第4章 第1节 第1课时 水进出细胞的原理（共44张PPT1个视频）高中生物学人教版（2019）必修一

(共44张PPT)
1
第1节第1课时
水进出细胞的原理
第4章　细胞的物质输入和输出
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。
成分 血浆/g.L-1 原尿/g.L-1 终尿/g.L-1
水 900 980 960
蛋白质 70~90 0.3 ——
葡萄糖 1.00 1.00 ——
Na+ 3.3 3.3 3.5
K+ 0.2 0.2 1.5
Cl- 3.70 3.70 6.00
尿素 0.30 0.30 18.00
氨 0.001 0.001 0.40
原尿中各种物质在肾小管和集合管等部位被选择吸收后，最终成为终尿排出体外。原尿中各种物质在肾小管和集合管等部位吸收的量不同，终尿中的比例差距很大。
1.渗透作用
一段时间后
扩散：分子从高浓度一侧向低浓度一侧运动的现象。
渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。
图1 扩 散
图2 渗 透
半透膜
渗透作用特指水分子或其它溶剂分子的扩散，而且是通过半透膜的扩散
1.渗透作用
从扩散和渗透作用的示意图中，可以看出两种方式有什么异同吗？
半透膜
蔗糖分子
水分子
1.漏斗管内的液面为什么会升高
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。
活动1
思考讨论
2.如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？
蔗糖溶液
清水
不会，因为管内的水柱产生的压力会加快漏斗中的水分向外扩散的速度，最终膜两侧水分扩散的速度达到平衡，液面不再上升。
活动1
思考讨论
3.当漏斗内溶液不再上升（即渗透平衡）时，半透膜两侧的溶液浓度相同吗
蔗糖溶液
清水
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。
活动1
思考讨论
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？
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？
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等于渗出的水分子数量。
活动1
思考讨论
1.渗透作用具备的两个条件
核心归纳
2.水分子的运动规律
具有半透膜
膜两侧溶液存在浓度差
(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。
核心归纳
2.1 水进出动物细胞的原理
当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，细胞吸水膨胀。
当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，细胞失水皱缩。
当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相同时，细胞形态不变。
红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这些有机物相当于教材P62“问题探讨”所示装置中的什么物质？
红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
血红蛋白是有机大分子物质，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。
是
不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。
活动2
思考讨论
4.红细胞吸水和失水取决于什么条件？
5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？
取决于红细胞内外溶液的浓度差。
一般情况下，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。
因为生理盐水的浓度与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。
活动2
思考讨论
基于红细胞的结构特点及图示结果，你认为水进出红细胞的方式是什么？请说明原因。
是渗透作用。
1.细胞膜相当于半透膜;
2.红细胞中富含大分子的血红蛋白等有机物，不能透过细胞膜，当将其置于低浓度溶液中时，膜两侧存在浓度差。
2.1 水进出动物细胞的原理
请说出植物细胞和动物细胞在结构上的主要区别
液泡
叶绿体
细胞壁
2.2 水进出植物细胞的原理
显微镜下观察多个纤维素分子集结成束，纵横交错构成植物细胞壁
植物细胞壁 全透性
2.2 水进出植物细胞的原理
成熟植物细胞
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
细胞核
2.2 水进出植物细胞的原理
现象：将放置一段时间的马铃薯切成如图所示形状，凹槽内倒入一定量的清水，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。
凹槽内注入清水后，由于马铃薯细胞液的浓度大于清水，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马铃薯细胞液的浓度，马铃薯细胞失水，一段时间后导致液面上升。
活动3
探究·实践
实验目的：
做出假设：
设计实验：
探究水分进出植物细胞是否通过渗透作用
水分通过渗透作用进出植物细胞
活动3
探究·实践
1.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 ，液泡体积就会 ；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会 ，液泡体积就会 。所以可以通过液泡的大小变化反映水分进出细胞。
2.如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？
3.如何看到细胞，需要借助于什么材料和器具？
失水
缩小
吸水
增大
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。
利用显微镜观察临时装片。
活动3
探究·实践
设计实验：
4.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？
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会变小，发生质壁分离；
加入清水后，细胞液浓度大于外界溶液的浓度，外界溶液中的水会透过原生质层进入细胞液，发生质壁分离的复原。
活动3
探究·实践
设计实验：
a.下列细胞中能发生质壁分离的是 。
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
b.若该细胞代表紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，则有色区域在___(用图中数字表示)；若是黑藻叶肉细胞，则有色区域在 (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，外界溶液中滴加了红墨水，则有色区域在 (用图中数字表示)。
CEF
7
5
6
活动3
