1、第三节物质通过多种方式出入细胞1.举例说明有哪些物质顺浓度梯度进出细胞,不需要额外提供能量;有哪些物质逆浓度梯度进出细胞,需要能量和载体蛋白。2.举例说明大分子物质可以通过胞吞、胞吐进出细胞。1.比较扩散与渗透的差异,归纳总结渗透发生的条件,培养科学思维能力。2.通过质壁分离与质壁分离复原实验培养科学探究与科学思维能力。3.运用归纳与概括的方法比较被动转运、主动转运与胞吞、胞吐等运输方式的差异,并能够尝试解释生产生活中的生物学问题,培养科学思维和社会责任意识。一、被动转运不需要消耗能量1.扩散和渗透项目概念过程与结果扩散分子或离子从高浓度处向低浓度处运动的现象使得该分子或离子分布均匀,直到平衡
2、渗透水分子通过半透膜的扩散水分子是从其分子数相对较多的一侧进入水分子数相对较少的一侧(即水分子是从溶液中溶质的浓度低一侧进入浓度高的一侧)2.动植物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的吸水和失水(以哺乳动物成熟红细胞为例)。项目吸水水分子进出平衡失水条件外界溶液浓度小于细胞内液浓度外界溶液浓度等于细胞内液浓度外界溶液浓度大于细胞内液浓度现象细胞吸水涨大甚至破裂细胞无变化细胞皱缩(2)植物细胞的吸水和失水(以成熟植物细胞为例)。项目吸水水分子进出平衡失水条件外界溶液浓度小于细胞液浓度外界溶液浓度等于细胞液浓度外界溶液浓度大于细胞液浓度现象细胞膨胀细胞无变化细胞发生质壁分离3.被动转运(1)含义:物质
3、由浓度较高的一侧转运至浓度较低的一侧。这种转运不需要消耗能量。(2)类型:扩散和易化扩散。(3)易化扩散(如图)。运输方向:A(高浓度)B(低浓度)。能量需求:不耗能。需要C(载体蛋白)协助。二、观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象1.实验原理(1)植物细胞浸泡在不同浓度溶液中,由于细胞液与外界溶液中溶质的浓度差异,植物细胞可能因吸水、失水引起细胞形态变化。(2)细胞质壁分离或质壁分离复原现象可以通过显微镜观察到。2.方法步骤(1)制作洋葱表皮的临时装片。载玻片中央滴一滴清水紫色洋葱外表皮(约0.5 cm2)放在载玻片水滴中,展平盖上盖玻片。(2)观察质壁分离现象及质壁分离复原现象。观察初
4、始状态:先低倍镜观察再用高倍镜观察(可能观察到细胞膜及其以内部分紧紧地贴着细胞壁)。观察质壁分离:在盖玻片的一侧滴入质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液,在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引,先低倍镜再高倍镜观察。观察质壁分离复原现象:从盖玻片的一侧滴入清水,在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引,先低倍镜再高倍镜观察。1.发生渗透作用时需具备什么条件?提示:半透膜;半透膜两侧的溶液具有浓度差。2.人体成熟红细胞会发生质壁分离现象吗?为什么?提示:不会。该细胞无细胞壁。3.易化扩散和扩散的主要区别是什么?提示:前者需要载体蛋白,后者不需要。三、主动转运需要载体蛋白,并且消耗能量1.图示2.图示分析(1)运输方向
5、:低浓度高浓度。(2)需要A:载体蛋白协助。(3)能量需求:需要消耗B,B代表ATP。如何区分易化扩散和主动转运?提示:二者均需要载体蛋白,但前者不耗能,物质转运方向是由高浓度到低浓度,后者正好相反。四、有些物质通过胞吞、胞吐进出细胞1.运输特点运输物质需要被细胞膜包裹。2.运输物质类型主要是某些生物大分子,如蛋白质、多糖等。3.能量需求需要消耗能量。4.运输物质的性质可以是固体,也可以是液体。胞吞和胞吐现象依赖于细胞膜的什么特性?提示:流动性。自主学习检测教材基础熟记于心1.渗透作用能使红细胞皱缩。()2.胞吞、胞吐都需要消耗能量,也需要载体。()提示:胞吞、胞吐不需要载体,但需要消耗细胞代
