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第19章 植物对水分的吸收和利用(2)

通过引导学生分析一个成熟的植物细胞,使学生意识到:渗透系统的两个条件在一个成熟的植物细胞中都是存在的,从而学生可以得出结论:成熟的植物细胞是一个渗透系统。

3.学生做《实验九、观察植物细胞质壁分离与复原》(1)在学生明确了成熟的植物细胞是一个渗透系统后,可以提出这样一个问题:“如何通过实验来验证成熟的植物细胞是一个渗透系统呢?”

或“如果将成熟的植物细胞置于清水中(或低于细胞液浓度的水溶液中),这个细胞会发生什么现象呢?”

鼓励学生大胆地提出自己的实验设计,之后与书上的实验九进行比较,讨论:书上的实验设计好在哪呢?

自己的实验设计好在哪呢?

自己的实验设计中哪些地方还需要改进?

鼓励学生大胆地提出对实验九的假设。

(2)之后,学生做实验九,实验结束后,根据实验结果可检验同学们提出的假设是否正确,同时引导学生分析为什么会出现质壁分离的现象?为什么会发生质壁分离的复原?

(3)实验结束后,教师可提出一些综合性的问题引发学生的讨论,使学生对本节内容有一个全面深入的理解,比如教师可以问:《植物细胞质壁分离及其复原》的实验为什么可作为鉴别细胞死活的依据?

通过分析渗透装置中发生的渗透吸水现象,应该能得出以下的结论:作为一个渗透系统要满足两个条件,其一,两溶液系统间一定有半透膜隔开;其二,两溶液系统间一定要存在浓度差。

植物细胞质壁分离及其复原实验分析

通过对植物质壁分离及其复原实验的分析,应该得出这个结论:植物细胞是一个渗透系统。因为植物细胞满足渗透系统成立的两个条件:其一,细胞膜、液泡膜和这两层膜之间的细胞质合称原生质层,而完整的有生理功能的膜结构是选择透过性的,因此原生质层就相当于一层半透膜。

此处要请学生注意,半透膜与选择透过性膜是有区别的。半透膜的透性是由半透膜上的孔隙大小决定的,即分子直径大于膜孔隙的物质不能通过半透膜,只有分子直径小于膜孔隙的物质才能通过,因此半透膜是一种物理膜;而选择透过性膜的透性是由膜上磷脂双分子层的物理化学性质和膜上蛋白载体共同决定的,当然大分子物质是不能过膜的,但何种小分子物质过膜是受到严格选择的,不单纯由该物质的分子直径而定,因此细胞的膜结构是生物膜。

其二,植物细胞液泡中有细胞液,植物细胞外是环境溶液,它们之间被原生层这个半透膜隔开,且这两种溶液之间存在浓度差。

当植物细胞死亡后,其细胞中的膜结构也会随之解体,变得不完整,这样植物细胞作为渗透系统的第一个条件也就没有了,质壁分离也就不会发生。

还有一个问题值得一提,请学生想一想,如果把植物细胞放在高浓度的尿素溶液中,此时会发生什么现象呢?提示一下,蔗糖是不能通过膜结构的,而尿素的过膜方式为自由扩散。想到了吗,植物细胞在高浓度蔗糖液中时,因为蔗糖不能过膜,细胞液和外界溶液之间总会有浓度差,植物细胞会不断失水而发生质壁分离,除非把外界溶液换成清水,才可能出现质壁分离复原现象;而当植物细胞在高浓度尿素溶液中时,细胞液和外界溶液之间会有浓度差,植物细胞会不断失水而发生质壁分离,但因为尿素可过膜,随着尿素不断进入植物细胞,两种液体之间的浓度差会消失,此时就是不把外界溶液换成清水,也可能出现质壁分离复原现象。

其实这个简单的实验还可证明很多生物学事实,有必要向学生提一下。如可证明细胞壁的伸缩性小于细胞膜的伸缩性、细胞膜的选择透过性、植物细胞是一个渗透系统、细胞得失水分与浓度差的关系,甚至可以定量地测定出细胞液的浓度,可以请学生琢磨一下。

三、水分的利用和散失

这部分最重要的教学内容是蒸腾作用的生理意义,这是本课题的教学的重点。

学生可能在初中已经知道,植物体吸收的水分中有99%是通过蒸腾作用散失到大气中去了,据此,可以提出下面的问题:蒸腾作用是对水分的浪费吗?

