2021学年第二章 细胞的结构和生命活动第三节 物质进出细胞的运输方式第1课时导学案

第三节　物质进出细胞的运输方式

第1课时　细胞质膜具有选择透过性

一、植物细胞的质壁分离和复原现象

1．选择透过性膜：对物质进出具有选择作用的膜，称为选择透过性膜。

2．原生质层：细胞质膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。与半透膜类似，能选择性地控制物质的进出。

3．细胞内的液体环境主要是指液泡中的细胞液，细胞液的渗透压能随外界溶液渗透压的变化而变化。

4．质壁分离现象：当植物细胞的细胞液渗透压小于外界溶液渗透压时，细胞液中的水分子会透过原生质层进入外界溶液，细胞不断失水，就会发生质壁分离现象。

5．质壁分离复原现象：当已经发生质壁分离的植物细胞处于渗透压小于细胞液渗透压的外界溶液中时，外界溶液中的水分子会透过原生质层进入细胞液，细胞不断吸水，就会发生质壁分离复原现象。

6．质壁分离与复原的原因

(1)原生质层具有选择透过性。

(2)细胞液和外界溶液之间的渗透压差。

(3)原生质层和细胞壁的伸缩性不同(原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大)。

二、细胞质膜对不同物质有不同的通透性

1．一般来说，气体分子(如O2、CO2、N2)、相对分子质量小的不带电的极性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性分子等容易通过细胞质膜。

2．离子(如Na＋、K＋)因与水的结合而脂溶性大大降低；相对分子质量大的不带电的极性分子(如葡萄糖)和各种带电的极性分子都难以自由通过细胞质膜。

3．细胞内的其他细胞器膜和细胞质膜一样，都是选择透过性膜。

三、观察植物细胞的质壁分离和复原现象

1．实验材料：成熟的活的植物细胞(如紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞)。

2．实验试剂：质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、清水。

3．实验过程

(1)制作紫色洋葱鳞片叶外表皮临时玻片标本。

(2)用低倍镜观察鳞片叶外表皮细胞，注意紫色大液泡的相对大小和细胞质的分布情况。

(3)在盖玻片一侧滴加质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引，重复多次，使细胞浸润在蔗糖溶液中。

(4)用低倍镜和高倍镜及时观察，注意紫色大液泡的体积变化、细胞质膜的变化。

(5)像滴加蔗糖溶液一样，在盖玻片一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引，重复多次，使细胞浸润在清水中。

(6)再用低倍镜和高倍镜及时观察，同样注意紫色大液泡的体积变化以及细胞质膜的变化。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．动物细胞的细胞质膜相当于半透膜。 (　　)

2．在半透膜两侧的水分子会从溶质相对较少的区域向溶质相对较多的区域扩散。              (　　)

3．细胞质膜和液泡膜称为原生质层。 (　　)

4．植物细胞内的液体环境就是指液泡中的细胞液。 (　　)

5．细胞壁的伸缩性比原生质层大。 (　　)

6．气体分子、脂溶性分子以及极性分子等容易通过细胞质膜。 (　　)

提示：1.√　2.√

3．×　细胞质膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。

4．×　植物细胞内的液体环境主要是指液泡中的细胞液。

5．×　细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性。

6．×　相对分子质量小的不带电的极性分子容易通过细胞质膜，而其他的极性分子都难以自由通过细胞质膜。

　渗透现象的原理及条件

1．渗透现象的分析

(1)图示

(2)原理分析

(3)分析上图②可知：Δh产生的压强与水和蔗糖溶液产生的渗透压达到平衡，使半透膜两侧水分子的交换速率相等时，液面不再升高。

2．半透膜、选择透过性膜以及生物膜的区别

深化探究：1.如果渗透实验中，烧杯内不是清水，而是同浓度的蔗糖溶液，漏斗管内液面还会升高吗？

提示：漏斗管内液面不会升高，因为半透膜两侧溶液没有浓度差。

2．渗透实验中，液面高度差H会不会一直升高，为什么？

提示：不会。漏斗管中的液面升高时，液体产生的静水压也随之变大，当静水压增大到和渗透压相等时(以半透膜为界，二者的方向相反，静水压向外、渗透压向内)，单位时间内透过半透膜进出长颈漏斗的水分子数相等。因此，液面高度差H不会一直升高。

3．如果渗透实验中，半透膜的面积增大一倍，其他条件不变，液面高度差H会不会变化？达到H的时间会不会变化？

提示：半透膜两侧溶液的浓度差不变，液面高度差H不会变，但是由于半透膜面积增大，因此达到H的时间会变短。

1.(多选)右图为渗透装置示意图，a、b分别为不同浓度的蔗糖溶液。据图判断，下列叙述正确的是(　　)

