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2019-2020年高中生物 物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例 第2課示范教案 新人教版 ●教學(xué)過程 ［課前準(zhǔn)備］ 老師準(zhǔn)備——滲透作用的演示實(shí)驗(yàn)：剪取一塊平整、無裂痕的羊皮紙（或賽璐珞膜，俗稱透明紙或玻璃紙，也可以選用動(dòng)物的膀胱膜、腸衣，蛋殼內(nèi)膜等材料）作為半透膜，包在長頸漏斗的口上，用橡皮筋扎緊，然后在漏斗頸上套一段乳膠管（約3～4 cm長），將漏斗口朝下平放在桌面上，用吸管吸取加有紅墨水的蔗糖溶液，注滿漏斗。取一支0.5　mL的移液管，插在乳膠管的另一端并且與漏斗頸相接。將乳膠管的兩端用線扎緊。安裝完畢，將漏斗移入盛有清水的燒杯中，并且用鐵架臺(tái)固定如圖4－1－2所示： 圖4－1－2 實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，選一塊色彩鮮艷的紙條貼在移液管上，標(biāo)明這時(shí)的液面位置。幾分鐘以后，便能夠看到明顯的實(shí)驗(yàn)效果。注意，移液管不能太細(xì)，否則液面上升太快。 學(xué)生準(zhǔn)備——預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)并寫下詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方案，復(fù)習(xí)顯微鏡的使用方法。 ［情境創(chuàng)設(shè)］ 在上一節(jié)課中，我們學(xué)習(xí)了進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)的一般方法和基本步驟，并且一起分析了“細(xì)胞在什么情況下會(huì)失水，什么情況下會(huì)吸水”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，那今天我們就來動(dòng)手做這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，看我們的假設(shè)是否正確。 ［師生互動(dòng)］ 1.學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師指導(dǎo) 大家課前已經(jīng)做好了預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)器材已經(jīng)發(fā)放到大家的桌面上了，下面可以開始動(dòng)手實(shí)驗(yàn)了。注意以下幾點(diǎn)： （1）加蔗糖溶液時(shí)不要污染了顯微鏡。 （2）如果你從蓋玻片左側(cè)加蔗糖溶液，接下來加清水時(shí)應(yīng)從右側(cè)加入。 （3）如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并完成實(shí)驗(yàn)評價(jià)表（見評價(jià)方案）。 （4）實(shí)驗(yàn)時(shí)間為25分鐘，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要清洗和整理好實(shí)驗(yàn)用具。 學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，老師旁邊指導(dǎo)，將實(shí)驗(yàn)效果特別好的裝片拿到教師顯微鏡下并通過顯微投影投放到大屏幕上展示出來。 2.分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論 下面我們看一組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄，它能否證明我們最初的假設(shè)是正確的呢？ 