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第4章 细胞物质的输入和输出
控制着道道闸门，驱动着各式舟车。
输入输出中忙碌，被动主动间选择。
生物大分子铸就，神奇的生命之膜。
第1节 被动运输
水进出细胞的原理。
自由扩散和协助扩散。
分子在不停地运动
解释生活现象：
1)清水中滴入几滴红墨水，过一段时间，水都染上了红色。
2)在清水中加入糖，一段时间，水变甜。
扩散：分子从相对含量高一侧向相对含量低的一侧运动最后均匀分布的现象。
一、水进出细胞的原理
1.渗透现象
思考讨论：
（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）如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会升高吗？
（3）如果将烧杯中的清水换成与漏斗中等浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
请你总结发生渗透作用的条件。
1.①漏斗管内的液面为什么会升高？
蔗糖溶液中水的相对含量比烧杯中水的相对含量低，烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗扩散到烧杯更快, 使漏斗中水量增加, 液面上升
②如果漏斗管足够长，管内的液面
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，最终达到平衡，液面将不再上升。
半透膜：玻璃纸; 蛋壳膜; 鱼鳔等
一、水进出细胞的原理
2.如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？
答: 液面不会升高。因为纱布不是半透膜，
孔隙很大，水分子和蔗糖分子都能通过。
答:单位时间进出半透膜水分子量相同， 故漏斗管液面不变
条件一 ：半透膜
条件二：浓度差
3.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？
一、水进出细胞的原理
①渗透作用的概念：
③渗透作用中水的运输方向
含水量高－－
半透膜
水（溶剂）
低浓度溶液－
－渗透压低
含水量低－－
高浓度溶液－
－渗透压高
水分子是顺相对含量梯度跨膜运输
②渗透作用发生的条件
半透膜
两侧的溶液具有浓度差。
渗透压：溶质分子对水的吸引力
水分子（或其它溶剂分子）通过半透膜 的扩散
一、水进出细胞的原理
1.渗透作用
渗透作用装置一般有２种类型，如下图A、B所示：
1）渗透达到平衡 , 半透膜两侧的水分子运动的速率　　　　；
2）分析初始时的浓度大小为：S1________S2 ；
当Δh稳定时，浓度大小为：S1________S2 。
3）若A中两溶液互换，观察的现象为 。
相等
>
理解：１）因为有高度差，因此平衡时也存在浓度差，原本浓度高的仍然是相对高的。
　　　２）若没有高度差，则平衡时半透膜两侧的浓度是相等的。
>
1.如图为一个渗透装置，假设溶质分子或离子不能通过半透膜，实验开始时，液面a和b平齐。下列判断正确的是( )
A.如果甲、乙都是蔗糖溶液，甲的浓度低于乙，
则液面a会下降，液面b会上升
B.如果甲、乙分别是葡萄糖溶液和蔗糖溶液，两者的
质量分数相同，则液面a会下降，液面b会上升
C.当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的浓度相等
D.当半透膜两侧的渗透作用达到平衡时，甲、乙溶液的渗透压一定相等
A
2.水进出动物细胞的原理
一、水进出细胞的原理
基于红细胞的结构特点及图示结果，你认为水进出红细胞的方式是什么？请说明原因。
是渗透作用。①细胞膜是选择透过性膜，相当于半透膜;
②红细胞中的血红蛋白等有机物，不能透过细胞膜，当将其置于低浓度溶液中时，膜两侧存在浓度差。
①当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
②红细胞吸水或失水取决于什么条件？
③想一想临床上输液为什么要用生理盐水。
P63 思考·讨论
不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时红细胞将不再吸水。
取决于红细胞内外溶液的浓度差，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。
生理盐水的浓度与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为吸水或失水而出现变形
④ 当你吃比较咸的食物时，例如吃腌制的咸菜，连续嗑带盐的瓜子时，你的口腔和唇的黏膜会有什么感觉？为什么？
外界溶液浓度高，口腔细胞失水。
对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。
将有些萎蔫的菜叶浸泡在清水中，不久，菜叶就会变的硬挺。
盐腌制过的黄瓜,皱皱巴巴，还出水。
与生活的联系：
水分进出植物细胞也是通过渗透作用吗？
成熟植物的细胞结构
请说出植物细胞和动物细胞在结构上的主要区别
叶绿体
细胞壁
大液泡
液泡膜
细胞质
原生质层
细胞壁
（全透性、伸缩性小）
细胞膜
细胞核
成熟的植物细胞的结构
植物细胞内的液体环境主要指的是液泡内的细胞液。
水进出植物细胞主要指水通过原生质层进出液泡
细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
（伸缩性大）
→半透膜
一、水进出细胞的原理
2.水进出植物细胞的原理
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水
提出问题
做出假设
设计实验
实施实验
分析结果
得出结论
表达交流
