高三生物教案：《植物對水分的吸收和利用》教學設計

　　【學習目標】

　　1．識記植物細胞吸水和失水的原理。

　　2．識記水分在植物體內的運輸、利用和散失。

　　3．知道合理灌溉在生產和生活實踐中的應用。

　　【學習障礙】

　　1．理解障礙

　　(1)如何理解原生質與原生質層、擴散與滲透、半透膜與選擇透過性膜等概念？

　　(2)如何理解滲透作用的原理以及植物細胞吸水和失水的條件？

　　2．解題障礙

　　(1)用滲透作用等概念分析解釋某些現象。

　　(2)用植物吸水和失水的原理解決生產實際問題。

　　【學習策略】

　　1．理解障礙的突破

　　(1)用“并列比較法”理解半透膜與選擇透過性膜、原生質與原生質層、擴散與滲透的區別。

　　①半透膜與選擇透過性膜的區別

　　異中求同：二者都是限制性的透過膜。同中求異：半透膜是指某些物質可以透過，而另一些物質不能透過的多孔性薄膜(如動物的膀胱膜、腸衣、雞蛋的卵殼膜、花生種皮等)。而選擇透過性膜主要是由于膜上具有一些運載物質的載體，因為不同細胞膜上含有載體的種類和數量不同，即使同一細胞膜上含有的運載不同物質載體的數量也不同，因而表現出細胞膜對物質透過的高度選擇性。當細胞死亡時，膜便失去選擇透過性成為全透性。因此，半透性與選擇透過性是兩個明顯不同的概念。

　　②原生質與原生質層的區別

　　異中求同：二者都是構成細胞的有生命的物質或結構。同中求異：原生質是細胞內的生命物質，可分化為細胞膜、細胞質和細胞核等部分，細胞壁不屬于原生質。一個動物細胞可以看成是一團原生質。成熟的植物細胞的細胞膜、液泡膜以及兩層膜之間的細胞質稱為原生質層，可以看作是一層選擇透過性膜，它不包括細胞液這部分。

　　③自由擴散與滲透的區別

　　異中求同：二者都是物質經過膜擴散的方式。物質從高濃度區域向低濃度區域的運動稱為擴散，如O2由細胞外通過細胞膜進入細胞內的過程，在細胞內O2仍可進一步擴散，與過膜與否無關。同中求異：自由擴散是小分子物質過膜的一種方式。滲透是水等溶劑分子從低濃度溶液一方通過半透膜(或選擇透過性膜)進入高濃度溶液一方的過程，是擴散的一種特殊方式，進行擴散的物質僅限于“溶劑分子”，還必須通過半透膜(或選擇透過性膜或原生質層)。

　　(2)用“實驗分析法”理解滲透作用的原理以及植物細胞吸水和失水的條件。

　　通過人工滲透作用的實驗裝置可以看出：滲透作用發生的兩個條件，一是具有半透膜；二是半透膜兩側溶液具有濃度差。通過實驗我們不難發現一個成熟的植物細胞具備發生滲透作用的條件，由此可以說一個成熟的植物細胞就是一個活的滲透系統。植物細胞的吸水和失水遵循滲透作用的原理。

　　①半透膜只允許水或其他溶劑分子通過，而溶質分子難以通過；滲透是水分子或其他溶劑分子通過半透膜的擴散，因此半透膜兩邊的濃度差是滲透作用的前提，它決定了水分子的滲透方向和數量。

　　②滲透作用為什么能使水分子從低濃度向高濃度轉移呢?一般講的濃度是溶質的濃度，而滲透的物質是溶劑分子。溶質的濃度越高(實驗裝置的漏斗內的溶質)，相對地說單位體積內溶劑分子數越少；反之溶液濃度越低(實驗裝置的燒杯內的溶液)，相對地說單位體積內溶劑分子數越多。溶劑分子在滲透過程中由單位體積分子數多的地方向分子數少的地方擴散。因此，就一般所講的濃度而言，滲透作用中的溶劑分子(例如水分子)從低濃度向高濃度滲透。

　　③成熟的植物細胞從結構上看，細胞壁是全透性的，細胞膜、液泡膜是選擇透過性膜，加上兩膜之間的細胞質所構成的原生質層，可以看成是一層選擇透過性膜，而液泡中含有有機酸、生物堿、糖類、無機鹽、色素和蛋白質等物質，因此細胞液具有一定的濃度。由此可以看出植物細胞具備發生滲透作用的條件，所以植物細胞是一個滲透系統。當外界溶液濃度小于細胞液濃度時，即表現為滲透吸水，這是植物細胞吸水的主要方式。根據滲透吸水原理，我們可以用不同濃度的溶液處理植物細胞，判斷其吸水或是失水，可以通過質壁分離和復原實驗進行驗證和探索，并以此來進一步測定細胞的滲透壓或細胞液的濃度，判斷細胞的生活狀況是死是活等。

　　(3)理論聯系實際理解在移栽樹木時應注意的問題。

　　在學習完水分的吸收和利用知識后，要應用所學的知識來解決常見的生產實踐問題。在移栽樹木時，由于要損傷一些根，影響了對水分的吸收，因此，要采取措施盡量減少水分散失，以保持體內水分平衡。這樣在移栽時要去掉部分枝葉，或在傍晚、陰雨天進行，以降低蒸騰作用；此外為了增加水分的吸收，要盡可能帶土移栽；以免損傷更多的幼根，促進水分的吸收。

　　2．解題障礙

　　(1)用“對號入座法”解有關滲透現象的題。

　　[例1]下列現象屬于滲透作用的是

　　A．水分子通過細胞壁

　　B．氨基酸分子通過細胞膜

　　C．K＋通過原生質層

　　D．水分子通過原生質層

　　解析：用“對號入座法”解。滲透作用是指水分子(或其他溶劑分子)通過半透膜的擴散，在供選答案中，水是溶劑分子，原生質層可當半透膜看待。K＋和氨基酸通過膜為主動運輸，細胞壁具有全透性，顯然也不是滲透作用。

