2018-2019版高中生物 第三章 細胞的代謝 第二節(jié) 物質出入細胞的方式 第1課時學案 浙科版必修1.doc
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第1課時 擴散和滲透與動植物細胞的吸水和失水 知識內容 學考要求 選考要求 擴散和滲透的過程 b b 動、植物細胞吸水和失水的過程及原因 b b 活動：觀察洋蔥表皮細胞的質壁分離及質壁分離復原 b b 學習導航 (1)結合實例，闡明擴散和滲透的概念及原理。(2)結合細胞的結構特點，闡明動、植物細胞的吸水和失水原理。(3)通過“活動：觀察洋蔥表皮細胞的質壁分離及質壁分離復原”，進一步理解植物細胞的滲透現象。 方式一 糖醋蒜是大家比較喜歡的一種食品，但如果只用蔗糖來腌制大蒜，糖分很難進入內部，如果與醋酸共同使用，醋酸會殺死大蒜細胞，糖分就很容易進入大蒜內部了。據此可見，物質的進進出出都要經過細胞的邊界——細胞膜。細胞內外的許多物質并不能自由地出入細胞，細胞膜能夠對進出細胞的物質進行選擇。動、植物細胞吸水 和失水的原理是什么？具有什么特點？ 方式二 2015年春，我國東北部大旱，某地區(qū)農田里的莊稼出現了嚴重萎蔫現象，有關部門進行緊急人工降雨后，旱情得到緩解，莊稼又恢復了挺拔。上述過程中，植物萎蔫和恢復挺拔都與水分的得失有關，植物是怎樣從土壤中吸收水分的呢？除了水分外，植物還從土壤中吸收各種礦質離子，其過程又是怎樣的？ 一、擴散和滲透 1．擴散 分子或離子的運動 ↑實質 擴散使分子分布均勻，直到平衡 ↓方向 高濃度向低濃度 2．滲透 (1)實質：水分子通過膜的擴散。 (2)方向：溶液濃度低的一側→溶液濃度高的一側(或水分子由相對較多的一側→相對較少的一側)。 (3)結果：水分子進出平衡。 (4)實例 ①紅細胞吸水脹破與失水皺縮。 ②植物細胞的質壁分離及質壁分離復原。 方法技巧 對滲透現象的分析 (1)圖示 (2)原理分析 (3)上述裝置圖②中漏斗液面上升到一定程度后，不再升高的原理：Δh產生的壓強與水和蔗糖溶液產生的滲透壓差達到平衡，使半透膜兩側水分子的交換率相等時，液面不再升高。 3．動物細胞的吸水和失水 (1)當細胞內外水分子的相對數相等時，細胞無變化。 (2)當細胞外水分子的相對數較多時，細胞脹破。 (3)當細胞外水分子的相對數較少時，細胞皺縮。 4．植物細胞的吸水和失水 (1)當細胞內外水分子的相對數相等時，細胞無變化。 (2)當細胞外水分子的相對數較多時，細胞膨脹。 (3)當細胞外水分子的相對數較少時，細胞質壁分離。 歸納總結 動、植物細胞均符合發(fā)生滲透作用的條件 細胞種類 具備條件 動物細胞 成熟植物細胞 半透膜 細胞膜 原生質層(細胞膜、液泡膜以及兩者之間的細胞質) 濃度差 細胞質與外界溶液 細胞液與外界溶液 例1 如圖1所示的甲、乙、丙三個滲透裝置中，三個漏斗頸的內徑相等，漏斗內盛有濃度相同的蔗糖溶液，且漏斗內液面高度相同，漏斗口均封以半透膜，置于同一個水槽的清水中。三個滲透裝置的半透膜的面積和所盛蔗糖溶液的體積不同，如下表所示。 裝置編號 甲 乙 丙 半透膜面積 S S/2 S 蔗糖溶液體積 T T 2T 圖2中曲線1、2、3表示漏斗液面高度隨時間的變化情況。則曲線1、2、3與甲、乙、丙三個裝置的對應關系是( ) A．1—丙；2—甲；3—乙 B．1—乙；2—甲；3—丙 C．1—甲；2—乙；3—丙 D．1—丙；2—乙；3—甲 答案 A 解析 甲、乙漏斗內盛有的是濃度相同的蔗糖溶液且體積相同，置于同一個水槽的清水中，故甲、乙漏斗液面高度最終一樣高，甲的半透膜面積是乙的兩倍，達到同一高度所需時間更短，甲對應曲線2，乙對應曲線3，則丙對應曲線1。 