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细胞系统的边界——细胞膜
掌控着道道闸门，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4章 细胞的物质输入和输出
清水泡过的青菜
盐腌制过的黄瓜
生活中我们会观察到：
盐腌制过的黄瓜皱皱巴巴，会流出很多水；
而用清水泡过的青菜却很硬挺，这是为什么呢？
细胞如何吸水和失水？
第1节 被动运输
第1课时
1
阐明渗透作用的条件及原理。
2
结合探究实验，分析理解细胞吸水和失水的过程及应用。
目标一
渗透作用
【问题探讨】渗透装置的分析
在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等。过一段时间后，会发现什么现象？
玻璃纸（又叫赛璐玢）是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。
一类可以让一些小分子物质（如水分子）通过，而大分子物质不能通过的一类多孔薄膜的总称。
如玻璃纸、膀胱膜、卵壳膜等
半 透 膜
半透膜
1.漏斗管内的液面升高的原因？
由于单位体积中，清水中含有的水分子数比蔗糖溶液中的水分子 ；
多
因此单位时间内由 透过半透膜进入 中的水分子数多于由 进入 中的水分子数，从而使得漏斗管内的液面升高。
清水
蔗糖溶液
蔗糖溶液
清水
蔗糖溶液
清水
2.如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？
不会
管内的水柱产生的压力会加快漏斗中的水分子向 扩散的速度，最终膜两侧水分子扩散的速度达到 ，液面不再上升。
外
平衡
3.当漏斗内溶液不再上升（即渗透平衡）时，半透膜两侧的溶液浓度相同吗
不相同
漏斗内溶液浓度仍然高
由于漏斗管内液面升高形成的静水压会阻止水分子由低浓度一侧向高浓度一侧扩散，故半透膜两侧溶液浓度关系仍是漏斗内溶液浓度高于烧杯中清水的浓度。
S1>S2
动态平衡
4.如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？
不会。
原因是纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通过。
5.如果烧杯内不是清水，而是同等浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？
不会。
半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量。
条件一、具有半透膜
条件二、膜两侧溶液存在浓度差
1．渗透作用的概念：
水分子（或其他溶剂分子）通过 的扩散，称为渗透作用。
半透膜
半透膜
渗透作用具备的两个条件？
①具有半透膜
②膜两侧溶液存在浓度差
2．水分子的运动方向？
水分子从水的相对含量 的一侧向相对含量 的一侧渗透。
高
低
低浓度溶液
高浓度溶液
水分子的运动规律
①半透膜两侧的水分子进行双向运动，液面变化是由水分子双向运动差异所导致的。
②当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到动态平衡。
【核心归纳】渗透平衡≠浓度相等
①渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。
②渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高（反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高）；浓度差越大，液面高度差也越大。
1．某科研小组设计如图所示的渗透装置，其中蔗糖不能透过半透膜，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，液面不动（渗透平衡）时液面差为Δh。下列说法正确的是 （ 　　）
【典题应用】
D
A．渗透平衡后S1和S2浓度的大小
关系为S1＝S2
B．渗透平衡后无水分子通过半透膜
C．漏斗中溶液液面上升速率逐渐加快
D．向漏斗内加适量清水Δh将变小
2．如图实验装置中，半透膜只允许水分子和单糖分子透过，向a侧加入质量分数为5%的蔗糖溶液，向b侧加入质量分数为5%的葡萄糖溶液，初始状态如图。则下列关于液面的变化及相关叙述正确的是（　　）
A．a先降后升，b先升后降
B．a先升后降，b先降后升
C．当液面最终停止变化时，
半透膜两侧溶液浓度相等
D．当液面最终停止变化时，
b侧浓度高于a侧
A
目标二
水进出细胞的原理
1．动物细胞的吸水和失水
红细胞置于清水中
红细胞能否发生渗透作用呢？
① 相当于半透膜；
②细胞质溶液与外界溶液存在 。
（1）动物细胞发生渗透作用的条件
细胞膜
浓度差
外界溶液浓度
细胞质浓度
外界溶液浓度
细胞质浓度
外界溶液浓度
细胞质浓度
细胞吸水膨胀
细胞失水皱缩
形态不变
动态平衡
=
（2）现象分析
【联系生活】临床上输液为什么要用生理盐水？
0.5%的NaCl溶液
清水
0.9%的NaCl溶液
5%的NaCl溶液
失水皱缩
形态不变
吸水膨胀
吸水涨破
生理盐水的浓度与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。
0.9%的NaCl溶液
动态平衡
【联系生活】凉拌黄瓜、番茄时，放一些盐或糖，过一会儿发现什么现象？
有水分渗出
农作物施肥过多，会出现什么现象？
“烧苗”
（1）成熟植物细胞的结构特点
2.植物细胞的吸水和失水
中央液泡
细胞膜
液泡膜
细胞质
原生质层
标记？
①
②
③
细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层
中央液泡
细胞膜
液泡膜
细胞质
原生质层
①
②
③
细胞壁
细胞液
⑤
④
植物细胞能否发生渗透作用呢？
全透性
伸缩性小
半透膜
伸缩性大
具有一定的浓度
（2）成熟植物细胞吸水和失水的方式
