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第2課時(shí)　探究植物細(xì)胞的吸水和失水實(shí)驗(yàn)與被動(dòng)運(yùn)輸
課時(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)　:
(1)舉例說明有些物質(zhì)順濃度梯度進(jìn)出細(xì)胞，不需要額外提供能量(物質(zhì)與能量觀)。
(2)實(shí)驗(yàn)：探究植物細(xì)胞的吸水和失水(科學(xué)探究能力)。
一、探究植物細(xì)胞的吸水和失水
1.實(shí)驗(yàn)原理
(1)成熟的植物細(xì)胞的原生質(zhì)層相當(dāng)于________________。
(2)原生質(zhì)層的內(nèi)側(cè)____________與外界溶液可形成濃度差。
(3)原生質(zhì)層比細(xì)胞壁的伸縮性________。
2.實(shí)驗(yàn)材料
紫色的洋蔥鱗片葉。
3.實(shí)驗(yàn)試劑
質(zhì)量濃度為0.3(g·mL－1)的蔗糖溶液，清水。
4.實(shí)驗(yàn)流程
5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論
(1)當(dāng)細(xì)胞液濃度________外界溶液濃度時(shí)，細(xì)胞失水，原生質(zhì)層和細(xì)胞壁分離，發(fā)生____________。
(2)發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞，當(dāng)細(xì)胞液濃度________外界溶液濃度時(shí)，細(xì)胞吸水，發(fā)生________________。
[微思考]
如果在顯微鏡下一個(gè)視野中發(fā)現(xiàn)有一個(gè)細(xì)胞未發(fā)生質(zhì)壁分離而其他細(xì)胞都發(fā)生了質(zhì)壁分離，可能的原因是什么？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[辨正誤]
(1)當(dāng)外界溶液濃度高于細(xì)胞液濃度時(shí)，可能會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離，即細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞壁分離。(　　)
(2)外界溶液溶質(zhì)的濃度大于細(xì)胞液溶質(zhì)的濃度時(shí)，洋蔥外表皮細(xì)胞質(zhì)壁分離，細(xì)胞液顏色變淺。(　　)
(3)質(zhì)壁分離過程中水分子運(yùn)動(dòng)只能單向進(jìn)行。(　　)
(4)大蒜根尖分生區(qū)細(xì)胞可用于觀察細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原。(　　)
1.如圖是將紫色洋蔥鱗片葉的外表皮細(xì)胞先放到質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液中(甲)、再放到清水中(乙)的實(shí)驗(yàn)過程的圖解，請(qǐng)分析回答下列問題：
(1)甲過程中，⑤的顏色如何變化？其吸水能力又如何變化？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)有位同學(xué)錯(cuò)取了質(zhì)量濃度較高的蔗糖溶液，發(fā)現(xiàn)做完甲過程后，再做乙過程幾乎沒有觀察到相關(guān)現(xiàn)象，分析原因可能是什么？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(3)發(fā)生質(zhì)壁分離的洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞的原生質(zhì)層與細(xì)胞壁之間是什么物質(zhì)？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(4)為什么選擇紫色洋蔥鱗片葉外表皮而不選擇內(nèi)表皮細(xì)胞作實(shí)驗(yàn)材料？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(5)“觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原”實(shí)驗(yàn)中共涉及三次顯微鏡觀察，其中第一次觀察的目的是什么？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(6)某同學(xué)觀察到某細(xì)胞處于如圖所示狀態(tài)，能否確定正在發(fā)生質(zhì)壁分離？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.用物質(zhì)的量濃度為2(mol·L－1)的乙二醇溶液和2(mol·L－1)的蔗糖溶液分別浸泡某種植物細(xì)胞，觀察細(xì)胞的質(zhì)壁分離現(xiàn)象，得到其原生質(zhì)體(即植物細(xì)胞中細(xì)胞壁以內(nèi)的部分)體積變化情況如圖所示：
2 min后，不同于處于2(mol·L－1)的蔗糖溶液中的細(xì)胞，處于2(mol·L－1)的乙二醇中的細(xì)胞自動(dòng)發(fā)生了________________現(xiàn)象，發(fā)生該現(xiàn)象的原因是：_______________________________________________。
【學(xué)以致用】
1.(2024·河北衡水金卷)下列關(guān)于細(xì)胞質(zhì)壁分離的敘述，正確的是(　　)
A.植物細(xì)胞在一定條件下都能觀察到明顯的質(zhì)壁分離現(xiàn)象
B.動(dòng)物細(xì)胞不能發(fā)生質(zhì)壁分離的根本原因是不具有半透膜
