新人教版高中必修1生物第4章第1节《物质跨膜运输的实例》导学案(含答案)

第1节
物质跨膜运输的实例
【学习目标】
1.知识与技能：
①举例说明细胞膜是选择透过性膜；
②说出细胞在什么情况下吸水和失水；
③熟练制作临时装片和操作显微镜；
④解释植物细胞的质壁分离与复原现象。
2.过程与方法：
①尝试从生活现象中提出问题，作出假设；
②设计实验并实际操作验证植物细胞在什么情况下吸水和失水。
3.情感态度和价值观：
①初步培养学生探究学习、合作学习和良好实验操作能力；
②体验科学探究过程，培养质疑、求实、创新的科学态度和精神。
【重点难点】
1.重点：
①理解渗透作用发生的条件；
②设计实验并实际操作验证植物细胞在什么情况下吸水和失水；
③举例说明细胞膜是选择透过性膜。
2.难点：
①理解渗透作用发生的条件；
②设计实验并实际操作验证植物细胞在什么情况下吸水和失水。
预
习
案
【学法指导】
1.预读教材指导：
①用5分钟的时间，阅读教材60页的“问题探讨”，并思考渗透作用发生的条件。
②用15分钟的时间，阅读教材60至63页的“细胞的吸水和失水”，观察图4-1并思考动物细胞在什么情况下吸水和失水；在61页用红笔勾划出概念“细胞液”和“原生质层”并观察图4-2加以理解；阅读“探究”理解探究实验的基本方法和一般过程；在63页用红笔勾划出植物细胞在什么情况下失水和吸水。
③用5分钟的时间，阅读教材63页的“物质跨膜运输的其他实例”，阅读“资料分析”理解细胞对不同物质的吸收是具有选择性的；在64页用红笔勾划出概念“选择透过性膜”。
2.方法技巧指导：
①通过渗透作用的演示实验，组织引导学生分析渗透现象。归纳总结渗透作用的概念、条件、原理、结果，指出半透膜的特性。
②通过分析水分进出红细胞的状况，总结出细胞膜相当于半透膜。
③通过名人名言使学生认识到提出问题的重要性。爱因斯坦曾说过，“提出一个问题比解决一个问题更重要”。
④充分利用学生已有的知识和生活经验，引导学生对有关知识现象深入思考，提出相关问题，开展合作学习，利用小组活动讨论确定有价值的问题。
【教材助读】
1.半透膜：是一种只允许某种分子或离子扩散进出的薄膜，对不同粒子的通过具有选择性的薄膜，如鸡蛋膜、鸡的嗉囊、鱼鳔(俗称“鱼泡泡”)、蚕豆种皮、玻璃纸、青蛙皮、动物膀胱、肠衣等。不同的半透膜允许通过的分子或离子不同。
2.渗透作用：溶剂(如水分子)通过半透膜从溶质浓度低的溶液向溶质浓度高的溶液的扩散转移的现象。发生条件：一是要有半透膜，二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。
3.原生质与原生质层：细胞内的生命物质称为原生质，包括细胞膜、细胞质和细胞核，动物细胞可以理解为一团原生质，而植物细胞不能。细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质称为原生质层。
4.细胞的吸水和失水：
①对动物细胞而言：外界溶液浓度>细胞质的浓度→细胞渗透失水→细胞皱缩
外界溶液浓度<细胞质的浓度→细胞渗透吸水→细胞涨破
②对植物细胞而言：外界溶液浓度>细胞液浓度→细胞渗透失水→质壁分离
外界溶液浓度<细胞液浓度→细胞渗透吸水→质壁分离复原
5.选择透过性膜：细胞膜和其他生物膜不仅是半透膜，还是选择透过性膜，这种膜可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。只有活细胞的生物膜才具有选择透过性。
【预习自测】
1.当把细胞置于外界溶液中时，细胞会吸水和失水的原因是细胞发生了______作用，该作用必须具备两个条件：一是具有________；二是半透膜两侧溶液具有_________。
2.动物细胞的细胞膜相当于一层_________，当外界溶液浓度>细胞质的浓度时，动物细胞_________；当外界溶液浓度<细胞质的浓度时，动物细胞_________；当外界溶液浓度=细胞质的浓度时，水分进出细胞处于_________状态。
3.成熟的植物细胞的原生质层(_________
+
_________
+
__________________)相对于一层_________，当外界溶液浓度>细胞液浓度时，细胞渗透_______，发生_____________现象，当外界溶液浓度<细胞液浓度时，细胞渗透_______，发生_____________现象。
探
究
案
【合作探究】
一、渗透现象的观察和分析：
1.实验过程：
①取一个长颈漏斗，在漏斗口外密封上一层玻璃纸(一种半透膜，水分子可以通过它，蔗糖分子则不能)，并在漏斗内注入蔗糖溶液；
②取一个烧杯，装入半杯清水；