植物细胞的 相当于一层半透膜，植物细胞也是通过 吸水和失水的。水进出细胞主要是指水经过原生质层进出液泡。
原生质层
渗透作用
质壁分离
细胞渗透失水
细胞液的浓度
外界溶液浓度
原生质层与细胞壁的分离
质壁分离复原
细胞渗透吸水
细胞液的浓度
外界溶液浓度
（3）植物细胞发生质壁分离与复原的原因
半透膜
大
浓度差
外因
内因
【任务一】现象分析
将放置一段时间的马铃薯切成如图所示形状，凹槽内倒入一定量的清水，一段时间后液面下降；再将适量蔗糖加入凹槽清水中，一段时间后液面上升，试解释上述现象。
凹槽内注入清水后，由于马铃薯细胞液的浓度大于清水，马铃薯细胞吸水，导致清水液面下降；
当向清水中加入适量蔗糖后，蔗糖溶液的浓度大于马铃薯细胞液的浓度，马铃薯细胞失水，一段时间后导致液面上升。
3.实验：探究植物细胞的吸水和失水
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
表达与交流
设计方案
（按预定设计方案进行实验）
（分析实验结果，得出结论：……）
（总结，写实验报告并适当交流）
预期结果
（1）提出问题：
（2）作出假设：
（3）实验设计思路（实验原理）
水分进出细胞是通过渗透作用吗？
原生质层是否相当于一层半透膜？
相当于一层半透膜。
①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 ，液泡体积就会 ；
当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会 ，液泡体积就会 。
所以可以通过液泡体积的大小变化反映水分进出细胞的情况。
原生质层
失水
缩小
吸水
增大
——质壁分离
——质壁分离复原
②如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？
③如何看到细胞，需要借助到什么材料和用具？
④对实验结果作出预测——细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化？
（3）实验设计思路（实验原理）
提供蔗糖溶液使细胞外溶液浓度升高，提供清水使细胞外溶液浓度降低。
利用显微镜观察临时装片。
由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过。
在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，发生质壁分离；
加入清水后，当细胞液浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水就会透过原生质层进入细胞液，发生质壁分离的复原。
进行实验
（按预定设计方案进行实验）
（1）实验材料用具：
刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，显微镜，
质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液，清水。
具有紫色中央大液泡，便于观察
紫色洋葱鳞片叶 细胞，
具有 ，细胞液
呈 ，便于观察。
外表皮
中央大液泡
紫色
（2）实验流程
①制作洋葱鳞片叶表皮细胞临时装片。（注：一般取洋葱鳞片叶外表皮细胞）
②在低倍镜下（第1次）观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中中央液泡的大小及原生质层位置。
【问题】本实验中第1次用显微镜观察起 ？ 作用。
观察细胞的初始状态，作为后续观察的对照
原生质层紧贴细胞壁
实验方法步骤
③在盖玻片一侧滴加蔗糖溶液，另一侧用吸水纸引流，重复几次，使洋葱表皮浸润在蔗糖溶液中——引流法。
细胞的吸水能力？
逐渐变大
变小
分离
变深
④低倍镜下（第2次）观察原生质层位置、中央液泡大小和颜色变化，看细胞是否发生质壁分离。
⑤在盖玻片一侧滴清水，另一侧用吸水纸引流，重复几次，让洋葱表皮浸润在清水中。
⑥低倍镜下（第3次）观察原生质层位置、中央液泡大小和颜色变化，看是否质壁分离复原。
变大
复原、紧贴
变浅
细胞的吸水能力？
逐渐变小
（3）实验结果及分析
第一次观察
滴加蔗糖溶液后观察
再次滴加清水溶液后观察
中央液泡大小 细胞液浓度 颜色 原生质层的位置 细胞大小
蔗糖溶液
清水
变小
分离
变大
基本不变
基本不变
复原
紫色变深
变大
变小
紫色变浅
（4）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。
【任务二】实验拓展分析
1.实验材料的选择
②若用50%蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能复原，原因是？
①用植物根尖分生区细胞做实验材料，为什么观察不到质壁分离现象？
外界溶液浓度过大，植物细胞过度失水而死亡。
植物根尖分生区细胞未成熟，还未形成中央液泡。
③实验时一定要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞吗？
能否用洋葱鳞片叶的内表皮细胞？
不一定
内表皮细胞
用添加胭脂红的蔗糖溶液做外界溶液
现象？
无色
红色
【例】将新鲜的苔藓植物叶片放入加有少量红墨水的浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，在显微镜下观察，看到苔藓细胞的状态如右图所示。此时部位①和②的颜色分别是（ ）
A．①无色、②绿色
B．①红色、②绿色
C．①红色、②无色
D．①红色、②红色
B
【任务二】实验拓展分析
1.实验材料的选择
⑤下列细胞中能发生质壁分离的是 。
A．大蒜根尖分生区细胞 B．人的口腔上皮细胞
C．菠菜叶肉细胞 D．蛙的红细胞
E．洋葱鳞片叶外表皮细胞 F．洋葱鳞片叶内表皮细胞
C E F
【核心归纳】能发生质壁分离的细胞？
具有中央大液泡的活的成熟植物细胞可发生质壁分离及复原现象。
死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞（如根尖分生区细胞）不发生质壁分离及复原现象。