C.一定濃度的甘油溶液可以使紫色洋蔥表皮細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離
D.質(zhì)壁分離過程中，細(xì)胞液的濃度逐漸減小
2.(2024·湖南長(zhǎng)郡中學(xué)調(diào)研)如圖所示為某學(xué)生利用紫色洋蔥鱗片葉外表皮進(jìn)行的某實(shí)驗(yàn)的基本操作步驟。請(qǐng)據(jù)圖回答問題：
(1)你認(rèn)為他做該實(shí)驗(yàn)的目的是________________________，該實(shí)驗(yàn)________(填“有”或“無”)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。
(2)B步驟主要觀察洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞中紫色________的大小和________的位置。
(3)C步驟中吸水紙的作用是______________________________________________________________。
(4)某學(xué)生在F步驟觀察時(shí)，視野中的細(xì)胞與D步驟看到的完全一樣，最可能的原因是_________________________________________________________________。
(1)若題2圖C步驟滴加的是質(zhì)量濃度大于0.5(g·mL－1)的蔗糖溶液，洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞________(填“能”或“不能”)發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，F(xiàn)步驟________(填“能”或“不能”)觀察到質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象，原因是_____________________________________________________________________。
(2)若題2圖C步驟滴加的是物質(zhì)的量濃度為1(mol·L－1)的KNO3溶液，洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離后又自動(dòng)復(fù)原，其自動(dòng)復(fù)原是因?yàn)開__________________________________________。
(3)若題2圖C步驟滴加的是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鹽酸溶液，則D步驟________(填“能”或“不能”)觀察到質(zhì)壁分離現(xiàn)象。
二、被動(dòng)運(yùn)輸
1.概念
物質(zhì)以________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________，這種物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式稱為被動(dòng)運(yùn)輸。
2.類型
方式 自由擴(kuò)散(簡(jiǎn)單擴(kuò)散) 協(xié)助擴(kuò)散(易化擴(kuò)散)
特點(diǎn) 物質(zhì)通過簡(jiǎn)單的____________進(jìn)出細(xì)胞 借助膜上的________進(jìn)出細(xì)胞的擴(kuò)散
實(shí)例 O2、________、甘油、乙醇、苯等 葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞、水分子借助________進(jìn)出細(xì)胞
圖例
3.轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的種類
4.影響被動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊蛩?br/>(1)被動(dòng)運(yùn)輸?shù)乃俾手苯邮苣?nèi)外物質(zhì)____________大小的影響。
(2)協(xié)助擴(kuò)散的速率還與____________的數(shù)量有關(guān)。
[辨正誤]
(1)甘油是極性分子，所以不能以自由擴(kuò)散的方式通過細(xì)胞膜。(　　)
(2)自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散都不需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和能量。(　　)
(3)協(xié)助擴(kuò)散的速率與膜兩側(cè)的濃度差成正比。(　　)
(4)相對(duì)分子質(zhì)量小的物質(zhì)或離子都可以通過自由擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。(　　)
(5)葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞的過程不需要載體蛋白的協(xié)助。(　　)
物質(zhì)順濃度梯度擴(kuò)散進(jìn)出細(xì)胞的過程稱為被動(dòng)運(yùn)輸，結(jié)合下圖分析其特點(diǎn)。
(1)對(duì)兩種方式進(jìn)行比較，完成下表：
方式 轉(zhuǎn)運(yùn)方向 是否需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 是否消耗能量
方式a __濃度→__濃度 ______ ______
方式b、c __濃度→__濃度 ______ ______
(2)下列物質(zhì)中，以方式a運(yùn)輸?shù)氖莀_______；以方式b、c運(yùn)輸?shù)氖莀_______。
①O2和CO2進(jìn)出肺泡　②苯被鼻黏膜細(xì)胞吸收　③紅細(xì)胞吸收血液中的葡萄糖　④膽固醇進(jìn)入肝細(xì)胞　⑤甘油和乙醇被小腸上皮細(xì)胞吸收