6、谢产生的能量。3.主动转运是细胞最重要的吸收或排出物质的方式。()4.质壁分离发生的条件之一是细胞液的浓度大于外界溶液浓度。()提示:质壁分离发生的条件之一是细胞液的浓度小于外界溶液浓度。5.被动转运发生的基础是膜两侧溶液存在浓度差。()6.胞吞作用发生时,包裹物质的细胞膜会与整个细胞膜脱离。()7.扩散不需要载体和能量,而易化扩散需要载体和能量。()提示:易化扩散需要载体,但不需要能量。8.载体蛋白与被转运的分子或离子结合后改变形状,这种改变不能恢复。()提示:载体蛋白与被转运的分子或离子结合后改变形状,这种改变是可以恢复的。9.易化扩散运输的物质一般不溶于细胞膜的磷脂双分子层中,或体积太大
7、,不能直接穿过细胞膜。()10.将红细胞置于等渗的溶液中,没有水分子进出细胞。()提示:将红细胞置于等渗的溶液中,有水分子进出细胞,此时进出细胞的水分子数相等。任务一比较动植物细胞渗透作用的发生任务突破1 渗透装置与渗透作用的发生(1)发生条件。(2)渗透装置。渗透装置的构成:半透膜及膜两侧的浓度差。成熟植物细胞相当于一个渗透系统:成熟的植物细胞的细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质可看作一层半透膜,细胞液和外界溶液往往具有一定的浓度差,因此成熟的植物细胞可看作是一个渗透系统。(3)现象分析。漏斗内液面上升的原因:单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水中的水分子数。漏斗内
8、液面停止上升的原因:随着液面的不断上升,漏斗内液体的压强越来越大,从而使水分子从漏斗内移向烧杯的速度加快,水分子进出漏斗的速率越来越接近,直至完全相等,漏斗内液面不再升高,此时水分子的进出达到相对平衡。迁移应用典例1-1 如图是渗透装置示意图,在长颈漏斗的开口端有一层半透膜(蔗糖分子不能通过,水分子可自由通过)。下列叙述错误的是(C)A.成熟的植物细胞可看作是一个渗透系统B.实验开始后液面上升的速度逐渐减慢C.只要漏斗内液体浓度高于烧杯内液体浓度,液面将持续上升D.漏斗内液面达到稳定后仍然有水分子进出解析:成熟的植物细胞的原生质层具有一定的选择性,可看作一层半透膜,细胞液和外界溶液往往具有一定
9、的浓度差,因此成熟的植物细胞相当于一个渗透系统;漏斗内为蔗糖溶液,烧杯内为清水,由于半透膜两侧存在浓度差,因此实验开始后液面开始上升,随着水分子进入漏斗,半透膜两侧的浓度差减小,因此液面上升的速度逐渐减慢,直至不再上升;由于上升的液面所形成的高度差会产生一定的压力,阻止水分子继续向漏斗内扩散,因此液面不会持续上升;漏斗内液面达到稳定后仍然有水分子进出,只是进出的水分子达到了平衡。任务突破2比较动植物细胞渗透作用的共性与差异(1)共性。细胞内液的浓度与外界溶液浓度存在差异,动植物细胞均会出现渗透现象,若外界溶液浓度高,则渗透失水,若细胞内液浓度高,则渗透吸水。达到平衡后,动植物细胞仍有水分子的进
10、出,此时不存在渗透,进出的水分子源于水分子的随机运动。(2)差异。失水后的表现不同:动物细胞不具有细胞壁,因此动物细胞失水后表现为皱缩,而植物细胞则一般表现为质壁分离现象。吸水后的表现不同:动物细胞在低渗环境中,会吸水膨胀甚至破裂;植物细胞因细胞壁的保护,无论在何种低渗环境下,均只会吸水膨胀,不会破裂。迁移应用典例1-2 将家兔红细胞置于不同浓度的溶液中,水分子的跨膜运输示意图如图(箭头方向表示水分子的进出,箭头粗细表示水分子出入的多少)。下列叙述正确的是(B)A.一段时间后,甲细胞会发生质壁分离B.能发生渗透作用的是甲细胞和丙细胞C.光学显微镜下可观察到乙细胞有水分子的进出D.若将甲、乙和丙
11、细胞同时分别置于蒸馏水中,甲细胞先破裂解析:家兔红细胞属于动物细胞,没有细胞壁,不能发生质壁分离;渗透作用的条件是半透膜和半透膜两侧存在浓度差,则甲细胞和丙细胞与外界溶液存在浓度差,能发生渗透作用;光学显微镜无法观察到水分子运输;将甲、乙和丙细胞同时分别置于蒸馏水中,由于丙细胞在开始时就吸水膨胀,则在蒸馏水中先破裂。任务二观察植物细胞的质壁分离及质壁分离复原现象任务突破1质壁分离及质壁分离复原现象相关问题分析。(1)质壁分离及质壁分离复原实验中的对照实验。本实验存在两组前后对照实验。第一组实验组:经质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液处理后发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞对照组:自然状态下的
