第1節被動運輸第4章2021內容索引0102課前篇自主預習課堂篇探究學習學習目標1.通過探究“植物細胞的吸水和失水”,說明水分子進出植物細胞的原理,闡釋原生質層的選擇透過性與質壁分離及其復原的關系。2.通過對水分子進出細胞方式的探索學習,初步建構被動運輸的概念,能比較自由擴散和協助擴散的異同點。3.通過對被動運輸的具體實例的討論,分析細胞膜的成分、結構與物質跨膜運輸功能之間的關系,嘗試運用物質跨膜運輸的知識解決有關實際問題。課前篇自主預習一、水進出細胞的原理1.原理。細胞吸水和失水的原理是滲透作用,該作用發生須具備兩個條件:要點筆記

半透膜兩側的水分子進行的是雙向運動,而不是單向運動,觀察到的現象是由水分子雙向運動的差異所導致的液面改變。2.動物細胞可以看作一個滲透裝置。動物細胞膜相當于半透膜,若細胞膜內部的細胞質和外側的外界溶液具有濃度差,則動物細胞會發生吸水或失水。3.紅細胞在不同濃度外界溶液中的形態變化。(1)當外界溶液的濃度小于細胞質濃度時,細胞吸水;(2)當外界溶液的濃度大于細胞質濃度時,細胞失水;(3)當外界溶液的濃度等于細胞質濃度時,水分進出細胞處于動態平衡。【微思考】

為什么吃咸瓜子容易使人口干?答案

吃咸瓜子后外界溶液濃度升高,導致口腔上皮細胞失水。預習反饋判斷正誤。(1)植物細胞的細胞液是指細胞內的液體。(

×

)(2)滲透作用中膜兩側溶液的濃度指的是質量分數。(

×

)(3)將動物細胞放入一定濃度的外界溶液中,不能發生滲透作用。(

×

)(4)水分子通過細胞壁的擴散稱為滲透作用。(

×

)(5)細胞膜和液泡膜都相當于半透膜。(√)二、探究植物細胞的吸水和失水1.成熟植物細胞的結構2.質壁分離中的“質”和“壁”分別指植物細胞的原生質層、細胞壁。

【微思考】

當外界溶液濃度大于細胞液濃度時,成熟植物細胞會產生什么現象?答案

細胞失水,發生質壁分離。預習反饋1.判斷正誤。(1)植物細胞的原生質層包括細胞膜、細胞質和細胞核。(

×

)(2)質壁分離過程中水分子運動只能單向進行。(

×

)(3)成熟的植物細胞發生質壁分離過程中,細胞的吸水能力逐漸減小。(

×

)(4)質壁分離是指原生質層與細胞壁分離。(√)2.下圖為兩個大小相同的蘿卜,分別在上面挖一個大小相同的洞,并在洞內各插入一支口徑與洞口相同的玻璃管,甲玻璃管內注入3

mL清水,乙玻璃管內注入3

mL一定濃度的鹽水,一段時間后,兩玻璃管中液面變動情況是(

)A.甲中升高,乙中降低B.甲中降低,乙中先升高后降低C.甲、乙中均降低D.甲、乙中均升高答案

B解析

依據細胞滲透作用原理,甲管下部細胞吸水,使液面下降;開始時,乙管下部細胞失水,使液面升高,但由于細胞可以吸收鈉離子和氯離子,使細胞液濃度增大,一段時間后,細胞液濃度大于乙玻璃管內溶液濃度,乙玻璃管下部細胞可發生質壁分離復原,細胞吸水,液面又下降。三、自由擴散和協助擴散(一)自由擴散和協助擴散1.自由擴散(1)自由擴散又叫簡單擴散,是指物質通過簡單的擴散作用進出細胞。(2)方向:從高濃度一側到低濃度一側。(3)條件:不需要轉運蛋白,也不需要消耗細胞內化學反應產生的能量。(4)舉例:氧氣、二氧化碳、甘油、乙醇、苯等進出細胞。2.協助擴散(1)協助擴散又叫易化擴散,是指借助膜上的轉運蛋白進出細胞的物質擴散方式。(2)方向:從高濃度一側到低濃度一側。(3)條件:需要轉運蛋白的協助,轉運蛋白有載體蛋白和通道蛋白兩種。(二)人類對通道蛋白的探索歷程