(3)方式b、c有何異同？　　　　　　　　　　　　　　
(4)由圖示分析，自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散需要消耗能量嗎？為什么？　　　　　　
【學(xué)以致用】
3.(2024·江蘇蘇州期中)下列物質(zhì)出入細(xì)胞的方式中，必須依賴于細(xì)胞膜上載體蛋白才能完成的是(　　)
A.O2進(jìn)入肺泡細(xì)胞 B.H2O進(jìn)入根毛細(xì)胞
C.葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞 D.酒精進(jìn)入胃上皮細(xì)胞
4.(2024·廣東汕尾期中)研究表明，水分子可以較快地通過水通道蛋白出入細(xì)胞且不需要消耗能量，而甘油分子難以通過水通道蛋白。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　)
A.水通道蛋白對(duì)物質(zhì)的出入具有選擇性 B.一種物質(zhì)可能有多種跨膜運(yùn)輸方式
C.水通道蛋白作用時(shí)所需的能量主要來自線粒體 D.水通道蛋白結(jié)構(gòu)改變后功能也可能發(fā)生改變
5.(2024·廣東深圳高一期末)如圖表示與自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散有關(guān)的圖例或曲線。下列選項(xiàng)對(duì)應(yīng)正確的是(　　)
A.肺泡上皮細(xì)胞吸收氧氣——①④ B.人的成熟紅細(xì)胞吸收葡萄糖——②③
C.甘油進(jìn)出細(xì)胞——①③ D.肌肉細(xì)胞吸收水——②④
答案解析：
一、
自主梳理
1.(1)一層半透膜　(2)細(xì)胞液　(3)大
4.紫色　細(xì)胞壁　吸水紙　變小　變深　分離　清水　變淺　貼近
5.(1)小于　質(zhì)壁分離　(2)大于　質(zhì)壁分離復(fù)原
微思考
提示：該細(xì)胞死亡，不能發(fā)生滲透作用。
辨正誤
(1)×　提示：質(zhì)壁分離是原生質(zhì)層與細(xì)胞壁分離。
(2)×　提示：洋蔥外表皮細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離后，細(xì)胞液顏色加深。
(3)×　提示：雙向。
(4)×　提示：大蒜根尖分生區(qū)細(xì)胞沒有中央大液泡，因此不能用于觀察細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原。
合作探究
1.(1)提示：顏色逐漸變深，吸水能力逐漸增強(qiáng)。
(2)提示：蔗糖溶液濃度太高，細(xì)胞過度失水死亡，不能發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。
(3)提示：因?yàn)榧?xì)胞壁是全透性的，所以發(fā)生質(zhì)壁分離的洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞的原生質(zhì)層與細(xì)胞壁之間是蔗糖溶液。
(4)提示：原因是紫色洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞有大液泡且細(xì)胞液呈紫色，便于觀察；內(nèi)表皮細(xì)胞的細(xì)胞液無色，不便于觀察。
(5)提示：觀察正常洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞的狀態(tài)，以便與處理后的狀態(tài)形成對(duì)照。
(6)提示：不能確定此細(xì)胞一定正在發(fā)生質(zhì)壁分離。此時(shí)細(xì)胞可能正在發(fā)生質(zhì)壁分離，也可能正在發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，也可能正處于水分子進(jìn)出平衡狀態(tài)。
2.提示：質(zhì)壁分離復(fù)原　乙二醇逐漸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，引起細(xì)胞液的濃度增大，細(xì)胞吸水導(dǎo)致質(zhì)壁分離后自動(dòng)復(fù)原
學(xué)以致用
1.C　[只有具有大液泡的活的成熟植物細(xì)胞才能發(fā)生質(zhì)壁分離，A錯(cuò)誤；質(zhì)壁分離指的是細(xì)胞壁與原生質(zhì)層的分離，而動(dòng)物細(xì)胞沒有細(xì)胞壁和原生質(zhì)層，B錯(cuò)誤；紫色洋蔥表皮細(xì)胞在一定濃度的甘油溶液中先發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象后又自動(dòng)復(fù)原，C正確；質(zhì)壁分離過程中，細(xì)胞液的濃度逐漸增大，D錯(cuò)誤。]
2.(1)觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原(或探究植物細(xì)胞的失水和吸水，或證明原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜，答案合理即可)　有　(2)液泡　原生質(zhì)層　(3)引流，使細(xì)胞浸潤(rùn)在蔗糖溶液中
(4)細(xì)胞失水過多而死亡
