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物质跨膜运输的实例

孙悦

一、教学目标

1．知识目标：

（1）了解细胞在什么情况下吸水和失水。

（2）举例说出细胞膜是选择透过性膜。

2．能力目标：设计关于植物细胞吸水和失水的实验。

3. 情感目标：体验科学探究过程，培养学生质疑、求实、创新的科学态度和精神。

二、教学重点难点

1．教学重点：举例说出细胞膜是选择透过性膜。

2．教学难点：

（1）掌握细胞吸水和失水的原理。

（2）理解细胞膜不仅是半透膜，还是选择透过性膜。[来源:学|科|

三、教学过程

新课导入：

同学们回忆一下赞美莲藕的诗句“出淤泥而不染，濯青莲而不妖”。莲藕生长在污浊的泥土中却能从环境中获取莲藕细胞生命活动需要的营养物质，如水、氧气、矿物质等，而莲藕细胞不需要的物质分子则不能进入。

到底是什么控制物质分子进出细胞？

细胞膜 物质分子是如何跨越细胞膜输入和输出细胞的？

今天，我们先以水分为例，共同探究水分是怎样通过细胞膜进出细胞的。这就是我们这节课要学习的内容。

首先我们来看一个实验：这是两个被玻璃隔开的广口瓶，分别盛有空

气和氮气，大家请看动画演示。

两种气体呆在各自的小空间里。我们可以看到，玻璃片拿开之后，氮气与空气相互进入对面的瓶中。这种现象，我们称之为扩散。

我们可以看到，它的扩散方向是顺着浓度梯度的，即从浓度高扩向浓度低的方向。整个过程不需要借助外界的力量。

不仅是气体，液体、固体之间也会发生扩散现象。

一滴红墨水滴到清水中，会出现什么现象？

如果两种不同的溶液被同一层半透膜隔开，结果会怎样？

问题探讨：

烧杯中是清水，漏斗里是30%的蔗糖溶液。两种不同的溶液被一层玻璃纸（半透膜）隔开，实验开始时，漏斗内外的液面在同一水平面上。

什么是玻璃纸？玻璃纸是一种半透膜，水分子可以透过它，而蔗糖分子则不能。

（1）大家想想，一段时间后，静置2h后，漏斗内的液面有何变化？升高。

为什么？由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内液面升高。

水分子只能从烧杯中扩散到漏斗中吗？

不是的，水分子既可以从烧杯中扩散到漏斗中，也能从漏斗中扩散到烧杯中，只不过，在单位时间内，从烧杯中扩散到漏斗中的水分子数量比较多。

渗透作用：水分子（或者其他溶剂分子）通过半透膜，从相对含量高的地方向相对含量低的地方扩散。

渗透作用发生的必需条件有哪些？

（2）如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？不

会，因为纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透，因而液面不会升高。

（3）如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？液面不会升高

小结：渗透作用的条件

①

具有半透膜

②

半透膜两侧的溶液浓度不同

在渗透作用中，水分是从溶液浓度低的一侧向溶液浓度高的一侧渗透（扩散）

当我们吃比较咸的食物时，如腌制的咸菜、连续嗑带盐的瓜子等，你的口腔会有什么感觉? （一）细胞的吸水和失水

1. 探究动物细胞的吸水和失水 动物细胞的细胞膜相当于半透膜，动物细胞的细胞质是动物细胞内的液体环境，将哺乳动物红细胞分别放在浓盐水、生理盐水、清水中，观察红细胞的形态。

红细胞在浓盐水中失水皱缩，在生理盐水中保持原有形态，在清水中吸水膨胀。

图片展示：水分进出哺乳动物红细胞的状况。

[来源:Zxxk.Com]

分析结果，得出结论：

当细胞内溶液浓度

﹥外界溶液浓度，细胞吸水

当细胞内溶液浓度

﹤外界溶液浓度，细胞失水

当细胞内溶液浓度

＝

外界溶液浓度，细胞形态不变

红细胞的细胞膜相当于一层半透膜。

P61 思考与讨论

（1）

红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？一般不能透过细胞膜

（2）

红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜？

是

（3）

当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破？不一定，只有当外界浓度很低时，红细胞才会不断吸水而涨破。

（4）

红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？ 红细胞内外浓度的差值

也就是说，水分进出细胞与细胞质的浓度和外界溶液是否存在浓度差有关。

提问：

当船员在海上航行，有时会因为缺少淡水而危及生命，在这种情况下，海员能通过饮用海水来补充水分吗？为什么？不能！[来源:

