第三章 第三节 水分代谢（课件）-《生物基础》（高教版）同步精品课堂

第三章 生物的新陈代谢 第三节 水分代谢（2课时） 高等教育出版社第1版 《生物基础》 教学目标 一 了解植物细胞吸水的两种方式 理解渗透作用原理和质壁分离的本质 掌握水分运输、蒸腾作用意义及合理灌溉原则 教学重难点 二 水势的概念，原生质层的半透膜特性，植物细胞吸水与失水的判断逻辑。 渗透作用的条件与原理，质壁分离及复原的原因，蒸腾作用的意义。 重点 难点 导入新课 三 展示农谚“有收无收在于水，多收少收在于肥”，提问：“植物为什么这么依赖水？它怎么‘喝水’？” 播放“干旱植物萎蔫、浇水后恢复”的短视频，追问：“植物的‘喝水’部位在哪里？细胞怎么把水‘吸进去’？” 新知讲授 四 绿色植物在生活过程中，不断地从周围环境中吸收水分和矿质元素等，利用这些物质合成有 机物并储存能量；同时还不断地分解体内的一部分有机物，释放出其中的能量，用以维持自身的各项生命活动。这些生理活动就构成了绿色植物新陈代谢的基本过程。 水是生命的摇篮，没有水就没有生命，也就没有植物。有句农谚说得好“有收无收在于水，多收少收在于肥，水是命，肥是劲”。绿色植物各个器官都可以吸收水分，但绿色植物吸收水分的主 要器官是根。根吸收水分最活跃的部位是根毛区的细胞。那么,植物的细胞是怎样吸水的呢? 新知讲授 四 植物细胞吸水的方式有两种，即吸胀作用吸水和渗透作用吸水。植物细胞在形成液泡之前，主要靠吸胀作用。例如，干燥的种子(死的或具有生活力的)细胞，就是靠吸胀作用来吸收水分的。除了干燥种子外，吸胀作用吸水也常常发生于根尖或茎尖生长点的细胞，以及未形成液泡的其他细胞。在植物细胞形成大液泡之后，则主要靠渗透作用吸水。这种靠渗透作用吸收水分的过程，叫做渗透吸水。那么,什么是渗透作用呢? (一)绿色植物细胞的吸水方式 新知讲授 四 首先请看一个实验(装置如图3-4),图中 的长颈漏斗内盛有蔗糖溶液，烧杯内盛有清水。漏斗口封有1层半透膜，水分子能够通过这种半透膜进行扩散，而蔗糖分子则不能。 将长颈漏斗放入盛有清水的杯子中，漏斗管内的液面开始上升，这说明烧杯内的水分子透过半透膜，向漏斗内的蔗糖溶液中扩散。 (二)植物细胞吸水的原理 新知讲授 四 原来这一切与半透膜两侧水势的高低有关。 1.水势反映水分子运动时能量的大小，水分子运动能量越大，水势越高；反之则越低。 2.水势绝对值无法测定，标准状况下，将纯水的水势规定为零；纯水中水分子运动能量最大，水势最高。 3.溶质分子与水分子相互吸引、碰撞，会消耗水分子的能量，因此任何浓度的水溶液水势都为负值；溶液浓度越高，水势越低。 水分子为什么能够透过半透膜进行扩散呢? 新知讲授 四 4.水分总是沿水势降低的方向流动，即从水势高的区域流向水势低的区域；半透膜两侧存在水势差时，水分会通过半透膜发生渗透作用，直至两侧水势差消失。 水分子为什么能够透过半透膜进行扩散呢? 新知讲授 四 渗透作用的实例:纯水水势高于蔗糖溶液水势，半透膜两侧的水分子可自由通过半透膜；从纯水进入蔗糖溶液的水分子数量多于反向流动的数量，最终导致漏斗管内液面上升。 渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜的扩散。 渗透吸水：靠渗透作用吸收水分的过程。 渗透作用的必备条件 ①具有一层半透膜 ②半透膜两侧的溶液存在水势差 新知讲授 四 细胞液中含有很多溶解于水中的物质，因此它具有一定的浓度，也就具有一定的水势。