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第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
授课人：
b
c
d
e
a
糖（盐）拌放置一段时间后，会出现很多“汁”，“汁”中的水是哪来的？
腌制萝卜脆爽的关键步骤？
蔗糖溶液
玻璃纸（半透膜）
清水
半透膜
蔗糖分子
水分子
1.漏斗内的液面为什么会升高？
单位时间
进入漏斗的水分子数量
单位时间
从漏斗渗出的水分子数量
渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。
半透膜：让小分子通过而大分子不能通过的一类多孔性薄膜的总称(如：膀胱膜、玻璃纸、卵壳膜)
一、渗透作用
蔗糖溶液
玻璃纸（半透膜）
清水
半透膜
蔗糖分子
水分子
2.如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
不会，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向外扩散的速度，当
_________________________
最终达到平衡，液面将不再上升。
漏斗内渗透压 = 液柱的压力
溶液渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力。
一、渗透作用
A
B
C
30%蔗糖溶液
玻璃纸
30%蔗糖溶液
30%蔗糖溶液
纱布
清水
30%蔗糖溶液
玻璃纸
清水
3.如果用一层纱布（全透性）代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？
4.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
条件②浓度
不会。因为纱布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物质都能够自由通过，包括水分子和蔗糖分子都能通过。
条件①半透膜
单位时间透过玻璃纸进出水分子量相同，故漏斗管液面不变
一、渗透作用
1.渗透作用概念:
2.渗透作用发生条件:
①具有半透膜
②半透膜两侧溶液存在浓度差
3.渗透作用结果：
溶液浓度高
溶液浓度低
含水量高
含水量低
4.渗透作用中水的运输方向
半透膜
水（溶剂）
蔗糖（溶质）
水分子或其他溶剂分子透过半透膜的扩散
水分子可以通过半透膜进行双向扩散，直到水分子进出速率达到动态平衡。
①从溶质的角度分析：
低浓度溶液→高浓度溶液
②从水分子自身的角度分析：
高含量一侧→低含量一侧
水分子是顺相对含量梯度跨膜运输
一、渗透作用
外界溶液
细胞膜
半透膜
蔗糖溶液
细胞质基质
相当于
相当于
浓度差
动物细胞与外界溶液组成了一个渗透系统
②细胞内溶液与外界溶液存在浓度差
①细胞膜相当于一层半透膜
一个动物细胞能否构成一个渗透系统？
外 界 溶 液 浓 度
细 胞 质 的 浓 度
＜
吸水膨胀
＞
失水皱缩
＝
保持原状
0.9% NaCl溶液中
20%的蔗糖溶液中
清水中
例1：水进出哺乳动物红细胞的原理
二、水进出细胞的原理
思考讨论
1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？这些有机物相当于“问题探讨”装置中的什么物质？
2.红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜？
3.当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
4.红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
5.对病人注射药物时，需将药物溶解在生理盐水（质量分数为0.9%的NaCl溶液）里进行注射，其目的是？
血红蛋白属于大分子，不能透过细胞膜。
红细胞的细胞膜有选择透过性，相当于半透膜
不一定，红细胞吸水后，细胞质浓度也降低，当与外界溶液浓度相等时就不吸水了，如果细胞质浓度还没降到与外界溶液浓度相等就涨破了，那么红细胞就因吸水而涨破。
浓度差
相当于蔗糖分子
使红细胞既不吸水涨破，也不失水皱缩，维持正常的形态和功能。
（1）对农作物合理灌溉，既满足作物对水分的需要，同时也降低土壤溶液浓度，促进对水分的吸收。
（2）盐碱地中植物因缺水不容易存活；一次施肥过多，会造成烧苗。
联系生活
植物细胞也存在失水和吸水的现象，具体的原理到底是怎么样的呢？
成熟的植物细胞模式图
细胞壁
细胞膜
细胞液
细胞质
液泡膜
原生质层
1、、细胞内的液体环境主要指的是__________________
2、______________________组成原生质层
3、水分子进出细胞主要指的是水分子通过________进出______
细胞里面的细胞液
原生质层
液泡
(全透性、伸缩性小)
半透性、伸缩性大
细胞膜、细胞质、液泡膜
纤维素和果胶组成
二、水进出细胞的原理
细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层（伸缩性较大）
探究植物细胞的吸水和失水
二、水进出细胞的原理
例2：水进出植物细胞的原理
1.滴清水
2.取材
3.展平
4.盖盖玻片
①制片
5.显微观察
6.滴0.3g/mL蔗糖溶液观察现象
7.滴清水再观察现象
②观察
二、水进出细胞的原理
1.实验使用显微镜进行了几次观察？在高倍镜还是低倍镜下观察？
三次，低倍镜。
2.共滴加几次溶液？
三次
？
实验探究：探究植物细胞的吸水和失水实验
质壁分离
质壁分离复原
外界溶液浓度 > 细胞液浓度
外界溶液浓度 < 细胞液浓度
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。
第一次对照
第二次对照
正常状态 高浓度状态 低浓度状态
图像
液泡大小变化
原生质层位置
正常大小
逐渐变小
逐渐变大，恢复原来大小
原生质层 紧贴细胞壁
原生质层逐渐脱离细胞壁
原生质层逐渐贴近细胞壁
二、水进出细胞的原理
1.从实验当中的质壁分离，“质”和“壁”分别指的是什么呢？