从此问题引出蒸腾作用对植物生活,以至整个生态系统的重要意义。

这部分教学可在引导学生分析蒸腾途径、蒸腾方式以及与水分吸收和运输的关系后,使学生理解蒸腾作用是植物体水分的吸收和运输的主要动力,也是植物体水分的利用和散失的主要方式。

有时间的话,教师让学生了解蒸腾作用的强弱在一定程度上可反映植物水分代谢状况,可以判断植物对水分的利用效率。不同生态类型的植物,适应环境的形态和结构特征,与影响蒸腾作用有关。

四、合理灌溉

这部分的教学可采取一边列举合理灌溉的实例,一边让学生分析该措施的生物学原理的方式,以强化学生对水分代谢知识点的理解。

【扩展资料】

水势、渗透势与植物吸水的关系

细胞吸水的主要方式是渗透吸水,细胞的渗透吸水取决于水势。水分子的运动取决于水分子的动能,通常用水势来度量水分子的动能。在纯水中,水分子的动能最大,水势最高,规定为0;而在溶液中,由于溶质分子吸引水分子,阻止它们的相互碰撞,结果水分子的动能减少了,溶液的水势应小于0,为负值。

渗透作用的强度可用渗透势来表示,渗透势实际就是溶液的水势与纯水水势之间,即渗透势=溶液的水势-纯水的水势通常,所有细胞的渗透势均为负值。对于溶液来说,其浓度是指溶质,而两细胞间水分子的移动方向,决定于两细胞间的水势差异,水分子由水势高的细胞向水势低的细胞流动。当有多个细胞连在一起时,如果一端的水势较高,另一端的水势较低,顺次下降,就构成了一个水势梯度,水分子便顺着这个水势梯度由水势高的地方流向水势低的地方。

如俗话所说“水往低处流”,但注意此时“低”并非位置上的高低。

总之,细胞与细胞(或溶液)之间的水分移动方向决定与两者的水势,水分从水势高处流向水势低处。水分移动速度,决定于两者水势差异的大小,差异越大,移动越快,反之则慢。

蒸腾作用及其在植物生命活动的作用

植物体通过蒸腾作用散失的水量是非常巨大的。植物体幼小时,几乎地上部分的全部表面都具有蒸腾作用,成熟的植株,叶片是蒸腾失水最重要的器官,茎只能通过皮孔向外蒸腾失水。叶片的蒸腾分为角质蒸腾(通过叶片表皮角质层的蒸腾)和气孔蒸腾(通过叶表面的气孔蒸腾)两种方式,而且不同植物之间,气孔蒸腾和角质蒸腾之比有显著差异。叶片蒸腾失水是植物体使把茎和根中的水柱随导管拖曳上升的主要动力。人们通过实验还发现,如果蒸腾作用过强,叶片失水过多而造成气孔关闭,从而降低了二氧化碳的吸收量,最终会使光合速率下降。

下面总结蒸腾作用对植物生命活动的作用:

1.蒸腾作用是水分吸收和运输的动力

蒸腾拉力是水分从根部运转到枝、叶片等器官的动力。

(思考为什么蒸腾作用能促进水分吸收,而不能促进无机盐的吸收?)

2.蒸腾作用促进无机盐的运输

蒸腾作用引起植物体内水分流动使进入植物体内的各种无机盐随着水分分配各部分中去。

3.蒸腾作用能降低植物的体温

叶片吸收的光能大都能转变为热能,蒸腾作用使水分变成水蒸汽而吸收热能,降低植物温度。

气孔控制蒸腾水分的气体交换,是由两个肾形的保卫细胞完成的。保卫细胞靠着气孔的内壁厚,背着气孔的外壁薄,保卫细胞吸水膨胀时,较薄的外壁伸长,细胞向外弯曲,气孔张开,保卫细胞失水而体积缩小时,细胞壁拉直,气孔关闭。

