人教版 生物必修一 3.1 细胞膜——系统的边界
教学设计
一、教学目标
1．知识目标：简述细胞膜的成分和功能。
2．能力目标：尝试制备细胞膜的实验，体验制备细胞膜的方法。运用显微镜观察和制作临时装片。
3．情感目标：探讨问题并分析实验结果，养成科学探究的能力。
二、教学重点难点
1．教学重点
（1）细胞膜的成分和功能
（2）实验技能的巩固提高
2．教学难点
（1）用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法
（2）理解细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义
三、教学方法
讲授与学生讨论相结合、问题引导法、资料分析法
四、课时安排：1课时
五、教学过程
情境导入
著名的生物学家翟中和院士说：“我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧！”为什么一个细胞会比智能电脑更精巧呢？细胞到底有什么精巧之处？它的精巧会不会与其结构有关呢？
今天我们就来学习第三章——细胞的基本结构
教师：同学们都知道我国的地图像一只雄鸡，这只雄鸡是靠什么来圈定的呢？
学生：国界线
老师：对了，这就是它的边界。国与国之间有国界，海洋与陆地之间有海岸边界对于一个系统来说是至关重要的，细胞作为一个生命系统，它有没有边界？接下来我们通过一则资料来进行分析。
材料：科学家用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能逸出细胞。
问题：伊红为什么不会逸出细胞？此实验说明了什么？
学生：（学生发言：脱口而出的同学可能往往回答细胞膜；略有思考的同学回答细胞壁；比较严谨的同学会回答“植物细胞的最外层是细胞壁，动物细胞的最外层是细胞膜”，等）
教师：动物细胞没有细胞壁，而像植物、真菌、细菌等生物，细胞往往具有细胞壁。植物细胞的细胞壁，主要成分是纤维素和果胶，它们没有生命活动的特殊功能，主要是对植物细胞有支持和保护作用。而对于真菌和细菌的细胞壁与植物不同，我们在以后的
学习中会逐步了解。
然而我们今天要重点讨论的话题不是细胞壁，因为我们将讨论的是“系统的边界”，系统的边界是什么？这里的答案就只有一个：细胞膜。
因为，我们这里指的“系统”是：生命系统！在组成细胞的结构中，具有生命活性的结构是细胞膜、细胞质和细胞核，而细胞壁并没有像它们这样的生命活性。
细胞作为一个完整的系统，它有边界。其边界就是细胞膜。
第1节 细胞膜——系统的边界
问题探讨：
展示图片，创设问题情境
1. 请尝试说出图中哪些是气泡？哪些是细胞？并讨论能否在显微镜下看到细胞膜？
气泡：中间光亮，里面只有空气，边缘颜色较深。
细胞：具有细胞膜、细胞核和细胞质，而且是一个立体结构，在显微镜下通过调节焦距可以观察到细胞的不同层面。
光学显微镜下不能看到细胞膜，但是能够观察到细胞与外界环境之间是有界限的。
2. 要想真正观察细胞膜要用电子显微镜，但是在电子显微镜诞生之前，科学家已经能够确定细胞膜的存在了，你能想办法验证细胞膜的存在吗？
实验事实：（1）用显微注射器将一种叫做伊红的物质注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却不能很快逸出细胞；在光学显微镜下看到，用微针触碰细胞表面时，细胞表面有弹性，可以伸展……
（2）鸡蛋的卵黄部分就是一个细胞，轻轻碰触完整的卵黄表面，可以感受到它有弹性，用尖锐的物体挑破它，黄色的浆液就流散出来。也就是说，那层包裹着黄色浆液的透明薄膜就是细胞膜了。
我们可以看到，当细胞膜被破坏时，细胞也就死亡了。这说明细胞膜对于生命系统来讲是非常重要的。那么细胞膜有哪些重要功能呢？有一句话说得好，结构和功能是相适应的，要了解细胞的功能，首先要想办法获取细胞膜。下面我们就结合实验体验一下细胞膜的制备。
（一）细胞膜的制备