易錯警示 有關滲透作用的三個誤區(qū) (1)半透膜兩側的水分子進行的是雙向運動，而不是單向運動，觀測到的現象是由雙向水分子運動的差別所導致的液面改變。 (2)當半透膜兩側的溶液達到平衡時，是指兩側的水分子運動達到平衡，而兩側溶液的濃度并不一定相同，兩側的液面高度也不一定相同。 (3)水分子通過半透膜由低濃度溶液向高濃度溶液擴散。此處的濃度指的是物質的量濃度，是單位體積中微粒的多少，不是質量分數。 例2 (2017浙江4月學考)將家兔紅細胞置于不同濃度的溶液中，水分子跨膜運輸示意圖如下(箭頭方向表示水分子的進出，箭頭粗細表示水分子進出的多少)。下列敘述正確的是( ) A．一段時間后，甲細胞會發(fā)生質壁分離 B．能發(fā)生滲透作用的是甲細胞和丙細胞 C．光學顯微鏡下可觀察到乙細胞有水分子的進出 D．若將甲、乙和丙細胞同時分別置于蒸餾水中，甲細胞先破裂 答案 B 解析 實驗材料用的是家兔細胞，動物細胞不存在細胞壁，不會發(fā)生質壁分離，故A錯誤；光學顯微鏡下看不到水分子的進出，故C錯誤；甲、乙、丙都來自該家兔的紅細胞，濃度應該相同，如果放入蒸餾水中應同時破裂，故D錯誤；滲透作用的條件之一是具有濃度差，故選B。 二、觀察洋蔥表皮細胞的質壁分離及質壁分離復原 1．實驗原理 (1)成熟的植物細胞構成滲透系統(tǒng)可發(fā)生滲透作用。 (2)當細胞液濃度<外界溶液濃度時，細胞失水，發(fā)生質壁分離；當細胞液濃度>外界溶液濃度時，細胞吸水，發(fā)生質壁分離復原。 2．實驗步驟 3．實驗現象及分析 (1)質壁分離的表現 ①宏觀上：植物由堅挺→萎蔫 ②微觀上：質壁分離 (2)質壁分離的原因 ①內因：a.原生質層具有半透性 b．細胞滲透失水 c. ②外因：外界溶液濃度大于細胞液濃度 4．實驗結論 成熟植物細胞能與外界溶液發(fā)生滲透作用，當外界溶液濃度大于細胞液濃度時，細胞失水；當外界溶液濃度小于細胞液濃度時，細胞吸水。 實驗拓展 質壁分離及質壁分離復原實驗的應用 (1)判斷成熟植物細胞的死活 待測成熟植物細胞＋一定濃度的蔗糖溶液 (2)測定成熟植物細胞液濃度 待測細胞＋一系列濃度梯度的蔗糖溶液細胞液濃度介于未發(fā)生質壁分離和剛剛發(fā)生質壁分離的蔗糖溶液的濃度之間。 (3)比較不同成熟植物細胞的細胞液濃度 不同成熟植物細胞＋同一濃度的蔗糖溶液剛剛發(fā)生質壁分離時所需時間的比較―→比較細胞液濃度(判斷質壁分離速率)。 (4)比較未知濃度溶液的濃度大小 同一植物的相同成熟細胞＋未知濃度的溶液鏡檢記錄剛剛發(fā)生質壁分離所需時間―→比較所用時間長短―→判斷溶液濃度的大小(時間越短，未知溶液的濃度越大)。 (5)驗證原生質層和細胞壁伸縮性大小 成熟植物細胞＋蔗糖溶液發(fā)生質壁分離―→細胞壁伸縮性小于原生質層伸縮性。 (6)鑒別不同種類的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液) 同一植物的相同成熟細胞＋不同種類溶液 (7)質壁分離復原需要將發(fā)生質壁分離的植物細胞再置于低濃度的溶液或清水中，但如果所用溶液為葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，質壁分離后因細胞主動或被動吸收溶質微粒而使細胞液濃度增大，植物細胞會吸水引起質壁分離后的自動復原。 例3 在“觀察植物細胞的質壁分離和復原”實驗中，對紫色洋蔥鱗片葉外表皮臨時裝片進行了三次觀察(如圖所示)。下列有關敘述正確的是( ) A．第一次觀察時容易看到紫色大液泡和較大的無色細胞溶膠區(qū)域 B．第二次觀察時可以發(fā)現細胞質壁分離首先發(fā)生在細胞的角隅處 C．吸水紙的主要作用是吸除滴管滴加的多余液體，以免污染鏡頭 D．