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(共39张PPT)
第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输（课时2）
渗透系统
学习目标
1.分析水分子进出动物细胞的原理
2.分析水分子进出植物细胞的原理
3.掌握植物的原生质层的组成
4.掌握质壁分离、质壁分离复原的概念及原因
①外界溶液浓度 < 细胞质浓度
②外界溶液浓度 > 细胞质浓度
③外界溶液浓度 = 细胞质浓度
细胞失水皱缩
细胞形态不变
细胞吸水膨胀
将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中。一段时间后，观察红细胞的变化。
一、水分子进出动物细胞的原理
0.9%NaCl溶液（生理盐水/等渗溶液）
实验现象：
高渗溶液
低渗溶液
思考.讨论 P63
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”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？
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.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？
是（相当于）
蔗糖分子
不能，血红蛋白是大分子有机物
不一定
红细胞内外溶液的浓度差
生理盐水的浓度与细胞质浓度基本一致，水进出量相同，维持细胞形态
小结：水分子进出动物细胞的原理
（外界溶液）
细胞膜
半透膜
蔗糖溶液
细胞质
相当于
相当于
清水
动物细胞与外界溶液组成了一个渗透系统：
与外界溶液存在浓度差
相当于一层半透膜
水分子进出动物细胞的原理：
细胞膜
细胞质溶液
渗透作用
二、水分子进出植物细胞的原理
细
胞
液
（具有一定的浓度）
外界溶液
成熟的植物细胞模式图
思考：
1.成熟植物细胞中的水主要储存在什么结构中？
植物细胞内的液体环境主要指的是液泡里的细胞液
细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层
水进出植物细胞主要是指水经过原生质层进出液泡
思考：
2.水进出液泡要经过那些细胞结构？
液泡膜
细胞质
细胞膜
细胞壁
原生质层
：全透性
、伸缩性比较小
思考：
3.原生质层是否相当于一层半透膜？
提出问题
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半透膜？
实验：探究植物细胞的吸水和失水
作出假设
设计实验
进行实验
记录结果
分析结果
得出结论
表达与交流
进一步探究
水是以渗透作用的方式进出植物细胞的，原生质层相当于一层半透膜
设计思路：
将植物细胞浸润在较高浓度的外界溶液（蔗糖溶液）中，观察其变化
再浸润在较低浓度的外界溶液（清水）中，观察其变化
预期结果：如果假设是正确的：
当外界溶液的浓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浓度时，细胞就会 。
失水
吸水
提出问题
实验：探究植物细胞的吸水和失水
作出假设
设计实验
带着以下问题阅读教材P64参考案例（3min)：
1.本实验选的生物材料是？
有何优点？
如何制成临时装片？
2.实验中总共用显微镜观察了几次？
是高倍镜还是低倍镜观察？
每次观察都用了什么溶液处理？
观察到怎样的现象？
3.本实验是否有对照？
如何形成对照？
进行实验
记录结果
分析结果
得出结论
表达与交流
进一步探究
洋葱鳞片叶外表皮细胞
有紫色大液泡，便于观察
擦→滴→撕→展→盖