12、洋葱鳞片叶外表皮细胞第二组实验组:用清水处理后发生了质壁分离复原的细胞对照组:发生了质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞(2)引发质壁分离的两种原因。迁移应用典例2-1 将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞浸润在0.3 g/mL 的蔗糖溶液中,1分钟后进行显微镜观察,结果如图,图中M、L代表细胞结构,N代表物质,下列叙述错误的是(B)A.图中M可能是液泡,N是蔗糖溶液B.图中L相对M具有较强的收缩性C.将视野中的细胞浸润在清水中,M的体积会增大D.如果洋葱外表皮紫色较浅,则应换用小光圈和平面反光镜解析:将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞浸润在0.3 g/mL的蔗糖溶液中,发生了质壁分离现象,图中M可能是液泡,N是蔗糖溶液
13、;图中M相对L具有较强的收缩性;将视野中的细胞浸润在清水中,细胞吸水,M的体积会增大;如果洋葱外表皮紫色较浅,则应换用小光圈和平面反光镜,调暗视野有利于实验现象的观察。任务突破2植物细胞的吸水和失水实验的拓展应用(1)判断成熟植物细胞的死活。(2)测定细胞液浓度范围。(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度大小。(4)比较未知浓度溶液的浓度大小。(5)鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)。迁移应用典例2-2 洋葱鳞片叶放在0.3 g/mL的蔗糖溶液中,细胞发生质壁分离;放在0.2 g/mL的蔗糖溶液中,细胞有胀大趋势。而放在0.25 g/mL的蔗糖溶液中,细胞似乎不发生什么变化,这表明(D
14、)A.洋葱表皮细胞已经死亡B.细胞膜不允许水分子自由通过C.蔗糖分子进入细胞导致内外渗透压平衡D.细胞液浓度为0.25 g/mL左右解析:死亡的细胞原生质层是全透性的,不会发生质壁分离;活细胞的原生质层具有选择透过性,水分子较小可自由通过;蔗糖分子较大,不能通过;当外界溶液的浓度大于细胞液的浓度时,细胞失水,细胞发生质壁分离,反之细胞吸水,当外界溶液的浓度等于细胞液浓度时,细胞既不失水,也不吸水,细胞几乎不发生什么变化。任务三比较物质出入细胞的方式及影响因素任务突破1“三步法”判断物质出入细胞的方式迁移应用典例3-1 如图为物质出入细胞的方式(表示物质转运的方式),下列有关叙述错误的是(A)A
15、.糖醋蒜腌制过程中,蔗糖和醋通过或的方式进行运输B.可以表示易化扩散的过程C.的转运速率与膜上载体蛋白的数量有关D.均能体现膜的选择透过性解析:糖醋蒜腌制过程中,细胞膜失去了选择透过性,蔗糖和醋是通过扩散的方式进入细胞的;方式为易化扩散;方式为易化扩散,需要载体蛋白,不需要能量,其转运速率与膜上载体蛋白的数量有关;物质以不同方式进出细胞均能体现膜的选择透过性。任务突破2模型构建:影响物质跨膜的因素(1)物质浓度(在一定浓度范围内)。(2)氧气浓度(红细胞的主动转运与O2无关)。迁移应用典例3-2 曲线a、b表示物质跨膜转运的两种方式,下列分析正确的是(B)A.CO2通过方式a运输B.葡萄糖通过方式a进入红细胞C.低温只会影响方式b的运输D.方式b不消耗能量解析:CO2的跨膜转运方式是扩散,与载体无关;葡萄糖进入红细胞是易化扩散,不消耗能量,即通过方式a进入红细胞;低温能降低分子运动速率,所以会影响所有物质的跨膜转运;方式b表示主动转运,物质逆浓度梯度运输,需要消耗能量。
