人教版生物必修一4．1物质跨膜运输的实例（共57张ppt）

(共57张PPT)
第4章
细胞的物质输入和输出
第1节
物质跨膜运输的实例
　　
细胞是一个开放的系统，每时每刻都与环境进行着物质的交换。物质的进进出出都要经过细胞的边界——细胞膜。细胞内外的许多物质并不能自由地出入细胞，细胞膜能够对进出细胞的物质进行选择。
细胞是地球上最基本的生命系统
细胞膜—
系统的边界
细胞壁是全透性的
扩散与渗透的区别
扩散：是指物质从密度大的空间自然向密度小
的空间运动的现象。
扩散现象
气体的扩散
“扩散”与“渗透”的区别
渗透作用
半透膜：是指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。它往往是只能让小分子物质透过，大分子物质不能透过，不具有选择性，不是生物膜。
渗透装置
（必修1导学P48“三点剖析”二、2.）
R
S
半透膜
清水
蔗糖
溶液
R
S
半透膜
清水
蔗糖
溶液
S渗
R渗
=
+
静水压
（考试高手P23典例5解析）
渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散，称为渗透作用。
渗透作用的产生必须具备两个条件:
①
具有半透膜
②
半透膜两侧的溶液具有浓度差
小
结:
§1
物质跨膜运输的实例
（考试高手P23四）
（必修1导学P47“情景导入”）
（可选用玻璃纸、哺乳动物的膀胱、卵壳内膜等）
1.渗透现象实验中的半透膜可选用哪些材料抽取?
2.此装置中若用纱布、塑料薄膜代替半透膜，其现象如何？
(两种材料均不能观察到液面上升现象)
3.若烧杯中是蔗糖溶液，漏斗内是清水，其结果怎样？
(液面会下降)
“扩散”与“渗透”的区别
水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散，称为渗透作用。
“扩散”与“渗透”的区别
扩散：是指物质从密度大的空间自然向密度小
的空间运动的现象。
渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）透过半
透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液
的扩散，叫做渗透作用。
摩尔浓度
区别：渗透与扩散的不同在于渗透必须有半透膜。
E
F
10%的蔗糖溶液
30%的蔗糖溶液
10%的蔗糖溶液
10%的葡萄糖溶液
B液面上升
结果
摩尔浓度
小
摩尔浓度
大
F液面上升
如图在U形管的中部C处装有半透膜，在A侧加入细胞色素C（分子量为1.3万道尔顿的蛋白质）的水溶液（红色），B侧加入清水，并使A、B两侧液面高度一致。经过一段时间后，结果是（
）
A.A、B两侧液面高度一致，B侧为无色
B.
A、B两侧液面高度一致，B侧为红色
C.A液面低于B液面，B侧为红色
D.
A液面高于B液面，B侧为无色
D
如图所示:ab分别为体积与质量浓度（g/mL）相同的葡萄糖和蔗糖溶液用半透膜隔开，（半透膜允许水分子和葡萄糖通过，不允许蔗糖通过）开始和一段时间后液面的情况如何？
a
b
半透膜
先
a
b
后
a
b
葡萄糖溶液
蔗糖溶液
?