3次
低倍镜
清水、蔗糖、清水
原生质层紧贴细胞壁
原生质层与细胞壁分离
分离的原生质层与细胞壁逐渐贴近
有
自身前后对照
提出问题
实验：探究植物细胞的吸水和失水
作出假设
设计实验
材料用具
洋葱鳞片叶外表皮细胞
优点：
有紫色大液泡，便于观察
0.3g/ml
蔗糖溶液
0.3g/ml
蔗糖溶液
清水
清水
＞
＜
细胞液浓度
细胞液浓度
进行实验
记录结果
分析结果
得出结论
表达与交流
进一步探究
提出问题
实验：探究植物细胞的吸水和失水
作出假设
设计实验
实验步骤
盖上盖玻片
制成临时装片
滴清水
撕取洋葱鳞片叶外表皮
1.制片
低倍镜观察
2.观察（第一次）
第一次观察结果
①有一个______的中央大液泡
②原生质层 细胞壁
紫色
紧贴
进行实验
记录结果
分析结果
得出结论
表达与交流
进一步探究
提出问题
实验：探究植物细胞的吸水和失水
作出假设
设计实验
实验步骤
3.第一次实验处理
4.观察（第二次）
第二次观察结果
一侧滴加0.3g/mL蔗糖溶液
另一侧用吸水纸吸引
浸润在蔗糖溶液中
重复几次
低倍镜观察
①中央液泡逐渐_____，颜色______
②原生质层与细胞壁逐渐______
③细胞大小____ __
分离
变小
变深
基本不变
质壁分离
进行实验
记录结果
分析结果
得出结论
表达与交流
进一步探究
提出问题
实验：探究植物细胞的吸水和失水
作出假设
设计实验
实验步骤
5.第二次实验处理
6.观察（第三次）
第三次观察结果
一侧滴加清水
另一侧用吸水纸吸引
浸润在清水中
重复几次
低倍镜观察
①中央液泡逐渐_____，颜色______
②原生质层与细胞壁逐渐______
③细胞大小____ __
紧贴
变大
变浅
基本不变
质壁分离复原
进行实验
记录结果
分析结果
得出结论
表达与交流
进一步探究
提出问题
实验：探究植物细胞的吸水和失水
作出假设
设计实验
滴加蔗糖溶液
滴加清水
第一次观察
第二次观察
第三次观察
液泡大小、颜色 原生质层的位置 细胞大小
清水
0.3 g/ml 蔗糖溶液
清水
与细胞壁紧贴
与细胞壁逐渐分离
与细胞壁逐渐紧贴
变小、变深
变大、变浅
基本不变
基本不变
进行实验
记录结果
分析结果
得出结论
表达与交流
进一步探究
记录结果
提出问题
实验：探究植物细胞的吸水和失水
作出假设
设计实验
滴加蔗糖溶液
滴加清水
第一次观察
第二次观察
第三次观察
进行实验
记录结果
分析结果
得出结论
表达与交流
进一步探究
记录结果
第一次对照
注意：
本实验在低倍镜下观察了三次，形成了两次自身前后对照
自身前后对照：对照组和实验组在同一研究对象上进行
第二次对照
提出问题
实验：探究植物细胞的吸水和失水
作出假设
设计实验
进行实验
记录结果
分析结果
得出结论
表达与交流
进一步探究
细胞失水，原生质层与细胞壁分离开来
细胞吸水，与细胞壁分离的原生质层慢慢恢复原来的状态
当外界溶液浓度 > 细胞液浓度
当外界溶液浓度 < 细胞液浓度
得出结论：
(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
分析结果：
质壁分离
质壁分离复原
实验：探究植物细胞的吸水和失水
小结：水分子进出植物细胞的原理
外界溶液
半透膜
蔗糖溶液
相当于
清水
成熟的植物细胞与外界溶液组成了一个渗透系统：
与外界溶液存在浓度差
相当于一层半透膜
水分子进出成熟植物细胞的原理：渗透作用
相当于
原生质层
细胞液
思考：无中央大液泡的植物细胞如何吸水？
吸胀作用：靠亲水性物质（如蛋白质、淀粉、纤维素等）吸水
如：干种子、根尖分生区
清水处理
正常状态
质壁分离
0.3g/ml的蔗糖
质壁分离复原
进一步分析：
思考1：质壁分离的“质”与“壁”分别指什么？
