【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
理解滲透作用的概念及發(fā)生的條件，理解動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞膜、植物細(xì)胞的原生質(zhì)層都相當(dāng)于一層半透膜
通過觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)合實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)生的條件、原因，闡明原生質(zhì)層具有選擇透過性
理解自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散都是順濃度梯度運(yùn)輸，都不需要細(xì)胞提供能量，因此屬于被動(dòng)運(yùn)輸
【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】
1.水進(jìn)出細(xì)胞的原理。
2.探究植物細(xì)胞的吸水和失水。
3.自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散。
【預(yù)習(xí)新知】
水進(jìn)出細(xì)胞的原理
1.滲透作用
(1)含義：水分子(或其他溶劑分子)通過 的擴(kuò)散。
(2)方向：從水相對(duì)含量高的一側(cè)向相對(duì)含量 的一側(cè)滲透。
2.水進(jìn)出動(dòng)物細(xì)胞(以哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞為例)
(1)動(dòng)物細(xì)胞所形成的“滲透裝置”
①半透膜： 。
②濃度差： 與外界溶液之間的濃度差。
(2)現(xiàn)象
①當(dāng)外界溶液濃度 細(xì)胞質(zhì)的濃度時(shí)，細(xì)胞失水。
②當(dāng)外界溶液濃度 細(xì)胞質(zhì)的濃度時(shí)，水分子進(jìn)出平衡。
③當(dāng)外界溶液濃度 細(xì)胞質(zhì)的濃度時(shí)，細(xì)胞吸水。
3.水進(jìn)出植物細(xì)胞(以成熟植物細(xì)胞為例)
植物細(xì)胞所形成的“滲透裝置”
(1)半透膜(原生質(zhì)層)：細(xì)胞膜、 以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)。
(2)濃度差： 與外界溶液之間的濃度差。
①外界溶液濃度 細(xì)胞液濃度時(shí)，發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。
②外界溶液濃度 細(xì)胞液濃度時(shí)，發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。
4.植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原
（1）實(shí)驗(yàn)原理
成熟的植物細(xì)胞的 相當(dāng)于一層半透膜，細(xì)胞液具有一定的濃度，能夠滲透失水和吸水。
（2）實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象
制作裝片：制作洋蔥鱗片葉外表皮的臨時(shí)裝片
↓
低倍鏡觀察：有一個(gè)紫色的中央大液泡，原生質(zhì)層緊貼細(xì)胞壁
↓
滴加蔗糖溶液：在蓋玻片的一側(cè)滴加蔗糖溶液，在另一側(cè)用 吸引
↓
低倍鏡觀察：觀察液泡大小和原生質(zhì)層的位置
↓
滴加清水：在蓋玻片的一側(cè)滴加清水，在另一側(cè)用吸水紙吸引
↓
低倍鏡觀察：觀察液泡大小和原生質(zhì)層的位置
（3）發(fā)生質(zhì)壁分離的原因
①外因：外界溶液濃度 細(xì)胞液濃度。
②內(nèi)因：原生質(zhì)層比細(xì)胞壁的伸縮性 。
自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散
1．被動(dòng)運(yùn)輸?shù)母拍睿何镔|(zhì)以擴(kuò)散方式進(jìn)出細(xì)胞，不需要消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量，這種物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式稱為被動(dòng)運(yùn)輸。
2．被動(dòng)運(yùn)輸類型
3．轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的種類
4．影響被動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊蛩兀?gòu)建數(shù)學(xué)模型）
(1)被動(dòng)運(yùn)輸?shù)乃俾手苯邮苣?nèi)外物質(zhì)濃度梯度（濃度差）大小的影響。
(2)協(xié)助擴(kuò)散的速率還與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的數(shù)量有關(guān)。
(3)溫度：溫度影響生物膜的流動(dòng)性，影響物質(zhì)運(yùn)輸速率。
5.生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？
生物膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有一定的流動(dòng)性。
6.生物膜的功能特點(diǎn)是什么？
生物膜的功能特點(diǎn)是選擇透過性。
