（人教版）高中生物必修一：4.1《物质跨膜运输的实例》课件（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
自主学习 新知突破
1．了解细胞吸水和失水的条件。
2．理解细胞膜是选择透过性膜。
3．质壁分离与复原实验的应用。
1．原理：发生了渗透作用。该作用必须具备两个条件：
细胞的吸水和失水
2．动物细胞的吸水和失水(以红细胞为例：红细胞膜相当于一层半透膜)
(1)当外界溶液浓度<细胞质浓度时，细胞__________。
(2)当外界溶液浓度>细胞质浓度时，______________。
(3)当外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分进出平衡。
吸水膨胀
细胞失水皱缩
3．植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构。
(2)条件：成熟植物细胞中央具有_______。
(3)验证：
①当外界溶液的浓度大于细胞液浓度时，细胞就通过渗透作用失水，植物细胞就发生_________现象；
②将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时细胞液的浓度高于外界清水，植物细胞就吸水，发生______________现象。
大液泡
质壁分离
质壁分离复原
[思考探讨]　1.教材渗透装置中，长颈漏斗液面上升的原因是什么？
2．发生渗透一段时间后，长颈漏斗中液面不再上升，水分子还进出半透膜吗？漏斗内外溶液浓度是否相等？
提示：　1.液面上升的原因是单位时间内由清水进入蔗糖溶液中水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数。
2．仍有水分子进出半透膜，达到了动态平衡，漏斗内外溶液浓度不相等。
1．渗透作用
水分子(或者其他溶剂分子)通过半透膜，从相对含量高的溶液向相对含量低的溶液扩散。
2．渗透作用现象的分析
(1)蔗糖溶液液面上升的原因：
上述现象可以解释为：水分子可以通过半透膜，而蔗糖分子不能通过，单位时间内进入漏斗的水分子数多于进入烧杯的水分子数，漏斗内液面上升。
(2)当液面上升到一定程度时，液面不再升高的原因：
分析上图可知：H1产生的压强与水和蔗糖溶液产生的渗透压差达到平衡，使半透膜两侧水分子的交换率相等时，液面不再升高。
3．植物细胞与渗透装置的比较
据图分析可知：
(1)原生质层——具有选择透过性，相当于半透膜。
(2)浓度差——细胞液与外界溶液之间具有浓度差。所以一个植物细胞类似于一个渗透装置。
1．物质跨膜运输的特点
(1)运输方向与浓度关系：__________________________。
(2)物质进出的特点：物质的输入和输出有________。
2．生物膜的特性
细胞膜和其他生物膜可以让水分子自由通过，一些_____ _________也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过，因此它们都是_______________膜。
物质跨膜运输的其他实例
并不都是顺相对含量的梯度的
选择性
离子
和小分子
选择透过性
1．选择透过性膜具有选择性的原因
不同细胞膜上载体蛋白的种类和数量不同，从而使细胞膜对物质透过表现出高度的选择性。
2．半透膜和选择性透过膜的比较
膜的种类
物质透过性
特点
实质
半透膜
较小物质通过，较大物质不能透过
不具有选择性、不具有活性，是多孔性薄膜
物理学上的概念
选择透过性膜
要选择吸收的离子、小分子可通过，而其他离子、小分子和大分子不能通过
具有选择性和活性，是生物膜
生物学上的概念
[记知识纲要]
[背关键语句]
1．细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。具有选择透过性。
2．质壁分离过程中，低倍显微镜可以观察到洋葱外表皮细胞中液泡逐渐变小，颜色变深，原生质层脱离细胞壁。
3．质壁分离的内因是原生质层比细胞壁的伸缩性大；外因是外界溶液浓度大于细胞液浓度。
4．发生质壁分离的条件是活的成熟的植物细胞，质壁分离过程中，细胞吸水力逐渐增大。
合作探究 课堂互动
渗透作用的原理和应用
按下图所示安装渗透作用装置，将半透膜袋缚于玻璃管下端，半透膜袋内部装有50 mL质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。下列有关说法不正确的是(　　)
A．若换用较大表面积的半透膜，达到平衡所用时间会缩短
B．若将质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液换为质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液，玻璃管内的液面高度会增加
C．达到平衡后，向烧杯中加适量清水，玻璃管中的液面也会上升
D．将玻璃管及缚于其上的半透膜袋适当向上提升一段，玻璃管内的液面位置相对于上端管口的位置不变
[自主解答]　________