為了節(jié)約實驗時間，通常可以省略第一次顯微觀察步驟 答案 B 解析 第一次觀察時由于未滴加蔗糖溶液，細胞還沒有發(fā)生質壁分離，較易觀察到的是紫色的大液泡，由于此時液泡占整個細胞體積的比例較大，因此觀察到的無色的細胞溶膠區(qū)域應較小，A項錯誤；第二次觀察時已經通過引流法使紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞浸潤在蔗糖溶液中，可以發(fā)現首先從細胞的角隅處開始發(fā)生質壁分離，B項正確；吸水紙的主要作用是吸引蔗糖溶液或清水，使溶液浸潤整個標本，C項錯誤；第一次顯微觀察是為了獲得實驗前的現象，以便于和實驗中的現象變化進行前后對照，因此不能省略，D項錯誤。 思維啟迪 本實驗成功的關鍵 (1)注意材料的選擇：必須選用活的，且含有大液泡的成熟植物細胞。洋蔥鱗片葉表皮細胞的細胞液為紫色，易于觀察，是最佳的實驗材料。 (2)使用蔗糖溶液的濃度要適宜：濃度過小，質壁分離現象不明顯，影響觀察；濃度過大，會使細胞在短時間內因失水過多而死亡，無法觀察質壁分離復原。 例4 如圖是某同學用洋蔥紫色鱗片葉表皮細胞做“植物細胞的質壁分離及復原”的實驗中所觀察到的細胞圖，下列敘述正確的是( ) A．圖中1、2、6組成部分具有選擇透性 B．圖中細胞處于質壁分離狀態(tài)，此時6處的濃度一定大于7處的濃度 C．圖中1是細胞壁，6中充滿了外界溶液 D．圖中7是細胞液，在細胞發(fā)生質壁分離過程中，其顏色逐漸變淺 答案 C 解析 圖中結構1為細胞壁，2為細胞膜，3為細胞核，4為液泡膜，5為細胞質，6為外界溶液，7為細胞液。其中2、4和5組成部分具有選擇透性；圖中的細胞可能處于質壁分離狀態(tài)，可能處于質壁分離復原狀態(tài)，也可能處于動態(tài)平衡狀態(tài)；在發(fā)生質壁分離過程中，細胞液顏色逐漸變深。 易錯警示 當細胞處于質壁分離狀態(tài)時，原生質層兩側的溶液濃度大小無法確定，可能為6處>7處、6處<7處、6處＝7處。 1．(2017杭州期中)哺乳動物紅細胞在不同濃度溶液中的形態(tài)變化如圖，下列分析中不正確的是( ) A．動物細胞的細胞膜相當于半透膜 B．外界溶液濃度大于細胞質濃度時細胞失水皺縮 C．外界溶液濃度小于細胞質濃度時細胞吸水但不會脹破 D．外界溶液濃度等于細胞質濃度時水分進出平衡 答案 C 解析 動物細胞的細胞膜相當于半透膜，A正確；外界溶液濃度大于細胞質濃度時細胞失水皺縮，B正確；外界溶液濃度小于細胞質濃度時細胞吸水，若細胞吸水過多則會脹破，C錯誤；外界溶液濃度等于細胞質濃度時水分進出平衡，D正確。 2．紫色洋蔥表皮細胞發(fā)生質壁分離后，在顯微鏡下觀察到的正確圖示應為( ) 答案 C 解析 發(fā)生質壁分離后其液泡紫色應加深(細胞核應位于液泡外、質膜以內)，如C選項所示。 3.在“觀察洋蔥表皮細胞質壁分離及質壁分離復原”的活動中，某同學在顯微鏡下觀察到紫色洋蔥表皮細胞正處于如圖所示的狀態(tài)。下列有關敘述正確的是( ) A．圖中細胞一定在質壁分離 B．圖中①表示質膜 C．本實驗沒有對照 D．圖中②的體積可能在變大 答案 D 解析 圖示細胞既可能處于質壁分離過程，也可能處于質壁分離復原過程；圖中①為細胞壁；本實驗可形成分離前后的自身對照。 4．植物體內有三個相鄰的細胞a、b、c，已知它們的細胞液濃度大小關系是a＞b>c，那么它們三者之間水分滲透的方向表示正確的是( ) 答案 C 解析 細胞液濃度越高，吸水能力越強，故選C。 5．(2017北侖區(qū)校級期中)下列關于滲透作用的應用，敘述正確的是( ) A．將紅細胞、變形蟲細胞放在清水中會出現破裂現象 B．果脯在腌制中慢慢變甜，是細胞主動吸收糖分的結果 C．腌制的蔬菜之所以不容易變質是因為蔬菜脫水后含水量少，從而代謝緩慢 D．