(共59张PPT)
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界溶液
细胞液浓度
浓度
导致渗透失水
(2)内因/原生质层相当于一层半透膜
细胞壁的伸缩性小于原生质层→>导致质壁分离
制作装片制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装
低倍镜观察
液泡,原
层紧贴细胞
蔗糖溶
在盖玻片的一侧滴加蔗糖溶液
在另一侧用吸水纸吸引
低倍镜观察」观察液泡大小和原生质层的
在
侧滴加清水,在另
吸水纸
低倍镜观察」|观察液泡
生质层的位置
渗透作用的一是要有半透膜;
两个条件
是要有浓度差
水进出
细胞的
动物细胞吸水会膨胀,甚至涨破
失水会皱缩
原理
植物细胞人失水会发生质壁分离
吸水会发生质壁分离复原
实验材料:紫色洋葱鳞
被动
片叶外表皮细胞
运输
观察质壁
分离及复
实验原理:植物细胞的
原实验
原生质层相当于一层
半透膜;细胞壁的伸
缩性比原生质层小
自由扩散_膜两侧浓度差决定运输速率
分类
协助扩教人运输速率由膜两侧浓度差
和转运蛋白数量共同决定被动运输
新课程标准 核心素养
1.说出渗透作用发生的条件。2.分析质壁分离与复原的原理和过程。3.说明两种被动运输方式的异同。 1.生命观念——感悟正常的物质进出对细胞代谢的重要意义，认同生物体的结构和功能相适应的特点。2.科学探究——通过对探究植物细胞的吸水和失水实验的设计和操作，进一步掌握探究类实验的设计思路，提升实验操作能力。
知识点(一)水进出细胞的原理
1．渗透作用
(1)含义：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。
(2)方向：从水相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。
2．水进出动物细胞(以哺乳动物红细胞为例)
(1)动物细胞所形成的“渗透装置”
①半透膜：细胞膜。
②浓度差：细胞质与外界溶液之间的浓度差。
(2)现象
①当外界溶液浓度大于细胞质的浓度时，细胞失水。
②当外界溶液浓度等于细胞质的浓度时，水分子进出平衡。
③当外界溶液浓度小于细胞质的浓度时，细胞吸水。
3．水进出植物细胞(以成熟植物细胞为例)
植物细胞所形成的“渗透装置”
(1)半透膜(原生质层)：细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
(2)浓度差：细胞液与外界溶液之间的浓度差。
(1)达到渗透平衡时，半透膜两侧的水分子进行的是双向运动。(√)
(2)动物细胞和植物细胞放在蒸馏水中会吸水涨破。(×)
(3)植物细胞壁是全透性的，其作用是保护和支持细胞。(√)
(4)原生质层由细胞壁、细胞膜、液泡膜及所有细胞质组成。(×)
1．(科学探究)结合下图分析渗透现象发生的条件和原理。
(1)如果用纱布代替玻璃纸(半透膜)，漏斗管内液面还会升高吗？
提示：不会，因为纱布是全透性的，水分子和蔗糖溶液都能通过。
(2)如果烧杯内不是清水，而是同浓度的蔗糖溶液，漏斗液面还会升高吗？
提示：液面不会升高，因为半透膜两侧溶液的浓度相等，单位时间内由烧杯进入漏斗内的水分子等于由漏斗进入烧杯内的水分子。
(3)渗透作用发生的条件是什么？
提示：具有半透膜和浓度差。
2．(社会责任)应用“动物细胞的吸水和失水”的原理解释：为什么静脉注射时要将药物加到0.9%的NaCl溶液中？
提示：因为人体血浆的渗透压与NaCl浓度为0.9%的生理盐水渗透压相当，用这种浓度的注射液不会改变动物细胞的形态。
1．渗透装置图解
2．当液面上升到一定程度时，液面不再升高的原因
分析如图可知：漏斗中的液面高于水槽中的液面，液面差为H1，由于水槽中与漏斗中的液体具有浓度差，即渗透压差，所以水分子有进入漏斗的趋势；但是H1 产生的压强与渗透压的平衡使半透膜两侧水分子的交换速率相同时，液面不再升高。