水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是一层半透膜吗？
水分进出植物细胞是渗透作用，原生质层相当于一层半透膜
蔗糖溶液中细胞的液泡变小，细胞皱缩；清水中细胞的液泡变大，细胞膨胀。
预期结果：
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。
一、水进出细胞的原理
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64）
提出问题
做出假设
设计实验
实施实验
分析结果
得出结论
表达交流
材料用具：紫色洋葱鳞片叶、质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液、
清水、刀片、镊子、滴管、盖玻片、吸水纸、显微镜等。
外表皮细胞
选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，是因为其具有中央大液泡，且细胞液呈紫色，易观察液泡的大小变化。
一、水进出细胞的原理
实验：探究植物细胞的吸水和失水(视频)
制作紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片
低倍显微镜下观察
0.3g/ml的蔗糖溶液
吸水纸引流
重复几次
低倍显微镜下观察
滴放清水
吸水纸引流
低倍显微镜下观察
重复几次
【实验步骤】
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64）
一、水进出细胞的原理
实验中共涉及几次显微镜观察？
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64）
正常状态 高浓度状态 低浓度状态
图像
液泡变化
原生质层位置
正常大小
逐渐变小，颜色变深
恢复原来大小，颜色变浅
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
细胞体积基本不变
一、水进出细胞的原理
提出问题
做出假设
设计实验
实施实验
分析结果
得出结论
表达交流
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。
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
质壁分离
质壁分离复原
提出问题
做出假设
设计实验
实施实验
分析结果
得出结论
表达交流
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64）
一、水进出细胞的原理
①内因：原生质层伸缩性 细胞壁伸缩性
②外因：外界溶液浓度 细胞液浓度
2.质壁分离产生原因：
1.“质壁分离”的“质”与“壁”分别指什么？
3. 现象
“质”指原生质层
“壁”指细胞壁
大于
大于
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64）
一、水进出细胞的原理
植物由硬挺→萎蔫
微观上：质壁分离
宏观上：
液泡（大→小 ）
细胞液颜色（浅→深）
原生质层与细胞壁分离
细胞液浓度由小变大
注意
事项
4. 注意事项：
活细胞
、有细胞壁
、有大液泡的成熟植物细胞
（根尖分生区细胞不发生）
紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞？
①材料选择：
引流时要重复几次，目的是使盖玻片下面的洋葱鳞片叶表皮细胞完全浸入在加入的液体。
②引流
③观察时间
加入蔗糖溶液后不宜停留过长时间，
防止细胞长时间处于高渗溶液中，因过度失水而死亡。
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64）
一、水进出细胞的原理
如果所用溶液中的溶质为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
④外部溶液浓度：
⑤质壁分离的自动复原
0.3g/mL的蔗糖溶液
选择对细胞无毒害作用，浓度适中的外界溶液
盐酸、酒精、醋酸能杀死细胞，不适合
浓度过高会导致细胞失水过多而死亡
4. 注意事项：
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64）
一、水进出细胞的原理
你观察到了什么现象呢？细胞壁和原生质层之间的空隙充满的是什么？
第一次观察
a
滴加蔗糖溶液后观察
b
再次滴加清水溶液后观察
c
仅凭图b能否判断细胞细胞正在发生质壁分离？
不能，也可能正在发生质壁分离的复原
质壁分离以及复原，稀释后的蔗糖溶液
【探究·实践】植物细胞的吸水和失水（P64）
一、水进出细胞的原理
1.a、b、c是三个相邻的细胞,已知a细胞液浓度> b细胞液浓度> c细胞液浓度, 如图所示,能正确表示水分在三者之间关系的是（ ）
C
a
c
b
a
c
b
a
c
b
a
c
b
A
B
C
D
2.家庭养花，如果施肥过多，会引起花卉萎蔫，此时可采取的措施有（　　）
①加强光照　　　②改善空气流通 ③适当浇灌清水　④更换盆中泥土
A.①③ B.②④ C.①② D.③④
D
3.利用高浓度盐水杀菌防腐的原理是（ ）
A.盐水中的Cl－有杀菌防腐的作用
B.盐水中的Na＋不利于细菌的生活
C.是中性的,不适于细菌的生活
D.由于渗透作用使细菌细胞内的水分渗出而死亡
D
4.将相同的植物细胞依次浸在甲、乙、丙三种溶液中，测得细胞体积随时间的变化如图所示。下列有关推导和叙述错误的是(　 　)
A. 三种溶液中，甲溶液浓度最低
B. 在M时刻，乙溶液中的植物细胞保持活性
C. 丙溶液中的植物细胞肯定会因失水过多而死亡
D. 三种溶液中细胞的形态均会发生改变
C
5．为研究植物细胞质壁分离现象，某同学将某植物的叶表皮放入一定浓度的甲物质溶液中，一段时间后观察到叶表皮细胞发生了质壁分离现象。下列说法错误的是（　　）