教师：首先，我们应该确定合适的实验材料。对于一个实验来说，合适的实验材料是试验成功的关键。（展示图片）
1. 选材：
上面哪一种细胞比较适合提取细胞膜？请尝试说出原因？
学生讨论后确定：红细胞。原因是没有细胞壁，没有细胞核和众多的细胞器。
阅读课本P41旁栏相关信息：对红细胞有特殊要求吗？鸡红细胞可以吗？
哺乳动物成熟的红细胞。鸡的红细胞不行，因为鸡属于鸟类，不是哺乳动物。
2. 原理：
如何利用红细胞获取细胞膜呢？用镊子撕取行吗？用针刺破行吗？应当用什么办法来获取细胞膜？
学生：细胞太小了，这些方法不可行。
（课件展示红细胞在不同溶液中的图片）
根据图中红细胞的形态差异，你能描述一下本实验的实验原理吗？
细胞内的物质具有一定的浓度，将细胞放入清水，水会进入细胞。
细胞吸水多了会怎么样呢？
就好像吹气球一样，越吹越大，最后将细胞涨破，细胞内容物流出，从而得到细胞膜。
3. 材料用具
红细胞是从哪儿获得呢？我从较远地方采集到血液以后，回来以后发现不能使用了，你知道为什么吗？怎么解决这个问题呢？
新鲜的血液非常黏稠，为了便于观察，需要对血液进行稀释，用什么溶液呢？
（1）血液（猪、牛、羊等）容易凝固。要解决这个问题需要加入抗凝剂。
（2）用生理盐水稀释。质量分数为0.9%的氯化钠溶液，正式人体细胞所处液体环境的浓度，所以叫生理盐水，以保证人体细胞的生活环境维持在相对稳定的状态。
4. 实验步骤
（1）制作装片：滴一小滴稀释液在载玻片上，盖上盖玻片。
（2）观察：显微镜（低倍到高倍镜）
（3）滴蒸馏水：在盖玻片一侧滴一滴蒸馏水，同时在另一侧用吸水纸吸引
（4）结果：凹陷消失，细胞体积增大，很快细胞破裂，内容物流出，获得细胞膜
我们可以看到41页的两张光镜照片。注意，一整个黄色的与安全是你观察的视野，红细胞是视野里的小圆圈。图二显示一部分细胞吸水涨破了，小黑点就是涨破后的细胞不会反光造成的。
讨论：如果上述实验是在试管里进行，细胞破裂，还需要用什么方法才能获得较纯的细胞膜？
细胞破裂后，细胞膜和细胞质混合着，细胞膜和细胞质中的其他结构密度不一样。采用不同转速离心的方法将细胞膜与其他物质分开。
如果没有离心机的话，我们还可以采取静置的方法。
（二）细胞膜的成分
现在我们已经制备了较纯净的细胞膜，现在我们就来研究细胞膜的成分。首先我们一起看看科学家们的研究历程。
资料一：1859年，欧文顿选用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。发现凡是易溶于脂质的物质，容易穿过膜，反之，不容易溶于脂质的物质，不容易穿过膜。
你从以上实验中能得出什么结论？
在化学上有一个理论叫相似相溶，意思是说结构成分相似的物质可以相互混溶，也就是说细胞膜的组成成分中含有脂质。
那细胞膜中的脂质主要是哪一类物质呢？
磷脂，前面已经学习过了：磷脂是细胞膜的重要成分。
资料二：科学家对细胞膜化学成分深层分析发现，细胞膜会被蛋白酶分解（提示：蛋白酶是生物体内普遍存在的只对蛋白质分解起催化作用的物质）。
你从以上实验中能得出什么结论？
细胞膜的组成成分中还含有蛋白质。
你能设计实验证明细胞膜中含有蛋白质吗？
用双缩脲试剂，出现紫色现象。
细胞膜的成分是否只有磷脂和蛋白质？
还含有少量的糖
上述科学实验的研究发现，细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成，此外还有少量糖类。脂质约占50%，蛋白质约占40%，糖类约占2%—10%
其中脂质以磷脂含量最为丰富，蛋白质在细胞膜行使功能时起到重要作用。功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
不同功能的细胞膜，它的蛋白质种类和数量一样吗？
不一样。
到这里我们已经一步步地揭开了细胞膜的神秘面纱。细胞膜可以作为一个细胞系统的边界，他到底有哪些功能呢？
（三）细胞膜的功能
1. 将细胞与外界环境分隔开。