3．动植物细胞都是渗透系统
1．半透膜对淀粉和葡萄糖的通透性不同(如图1)，图2设计的是证明图1物质扩散成立的实验装置。下列有关叙述正确的是( )
A．图甲中水柱a将持续上升
B．图甲中水柱a将保持不变
C．图乙中水柱b将保持不变
D．图乙中水柱b将先上升后下降
解析：选D 图1表明淀粉不能透过半透膜，葡萄糖可以透过半透膜；图甲中由于半透膜两侧浓度差的存在，水柱a会上升，到一定高度后，半透膜两侧水分子进出达到平衡状态，水柱a保持不变，A、B错误；图乙中开始时由于半透膜两侧浓度差的存在，水柱b会上升，之后由于葡萄糖可以透过半透膜，缩小了半透膜两侧的浓度差，水柱b会下降，C错误，D正确。
2．下图甲是渗透作用装置示意图，乙、丙两曲线图的横坐标代表时间，下列叙述不正确的是( )
A．图甲所示装置中漏斗内溶液的浓度变化可用曲线丙表示
B．水分子由半透膜外进入半透膜内的速率变化可用曲线乙表示
C．漏斗管内的液面高度变化可用曲线丙表示
D．半透膜内外溶液的浓度差可用曲线乙表示
解析：选A 开始时，漏斗内为质量分数为30%的蔗糖溶液，漏斗外为蒸馏水，漏斗内溶液浓度高于漏斗外溶液浓度，水分子整体表现为由膜外进入膜内，蔗糖溶液浓度降低，直至平衡，可用曲线乙表示，A错误。开始时，半透膜两侧浓度差大，水分子进入半透膜内的速率较大，随着水分子不断进入膜内，半透膜两侧的浓度差越来越小，半透膜内外液面的高度差越来越大，当高度差产生的压强等于膜两侧的渗透压之差时，半透膜两侧达到渗透平衡，该过程中水分子进入半透膜的速率和半透膜两侧的浓度差逐渐下降，直至平衡，均可用曲线乙表示，B、D正确。随着水分子的进入，漏斗管内的液面逐渐上升，达到渗透平衡时停止，可用曲线丙表示，C正确。
知识点(二)探究植物细胞的吸水和失水
1．实验原理
2．实验过程
3．实验现象
- 加蔗糖溶液 加清水
中央液泡大小 变小 恢复原状
液泡颜色 变深 变浅
原生质层的位置 与细胞壁分离 与细胞壁紧贴
细胞大小 基本不变 基本不变
(1)动物细胞不能发生质壁分离现象。(√)
(2)质壁分离的过程中，细胞的失水速率逐渐加快。(×)
(3)用0.5 g/mL的蔗糖溶液与用0.3 g/mL的蔗糖溶液进行实验，实验现象可能不同。(√)
(4)用适宜浓度的蔗糖溶液与用适宜浓度的KNO3溶液处理成熟植物细胞，实验现象相同。(×)
1．(科学探究)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，以便与处理后的状态形成对照。
2．(社会责任)在农业生产中有“肥大烧苗”的说法，请用你学到的知识解释其中的生物学原理。
提示：施肥过多会导致土壤溶液浓度过大，植物根部细胞失水过多，植株缺水而萎蔫。
1．质壁分离及复原发生的条件
(1)从细胞角度分析
①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。
②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
①在一定浓度(溶质不能透过膜)的溶液中只会发生质壁分离现象，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)。
②在一定浓度(溶质可透过膜)的溶液(如KNO3、甘油等)中可发生质壁分离后自动复原现象。
③在高浓度溶液中可发生质壁分离现象，但不会发生质壁分离复原现象。
2．质壁分离及复原实验的应用
(1)判断细胞的死活
(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,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)。