（如：
）
细胞膜上具有
，且不同生物的细胞膜上载体
不同，构成了对不同物质吸收与否和吸收多少的选择性。
（如：
）
选择透过性膜
半透膜
某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。物质能否透过半透膜往往取决于半透膜孔隙直径的大小。
动物膀胱、玻璃纸、肠衣、鸡蛋的卵壳膜
细胞膜等各种生物膜
种类和数量
载体
“半透膜”与“选择透过性膜”的区别
细胞的吸水和失水
外界溶液浓度
＜
细胞质浓度,细胞吸水膨胀
外界溶液浓度
＞
细胞质浓度,细胞失水皱缩
外界溶液浓度
=
细胞质浓度,
细胞动态平衡
动物细胞
（课本P60）
思考与讨论
1.正常生活着的红细胞内的血红蛋白等有机物能过细胞
膜外吗？
2.根据现象判断红细胞的细胞膜相当与什么膜？
3.当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会吸水而涨破？
4.红细胞吸水或失水的多少取决与什么？
红细胞内的血红蛋白等有机物一般不能透过细胞膜。
红细胞的细胞膜相当于“问题探讨”中的半透膜。
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。
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。
（课本P61）
成熟的植物细胞的结构
细胞壁
细胞膜
细胞质
细胞核
液泡
关键在于：原生质层是否相当于一层半透膜？（探究）
成熟的植物细胞是一个渗透系统
植物细胞的吸水和失水
原生质层：细胞膜和
液泡膜以及两层
膜之间的细胞质。
“原生质层”和“原生质”的区别
原生质：细胞内具有生命活动的物质称
为原生质。（包括细胞膜、细胞质和细
胞核）。
【回忆】植物细胞的结构
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
【探究】植物细胞
相当于半透膜
原生质层
植物细胞的吸水和失水
实验假设：若原生质层相当于一层半透膜，把成熟的植物细胞放置在不同的外界溶液中，它应该有吸水或失水的现象
实验材料的选择：
实验材料：紫色的洋葱鳞片叶外表皮
细胞
质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液、清水
探究实验：植物细胞的吸水和失水
探究实验：植物细胞的吸水和失水
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
表达与交流
（原生质层是一层半透膜吗？）
（原生质层相当于一层半透膜）
设计
方案
（按预定方案进行实验）
（分析实验结果，得出结论：……）
（总结，写实验报告并适当交流）
预期结果
将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再将细胞浸润在清水中，观察其大小的变化。
在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，细胞皱缩；在清水中植物细胞的中央液泡会变大，细胞膨胀。
取一小块洋葱鳞茎的紫色外表皮，放在载玻片的中央的水滴中
镜检——观察自然状态下的紫色洋葱外表皮细胞的结构。
从载物台上取下装片，用对侧引流法加入质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液，再次镜检。观察浸浴在蔗糖溶液中的表皮细胞有什么变化。
（与自然状态下的表皮细胞比较）
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
方法步骤
0.3g/ml蔗糖溶液
质壁分离
清水
质壁分离复原
质壁分离的过程
植物细胞的吸水与失水
§1
物质跨膜运输的实例
实验结果：
???
细胞
大小
蔗糖溶液
清水
变小
逐渐恢复原来大小
原生质层恢复原来位置
原生质层脱离细胞壁
基本不变
基本
不变
中央液泡
大小
原生质层
的位置
探究实验：植物细胞的吸水和失水
滴加蔗糖溶液发生质壁分离的细胞
改换清水后正在发生质壁分离复原的细胞
探究实验：植物细胞的吸水和失水
注意颜色的变化
质壁分离:植物细胞因为失水收缩，原生质层与细胞壁发生分离的现象。
质壁分离复原：发生质壁分离的植物细胞因吸水膨胀，恢复为原来的状态。
注意颜色的变化
探究实验：植物细胞的吸水和失水
正常情况下的细胞
发生质壁分离
结论：植物细胞的原生质层相当于一层
半透膜
植物细胞的质壁分离
（表示刚开始发生质壁分离）
