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第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
第1课时 水进出细胞的原理
情境激疑
(1)渗透发生的条件有哪些
(2)血液透析的原理是什么
尿毒症患者最大的希望就是“换肾手术”,但要寻找到一个合适的肾源,机会渺茫。血液透析能为尿毒症患者在一定程度上减轻患病程度。它是将血液与透析液分别置于人工合成的半透膜两侧,利用各自不同的浓度和渗透压互相进行扩散和渗透的治疗方法。观看视频《血液透析》
素养目标
1.从结构与功能相适应的角度，阐明细胞渗透失水与吸水的原理。
（生命观念）
2.采用类比推理法，分析不同细胞在不同浓度溶液中的吸水和失水情况。（科学思维）
3.基于给定的事实，进行实验设计、方案实施及结果分析。（科学探究）
4.基于细胞渗透吸水和失水的原理，能够指导农业生产合理施肥。
（社会责任）
学习任务一　水进出细胞的原理
自主学习
阅读教材P62问题探讨及正文文字部分, 完成相关问题。
活动1：渗透作用
新知学习过程
1.渗透作用实验装置及现象:
(1)半透膜:_______(赛璐玢),水分子可以透过,蔗糖分子不能。
(2)漏斗内:_________;烧杯内:清水。
(3)实验前:漏斗管内外液面高度相等;
实验后:漏斗管内液面_____。
玻璃纸
蔗糖溶液
升高
2.渗透作用的条件:
(1)具有_______。
(2)半透膜两侧具有_______。
3.渗透作用的对象:_______(或其他溶剂分子)。
4.渗透作用的实质:从单位体积内水分子数量多的一侧通过_______向数量
少的一侧渗透。
半透膜
浓度差
水分子
半透膜
1.如果用纱布代替玻璃纸,漏斗管内液面还会升高吗 其原因是什么
提示:用纱布代替玻璃纸时,因纱布的孔隙很大,蔗糖分子也可以自由通过,因而液面不会升高。
2.如果将烧杯内的清水换成等浓度的蔗糖溶液,实验结果会怎样
提示:漏斗内的液面高度与漏斗外相等。此时单位时间内透过玻璃纸进入漏斗内的水分子数量等于渗出的水分子数量。
合作探究
1.渗透作用是指水分子(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。渗透作用发生的条件是 (　　)
A.有半透膜即可 B.有浓度即可
C.有浓度差即可 D.有半透膜及其两侧要存在浓度差
【解析】渗透作用发生必须具备两个条件:半透膜和半透膜两侧的溶液具
有浓度差,D正确。
小题快练
D
2.透析袋通常是由半透膜制成的袋状容器。现将质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液
装入透析袋,再放于清水中,实验装置如图所示。30 min后,会发现(　　)
A.试管中的液体浓度减小
B.试管中的液体浓度增大
C.透析袋胀大
D.透析袋缩小
【解析】蔗糖不能透过半透膜,试管内液体为清水,浓度不变,A、B错误;根据渗透
发生的条件,由于透析袋内为蔗糖,使得透析袋内外两侧具有浓度差,所以水分子从
低浓度流向高浓度,因此水分子进入透析袋内的速率大于水分子从透析袋内流出
的速率,导致透析袋胀大,C正确、D错误。
C
自主学习
阅读教材P63图4-1及思考·讨论部分, 学生完成相关问题。
活动2：水进出动物细胞
1.动物细胞发生渗透作用的两个条件:
(1)红细胞内的血红蛋白等有机物不能透过细胞膜,这些有机物相当于渗透
装置中的_________,细胞膜相当于一层_______。
(2)细胞质有一定的浓度,且与外界溶液之间存在_______。