時間/科學家觀點或成果1950年發現水分子在通過細胞膜時的速率高于通過人工膜1988年,阿格雷成功分離出水通道蛋白20世紀60年代提出植物細胞中存在鉀離子通道1998年,麥金農解析了鉀離子通道蛋白的立體結構預習反饋判斷正誤。(1)水分子和脂質分子都可以通過自由擴散進入細胞。(√)(2)自由擴散和協助擴散都不需要轉運蛋白和細胞內化學反應產生的能量。(

×

)(3)在一定濃度范圍內,協助擴散的速率與膜兩側的濃度差成正比。(√)(4)同種物質在不同情況下的運輸方式可能不同。(√)(5)通過通道蛋白協助的一定是協助擴散。(√)(6)水分子進入細胞,主要是通過自由擴散方式進行的。(

×

)(7)載體蛋白和通道蛋白在轉運分子和離子時,其作用機制是一樣的。(

×

)課堂篇探究學習探究點一滲透作用1.結合下圖分析滲透現象發生的條件和原理。

(1)蔗糖溶液液面上升的原因是什么?答案

水分子可以通過半透膜,而蔗糖分子不能通過,單位體積的清水中的水分子含量大于蔗糖溶液中的水分子含量,因此單位時間內由燒杯進入漏斗的水分子數大于由漏斗進入燒杯的水分子數,導致漏斗內液面上升。(2)為什么當液面上升到一定程度時,液面不再上升?答案

漏斗中的液面高于燒杯中的液面,液面差為ΔH,由于燒杯中與漏斗中的液體具有濃度差,即具有滲透壓差,所以水分子有進入漏斗的趨勢。當漏斗內高出燒杯液面的液體產生的壓強與滲透壓處于平衡狀態時,半透膜兩側水分子的交換率(進出)相同,液面不再升高。(3)當液面不再上升時半透膜兩側的濃度相等嗎?答案

不相等。當液面不再上升時半透膜兩側仍存在濃度差。2.【科學思維】

某市一工人在高溫環境下工作數小時中暑,沒有及時就醫,病情加重。后來,該工人被送入醫院,經診治,該工人病情加重的原因是過量飲水導致水中毒。聯系滲透現象分析,為什么短時間內過量喝水會引起水中毒?答案

短時間飲用過量的水,腎臟不能及時將多余的水排出,使得血液被稀釋,血漿的滲透壓降低,引起水中毒?！練w納提升】1.典型滲透裝置的分析(1)半透膜內的溶質不能透過半透膜,水分子可以透過半透膜。(2)若S1溶液濃度大于S2溶液,則單位時間內由S2→S1的水分子數多于由S1→S2的水分子數,外觀上表現為S1液面上升。(3)在達到滲透平衡后,若存在如圖所示的液面差Δh,則S1溶液的濃度仍大于S2溶液。因為液面高的一側形成的壓強,會阻止溶劑由低濃度一側向高濃度一側擴散。2.濃度、滲透壓與吸水力的辨析溶液滲透壓是指溶液中溶質微粒對水的吸引力。溶液滲透壓的大小取決于單位體積溶液中溶質微粒的數目:溶質微粒越多,溶液濃度越高,對水的吸引力越大,溶液滲透壓越高。即濃度高→滲透壓高→吸水力大。細胞液中的溶質微粒和外界溶液中的溶質微粒,哪一側單位體積的溶質微粒數目多,該側的溶液濃度就大,該側滲透壓就高,吸水力就大?！咎骄繎谩?/p>

1.右圖所示為滲透作用實驗裝置,實驗開始時長頸漏斗內外液面平齊,記作零界面。實驗開始后,長頸漏斗內部液面的變化趨勢為(注:坐標原點處表示零界面,膀胱膜不變形)(

)答案

B解析

根據圖示,燒杯中的液體為蒸餾水,長頸漏斗中的液體為蔗糖溶液。故在單位時間內,由燒杯中進入漏斗中的水分子數比由漏斗中進入燒杯中的水分子數多,故開始時液面快速升高;隨著液面升高,漏斗內高出燒杯內液面的液體產生的壓強會阻止水分子向漏斗內擴散;當單位時間內進出漏斗的水分子數相等時,液面不再升高。2.植物體內有三個相鄰的細胞a、b、c,已知它們的細胞液濃度大小關系是a>b>c,那么它們三者之間水分滲透的方向表示正確的是(