细胞膜作为系统的边界，它的最明显的功能是分隔作用。将细胞膜与外界分隔开，保持了相对稳定的细胞内部环境。我们可以把细胞膜形象地比喻为学校的围栏，把外面的喧嚣隔开了，让你们在一个安静舒适的环境下学习和生活。我们知道，生命起源于原始的海洋，原始海洋中有机物逐渐聚集并相互作用，演化出原始的生命。而在这个过程中，膜的出现至关重要。它使生命物质与外界环境分隔开，产生了原始的细胞，并成为相对独立的生命系统。
2. 控制物质进出细胞。
细胞膜的第一个功能是否说明细胞就不与外界进行物质或能量的交换了？
不是，大家可以想想海关或边防检查站等，对于进出口的人和物品是不是都要进行严密的把关和检查？违禁物品、毒品等能不能入境？学校有校章能进，没有的能不能进来？细胞膜控制物质的进出也是一样的道理，细胞需要的营养物质可以进入，不需要或者对细胞有害的物质“不容易”进入细胞，比如抗体、激素等物质在细胞内合成后，分泌到细胞外，细胞产生的废物也要排到细胞外，但是细胞内的核酸等重要成分却不会流失到细胞外。
这个功能与细胞膜的选择透过性是相适应的，关于细胞膜的结构和性质后期我们会详细学习。
估计有同学会想，既然细胞膜能够控制有害物质的进出，我们是不是就不会生病了呢？
当然不是，细胞膜的控制作用也是有限的，是相对的，环境中一些对细胞有害的物质有可能进入。有些病毒、细菌也能侵入细胞，使生物体患病。
3. 进行细胞间的信息交流。
在日常生活中，大家都是通过哪些途径和别人交流的呢？那生物体作为一个繁忙有序的细胞社会，每个细胞都不是孤立存在的。其实，细胞核细胞之间也有它们的秘密语言，它们也有交流。细胞膜就是细胞间交流的“信号转换站。”
上述只是细胞膜的一些基本功能，他还有免疫等功能后面会慢慢学习，有兴趣的同学可以自己查资料。
前面为什么不选择植物细胞作为实验材料？
因为植物细胞具有细胞壁，它的化学成分是纤维素和果胶，对植物细胞有支持和保护作用。另外，细菌也有细胞壁，但成分是肽聚糖。
既然植物细胞有细胞壁，为什么职务细胞不把细胞壁作为它的边界呢？主要是因为细胞壁不具备细胞膜那样的功能，不能控制物质进出，不能进行信息交流，细胞壁的性质是全透性。
六、板书设计
第三章第一节 细胞膜——系统的边界
一、细胞膜的制备
1. 选材：哺乳动物成熟的红细胞
（1）无细胞壁
（2）无细胞核和众多细胞器
2. 原理：渗透作用使红细胞吸水涨破
3.实验步骤
二、细胞膜的成分:
1. 脂质（主要是磷脂） 50%
2. 蛋白质 40%
3. 糖类 2—10%
三、细胞膜的功能：
课件36张PPT。 我确信哪怕一
个最简单的细胞，
也比迄今为止设计
出的任何智能电脑
更精巧!
——翟中和第3章 细胞的基本结构国
界
线细胞与细胞之间的边界是什么？伊红为什么不会逸出细胞？此实验说明了什么？材料 细胞作为一个完整的系统，它有边界。
其边界就是细胞膜。 科学家用显微注射器将一种叫做伊红的物质
注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，却
不能逸出细胞。第1节 细胞膜——系统的边界区分图中的细胞和气泡，
它们有什么不同？光学显微镜下
的动物细胞①②③④⑤ 在电子显微镜发明之前，科学家怎样确定
细胞膜的存在？如何确定细胞膜的存在？触摸卵细胞划破细胞膜这层神秘的屏障是由什么物质组成的？ 1. 选材：√细菌蓝藻植物细胞动物细胞不具有细胞壁 没有细胞核
内部结构没有膜电子显微镜下的动物细胞动物细胞的细胞核和 许多内部结构也有膜 有没有结构更简单的动物细胞呢？相关信息: 在发育成熟过程中，哺乳动物红细胞
的核逐渐退化，并从细胞中排出，为能携
带氧的血红蛋白腾出空间。
人的红细胞只能存活120天左右。对红细胞有特殊要求吗？我行吗?鸡红细胞可以吗？ 这层神秘的屏障是由什么物质组成的？ 1. 选材：哺乳动物的成熟红细胞（1）无细胞壁