③将漏斗浸入烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等。
2.实验现象：过一段时间后，漏斗管内的液面高度______(上升/下降/无变化)。
3.思考与讨论：
①漏斗管内的液面为什么会升高？
单位时间内由烧杯向漏斗扩散的水分子_______(多于/少于/等于)由漏斗向烧杯扩散的水分子。
②如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？为什么？
漏斗管内的液面_______(会/不会)升高,因为__________________________________。
③如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？为什么？
漏斗管内的液面_______(会/不会)升高，因为单位时间内由烧杯向漏斗扩散的水分子_______(多于/少于/等于)由漏斗向烧杯扩散的水分子。
④该实验中，漏斗管内的液面能否无限升高？
漏斗管内的液面_______(会/不会)无限升高。当漏斗管内的液面不再升高时，水分子是否还在扩散？如果是，如何扩散？_______________________________________________。
4.实验结论：
①渗透作用：水等溶剂分子通过_______从____浓度溶液向____浓度溶液扩散的过程。
②渗透作用发生条件：一是________________；二是_________________________________。
二、动物细胞的吸水和失水：
1.实验过程：
①取三个50mL的烧杯，分别各加入1mL的哺乳动物红细胞(如猪血红细胞)，然后再分别各加入20mL的蒸馏水、3%NaCl溶液、0.9%NaCl溶液，并振荡搅匀。
②在三个烧杯中各取1滴混合液制成三张临时装片，编号为1、2、3，并在显微镜下观察红细胞形态。
2.实验现象：1号红细胞____________、2号红细胞____________、3号红细胞____________。
3.思考与讨论：
①红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？为什么？
血红蛋白等有机物_______(能/不能)透过细胞膜，因为细胞膜具有_______________性。
②红细胞的细胞膜是不是相当于半透膜？
红细胞的细胞膜_______(是/不是)相当于半透膜。
③当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？为什么？
红细胞_______(一定/不一定)会由于吸水而涨破，因为_________________________。
④红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
_______________________________________________。
4.
实验结论：
动物细胞的细胞膜相当于一层_________，当外界溶液浓度______(>///三、植物细胞的吸水和失水：
1.探究实验的一般步骤：
①提出问题：我的问题是“_______________________________________________”。
②作出假设：我的假设是“_______________________________________________”。
③设计实验：
我设计的实验方案是：
实验题目：探究植物细胞的吸水和失水。
目的要求：a.学会设计实验并实际操作验证植物细胞在什么情况下吸水和失水；
b.培养探究学习、合作学习和良好实验操作能力。
材料用具：紫色的洋葱鳞片叶；刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，显微镜；质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，清水。
实验假设：_______________________________________________。
实验思路：_______________________________________________。
实验预期：_______________________________________________。
方法步骤：a.______________________________________________________________
。
b._______________________________________________________________。