A．该植物的叶表皮细胞是具有液泡的活细胞
B．细胞内甲物质的浓度高于细胞外甲物质的浓度
C．细胞液中的H2O可以经自由扩散进入甲物质溶液中
D．甲物质和H2O能自由通过该叶表皮细胞的细胞壁
B
植物细胞的吸水和失水
滴加蔗糖溶液
滴加清水
质壁分离
质壁分离复原
水分子多 水分子少
物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。被动运输包括自由扩散和协助扩散。
一、自由扩散和协助扩散
1.自由扩散
特点：
①顺浓度梯度运输
②不需要转运蛋白
③不消耗能量
实例：
概念：
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，也叫简单扩散。
①气体，如O2、CO2、NO2等
②水等小分子
③脂溶性小分子，如甘油、乙醇，苯等
一、自由扩散和协助扩散
浓度差
扩散速度
转运蛋白
扩散速度
O2（能量）
扩散速度
2.协助扩散
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
实例：
概念：
物质借助膜上转运蛋白进出细胞的扩散方式，也叫易化扩散。
①葡萄糖进入红细胞——载体蛋白
②神经纤维上Na+内流，K+外流——离子通道蛋白
③水分子进出——水通道蛋白
一、自由扩散和协助扩散
项目 载体蛋白 通道蛋白
转运物质特点
是否与被转运 物质结合
自身构象是否改变
图解
与自身结合部位相
与自身通道的直径、形状相适配、大小和电荷相适宜
不结合
结合
改变
不一定
转
运
蛋
白
适应
转运蛋白具有特异性
2.协助扩散
一、自由扩散和协助扩散
影响因素：
浓度差
扩散速度
O2（能量）
扩散速度
转运蛋白
扩散速度
P
P点后速率受转运蛋白数量限制
膜两侧浓度差、转运蛋白数量、温度（转运蛋白的活性）
拐点前：看横坐标
拐点后：除横坐标外其他影响因素
2.协助扩散
一、自由扩散和协助扩散
资料1：水分子比较小，人们曾经认为它们以自由穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。
思考:水分子从水多的一侧向水少的一侧扩散，属于哪种方式的扩散？P68
后来的研究发现，水分子在通过细胞膜时的速率高过人工膜，由此推断细胞膜上可能存在特殊的输送水分子的通道。
资料2: 1988年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出一种新的膜蛋白，后来经过实验获得了该蛋白的氨基酸序列结构，证实了水通道蛋白的存在。目前，人们已经从细菌、酵母菌、植物、动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。
一、自由扩散和协助扩散
2.协助扩散
Roderick MacKinnon
水通道蛋白模式图
Peter Agre
钾离子通道模式图
过去人们普遍认为，水分子都是通过自由扩散进出细胞的，但后来的研究表明，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。
一、自由扩散和协助扩散
2.协助扩散
H2O、O2
葡萄糖
K+、Na+
被动运输
自由扩散
协助扩散
协助扩散
细胞的物质输入和输出
生物膜都具有选择透过性
渗透作用
条件：
半透膜；半透膜两侧具有浓度差
动物细胞的失水和吸水
外界溶液的浓度＜细胞质浓度
吸水膨胀
外界溶液的浓度＞细胞质浓度
失水皱缩
外界溶液的浓度＝细胞质浓度
形态不变
植物细胞的失水和吸水
外界溶液的浓度＞细胞液浓度
质壁分离
外界溶液的浓度＜细胞液浓度
质壁分离复原
被动运输
自由扩散
协助扩散
高浓度
不需要转运蛋白
不需要能量
高浓度
需要转运蛋白
不需要能量
（载体蛋白、通道蛋白）
主动运输
低浓度 高浓度；需要载体蛋白；需要能量
不需要转运蛋白，需要识别蛋白；需要能量；运输蛋白质等大分子物质
胞吞、胞吐
低浓度
低浓度
（原生质层）
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（ ）
(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（ ）
√
×
×
练习与应用
2.下列各项无法通过质壁分离实验证明的是（ ）
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
D
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，两种溶液溶质的浓度均比细胞液溶质的浓度高，在显微镜下连续观察甲乙两细胞的变化是（ ）
A.甲乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原
B.甲乙两细胞发生质壁分离，但乙细胞随后又发生质壁分离复原
C.甲乙两细胞发生质壁分离，但甲细胞随后又发生质壁分离复原
D.甲乙两细胞均发生质壁分离，后又均发生质壁分离复原
B
练习与应用
二、拓展应用
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溶质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。
配制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。
练习与应用
二、拓展应用
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。
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。
练习与应用

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