⑥若该细胞代表紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，则有色区域在 （用图中数字表示）；
若是黑藻叶肉细胞，则有色区域在 （用图中数字表示）；
若是洋葱鳞片叶内表皮细胞做实验材料，为使实验结果方便观察，外界溶液中滴加了胭脂红染色剂，则有色区域在 （用图中数字表示）。
分离的间隙
原生质层
由2、4、5三部分组成
细胞液
7
5
6
充满外界溶液（如：蔗糖溶液）
【延伸拓展】
试比较此时a、b处溶液浓度的大小？
不能确定
质壁分离
此时该细胞处于什么状态？
①细胞可能正在失水，
②可能正在吸水，
③可能处于平衡状态，
④也可能已死亡。
【任务二】实验拓展分析
2.实验过程及结果分析
①将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞放在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中，一段时间后，该细胞的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？
②有位同学错取了质量浓度为3 g/mL的蔗糖溶液，发现细胞发生了质壁分离，给临时装片滴加清水并引流后几乎没有观察到质壁分离复原现象，分析原因可能是什么？
颜色逐渐变深。
吸水能力逐渐增强。
蔗糖溶液浓度太高，细胞因过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原。
③本实验共用显微镜观察了几次？为什么只用低倍镜呢？
本实验中有无对照？ 第一次观察的目的是什么？
低倍镜下现象就很明显
三次
三次观察，前后自身对照
观察细胞的初始状态，作为后续观察的对照
【任务三】实验拓展应用
①用物质的量浓度为2 mol·L－1的乙二醇溶液和2 mol·L－1的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体（即植物细胞中细胞壁以内的部分）体积变化情况如图所示。请回答：
2 min后，不同于处于2 mol·L－1的蔗糖溶液中的细胞，处于2 mol·L－1的乙二醇溶液中的细胞发生了 现象，发生该现象的原因是？
当质壁分离复原后，此时细胞液的浓度 外界溶液浓度。
质壁分离自动复原
乙二醇分子被吸收进入细胞内，引起细胞液的浓度逐渐增大，直至大于外界溶液浓度，细胞就会渗透吸水，发生质壁分离自动复原。
尿素、甘油、KNO3等溶液
大于或等于
将成熟植物的细胞依次浸于蒸馏水、物质的量浓度为0.3 mol/L的蔗糖溶液和0.5 mol/L的尿素溶液中，原生质体的体积随时间变化如图，分析如下：
B曲线？
A曲线？
C曲线？
蒸馏水
0.3 mol/L的蔗糖溶液
0.5 mol/L的尿素溶液
【核心归纳】从溶液角度分析
①在一定浓度的溶液（溶质不能透过细胞膜）中只发生质壁分离现象，不能发生自动复原现象（只有用清水或低渗溶液处理，方可复原）。
②在一定浓度的溶液（溶质可透过细胞膜）中发生质壁分离后可自动复原，如甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等。
③在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原，因为溶液浓度过高，细胞会因过度失水而死亡。
④盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。
②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外表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液的浓度相当于多少质量浓度的蔗糖溶液。写出你的实验思路。
可以配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液，将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞分别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。
细胞液的浓度应介于尚未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的这两个蔗糖溶液浓度之间。
（1）当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破（　　）
（2）植物细胞的原生质层由细胞膜和液泡膜组成（　　）
（3）在“探究植物细胞的吸水和失水”实验操作中，共涉及三次显微镜观察，第一次用低倍镜观察，第二、三次用高倍镜观察（　　）
【判断正误】
3．如图1为光学显微镜下观察到的某植物细胞质壁分离的实验结果图，图2为质壁分离及其复原实验流程图。下列说法正确的是（多选）（　　）
【典题应用】
AD
A．图1细胞若继续发生质壁分离，则该细胞的吸水能力增强
B．图1所示结果只能在图2中C处观察到
C．增大蔗糖溶液的浓度会使第二次观察（D）和第三次观察（F）实验效果更明显
D．该实验用显微镜主要观察原生质层的位置、液泡的颜色和大小等
A．在蔗糖溶液中，植物细胞体积
明显逐渐减小
B．在d点时，蔗糖溶液中仍有水分子
进出植物细胞
C．在0～240 s内，乙二醇没有通过
细胞膜进入细胞内
D．在c点与a点代表体积相等时，推测植物细胞液浓度相同
4．（2023·江苏无锡高一检测）用物质的量浓度为2 mol·L－1的乙二醇溶液和同物质的量浓度的蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞，观察细胞的质壁分离现象，得到其原生质体（植物细胞除去细胞壁后剩余的部分）体积变化情况，如图所示。下列相关叙述正确的是（　　）
B
【网络构建】

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