气孔开闭的机理跟细胞内含物浓度有关。可溶性糖较多时,渗透压大,吸水多,膨胀大,气孔开放;糖转变成淀粉时,渗透压小,吸水少,气孔关闭。光照是保卫细胞中淀粉转变糖的主要调节者。光照时,保卫细胞里的叶绿体进行光合作用,消耗呼吸过程中放出的二氧化碳,细胞里的酸度降低,有利于磷酸化酶的活性,使淀粉水解成葡萄糖,同时光合作用又形成糖。当无光或光弱时,光合作用停止或缓慢,保卫细胞里的二氧化碳增多,酸度增高,有利于磷酸化酶的合成活动,使糖转化成淀粉。气孔一般昼张夜闭,如果蒸腾作用过强,保卫细胞失水过多,膨压降低,光照时气孔仍然关闭。

【探究活动】

测定蒸腾作用强度

一、实验目的

学习用普通托盘天平快速测定蒸腾作用强度的方法

二、实验原理

植物在一定时间内,单位叶面积或单位鲜重散失的水量,称为蒸腾强度,单位一般用克/小时·平方米或克/小时·100克鲜重来表示。

测定植物蒸腾作用强度的基本思路是:测定植物整体或部分在蒸腾过程中重量的损失,从而判断蒸腾作用强度的大小。

植物蒸腾失水,重量减轻,故可用托盘天平称量一定时间内植物的失水量,以表示蒸腾强度。这种方法的特点是能在自然条件下进行测定。因枝叶离开母体后,短时间内在生理上没有明显的变化,故所求得的蒸腾强度与实际情况近似。

三、实验材料和用具

托盘天平、枝剪、植物体。

四、实验步骤

将天平调零后,放置在距被测植物较近且平稳处。

在被测植株上选一枝条,重约20克左右。在枝的基部缠一线以便悬挂,然后剪下立即用托盘天平称重,并计算蒸腾强度。

蒸腾强度=(蒸腾水量(mg)/组织鲜重(g))×(60/测定时间(min))

测定不同时间(晨、午、晚),不同部位(上、中、下),不同环境,不同植物种类的蒸腾强度,并加以解释。

鉴定植物细胞的死活

一、实验目的

学习用质壁分离法和用活体染色法鉴定细胞死活。

二、实验原理

活细胞与死细胞在性质上有许多差别,特别是通透性的变化最为明显。活细胞的原生质具有选择透过性;而死细胞则为全透性。选择透过性是质壁分离的先决条件。因此能发生质壁分离的细胞就表示是活的,不能发生质壁分离的细胞则说明是死的。

死活细胞间不仅通透性不同,而pH值等情况也不同,它们对某些染料的反应明显不同。某些染料能在活细胞的细胞液中积累,但不能染活的原生质;另一方面,这些染料可使死细胞的原生质染色,但不积累于液泡。所以可根据某些染料活体染色的情况来鉴定细胞死活。

三、实验材料和用具

洋葱及其他植物材料、酒精灯、显微镜、刀片、镊子、载玻片、盖玻片、1M蔗糖、0.01%中性红溶液等。

四、实验步骤

1.用质壁分离的方法鉴定细胞的死活。

撕洋葱表皮细胞滴加IM蔗糖中,在显微镜下观察。细胞很快发生质壁分离,这就是细胞活着的证据。另把制取的同样制片,用冷冻、加热、干燥、酒精浸泡等方法将它们的细胞杀死,然后取代上述活材料,做质壁分离实验,结果看到已死的细胞不能发生质壁分离现象。

用尿素、硝酸钾、氯化钙溶液等来代替蔗糖,能快速鉴定细胞的死活。

2.用活体染色的方法的鉴定细胞的死活。

取洋葱或其他材料,用镊子撕下表皮(如表皮不易撕下,也可在水中用锋利的刀片轻轻刮去多余部分),或用刀片做成切片若干,将表皮或切片浸入中性红溶液中,放置5~10分钟取出用清水浸洗后置于载玻片上,加盖玻片,在显微镜下观察。

活细胞一般在液泡内染成红色至紫色,原生质不染色,死细胞常呈橙红色,原生质和细胞核被染色。撕破的细胞,只剩细胞壁时,呈淡红色或淡紫色。

为进一步鉴别细胞的死活,可把玻片上的水溶液吸去,滴一滴IM蔗糖溶液,便可观察到活细胞能发生质壁分离,死细胞及空细胞都有没有这种现象。

可用加热、冷冻或其他方法杀死植物组织,然后用上面所述方法进行处理,比较与活组织有何不同。

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