“质”指原生质层，“壁”指细胞壁
2.质壁分离的原因
外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度
内因：
细胞壁伸缩性小，具有全透性
原生质层伸缩性大，具有选择透过性
植物细胞的质壁分离和复原的注意事项
（1）活细胞，有细胞壁；
（2）细胞液与外界溶液存在浓度差；
（3）细胞必须有大的液泡，最好细胞液中含有色素，这样便于观察。紫色洋葱外表皮的液泡是紫色的，而内表皮细胞的液泡接近无色。
（4）自动发生质壁分离复原的物质：尿素、KNO3、NaCl、甘油（它们必须是细胞需要的物质）
黑藻是高等植物细胞，含有大液泡（无色）和大而清晰的叶绿体，能观察到质壁分离及复原现象
植物细胞
三、自由扩散和协助扩散
被动运输：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的物质跨膜运输方式。
被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类
（一）自由扩散（简单扩散）
（1）概念：
（2）实例：
O2、CO2、
甘油、乙醇、苯等脂溶性物质
（3）特点：
①顺浓度梯度运输
②不需要转运蛋白
③不需要消耗能量
三、自由扩散和协助扩散
物质通过简单扩散作用进出细胞的方式，叫做自由扩散。
（4）影响因素：
浓度差
（二）协助扩散（易化扩散）
（1）概念：
（2）实例：
（3）特点：
①顺浓度梯度运输
②需要转运蛋白
③不需要消耗能量
三、自由扩散和协助扩散
借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。
1.葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞；
2. 水分子通过水通道蛋白进出细胞 ；
3. K+ 通过离子通道蛋白排出神经细胞；
Na+ 通过离子通道蛋白进入神经细胞；
（4）影响因素：
浓度差和转运蛋白数量
运输三种物质的蛋白有何不同？
自由扩散和协助扩散
*研究表明，水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。
水分子进出细胞的方式
通道蛋白
载体蛋白
转运蛋白
协助扩散
（三）转运蛋白
三、自由扩散和协助扩散
定义：镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助离子和一些小分子有机物顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过
发生自身构象的改变
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
不发生构象的改变
课堂小结
被动运输
自由扩散
协助扩散
水分子进出细胞
特点：顺浓度梯度、不耗能，不需要转运蛋白
例子：气体分子、脂溶性小分子
特点：顺浓度梯度、不耗能，需要转运蛋白
例子：离子和小分子有机物
动物细胞：
植物细胞：
吸水膨胀，失水皱缩
失水发生质壁分离；
吸水发生质壁分离复原
一、概念检测
1.物质跨膜运输的方式与物质的特点和细胞膜的结构有关。判断下列有关物质跨膜运输的表述是否正确。
(1)细胞膜和液泡膜都相当于半透膜。(√)
(2)水分子进入细胞，是通过自由扩散方式进行的。(x)
(3)载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机制是一样的。(x)
2.基于对植物细胞质壁分离原理的理解判断，下列各项无法通过质壁分离实验证明的是(D)
A.成熟植物细胞的死活 B.原生质层比细胞壁的伸缩性大
C.成熟的植物细胞能进行渗透吸水 D.水分子可以通过通道蛋白进入细胞
3.假如将甲乙两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液的浓度均比细胞液的浓度高，在显微镜下连续观察，可以预测甲乙两细胞的变化是(B)
A.甲乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原
B.甲乙两细胞都发生质壁分离，但乙细胞很快发生质璧分离复原
C.只有乙细胞发生质壁分离，但不会发生质壁分离复原
D.甲乙两细胞发生质壁分离，随后都很快发生质壁分离复原
1.细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。现提供紫色洋葱鳞片叶表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液的浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。写出你的实验思路，并分析其中的基本原理。
2.温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗 请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。
二、拓展应用
提示:可以配制出一系列浓度梯度的蔗糖溶液,将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中,适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度,以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度,据此推算出细胞液溶质浓度应介于这两个浓度之间。
假设:温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率设计实验提示:可以借用本节问题探讨中的渗透装置进行实验。将该渗透装置置于不同温度的环境中,通过比较不同温度下漏斗管液面上升速度的快慢,判定温度是否影响水分子的扩散速度,实验中要注意排除各种无关变量的干扰,如置于不同温度中的漏斗内的蔗糖溶液的量和浓度必须相等,以确保实验的准确性。

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