中央液泡的大小 原生質(zhì)層的位置 細(xì)胞大小 0.3 g/mL蔗糖溶液 變小 脫離細(xì)胞壁 基本不變 清水 逐漸恢復(fù)原來的大小 逐漸恢復(fù)原來的位置 基本不變 學(xué)生：可以，很明顯細(xì)胞在0.3 g/mL蔗糖溶液下因失水發(fā)生了質(zhì)壁分離，而在清水中因吸水發(fā)生了質(zhì)壁分離的復(fù)原。 教師：大家想想，假如沒有細(xì)胞壁，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)有什么不同，你會(huì)聯(lián)系到之前我們講的一個(gè)什么實(shí)驗(yàn)？ 學(xué)生：細(xì)胞會(huì)發(fā)生破裂，就像之前學(xué)的用哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞制備細(xì)胞膜的實(shí)驗(yàn)，紅細(xì)胞因沒有細(xì)胞壁，吸水以后會(huì)發(fā)生破裂。 教師：很好，其實(shí)動(dòng)物細(xì)胞也會(huì)發(fā)生失水和吸水。下面我們看看水分進(jìn)出哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞的圖片： 圖4－1－3 外界濃度與 圖4－1－4 外界濃度小 圖4－1－5 外界濃度 細(xì)胞質(zhì)濃度相同， 于細(xì)胞質(zhì)濃度， 大于細(xì)胞質(zhì)濃度， 細(xì)胞形態(tài)正常 細(xì)胞吸水膨脹 細(xì)胞失水皺縮 那為什么細(xì)胞在高濃度的溶液中就會(huì)失水呢？原理是什么呢？我們接下來看下面的演示實(shí)驗(yàn)。 3.滲透作用 演示“滲透作用實(shí)驗(yàn)”——介紹實(shí)驗(yàn)裝置，指導(dǎo)觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 在這個(gè)裝置中（圖見［課前準(zhǔn)備］），①倒置漏斗內(nèi)的是蔗糖溶液（為了便于觀察，可加入少量紅墨水），燒杯中的是清水。②漏斗口上扎的是玻璃紙（或腸系膜，或蛋殼膜，或魚鰾），它的特點(diǎn)是一些小分子如水分子可以自由通過，而大分子如蔗糖分子則不能通過，我們把它叫半透膜。③實(shí)驗(yàn)之初，漏斗內(nèi)液面位置我們用一個(gè)標(biāo)志環(huán)標(biāo)示出來了。 圖4－1－6 大家看現(xiàn)在液面發(fā)生了什么變化？為什么會(huì)發(fā)生這種變化呢？ 通過多媒體動(dòng)畫演示突破難點(diǎn)： ①蔗糖分子不能自由通過半透膜而水分子可以。②兩側(cè)的水分子都在運(yùn)動(dòng)。③由于下側(cè)（燒杯內(nèi)）的水分子數(shù)量多（相對濃度大），所以由下側(cè)進(jìn)入上側(cè)（漏斗內(nèi)）的水分子比由上側(cè)進(jìn)入下側(cè)的水分子多。④整體表現(xiàn)為水分子由燒杯通過半透膜進(jìn)入了漏斗。 這種水分子透過半透膜的運(yùn)動(dòng)叫滲透作用。這個(gè)裝置叫滲透裝置。 大家總結(jié)一下，滲透作用的發(fā)生必需的條件有哪些？ 引導(dǎo)學(xué)生回答：①要有半透膜；②半透膜兩側(cè)的溶液濃度不同。 那漏斗內(nèi)的液面會(huì)一直升高嗎？ 學(xué)生：不會(huì)，當(dāng)兩側(cè)水分子的數(shù)量同時(shí)達(dá)到一種動(dòng)態(tài)的平衡時(shí)，漏斗內(nèi)液面不再上升。 教師：我們再回到細(xì)胞的失水與吸水，那一個(gè)細(xì)胞相當(dāng)于一個(gè)滲透系統(tǒng)嗎？它具備滲透作用的發(fā)生必需的條件嗎？（展示植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖P61圖4－2） 從圖中可以看出原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜，一些分子可以自由通過，一些分子不能自由通過，但由于原生質(zhì)是具有生命活性的物質(zhì)，它又與物理意義的半透膜（如玻璃紙也是半透膜）是有區(qū)別的。