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第四章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
人教版 必修1
问题探讨
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，然后将漏斗浸人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，会出现所示现象
蔗糖溶液
玻璃纸（半透膜）
清水
蔗糖溶液
玻璃纸（半透膜）
清水
玻璃纸
蔗糖分子
水分子
1.漏斗内的液面为什么会升高？
渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。
问题探讨
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)
由于单位体积的清水中水分子数 蔗糖溶液中的水分子数，因此单位时间内由 进入
的水分子数多于由
进入 的水分子数。
多于
清水
蔗糖溶液
蔗糖溶液
清水
问题探讨
蔗糖溶液
玻璃纸（半透膜）
清水
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
漏斗内渗透压 = 液柱的压力
最终达到平衡，液面将不再上升。
溶液渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力。
问题探讨
30%蔗糖溶液
玻璃纸
清水
2.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。
纱布
3.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？
30%蔗糖溶液
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。
01
渗透作用
一、渗透作用
1、渗透作用概念:
水分子或其他溶剂分子透过半透膜的扩散
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：
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。
4.渗透作用中水的运输方向
溶液浓度高
溶液浓度低
含水量高
含水量低
半透膜
水（溶剂）
蔗糖（溶质）
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
02
水进出细胞的原理
二、水进出细胞的原理
1、动物细胞的吸水和失水
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
①细胞膜相当于一层半透膜
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
二、水进出细胞的原理
1、动物细胞的吸水和失水
外 界 溶 液 浓 度
细 胞 质 的 浓 度
小于
大于
等于
吸水膨胀
失水皱缩
保持原状
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”所示装置中的什么物质？
血红蛋白是有机大分子物质，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。
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？
红细胞的细胞膜有选择透过性，相当于半透膜。
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？
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。
二、水进出细胞的原理
思考.讨论
4.红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
浓度差。
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？
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。
二、水进出细胞的原理
2、植物细胞的吸水和失水
植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？
联系生活
给萎蔫的菜叶洒水，菜叶就会保持硬挺。
盐腌制过的黄瓜,皱皱巴巴，还出水。
二、水进出细胞的原理
2、植物细胞的吸水和失水
①成熟植物细胞的结构
成熟植物细胞模式图
细胞膜
细胞质
液泡膜
细胞壁(全透性),伸缩性比较小
相当于半透膜？
细胞液与外界溶液之间存在浓度差
原生质层
细胞液
植物细胞内的液体环境主要是指液泡里面的细胞液。
水进出细胞主要是指水经过原生质层进出液泡。
半透性、伸缩性大
是否满足发生
渗透作用的条件
半透膜
两侧的溶液具有浓度差。
探究 实践
探究：植物细胞的吸水与失水
提出问题
作出假设
实验设计
原生质层是不是相当于一层半透膜？
原生质层相当于一层半透膜
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。
失水
缩小
吸水
增大
实验过程
实验结论
表达与交流
探究 实践
探究：植物细胞的吸水与失水
提出问题
作出假设
实验设计
原生质层是不是相当于一层半透膜？
原生质层相当于一层半透膜
实验过程
实验结论
表达与交流
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？
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。
探究 实践
探究：植物细胞的吸水与失水
提出问题
作出假设
实验设计
原生质层是不是相当于一层半透膜？
原生质层相当于一层半透膜
实验过程
实验结论
表达与交流
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？
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。因此，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。
探究 实践
探究：植物细胞的吸水与失水
提问：该实验过程共观察了3次，制作临时装片后观察，滴加蔗糖溶液后观察，再次滴加清水后观察。每一次是什么样的实验现象呢？
第一次观察
没有发生皱缩
滴加蔗糖溶液后观察
发生皱缩
再次滴加清水溶液后观察
皱缩复原
探究 实践
探究 实践
探究：植物细胞的吸水与失水
实验结果分析：
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
现象 试剂 中央液泡变化 原生质层位置变化 细胞大小
蔗糖溶液 脱离细胞壁
清水 逐渐恢复原来大小 恢复原位
变小
基本不变
基本不变
二、水进出细胞的原理
2、植物细胞的吸水和失水
②质壁分离
质壁分离产生的原因：
内因：
（1）原生质层相当于一层半透膜
（2）原生质层伸缩性大于细胞壁伸缩性
外因：
外界溶液浓度>细胞液浓度
质壁分离
“质”指原生质层，“壁”指细胞壁
03
自由扩散和协助扩散
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
三、自由扩散和协助扩散
1、自由扩散
概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式。
外侧
内侧
细胞膜
高浓度
低浓度
类比
小球下滑
三、自由扩散和协助扩散
1、自由扩散
①运输方向：
高浓度
低浓度（顺浓度梯度）
②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
③实例：
水，气体（O2 、CO2、N2） ；脂溶性物质（甘油、乙醇、苯等小分子有机物）
④影响因素：
浓度差
浓度差
扩散速度
三、自由扩散和协助扩散
2、协助扩散
概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。
水
载体
蛋白
葡萄糖
通道
蛋白
结合物质，构象改变
不用结合，直接通过
葡萄糖进入红细胞
三、自由扩散和协助扩散
2、协助扩散
①运输方向：
高浓度
低浓度（顺浓度梯度）
②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
③实例：
葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞；水分子通过水通道蛋白进出细胞 ； 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
P点后速率受转运蛋白数量限制
协助扩散
自由扩散
被动运输
相同点：
不同点：
都是顺浓度梯度运输,不消耗能量。
自由扩散不需要转运蛋白协助，协助扩散需要转运蛋白协助。
三、自由扩散和协助扩散
三、自由扩散和协助扩散
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
课堂小结
练习与应用
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.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( )
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
练习与应用
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( )
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
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。
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。
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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