(共34张PPT)
第4章 细胞的物质输入和输出
探究一 细胞学说及其建立过程
由于单位时间内透过
玻璃纸进入长颈漏斗中的水分子数量多于从长颈漏斗中
渗出的水分子数量，使得管内液面升高
分析、讨论教材第62页的“问题探讨”,并阅读本页正文内容,总结渗透作用的概念和发生条件。
不
会。当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产
生的压力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，最终达到
平衡，液面将不再上升
不会
不会
水分子（或其他
溶剂分子）通过半透膜的扩散过程
提示:不等同。扩散是指物质分子从高浓度区域向
低浓度区域转移,直到均匀分布的现象,扩散不需要半透
膜。
探究二 水进出细胞的原理
否
不一定
细胞内外
溶液的浓度差
细胞膜
外界溶液
渗透作用
2.水进出植物细胞的原理。
观察教材第63页图4-2,并阅读该图左侧及教材第65页图4-3上面的文字内容,运用类比推理的科学方法探讨水进出植物细胞的原理。
(1)认识成熟植物细胞与吸水、失水相关的结构。
细胞液
原生质层
支持和保护细胞
全透性
不会
(5)细胞壁和原生质层的伸缩性大小关系如何?
细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性。
质壁分离
质壁分离的复原
探究三 自由扩散和协助扩散
扩散
能量
自由扩散和协助扩散
高浓度
低浓度
苯
浓度差
扩散
浓度差
甘油
CO2
乙醇
提示:甘油和乙醇是脂溶性物质,细胞膜的基本支架是磷脂双分子层。
转运蛋白
高浓度
低浓度
浓度差
浓度差
转运蛋白
转运蛋白
葡萄糖进入哺乳动物的红细胞
(3)转运蛋白。
(4)自由扩散和协助扩散所需的条件有哪些异同?
直径和形状
大小和电荷
结合
不改变
提示:①相同点,都需要存在浓度差,都不需要能量;
②不同点,自由扩散不需要转运蛋白,协助扩散需要转运蛋白。
探究一 渗透作用
1.理解渗透作用发生的两个条件。
(1)半透膜:某些物质可以通过,而另一些物质不能通过的多孔性薄膜。物质能否通过半透膜取决于其分子直径与半透膜孔隙直径的大小关系。
(2)浓度差:此处“浓度”实际上是指物质的量浓度,而不是质量浓度。
2.水分子在半透膜两侧进行双向运动,但运动总趋势是由水分子浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散。
3.液面差产生的压强与渗透压的平衡使半透膜两侧水分子的交换率相同时,液面不再升高。
【例1】下图是渗透装置示意图,关于在长颈漏斗管内液面上升过程中的有关叙述,正确的是( )
A水分子只能通过半透膜从烧杯进入漏斗进行单向移动
B.液面上升的速率先逐渐加快然后减慢最终液面维持稳定
C.当半透膜两侧水分子进出速率相等时,两侧溶液浓度相等
D.半透膜两侧溶液的浓度差越大,上升的高度越高
解析:水分子在半透膜两侧进行双向运动,A项错误;在液面上升的过程中,漏斗两侧溶液的浓度差逐渐减小,则液面上升的速率起始最快,之后减慢最终维持稳定,B项错误;当长颈漏斗内液面最高时,半透膜两侧水分子进出速率相等,但是此时半透膜两侧的溶液浓度并不相等,漏斗内是稀释了的蔗糖溶液,烧杯内是清水,C项错误;半透膜两侧溶液的浓度差越大,进入漏斗内的水分子越多,液面上升的高度也越高,D项正确。
答案:D
【母题延伸】
若将图中的蔗糖溶液改为溶质能通过半透膜的葡萄糖溶液,渗透平衡时液面如何变化?半透膜两侧溶液的浓度大小如何?
提示:液面相平。半透膜两侧溶液浓度相同。
【例2】我国民间用盐渍法保存食品的原理是( )
A.浓食盐水中的Cl-有杀菌作用
B.浓食盐水中含O2少,细菌无法生存
C.由于渗透作用使细菌失水死亡
D.由于渗透作用使鱼、肉细胞过度吸水
答案:C
【方法规律】
判断渗透现象的技巧
(1)液面变化:看溶液浓度的高低。溶液浓度高的一侧上升,浓度低的一侧下降。
(2)平衡时液面差大小:取决于膜两侧的浓度差大小。浓度差越大,平衡时液面差越大。若溶质分子能通过半透膜,达到平衡时,不存在浓度差,也不出现液面差。
(3)平衡时膜两侧的浓度高低:看半透膜两侧原溶液浓度的高低。原溶液浓度高的平衡时浓度高。
探究二 水进出细胞的原理
1.给患者输液时,医生一般会将药物溶解在生理盐水或质量分数为5%的葡萄糖溶液中,这是为什么?
提示:生理盐水和质量分数为5%的葡萄糖溶液都是血浆的等渗溶液,其目的是维持细胞的正常形态和生命活动。
2.对农作物施肥过多,会造成“烧苗”现象,人们常采用“灌溉法”进行缓解。
(1)你怎样解释这种现象和缓解措施?
提示:农作物施肥过多,导致土壤溶液的浓度过大,根细胞失水,即“烧苗”。采用“灌溉法”可以使土壤溶液的浓度降低,最终低于细胞液的浓度,这样根细胞就能重新吸水,从而缓解“烧苗”现象。
(2)如果你是一名小小农业员,你将怎样给农作物施肥?