蔗糖溶液
半透膜
浓度差
2.动物细胞的吸水和失水:
A
B
C
细胞吸水膨胀
细胞失水皱缩
水分进出平衡
外界溶液浓度﹤细胞质的浓度
外界溶液浓度﹥细胞质的浓度
外界溶液浓度﹦细胞质的浓度
1.当外界溶液的浓度低时,红细胞一定由于吸水而涨破吗
提示:不一定。如果外界溶液浓度不是很低,有可能细胞质浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡,此时细胞不会涨破。
2.临床上输液为什么要用生理盐水
提示:因为生理盐水的浓度与血浆的浓度基本一致,血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。
小组交流
1.将哺乳动物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.生理盐水 B.浓盐水
C.蒸馏水 D.30%葡萄糖溶液
【解析】生理盐水与红细胞内细胞质的浓度相当,红细胞形态基本不变,A
错误;浓盐水的浓度大于红细胞内细胞质的浓度,红细胞会失水而发生皱
缩,B错误;蒸馏水中没有溶质,红细胞会吸水膨胀甚至破裂,C正确;30%葡萄
糖溶液大于红细胞内细胞质的浓度,红细胞会失水而发生皱缩,D错误。
小题快练
C
2.蔗糖不能透过人的红细胞的细胞膜。将人的红细胞分别浸入高浓度的蔗
糖溶液和蒸馏水中,一段时间后细胞形态发生的变化是 (　　)
A.皱缩、涨破 B.涨破、皱缩
C.皱缩、皱缩 D.膨胀、膨胀
【解析】红细胞的细胞膜具有选择透过性,相当于一层半透膜。将红
细胞浸入高浓度的蔗糖溶液中,蔗糖不能透过红细胞的细胞膜,由于红细胞
细胞质的浓度低于高浓度的蔗糖溶液,因此一段时间后,红细胞因失水而导
致细胞皱缩。将红细胞浸入蒸馏水中,由于红细胞细胞质的浓度高于蒸馏
水,所以一段时间后,红细胞因吸水而涨破。
A
自主学习
阅读教材P63最后一段及图4-2, 思考并回答。
活动3：水进出植物细胞
成熟的植物细胞是一个渗透系统
1.动植物之间的区别:
(1)结构:植物细胞的细胞膜外有一层_______,
是全透性的,_______比较小。
(2)吸水后对细胞的影响:动物细胞吸水能涨破,
植物细胞吸水过多_____(填“会”或“不会”)涨
破。
细胞壁
伸缩性
不会
2.发生渗透作用的条件:
(1)半透膜:植物细胞的_________。
(2)浓度差:外界溶液与_______之间的浓度差。
原生质层
细胞液
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡膜
细胞液
外界溶液
原生质层
半透膜
相当于
浓度差
1.原生质层包括哪些结构
提示:包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
2.原生质层具有选择透过性吗 为什么
提示:具有,因为它的两侧均是生物膜,所以同细胞膜一样具有选择透过性。
3.植物根尖分生区是否是典型的渗透系统呢 为什么
提示:不是,因为它没有中央大液泡。
合作探究
1.当一个植物细胞发生渗透作用时,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、成熟的植物细胞能发生渗透失水或吸水
C.当外界溶液的浓度=细胞液的浓度时,细胞处于动态平衡,水分不能进出细胞
D.当外界溶液的浓度>细胞液的浓度时,细胞发生渗透失水
