高三人教版生物一轮复习教学案 2.8物质跨膜运输的实例

第8讲物质跨膜运输的实例[中+国教+育出+版网]
[考纲要求] 1.实验：通过模拟实验探究膜的透性。

2.实验：观察植物细胞的质壁分离和复原。

一、细胞的吸水和失水
1．渗透作用
(1)概念：指水分子(或者其他溶剂分子)透过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。

(2)渗透作用发生的条件
①具有半透膜；②半透膜两侧的溶液存在浓度差。

2．细胞的吸水和失水
(1)动物细胞的吸水和失水
①细胞膜相当于半透膜；浓度差由外界溶液浓度与细胞质的浓度来体现。

②细胞吸水或失水的多少取决于细胞膜两侧溶液中水的相对含量的差值。

(2)植物细胞的吸水和失水
①原生质层相当于半透膜；细胞液与外界溶液之间存在浓度差。

②植物细胞吸水和失水的原理如下：
[判一判]
1．K＋通过细胞膜属于渗透作用(×) 2．植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成，相当于半透膜(×)
3．细胞液就是细胞内的液体(×)
4．当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞就会发生质壁分离(×)[中教网] 提示有大液泡的活的植物细胞才能发生质壁分离。

5．动物细胞在任何情况下都不会发生质壁分离(√)
二、物质跨膜运输的其他实例
1．不同物质的跨膜运输特点
(1)水分子：顺相对含量梯度(高→低)。

(2)离子和小分子：依据细胞生命活动需要进行选择吸收。

2．水稻和番茄吸收不同离子的特点
(1)同种生物细胞对不同物质的吸收具有选择性，与其含有离子载体蛋白的种类和数量有关。

(2)不同种生物细胞对同种物质吸收具有差异性。

3．生物膜的功能特性
(1)细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，水分子、一些离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。

(2)生物膜的选择透过性是活细胞的一个重要特征。

考点聚焦渗透系统及其应用
1
[中国教
育出版
网
zzstep.co
m]
渗透作用模型
植物细胞与外界溶
液形成的渗透系统
图解
原理
水分子通过半透膜的扩
散作用
细胞液通过原生质层与外界溶
液之间发生渗透作用
水扩散
的方向
低浓度溶液→高浓度溶液
2.渗透作用原理的拓展应用
(1)
漏斗内
烧杯内[中国教育
出版网
]
溶液浓度M N
现象及
结论
①若漏斗内液面上升，则M>N
②若漏斗内液面不变，则M＝N
③若漏斗内液面下降，则M<N
(2)验证渗透作用发生的条件
(3)
烧杯内盛
淀粉溶液
漏斗内
盛碘液
结论
变蓝不变蓝碘能通过半透膜，而淀粉不能
不变蓝变蓝淀粉能通过半透膜，而碘不能
变蓝变蓝淀粉和碘都能通过半透膜
不变蓝不变蓝淀粉和碘都不能通过半透膜
易错警示关于渗透系统中的3个“比较”
(1)渗透平衡与溶液浓度的内涵
发生渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达平衡状态，既不可看作没有水分子移动也不可看作两侧溶液浓度相等。

溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度。

(2)半透膜与选择透过性膜的比较
区别：①半透膜是无生命的物理性薄膜，物质能否通过取决于分子的大小。

②选择透过性膜是具有生命的生物膜，载体蛋白的存在决定了其对不同物质吸收的选择性。

细胞死亡或膜载体蛋白失活后，其选择透过性丧失。

共性：都允许水分子自由通过，而不允许生物大分子物质通过。

(3)原生质层与原生质体的比较
①原生质层在成熟的植物细胞内相当于半透膜的结构，由细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质组成，不包括细胞核和液泡内的细胞液。

此结构仅存在于成熟的植物细胞中。

②原生质体是去除了植物细胞壁后所剩下的具有生物活性的植物细胞结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分。

1.如图所示的渗透装置中，开始时的液面高度为a，停止上升时的
高度为b，若每次停止上升后都将玻璃管中高出烧杯液面的部
分吸出，则a、b液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的
关系是()
答案 B
解析每吸出一次，蔗糖溶液浓度就减小一次，而a、b液面的高度差是由半透膜内外溶液浓度差决定的，随着吸出次数的增加内外浓度差越来越小，所以a、b液面高度差也越来越小。

[互动探究](1)当液面上升且停止于b处时，水分子进出情况如何？(2)经过无数次如题中所列的操作后，液面升高的高度差接近0，此时半透膜两侧的浓度相等吗？
提示(1)水分子出入量相等(2)相等
2.某同学设计渗透装置如右图所示(开始时状态)，烧杯中盛放有
蒸馏水，图中猪膀胱膜允许单糖透过。

倒置的长颈漏斗中先装
入蔗糖溶液，一定时间后再加入蔗糖酶。

该实验过程中最可能
出现的是()
A．漏斗中液面开始时先上升，加酶后即下降
B．漏斗中液面先上升，加酶后继续上升，然后下降
C．加酶前后，在烧杯中都可以检测出蔗糖
D．加酶后可以在烧杯中检测出葡萄糖、果糖和蔗糖酶
答案 B
解析加酶前，漏斗内溶液浓度高于漏斗外，水分子向漏斗内部扩散的较多，漏斗液面上升；
加酶后，蔗糖水解为单糖，摩尔浓度增大，使液面继续上升，后随着单糖逐渐进入烧杯，而使漏斗内溶液浓度下降，液面下降。