解析：　半透膜表面积越大，与外界溶液的接触面积就越大，水分子进入半透膜袋的速率就越快，A正确；将质量浓度为0.3 g/mL 的蔗糖溶液换为质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液，其吸水量增加，玻璃管内的液面高度会增加，B正确；如果在平衡后的烧杯中加入适量水，那么烧杯中液面上升，两液面间高度差减小，高度差形成的压力变小，但浓度差不变，即渗透压不变，则玻璃管中的液面会上升，使高度差造成的压力等于渗透压从而达到平衡，C正确；
将玻璃管及缚于其上的半透膜袋适当向上提升一段，玻璃管中液面与烧杯中液面间的高度差增大，而内外浓度差不变，平衡被打破，重新达到平衡时玻璃管内液面位置相对于上端管口的位置降低，D错误。
答案：　D
【互动探究】　若向半透膜袋内加入适量的蔗糖酶后，玻璃管中液面如何变化？
提示：　加入蔗糖酶后，玻璃管中的液面先上升，而后再
验证渗透作用发生的条件
①具有半透膜：
②具有浓度差：
1．如图表示一中间隔一半透膜(只允许水分子通过)的水槽，两侧分别加入等物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液。然后在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶(麦芽糖酶只能分解麦芽糖)，在加入麦芽糖酶前后A、B两侧液面的变化是(　　)
A．加酶前A侧上升，加酶后B侧上升并高于A侧高度
B．加酶前A侧上升，加酶后B侧上升并等于A侧高度
C．加酶前后A、B两侧液面不变
D．加酶前A、B两侧液面不变，加酶后B侧液面上升并高于A侧液面
解析：　影响水分子扩散的溶液渗透压的大小取决于溶质微粒的数目。相同物质的量浓度的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液渗透压相等，但加入麦芽糖酶后，麦芽糖被分解成葡萄糖，溶液的渗透压将大于A侧的葡萄糖溶液。
答案：　D
质壁分离和复原实验
为探究茉莉酸(植物生长调节剂)对离体培养的成熟胡杨细胞质壁分离的影响，将细胞分别移至不同的培养液中继续培养3天，结果如下表。下列叙述错误的是(　　)
组别
培养液中另添加的成分
结果
NaCl
茉莉酸
①
＋
－
部分细胞质壁分离
②
＋
＋
细胞正常，无质壁分离
③
－
－
细胞正常，无质壁分离
注：“＋”表示有添加，添加后NaCl浓度为100 mmol·L－1，茉莉酸浓度为10－3 mg·L－1；“－”表示无添加。
A．胡杨细胞通过渗透作用吸水和失水
B．质壁分离的胡杨细胞液泡体积变小
C．NaCl为自变量，茉莉酸为因变量
D．茉莉酸对NaCl引起的胡杨细胞质壁分离有抑制作用
[自主解答]　________
解析：　成熟的植物细胞具有中央大液泡，主要通过渗透作用吸水和失水，A正确；胡杨细胞的原生质层相当于半透膜，当细胞液浓度小于外界溶液浓度时，细胞失水，此时液泡中水分子渗出，液泡体积将会变小，B正确；根据实验目的及表中信息可知，自变量是茉莉酸的有无，因变量是细胞是否出现质壁分离，C错误；由①②组对照可知，NaCl是无茉莉酸的条件下可引起细胞质壁分离，而在存在茉莉酸的条件下不会引起细胞质壁分离，这说明茉莉酸对NaCl引起的胡杨细胞质壁分离有抑制作用，D正确。
答案：　C
[实验原理]
(1)原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。
(2)当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，原生质层收缩进而质壁分离。
(3)当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞渗透吸水，使质壁分离复原。
[实验步骤]
[实验结论]
成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水。
2．右图是某同学用紫色洋葱鳞片叶的外表皮做“探究植物细胞的吸水和失水”的实验中所观察到的细胞图。下列叙述正确的是(　　)
A．图中1、2、6组成了细胞的原生质层
B．图中细胞处于质壁分离状态，此时6处的浓度一定大于7处的浓度
C．图中1是细胞壁，6中充满了外界溶液
D．图中7是细胞液，在细胞发生质壁分离过程中，其颜色逐渐变浅
解析：　图中1为细胞壁，2与4以及两者之间的5共同组成了原生质层，A错误；由于1细胞壁是全透性的，所以6处充满了外界溶液，C正确；细胞处于质壁分离状态但细胞此时不一定正在失水，所以7处的浓度不一定小于6处的浓度，B错误；在质壁分离的过程中7是失水的，所以7的颜色应该是逐渐加深，D错误。
答案：　C
高效测评 知能提升
1．如图中的渗透装置，开始时的液面高度为a，停止上升时的高度为b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部分吸出，则吸出蔗糖溶液的次数与a、b液面间的高度差之间的关系是(　　)
解析：　随着漏斗内蔗糖溶液的不断被吸出和漏斗内不断吸水，漏斗内蔗糖溶液的浓度越来越小，渗透吸水的量越来越少，因而a、b液面的高度差越来越小。