“质”指原生质层（细胞膜和液泡膜及两层膜之间的细胞质）
“壁”指细胞壁
思考2：要观察细胞发生质壁分离和复原，对材料有哪些要求？
有细胞壁（植物细胞）
有中央液泡（成熟的植物细胞，颜色为深色较好）
活细胞（原生质层相当于半透膜）
活的成熟的植物细胞
死细胞
未成熟的植物细胞（如根尖分生区细胞）
动物细胞→不发生质壁分离
清水处理
正常状态
质壁分离
0.3g/ml的蔗糖
质壁分离复原
进一步分析：
思考3：发生质壁分离的细胞，细胞壁和原生质层间的溶液是什么？
蔗糖溶液（外界溶液）
蔗糖溶液（外界溶液）
思考4：用洋葱内表皮细胞观察质壁分离，如何使现象更明显？
可滴加有颜色的外界溶液使现象明显
思考5：能否用叶肉细胞观察质壁分离？
可以，叶肉细胞有大液泡，且有叶绿体，使原生质层呈绿色，便于观察
清水处理
正常状态
质壁分离
0.3g/ml的蔗糖
质壁分离复原
进一步分析：
思考6：质壁分离的原因（内因、外因）是？
蔗糖溶液（外界溶液）
外界溶液浓度＞细胞液浓度，细胞失水，发生质壁分离
外因：
内因：
1.原生质层相当于一层半透膜
2.原生质层伸缩性比细胞壁大
清水处理
正常状态
质壁分离
0.3g/ml的蔗糖
质壁分离复原
进一步分析：
思考7：如果将0.3g/ml的蔗糖溶液换成0.5g/ml的蔗糖会发生什么变化？
蔗糖溶液（外界溶液）
质壁分离明显，但不能复原
（原因：外界溶液浓度过高，植物细胞失水过多而死亡）
注1：
用过高浓度溶液处理：质壁分离现象明显但不能复原
清水处理
正常状态
质壁分离
0.3g/ml的蔗糖
质壁分离复原
进一步分析：
思考8：如果将0.3g/ml的蔗糖溶液换成一定浓度的KNO3结果会如何？
蔗糖溶液（外界溶液）
资料：蔗糖是二糖不能被细胞吸收，质壁分离后滴加清水后才能复原；而K+和NO3+可被植物细胞吸收。
质壁分离后自动复原
（原因：在一定浓度的KNO3溶液中失水发生质壁分离，但细胞会吸收K+和NO3+微粒，使细胞液浓度上升，发生吸水，质壁分离自动复原）
注2：
用一定浓度KNO3、尿素、甘油、葡萄糖、NaCl溶液、乙二醇等处理：
质壁分离后自动复原
清水处理
正常状态
质壁分离
0.3g/ml的蔗糖
质壁分离复原
进一步分析：
思考9：如果将0.3g/ml的蔗糖溶液换成酒精、盐酸、醋酸的等结果会如何？
蔗糖溶液（外界溶液）
观察不到质壁分离及复原现象
（原因：酒精、盐酸、醋酸等会杀死细胞）
注3：
用酒精、盐酸、醋酸等处理：细胞被杀死，不可观察质壁分离及复原
清水处理
正常状态
质壁分离
0.3g/ml的蔗糖
质壁分离复原
进一步分析：
思考10：质壁分离程度及复原程度与植物细胞吸水能力分别有什么关系？
蔗糖溶液（外界溶液）
质壁分离程度越大，吸水能力越强
（原因：分离程度越大，细胞液浓度越大，因此吸水能力越强）
质壁分离复原程度越大，吸水能力越弱
（原因：复原程度越大，细胞液浓度越小，因此吸水能力越弱）
旧知回顾
水分子进出细胞的原理
动物细胞：渗透作用
成熟植物细胞
与外界溶液存在浓度差
相当于一层半透膜
细胞膜
细胞质
原理：渗透作用
与外界溶液存在浓度差
相当于一层半透膜
原生质层
细胞液
探究植物细胞吸水与失水
材料要求： 细胞才能发生质壁分离及复原
活的成熟的植物
试剂
溶质不能穿膜的溶液中： .
溶质可穿膜的溶液中： .
过高浓度的溶液中： .
对细胞有毒害的溶液中： .
只质壁分离，不自动复原
质壁分离后自动复原
只质壁分离，不复原
不质壁分离及复原
质壁分离及复原的原因
外因： .
内因： .
分离：外界溶液浓度>细胞液浓度
复原：外界溶液浓度<细胞液浓度
原生质层相当于半透膜
原生质层的伸缩性大于细胞壁
分离及复原程度与吸水能力关系
分离程度越大，吸水能力越 .
复原程度越大，吸水能力越 .