1．在“观察植物细胞的质壁分离和复原”的实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片进行了三次观察(如下图所示)。下列有关叙述错误的是( )
A．第二次吸水纸的作用是引导蒸馏水在盖玻片下流动，使植物细胞完全浸润在蒸馏水中
B．若第一次滴加的液体是适宜浓度的乙二醇，不用滴加清水也能观察到质壁分离的复原
C．第一次显微镜观察主要是观察紫色液泡的大小以及原生质层的位置
D．用质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液完成该实验，效果更好
解析：选D 第二次吸水纸的主要作用是吸引蒸馏水在盖玻片下流动，使植物细胞完全浸润在蒸馏水中，使细胞发生质壁分离复原，A正确；乙二醇可以通过自由扩散的方式进入细胞，若第一次滴加适宜浓度的乙二醇，则细胞发生质壁分离后可自动复原，B正确；第一次显微镜观察植物细胞的正常形态，主要是观察紫色液泡的大小以及原生质层的位置，C正确；质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液会使细胞因失水过多而死亡，D错误。
2．如图是植物细胞某种生理过程的实验图解，下列说法正确的是( )
A．农民施肥后发现有“烧苗”现象与图乙过程相似
B．2、3、4构成了该细胞的原生质层
C．该细胞的失水和吸水主要取决于细胞质与外界溶液的浓度差
D．蔗糖分子可进入1和3
解析：选B 农民施肥后发现有“烧苗”现象，原因是植物根细胞在高浓度的土壤溶液中失水，与图甲过程相似，A错误；原生质层包括细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质，即图中的2、3、4，B正确；该细胞的失水和吸水主要取决于细胞液与外界溶液的浓度差，C错误；由于细胞壁具有全透性，细胞膜具有选择透过性，故蔗糖分子可进入1，但是不能进入3，D错误。
知识点(三)被动运输
1．概念：物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。
2．类型
比较项目 自由扩散(也叫简单扩散) 协助扩散(也叫易化扩散)
定义 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式
运输方向 高浓度→低浓度 高浓度→低浓度
是否需要转运蛋白 不需要 需要
是否消耗能量 不消耗 不消耗
举例 ①气体：O2、CO2、NH3等②固醇、甘油、脂肪酸等③乙醇、苯等 葡萄糖进入红细胞
H2O
图例
3．影响因素
(1)膜内外物质浓度梯度的大小。
(2)某些物质的运输速率还与转运蛋白的数量有关。
(3)温度变化会影响物质运输速率。
(1)细胞膜可以让水分子自由通过。(√)
(2)小分子、离子通过细胞膜的方式可能不同。(√)
(3)甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。(×)
(4)具有半透性的结构都具有选择透过性。(×)
1．(生命观念)试从物质运输动力角度分析，为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输？
提示：自由扩散和协助扩散的物质运输动力都是物质浓度差，都是顺浓度梯度进行的，不需要消耗能量，所以统称为被动运输。
2．(科学思维)转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两种类型，二者的区别是什么？
提示：载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变；通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过，分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白相结合。