下面我們看看物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)钠渌麑?shí)例。 4.半透膜與選擇透過性膜 學(xué)生閱讀課本P63的“資料分析”，并進(jìn)行討論： （1）水稻培養(yǎng)液里的Ca2+和Mg2+濃度為什么會(huì)增高？說明什么？ 學(xué)生：水稻吸收水分和其他離子多，而吸收Ca2+和Mg2+較少。 （2）不同作物對無機(jī)鹽的吸收有差異嗎？ 學(xué)生：有明顯差異，水稻吸收大量的Si4+而番茄幾乎不吸收。番茄吸收Ca2+和Mg2+較多。 （3）水分子跨膜運(yùn)輸是順相對含量梯度的，其他物質(zhì)也是這樣的嗎？ 學(xué)生：不是的，比如水稻吸收Si4+，這是根據(jù)生物生命活動(dòng)的需要。 （4）細(xì)胞對物質(zhì)的吸收有選擇嗎？如果有，這種選擇有普遍性嗎？ 學(xué)生：是有選擇性的，因?yàn)椴煌镂盏碾x子的量是各不相同的；這種選擇也是有普遍性的，如不同微生物對不同礦物的吸收表現(xiàn)出較大的差異。 教師：所以，細(xì)胞膜并不是單純物理意義的半透膜，它是有生理活性的，能對一些物質(zhì)進(jìn)行選擇性通過，這叫選擇透過性膜。 ［教師精講］ 典型的滲透裝置必須具備兩個(gè)條件：一是具有半透膜；二是半透膜兩側(cè)的溶液具有濃度差。細(xì)胞主要通過滲透作用從外界吸收水分，當(dāng)水分進(jìn)入細(xì)胞時(shí)，人必須通過細(xì)胞壁和原生質(zhì)層，細(xì)胞壁是全透性的，原生質(zhì)層由于細(xì)胞膜和液泡膜是選擇透過性膜，因此可以看作一層選擇透過性膜。這里，往往造成概念錯(cuò)誤，把選擇透過性膜當(dāng)作半透膜。事實(shí)上，兩者之間是有區(qū)別的。 滲透作用原先是一種物理和化學(xué)現(xiàn)象?；瘜W(xué)中的半透膜是指只允許某種混合物中的一些物質(zhì)透過，而不容許另外一些物質(zhì)透過的薄膜，如膀胱膜、動(dòng)植物細(xì)胞的細(xì)胞膜；物理中的半透膜是指只允許某種混合物（溶液、混合氣體）中的一些物質(zhì)透過，而不允許另一些物質(zhì)透過的薄膜，例如動(dòng)物的膀胱、動(dòng)植物細(xì)胞膜；生物上的半透膜是指只讓溶劑分子透過而不讓溶質(zhì)分子透過的薄膜，如膀胱膜等。從上述概念中可以看出，半透膜是指只允許某些分子（或離子）透過而不讓別的分子（或離子）透過的膜。植物生理學(xué)中通過杜南氏平衡不消耗能量使某種離子在細(xì)胞內(nèi)累積的現(xiàn)象是用半透膜理論來解釋的。由于植物細(xì)胞的質(zhì)膜是一個(gè)半透膜，細(xì)胞內(nèi)含有一些大分子帶電化合物（如蛋白質(zhì)），這些蛋白質(zhì)帶負(fù)電而又不能向細(xì)胞外擴(kuò)散，但它可與一些陽離子形成鹽（如K+），當(dāng)把這種細(xì)胞放于KCl溶液中，如果細(xì)胞內(nèi)沒有Cl－，則Cl－進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，同時(shí)K+也跟著進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)以保持細(xì)胞內(nèi)外一定的電位差，最后達(dá)平衡時(shí)細(xì)胞內(nèi)的K+遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于細(xì)胞外。細(xì)胞膜選擇透性是由于膜上具有一些吸收與運(yùn)輸物質(zhì)的載體。一般認(rèn)為這種載體是蛋白質(zhì)大分子，它有專門運(yùn)送物質(zhì)的功能。因不同植物細(xì)胞膜含有不同類型的載體，同一細(xì)胞膜上對不同物質(zhì)的載體性質(zhì)不同，數(shù)量也不同，甚至對同一種鹽類的陽離子與陰離子的透過酶也不同，因而表現(xiàn)了細(xì)胞膜的高度選擇性。細(xì)胞通過選擇透性膜吸收物質(zhì)時(shí)需要消耗能量，故稱為主動(dòng)吸收。細(xì)胞死亡時(shí)膜便失去選擇透過性，成為全透性。由此可見半透性膜與選擇透性膜是兩個(gè)明顯不同的概念。 ［評價(jià)反饋］ 1.實(shí)驗(yàn)過程性評價(jià) 實(shí)驗(yàn)名稱 探究植物細(xì)胞在什么情況下失水和吸水 姓名 評價(jià)項(xiàng)目 自評 小組互評 老師評價(jià) 1.能熟練制作洋蔥表皮臨時(shí)裝片 2.能熟練正確操作顯微鏡 3.整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程有序緊湊 4.實(shí)驗(yàn)效果明顯 說明：評價(jià)采用“A、B、C、D”四個(gè)等級 2.精選練習(xí) （1）放在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞是 A.人的口腔上皮細(xì)胞 B.干種子細(xì)胞 C.洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞 D.洋蔥表皮細(xì)胞 （2）甜菜塊根細(xì)胞的液泡中有花青素，使塊根為紅色。將塊根切成小塊放在蒸餾水中，水無明顯的顏色變化。但用鹽酸處理這些塊根后，則能使溶液變紅。這是因?yàn)? A.細(xì)胞壁被鹽酸破壞 B.鹽酸破壞了細(xì)胞膜的選擇透過性 C.鹽酸破壞了原生質(zhì)層的選擇透過性 D.花青素不溶于水而溶于鹽酸 （3）當(dāng)把紫色的洋蔥鱗片葉的表皮置于質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液中后，原生質(zhì)層和細(xì)胞壁之間將 A.緊緊靠在一起 B.充滿細(xì)胞液 C.充滿蔗糖溶液 D.充滿清水 （4）圖4－1－7中a、b、c表示某植物體的三個(gè)相鄰的細(xì)胞，它們的細(xì)胞液濃度為a>b>c，它們之間的水分滲透方向應(yīng)是 圖4－1－7 （5）將洋蔥表皮浸泡在7%的尿素溶液中，表皮細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離，隨后又自發(fā)地發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。你能解釋其原因嗎？ （6）將洋蔥表皮細(xì)胞放入一定濃度的硝酸鉀溶液中，其細(xì)胞便發(fā)生質(zhì)壁分離，不久這些細(xì)胞又逐漸發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，你能解釋其原因嗎？ 參考答案： （1）D〔動(dòng)物細(xì)胞沒有細(xì)胞壁不能發(fā)生質(zhì)壁分離，干種子和根尖分生區(qū)細(xì)胞（沒有形成大的中央液泡）主要以吸脹方式吸水〕 （2）C（鹽酸破壞了原生質(zhì)層，選擇性功能喪失，液泡中的花青素滲出。B選項(xiàng)不全面） （3）C（細(xì)胞壁是全通透的） （4）C（根據(jù)水分由濃度低的溶液向濃度高的溶液滲透的原理來判斷） （5）因?yàn)槟蛩赝ㄟ^細(xì)胞膜的方式是自由擴(kuò)散，即尿素可在不需要載體、不需要能量的情況下，完全依靠膜兩側(cè)的尿素分子的濃度差過膜移動(dòng)，所以，在洋蔥表皮細(xì)胞失水而發(fā)生質(zhì)壁分離的同時(shí)，尿素分子會(huì)順著濃度差向細(xì)胞液內(nèi)擴(kuò)散，從而使得在尿素溶液中質(zhì)壁分離的速率與在相同濃度的蔗糖液中相比要慢一些，當(dāng)細(xì)胞液濃度由于尿素不斷增多而與外界尿素溶液濃度一樣時(shí)，由于細(xì)胞本身失水而使細(xì)胞液總的濃度高于外界尿素液濃度，從而自發(fā)地發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。 （6）當(dāng)硝酸鉀溶液的濃度大于洋蔥表皮細(xì)胞的細(xì)胞液濃度時(shí)，細(xì)胞液中的水分會(huì)更多地向細(xì)胞外移動(dòng)，表現(xiàn)為細(xì)胞失水，從而發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象；而后，由于植物細(xì)胞可主動(dòng)運(yùn)輸硝酸根離子和鉀離子，使這兩種離子進(jìn)入細(xì)胞，結(jié)果導(dǎo)致硝酸鉀溶液的濃度降低，細(xì)胞液濃度升高，當(dāng)細(xì)胞液的濃度大于硝酸鉀溶液的濃度時(shí)，植物細(xì)胞會(huì)吸水，從而表現(xiàn)出質(zhì)壁分離復(fù)原的現(xiàn)象。 ［課堂小結(jié)］ 本節(jié)課我們通過實(shí)驗(yàn)探究了植物細(xì)胞在什么情況下失水和吸水，并且學(xué)習(xí)了其失水和吸水的原理是滲透作用。細(xì)胞膜是一種半透膜，一些小分子可以自由通過，一些分子則不能自由通過，但細(xì)胞膜又不是純物理意義上的半透膜，它是有生理活性的，能對一些離子和小分子進(jìn)行選擇性通過。所以細(xì)胞膜更是一種選擇透過性膜。 那為什么會(huì)有選擇性呢？細(xì)胞膜是靠什么機(jī)制來對不同的物質(zhì)進(jìn)行選擇的呢？這就跟細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系，下節(jié)課我們再來學(xué)習(xí)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 ［布置作業(yè)］ 課后探討課本P64“與社會(huì)的聯(lián)系”中的問題。 ［課后拓展］ 質(zhì)壁分離法測定細(xì)胞的滲透勢實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)原理 將植物組織置于對其無毒害的一系列不同濃度的溶液里處理一定時(shí)間，然后鏡檢發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞數(shù)，通常把視野中有50％的細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離時(shí)定為初始質(zhì)壁分離，細(xì)胞初始質(zhì)壁分離時(shí)壓力勢為零，因而可把引起細(xì)胞初始質(zhì)壁分離的外界溶液稱之為等滲溶液，其溶液具有的滲透勢即為細(xì)胞的滲透勢。由于很難正好找到引起50％細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的濃度。因此通常用插值法求得等滲溶液濃度，代入公式即可計(jì)算滲透勢。 器材與試劑 器材：顯微鏡，載玻片，蓋玻片，鑷子，刀片，培養(yǎng)皿（或具塞試管），記號(hào)筆，滴管。 試劑：蔗糖。 方法與步驟 （1）配制質(zhì)量濃度為0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 mol/L蔗糖溶液，放于6個(gè)試劑瓶中，必要時(shí)配制溶液濃度可相差≤0.05 mol。 （2）取6套干凈清潔的小培養(yǎng)皿，用記號(hào)筆編號(hào)，將配制好的不同濃度的蔗糖溶液按順序倒入各個(gè)培養(yǎng)皿中使之成一薄層，蓋好培養(yǎng)皿蓋。 （3）將帶有色素的植物組織或葉片（可選用有色素的洋蔥鱗片的外表皮，紫鴨跖草，蠶豆，小麥，玉米等葉的表皮）撕取表皮分別迅速投入各種濃度的蔗糖溶液中，每個(gè)培養(yǎng)皿中放3塊左右材料，使其完全浸沒，浸泡20～40分鐘。 （4）到時(shí)間后，取出表皮，放在載玻片上，滴一滴相同濃度的蔗糖，蓋上蓋玻片，在顯微鏡下觀察質(zhì)壁分離的細(xì)胞數(shù)和細(xì)胞總數(shù)，找出引起50％細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的外界溶液濃度，即為細(xì)胞滲透濃度值。 ●板書設(shè)計(jì) 第二課時(shí) 水分及其他物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 一、滲透作用：水分子是順著水分子的相對含量的梯度跨膜運(yùn)輸?shù)? 兩個(gè)條件：1.要有半透膜 2.半透膜兩側(cè)的溶液濃度不同 二、離子的跨膜運(yùn)輸并不是順著離子相對含量的梯度來進(jìn)行的 細(xì)胞膜是一種選擇透過性膜