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第4章 细胞的物质输入和输出
第一节 被动运输
学习目标
1.结合渗透装置，掌握渗透作用的概念、方向、条件（难点）
2.理解动物细胞吸水和失水的原理。（重点）
3.通过探究“植物细胞的吸水与失水”实验理解其原理（重难点）
4.通过比较自由扩散和协助扩散的示意图，归纳二者的异同点，说明被动运输的特点，并联系生活实际，理解被动运输的意义。（重点）
问题探讨
半透膜
清水
蔗糖溶液
讨论：
1.漏斗管内的液面为什么会升高？如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？

2.如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？
3.如果烧杯中的水不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
半透膜
清水
蔗糖溶液
半透膜：某些物质可以透过，而另一些物质不能透过 的多孔性薄膜。分为生物膜和非生物膜。
特点：物质能否通过半透膜取决于物质分子的大小。半透膜种类不同，其孔径大小不同。
渗透装置
1.漏斗管内的液面为什么会升高？
烧杯中的水分子进入漏斗中导致漏斗液面升高
半透膜
清水
蔗糖溶液
水的流动方向：
多——→少
渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散
水的相对含量
溶液的浓度
水分子进入和出去漏斗的速率不同
低——→高
如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
如果漏斗管足够长，当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生的压力将加快漏斗中水分子向外扩散的速度，最终达到平衡，液面将不再上升。
半透膜
清水
蔗糖溶液
动态平衡
水分子进出半透膜的速率相同
2.如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？
不会，因为纱布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物质都可以自由通过，包括水分子和蔗糖分子都可以通过。
3.如果烧杯中的水不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
漏斗管的液面将保持不变
一、水进出细胞的原理-----渗透作用
1、概念：
水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为渗透作用。
2、水分子渗透方向：
水的相对含量_ __ 的一侧 水的相对含量 ___的一侧
3、发生渗透作用的条件：
低浓度
高浓度
①有半透膜
②半透膜两侧存在浓度差
高
低
下图所示漏斗内溶液 S1 和漏斗外溶液 S2 为两种不同浓度的蔗糖溶液（蔗糖分子不能透过半透膜），漏斗内外起始液面一致，渗透平衡时的液面差为 Δh 。下列叙述错误的是( @54@ )。
?
A
A.达到渗透平衡时，水分子不会透过半透膜
B.用纱布代替半透膜，蔗糖分子可自由通过
C.提高两种溶液的浓度差，则渗透平衡时 D.实验开始时 S1溶液浓度大于 S2溶液，渗透平衡时 S1溶液浓度仍大于 S2溶液
?
习题巩固
自学指导1
阅读课本 P63-65页的内容 ，思考并回答以下问题：
1.一个动物细胞能否构成一个渗透系统？
2.根据图4-1，分析动物细胞的吸水和失水的原理，完成P63思考讨论的题目。
3.原生质层的概念？水分子进出植物细胞要经过原生质层吗？
植物细胞的哪些结构可能相当于半透膜？
4.尝试完成探究实验（P64）的填空题目。
5分钟
二、动物细胞的吸水和失水
思考：一个动物细胞能否构成一个渗透系统？
一个动物细胞就是一个渗透系统
细胞膜构成了半透膜
细胞内溶液与外界溶液存在浓度差
0.5%NaCl溶液
（低渗溶液）
13%NaCl溶液
（高渗溶液）
0.9%NaCl溶液
（等渗溶液）
外界溶液浓度
小于
细胞质浓度
外界溶液浓度
大于
细胞质浓度
外界溶液浓度
等于
细胞质浓度
细胞吸水膨胀
细胞失水皱缩
保持原状态
二、动物细胞的吸水和失水
渗透装置与红细胞的比较
动物红细胞的细胞膜相当于半透膜，当细胞膜两侧存在浓度差，细胞会发生渗透吸水或失水。
细胞质
蔗糖溶液
外界溶液
细胞膜
半透膜
选择透过性膜：指具有活性的生物膜。对物质的通过既具有半透膜的物理性质，还具有主动的选择性，如细胞膜。
选择透过性膜一定是半透膜，半透膜不一定是选择透过性膜
二、动物细胞的吸水和失水
思考讨论
1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过半透膜吗？这些有机物相当于“问题探讨”所示装置中的什么物质？
2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
是
不能。相当于装置中的蔗糖分子。
思考讨论
3.当外界溶液浓度低时，红细胞一定会由于吸水涨破吗？
4.红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
5.临床输液为什么用生理盐水？
主要取决于红细胞内外浓度的差值，一般情况下，浓度差越大，
细胞吸水或失水越多
生理盐水浓度与血浆浓度基本一致，可以维持血细胞正常形态。
不一定。
　1、在青菜上放一些盐,一会儿后就可看到水分渗出。
　2、对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。
3、放蔫的青菜用清水浸泡一会儿后，又恢复新鲜 。
生活现象：
植物细胞也会出现渗透失水和吸水的情况
三、植物细胞的吸水和失水
细胞膜
细胞质
液泡膜
细胞壁
成熟植物细胞模式图
原生质层
原生质层：细胞膜、液泡膜、及两膜之间的细胞质
水分子进出细胞要经过原生质层吗？
该细胞的哪些结构可能相当于半透膜？
（全透性）
探究实践
探究植物细胞的吸水和失水
提出问题
作出假设
实施实验
设计实验
表达交流
分析结果
水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？
原生质层是否相当于一层半透膜？
原生质层相当于一层半透膜
设计思路：如果原生质层相当于一层半透膜，当外界溶液的溶度高于细胞液的浓度时，细胞就会 ；当外界溶液的浓度低于细胞液的溶度时，细胞就会 。
