4-1 物质跨膜运输的实例(教学案)

4-1 物质跨膜运输的实例
一、 教学目标
1.举例说出细胞膜是选择透过性膜。
2.尝试提出问题，作出假设。
3.进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作。
二、教学重点和难点
1.教学重点
举例说出细胞膜是选择透过性膜。
2.教学难点
尝试提出问题，作出假设。
三、教学策略
建议本节用两课时完成。
由“问题探讨”引入，可以从“扩散”迁移到“渗透”。回忆细胞膜制备的实验，分析教材给出的“水分进出哺乳动物红细胞的状况”，认识动物细胞的吸水和失水就不困难了。
探究植物细胞的吸水和失水重在做好引导。在细胞的吸水和失水问题上，植物细胞与动物细胞应该相近吗？如果相近，植物细胞又有什么与动物细胞的不同之处呢？这就需要探究活动来解决了。探究活动顺利，得出结论也就不难。要通过实验认识到水分子可以自由进出细胞膜，并且是顺相对含量的梯度进行的，为第3节作铺垫。
资料分析提供的素材是为了帮助学生了解细胞对无机盐离子的吸收。讨论题试图引导学生归纳出两点：一是细胞对无机盐离子的吸收不一定都是顺相对含量梯度的（为第3节作铺垫）；二是细胞吸收物质是有选择性的，说明细胞膜具有选择通透性。组织好学生的讨论对于突出整节重点并突破难点非常关键。可以先留一段时间让学生分小组讨论，然后小组代表发言，教师帮助引导和归纳。这对教师的要求较高，既要求教师充分了解学生、有较好的预见性和快速灵活的应变能力，又要求教师有较强的课堂把握能力和归纳能力。
关于本节的“探究”，指导如下。
新鲜洋葱鳞茎外表皮（紫色洋葱最好）是进行此项实验的较理想材料。它既容易被剥离而制成临时装片，又很容易在显微镜下观察。实践证明：质量分数为30%的蔗糖溶液很容易使洋葱鳞茎外表皮细胞发生质壁分离，短时间内对细胞的伤害很小；而清水又可使质壁分离得到复原。
植物细胞的质壁分离和复原证明水分子是可以出入细胞膜（在本实验中是原生质层，下同）的物质；而且水分子进出细胞的方向取决于细胞膜两边溶液的浓度，细胞吸水和失水是水分子顺相对含量梯度进行跨膜运输的过程。同时也证明细胞膜是选择透过性膜，因为，蔗糖分子并未如水分子那样进出细胞膜。
探究活动材料和仪器的准备包括：质量分数为30%的蔗糖溶液、新鲜紫色洋葱鳞茎、解剖刀或刀片、尖嘴镊、载玻片、盖玻片、小滴管、吸水纸、显微镜等。
以下操作可供参考。
1.剥取洋葱鳞茎的鳞片叶，外表皮紫色较浓的更好。用解剖刀或刀片在叶片外表皮划一0.5 cm见方的“井”字。
2.用尖嘴镊从“井”字中央的一角小心地将洋葱鳞片叶外表皮撕下，平铺在载玻片中央。
3.用小滴管在表皮上滴一滴质量分数为30%的蔗糖溶液，盖上盖玻片。用吸水纸吸去多余液体。
4.在显微镜下观察，可见原生质缓慢收缩，逐渐出现与细胞壁分离的现象，直到原生质收缩成球状小团，与细胞壁完全分开。
5.在盖玻片的一侧滴加清水，用吸水纸在盖玻片的另一侧吸收，使清水置换蔗糖溶液。
6.在显微镜下观察，可见质壁分离现象缓慢复原。
实验记录：
中央液泡大小
原生质层的位置
细胞大小
蔗糖溶液
变小 原生质层脱离细胞壁 基本不变
清水
逐渐恢复原来大小 原生质层恢复原来位置 基本不变
四、答案和提示
（一）问题探讨
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。
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透，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。
（二）思考与讨论
1.红细胞内的血红蛋白等有机物一般不能透过细胞膜。
2.红细胞的细胞膜相当于“问题探讨”中的半透膜。
3.当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞一般会因持续吸水而涨破。
4.红细胞吸水或失水的多少主要取决于红细胞内外浓度的差值。一般情况下，差值较大时吸水或失水较多。
（三）资料分析
1.在培养过程中，水稻吸收水分及其他离子较多，吸收Ca2+、Mg2+较少，结果导致水稻培养液里的Ca2+、Mg2+浓度增高。
2.不同作物对无机盐的吸收是有差异的。
3.水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输并不都是这样，这取决于细胞生命活动的需要。
4.细胞对物质的吸收是有选择的。这种选择性具有普遍性。
（四）练习
基础题
1.√。 2.√。 3.×。
拓展题
提示：农业生产上的轮作正是针对不同作物根系对矿质元素的选择性吸收而采取的生产措施。如果长期在同一块田里种植同种作物，地力就会下降（俗称伤地），即某些元素含量下降，这样就会影响作物的产量。
五、参考资料
水势与植物细胞吸水
细胞吸水有三种方式：未形成液泡的细胞，靠吸涨作用吸水；液泡形成以后，细胞主要靠渗透作用吸水；与渗透作用无关的代谢性吸水。在这三种方式中以渗透作用吸水为主。渗透作用是水分进出细胞的基本过程，而且水分移动需要能量做功。根据热力学原理，系统中物质的总能量可分为束缚能和自由能，束缚能是不能转化为用于做功的能量，而自由能是在温度恒定的条件下用于做功的能量。一种物质每摩尔的自由能就是该物质的化学势，衡量水分反应或转移能量的高低，用水势表示。水溶液的化学势与同温同压同一系统中的纯水的化学势之差除以水的偏摩尔体积所得的商，称为水势。
纯水的自由能最大，水势也最高。溶液中的溶质颗粒降低了水的自由能，所以溶液中水的自由能要比纯水低。将纯水的水势定为零，溶液的水势就成为负值。溶液越浓，水势越低。在一个渗透系统中，水移动方向决定于半透膜两边溶液的水势高低。水势高的溶液的水，流向水势低的溶液。水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象，称为渗透作用。一个成长植物细胞的细胞壁主要是由纤维素分子组成的，它对水和溶质是全通透的。而细胞膜和液泡膜都是半透膜，实际上可以把包括细胞膜、细胞质和液泡膜在内的原生质层当做一个半透膜来看待。液泡里的细胞液具有一定的水势。这样，细胞液、原生质层和环境中溶液之间，便会发生渗透作用。当环境中溶液的水势高，而液泡中细胞液的水势低时，环境中溶液所含的水就会进入细胞中。当然，细胞吸水不仅仅与水势有关，还受到其他因素的影响。