4.1.2探究植物细胞的吸水和失水实验与被动运输导学案（含解析）-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

第2课时　探究植物细胞的吸水和失水实验与被动运输
课时学习目标　:
(1)举例说明有些物质顺浓度梯度进出细胞，不需要额外提供能量(物质与能量观)。
(2)实验：探究植物细胞的吸水和失水(科学探究能力)。
一、探究植物细胞的吸水和失水
1.实验原理
(1)成熟的植物细胞的原生质层相当于________________。
(2)原生质层的内侧____________与外界溶液可形成浓度差。
(3)原生质层比细胞壁的伸缩性________。
2.实验材料
紫色的洋葱鳞片叶。
3.实验试剂
质量浓度为0.3(g·mL－1)的蔗糖溶液，清水。
4.实验流程
5.实验结论
(1)当细胞液浓度________外界溶液浓度时，细胞失水，原生质层和细胞壁分离，发生____________。
(2)发生质壁分离的细胞，当细胞液浓度________外界溶液浓度时，细胞吸水，发生________________。
[微思考]
如果在显微镜下一个视野中发现有一个细胞未发生质壁分离而其他细胞都发生了质壁分离，可能的原因是什么？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[辨正误]
(1)当外界溶液浓度高于细胞液浓度时，可能会发生质壁分离，即细胞质与细胞壁分离。(　　)
(2)外界溶液溶质的浓度大于细胞液溶质的浓度时，洋葱外表皮细胞质壁分离，细胞液颜色变浅。(　　)
(3)质壁分离过程中水分子运动只能单向进行。(　　)
(4)大蒜根尖分生区细胞可用于观察细胞的质壁分离与复原。(　　)
1.如图是将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞先放到质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中(甲)、再放到清水中(乙)的实验过程的图解，请分析回答下列问题：
(1)甲过程中，⑤的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)有位同学错取了质量浓度较高的蔗糖溶液，发现做完甲过程后，再做乙过程几乎没有观察到相关现象，分析原因可能是什么？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(3)发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是什么物质？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(4)为什么选择紫色洋葱鳞片叶外表皮而不选择内表皮细胞作实验材料？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(5)“观察植物细胞质壁分离与复原”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？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(6)某同学观察到某细胞处于如图所示状态，能否确定正在发生质壁分离？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.用物质的量浓度为2(mol·L－1)的乙二醇溶液和2(mol·L－1)的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体(即植物细胞中细胞壁以内的部分)体积变化情况如图所示：
2 min后，不同于处于2(mol·L－1)的蔗糖溶液中的细胞，处于2(mol·L－1)的乙二醇中的细胞自动发生了________________现象，发生该现象的原因是：_______________________________________________。
【学以致用】
1.(2024·河北衡水金卷)下列关于细胞质壁分离的叙述，正确的是(　　)
A.植物细胞在一定条件下都能观察到明显的质壁分离现象
B.动物细胞不能发生质壁分离的根本原因是不具有半透膜
C.一定浓度的甘油溶液可以使紫色洋葱表皮细胞发生质壁分离
D.质壁分离过程中，细胞液的浓度逐渐减小
2.(2024·湖南长郡中学调研)如图所示为某学生利用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行的某实验的基本操作步骤。请据图回答问题：
(1)你认为他做该实验的目的是________________________，该实验________(填“有”或“无”)对照实验。
(2)B步骤主要观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色________的大小和________的位置。