失水
吸水
方案：将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察液泡、原生质层及细胞大小的变化；再浸润在清水中，观察其大小的变化。
形成前后自身对照
实施实验
分析结果
质壁分离
外因：
内因：
质壁分离的复原
外因：外界溶液浓度小于细胞液浓度
外界溶液浓度大于细胞液浓度
由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁逐渐分开，从而发生质壁分离。
外界溶液浓度＞细胞液浓度
外界溶液浓度＜细胞液浓度
质壁分离
质壁分离的复原
实验结论：
1.植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。
2.植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。
1、要观察细胞发生质壁分离和复原，对材料有哪些要求？
思考
活的成熟（有大液泡）植物细胞：如叶表皮细胞等
动物细胞
无大液泡的细胞：根尖分生区细胞、干种子细胞、形成层细胞
死的植物细胞：导管细胞
2、不能发生质壁分离的细胞？
3、你觉得植物细胞会吸水涨破吗？
不会，有细胞壁
思考
4、发生质壁分离后的植物细胞都能复原吗？
不一定，①若细胞失水过多，细胞死亡，则死亡细胞不会再发生质壁分离复原；②若未放在低于细胞液浓度的溶液中，细胞也不会复原。
5、洋葱内表皮细胞能发生质壁分离吗？在显微镜下能观察到吗？
能。但由于洋葱内表皮细胞中不含色素，不易在显微镜下观察到质壁分离现象。
待测细胞 + 一系列浓度梯度的蔗糖溶液——
质壁分离和复原实验的拓展应用
（1）判断细胞的死活
（2）测定细胞液的浓度范围
待测细胞+蔗糖溶液——
发生质壁分离和复原
不发生质壁分离
（活细胞）
（死细胞）
（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度。
细胞液浓度范围介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的外界溶液的浓度范围。
不同植物的成熟细胞+同一适宜浓度的蔗糖溶液
发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小
将洋葱鳞片叶表皮细胞分别放入一定浓度的蔗糖溶液和硝酸钾溶液中,二者均发生了质壁分离,过一段时间后观察发现,放入硝酸钾溶液中的细胞则自动发生了质壁分离复原,而放入蔗糖溶液中的细胞无此现象,请解释。
思考讨论
只发生
质壁分离
质壁分离
后自动复原
溶质不能透过半透膜（如蔗糖溶液）
溶质能透过半透膜（如KNO3溶液）
KNO3溶液
例题将洋葱某部位细胞放入一定浓度的物质 A 溶液中，发现其原生质体体积自行变化趋势如图所示。下列说法正确的是( @58@ )。
?
C
A.该部位可能位于洋葱的根尖分生区
B.物质 A可能为 2?mol/L的蔗糖溶液
C.该细胞发生质壁分离后又自动复原
D.原生质体相对体积恢复到 100%后无水分子进出
?
习题巩固
自学指导2
阅读课本 P65-67页的内容 ，思考并回答以下问题：
1.被动运输的概念？
2.举例说明被动运输的分类，分类依据是什么？
3.载体蛋白的类型？
4.水分子进出细胞的方式有哪些？
3分钟
四、自由扩散、协助扩散
像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质的跨膜运输方式称为被动运输。
被动运输
自由扩散
协助扩散
自由扩散
1、概念：
2、实例：
3、特点：
①顺浓度梯度运输
高浓度
低浓度
②不需要转运蛋白
③不需要消耗能量
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式。
小分子物质如：O2、 CO2
脂溶性小分子有机物如：乙醇、甘油、苯等。
（简单扩散）
协助扩散
1、概念：
2、实例：
3、特点：
物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。
葡萄糖、氨基酸等进入红细胞；
血浆中Na+进入神经细胞；水等
①顺浓度梯度运输
②需要转运蛋白
③不需要消耗能量
（易化扩散）
转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白两种形式
两种转运蛋白的比较
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
载体蛋白
通道蛋白
物质是否与转运蛋白结合
运输特点
实例
结合
只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过
只允许与自身结合部位相适应的分子或离子通过每次转运时都会发生自身构象的改变。
不结合
水、钾离子、钠离子
红细胞吸收葡萄糖
转运蛋白具有特异性
水分子的运输方式
主要为协助扩散（水通道蛋白）
少数为自由扩散（磷脂分子的缝隙）
影响自由扩散和协助扩散的直接因素可能有哪些？
1.膜内外物质的浓度梯度
2.膜上的转运蛋白数量对协助扩散的速率有直接影响
思考讨论
运输速率
自由扩散
运输速率
协助扩散
P
转运蛋白数量有限
浓度差
浓度差
1、自由扩散与协助扩散的比较
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}被动运输的方式
自由扩散
协助扩散
运输方向
是否耗能
是否需要转运蛋白
运输小分子有机物的特点
直接影响运输速率的因素
归纳提炼
都是顺浓度梯度
都不耗能
否
运输脂溶性物质
是
膜内外物质浓度梯度的大小；转运蛋白的数量
膜内外物质浓度梯度的大小
运输水溶性物质
1.下列说法错误的是( @68@ )
A.水分子被小肠上皮细胞吸收是顺浓度梯度进行的
B.葡萄糖进入红细胞需要转运蛋白的协助
C.乙醇分子进出小肠上皮细胞通过自由扩散方式进行
D.维生素 D 被小肠上皮细胞吸收属于协助扩散
?
D
习题巩固
2.下图表示物质被动运输的一种方式。下列关于该方式的叙述，正确的是( @70@ )。
C
A.该方式的运输速率不存在饱和值
B.大部分离子以该方式进行跨膜运输
C.图中被运输物质必须与细胞膜上的载体蛋白结合
D.该方式也能逆浓度梯度输送特定分子
习题巩固

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