A．若c为一层纱布，则不会发生此现象

B．实验开始时，c两侧的溶液浓度大小是a>b

C．实验过程中漏斗管内的液面先上升后保持稳定

D．当漏斗管内的液面停止上升时，水分子进出漏斗达到动态平衡

ACD　[纱布不能作为半透膜，因此漏斗内的蔗糖会扩散到外界溶液中，浓度差无法维持，液面不会上升，A项正确；由图知，b漏斗液面上升，故实验开始时溶液浓度大小是b>a，B项错误；实验过程中漏斗管内的溶液浓度较大，水分子进入漏斗内的多于从漏斗出来的，液面先上升，达到一定高度后液面不再上升，水分子进出漏斗达到动态平衡，C、D项正确。]

2．某同学设计了如图所示的渗透作用实验装置，实验开始时长颈漏斗内外液面平齐，记为零液面。实验开始后，长颈漏斗内部液面的变化趋势为(　　)

B　[仔细观察题图，长颈漏斗内为蔗糖溶液，实验开始后长颈漏斗内部液面将上升，由于实验初始阶段半透膜内外溶液浓度差较大，所以液面上升速率较大。随着液面高度的增大，液柱抑制水分渗入的作用力逐渐增大，当与浓度差促进水分渗入的作用力达到平衡时，液面不再上升。此时，水分子通过半透膜的渗入与渗出达到平衡。]

有关渗透现象的两点提醒

(1)两溶液间的水分子进行双向运动，实际观察到的只是水分子双向运动差异所导致的液面变化。

(2)当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。

　植物细胞的质壁分离和复原现象

1．观察植物细胞的质壁分离和复原现象

(1)实验流程图示

(2)实验注意的问题

①实验成功的关键之一是实验材料的选择。要选取成熟的、液泡带有一定颜色的植物组织进行实验，便于观察实验现象。

②滴加蔗糖溶液或清水时，应在载物台上操作。

③选用的蔗糖溶液浓度要适宜。过低，不足以引起质壁分离或质壁分离所需时间过长；过高，可能造成植物细胞失水过多、过快而死亡。

④当用可吸收的物质作溶质时(如甘油、尿素、KNO3溶液、乙二醇等)，可出现质壁分离及自动复原现象。

2．动植物细胞都是渗透系统

3．渗透作用的应用

判断细胞质浓度或者细胞液浓度

将动植物细胞放在不同浓度的溶液中，观察细胞的吸水和失水状态，可以根据细胞的形态判断细胞液浓度或细胞质浓度的大小。

4．质壁分离的原因分析

原因

表现

5．细胞能否发生质壁分离及复原的判断方法

(1)从细胞角度分析

判断依据：活的且有大液泡和细胞壁的细胞。

①死细胞、动物细胞不发生质壁分离现象。

②成熟且具有中央大液泡的植物细胞易发生质壁分离现象，而未成熟的植物细胞(如根尖分生区细胞等)不具有大液泡，则不易发生。

③细菌细胞能发生质壁分离现象，但现象不明显。

(2)从溶液角度分析

判断依据：能保持细胞活性且能与细胞液形成浓度差的溶液。

①在一定浓度的溶液(溶质不能穿膜)中只发生质壁分离现象。

②在一定浓度的溶液(溶质能穿膜)中发生质壁分离后可自动复原，如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。

③在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原，因为溶液浓度过高，细胞会因过度失水而死亡。

④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于作质壁分离实验的溶液。

深化探究：1.细胞质壁分离过程中，细胞液的浓度和细胞的吸水能力有什么变化？质壁分离复原过程中，两者又有什么变化？

提示：细胞质壁分离过程中，随着质壁分离程度增大，细胞液的浓度增大，植物细胞吸水能力增强；质壁分离复原过程中，随着质壁分离复原的进行，细胞液的浓度变小，植物细胞吸水能力减弱。

2．本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低分别对实验有何影响？

提示：选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出现质壁分离，又不会杀死细胞。若浓度过高，质壁分离速度过快，细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离速度太慢。

3．若用合适浓度的KNO3溶液进行实验，结果发现细胞质壁分离后，没有滴加清水，出现了自动质壁分离复原现象。请分析原因是什么？

提示：开始外界溶液浓度较大，细胞发生质壁分离；细胞主动吸收K＋和NO后，随着细胞液浓度增大，质壁分离又会自动复原。

1．下图为某同学利用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料，观察植物细胞质壁分离与复原的基本操作步骤。下列相关叙述错误的是(　　)

A．第二次观察(D)和第一次观察(B)形成对照，第三次观察(F)和第二次观察(D)形成对照

B．该实验用显微镜主要观察原生质层和细胞壁的位置、液泡的颜色和大小等

C．第三次观察(F)与第二次观察(D)相比，液泡颜色变深

D．一定范围内适当增加蔗糖溶液的浓度，实验效果会更明显

C　[与第二次观察相比，第三次观察时，质壁分离复原，液泡颜色变浅。]