探究·实践
实验材料：
1.该实验过程共观察了3次，制作临时装片后观察，滴加蔗糖溶液后观察，再次滴加清水后观察。将结果记录在下表中。
第一次观察
滴加蔗糖溶液后观察
再次滴加清水溶液后观察
现象 试剂 中央液泡变化 原生质层位置变化 细胞大小
蔗糖溶液 脱离细胞壁
清水 逐渐恢复原来大小 恢复原位
基本不变
基本不变
变小
活动3
探究·实践
实验结果分析：
2.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？
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。
活动3
探究·实践
实验结果分析：
第一次观察
滴加蔗糖溶液后观察
再次滴加清水溶液后观察
3.紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞在质量浓度为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？
颜色逐渐变深。吸水能力逐渐增强。
活动3
探究·实践
实验结果分析：
第一次观察
滴加蔗糖溶液后观察
再次滴加清水溶液后观察
4.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？
蔗糖溶液浓度太高，细胞过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原。
活动3
探究·实践
实验结果分析：
第一次观察
滴加蔗糖溶液后观察
再次滴加清水溶液后观察
植物细胞发生质壁分离与复原的原因：
内因：
外因：
原生质层相当于一层半透膜
原生质层的伸缩性 > 细胞壁的伸缩性
外界溶液浓度 > 细胞液浓度
(1)植物细胞的原生质层相当于一层半透膜；
(2)植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。
活动3
探究·实践
实验结论：
肾是人体非常重要的器官，但肾衰竭无法正常工作时，体内的废物就无法排出，人就会因中毒而死亡。人工洗肾机就是根据肾脏的工作原理而设计的一种血液透析机器。其中的透析膜是一层半透膜，血细胞和大分子蛋白质不能透过，而葡萄糖、水、无机盐、尿素等物质能自由通过。图中的透析膜相当于肾小球。
1.图甲表示渗透装置示意图，图乙表示图甲中液面上升的高度与时间的关系。下列相关叙述错误的是
A.图甲装置中溶剂分子通过半透膜进行扩散，属于渗透现象
B.图甲中液面不再升高时，c两侧的溶液浓度差为0
C.图甲中的液面不再升高时，仍然有水分子通过c
D.如果将图甲中的c换成纱布，则不会出现图乙中的实验结果
√
2.U形管中装有两种不同的溶液R和S(溶液R为质量分数为10%的蔗糖溶液，溶液S为质量分数为10%的葡萄糖溶液，两种溶质均不能透过半透膜X)，两溶液被一半透膜X隔开，如图所示。当U形管内达到平衡时，液面与浓度的关系应是
A.右侧较高，且平衡时两溶液浓度相等
B.两侧高度相等，浓度相等
C.右侧较高，且平衡时右侧浓度较大
D.左侧较高，且平衡时左侧浓度较大
√
(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：
①若A侧溶质(如葡萄糖等)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。
②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。
③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。
题后归纳
3.某同学做质壁分离与复原实验时，在显微镜下观察到紫色洋葱表皮细胞正处于如图所示的状态。下列叙述错误的是
A.图中结构①的伸缩性小于图中的结构②
B.图中细胞可能正处于质壁分离复原过程中
C.图中细胞结构①②之间充满外界溶液
D.实验中质壁分离前后形成了自身对照
√
4.质壁分离及复原实验中，用质量浓度为2 mol/L的乙二醇溶液和2 mol/L的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的原生质体体积变化情况如下图所示。下列叙述正确的是
A.曲线甲、乙分别表示蔗糖和乙二醇溶液中细胞出现的结果
B.曲线ab段的变化说明细胞外液浓度大于细胞液浓度
C.该种植物细胞可能是洋葱的根尖分生区细胞
D.质壁分离的细胞壁和原生质层之间充满了细胞液
√
5.小蚌兰叶片下表皮细胞的液泡呈紫色，是观察质壁分离与复原现象的良好材料。下表是某实验小组利用小蚌兰叶片下表皮细胞在不同浓度的蔗糖溶液中观察质壁分离和复原现象的结果。据表分析，下列叙述中不合理的是
项目 蔗糖溶液质量浓度/(g/mL) 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
是否发生质壁分离现象 － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
滴入清水后是否复原 － － 是 是 －
注：“－”表示不发生，“＋”表示发生，且“＋”越多表示发生程度越大。
项目 蔗糖溶液质量浓度/(g/mL) 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50
是否发生质壁分离现象 － － ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
滴入清水后是否复原 － － 是 是 －
A.该细胞的细胞液浓度约相当于0.35～0.40 g/mL的蔗糖溶液浓度
B.质量浓度为0.45 g/mL的蔗糖溶液较适合用于观察质壁分离和复原现象
C.当蔗糖溶液质量浓度为0.30 g/mL时，细胞内外无水分子的进出
D.质壁分离的过程中，小蚌兰叶片下表皮细胞的液泡颜色逐渐变深
√
(1)质壁分离及复原现象发生的条件
①从细胞角度分析
a.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。
b.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。所选实验材料的细胞液中最好带有色素，以便于对实验结果的观察。
题后归纳
②从溶液角度分析
a.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)。
b.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溶液等。
c.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现象，因为溶液浓度过高，细胞会因过度失水而死亡。
d.盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适合做质壁分离实验的溶液。
题后归纳
(2)质壁分离及复原现象的拓展应用
①判断细胞的活性
题后归纳
待测成熟植物细胞
一定浓度
蔗糖溶液
镜检
发生质
壁分离
无质壁
分离
活细胞
死细胞
②测定细胞液浓度的范围
题后归纳
待测成熟植物细胞
一系列浓度梯度的蔗糖溶液
镜检
细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的两蔗糖溶液浓度之间
③比较不同植物细胞的细胞液浓度
题后归纳
不同植物细胞
同一浓度蔗糖溶液
镜检
发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大
网络构建