c._______________________________________________________________。
d._______________________________________________________________。
e._______________________________________________________________。
f._______________________________________________________________。
④进行实验：
按照实验方案认真操作，仔细观察，将每一步的观察结果记录下来。
现象试剂
中央液泡的大小
原生质层的位置
细胞大小
蔗糖溶液
清水
⑤分析结果，得出结论：
1）实验结果与预期相吻合吗？它是否支持我所作出的假设？如果有的结果与预期不同，应当怎样解释？
_________________________________________________________________________。
2）假如细胞壁相当于一层半透膜，实验结果会有什么不同？
_________________________________________________________________________。
3）如果没有细胞壁，实验结果会有什么不同？
_________________________________________________________________________。
4）如果把0.3g/mL的蔗糖溶液换成1.0g/mL的蔗糖溶液，实验结果会有什么不同？
_________________________________________________________________________。
5）如果把0.3g/mL的蔗糖溶液换成0.3g/mL的KNO3溶液，实验结果会有什么不同？
_________________________________________________________________________。
6）我们小组的结论是什么？
_________________________________________________________________________。
⑥表达和交流；
将小组探究的问题、过程、结果和结论与其他小组交流，听取他们的质疑并进行解释。如果有必要，对我们小组的实验方案进行修改。
2.结论：
植物细胞的_________相当于一层半透膜，当外界溶液浓度______(>//四、物质跨膜运输的其他实例：
1.水分子的跨膜运输：
细胞吸水和失水是水分子_____(顺/逆)相对含量的梯度跨膜运输的。
2.其他物质的跨膜运输：
①阅读教材63页“资料分析”并与小组其他成员讨论：
1）水稻培养液里的Ca2+和Mg2+浓度为什么会增高？番茄培养液里的Ca2+和Mg2+浓度为什么会降低？
水稻对Ca2+和Mg2+的吸收量_______(大于/小于/等于)对水的吸收量，番茄对Ca2+和Mg2+的吸收量_______(大于/小于/等于)对水的吸收量，这说明植物对水分和无机盐离子的吸收是两个____________的生理过程。
2）不同作物对无机盐的吸收有差异吗？
不同作物对无机盐的吸收_____(有/无)差异，如水稻和番茄对同一离子(如SiO44-)的吸收量_______，这是因为___________________________________。
3）同一作物对不同无机盐离子的吸收有差异吗？
同一作物对不同无机盐离子的吸收____(有/无)差异，如水稻对SiO44-的吸收量____(大于/小于/等于)对Mg2+的吸收量，这是因为_________________________________。
4）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也是这样吗？
___(是/不是)这样的，如人体甲状腺滤泡上皮细胞对碘的吸收是___(顺/逆)相对含量梯度跨膜运输的。
5）.细胞对物质的吸收有选择性吗？如果有，这种选择性有普遍性吗？
_________________________________________________________________________。
3.结论：
物质跨膜运输_________(都是/不都是)顺相对含量的梯度的，而且细胞对物质的输入和输出有__________。细胞膜和其他生物膜可以让_________自由通过，一些_______________也
可以通过，而其他的离子、小分子和__________则不能通过，因此它们都是_______________膜。
【当堂检测】