(3)C步骤中吸水纸的作用是______________________________________________________________。
(4)某学生在F步骤观察时，视野中的细胞与D步骤看到的完全一样，最可能的原因是_________________________________________________________________。
(1)若题2图C步骤滴加的是质量浓度大于0.5(g·mL－1)的蔗糖溶液，洋葱鳞片叶外表皮细胞________(填“能”或“不能”)发生质壁分离现象，F步骤________(填“能”或“不能”)观察到质壁分离复原现象，原因是_____________________________________________________________________。
(2)若题2图C步骤滴加的是物质的量浓度为1(mol·L－1)的KNO3溶液，洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离后又自动复原，其自动复原是因为___________________________________________。
(3)若题2图C步骤滴加的是质量分数为15%的盐酸溶液，则D步骤________(填“能”或“不能”)观察到质壁分离现象。
二、被动运输
1.概念
物质以________方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的________，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
2.类型
方式 自由扩散(简单扩散) 协助扩散(易化扩散)
特点 物质通过简单的____________进出细胞 借助膜上的________进出细胞的扩散
实例 O2、________、甘油、乙醇、苯等 葡萄糖进入红细胞、水分子借助________进出细胞
图例
3.转运蛋白的种类
4.影响被动运输的因素
(1)被动运输的速率直接受膜内外物质____________大小的影响。
(2)协助扩散的速率还与____________的数量有关。
[辨正误]
(1)甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。(　　)
(2)自由扩散和协助扩散都不需要转运蛋白和能量。(　　)
(3)协助扩散的速率与膜两侧的浓度差成正比。(　　)
(4)相对分子质量小的物质或离子都可以通过自由扩散进入细胞内。(　　)
(5)葡萄糖进入红细胞的过程不需要载体蛋白的协助。(　　)
物质顺浓度梯度扩散进出细胞的过程称为被动运输，结合下图分析其特点。
(1)对两种方式进行比较，完成下表：
方式 转运方向 是否需要转运蛋白 是否消耗能量
方式a __浓度→__浓度 ______ ______
方式b、c __浓度→__浓度 ______ ______
(2)下列物质中，以方式a运输的是________；以方式b、c运输的是________。
①O2和CO2进出肺泡　②苯被鼻黏膜细胞吸收　③红细胞吸收血液中的葡萄糖　④胆固醇进入肝细胞　⑤甘油和乙醇被小肠上皮细胞吸收
(3)方式b、c有何异同？　　　　　　　　　　　　　　
(4)由图示分析，自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗？为什么？　　　　　　
【学以致用】
3.(2024·江苏苏州期中)下列物质出入细胞的方式中，必须依赖于细胞膜上载体蛋白才能完成的是(　　)
A.O2进入肺泡细胞 B.H2O进入根毛细胞
C.葡萄糖进入红细胞 D.酒精进入胃上皮细胞
4.(2024·广东汕尾期中)研究表明，水分子可以较快地通过水通道蛋白出入细胞且不需要消耗能量，而甘油分子难以通过水通道蛋白。下列相关叙述错误的是(　　)
A.水通道蛋白对物质的出入具有选择性 B.一种物质可能有多种跨膜运输方式
C.水通道蛋白作用时所需的能量主要来自线粒体 D.水通道蛋白结构改变后功能也可能发生改变
5.(2024·广东深圳高一期末)如图表示与自由扩散、协助扩散有关的图例或曲线。下列选项对应正确的是(　　)
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
答案解析：
一、
自主梳理
1.(1)一层半透膜　(2)细胞液　(3)大
4.紫色　细胞壁　吸水纸　变小　变深　分离　清水　变浅　贴近
5.(1)小于　质壁分离　(2)大于　质壁分离复原
微思考
提示：该细胞死亡，不能发生渗透作用。
辨正误
(1)×　提示：质壁分离是原生质层与细胞壁分离。
(2)×　提示：洋葱外表皮细胞发生质壁分离后，细胞液颜色加深。
(3)×　提示：双向。
(4)×　提示：大蒜根尖分生区细胞没有中央大液泡，因此不能用于观察细胞的质壁分离与复原。
合作探究
1.(1)提示：颜色逐渐变深，吸水能力逐渐增强。
