2018-2019版高中生物 第三章 細胞的代謝 第二節(jié) 物質(zhì)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(nèi)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(zhì)壁分離及質(zhì)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(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復原”，進一步理解植物細胞的滲透現(xiàn)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(nèi)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(nèi)部了。據(jù)此可見，物質(zhì)的進進出出都要經(jīng)過細胞的邊界——細胞膜。細胞內(nèi)外的許多物質(zhì)并不能自由地出入細胞，細胞膜能夠?qū)M出細胞的物質(zhì)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(nóng)田里的莊稼出現(xiàn)了嚴重萎蔫現(xiàn)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(zhì)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(zhì) 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(zhì)：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(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復原。 方法技巧 對滲透現(xiàn)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(chǎn)生的壓強與水和蔗糖溶液產(chǎn)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(nèi)外水分子的相對數(shù)相等時，細胞無變化。 (2)當細胞外水分子的相對數(shù)較多時，細胞脹破。 (3)當細胞外水分子的相對數(shù)較少時，細胞皺縮。 4．植物細胞的吸水和失水 (1)當細胞內(nèi)外水分子的相對數(shù)相等時，細胞無變化。 (2)當細胞外水分子的相對數(shù)較多時，細胞膨脹。 (3)當細胞外水分子的相對數(shù)較少時，細胞質(zhì)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(zhì)層(細胞膜、液泡膜以及兩者之間的細胞質(zhì)) 濃度差 細胞質(zhì)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(nèi)徑相等，漏斗內(nèi)盛有濃度相同的蔗糖溶液，且漏斗內(nèi)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(nèi)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(xiàn)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(zhì)的量濃度，是單位體積中微粒的多少，不是質(zhì)量分數(shù)。 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(zhì)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(zhì)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(zhì)壁分離及質(zhì)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(zhì)壁分離；當細胞液濃度>外界溶液濃度時，細胞吸水，發(fā)生質(zhì)壁分離復原。 2．實驗步驟 3．實驗現(xiàn)象及分析 (1)質(zhì)壁分離的表現(xiàn) ①宏觀上：植物由堅挺→萎蔫 ②微觀上：質(zhì)壁分離 (2)質(zhì)壁分離的原因 ①內(nèi)因：a.原生質(zhì)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(zhì)壁分離及質(zhì)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(zhì)壁分離和剛剛發(fā)生質(zhì)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(zhì)壁分離時所需時間的比較―→比較細胞液濃度(判斷質(zhì)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(zhì)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(zhì)層和細胞壁伸縮性大小 成熟植物細胞＋蔗糖溶液發(fā)生質(zhì)壁分離―→細胞壁伸縮性小于原生質(zhì)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(zhì)壁分離復原需要將發(fā)生質(zhì)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(zhì)壁分離后因細胞主動或被動吸收溶質(zhì)微粒而使細胞液濃度增大，植物細胞會吸水引起質(zhì)壁分離后的自動復原。 例3 在“觀察植物細胞的質(zhì)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(xiàn)細胞質(zhì)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?？梢允÷缘谝淮物@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(zhì)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(jīng)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(xiàn)首先從細胞的角隅處開始發(fā)生質(zhì)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(xiàn)象，以便于和實驗中的現(xiàn)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(zhì)壁分離現(xiàn)象不明顯，影響觀察；濃度過大，會使細胞在短時間內(nèi)因失水過多而死亡，無法觀察質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)，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(zhì)壁分離狀態(tài)，可能處于質(zhì)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(zhì)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(zhì)壁分離狀態(tài)時，原生質(zhì)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(zhì)濃度時細胞失水皺縮 C．外界溶液濃度小于細胞質(zhì)濃度時細胞吸水但不會脹破 D．外界溶液濃度等于細胞質(zhì)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(zhì)濃度時細胞失水皺縮，B正確；外界溶液濃度小于細胞質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)壁分離后其液泡紫色應加深(細胞核應位于液泡外、質(zhì)膜以內(nèi))，如C選項所示。 3.在“觀察洋蔥表皮細胞質(zhì)壁分離及質(zhì)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(zhì)壁分離 B．圖中①表示質(zhì)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(zhì)壁分離過程，也可能處于質(zhì)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(nèi)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?nèi)咧g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(xiàn)破裂現(xiàn)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(zhì)是因為蔬菜脫水后含水量少，從而代謝緩慢 D．質(zhì)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(xiàn)破裂現(xiàn)象，而變形蟲細胞放在清水中不會出現(xiàn)破裂現(xiàn)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(zhì)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(zhì)速度緩慢，C錯誤；質(zhì)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(xiàn)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(nèi)進入細胞的水分子數(shù)多于從細胞中出來的水分子數(shù) D．單位時間內(nèi)從細胞內(nèi)出來的水分子數(shù)多于進入細胞的水分子數(shù) 答案 C 解析 根據(jù)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(nèi)進出細胞的水分子數(shù)目不相等，從而使得細胞表現(xiàn)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(zhì)，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(zhì)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(zhì)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(zhì)層，即液泡中顏色變深與原生質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(chǎn)>b，細胞滲透吸水 B．a(chǎn)＝b，滲透系統(tǒng)保持動態(tài)平衡 C．a(chǎn)
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