【解析】植物细胞的原生质层由细胞膜、液泡膜及这两层膜之间的细胞质组成,相当于一层半透膜,A正确;活的、成熟的植物细胞具有原生质层(半透膜),能与外界溶液之间形成浓度差,所以一定条件下,活的、成熟的植物细胞能发生渗透失水或吸水,B正确;当外界溶液的浓度=细胞液的浓度时,细胞处于动态平衡状态,仍然有水分子进出细胞,只是水分子进出细胞的速率相等,C错误;当外界溶液的浓度>细胞液的浓度时,细胞发生渗透失水,D正确。
小题快练
C
2.(情境应用)榨菜是重庆有名的美食,涪陵榨菜远销全国各地。在榨菜制作
过程中,通过盐的腌渍,榨菜可以更加入味且不易腐败变质,这其中的生物学
原理是__________________________________________________________
_______。
渗透作用使细菌失水死亡,还能使细胞膜丧失选择透过性,有利于榨
菜入味
学习任务二　探究植物细胞的吸水和失水
自主学习
阅读教材P64探究·实践相关内容及P65第一段, 完成相关问题。
活动：植物细胞的吸水和失水实验
1.实验原理(质壁分离和复原的原因):
(1)结构上:_________的伸缩性比细胞壁大。
(2)外因:_______与外界溶液存在浓度差。当外界溶液浓度大于细胞液浓度
时,细胞将_____。当外界溶液浓度小于细胞液浓度时,细胞将_____。
原生质层
细胞液
失水
吸水
2.实验流程:
制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片
低倍显微镜观察
0.3g/mL
蔗糖溶液
吸水纸吸引
（临时装片）
低倍显微镜观察
吸水纸吸引
清水
显微镜观察
（临时装片）
低倍
质壁分离现象
质壁分离复原
3.三次观察的实验现象:
次序 现象
第1次 有一个紫色的大液泡;
原生质层紧贴细胞壁
第2次 大液泡逐渐变小,紫色变___;
原生质层与细胞壁逐渐_____
第3次 大液泡逐渐_____,紫色变浅;
原生质层与细胞壁逐渐恢复紧贴
4.实验结论:原生质层相当于一层半透膜。当外界溶液浓度大于细胞液浓度
时,细胞失水,发生_________;当外界溶液浓度_____细胞液浓度时,细胞吸水,
发生质壁分离复原。
深
分离
变大
质壁分离
小于
1.为什么选择紫色洋葱鳞片叶外表皮而不选择内表皮细胞作实验材料
提示:原因是紫色洋葱鱗片叶外表皮细胞有大液泡且细胞液泡呈紫色便于观察;内表皮细胞液泡无色不便于观察。
2.质壁分离的“质”和“壁”分别代表什么
提示:“质”代表原生质层,“壁”代表细胞壁。
3.质壁分离后细胞膜和细胞壁之间是什么物质
提示:蔗糖溶液。
4.该实验过程中先加蔗糖溶液后加清水,没有专门设置对照组,这样操作是否合理
提示:合理,此实验可形成前后对照。
合作探究
1.在“观察植物细胞的质壁分离和质壁分离复原现象”实验中,选用紫色洋葱
鳞片叶外表皮作实验材料,是因为其细胞具有 (　　)
A.紫色大液泡 B.胞质环流现象
C.功能完善的细胞膜 D.伸缩性很大的细胞壁
【解析】选用紫色洋葱鳞片叶外表皮作实验材料,是因为其大液泡中有色
素,细胞液呈紫色,在质壁分离后容易与外界溶液区分,A正确;活细胞的细胞
质能够流动,但只有具有大液泡的植物细胞才可以发生质壁分离和质壁分
离复原现象,B错误;活的动物细胞的细胞膜功能完善,但不能发生质壁分离
和质壁分离复原现象,C错误;细胞壁不具有很大的伸缩性,发生质壁分离的
原因是原生质层比细胞壁的伸缩性大,D错误。
小题快练
A
2.(2022 广州高一检测)一位同学在做质壁分离和复原实验时,显微镜下只有
一个细胞没有发生质壁分离,其他细胞都出现了明显的质壁分离现象,这最
可能是因为 (　　)
A.该细胞是正在发育过程中的细胞 B.该细胞是死细胞
C.蔗糖溶液浓度太小 D.实验操作不正确
B
