细胞的物质交换
教学目标
1.知识与技能
（1）简述细胞膜的成分和功能。
（2）临时装片的制作和显微镜的熟练操作。
2.过程与方法
（1）体验制备细胞膜的方法，学会调整视野与选择观察范围。
（2）通过设计和分析实验，培养学生的科学探究能力。
3.情感态度与价值观
（1）参与问题探讨与实验结果分析。
（2）通过对细胞结构和功能的学习让学生体会生命的精致完美，教育学生崇尚生命、热爱科学。
教学重难点
●教学重点 1.细胞膜的成分和功能。
2.实验技能的巩固提高。
●教学难点1.制备细胞膜时，观察到红细胞的变化。
2.形象地理解细胞膜的功能，体会细胞膜作为细胞这个生命系统的边界的重要意义。
教学工具
多媒体
教学过程
［课前准备］
课前老师准备好人或哺乳动物（猪、兔等）的新鲜的红细胞稀释液（血液加适量的生理盐水），以及相关的实验用具。
［情境创设］
翟中和院士说：“我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧！”，你们认为他这话说得对吗？（学生思考，有的认为有道理，有的觉得很难判断）现代电脑的精密已经令人不可思议了，小小的一个细胞，怎么可能比电脑还精巧呢？大家别忘了，电脑再精密，也是人造出来的，而人类尽
管已经分析出细胞的成分以及结构，却至今造不出细胞。
为什么呢？别小看了小小的细胞，因为细胞不是简单的物质的堆砌，组成细胞的分子只有在细胞中以一定的方式有机地构建起来，才能表现生命。
这就是细胞的精巧所在。
下面，就让我们来看看细胞的基本结构吧。
出示几张光学显微镜下的细胞图片（图3－1－1），包括植物细胞和动物细胞、染色的和未染色的细胞。
［师生互动］
1.问题探讨
从学生使用高倍显微镜观察几种细胞的经验引入问题探讨。
教师：懂得区分显微镜视野中的水泡、气泡和细胞吗？（学生思考讨论回答）参考答案：水泡有一圈很粗的黑边，气泡是光亮的，水泡和气泡里面只有空气，而细胞可以观察到有具体的结构和内容物，如植物细胞的细胞壁，动植物细胞的细胞质、细胞核等。
细胞是立体的，在显微镜下，通过调节焦距可以看到它的不同层面。
教师：光学显微镜下能不能看见细胞膜？（学生思考讨论回答）
参考答案：正常的植物细胞细胞膜紧贴着细胞壁，完全观察不到；动物细胞染色后很容易看出细胞与细胞之间，细胞与外界环境之间有明显的界限，未染色的动物细胞观察效果不明显，但仍然可以分辨它们的界限，这个界限我们判断就是细胞膜。
教师：如何确定细胞膜的存在？（学生思考讨论回答）
参考答案：鸡蛋的卵黄部分就是一个细胞，轻轻碰触完整的卵黄表面，可以感受到它有弹性，用尖锐的物体挑破它，黄色的浆液就流散出来。
也就是说，那层包裹着黄色浆液的透明薄膜就是细胞膜了。
活细胞是具有生命活动的，每个活细胞都可以看作是一个独立的生命王国。
在我们深入探寻这个生命王国的运行秘密之前，首先要跨越它的边界——细胞膜。
教师：这层神秘的屏障是由什么物质组成的？
要分析细胞膜的化学成分，首先要把这层屏障从细胞上剥落下来单独地进行研究。
教师：绝大多数的细胞个体都非常的小，如何才能使细胞膜和细胞的其他部分分离呢？
2.学生实验
下面我们通过一个实验来体验制备细胞膜的方法。
实验选材
教师：动植物细胞都有细胞膜，细胞内的细胞核以及叶绿体、线粒体等等这些细胞器也有膜结构，我们选择什么样的材料进行实验才会使细胞膜制备起来更容易，而又不会跟其他的膜混在一起呢？
哺乳动物成熟的红细胞是一种很好的材料，因为它没有细胞核和叶绿体等众多的细胞器，也没有细胞壁。
因此我们可以选择人血、兔血或者猪血等容易取得的材料来进行实验。
如果能够使红细胞的细胞膜破裂，里面的物质都流出来，剩下的空壳不就是细胞膜了吗？
教师：那么，用什么方法可以使红细胞的细胞膜破裂呢？
实验原理：
细胞吸水和失水的原理（图3－1－2）。
把红细胞放在蒸馏水当中，由于细胞内外浓度差的关系，水分就会不断进入细胞，细胞吸水开始膨胀，如同给气球吹气一样慢慢地鼓起来，太多的水分进入细胞，最后会将细胞膜撑破，使里面的物质流出来。
材料用具
兔（或人、猪）的新鲜的红细胞稀释液（血液加适量的生理盐水）、蒸馏水、滴管、吸水纸、载玻片、盖玻片、镊子、显微镜。
方法步骤
1.制作临时装片。
2.显微镜下观察。
3.滴加蒸馏水并吸引。
4.观察细胞变化。
操作要求
1.装片制作较好。
2.显微镜操作熟练。
