师:同学们好,请坐。海水稻是抗盐碱水稻的总称,袁隆平先生及其他科研团队经多年研究,让盐碱地变成了大粮仓。大家思考一下,普通水稻能在盐碱地生长吗?为什么不能?如果在盐碱地生长会怎样?为什么会死掉?从水分角度考虑,可能会失水。那么,水分是如何进入细胞的呢?我们先通过一个物理模型来介绍,请兴趣小组的同学展示他们构建的物理模型。
生:我们生物兴趣小组根据查阅的资料,制作了一个以玻璃纸代替半透膜的渗透装置。我们在装置里添加滴有红墨水的蔗糖溶液,然后将其放入清水中。实验开始前,装置质量是12.2克,一小时后再次称量,质量变为15.82克,由此可知装置在吸水。另外,我们还用鱼鳔模拟半透膜做了实验,同样发现鱼鳔可以吸水。
师:请坐。兴趣小组做的装置都涉及到半透膜,半透膜是一种多孔性薄膜。大家看右侧图形,糖分子可以通过它吗?水分子可以通过吗?可以。再看这边,装置中在蔗糖溶液的长颈漏斗里加了色素,色素有没有出来?没有。这意味着物质能否透过半透膜与什么有关呢?与分子大小和半透膜孔径大小的关系有关。继续看这个装置,一开始长颈漏斗的液面和烧杯液面齐平,一段时间后漏斗里的液面怎么样了?上升了。从宏观来看,漏斗在干嘛?吸水。那么水只能从烧杯进入漏斗吗?不是,长颈漏斗内的水分子能出来吗?可以。为什么双向运动的水分子最后导致液柱上升呢?请第一组的同学回答。
生:水分子进入漏斗的速率快。
师:为什么呢?
生:漏斗里面溶液浓度高。
师:好,请坐。刚刚同学提到漏斗里溶液浓度高所以吸水,水分子通过半透膜进行扩散。我们来看这个概念,渗透作用,即水通过半透膜进行扩散。同学提到水进入长颈漏斗的速度比从漏斗出来到烧杯的速度更快的原因。从水分子相对含量角度考虑,清水中水分子含量更高,还是蔗糖溶液中水分子相对含量更高?清水。那可以明确水分子扩散的方向,是从相对含量高的一侧向相对含量低的一侧扩散。这里再明确一下,水分子相对含量越高,对溶液来说浓度怎么样?因为水分子是溶液中的溶剂。
师:把这个问题弄清楚后,我们来看,如果把刚刚装置中的半透膜换成纱布,长颈漏斗还能吸水吗?为什么不能吸水了?请第六组同学回答。
生:我认为是因为纱布孔径太大了。
师:孔径大了会怎么样呢?
生:里面的蔗糖分子就会流出来。
师:很好。那么把第一组和第二组实验对比,发生渗透作用需要什么条件?需要有半透膜。这是第一个条件。
师:如果现在把装置外边烧杯里的清水换成30%的蔗糖溶液,观察实验现象。现在漏斗在吸水吗?没有,观察很久,液柱都没变化。这说明要让渗透装置吸水,还得满足什么条件?对,半透膜两侧要有浓度差。
师:弄清楚渗透原理后,水进出细胞也是这个原理吗?我们观察一则资料,把红细胞放在不同氯化钠溶液中出现了不同情况。现在分析一下,红细胞要吸水,细胞质浓度与外界溶液需呈现什么关系?请这一组同学回答。
生:我认为当外界溶液浓度小于细胞质浓度时,红细胞会吸水。
师:小于时红细胞会吸水。请坐。那么要让红细胞失水,细胞质浓度应该大于外界溶液浓度。如果把红细胞放在烧杯的情境与同学们制作的渗透装置类比,装置中的半透膜就类比图中红细胞的细胞膜,装置里的蔗糖溶液类比细胞质基质,烧杯里的清水就等同于外界溶液。这说明动物细胞可以通过渗透作用吸水或失水。
师:在这个图形及刚刚观察的图形中,能看到血红蛋白透出来吗?没有。大家一开始将两图类比,觉得细胞膜是半透膜,仔细分析会发现,水分子能运输,但血红蛋白没出来,实现了部分物质能进出,部分不能进出,符合半透膜要求。
师:初中我们学习过植物细胞在器官层次的吸水和失水,今天从细胞层次研究,分析它能否像动物细胞一样通过渗透作用吸水和失水。先看动物和植物细胞结构模式图的对比,观察它们在结构上有哪些区别?请第二组同学回答。
生:植物细胞外面有一层细胞壁,动物细胞有线粒体,成熟植物细胞有一个很大的液泡,动物细胞没有。
师:好,请坐。有同学对他的描述做评价吗?请这一组同学回答。
生:我认为他说的线粒体存在问题。
师:有什么问题呢?
生:植物细胞也具有线粒体。除了前面同学说的细胞壁和液泡,我觉得还有区别,植物细胞有叶绿体,但动物细胞没有叶绿体。
师:好,请坐。同学们通过对比图找到了植物和动物细胞在结构上的主要区别。植物细胞最外边的细胞壁具有全透性,水和其他溶剂等可以透过。再看这个植物细胞,有一个中央大液泡,液泡体积很大,几乎占据整个细胞体积的90%以上,把细胞质挤成薄层。我们把液泡膜、细胞质和细胞膜这个夹层称为原生质层,液泡里的液体称为细胞液。