1．膜上的两种转运蛋白
名称 转运对象 特点
载体蛋白 与自身结合部位相适应的分子或离子 每次转运时都会发生自身构象的改变
通道蛋白 与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子 转运分子不需要与通道蛋白结合
2．转运蛋白的特性
(1)专一性：一种转运蛋白在对细胞内外物质进行运输时只能对应地运送唯一的一种或性质非常相近的一类物质。
(2)饱和性：细胞膜上的转运蛋白数量有限，在运输过程中当所有转运蛋白都已承担相应的运输任务时，运输的速度不再因其他条件而加快。
[特别提醒]
(1)被动运输中“高浓度”和“低浓度”是指运输的离子和小分子本身的浓度，而不是它们所处溶液的浓度。
(2)两种运输方式的动力均来自细胞内外物质的浓度差，此外协助扩散还与转运蛋白的种类和数量有关。
(3)被动运输的速率还与被运输物质分子的大小及其脂溶性程度等有关。分子越小、脂溶性越强，运输速率越快。
(4)水分子可以通过自由扩散方式进出细胞，也可以借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞。
1．下图表示与自由扩散、协助扩散有关的图例或曲线。下列选项中对应正确的是( )
A．肺泡上皮细胞吸收氧气——①④
B．人的成熟红细胞吸收葡萄糖——②③
C．甘油进出细胞——①③
D．肌肉细胞吸收水——②④
解析：选C ①②表示两种跨膜运输方式，分别是自由扩散、协助扩散，③④表示两种影响因素曲线，分别对应自由扩散、协助扩散。肺泡上皮细胞吸收氧气是自由扩散，对应①③；人的成熟红细胞吸收葡萄糖属于协助扩散，对应②④；甘油进出细胞属于自由扩散，对应①③；肌肉细胞吸收水的方式是自由扩散和协助扩散，对应①②③④。
2．下面A、B是两种被动运输方式的转运速率和细胞外浓度之间的关系曲线。据图回答下列问题：
(1)图A表示的转运方式是________，其转运速率主要取决于________。
(2)图B表示的方式若是协助扩散，那么ab段的限制因素是________，bc段的限制因素是________________。
(3)请在C图中画出被动运输的转运速率和细胞能量供应的关系曲线。
(4)下列物质中，以方式A进行转运的有________；以方式B进行转运的有________。
①O2和CO2进出肺泡
②甘油和乙醇被小肠上皮细胞吸收
③红细胞吸收血液中的葡萄糖
④胆固醇进入肝细胞
解析：(1)分析可知，图A表示的转运方式为自由扩散，其转运速率主要取决于细胞内外物质的浓度差。(2)图B表示的转运方式若是协助扩散，那么ab段的限制因素是细胞内外物质的浓度差，bc段转运速率不再增加，说明限制因素不再是浓度差，而是转运蛋白的数量。(3)被动运输不需要消耗能量，因此，物质转运速率不会随能量的增加而改变，图见答案。(4)①O2和CO2进出肺泡为自由扩散。②甘油和乙醇被小肠上皮细胞吸收为自由扩散。③红细胞吸收血液中的葡萄糖为协助扩散。④胆固醇进入肝细胞为自由扩散。故以方式A (自由扩散)转运的有①②④；以方式B (协助扩散)转运的有③。
答案：(1)自由扩散 浓度差
(2)浓度差 转运蛋白的数量
(3)
(4)①②④ ③
[易错提醒]
不能正确判断、区分物质跨膜运输方式，没有掌握不同的跨膜运输方式的实例，是此类题的解题误区。解答时应注意：不需要载体蛋白协助就能通过细胞膜进出细胞的运输方式是自由扩散，水分子、气体分子和脂溶性小分子有机物均可以通过自由扩散方式进出细胞。
[要语必背·网络构建]
一、要语必背
1．有关渗透作用的易错点
(1)水分子的移动是双向的，但由低浓度溶液流向高浓度溶液的水分子数多。
(2)渗透现象的实验中，观察指标为漏斗内液面变化，不能用烧杯液面变化作为描述指标，原因是其现象不明显。
