当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞就会失水，液泡体积就会缩小；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会吸水，液泡体积就会增大。所以可以通过液泡体积的大小变化反映水分进出细胞的情况。如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？提示提供蔗糖溶液使细胞外溶液浓度升高，提供清水使细胞外溶液浓度降低。如何看到细胞，需要借助到什么材料和用具？提示利用显微镜观察临时装片。对实验结果作出预测细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化？提示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
11、会变小，发生质壁分离；加入清水后，当细胞液浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水就会透过原生质层进入细胞液，发生质壁分离的复原。(4)实验材料的选择下列细胞中能发生质壁分离的是CEF。A大蒜根尖分生区细胞B人的口腔上皮细胞C菠菜叶肉细胞D蛙的红细胞E洋葱鳞片叶外表皮细胞F洋葱鳞片叶内表皮细胞若该细胞代表紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，则有色区域在7(用图中数字表示)；若是黑藻叶肉细胞，则有色区域在5(用图中数字表示)；若是洋葱鳞片叶内表皮细胞做实验材料，为使实验结果方便观察，外界溶液中滴加了胭脂红染色剂，则有色区域在6(用图中数字表示)。(5)实验结果分析将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞放在质量浓度为
12、0.3 g/mL的蔗糖溶液中，一段时间后，该细胞的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？提示颜色逐渐变深。吸水能力逐渐增强。有位同学错取了质量浓度为3 g/mL的蔗糖溶液，发现细胞发生了质壁分离，给临时装片滴加清水并引流后几乎没有观察到质壁分离复原现象，分析原因可能是什么？提示蔗糖溶液浓度太高，细胞因过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原。实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？提示观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的细胞状态形成对照。(6)拓展应用用物质的量浓度为2 molL1的乙二醇溶液和2 molL1的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到
13、其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)体积变化情况如图所示。请回答：2 min后，不同于处于2 molL1的蔗糖溶液中的细胞，处于2 molL1的乙二醇溶液中的细胞自动发生了质壁分离复原现象，发生该现象的原因是乙二醇分子进入细胞内，引起细胞液的浓度增大，细胞吸水使质壁分离自动复原。当质壁分离复原后，此时细胞液的浓度大于或等于外界溶液浓度。细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。现提供紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液的浓度相当于多少质量浓度的蔗糖溶液。写出你的实验思路。提示可以配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液，将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶
14、液中，适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，据此推算出细胞液的浓度应介于这两个浓度之间。1质壁分离及复原现象发生的条件(1)从细胞角度分析死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞)不发生质壁分离及复原现象。具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。(2)从溶液角度分析在一定浓度的溶液(溶质不能透过膜)中只发生质壁分离现象，不能发生自动复原现象(只有用清水或低渗溶液处理，方可复原)。在一定浓度的溶液(溶质可透过膜)中发生质壁分离后可自动复原，如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液
15、等。在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原，因为溶液浓度过高，细胞会因过度失水而死亡。盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。2质壁分离及复原现象的拓展应用 (1)判断细胞的活性待测细胞蔗糖溶液(2)测定细胞液浓度的范围待测细胞一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检，细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间。(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，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短判断细胞液浓度的大小(时间越短，细胞液浓度越小)。(4)鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)成熟植物细胞不同种类溶液3如图1为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离的实验结果图，图2为质壁分离及其复原实验流程图。下列说法正确的是()A图1细胞若继续发生质壁分离，则