“U”型管中水分子移动方向的分析
1．膜两侧溶液中浓度高的一侧渗透压高，低的一侧渗透压低，水分子
由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

2．两侧溶液中的溶质是否能通过半透膜，若不能，则只是高浓度一侧
液面升高；若能，则先是高浓度一侧液面升高，随后另一侧液面升
高，最后两侧液面持平。

3．如果溶质分子不能透过半透膜，在达到渗透平衡时，一般两侧溶液的浓度并不相等，因为液面高的一侧形成的静水压，会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散。

实验六观察植物细胞的质壁分离及复原
1．实验原理
(1)成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用。

(2)当细胞液浓度<外界溶液浓度时，失水，质壁分离；当细胞液浓度>外界溶液浓度时，吸水，质壁分离复原。

2．实验流程
易错警示与细胞质壁分离及复原有关的5个总结
(1)实验材料的选择
①一般不选择细菌细胞，它能发生质壁分离，但现象不明显。

②不能选择动物细胞，它无细胞壁，不能发生质壁分离现象。

(2)实验试剂使用
①使用浓度过高的蔗糖溶液(0.5 g/mL)，质壁分离现象明显，但不能复原，因为溶液浓度过高，细胞过度失水而死亡。

②使用质量浓度为1 mol·L－1的KNO3溶液，因为K＋和NO－3可被细胞吸收，使细胞液浓度增大，所以细胞先发生质壁分离后又自动复原。

(尿素、甘油、乙二醇等现象同上)
(3)发生质壁分离时在细胞壁和细胞膜之间充满的是外界溶液，原因是细胞壁具有全透性。

(4)质壁分离与复原过程中水分移动是双向的，总结果是单向的。

(5)本实验用显微镜观察了三次，第一次与第二次形成对照，第三次与第二次形成对照，该对照方法为自身对照。

3．把数条5 cm 长的马铃薯条分别浸在蒸馏水和不同浓度的蔗糖溶液中，每隔一段时间测量马铃薯条的长度。

如图显示马铃薯条在不同浓度溶液中长度改变的百分率。

下列相关叙述错误的是 ( )
A ．马铃薯条通过渗透吸(失)水改变其长度
B ．在0.10M 蔗糖溶液中马铃薯细胞质壁分离
C ．马铃薯细胞液浓度相当于0.30M 的蔗糖溶液
D ．在0.40M 蔗糖溶液中马铃薯细胞失水皱缩 答案 B
解析 据图分析，马铃薯条浸在0.30M 的蔗糖溶液中其长度基本不变，说明马铃薯细胞液浓度相当于0.30M 的蔗糖溶液。

浸在低于0.30M 的蔗糖溶液中，马铃薯细胞通过渗透作用吸水膨胀，其长度增加；浸在高于0.30M 的蔗糖溶液中，马铃薯细胞通过渗透作用失水皱缩，质壁分离，其长度缩短。

4．为探究植物A 能否移植到甲地生长，某生物学研究性学习小组通过实验测定了植物A 细胞液的浓度，实验结果如下表。

为保证植物A 移植后能正常生存，则甲地土壤溶液的浓度应 浓度(mol/L)
0.15 0.2 0.25 0.3 质壁分离状态
不分离
刚分离
显著分离
显著分离
A.≤0.15 mol/L B ．≤0.2 mol/L
C ．≥0.2 mol/L
D ．≥0.3 mol/L 答案 A
解析 当植物细胞液浓度小于周围土壤溶液浓度时，细胞会失水发生质壁分离，植物将不能正常生存。

由表中信息可知，该植物细胞液的浓度介于0.15 mol/L 和0.2 mol/L 之间。

因此，为保证植物移植后能正常生存，甲地土壤溶液的浓度应≤0.15 mol/L 。

质壁分离实验的拓展应用
1．判断成熟植物细胞是否有生物活性 待测成熟植物细胞＋一定浓度的蔗糖溶液 ⇓
镜检⎩
⎪⎨⎪⎧
发生质壁分离→有生物活性
不发生质壁分离→无生物活性
2．测定细胞液浓度范围
待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液
镜检⇓
细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间 3．比较不同植物细胞的细胞液浓度 不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液
镜检⇓
发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大 4．鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液) 成熟植物细胞＋不同种类溶液 ⇓
镜检⎩⎪⎨⎪
⎧
只发生质壁分离→蔗糖溶液质壁分离后自动复原→KNO3溶液
5．比较未知浓度溶液的浓度大小
同一植物的成熟细胞＋未知浓度的溶液――→镜检
刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大) 实验单一变量：未知浓度的溶液。

6．验证原生质层和细胞壁伸缩性大小 成熟植物细胞＋分离剂――→镜检
⎩⎪⎨⎪
⎧
发生质壁分离→细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性不发生质壁分离→细胞壁伸缩性大于或等于原生质 层的伸缩性
实验单一变量：植物细胞原生质层和细胞壁的伸缩性差异。