(3)渗透平衡≠浓度相等。渗透平衡只意味着半透膜两侧溶剂(水)分子的移动达到平衡状态，既不可看作没有溶剂(水)分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。
2．选择透过性膜
具有选择透过性是生物膜的功能特性，此特性与细胞的生命活动密切相关，是活细胞的一个重要特征。细胞膜、原生质层和其他生物膜等具有选择透过性的结构基础是膜上载体蛋白的种类和数量不同。
3．自由扩散与协助扩散的异同
相同点：①顺浓度梯度跨膜运输；②不消耗细胞中化学反应释放的能量。
区别：协助扩散需要载体蛋白，而自由扩散不需要载体蛋白。
4．载体蛋白与通道蛋白的区别
通道蛋白与载体蛋白之间的根本区别在于它们辨别溶质的方式。通道蛋白主要根据分子的大小和电荷进行辨别：如果通道蛋白呈开放状态，那么足够小的和带有适当电荷的粒子，就有可能通过通道，如同“通过一扇敞开着但又狭窄的活动门”。而载体蛋白对运输物质的选择性要比通道蛋白强很多，它具有高度的选择性，即一种载体只能运输一种类型的分子，这与载体上特定的位点有关，这种位点只能与特定的分子结合，而且这种结合是暂时的，可分离的。
二、网络构建
1．某同学为探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置，开始时烧杯内的液面和长颈漏斗内的液面相平。在长颈漏斗内液面上升的过程中( )
A．液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定
B．水分子通过半透膜从蔗糖溶液向清水扩散的速率逐渐减慢
C．当半透膜两侧液体浓度相等时，水分子不再通过半透膜扩散
D．当半透膜两侧水分子进出速率相等时，长颈漏斗内液面最高
解析：选D 实验开始时，由于单位体积清水中水分子数量多于蔗糖溶液，因此，水分子通过半透膜扩散进入蔗糖溶液的速率大于由蔗糖溶液扩散进入清水中的速率；随着水分子进入漏斗内量的增多，蔗糖溶液浓度下降，同时由于漏斗液面升高与烧杯中液体形成的压力差增加，水分子扩散进入漏斗内的速率下降，而反方向水分子扩散速率升高；当水分子在半透膜两侧进出速率相等时，漏斗内液面达到最高并停止上升，即最终液面上升的速率变为0。
2.如右图所示，U型管底部中央放置一半透膜(不允许溶质分子透过)。a液和b液原先体积相同，由于浓度不同，后来产生一个高度差ΔH。请问ΔH主要取决于( )
A．a液和b液的溶质分子大小
B．a液和b液所在管的粗细
C．a液和b液的溶剂是否相同
D．a液和b液的浓度差大小
解析：选D 半透膜两侧溶液的浓度差越大，水分子进入浓度高的一侧的数量越多，产生的液柱高度差越大。
3．在物质进出细胞的方式中，自由扩散区别于协助扩散的是( )
A．由高浓度向低浓度扩散
B．需要转运蛋白
C．由低浓度向高浓度扩散
D．不需要转运蛋白
解析：选D 自由扩散与协助扩散的相同之处是物质顺浓度梯度(高浓度→低浓度)跨膜运输，同时均不消耗能量；不同之处表现在自由扩散不需要转运蛋白，而协助扩散需要转运蛋白。
4．将同一植物的相同细胞分别浸在蒸馏水、0.3 g/mL的蔗糖溶液和0.4 g/mL的KNO3溶液中，测得细胞的体积随时间的变化曲线如下图所示，则曲线a、b、c分别代表细胞所处的溶液是( )
A．蒸馏水、蔗糖溶液、KNO3溶液
B．KNO3溶液、蒸馏水、蔗糖溶液
C．蒸馏水、KNO3溶液、蔗糖溶液
D．蔗糖溶液、KNO3溶液、蒸馏水
解析：选C 题中所述几种溶液中，蒸馏水的浓度最低，远小于细胞液的浓度，细胞吸水有膨胀的趋势，对应曲线a。在0.3 g/mL的蔗糖溶液，由于蔗糖是大分子，不能进入细胞液，蔗糖溶液浓度大于细胞液的浓度，细胞失水发生质壁分离，对应曲线c。在0.4 g/mL的KNO3溶液中，开始时发生质壁分离，然后由于细胞吸收K＋和NO，使细胞液浓度增大，细胞吸水，发生质壁分离复原，对应曲线b。