(2)提示：蔗糖溶液浓度太高，细胞过度失水死亡，不能发生质壁分离复原。
(3)提示：因为细胞壁是全透性的，所以发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。
(4)提示：原因是紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞有大液泡且细胞液呈紫色，便于观察；内表皮细胞的细胞液无色，不便于观察。
(5)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。
(6)提示：不能确定此细胞一定正在发生质壁分离。此时细胞可能正在发生质壁分离，也可能正在发生质壁分离复原，也可能正处于水分子进出平衡状态。
2.提示：质壁分离复原　乙二醇逐渐进入细胞内，引起细胞液的浓度增大，细胞吸水导致质壁分离后自动复原
学以致用
1.C　[只有具有大液泡的活的成熟植物细胞才能发生质壁分离，A错误；质壁分离指的是细胞壁与原生质层的分离，而动物细胞没有细胞壁和原生质层，B错误；紫色洋葱表皮细胞在一定浓度的甘油溶液中先发生质壁分离现象后又自动复原，C正确；质壁分离过程中，细胞液的浓度逐渐增大，D错误。]
2.(1)观察植物细胞的质壁分离与复原(或探究植物细胞的失水和吸水，或证明原生质层相当于一层半透膜，答案合理即可)　有　(2)液泡　原生质层　(3)引流，使细胞浸润在蔗糖溶液中
(4)细胞失水过多而死亡
解析　(1)据图分析实验过程可知，C和E步骤是改变细胞外溶液浓度的大小，观察其对洋葱鳞片叶外表皮细胞的影响，可推知此实验的目的可能是观察植物细胞的质壁分离与复原。(2)B步骤时还没有发生质壁分离，此时主要是观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色液泡的大小和原生质层的位置，以便与D步骤比较。(3)C步骤中吸水纸的作用是引流，使洋葱鳞片叶外表皮细胞浸润在蔗糖溶液中。(4)F步骤时洋葱鳞片叶外表皮细胞不能发生质壁分离复原的原因可能是质壁分离时间过长，细胞长时间浸润在质量浓度为0.3(g·mL－1)的蔗糖溶液中，导致细胞失水过多而死亡或0.3(g·mL－1)蔗糖溶液对所用表皮细胞来说浓度过高，会使其失水过快过多而死亡。
题后拓展
(1)能　不能　外界溶液浓度过高，细胞失水过多而死亡
(2)K＋和NO会进入细胞内，使细胞外溶液浓度低于细胞液浓度，细胞吸水　(3)不能
解析　(1)在高浓度的外界溶液中，紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞失水速率快，细胞能发生质壁分离，但会因失水过多而死亡，不能发生质壁分离复原。(2)KNO3溶液中的K＋和NO都可以被细胞吸收，使细胞液浓度增大，一段时间后细胞液的浓度大于外界KNO3溶液的浓度，使细胞吸水而发生质壁分离复原。(3)盐酸处理后细胞死亡，原生质层失去选择透过性，细胞不能发生质壁分离。
二、
自主梳理
1.扩散　能量
2.扩散作用　转运蛋白　CO2　水通道蛋白
3.分子或离子　自身构象　直径和形状　大小和电荷　不需要
4.(1)浓度梯度　(2)转运蛋白
辨正误
(1)×　提示：甘油是脂溶性物质，可以以自由扩散的方式通过细胞膜。
(2)×　提示：协助扩散需要借助膜上的转运蛋白。
(3)×　提示：协助扩散的速率还与膜上转运蛋白的数量有关。
(4)×　提示：一些离子不能通过自由扩散的方式进入细胞。
(5)×　提示：葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白的协助。
合作探究
(1)提示：高　低　不需要　不消耗　高　低　需要　不消耗
(2)提示：①②④⑤　③
(3)提示：相同点：b、c都是协助扩散；不同点：b由载体蛋白协助，c由通道蛋白协助。
(4)提示：都不需要消耗能量，因为两者都是顺浓度梯度进行的。
学以致用
3.C　[O2进入肺泡细胞属于自由扩散，H2O可以通过自由扩散进入根毛细胞，酒精进入胃上皮细胞属于自由扩散，都不需要载体蛋白的协助；葡萄糖进入红细胞属于协助扩散，需要载体蛋白的协助。]
4.C　[水分子可以较快地通过水通道蛋白出入细胞，而甘油分子难以通过水通道蛋白，说明水通道蛋白对物质的出入具有选择性，A正确；水分子不需要水通道蛋白协助的跨膜运输方式为自由扩散；水分子需要水通道蛋白协助、不需要消耗能量的跨膜运输方式为协助扩散。由此可知，一种物质可能有多种跨膜运输方式，B正确；水分子可以较快地通过水通道蛋白出入细胞且不需要消耗能量，C错误；蛋白质的功能与结构相适应，因此水通道蛋白结构改变后功能也可能发生改变，D正确。]
5.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的方式是自由扩散，对应①③；人的成熟红细胞吸收葡萄糖的过程属于协助扩散，对应②④；甘油进出细胞的过程属于自由扩散，对应①③；肌肉细胞吸收水的方式是自由扩散和协助扩散，可对应①②③④。]