提示:考虑需要施用哪种肥料;合理控制肥的用量。
科学方法——类比推理法
将细胞浸入外界溶液中就类似于构建了一个渗透装置,利用渗透作用原理来判断细胞的吸水或失水状况,就是类比推理法的一种应用。运用此方法,可解释日常生活中与细胞吸水、失水有关的现象,如施肥过多造成的农作物“烧苗”现象等。
【例3】将人体成熟的红细胞分别置于下列4种液体中,一段时间后,红细胞会吸水膨胀甚至破裂的是( )
A.质量分数为0.9%的食盐水
B.浓食盐水
C.蒸馏水
D.质量分数为10%的葡萄糖溶液
解析:质量分数为0.9%的食盐水与红细胞内细胞液的浓度相等,红细胞形态基本不变,A项错误;浓食盐水的浓度大于红细胞内细胞液的浓度,红细胞会失水而发生皱缩,B项错误;蒸馏水中没有溶质,红细胞会吸水膨胀甚至破裂,C项正确;质量分数为10%的葡萄糖溶液浓度大于红细胞内细胞液的浓度,红细胞会失水而发生皱缩,D项错误。
答案:C
【例4】下图为植物细胞渗透作用的图解,下列说法错误的是( )
A.植物细胞的原生质层相当于一层半透膜
B.一定条件下,活的、成熟的植物细胞能失水或吸水
C.当外界溶液甲的浓度>细胞液乙的浓度时,细胞失水,当细
胞液乙的浓度>外界溶液甲的浓度时,细胞吸水
D.当外界溶液甲的浓度=细胞液乙的浓度时,不发生渗透作用
解析:活细胞处于外界溶液中时,就会发生渗透作用,即使外界溶液甲的浓度=细胞液乙的浓度,也发生渗透作用。
答案:D
探究三 自由扩散和协助扩散
阅读下列资料,回答相关问题。
资料1:研究表明,葡萄糖进入哺乳动物肝细胞时,如果使用药物限制膜蛋白的活动,则葡萄糖的运输速率迅速下降,如果减少能量的供应,却对运输没有影响。
资料2:浓度差与O2跨红细胞膜时运输速率、葡萄糖跨红细胞膜时运输速率的关系如下表所示。
O2跨红细胞膜时的运输速率
浓度差/(mmol·L-1)
1.5
3
4.5
6
7.5
9
速率
8
16
24
32
40
48
葡萄糖跨红细胞膜时的运输速率
浓度差/(mmol·L-1)
1.5
3
4.5
6
7.5
9
速率
8
16
24
32
32
32
(1)依据资料1,可判断葡萄糖进入哺乳动物肝细胞的运输方式是 ,判断依据是
。?
答案:协助扩散 葡萄糖进入哺乳动物肝细胞受膜蛋白活性影响,而不受能量供应影响
(2)依据资料2,分析O2和葡萄糖跨红细胞膜时的运输速率分别与浓度差具有怎样的关系?
提示:随浓度差增大,O2跨红细胞膜时的运输速率增大。在一定范围内,随浓度差增大,葡萄糖跨红细胞膜时的运输速率增大,当浓度差达到一定数值后,葡萄糖的运输速率保持不变。
(3)请尝试构建资料2中两种物质跨红细胞膜时的运输速率与浓度差的关系模型。
提示:
模型与建模——物质的运输速率与浓度差的关系模型
不仅O2跨红细胞膜时的运输速率与浓度差的关系模型如此,其他依靠自由扩散跨膜的物质的运输速率与浓度差的关系模型也是如此;同样,依靠协助扩散跨膜的物质的运输速率与浓度差的关系模型与葡萄糖跨红细胞膜时的模型相同。
【例5】下图表示物质跨膜运输的一种方式,下列有关分析正确的是( )
A.这种转运方式可逆浓度梯度进行
B.乙醇分子是以这种方式进入细胞的
C.细胞产生的能量增加会提高该物质的运输速率
D.转运蛋白在物质转运过程中形状会发生改变
解析:由图可知,该物质是从高浓度一侧向低浓度一侧运输,运输过程中需要转运蛋白协助,不需要消耗能量,属于协助扩散,协助扩散是顺浓度梯度运输,A项错误;乙醇分子以自由扩散方式运输,B项错误;协助扩散不需要能量,则细胞产生的能量增加不会提高该物质的运输速率,C项错误;题图中转运蛋白在运输物质的过程中形状发生了变化,D项正确。
答案:D
【例6】下图中曲线a、b表示自由扩散和协助扩散两种方式,下列表述正确的是( )
A.葡萄糖通过方式a进入红细胞
B.低温只会影响方式b的运输
C.脂溶性小分子物质能通过方式a运输
D.抑制细胞呼吸对方式a和b的运输速率均有影响
解析:葡萄糖进入红细胞是协助扩散,即方式b,A项错误;低温能抑制酶的活性,也能影响分子运输速率,则会影响所有物质的跨膜运输,B项错误;脂溶性小分子物质的运输方式是自由扩散,即方式a,C项正确;a自由扩散、b协助扩散不需要消耗能量,则抑制细胞呼吸对其没有影响,D项错误。
答案:C
【母题延伸】
水分子进出细胞膜的方式为图中哪种方式?
提示:a和b。
课堂建构