　　答案：D

　　(2)用“類比分析法”解植物吸水和失水的原理及生產實際的問題。

　　[例2]如下圖所示，在U型管中部C處裝有半透膜，在 a側加入細胞色素C分子 (分子量為1.3萬道爾頓的蛋白質)水溶液(紅色)，b側加入清水，并使a、b兩側液面高度一致，經一段時間后，實驗結果將是

　　A．a、b液面一致，b側無色

　　B．a、b液面一致，b側紅色

　　C．a液面低于b，b側紅色

　　D．a液面高于b，b側無色

　　解析：用“類比分析法”解。此題是以上述簡單的實驗情境模擬現實，全面考查了滲透作用原理。圖中已知條件有：c處為半透膜，半透膜兩側溶液具有濃度差，且a側濃度>b側濃度，依據滲透作用原理，水分子總的滲透方向表現為b側至a側，故一段時間后，結果將是a側液面高于b側液面。另外，根據半透膜的性質，水分子能通過，但大分子的細胞色素C分子不能通過，故b側仍為無色。所以，本題答案選D。

　　答案：D

　　點評：(1)對上題可以作這樣變形：a側細胞色素C分子溶液濃度為10%，b側不加入清水而是加入濃度為10％的蔗糖溶液，則一段時間后結果將是

　　A．a、b液面一致

　　B．a液面低于b液面

　　C．a液面高于b液面

　　D．無法確定

　　此題很容易誤選A，或選擇D答案。表面上看a、b兩側溶液濃度是相等的，但是由于兩側溶液溶質分子大小不同，同質量的兩種物質的分子數就不同。水分子的滲透方向取決于半透膜兩側的溶液濃度，其本質是取決于兩側水分子密度。選A錯誤在于機械地理解了溶液的濃度。由于細胞色素C分子遠大于蔗糖分子，因此，相同體積溶液中的水分子在相同時間內從a側向b側通過的水分子數多于b側向a側通過的水分子數，總之，水分子從密度高的一側向密度低一側擴散是總的趨勢，故應選答案B。

　　(2)對上題又可作這樣變形：a側不加細胞色素C分子溶液而加入濃度為10%葡萄糖溶液，b側仍然加入濃度為10%的蔗糖溶液，(半透膜c允許溶劑和葡萄糖通過，不允許蔗糖通過)，則開始和一段時間后液面的情況是

　　A．先a液面高于b液面，后a液面高于b液面

　　B．先b液面高于a液面，后b液面高于a液面

　　C．先a液面高于b液面，后b液面高于a液面

　　D．先b液面高于a液面，后a液面高于b液面

　　此題包括兩種分子的擴散，一是水分子的擴散，二是葡萄糖分子的擴散。由于蔗糖分子大于葡萄糖分子，因此，相同體積溶液中的水分子在相同時間內從b側向a側通過的水分子數多于a側向b側通過的水分子數，實際上，a側的葡萄糖分子同時也向b側擴散，但由于葡萄糖分子比水分子大，其擴散速度就稍慢一些，所以先a液面高于b液面，后b液面高于a液面，故應選答案C。

　　可見，對滲透作用原理的理解，應抓住其兩個基本條件作必要的延伸和拓展。

　　?【同步達綱練習】

　　1．能夠稱之為滲透作用的是

　　A．鉀通過原生質層

　　B．氧氣通過細胞壁

　　C．水通過原生質層

　　D．水分子通過細胞壁

　　2．下圖表示某植物相鄰的3個細胞，其細胞液濃度依次為A>B>C，正確表示它們之間水分子滲透方向的是

　　3．下圖中E、F、G為三個用半透膜制成的小袋，E、F體積相同，G體積較大。開始時3個小玻璃管內的液面高度相同，且三種溶液的濃度關系為溶液甲<溶液乙<溶液丙，則：

　　(1)1小時后，管e和管f的液面升降變化是

　　參考答案

　　【同步達綱練習】

　　1．解析：用“對號入座法”來解。

　　答案：C

　　2．解析：用“直接判斷法”來解。

　　答案：C

　　3．解析：用“圖文轉換法”和“類比分析法”來解。首先要讀懂圖中的信息。依據滲透作用原理，不難得出題①答案應為A。而題②條件是袋F和袋G內外溶液濃度差相等，并且都是溶液乙和丙。首先應判斷兩者液面上升還是下降，根據濃度關系，顯然都是下降，即為A或B曲線。而此題的難點在于兩者下降速率的快慢比較，由于G半透膜面積明顯大于F，因此在單位時間內G失水的總量應大于F，再則玻璃管f和g相同，所以g內液面下降比f快，應選答案B。

　　答案：(1)A  (2)B

　　4．解析：用“圖文轉換法”和“類比分析法”來解。首先要讀懂圖中的信息。此題通過坐標曲線描述了原生質體體積的變化，顯然這種體積的變化是由于細胞滲透作用吸水或失水造成的。兩條曲線的區別說明分離后能否自動復原，因此該題的主要知識障礙應是蔗糖分子或乙二醇分子能否通過半透膜(原生質層)而進入細胞，從曲線可知乙二醇能進入細胞，而蔗糖分子則不能。

　　答案：(1)外滲  變大  (2)不變  蔗糖溶液  清水中  (3)乙二醇分子  變大

　　點評：我們還可進一步思考應用滲透作用原理解釋解決實際問題，如用質壁分離實驗測定細胞液的濃度，應用滲透作用判斷兩種溶液濃度大小，應怎樣設計實驗等