1.在“观察植物细胞的质壁分离和质壁分离复原”的实验中，之所以用成熟的紫色洋葱表皮细胞做实验材料，是因为这样的细胞具有(
)
A.伸缩性很小的细胞壁
B.功能完善的细胞膜
C.能够流动的细胞质
D.大而醒目的液泡
2.下图是某同学画的几个植物细胞的示意图，请回答：
①注明图中各标号所指结构的名称：1_________；2_________；3_________。
②表示质壁分离的正确图解是_________。
③发生质壁分离的原因是____________________________。
④发生质壁分离的结构基础是________________________________。
⑤将发生了质壁分离的细胞置于清水中，如果不能复原，则说明_________________。
⑥质壁分离和复原的实验说明：成熟的植物细胞的_________可以通过_________(由_________、_________和_______________构成)与外界环境的溶液发生渗透作用从而进行___________。
3.将洋葱表皮放入一定浓度的硝酸钾溶液中，其细胞便发生质壁分离，不久这些细胞又逐渐发生质壁分离复原。其原因是(
)
A.细胞液的溶质透出细胞
B.质壁分离后的细胞只允许水分子进入
C.K+和NO3-通过细胞膜进入细胞质
D.水分和溶质自由地进出细胞
4.下列各项中，哪组是植物细胞发生质壁分离的原因(
)
①外界溶液浓度小于细胞液浓度
②细胞液浓度小于外界溶液浓度
③细胞壁的伸缩性大于原生质层的伸缩性
④原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性
A.②④
B.①④
C.②③
D.③④
5.一种浸于5%蔗糖溶液中会膨胀破裂的细胞它的细胞液的浓度必定是(
)
A.小于5%的蔗糖溶液浓度
B.等于5%的蔗糖溶液浓度
C.大于5%的蔗糖溶液浓度
D.细胞液浓度值为零
【课堂总结】
1.植物细胞吸水和失水的原理是_________，发生该作用须具备两个条件：一是具有_______；二是半透膜两侧溶液具有_________。
2.动物细胞的细胞膜、植物细胞的原生质层(_________
+
_________
+
__________________)相当于一层_________，当外界溶液浓度>细胞内溶液浓度时，细胞渗透_______；当外界溶液浓度<细胞内溶液浓度时，细胞渗透_______。
3.水分子是_________相对含量梯度跨膜运输的，而其他物质并不都是顺相对含量梯度跨膜运输的，而且细胞对物质的输入和输出有__________，活细胞的细胞膜和其他生物膜是一种_______________膜。
4.植物对水分和无机盐离子的吸收是两个___________的生理过程，植物主要通过______作用吸收水分，植物通过___________方式吸收无机盐离子，同一植物对不同的无机盐离子以及不同植物对同一无机盐离子的吸收量都是___________的，这与______________________有关。
训
练
案
【基础达标】
温馨提示：10分钟独立完成。人人过关，一个不少。
1.利用高浓度的盐水杀菌的原理是(
)
A.盐水中的氯离子有杀菌的作用
B.高浓度盐水中水分不足，不利于细菌生长
C.细菌由于脱水而死亡
D.钠离子有杀菌作用
2.植物细胞发生质壁分离的原因是(
)
①外界溶液浓度大于细胞液浓度
②细胞液浓度大于外界溶液浓度
③细胞壁的伸缩性大于原生质层的伸缩性
④原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性
A.②④
B.①④
C.②③
D.③④
3.将一张洋葱鳞片叶放在某一浓度的蔗糖溶液中,制成装片,放在显微镜下观察,有3种状态的细胞,如图,你认为这3个细胞(均为正常的活细胞)在未发生上述情况之前,其细胞液的浓度依次是(
)
A.A>B>C
B.AC.B>A>C
D.B4.将洋葱表皮细胞放在30%的蔗糖溶液中，细胞发生了质壁分离，则此细胞的原生质层与细胞壁之间的物质应是(
)
A.水
B.低于30%蔗糖溶液
C.等于30%的蔗糖溶液
D.高于30%的蔗糖溶液
5.人红细胞的渗透压与X浓度的食盐水相当。而浸在Y浓度食盐水中的红细胞破裂；浸在Z浓度食盐水中的红细胞收缩。则这三种食盐水的浓度大小依次为(
)
A.X>Y>Z
B.Y>X>Z
C.Z>Y>X
D.Z>X>Y
【能力提升】
温馨提示：A、B层同学10分钟独立完成。
1.在猪的膀胱中注入一半的30%的蔗糖溶液，扎紧入口，然后将其浸入到5%的蔗糖溶液中，每隔半小时称一次重量，下图中能正确表示测定结果的是(
)
2.发生质壁分离复原的植物细胞中,水分经过的结构依次是(