解析　(1)據(jù)圖分析實(shí)驗(yàn)過程可知，C和E步驟是改變細(xì)胞外溶液濃度的大小，觀察其對(duì)洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞的影響，可推知此實(shí)驗(yàn)的目的可能是觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原。(2)B步驟時(shí)還沒有發(fā)生質(zhì)壁分離，此時(shí)主要是觀察洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞中紫色液泡的大小和原生質(zhì)層的位置，以便與D步驟比較。(3)C步驟中吸水紙的作用是引流，使洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞浸潤(rùn)在蔗糖溶液中。(4)F步驟時(shí)洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞不能發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原的原因可能是質(zhì)壁分離時(shí)間過長(zhǎng)，細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間浸潤(rùn)在質(zhì)量濃度為0.3(g·mL－1)的蔗糖溶液中，導(dǎo)致細(xì)胞失水過多而死亡或0.3(g·mL－1)蔗糖溶液對(duì)所用表皮細(xì)胞來說濃度過高，會(huì)使其失水過快過多而死亡。
題后拓展
(1)能　不能　外界溶液濃度過高，細(xì)胞失水過多而死亡
(2)K＋和NO會(huì)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，使細(xì)胞外溶液濃度低于細(xì)胞液濃度，細(xì)胞吸水　(3)不能
解析　(1)在高濃度的外界溶液中，紫色洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞失水速率快，細(xì)胞能發(fā)生質(zhì)壁分離，但會(huì)因失水過多而死亡，不能發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。(2)KNO3溶液中的K＋和NO都可以被細(xì)胞吸收，使細(xì)胞液濃度增大，一段時(shí)間后細(xì)胞液的濃度大于外界KNO3溶液的濃度，使細(xì)胞吸水而發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。(3)鹽酸處理后細(xì)胞死亡，原生質(zhì)層失去選擇透過性，細(xì)胞不能發(fā)生質(zhì)壁分離。
二、
自主梳理
1.擴(kuò)散　能量
2.擴(kuò)散作用　轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白　CO2　水通道蛋白
3.分子或離子　自身構(gòu)象　直徑和形狀　大小和電荷　不需要
4.(1)濃度梯度　(2)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白
辨正誤
(1)×　提示：甘油是脂溶性物質(zhì)，可以以自由擴(kuò)散的方式通過細(xì)胞膜。
(2)×　提示：協(xié)助擴(kuò)散需要借助膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。
(3)×　提示：協(xié)助擴(kuò)散的速率還與膜上轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的數(shù)量有關(guān)。
(4)×　提示：一些離子不能通過自由擴(kuò)散的方式進(jìn)入細(xì)胞。
(5)×　提示：葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞需要載體蛋白的協(xié)助。
合作探究
(1)提示：高　低　不需要　不消耗　高　低　需要　不消耗
(2)提示：①②④⑤　③
(3)提示：相同點(diǎn)：b、c都是協(xié)助擴(kuò)散；不同點(diǎn)：b由載體蛋白協(xié)助，c由通道蛋白協(xié)助。
(4)提示：都不需要消耗能量，因?yàn)閮烧叨际琼槤舛忍荻冗M(jìn)行的。
學(xué)以致用
3.C　[O2進(jìn)入肺泡細(xì)胞屬于自由擴(kuò)散，H2O可以通過自由擴(kuò)散進(jìn)入根毛細(xì)胞，酒精進(jìn)入胃上皮細(xì)胞屬于自由擴(kuò)散，都不需要載體蛋白的協(xié)助；葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞屬于協(xié)助擴(kuò)散，需要載體蛋白的協(xié)助。]
4.C　[水分子可以較快地通過水通道蛋白出入細(xì)胞，而甘油分子難以通過水通道蛋白，說明水通道蛋白對(duì)物質(zhì)的出入具有選擇性，A正確；水分子不需要水通道蛋白協(xié)助的跨膜運(yùn)輸方式為自由擴(kuò)散；水分子需要水通道蛋白協(xié)助、不需要消耗能量的跨膜運(yùn)輸方式為協(xié)助擴(kuò)散。由此可知，一種物質(zhì)可能有多種跨膜運(yùn)輸方式，B正確；水分子可以較快地通過水通道蛋白出入細(xì)胞且不需要消耗能量，C錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)的功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，因此水通道蛋白結(jié)構(gòu)改變后功能也可能發(fā)生改變，D正確。]
5.C　[①②表示兩種跨膜運(yùn)輸方式，分別是自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散，③④表示兩種影響因素曲線，分別對(duì)應(yīng)自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散。肺泡上皮細(xì)胞吸收氧氣的方式是自由擴(kuò)散，對(duì)應(yīng)①③；人的成熟紅細(xì)胞吸收葡萄糖的過程屬于協(xié)助擴(kuò)散，對(duì)應(yīng)②④；甘油進(jìn)出細(xì)胞的過程屬于自由擴(kuò)散，對(duì)應(yīng)①③；肌肉細(xì)胞吸收水的方式是自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散，可對(duì)應(yīng)①②③④。]

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