（表示已明显发生质壁分离）
（课本P63）
实验结论：
原生质层相当于半透膜
细胞内有细胞液
长颈漏斗中有蔗糖液
外界溶液
烧杯中有清水
半透膜
成熟的植物细胞
渗透系统装置
原生质层
(选择性透过膜)
探究实验：植物细胞的吸水和失水
成熟的植物细胞和外界溶液组成一个渗透系统
细胞质
细胞膜
液泡膜
原生质层
细胞壁
细胞液
一个成熟的植物细胞可构成一个渗透系统，发生渗透作用
植物细胞的吸水和失水
半透膜
外界溶液
浓度差
注意
植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
细胞失水时细胞壁和原生质层都会出现一定程度的收缩，但原生质层的伸缩性更大，故原生质层会与细胞壁发生分离。
植物细胞质壁分离复原的条件:
植物细胞必须是活细胞
细胞液与外界溶液必须有浓度差
必须有大的液泡
（课本P63）
强调
细胞膜并不是单纯物理意义的半透膜，它是有生理活性的，能以一些物质进行选择通过，这叫选择透过性膜。
细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜：可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过。
根据细胞膜有无选择透过性可以判定细胞死活．
（课本P64）
探究甘油溶液中分子跨膜运输的实验现象
5%甘油
溶液
12.13.21:06
5%甘油溶液
12.13.21:41
细胞发生质壁分离的自动复原
探究KNO3溶液溶液中分子跨膜运输的实验现象
7%KNO3溶液
12.13.21:58
7%KNO3溶液
12.13.22:14
细胞发生质壁分离的自动复原
0
60
120
180
240
300
时间（S）
50
100
原生质体体积（相对值）
（复原状态）
2mol/L乙二醇溶液
2mol/L蔗糖溶液
例：用2mol/L的乙二醇溶液和2mol/L的蔗糖溶液分别浸浴某种植物细胞，观察质壁分离现象，得到其原生质体体积变化情况如图所示。
例：将同一植物细胞依次浸入蒸馏水、0.3
mol蔗糖溶液和0.5
mol尿素溶液中，观察原生质体的体积随时间的变化如右图所示：
（1）A、B、C中细胞在蒸馏水中的是???????
，在0.5
mol尿素溶液中的是????????。
（2）ab段的下降速度较ae段的快，这是因为
????????___；
A
B
尿素溶液浓度大于蔗糖溶液浓度
（3）简要分析B、C曲线差异的原因__________________。
起初尿素溶液浓度大于蔗糖溶液浓度细胞失水较快，随着尿素分子进入细胞使细胞液浓度逐渐增大，引起细胞吸水。
例：如图，下面是一个洋葱表皮细胞浸润在30%的蔗糖溶液中出现的情况，根据结构示意图，分析回答
（1）在显微镜下观察时可发现此细胞正处于__
_状态。
（2）图中相当于半透膜的结构叫___
___，
它由_
__、??___
__和__
___组成。
（3）在1的空隙中充满的是__
____。
若把此细胞放入清水中，则会发生___
________现象。
1
质壁分离
原生质层
细胞膜
细胞质
液泡膜
蔗糖溶液
质壁分离复原
细胞发生质壁分离的自动复原
原因：
蔗糖分子不被植物细胞吸收，因而在适宜蔗糖溶液中发生质壁分离后不能自动复原，可见外界溶液中的小分子物质或离子能否被细胞吸收将决定能否自动复原。甘油、K+、NO3-与乙二醇一样能进入细胞内，故其内的细胞能自动复原。蔗糖分子不能进入细胞内，故不能自动复原，只能人工复原。
初始浓度
0
Mg2＋
Ca2+
Si4+
离子
培养液中的离子浓度
水稻
番茄
物质跨膜运输的其他实例
（1）离子的跨膜运输并不是顺着离子相对含量的梯度来进行的；
（2）细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜。
水稻培养液里的Ca2+和Mg2+浓度为什么会增高?
水稻吸收水分和其他离子多,而吸收Ca2+和Mg2+较少
2.不同作物对无机盐的吸收有差异吗?
有明显差异,水稻吸收大量的Si4+而番茄几乎不吸收.番茄吸收Ca2+和Mg2+较多
物质跨膜运输的其他实例
3.水分子跨膜运输是顺着相对含量梯度的,其他物质也是这样的吗?
不是的!比如水稻吸收大量的Si4+,这是根据生物生命活动的需要.
4.细胞对物质的吸收有选择性吗?如果有,这种选择有普遍性吗?
具有选择性的,因为不同生物吸收的离子的量是各不相同的;这种选择也是有普遍性的,如不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异.