2．如图是处于质壁分离状态的某细胞示意图，下列叙述正确的是(　　)

A．①具有选择透过性，①②④组成了原生质层

B．此时④处的浓度一定大于⑤处

C．发生质壁分离的内在因素是细胞壁的伸缩性小于细胞质膜的伸缩性

D．⑤是细胞液，在质壁分离过程中浓度越来越高

D　[①是细胞壁，具有全透性，不属于原生质层，A错误；若质壁分离继续进行，此时④处的浓度大于⑤处，若正在发生质壁分离的复原，此时④处的浓度小于⑤处，B错误；发生质壁分离的内在因素是细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性，C错误；⑤是液泡中的细胞液，随着质壁分离的进行，细胞失水，细胞液的浓度升高，D正确。]

[课堂小结]

1．猫的红细胞置于质量分数为0.9%的NaCl溶液中，能维持细胞的正常形态，原因是(　　)

A．细胞被固定

B．细胞质膜的选择透过性被改变

C．水分不再出入细胞

D．水分进出细胞达到平衡

D　[红细胞置于生理盐水中，因细胞质的浓度等于外界溶液的浓度，水分进出细胞达到平衡，细胞形态维持正常。]

2．图1表示两种物质扩散的图解，图2为甲、乙两个实验装置，则实验结果应是(　　)

图1　　　　　　　　　　　图2

A．图2的甲中水柱a将持续上升

B．图2的甲中水柱a将先上升后下降

C．图2的乙中水柱b将上升到一定高度后维持不变

D．图2的乙中水柱b将先上升后下降

D　[由于图2甲中的淀粉不能透过半透膜，所以图2甲中的液面高度先上升，达到一定高度后保持不变；图2乙装置漏斗中葡萄糖溶液浓度大，导致液面上升，由于葡萄糖分子能够通过半透膜，导致半透膜两侧浓度差降低，所以漏斗中液面又会降低，最后液面平衡。]

3．(多选)下列有关原生质层的叙述，正确的是(　　)

A．植物细胞去掉细胞壁后的部分是原生质体

B．植物细胞的原生质层包括细胞质膜、液泡膜及两者之间的细胞质

C．植物细胞原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大

D．植物细胞的原生质层相当于一层半透膜

ABCD　[植物细胞去掉细胞壁后的部分是原生质体，A正确；植物细胞的原生质层包括细胞质膜、液泡膜及两者之间的细胞质，B正确；原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大，C正确；植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，D正确。]

4．以紫色洋葱鳞片叶外表皮为实验材料观察植物细胞质壁分离现象，下列叙述正确的是(　　)

A．细胞在发生质壁分离时能观察到紫色中央液泡逐渐增大

B．滴加质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液比滴加质量浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需时间长

C．滴加清水后，质壁分离的细胞又复原，说明此细胞是活细胞

D．用任何浓度的NaCl溶液代替蔗糖溶液都不能引起细胞质壁分离

C　[质壁分离和复原实验能证明细胞是否是活的，C项是正确的。A项在细胞发生质壁分离时能观察到紫色中央液泡逐渐变小，颜色变深。B项0.5 g/mL的蔗糖溶液比0.3 g/mL的蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需时间短。D项中一定浓度的NaCl溶液能引起细胞质壁分离，故选C。]

5．某学生用紫色洋葱鳞片叶表皮作实验材料，观察到甲、乙两个图像。请回答下列问题：

(1)撕取洋葱________(填“内”或“外”)表皮，置于滴加清水的载玻片上制成临时装片，用显微镜可观察到的是图________。

(2)在盖玻片的一侧滴加0.3 g/mL蔗糖溶液，用吸水纸从另一侧吸引，重复几次后，可观察到的是图________，图示细胞发生了________现象。该现象是指________和________发生分离。

(3)甲、乙两图所示细胞的细胞液分别存在于________(填“a”“b”或“c”)中。

[解析]　(1)观察植物细胞的质壁分离现象，适宜使用紫色洋葱鳞片叶的外表皮，由于细胞内具有紫色的大液泡，便于观察。将撕取的洋葱外表皮置于滴加清水的载玻片上，由于清水的浓度小于细胞液的浓度，细胞吸水，液泡变大，即图甲所示细胞。(2)滴加0.3 g/mL蔗糖溶液后，由于蔗糖溶液的浓度大于细胞液的浓度，细胞失水，发生质壁分离，即细胞壁与原生质层分离，同时液泡变小，即图乙所示细胞。(3)细胞液存在于液泡内，图甲中a表示液泡，图乙中b表示原生质层与细胞壁之间的空隙，c表示液泡。

[答案]　(1)外　甲　(2)乙　质壁分离　原生质层　细胞壁　(3)a、c