【易錯(cuò)提示】
動(dòng)植物細(xì)胞吸水和失水與滲透系統(tǒng)的關(guān)系
(1)植物根尖分生區(qū)細(xì)胞，無大液泡，不能發(fā)生質(zhì)壁分離，但可看成是一個(gè)滲透系統(tǒng)，細(xì)胞膜相當(dāng)于半透膜。
(2)動(dòng)物細(xì)胞無細(xì)胞壁，不能發(fā)生質(zhì)壁分離，但也可看成是一個(gè)滲透系統(tǒng)，細(xì)胞膜相當(dāng)于半透膜。
(3)細(xì)胞壁具有全透性，所以在原生質(zhì)層與細(xì)胞壁之間的液體與外界溶液相同。
【鞏固訓(xùn)練】
1.下列各項(xiàng)無法通過質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)證明的是( )
A.成熟植物細(xì)胞的死活B.原生質(zhì)層的伸縮性比細(xì)胞壁大
C.成熟植物細(xì)胞能進(jìn)行滲透吸水D.水分子通過通道蛋白進(jìn)入細(xì)胞
2.圖表示物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的方式是( )
A.自由擴(kuò)散B.協(xié)助擴(kuò)散C.主動(dòng)運(yùn)輸D.胞吞作用
3.將某種植物的成熟細(xì)胞放入2ml·L-1的乙二醇溶液中，其原生質(zhì)體的體積變化趨勢(shì)如圖所示。下列說法正確的是( )
A.若換成2ml·L-1的蔗糖溶液，也會(huì)發(fā)生與圖中類似的變化
B.B點(diǎn)時(shí)植物細(xì)胞液的滲透壓與2ml·L-1的乙二醇溶液相等
C.AB段植物細(xì)胞原生質(zhì)體的吸水能力持續(xù)增強(qiáng)
D.A、C兩點(diǎn)所在時(shí)刻植物細(xì)胞液的滲透壓相等
4.水孔蛋白（AQP）也稱為水通道蛋白，是一類介導(dǎo)水分子跨膜運(yùn)輸?shù)哪さ鞍?。有科學(xué)家在研究中發(fā)現(xiàn)：哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞在清水中會(huì)很快膨脹破裂，而爪蟾的卵母細(xì)胞在清水中不會(huì)發(fā)生這種變化。將控制紅細(xì)胞膜上CHIP28蛋白合成的mRNA注入爪蟾的卵母細(xì)胞中，卵母細(xì)胞在清水中迅速膨脹，并于5分鐘內(nèi)破裂。請(qǐng)回答下列問題：
(1)哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞適合于提取較純凈的細(xì)胞膜，原因是____________。
(2)爪蟾的卵母細(xì)胞CHIP28蛋白在加工、運(yùn)輸過程中，除線粒體外，還需要___________（填細(xì)胞器）參與。
(3)上述實(shí)驗(yàn)還不能肯定CHIP28蛋白就是水通道蛋白，也可能是CHIP28蛋白___________（填“激活”或“抑制”）了爪蟾卵母細(xì)胞膜上的水通道蛋白。請(qǐng)選擇合適的實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證CHIP28蛋白就是水通道蛋白。材料：具有生物學(xué)活性的CHIP28蛋白、人工脂質(zhì)體（僅由磷脂雙分子層構(gòu)成的球形囊泡）、清水、生理鹽水及其它必需藥品等。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：______________；實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果：若_____________，則表明CHIP28蛋白就是水通道蛋白。
5.下列關(guān)于細(xì)胞吸水和失水的敘述，錯(cuò)誤的是( )
A.成熟動(dòng)植物細(xì)胞都可通過滲透作用吸水和失水
B.液泡是植物細(xì)胞吸水和失水的必需結(jié)構(gòu)
C.植物細(xì)胞原生質(zhì)層比細(xì)胞壁的伸縮性大
D.一般選擇哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞來探究動(dòng)物細(xì)胞的吸水和失水
參考答案
1.答案：D
解析：A.成熟植物細(xì)胞放到清水中，若不能發(fā)生質(zhì)壁分離則說明是死細(xì)胞，反之是活細(xì)胞，A正確；B.質(zhì)壁分離的內(nèi)因是原生質(zhì)層的伸縮性大于細(xì)胞壁的伸縮性，B正確；C.成熟的植物細(xì)胞進(jìn)行質(zhì)壁分離，會(huì)進(jìn)行滲透失水，C正確；D.質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)無法證明水分子可以通過通道蛋白進(jìn)入細(xì)胞，D錯(cuò)誤。
故選：D。
2.答案：B
解析：根據(jù)圖示分析，物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞時(shí)從高濃度一側(cè)運(yùn)輸?shù)降蜐舛纫粋?cè)，需要載體協(xié)助，但不消耗能量，所以其方式是協(xié)助擴(kuò)散。
故選：B。
3.答案：C
解析：A、圖示原生質(zhì)體相對(duì)體積先減小，然后逐漸增大并恢復(fù)原狀，說明細(xì)胞先發(fā)生質(zhì)壁分離，然后又自動(dòng)復(fù)原，說明乙二醇能進(jìn)入細(xì)胞，若換成蔗糖溶液，由于糖分子不能進(jìn)入細(xì)胞，所以不能發(fā)生自動(dòng)復(fù)原現(xiàn)象，A錯(cuò)誤；