（2）无细胞核和众多的细胞器如何利用细胞获取细胞膜呢？应当用什么办法来获取细胞膜？镊子？针？细胞太小了。0.9％NaCl 溶液中0.5％NaCl 溶液中清水中（生理盐水）人的正常 红细胞人的圆涨 红细胞人的涨破 红细胞吸水膨胀吸水过多涨破这层神秘的屏障是由什么物质组成的？ 1. 选材：哺乳动物的成熟红细胞（1）无细胞核和众多的细胞器（易制得纯净的细胞膜）
（2）无细胞壁（细胞容易吸水涨破）2. 原理：渗透作用使红细胞吸水涨破。3. 材料用具：猪的新鲜的红细胞稀释液。（1）制作装片：（2）观察： （3）滴蒸馏水：（4）结果： 4. 实验步骤：滴一小滴稀释液在载玻片上，
盖上盖玻片。显微镜（低倍到高倍镜）在盖玻片一侧滴一滴蒸馏水，
同时在另一侧用吸水纸吸引凹陷消失，细胞体积增大，
很快细胞破裂，内容物流出，获得细胞膜正常红细胞涨破的红细胞实验结果： 如果上述实验在试管中进行，细胞破裂后，
还需用什么方法才能获得较纯的细胞膜？讨论： 细胞破裂后细胞内物质流出， 细胞膜和细胞质中的其他结构质 量不一样，可以采用不同转速离 心的方法将细胞膜与其他物质分 开，得到较纯的细胞膜。差速离心法回到153年前………重温细胞膜成分的探索历程 1859年，欧文顿选用500多种化学物质对植物细胞膜的
通透性进行了上万次的研究。发现凡是易溶于脂质的物质，
容易穿过膜，反之，不容易溶于脂质的物质，不容易穿过膜。●●不溶于脂质的物质溶于脂质的物质细胞膜你从以上实验中能得出什么结论？相似相溶1. 细胞膜的组成成分中含有脂质。 科学家对细胞膜化学成分深层分析发现，细胞膜
会被蛋白酶分解（提示：蛋白酶是生物体内普遍存在
的只对蛋白质分解起催化作用的物质）。你从以上实验中能得出什么结论？2. 细胞膜的组成成分中还含有蛋白质脂质 50%
蛋白质 40%糖类 2%--10% 细胞膜的功能越复杂，
蛋白质的种类和数量是越多。（主要是磷脂）与生活中的联系： 容易引发癌症的因素有哪些？癌症——21世纪的“第一杀手”烧烤食物 油炸食物 吸 烟 霉变食物 医院检验科报告单
姓名: 赵先生 性别: 男 年龄: 30
临床诊断: 结果: 检号 : 898 送 检 物: 血
项目 测定值 参考值
AFP（甲胎蛋白） 450μg/L <20μg/L
CEA (癌胚抗原) 3.5μg/L <5μg/L结构与功能相适应
那么具有以上结构的细胞膜又有那些功能呢？1. 将细胞与外界环境分隔开2. 控制物质进出细胞（1）细胞膜具有选择透过性（2）细胞膜的控制作用是相对的3. 进行细胞间的信息交流控制物质进出细胞营养物质无用的、有害的物质细胞产生的分泌物、废物 控制作用是相对的，例如：有些病毒、细菌 也能侵入细胞，使生物体患病。进行细胞间的信息交流 1.激素 靶细胞靶细胞：接受信号的细胞 受体：靶细胞膜上与信号特异性结合的位点例如：精子和卵细胞的识别直接高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接。 图二 胞间连丝切片植物细胞壁肽聚糖1、成分：纤维素和果胶
2、功能：支持和保护 细胞壁是全透性的，无生物活性。
科研上鉴别死细胞和活细胞，常用“染色排除
法”。例如，用台盼蓝染色，死的动物细胞会被染成蓝
色，而活的动物细胞不着色，从而判断细胞是否死亡。
你能解释“染色排除法”的原理吗？ 利用了活细胞的细胞膜能够控制物质进出细胞的原理。动动脑筋1. 在下列几组化学元素中，构成细胞膜所必需的基 本元素是 （ ）
A. C、H、O B. C、H、O、P C. C、H、O、N D. C、H、O、N、P
课堂训练2. 动物细胞与植物细胞细胞膜的功能差异较大，其 主要原因是构成细胞膜的成分中( )
A、脂质不同 B、磷脂不同
C、蛋白质不同 D、水不同3.下列关于人体成熟红细胞的叙述中,不正确的是 ( )
A.细胞中没有染色体 B.细胞中没有DNA
C.细胞中没有细胞核 D.细胞中含有线粒体和内质网4.能使植物细胞壁和细胞膜结构均被破坏的一组酶是
( )
A．淀粉酶、纤维素酶、溶菌酶
B．纤维素酶、果胶酶、蛋白酶
C．果胶酶、溶菌酶、纤维素酶
D．磷脂酶、淀粉酶、蛋白酶