3.蒸馏水的滴加不弄污镜头，吸引不吸走细胞。
4.寻找最先进水部分的细胞观察。
小结：教师选取学生实验效果明显的装片，通过显微投影投示出来，大家观看，交流成功制备的经验，寻找实验失败的原因。
讨论：如果不是在装片而是在试管进行实验，细胞破裂后，流出的内容物和细胞膜都混杂在蒸馏水中，还要用什么方法才能获得比较纯的细胞膜？
［教师精讲］
1.细胞膜的成分
科学家们通过电子显微镜观察细胞膜，并对细胞膜和细胞中其他各种膜进行微量化学成分分析,发现膜主要含有脂质和蛋白质两大类物质。
蛋白质约占膜干重的40%,脂质约占50%（图3－1－3），其中脂质以磷脂为主。
此外,细胞膜还含有约10%的碳水化合物,但是碳水化合物都是和膜蛋白质或脂质结合成糖蛋白或糖脂,分布在细胞膜的外表面（图3－1－4）。
各种膜所含的蛋白质与脂质的比例同膜的功能有关,机能活动较旺盛的膜,其蛋白质含量较高,因为膜的功能活动主要由蛋白质来承担。
下面我们来看看细胞膜
有什么功能。
2.细胞膜的功能
细胞膜与细胞的物质交换、细胞识别、分泌、排泄、免疫等功能密切相关。
细胞膜的主要功能包括以下三个方面：
（1）将细胞与外界环境分隔开。
细胞膜的存在使细胞成为一个相对独立的系统，为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境。
（2）控制物质进出细胞（图3－1－5）。
细胞膜最重要的特性之一是半透性或选择透过性，即有选择地允许物质通过扩散、渗透和主动运输等方式出入细胞，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出，从而保证细胞正常代谢的进行。
（3）进行细胞间的信息交流（图3－1－6）。
大多细胞膜上存在激素的受体、抗原结合点以及其他有关细胞识别的位点，所以细胞膜在激素作用、免疫反应和细胞通讯等过程中起着重要作用。
①受体：通过电子显微镜观察可看到细胞膜上存在着受体。
受体是一种能够识别和选择性结合某种配基的大分子，与配基结合后，产生物理的或化学的信号，以启动一系列过程，最终表现为生物学效应，如神经细胞传递兴奋等。
许多免疫反应均是在细胞膜上进行的。
细胞膜上存在着细胞识别部位，这些识别部位均和细胞膜上的受体有关。
②细胞识别：细胞膜能提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递。
细胞识别是指生物细胞对同种和异种细胞的认识，对自身和异己物质的鉴别。
无论是单细胞生物，还是高等动植物，许多重要的生命活动都和细胞间的识别能力密切相关。
例如，单细胞生物有性生殖过程中的细胞结合，开花植物的雌蕊能否接受花粉进行受精，都要靠细胞识别能力。
高等动物和人类的免疫功能更要依靠细胞的识别能力，如当细菌侵入体内时，就会被白细胞吞噬，但白细胞从不吞噬循环血液中的正常细胞。
现已知道，细胞识别的部位是在细胞膜上，细胞相互识别的分子基础是细胞膜上的
糖蛋白。
③介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接。
例如高等植物细胞之间的胞间连丝（图3－1－7），使相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。
细胞膜的这些功能，与它的结构密切相关。
在第4章我们将会深入地体会到细胞膜的功能与结构相适应的关系。
3.细胞壁
在植物细胞膜外还有由细胞分泌的纤维素、果胶等物质构成的细胞壁。
对细胞具有机械支持和保护的作用，同时还能防止细胞吸涨而破裂，保持细胞正常形态。
举例：用纤维素酶除掉细胞壁的植物细胞不再保持原来的形态。
将这样的细胞放置在清水中时，它会像红细胞一样吸水破裂。
课后小结
主要介绍细胞膜的成分和细胞膜的主要功能两方面的内容。
细胞膜是如何提取，其成分是如何分析出来的呢？教材安排了“体验制备细胞膜的方法”的实验。
这个实验的目的，不仅是让学生亲自动手，练习制备细胞膜，更重要的是让学生体验实验材料的正确选择对于科学研究的重要性，以及制备细胞膜的方法中所蕴涵的科学原理。
关于细胞膜的组成成分，学生只需知道“细胞膜主要由脂质和蛋白质组成。
此外，还有少量的糖类。
其中脂质约占细胞膜总量的50%，蛋白质约占40%，糖类占2%～10%”就可以了。