【解析】正发育中的植物细胞也可能与其他细胞一样发生质壁分离,A错误;死亡的细胞原生质层已破坏,不具有选择透过性,不发生渗透失水,因此也就观察不到质壁分离的现象,B正确;因为是同一个学生在同一次实验时的结果,只有一个细胞没有发生质壁分离,其他细胞都出现了明显的质壁分离现象,蔗糖溶液的浓度应该是适宜浓度,C错误;根据题意可知该学生的实验结果是只有一个细胞没有发生质壁分离,其他细胞都出现了明显的质壁分离现象,说明他的实验操作是正确的,D错误。
3.某同学将紫色洋葱鳞片叶外表皮置于0.3 g/mL的蔗糖溶液中,观察质壁分离现
象。下列有关叙述错误的是 (　　)
A.植物细胞的原生质层相当于一层半透膜
B.当液泡体积基本不变时没有水分子进出细胞
C.若将洋葱鳞片叶外表皮换成内表皮,仍会出现质壁分离现象
D.用盐酸处理后的洋葱鳞片叶外表皮重复本实验,实验结果不同
【解析】植物细胞的原生质层相当于一层半透膜,具有选择透过性,A正确;当液泡
体积基本不变时,水分子进出细胞处于动态平衡,B错误;若将洋葱鳞片叶外表皮换
成内表皮,仍含有中央大液泡,具有原生质层,仍会出现质壁分离现象,C正确;用盐
酸处理后的洋葱鳞片叶外表皮细胞已经死亡,重复本实验,实验结果不同,无法观察
到质壁分离的现象,D正确。
B
1.概念结论速判:渗透作用是普遍存在于各种生物细胞中的现象。判断下列有关渗
透作用原理和探究植物细胞吸水和失水的叙述的正误:
①在渗透作用中,当半透膜两侧溶液浓度相等时,水分子仍可以通过半透膜。 ( )
②植物细胞的原生质层包括细胞膜、细胞质和细胞核。 ( )
提示:植物细胞的原生质层包括细胞膜、液泡膜和两者之间的细胞质。
③原生质层与细胞壁伸缩性的差异是发生质壁分离的重要条件。 ( )
④紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞不能发生质壁分离。 ( )
提示:内表皮细胞也能发生质壁分离,不过其液泡不是紫色的。
五分钟学情评价
√
×
√
×
2.当你连续吃咸菜时,你的口腔黏膜会有干涩的感觉。其原因是 (　　)
A.口腔黏膜细胞质浓度大于外界溶液浓度,细胞失水
B.口腔黏膜细胞质浓度小于外界溶液浓度,细胞失水
C.口腔黏膜细胞质浓度大于外界溶液浓度,细胞吸水
D.口腔黏膜细胞质浓度小于外界溶液浓度,细胞吸水
【解析】连续吃咸菜,使口腔中液体浓度增大,口腔黏膜细胞质浓度小于外
界溶液浓度,细胞失水,因此会有干涩的感觉,即B符合题意。
B
3.下列哪项不是细胞发生渗透作用的必要条件 (　　)
A.原生质层的有无 B.膜两侧的浓度差
C.充当半透膜的结构 D.细胞的死活
【解析】植物细胞和动物细胞都能发生渗透作用,发生渗透作用的必要条件是:①具有半透膜或充当半透膜的结构如植物细胞的原生质层、动物细胞的细胞膜等;②半透膜两侧有浓度差;只有活的植物细胞原生质层或动物细胞膜等才具有选择透过性,才相当于一层半透膜,故A符合题意。
A
4.(情境应用)在原生质体融合育种技术中,其技术的重要一环是将营养细胞的细胞壁除去,通常是采用纤维素酶和果胶酶处理。如将去掉了细胞壁的成熟植物细胞置于蒸馏水中,细胞的形态将如何变化 为什么
提示:吸水膨胀,直至破裂。因为其外面没有细胞壁,无法对原生质层进行固定与保护。
课堂小结
渗透作用
半透膜
半透膜两侧存在浓度差
低浓度向高浓度
方向
探究植物细胞的吸水和失水
提出问题
条件
原生质层
细胞膜
植物 动物
验证
实验原理
实验过程
实验现象
实验结论
作出假设

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