物质跨膜运输的其他实例
质壁分离实验的拓展应用及方法
1、判断细胞的死活
待测细胞+蔗糖溶液
镜检
发生质壁分离和复原
活细胞
不发生质壁分离或质壁分离后不复原
死细胞
（考试高手P24）
实验单一变量：待测细胞的生活状态。
质壁分离实验的拓展应用及方法
2、测定细胞液浓度范围
待测细胞
+
一系列浓度梯度的蔗糖溶液
分别镜检
细胞液的浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。
（考试高手P24）
实验单一变量：不同浓度的蔗糖溶液。
例：将细胞液浓度相同的紫色洋葱表皮细胞，分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，制成装片镜检结果如下图所示，根据此实验，可知洋葱表皮细胞的细胞液浓度大约为
（
）
A．0．2—0．3
M
B．0．1--0．2
M
C．0．3—0．4
M
D．无法确定
A
例：有人提出利用渗透作用实验原理可以来测定细胞的细胞液浓度的大概范围。下面是将细胞液浓度相同的几个细胞（如下图所示）置于不同蔗糖浓度（a～d）下的细胞状态，则这几个细胞的细胞液浓度范围相对最精确的范围是在（
）
A．c－b
B．a－c
C．a－d
D．d－c
C
质壁分离实验的拓展应用及方法
3、比较不同植物细胞的细胞液浓度
（考试高手P24）
不同植物细胞
+
同一浓度的蔗糖溶液
镜检
记录刚刚发生质壁分离时所需时间
判断细胞液浓度（即时间越短，细胞液浓度越小）
对所需时间长短进行比较
实验单一变量：不同植物细胞。
质壁分离实验的拓展应用及方法
4、比较未知浓度溶液的浓度大小
（考试高手P24）
同一植物的成熟细胞
+
未知浓度的溶液
镜检
记录刚刚发生质壁分离所需时间
判断溶液浓度的大小（即时间越短，未知溶液的浓度越大）
比较所用时间长短
实验单一变量：未知浓度的溶液。
质壁分离实验的拓展应用及方法
5、验证原生质层和细胞壁伸缩性大小
成熟植物细胞
+
蔗糖溶液
镜检
发生质壁分离现象
细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性
不发生质壁分离现象
细胞壁的伸缩性大于或等于原生质层的伸缩性
（考试高手P24）
实验单一变量：植物细胞结构特性。
质壁分离实验的拓展应用及方法
6、鉴别不同种类的溶液（如KNO3和蔗糖溶液）
（考试高手P24）
成熟植物细胞
+
不同种类溶液
镜检
只发生质壁分离
溶质不能通过半透膜的溶液（如蔗糖）
质壁分离后又自动复原
溶质能通过半透膜的溶液（如KNO3）
1、以下可以发生渗透作用的是（
）
A、煮熟的马铃薯条放入水中
B、把干种子放在清水中
C、把经10%盐酸处理的根尖放入清水里
D、把生活的根尖放在30%的蔗糖溶液中
D
练习
2、将洋葱表皮细胞放入50%的蔗糖溶液中，很快发生了质壁现象，但是却不能发生质壁分离复原现象，原因是什么？
3、当把成熟的植物细胞放在尿素溶液中时，发现很快发生了质壁分离现象，但过了一会又发生了质壁分离复原现象，原因是什么？
50%的蔗糖溶液浓度太高，使细胞失水过多而死亡，因此只能发生质壁分离，而不能发生质壁分离复原。
这是因为植物细胞能主动的吸收尿素分子进入细胞液，使细胞液浓度增大，而从外界溶液中吸水。
4、
某同学设计的渗透实验：用鸡蛋膜将漏斗口封住，再装上清水，把漏斗浸入盛有10％的NaCl溶液的烧杯中，使漏斗管内的液面与烧杯中的液面一样高，但他始终没有观察到渗透现象。他应该怎样改进的此装置才达到实验目的（
）
A.把10％的NaCl溶液换成30％的NaCl溶液
B.把10％的NaCl溶液装在漏斗里，清水装在烧杯中
C.把鸡蛋膜换成其它半透膜
D.把10％的NaCl溶液换成30％的蔗糖溶液
5
、下图中能够表示洋葱鳞茎表皮细胞在质壁分离及复原
过程中液泡体积变化的是
体
积
时间
A
体
积
时间
B
体
积
时间
C
体
积
时间
D
B
例：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，如下图。你认为这3个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.BA
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