質壁分離的過程中植物細胞吸收水分的能力逐漸增強 答案 D 解析 將紅細胞放在清水中，紅細胞會因吸水而出現破裂現象，而變形蟲細胞放在清水中不會出現破裂現象，A錯誤；果脯在腌制中慢慢變甜，是細胞失水過多而死亡，糖分進入細胞的結果，B錯誤；腌制的蔬菜之所以不容易變質是因為蔬菜表面的微生物因失水過多而死亡，從而使蔬菜變質速度緩慢，C錯誤；質壁分離的過程中植物細胞失水越來越多，細胞液濃度逐漸增大，導致細胞吸收水分的能力逐漸增強，D正確。 [基礎達標] 1．下列現象屬于滲透作用的是( ) ①水分子通過植物細胞的細胞壁 ②水分子或其他溶劑分子通過細胞膜 ③蔗糖分子通過細胞壁 ④水分子或其他溶劑分子通過液泡膜 ⑤水分子或其他溶劑分子通過原生質層 A．①②③ B．③④⑤ C．②④⑤ D．①③⑤ 答案 C 解析 水分子或其他溶劑分子通過半透膜的擴散叫滲透作用。 2．在質壁分離和復原過程中，洋蔥鱗片葉表皮細胞的吸水能力變化示意圖正確的是( ) 答案 A 解析 在植物細胞質壁分離過程中，細胞不斷失水，細胞液濃度不斷升高，則細胞吸水能力逐漸增強，失水能力逐漸減弱；而在質壁分離復原過程中，細胞不斷吸水，細胞液濃度逐漸降低，細胞的吸水能力減弱，失水能力增強。 3．在高濃度的蔗糖溶液中，下列細胞的細胞膜會與細胞壁發(fā)生分離的是( ) A．蛙的紅細胞 B．牛的肌細胞 C．兔的肝細胞 D．洋蔥的紫色外表皮細胞 答案 D 解析 能發(fā)生質壁分離的細胞首先要具有細胞壁，蛙的紅細胞、牛的肌細胞、兔的肝細胞都是動物細胞，沒有細胞壁；洋蔥的紫色外表皮細胞具有細胞壁，且含有大的液泡，細胞液呈紫色，是觀察質壁分離的理想實驗材料。 4．當根尖成熟區(qū)表皮細胞的濃度大于土壤溶液的濃度時，水分子的運動情況是( ) A．水分子只進不出 B．水分子只出不進 C．單位時間內進入細胞的水分子數多于從細胞中出來的水分子數 D．單位時間內從細胞內出來的水分子數多于進入細胞的水分子數 答案 C 解析 根據滲透作用原理，當外界溶液濃度高于細胞液濃度時，細胞滲透失水，反之細胞吸水，即水分子由低濃度區(qū)域進入高濃度區(qū)域。在細胞滲透作用過程中，水分子的流動是雙向的，由于單位時間內進出細胞的水分子數目不相等，從而使得細胞表現為吸水和失水。 5．(2017浙江瑞安期中)紫色洋蔥鱗片葉外表皮浸潤在一定濃度的蔗糖溶液中，1 min后進行顯微觀察，結果如下圖。下列有關敘述正確的是( ) A．圖中L是細胞壁，M是細胞質，N是細胞液 B．M中的溶液濃度等于蔗糖溶液濃度 C．M的顏色變深與原生質層的選擇透過性有關 D．N空間的大小與L的伸縮性有關 答案 C 解析 圖示中L表示細胞壁，M表示液泡，N表示原生質層與細胞壁之間的空隙，里面填充的是蔗糖溶液，A項錯誤；此圖是1 min后進行顯微觀察得到的，不能確定M中的溶液濃度等于蔗糖溶液濃度，B項錯誤；M中色素是大分子化合物，不能透過原生質層，即液泡中顏色變深與原生質層的選擇透過性有關，C項正確；細胞失水越多，N空間越大，這與原生質層的伸縮性有關，D項錯誤。 6．在一個新鮮蘿卜中挖一凹槽，在凹槽中放入濃鹽水。一段時間后，蘿卜變軟，凹槽中水分增多。下列圖示的實驗與此實驗原理差異最大的是( ) 答案 B 解析 選項A、C、D都是滲透吸水或失水的實例，而選項B為顯色反應。 [能力提升] 7.在觀察植物細胞的質壁分離和復原的過程中，某同學在視野中看到生活著的洋蔥表皮細胞正處于如圖所示的狀態(tài)。a、b表示該部位的溶液濃度，由此可推測( ) A．a>b，細胞滲透吸水 B．a＝b，滲透系統(tǒng)保持動態(tài)平衡 C．a
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