外界溶液同样具有一定的水势。当植物细胞与外界溶液接触时，只要外界溶液与细胞液存在水势差，水分就会透过原生质层发生渗透作用。 新知讲授 四 选取带有色素的洋葱表皮，撕取其内表皮，制作洋葱鳞叶表皮细胞的临时装片，用高倍显微镜观察，我们可以看到洋葱鳞叶表皮细胞中的紫色大液泡，还可以看到紧贴在细胞壁内侧的原生质层(如图3-5)。 新知讲授 四 从盖玻片的一侧滴入一定浓度的蔗糖溶液，用吸水纸在另一侧吸引，反复几次，这样就使盖 玻片下的洋葱鳞片叶表皮细胞浸在蔗糖液中了，用高倍显微镜观察。 新知讲授 四 对已经发生质壁分离的洋葱鳞叶表皮细胞，由盖玻片的一侧滴加纯水，用吸水纸在另一侧吸鳞片叶表皮细胞浸在纯水中了，放置数分钟，用高倍显微镜观察。 可以看见细胞液泡逐渐胀大，原生质层和液泡逐渐恢复原状，原生质层又逐渐贴着细胞壁，这种现象叫质壁分离复原。 新知讲授 四 以上实验可以表明，植物细胞的原生质层的确可以看作是一层半透膜。 当外界溶液的水势低于细胞液的水势时，植物细胞就会通过渗透作用失水，严重的就会出现质壁分离现象;当外界溶液的水势高于细胞的水势时，植物细胞就通过渗透作用吸水，可使发生质壁分离现象而尚未致死的细胞又复原，即质壁分离复原。 通过观察质壁分离现象，可以判断细胞的死活，只有活细胞才能发生质壁分离的现象，死细胞的质膜由于失去了选择透性，所以不会发生质壁分离。 新知讲授 四 在植物体内相邻细胞间水分的移动，取决于相邻细胞水势的高低，水分会由高水势的细胞移向低水势的细胞，植物细胞之间水势递降的方向，就是水分运行的方向。 (三)相邻植物细胞间水分的移动 新知讲授 四 陆生植物吸水的主要器官是根，从根尖开始向上4~6cm 的一段，包括根毛区、伸长区、分生区、根冠(图3-7)。其中以根毛区的吸水能力为最强，因为根毛的存在，增大了吸收面积。根毛分布在土壤颗粒之间，土壤颗粒之间含有土壤溶液。通常情况下，土壤溶液的水势比较高，根毛、表皮以内的各皮层细胞以及成熟区内导管的水势依次降低。 (四)植物根系对水分的吸收 新知讲授 四 这样，土壤溶液中的水分，就可以通过两条途径进入根内: 一条是通过表皮以内各层细胞之间的间隙，最终进人根的导管中; 另一条是通过表皮以内的各层细胞，最终进入根的导管中(如图3-8)。 新知讲授 四 根从土壤中吸收的水分，主要通过根、茎、叶中的导管，运输到植物的地上部分。具体的运输过程是，土壤溶液中的水→根毛→根的导管→茎的导管→叶的导管→叶上的气孔一空气。水分通过以上各组织的运输是连续的，构成了土壤一植物一大气水分连续体(图3-9)。 (五)水分在植物体内的运输和散失 新知讲授 四 蒸腾作用 新知讲授 四 (1)蒸腾作用产生了巨大的蒸腾拉力，是植物体对水分 的吸收和水分在植物体内运行的动力。高大植物的茎、叶能 得到充足的水分，正是靠蒸腾作用产生的蒸腾拉力，使水分 达到植物的树冠。 (2)蒸腾作用促进矿质营养的吸收、运输以及分配。溶解在水中的矿质营养随着水分在植物体内的运输而到达植物体的各个器官和组织。 (3)蒸腾作用中水分由液态转化为气态的水蒸气时，吸收植物体内的热量，从而降低了植物体特别是叶片的温度，使叶片在烈日下不至于因温度过高而 受到灼伤。 (4)蒸腾作用有利于气体交换，促进光合作用。绝大多数植物是以气孔蒸腾提供必要的原料。 