答案：　A
2．下列关于物质跨膜运输实例的叙述中，不正确的是(　　)
A．细胞吸水和失水是水分子顺相对含量的梯度跨膜运输的过程
B．水分子跨膜运输的方向是由低浓度溶液向高浓度溶液
C．无机盐离子可以逆相对含量的梯度进行跨膜运输
D．生物膜是选择透过性膜，小分子物质都能通过，而大分子物质则不能通过
解析：　生物膜是选择透过性膜，水分子可自由通过，一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过；水分子的跨膜运输方向是顺相对含量梯度，即由低浓度溶液向高浓度溶液扩散；细胞对于物质的输入和输出具有选择性，对于所需要的无机盐离子可以逆相对含量梯度运输。
答案：　D
3．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图所示状态，a、b表示两处溶液的浓度，由此推测(　　)
A．此时a>b，细胞渗透吸水
B．a＝b，渗透系统保持动态平衡
C．此时aD．上述三种情况都可能存在
解析：　如果这个图表示质壁分离复原的过程，A正确；如果这个图中的原生质层既不增大也不缩小，说明水分进出平衡，B正确；如果这个图表示质壁分离的过程，说明外界溶液浓度大于细胞液浓度，C正确。
答案：　D
4．将同一新鲜马铃薯块茎切成4根粗细相同、长为5 cm的条，再将这4根马铃薯条分别放在不同浓度的KNO3溶液中，依次在30 min和4 h后测量每一根的长度，结果如图所示。下列结论错误的是(　　)
A．a马铃薯条细胞通过渗透作用吸水
B．b马铃薯条细胞质壁分离逐渐复原
C．c马铃薯条细胞质壁分离
D．d马铃薯条细胞所处的KNO3溶液浓度增加
解析：　由图可知，a、b、c马铃薯条4 h后的长度都大于30 min后的长度，说明K＋进入细胞内。b、c马铃薯条细胞质壁分离后复原，a马铃薯条细胞通过渗透作用吸水，使长度大于原长度，A、B、C正确；d马铃薯条4 h后长度未变化，并且马铃薯条所处的KNO3溶液浓度最大，因此d马铃薯条细胞在30 min时就因过度失水而死亡，d马铃薯条因失水而使KNO3溶液浓度降低，D错误。
答案：　D
5.右图为研究渗透作用的实验装置，请回答下列问题。
(1)漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，漏斗内外起始液面一致。渗透平衡时的液面差为Δh，此时S1和S2浓度大小关系为________。
(2)图中半透膜模拟的是成熟植物细胞中的__________，两者在物质透过功能上的差异是__________________________。
(3)为进一步探究两种膜的特性，某兴趣小组做了以下实验。
实验材料：紫色洋葱。
实验器具：如图所示的渗透装置(不含溶液)，光学显微镜，载玻片，盖玻片，镊子，刀片，吸水纸，擦镜纸，滴管，记号笔等。
实验试剂：蒸馏水，0.3 g/mL的蔗糖溶液和与其等渗的KNO3溶液。
部分实验步骤和结果如下：
①选两套渗透装置，标上代号X和Y。在两个烧杯里均加入一定量的蒸馏水，分别在装置X和Y的漏斗内加入适量的蔗糖溶液和KNO3溶液，均调节漏斗内外液面高度一致。渗透平衡时出现液面差的装置有________(填代号)。
②选两片洁净的载玻片，________，在载玻片中央分别滴加________，制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片并分别观察装片中细胞的初始状态。
③观察临时装片中浸润在所提供的蔗糖溶液和KNO3溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞发生的变化，两者都能出现的现象是________。
(4)上述实验中最能体现两种膜功能差异的实验现象是
_________________________________________________
________________________________________________。
解析：　(1)从图中实验现象看出：漏斗内液面高于漏斗外液面，漏斗内压强大于漏斗外压强，S1>S2。
(2)成熟的植物细胞有大液泡，原生质层相当于半透膜，在一定浓度的外界溶液中时，就相当于一个渗透装置，图中半透膜模拟的是成熟植物细胞的原生质层；半透膜无选择性，小分子能通过，大分子不能通过，而原生质层由细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质构成，细胞膜和液泡膜是生物膜，具有选择透过性，可对物质有选择地吸收、排出。
(4)细胞膜上有运载K＋和NO的载体蛋白，K＋和KNO能进入细胞导致细胞液浓度逐渐增大，当增大到大于KNO3溶液浓度时，细胞开始吸水，发生质壁分离复原现象，最能体现两种膜功能差异的实验现象是KNO3溶液中的质壁分离后会自动复原。
答案：　(1)S1>S2　(2)原生质层　原生质层能主动转运有关物质而半透膜不能　(3)①X　②标号　蒸馏水　③质壁分离　(4)KNO3溶液中的细胞质壁分离后会自动复原
谢谢观看！