5．下表为甲同学用某浓度KNO3溶液进行质壁分离实验时所测得的数据，下图为乙同学用另一浓度的KNO3溶液进行质壁分离实验时所绘制的曲线图，下列分析正确的是( )
时间(min) 2 4 6 8 10
原生质体相对大小 90% 60% 30% 30% 30%
A．乙同学的实验进行到T2时观察不到质壁分离现象，此时细胞液浓度一定等于外界溶液浓度
B．乙同学在实验进行到T1时可观察到质壁分离现象，此时细胞液浓度一定小于外界溶液浓度
C．甲同学实验进行到8 min时质壁分离达到平衡，滴加清水后发生质壁分离复原
D．甲同学所用溶液浓度要大于乙同学所用溶液浓度
解析：选D 乙同学在实验进行到T2时观察不到质壁分离现象，但此时细胞液浓度等于或大于外界溶液浓度；乙同学在实验进行到T1时，观察到细胞质壁分离正在复原，所以细胞液浓度大于外界溶液浓度；甲同学实验进行到4～6 min时，质壁分离达到平衡，但由于KNO3溶液浓度过高，甲同学所做实验结果是细胞死亡，不能发生质壁分离复原，而乙同学所做实验结果是发生了质壁分离复原，所以甲同学所用溶液浓度要大于乙同学所用溶液浓度。
6．成熟的植物细胞在较高浓度的外界溶液中，会发生质壁分离现象，图a是发生质壁分离的植物细胞，图b是显微镜下观察到的某一时刻的图像。请据图回答下列问题：
(1)图a中细胞的质壁分离指的是细胞壁和__________的分离，后者的结构包括[ ]和[ ]以及二者之间的细胞质。
(2)植物细胞发生质壁分离所需的外界条件是___________________________________，植物细胞自身应具备的结构特点是_______________________________________________。
(3)图b是某同学观察植物细胞质壁分离与复原实验时拍下的显微照片，此时细胞液浓度与外界溶液浓度的关系是________________________________________________________。
(4)将形状、大小相同的红心萝卜A和红心萝卜B切条各5段，分别放在不同浓度的蔗糖溶液(甲～戊)中，一段时间后，取出红心萝卜的切条称重，结果如图c所示，据图分析：
①红心萝卜A比红心萝卜B的细胞液浓度________。
②在甲蔗糖溶液中加入适量的清水，一段时间后红心萝卜A的细胞液浓度会________。
解析：(1)原生质层包括[②]细胞膜和[④]液泡膜以及二者之间的[⑤]细胞质。(2)植物细胞发生质壁分离的外界条件是外界溶液浓度大于细胞液浓度，而植物自身具备的结构特点是原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性，并具有大液泡。(3)在观察植物细胞质壁分离与复原实验中，当细胞处于质壁分离状态时，细胞可能正在发生质壁分离过程，也可能质壁分离完成，细胞原生质层大小处于相对静止状态，还可能处于质壁分离的复原过程中，因此，细胞液浓度与外界溶液浓度的关系是细胞液浓度大于、等于或小于外界溶液浓度。(4)由图中两种红心萝卜的质量变化结果可知，甲～戊五种蔗糖溶液的浓度大小关系为丙＜戊＜甲＜丁＜乙，甲为红心萝卜A的等渗溶液，戊为红心萝卜B的等渗溶液，因此红心萝卜A比红心萝卜B的细胞液浓度高。在甲蔗糖溶液中加入适量的清水，溶液浓度降低，红心萝卜A吸水，一段时间后，细胞液浓度降低。
答案：(1)原生质层 ② ④ (2)外界溶液浓度高于细胞液浓度 原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性，具有大液泡 (3)细胞液的浓度可能大于、等于或小于外界溶液的浓度 (4)①高 ②降低
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