序号错因分析正确答案序号错因分析正确答案
①表述不完
整，没有答
出检测原
理
活的成熟植物细胞原
生质层相当于一层半
透膜，细胞液和外界
溶液存在浓度差时，
就会发生质壁分离和
复原现象，而死的植
物细胞的原生质层已
失去选择透过性变为
全透性，不能发生质
壁分离和复原现象
②
表述不具
体，没有
指出观察
目标是什
么
紫色的中央液泡
③不能简化
答案
质量浓度为0.3 g/mL
的蔗糖溶液
④
观察目标
不对
质壁分离
⑤没有选择
正确的观
察目标
分别从两载玻片的盖
玻片一侧滴入清水，
用吸水纸从另一侧吸
引，这样重复几次。

在高倍镜下观察两装
片中细胞的质壁分离
复原情况
⑥
该实验为
验证性实
验，对实
验的结果
和结论不
需要分类
讨论
结果：活的紫色洋葱鳞片叶表皮细
胞在0.3 g/mL的蔗糖溶液中能发
生质壁分离，在清水中又能复原；
死的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞在
0.3 g/mL的蔗糖溶液中不能发生质
壁分离，在清水中也不能复原。

结
论：活的植物细胞能发生质壁分离
和复原现象，而死的植物细胞不能
发生质壁分离和复原现象
教师备课资源(教师用书独具) 1．渗透系统的组成条件
如图所示，作为一个渗透系统，须同时具备以下两个条件：
1具有半透膜
⎩⎪⎨⎪⎧
种类：可以是生物性的选择透过性膜，也可以是物理
性的过滤膜
特性：允许水分子及小分子通过，不允许蔗糖等较大 的分子通过
(2)半透膜两侧为溶液体系(S1、S2)，且两侧溶液具有浓度差。

2．渗透作用的发生
(1)若S1浓度>S2浓度，单位时间内由S2→S1的水分子数多于S1→S2，外观上表现为S1液面上升。

(2)若S1浓度<S2浓度，则情况相反，外观上表现为S1液面下降。

(3)Δh 到达一定高度时，由半透膜进出漏斗的水分子数相等，渗透系统达到平衡状态，液面不再变化。

3．外界溶液浓度与质壁分离关系的读图、析图技巧及表格设计 [命题示例] 某小组确定研究课题：探究植物细胞外界溶液浓度与 质壁分离的关系。

该小组选用水生植物黑藻作为实验材料，并作 实验假设：如果将其叶片分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，其细 胞失水量随着外界溶液浓度增加而增加。

该小组学生设计实验步
骤如下：配制10%、20%、30%蔗糖溶液，分别盛于培养皿中。

从黑藻茎上取下叶片，
用吸水纸吸干叶片上的水分，并制成装片，显微镜下观察，选取5个细胞测量其A 、 B(如图A 为细胞的长度，B 为原生质体长度)。

在此基础上，请你参与设计、分析与 讨论。

(1)请你设计一表格，用于记录数据，计算并记录B/A 值。

(2)该小组同学根据记录数据作曲线如图。

请你就该结果作分析并得出结论：
①_____________________________________________________________________； ②______________________________________________________________________。

结论：______________________________________________________________。

(3)讨论：如果要说明上述质壁分离现象是由相应浓度的外界溶液引起的，而非细胞本身的原因，应如何设计实验？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

答案
(2)①B/A值越小，说明质壁分离程度越大②随着溶液浓度的增大，B/A值下降，说明质壁分离程度随外界溶液浓度增大而增大结论：质壁分离程度(细胞失水量)随着外界溶液浓度的增大而增大(3)设置清水对照组，观察清水中的黑藻细胞，确认细胞形态正常，无质壁分离现象
[方法点拨](1)正确的结论来源于准确的读图与析图
为了增加实验结果的直观性，对表格数据进行坐标曲线格式转化，得到的B/A(%)值绘制成曲线，通过曲线不难看出：①B/A值越小，说明质壁分离程度越大。

②随着外界溶液浓度的增大，B/A值下降，说明质壁分离程度随溶液浓度增大而增大。

从而得出结论：细胞失水量随着外界溶液浓度的增大而增大。

(2)分析实验材料确定表格设计项目
①根据题干提供的信息，探究“植物细胞外界溶液浓度与质壁分离的关系”实验的自变量是不同蔗糖浓度，因变量是“由细胞的长度A和原生质体长度B计算得出的B/A(%)值”，由此推出表格应体现B、A、B/A值。

②实验材料是“选取5个细胞”，是为了避免实验中的偶然性，必须对其测量项取平均值，由此推出表格应体现5个细胞及平均值。

③蔗糖溶液要求配制“10%、20%、30%”三种，因此表格应体现三种蔗糖溶液的浓度。

(3)排除细胞本身对实验的影响
排除细胞本身对实验的影响的方法是设置对照实验，只要增加“清水对照组”，观察清水中的黑藻细胞，确认细胞形态正常，无质壁分离现象，就可排除细胞本身的原因。