B.B點(diǎn)時(shí)為質(zhì)壁分離的最大程度，此時(shí)植物細(xì)胞液滲透壓最大，與外界溶液滲透壓相等，但AB段細(xì)胞失水，同時(shí)乙二醇被細(xì)胞不斷吸收。因此外界乙二醇溶液滲透壓變小，小于2mI·L-1的乙二醇溶液，所以B點(diǎn)時(shí)植物細(xì)胞液的滲透壓與2mI·L-1的乙二醇溶液不相等，B錯(cuò)誤；
C、AB段植物細(xì)胞原生質(zhì)體相對(duì)體積逐漸減小，說明細(xì)胞一直失水，細(xì)胞液滲透壓不斷增加，原生質(zhì)體的吸水能力持續(xù)增強(qiáng)C正確；
D、BC段為細(xì)胞的自動(dòng)復(fù)原過程，說明乙二醇能進(jìn)入細(xì)胞，由于乙二醇進(jìn)入了細(xì)胞，且細(xì)胞壁的伸縮性小于原生質(zhì)層的伸縮性，使細(xì)胞不能無限吸水，所以A、C兩點(diǎn)所在時(shí)刻植物細(xì)胞液的滲透壓不一定相等，D錯(cuò)誤。
故選C。
4.答案：(1)無細(xì)胞器膜和核膜，只有細(xì)胞膜
(2)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體
(3)激活；將人工脂質(zhì)體均分為兩組，一組將具有生物學(xué)活性的CHIP28蛋白整合到脂質(zhì)體膜上，作為實(shí)驗(yàn)組；另一組不整合，作為對(duì)照組；將兩組脂質(zhì)體放入清水中，觀察它們的體積變化；實(shí)驗(yàn)組脂質(zhì)體體積膨脹甚至破裂，對(duì)照組脂質(zhì)體體積幾乎沒有變化
解析：(1)哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞沒有各種細(xì)胞器和細(xì)胞核，唯一的生物膜為細(xì)胞膜，適合于提取較純凈的細(xì)胞膜。
(2)水孔蛋白CHIP28位于細(xì)胞膜上，所以與該蛋白加工、運(yùn)輸有關(guān)的細(xì)胞器除線粒體外，還有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體。
(3)CHIP28mRNA注入爪蟾的卵母細(xì)胞中，卵母細(xì)胞在清水中迅速膨脹，并于5分鐘內(nèi)破裂，可能的原因有:①CHIP28本身就是水孔蛋白;②CHIP28在爪蟾的卵母細(xì)胞中合成后，激活了細(xì)胞膜上處于抑制狀態(tài)的水孔蛋白。所以可利用脂質(zhì)體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橹|(zhì)體本身沒有任何蛋白質(zhì)。具體思路:①將人工脂質(zhì)體均分為兩組，一組將具有生物學(xué)活性的CHIP28蛋白整合到脂質(zhì)體膜上，作為實(shí)驗(yàn)組;另一組不整合，作為對(duì)照組。②將兩組脂質(zhì)體放入清水中，觀察它們的體積變化。若實(shí)驗(yàn)組脂質(zhì)體體積膨脹甚至破裂，對(duì)照組脂質(zhì)體體積幾乎沒有變化，則表明CHIP28蛋白就是水通道蛋白。
5.答案：B
解析：動(dòng)物細(xì)胞膜相當(dāng)于一層半透膜，成熟植物細(xì)胞的原生質(zhì)層也相當(dāng)于一層半透膜，動(dòng)物細(xì)胞和成熟植物細(xì)胞的吸水和失水都可通過滲透作用完成，A正確；沒有液泡的細(xì)胞也能完成細(xì)胞的吸水和失水過程，如分生區(qū)細(xì)胞，因此，液泡不是植物細(xì)胞吸水和失水的必需結(jié)構(gòu)，B錯(cuò)誤；質(zhì)壁分離的內(nèi)因是原生質(zhì)層的伸縮性大于細(xì)胞壁的伸縮性，C正確；驗(yàn)證動(dòng)物細(xì)胞通過滲透作用吸水和失水的實(shí)驗(yàn)中，選用哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料，既便于取材又利于觀察，D正確。
方式
自由擴(kuò)散(也叫簡(jiǎn)單擴(kuò)散)
協(xié)助擴(kuò)散(也叫易化擴(kuò)散)
特點(diǎn)
物質(zhì)通過簡(jiǎn)單的擴(kuò)散作用進(jìn)出細(xì)胞
借助膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)出細(xì)胞的擴(kuò)散
實(shí)例
O2、CO2、甘油、脂肪酸、乙醇、苯等
葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞、水分子借助水通道蛋白進(jìn)出細(xì)胞
名稱
轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)象
特點(diǎn)
載體蛋白
與自身結(jié)合部位相適應(yīng)的分子或離子
每次轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)都會(huì)發(fā)生自身構(gòu)象的改變
通道蛋白
與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的分子或離子
轉(zhuǎn)運(yùn)分子或離子不需要與通道蛋白結(jié)合

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高中生物人教版 (2019)必修1《分子與細(xì)胞》電子課本

第1節(jié) 被動(dòng)運(yùn)輸

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 必修1《分子與細(xì)胞》

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