模拟探究细胞大小与物质运输的关系

一、实验目的：

通过探究细胞大小，即细胞的表面积与体积，与物质运输效率之间的关系，探讨细胞不能无限长大的原因。

二、实验原理：

思考题1．用琼脂块模拟细胞。琼脂块越小，其表面积 ，则其与外界交换物质的表面积 ，经交换进来的物质在琼脂块中扩散的速度 ；

思考题2．琼脂块中含有酚酞，与NaOH相遇，呈 ，可显示物质（NaOH）在琼脂块中的 。

三、操作步骤：

1．用塑料餐刀将含酚酞的琼脂块切成三块边长分别为3cm、2cm、1cm的正方体；

2．将3块琼脂块放在烧杯内，加入NaOH溶液，将琼脂块淹没，浸泡10min。用塑料勺不时翻动琼脂块。

思考题3．为什么不要用勺子将琼脂块切开或挖动其表面？

3．戴上手套，用塑料勺将琼脂块从NaOH溶液中取出。用纸巾把它们吸干，用塑料刀把琼脂块切成两半。仔细观察切面的颜色变化，测量每一块上NaOH扩散的深度。记录测量结果。每两次操作之间必须把刀擦干。

思考题4．琼脂块变成红色的部分代表什么？

思考题5．为什么每两次操作之间必须把刀擦干？

4．根据测量结果进行计算，并将结果填在记录表中。

四、结论：

思考题6．琼脂块的表面积与体积之比随着琼脂块的增大而 ；NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比随着琼脂块的增大而 。

五、讨论题：

1．有什么证据说明NaOH扩散进琼脂块了？NaOH在每一琼脂块内扩散的速率是否相同？为什么？

2.大多数高等动植物细胞的直径为20～30μm。请根据球体的体积公式V=4/3πr3，表面积公式S=4πr2，完成下表。

3．在相同时间内，物质扩散进细胞的体积与细胞的总体积之比可以反映细胞的物质运输的效率。细胞的物质运输的效率与细胞大小之间是什么关系？为什么多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的？为什么细胞越大，物质运输的效率越低？

4．限制细胞长大的因素还有哪些？为什么？

六、课堂练习：

经过实验已经证实：细胞的表面积与体积之比越大，细胞与环境之间进行物质交换的效率越高。含酚酞的琼酯到NaOH会呈现紫色，通过测量NaOH向琼脂块内扩散的深度计算出NaOH扩散的体积，再根据表面积与体积的比值，来分析得出结论。请你用琼脂块模拟细胞来设计实验，验证该结论。

（1）提供的材料和试剂：塑料刀，防护手套，毫米尺，塑料勺，烧杯，吸水纸，边长为8cm的含酚酞的琼脂正方块，质量分数为0.1的NaOH溶液。

（2）方法步骤：

①用塑料刀将含酚酞的琼脂切成1cm、2cm、3cm的立方块。

② ，浸泡10分钟。

③戴上手套，用塑料勺将琼脂块取出，用吸水纸将溶液吸干。

④ 。

⑤将测量及计算结果填入表格：

应根据什么测量出NaOH的扩散深度？ 。预测a、b、c大小的关系为 。

（3）分析和结论：

分析： 。

结论： 。

生物体器官的大小取决于细胞的 。通过以上实验可以说明，细胞的体积 ，因为 。

模拟探究细胞大小与物质运输的关系参考答案

思考题：

思考题1、越大；越大；越快。

思考题2、紫红色；扩散速度。

思考题3、避免干扰实验结果。

思考题4、NaOH扩散的深度。

思考题5、避免干扰实验结果。

思考题6、减小；减小。

讨论题：

1.当NaOH与含酚酞的琼脂块相遇时，其中的酚酞变成紫红色，这是常用的检测NaOH的方法，从琼脂块的颜色变化就知道NaOH扩散到多远；在相同时间内，NaOH在每一琼脂块内扩散的深度基本相同，说明NaOH在每一琼脂块内扩散的速率是相同的。

2．

3.细胞越大，物质运输的效率越低，所以多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的。细胞越大，需要与外界环境交流的物质越多；但是细胞体积越大，其表面积相对越小，细胞与周围环境之间物质交流的面积相对小了，所以物质运输的效率越低。

4．细胞核；细胞核是细胞的控制中心，细胞核中的DNA是不会随着细胞体积的扩大而增加的。如果细胞太大，细胞核的“负担”就会过重。

课堂练习：

②将3个琼脂块放在烧杯中，加入NaOH溶液，将琼脂块淹没，用塑料勺不断搅拌。

④用塑料刀将琼脂块切成两半，观察并测量NaOH扩散的溶度，作记录。

⑤测量琼脂块上紫色层的厚度

a>b>c

琼脂块的体积越小，相对的表面积越大，物质交换越快；反之越慢。

细胞越小，与环境进行物质交换的效率越高。

体积和数量

不能无限增大

细胞过大，与环境进行物质交换效率低，不能保证细胞生命活动和能量的需求。