蒸腾作用的意义 新知讲授 四 虽然植物在多方面受益于蒸腾作用，但是，在某些情况下(如干旱等),蒸腾作用的进行会导致植物水分亏缺，严重时危及生命。 因此，人们有时需要采取措施控制蒸腾作用，保持植物体必要的含水量。例如在移栽植物时去掉一部分叶，以降低蒸腾作用；移栽植物时，注意保护好植物的根毛，以利植物的成活等。 新知讲授 四 合理灌溉就是要使灌溉能以最低的用水量获得最大的增产效果。植物在一生中需要不断地从环境中吸收水分，要做到合理灌溉就要掌握作物的需水规律。不同植物的需水量不同。例如， 水稻就比小麦的需水量大，玉米和高粱的需水量最少。同一植物的不同生长发育时期，需水量也 不同。禾谷类作物在籽粒灌浆至乳熟末期，是对水分最敏感的时期，不能缺水，否则谷粒瘦小。 因此，在灌溉时要把这些因素考虑在内，尽量做到合理灌溉，用最少的水获得最大的收成。 (六)合理灌溉 师生互动 五 1. 出示选择题：成熟细胞发生质壁分离的原因是？ 2. 提出开放性问题：移栽大树时，除了剪叶，还有哪些措施能提高成活率？ 问 题 课堂小结 六 1. 梳理核心知识：两种吸水方式→渗透原理（质壁分离）→水分运输路径→蒸 腾意义→合理灌溉。 2. 强调关键逻辑：水分流动的方向由水势差决定（细胞层面、植物与环境层面 均适用）。 布置作业 七 作业 1. 绘制“植物水分代谢全过程”的思维导图。 2. 观察家里一盆植物的浇水频率，结合本节课知识分析是否合理，写100字左右的分析笔记。 巩固练习 八 作业 成熟植物细胞吸水的主要方式是（ ） A. 吸胀作用吸水 B. 渗透作用吸水 C. 自由扩散 D. 胞吞作用 【答案】B 【解析】成熟植物细胞形成大液泡后，原生质层可看作半透膜，通过渗透作用吸水，这是其主要吸水方式。 巩固练习 八 作业 植物细胞原生质层的组成不包括（ ） A. 细胞膜 B. 液泡膜 C. 细胞壁 D. 细胞质 【【答案】C 【解析】原生质层是细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质的统称，细胞壁是全透性的，不属于原生质层。 巩固练习 八 作业 能发生质壁分离复原的细胞必须是（ ） A. 活细胞 B. 死细胞 C. 成熟的动物细胞 D. 未形成液泡的植物细胞 【答案】A 【解析】死细胞的细胞膜失去选择透性，无法发生质壁分离及复原；只有活的成熟植物细胞（有大液泡、原生质层完整）才能发生质壁分离复原。 巩固练习 八 作业 根尖吸水能力最强的部位是（ ） A. 根冠 B. 分生区 C. 伸长区 D. 根毛区 【答案】D 【解析】根毛区细胞具有大量根毛，增大了吸水面积，且细胞成熟有大液泡，是根尖吸水能力最强的部位。 巩固练习 八 作业 蒸腾作用的主要意义不包括（ ） A. 产生蒸腾拉力，促进水分运输 B. 降低叶片温度，避免灼伤 C. 促进矿质营养的吸收和运输 D. 直接为光合作用提供原料 【答案】D 【解析】蒸腾作用的意义包括产生拉力、降温、促进矿质运输等；光合作用的原料是二氧化碳和水，水分直接参与光合作用，而非蒸腾作用的意义。 巩固练习 八 作业 蒸腾作用对植物的生命活动有哪些重要意义？ 【答案】①产生蒸腾拉力，为植物吸收和运输水分提供动力，使水分能到达高大植物的树冠；②促进矿质营养的吸收、运输和分配，矿质营养溶解在水中随水分运输到植物各器官；③降低叶片温度，水分蒸发时吸收热量，避免叶片在烈日下被灼伤；④有利于气体交换，为光合作用提供必要的二氧化碳（通过气孔开放实现）。 感谢观看 $