)答案

C解析

a的細胞液濃度最大,所以b和c都失水,a吸水;b>c,所以b又從c吸水,C項正確。3.下圖表示滲透作用裝置,一段時間后液面上升的高度為h,其中半透膜為膀胱膜,裝置中溶液A、a起始濃度分別用MA、Ma表示;如果A、a均為蔗糖溶液,且開始時Ma>MA,則達到平衡后MA與Ma的關系是(

)A.MA>Ma

B.MA<Ma

C.MA=Ma

D.不確定答案

B解析

蔗糖分子不能通過半透膜,開始時Ma>MA,水分子從水槽中進入漏斗,達到平衡時,因液面高的一側溶液的壓強大,會阻止水分子由低濃度一側向高濃度一側擴散,故達到平衡后MA<Ma。探究點二探究植物細胞的吸水和失水萎蔫的葉片浸泡在清水中,很快變得硬挺;白菜剁餡放鹽后很快有水分滲出;施肥過多會導致“燒苗”,這些現象都說明植物細胞也會發生滲透吸水或失水。1.實驗原理(1)植物細胞的

相當于半透膜,細胞壁與原生質層具有一定的伸縮性,原生質層的伸縮性

細胞壁的伸縮性。

(2)外界溶液濃度>細胞液濃度→細胞

,原生質層

→發生

。

(3)外界溶液濃度<細胞液濃度→細胞

→已發生質壁分離的細胞發生

現象。

原生質層大于失水收縮質壁分離吸水質壁分離復原2.實驗步驟

紫細胞壁質量濃度為0.3g/mL的蔗糖縮小變深原生質層清水變大變淺細胞壁3.本實驗制作一個臨時裝片,但有三次觀察(見實驗步驟),請分析本實驗的對照設置有什么特點。答案

本實驗的對照設置屬于自身對照。第1次和第2次觀察形成對照,第2次觀察是實驗組;第2次和第3次觀察形成對照,第3次觀察是實驗組?！練w納提升】1.質壁分離的原因和表現2.巧判細胞能否發生質壁分離與復原(1)從細胞角度分析①具有中央大液泡的成熟植物細胞才可發生質壁分離現象。②死細胞、動物細胞及未成熟的植物細胞(如根尖分生區細胞)不發生質壁分離現象。(2)從溶液角度分析①在一定濃度的溶質不能跨膜運輸的溶液中,發生質壁分離現象。②在一定濃度的溶質可跨膜運輸的溶液中,先發生質壁分離,后自動復原,如KNO3溶液等。③在高濃度溶液中質壁分離現象明顯,但不能復原,因為溶液濃度過高,細胞失水過多而死亡。④鹽酸、酒精、醋酸等溶液能殺死細胞,不適于作為質壁分離實驗的溶液。3.質壁分離與質壁分離復原實驗的應用(1)比較不同植物細胞的細胞液濃度不同的植物細胞+同一濃度的蔗糖溶液→觀察細胞吸水后的狀態和質壁分離程度大小→推斷不同植物細胞細胞液濃度的大小。(2)判斷植物細胞的死活只有活的植物細胞才有質壁分離與質壁分離復原現象。(3)測定細胞液的濃度將細胞放入一系列具有濃度梯度的蔗糖溶液中,觀察細胞質壁分離的情況,即可測定該細胞液的濃度范圍。(4)觀察植物細胞的細胞膜光鏡下觀察植物細胞,正常植物細胞的細胞膜很薄,又緊貼細胞壁,不容易看到,質壁分離后,原生質層的最外面即為細胞膜?！咎骄繎谩?.在觀察植物細胞的質壁分離和復原的過程中,某同學在視野中看到生活著的洋蔥表皮細胞正處于如圖所示的狀態。a、b表示該部位的溶液濃度,由此可推測(