强
弱
小结：在判断细胞是否发生质壁分离及复原时规律
（1）从细胞角度分析：
①具有中央大液泡的成熟植物细胞才可发生质壁分离现象
②死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离现象
（2）从溶液角度分析:
①在溶质可穿膜的溶液中细胞会发生质壁分离后自动复原现象
②在溶质不能穿膜的溶液中细胞只会发生质壁分离现象，不能自动复原
③在过高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象，但会因过度失水而死亡不再复原
④在盐酸、酒精、醋酸等溶液中，细胞被杀死，不能观察到质壁分离及复原
（一定浓度的KNO3、尿素、葡萄糖、NaCl、甘油、乙二醇等）
拓展：植物细胞质壁分离与复原实验的应用
3）判断细胞的死活
1）证明原生质层相当于半透膜
2）证明原生质层的伸缩性大于细胞壁
待测成熟植物细胞
镜检
不发生
质壁分离
活细胞
死细胞
一定浓度蔗糖溶液
发生
质壁分离
植物细胞质壁分离与复原实验的应用
成熟
植物细胞
不同种类
溶液
镜检
只发生
质壁分离
质壁分离
后自动复原
溶质不能透过原生质层（如蔗糖溶液）
溶质能透过原生质层被吸收
（如KNO3溶液）
4）鉴别不同种类的溶液（如KNO3和蔗糖溶液）
细胞只失水发生质壁分离→溶质不能被细胞吸收
细胞先失水（b点前）发生质壁分离
后吸水（b点后）发生自动复原→溶质能被细胞吸收
细胞处于甲、乙溶液后发生如图变化，可判断甲、乙溶液的不同处为？
植物细胞质壁分离与复原实验的应用
镜检
外界溶液浓度 浓度a1 浓度a2 浓度a3 浓度a4 浓度a5
待测细胞
未质壁分离
未质壁分离
质壁分离
质壁分离
质壁分离
a2＜细胞液浓度＜a3
未发生质壁分离
刚发生质壁分离
待测
成熟植物细胞
浓度梯度的蔗糖溶液
一系列
细胞液浓度介于 和
的两外界液浓度之
间
5）测定细胞液浓度范围（P67拓展应用1）
待测细胞细胞液的浓度在那个浓度范围？
植物细胞质壁分离与复原实验的应用
6）比较不同植物细胞的细胞液浓度
7）比较未知浓度溶液的浓度大小
不同植物细胞
小
大
同一
浓度蔗糖溶液
发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越 ，反之则细胞液浓度越 。
镜检
同一植物的相同成熟细胞
不同浓度蔗糖溶液
发生质壁分离所需时间越短，蔗糖溶液浓度越 ，反之则蔗糖溶液浓度越 。
镜检
大
小
植物细胞质壁分离与复原实验的应用
6）比较不同植物细胞的细胞液浓度
7）比较未知浓度溶液的浓度大小
4）鉴别不同种类的溶液（如KNO3和蔗糖溶液)
3）判断细胞的死活
1）证明原生质层是半透膜
2）证明原生质层的伸缩性大于细胞壁
5）测定细胞液浓度范围
水进出细胞的原理：
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
即穿过半透膜从相对含量高的一侧向相对含量低的一侧扩散即顺相对含量梯度跨膜运输
被动运输
渗透作用
从高浓度到低浓度的运动
——自由扩散和协助扩散
被动运输
——自由扩散和协助扩散
阅读课本P66-67自由扩散和协助扩散，思考表格内容
项 目 自由扩散 协助扩散
概念
是否需要转运蛋白
是否消耗细胞内的能量
运输方向
影响运输速率的因素
举例
自由扩散（简单扩散）
物质通过简单的扩散作用进出细胞
概念：
特点：
影响因素:
举例：
③脂溶性分子：甘油、脂肪酸、乙醇、苯等
①水（少数）
②气体：O2、CO2等
浓度差
①不需要转运蛋白协助
②不需要消耗能量
③顺浓度梯度运输（高浓度→低浓度）
浓度差
运输速率
转运蛋白
运输速率
能量
运输速率
④脂质分子：胆固醇、性激素等
P66左上旁栏思考
甘油、乙醇是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲和力
借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式
概念：
特点：
影响因素:
举例：
协助扩散（易化扩散）
载体蛋白 通道蛋白
转运特点
是否有特异性
自身构象
是否与转运的分子结合
实例
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过
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
有
有
改变
不结合
结合
葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞
大多水分子通过水通道蛋白进出细胞
阅读P68
少数离子通过离子通道蛋白进出细胞
借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式
概念：
特点：
影响因素:
举例：
③水分子通过水通道蛋白运输
①葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞
②钠、钾、钙等少数离子通过相应离子通道蛋白运输
浓度差
①需要转运蛋白协助
②不需要消耗能量
③顺浓度梯度运输（高浓度→低浓度）
浓度差
运输速率
能量
运输速率
协助扩散（易化扩散）
转运蛋白的数量
P点前后的限制因素？
P
←限制因素：浓度差
限制因素：转运蛋白的数量
↓
被动运输 自由扩散 协助扩散
图例
运输方向
特点
影响因素
举例
高浓度→低浓度(顺浓度梯度)
不需要转运蛋白、不消耗能量
需要转运蛋白，不消耗能量
浓度差
浓度差、转运蛋白的数量
脂溶性分子：甘油、脂肪酸、乙醇、苯等
水（少数）
气体：O2、CO2、NO2等
脂质分子：胆固醇、性激素等
水分子通过水通道蛋白运输
葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞
钠、钾、钙等少数离子通过离子通道蛋白运输
课堂小结

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