动物细胞是一个渗透系统，水进出细胞是顺相对含量的梯度，通过渗透作用进行的。

2. 探究植物细胞的吸水和失水

在日常生活里，夏天家里做凉伴黄瓜时有水出现，腌萝卜条时洒上一些盐会出水；而卖菜的阿姨经常向青菜上洒水，青菜变得硬挺，说明植物细胞也会吸水和失水。

植物细胞在什么情况下会吸水和失水？植物细胞是不是一个渗透系统？哪些结构相当于半透膜？

要解决这些问题，我们首先要了解一下植物细胞的相关知识。[来

（1）成熟植物细胞具有中央大液泡，占整个细胞很大比例，因此植物细胞内的液体环境主 要是指液泡内的细胞液。把细胞质挤成薄薄的一层。

（2）细胞膜、液泡膜相当于半透膜。

（3）原生质层：包括细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质

水分进出细胞要经过原生质层，大家想想，原生质层是不是相当于一层半透膜呢？

我们发现植物细胞还有细胞壁，它对细胞的吸水和失水有没有影响？

之前学习过细胞壁，我们知道他是由纤维素和果胶组成的，是全透性的，只能起到支持和保护作用，能不能控制物质的进出？

这个问题我们等下一次课来探究

植物细胞的吸水和失水。

第二课时

（一）细胞的吸水和失水

探究：植物细胞的吸水和失水

（1）假设：原生质层相当于一层半透膜

（2）预期结果：当细胞液浓度小于外界溶液浓度，细胞失水

当细胞液浓度大于外界溶液浓度，细胞吸水

作出的假设是否正确呢，这就需要通过设计实验来验证。[来源:&X&K]

（3）设计实验：

①

实验材料、试剂、用具的选择：

a. 材料的选择：

有颜色的还是没有颜色的，细胞小的还是相对比较大的，为什么？

洋葱表皮细胞有紫色液泡，而且表皮容易撕取获得，实验过程中细胞应处于生活状态。

b. 试剂选择：

糖水、酒精、醋酸、盐水？

试剂的浓度必须是好控制的，试剂是容易获得的，对细胞是没有伤害的。

应选取质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液、清水

c. 实验用具的选择：

植物细胞的吸水和失水是一个微观的过程，必须通过什么工具来观察？ 显微镜

②

实验要点：

a. 制作洋葱鳞片叶表皮的临时装片，先用低倍镜观察

b. 使用质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液，使洋葱表皮细胞发生质壁分离。

当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水分就透过原生质层进入外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。

如何使它们复原？

c. 使洋葱表皮细胞浸润在清水中，观察质壁分离的复原

当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液的水分就透过原生质层进入细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离的复原。

（4）实验结果：

我们可以设计一个表格来记录实验结果

总结：植物细胞可以通过渗透作用吸水或者失水，原生质层相当于一层半透膜。

想一想：

如果滴加的是0.8g/ml的蔗糖溶液，观察到了质壁分离，但后来加清

水也不能使细胞发生质壁分离复原。

因为蔗糖溶液浓度过高了，导致细胞失水过快而死亡。

小结：发生质壁分离的细胞需要同时具备三个条件：

（1）必须是植物细胞，植物细胞才具有细胞壁

（2）必须具备中央液泡，细胞液与外界溶液形成浓度差

（3）必须是活细胞，原生质层才具有选择透过性

（二）其他物质的跨膜运输

细胞的吸水和失水是水分子顺相对含量的梯度跨膜运输的！

阅读P63页的资料分析，并回答讨论题！

实例一：

讨论1：水稻培养液里的Ca2+和Mg2+浓度为什么会增高？

（是不是水稻不吸收反而向外排出或吸收的水分较多呢？）

水稻吸收水分及其他离子较多，吸收Ca2+和Mg2+较少。

讨论2：不同作物对无机盐的吸收有差异吗？ 有

讨论3：说分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输也是这样吗？

其他物质的跨膜运输并不都是这样，这取决于细胞生命活动的需要。

讨论4：细胞对物质的吸收有选择吗？ 有

如果有，这种选择性有普遍性吗？ 有

细胞对于物质的输出和输入有选择性，这种选择项具有普遍性。

小结：

1. 水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的。

2. 其他物质的跨膜运输并不都是这样，取决于细胞生命活动的需要。

3. 细胞对物质的吸收是有选择的。细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。