)A.a>b,細胞滲透吸水B.a=b,滲透系統保持動態平衡C.a<b,細胞滲透失水D.上述三種情況都有可能答案

D解析

該細胞可能正處于質壁分離過程中,也可能處于質壁分離后的動態平衡過程中,也可能正處在發生質壁分離復原的過程中,D項正確。要透過“現象”看本質,避免先入為主直接認定發生了質壁分離。2.(2021廣東)保衛細胞吸水膨脹使植物氣孔張開。適宜條件下,制作紫鴨跖草葉片下表皮臨時裝片觀察蔗糖溶液對氣孔開閉的影響,下圖為操作及觀察結果示意圖。下列敘述錯誤的是(

)A.比較保衛細胞細胞液濃度,③處理后>①處理后B.質壁分離現象最可能出現在滴加②后的觀察視野中C.滴加③后有較多水分子進入保衛細胞D.推測3種蔗糖溶液濃度高低為②>①>③答案

A解析

由題圖可知,蔗糖溶液①處理保衛細胞后,細胞的氣孔開度變化不大,說明蔗糖溶液①的濃度與保衛細胞的細胞液濃度接近,保衛細胞由初始狀態經過蔗糖溶液③處理后,氣孔開度變大,說明細胞吸水,保衛細胞的細胞液濃度下降,因此③處理后保衛細胞細胞液濃度<①處理后保衛細胞細胞液濃度,A項錯誤,C項正確。用蔗糖溶液②處理細胞后,氣孔開度變小,說明細胞失水,可觀察到質壁分離現象,B項正確。由以上分析可知,蔗糖溶液①可以近似為保衛細胞的等滲溶液,蔗糖溶液②為保衛細胞的高滲溶液,蔗糖溶液③則為保衛細胞的低滲溶液,故三種蔗糖溶液的濃度高低為②>①>③,D項正確。3.某同學在實驗室中做“植物細胞的吸水和失水”實驗時,在老師的幫助下,進行了一系列的創新實驗,實驗步驟和現象如下表:實

驗

組過5

min再過5

min滴加清水后過5

min①質量濃度為0.3g/mL的蔗糖溶液x無變化質壁分離復原②質量濃度為0.5g/mL的蔗糖溶液質壁分離y無變化③物質的量濃度為0.1mol/L的KNO3溶液質壁分離質壁分離復原z④物質的量濃度為1mol/L的醋酸溶液無變化無變化無變化對上表的推斷或解釋不正確的是(

)為質壁分離,因為細胞壁的伸縮性弱于原生質層為細胞稍增大,細胞液顏色稍變淺為質壁分離,滴加清水后無變化,原因可能是細胞失水過多而死亡D.④組無變化是因為細胞吸水量等于失水量答案

D解析

洋蔥表皮細胞在質量濃度為

g/mL的蔗糖溶液中會發生質壁分離現象,而在質量濃度為

g/mL的蔗糖溶液中會因失水過多而死亡。在物質的量濃度為

mol/L的KNO3溶液中,由于K+和

能跨膜運輸,故洋蔥表皮細胞先發生質壁分離后自動復原;K+和

進入細胞內,細胞液濃度增大,因此滴加清水后,細胞吸水,體積稍增大。物質的量濃度為1

mol/L的醋酸溶液會殺死細胞,故在該溶液中細胞無變化。探究點三自由擴散和協助擴散1.比較自由擴散和協助擴散。

方

式自由擴散協助擴散條件能量不需要

轉運蛋白

實

例氧氣、CO2、甘油、乙醇等離子和一些小分子有機物如葡萄糖、氨基酸等運輸方向濃度

的一側→濃度

的一側

不需要不需要需要高低2.為什么自由擴散和協助擴散被稱為被動運輸?答案

因為自由擴散和協助擴散不需要消耗細胞內化學反應釋放的能量,由膜內外物質濃度高低直接影響轉運的方向和速度。3.協助擴散需要轉運蛋白的協助,轉運蛋白有什么特點?答案

轉運蛋白分為載體蛋白和通道蛋白兩種類型。載體蛋白只能轉運與自身結合部位相適應的分子或離子,轉運時自身構象會發生改變;通道蛋白只容許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的分子或離子通過,且不與其結合。【歸納提升】比較通道蛋白和載體蛋白轉