)
A.细胞膜、液泡膜、细胞质、细胞壁B.细胞壁、细胞膜、细胞质、液泡膜
C.液泡膜、细胞质、细胞膜、细胞壁D.细胞壁、细胞膜、液泡膜、细胞质
3.下图表示某植物相邻的3个细胞，其细胞液浓度依次为甲＞乙＞丙，正确表示他们之间水分子渗透方向的是(
)
4.在保持细胞存活的条件下，蔗糖溶液浓度与萝卜条质量变化的关系如右图。若将处于b浓度溶液中的萝卜条移入a浓度溶液中，则该萝卜条的质量将(
)
A.不变
B.增大
C.减小
D.先增后减
5.已知鱼鳔是一种半透膜。若向鱼鳔内注入适量的20％蔗糖溶液、排出鱼鳔内的空气，扎紧开口，将其浸没在盛有10％蔗糖溶液的烧杯中，下列能正确表示烧杯内蔗糖溶液浓度随时间变化趋势的示意图是(
)
【延伸拓展】
温馨提示：A层同学10分钟独立完成。
1.在植物细胞质壁分离复原过程中能正确表达细胞吸水速率变化过程的是(　　)
2.下面能发生质壁分离的一组细胞是(　　)
①食用的糖醋蒜细胞　
②蚕豆叶的表皮细胞　
③植物的根毛细胞　
④人的口腔上皮细胞　
⑤用盐酸解离的洋葱根尖细胞　⑥根尖分生区细胞
A.①⑤
B.②③⑥
C.①②③④⑤⑥
D.②③
3.新鲜的叶类蔬菜表面常残留水溶性有机农药。现取同一新鲜蔬菜若干，浸入一定量纯水中，每隔一段时间，取出一小片菜叶，测定其细胞液浓度，将结果绘制成如右图所示的曲线，有关叙述正确的是(　　)
A.AB段细胞吸水，细胞体积明显增大
B.B点细胞液浓度与外界溶液浓度相等
C.BC段细胞质壁分离复原，原生质层恢复到原来位置
D.此曲线说明有机农药溶于水中容易被植物细胞吸收
4.在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如右图所示状态，a、b表示该部位溶液的浓度，由此可以推测(　　)
A.可能a>b，细胞渗透吸水
B.a＝b，渗透系统保持动态平衡
C.aD.上述三种情况都可能存在
5.如右图实验装置，玻璃槽中是蒸馏水，半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液，一定时间后再加入蔗糖酶。最可能的实验现象是(　　)
A.漏斗中液面开始时先上升，加酶后再上升后又下降
B.在玻璃槽中会测到蔗糖和蔗糖酶
C.漏斗中液面开始时先下降，加酶后一直上升
D.在玻璃槽中会测到葡萄糖、果糖和蔗糖酶
参考答案
【预习自测】
1.渗透；半透膜；浓度差。
2.半透膜；失水皱缩；吸水膨胀；动态平衡。
3.细胞膜；液泡膜；两层膜之间的细胞质。
【合作探究】
一、渗透现象的观察和分析：
2.实验现象：上升。
3.思考与讨论：①多于；②不会；水分子和蔗糖分子都可以通过纱布，且它们由烧杯向漏斗扩散以及由漏斗向烧杯扩散的速率处于动态平衡。③不会；等于。④不会；还在扩散；由烧杯向漏斗扩散的水分子和由漏斗向烧杯扩散的水分子处于动态平衡。
4.实验结论：①半透膜；低；高；②具有半透膜；半透膜两侧的溶液具有浓度差。
二、动物细胞的吸水和失水：
2.实验现象：吸水胀破；失水皱缩；保持正常形态。
3.思考与讨论：①不能；选择透过。②是。③不一定；细胞膜具有一定伸缩性。④细胞内外溶液的浓度差。
4.实验结论：半透膜；<；>；=。
三、植物细胞的吸水和失水：
1.探究实验的一般步骤：(略)。
2.结论：原生质层；>；质壁分离；<；质壁分离复原。
四、物质跨膜运输的其他实例：
1.水分子的跨膜运输：顺。
2.其他物质的跨膜运输：①a.小于；大于；相对独立；b.有；不同；水稻和番茄根细胞膜上运输SiO4的载体数量不同。c.有；大于；水稻根细胞膜上运输SiO4的载体数量多于运输Mg2+的载体数量。d.不是；逆。e.有；具有普遍性。
3.结论：不都是；选择性；水分子；离子和小分子；大分子；选择透过性。
【当堂检测】
1.D；2.(1)细胞膜；细胞质；液泡。(2)b；(3)外界溶液浓度大于细胞液浓度；细胞壁的收缩性小于原生质层的收缩性；(4)细胞壁、原生质层、液泡和原生质层内、外两个溶液体系的存在；(5)细胞由于失水过多而死亡；(6)细胞液；原生质层；细胞膜；液泡膜；两层膜之间的细胞质；渗透吸水和失水；3.C；4.A；5.C。
【课堂总结】
1.渗透作用；半透膜；浓度差。
2.细胞膜；细胞膜；两层膜之间的细胞质；半透膜；失水；吸水。
3.顺；选择性；选择透过性。
4.相对独立；渗透；主动运输；不同；细胞膜上运输无机盐离子的载体种类和数量。
【基础达标】1.C；2.B；3.A；4.B；5.D。
【能力提升】1.B；2.B；3.D；4.B；5.B。
【延伸拓展】1.C；2.D；3.B；4.D；5.A。
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