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(共53张PPT)
第1节 被动运输
第4章 细胞的物质输入和输出
问题探讨
在一个长颈漏斗是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，会出现如右图所示现象。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。
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）如果用纱布或不透水的塑料布代替玻璃纸，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？
渗透系统装置
是一类可以让小分子物质通过（如水分子，单糖分子），而大分子物质不能通过的一类薄膜。
半透膜:
蔗糖溶液
清水
半透膜
(玻璃纸)
渗透现象演示
渗透现象动画演示
分子级别动画演示
蔗糖分子 水分子
问题探究
水进出细胞的原理——渗透作用
1、概念
水分子（或其它溶剂分子）透过半透膜的扩散
2、发生条件：
①具有半透膜；
②半透膜两侧的溶液具有浓度差
3、水分子渗透方向：
半透膜
含水量___
含水量___
__浓度溶液
___浓度溶液
低
高
高
低
水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透
扩散与渗透区别：
扩散指某物质从浓度高的地方向浓度低的自由运动；
渗透是水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。渗透需要半透膜，是扩散的一种特殊形式。
图1 扩散
图2 渗透
半透膜
[易错易混]
溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度。
深度学习
自主学习
导入新课
迁移应用
一、水进出细胞的原理
任务1：阅读教材P62问题探讨，分析渗透现象，概括渗透作用原理
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？
烧杯中的水分子进入漏斗中导致漏斗液面升高
不会
半透膜两侧的水分子都能够通过扩散作用自由进出，但由于蔗糖溶液中水的相对含量（单位体积中的水分子数）比烧杯中的水的相对含量低，因此，烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快些，导致漏斗中水量增加，液面上升。如果漏斗管足够长，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。
深度学习
自主学习
导入新课
迁移应用
一、水进出细胞的原理
任务1：阅读教材P62问题探讨，分析渗透现象，概括渗透作用原理
讨 论：
（2）如果用纱布或不透水的塑料布代替玻璃纸，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？
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。
漏斗管中的液面将保持不变。
外界溶液
细胞膜
半透膜
蔗糖溶液
细胞质
相当于
相当于
①红细胞的细胞膜相当于一层半透膜，水分通过渗透作用进出红细胞。
②细胞质与外界溶液之间存在浓度差。
**水进出动物细胞的原理
** 动物细胞的失水与吸水
蒸馏水
盐水
0.9%生理盐水
当外界溶液<细胞内溶液浓度时，细胞______；
当外界溶液>细胞内溶液浓度时，细胞______；
当外界溶液=细胞内溶液浓度时，水分进出细胞处于________，
细胞_________
吸水
涨破
失水
皱缩
动态平衡
形态不变
思考·讨论
分析图所示水进出哺乳动物红细胞的现象
1.红细胞内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？
红细胞中的血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜，它相当于渗透装置中的蔗糖分子。
思考·讨论
分析图所示水进出哺乳动物红细胞的现象
2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
是，是“相当于”而不是“等同”。
思考·讨论
分析图所示水进出哺乳动物红细胞的现象
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。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。
思考·讨论
分析图所示水进出哺乳动物红细胞的现象
4.红细胞吸水或失水取决于什么条件？
取决于红细胞内外溶液的浓度差，一般情况下，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。
思考·讨论
分析图所示水进出哺乳动物红细胞的现象
5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水。
因为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。
练习：a、b、c是三个相邻的细胞，已知细胞质浓度a> b> c,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
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？
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
[设计实验]
方法步骤：
①选取新鲜洋葱鳞片叶，用刀片在外表皮上划一方框，用镊子撕下表皮。在洁净的载玻片上滴一滴清水，将撕下的表皮放在水滴中展平，盖上盖玻片，制成临时装片。
[设计实验]
方法步骤：
②用____倍显微镜观察洋葱 细胞中_______________的大小，以及_________的位置。
观察结果：
——有一个_____________，________紧贴细胞壁。
低
鳞片叶外表皮
紫色的中央液泡
原生质层
紫色的中央液泡
原生质层
[设计实验]
方法步骤：
③从盖玻片的一侧滴入__________________，在盖玻片的另一侧用吸水纸
_____。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮就浸润在_________中。
0.3g/mL的蔗糖溶液
引流
蔗糖溶液
[设计实验]
方法步骤：
④用___倍显微镜观察，看细胞的__________是否逐渐变小，________在什么位置，________是否变化。
观察结果：__________逐渐变____，颜色变___，_________与
_______逐渐发生____，即发生了_________，细胞大小_______。
原生质层
低
中央液泡
细胞大小
刚开始发生质壁分离
已明显发生质壁分离
中央液泡
小
深
原生质层
细胞壁
分离
质壁分离
蔗糖溶液
细胞液
基本不变
植物细胞壁是全透性的，发生质壁分离的细胞壁内侧溶液是外界溶液
[设计实验]
方法步骤：
⑤在盖玻片的一侧滴入_____，在盖玻片的另一侧用吸水纸_____。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮又浸润在_____中。
清水
引流
清水
[设计实验]
方法步骤：
⑥用___倍显微镜观察，看细胞的__________是否逐渐变大，________的位置有没有变化，________有没有变化。
观察结果：__________逐渐变____，颜色变___，_________逐渐
恢复原来的状态(紧贴_______)，即发生了_____________；细胞
大小__________。
原生质层
低
中央液泡
细胞大小
中央液泡
大
浅
原生质层
细胞壁
质壁分离的复原
基本不变
[进行实验，记录结果]
按照实验方案进行实验，仔细观察，将结果记录在下表内。
外界溶液 中央液泡大小及颜色 原生质层的位置 细胞大小
清水
0.3g/mL蔗糖溶液
清水
有紫色大液泡
中央液泡逐渐变小，颜色加深
基本不变
中央液泡逐渐变大，颜色变浅
基本不变
第1次对照
第2次对照
原生质层与细胞壁逐渐分离
原生质层逐渐恢复原状
原生质层紧贴细胞壁
质壁分离
质壁分离的复原
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
[总结归纳]质壁分离实验的拓展知识
关于质壁分离与复原实验的注意问题：
(1)质壁分离是指 的现象，故动物细胞 发生质壁分离，无液泡的根尖分生区细胞 发生质壁分离。
(2)教材实验中，用 处理紫色 洋葱外表皮细胞发生 ，后用 处理发生 。
原生质层与细胞壁分离
不能
不能
0.3g/mL蔗糖溶液
质壁分离
清水
质壁分离的复原
若改用1g/mL蔗糖溶液处理紫色洋葱外表皮细胞， 发生质壁分离，后用再用清水处理， 发生质壁分离的复原。
能
不能
若改用0.3g/mL尿素溶液(或KNO3、乙二醇等溶质能进入细胞的溶液) 处理紫色洋葱外表皮细胞，会发生 现象
质壁分离后自动复原
[但能渗透吸水或失水]
[总结归纳]质壁分离实验的拓展知识
关于质壁分离与复原实验的注意问题：
(3)若下图是一个紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，则呈现紫色的部位是 (填字母)，该细胞一定是正在渗透失水发生质壁分离吗？
c
该细胞只是处于质壁分离状态，不一定正在渗透失水。
①该细胞可能正在渗透失水发生质壁分离，此时a、c处的液体的浓度大小关系为 。
a > c
②该细胞可能正在渗透吸水发生质壁分离的复原，此时a、c处的液体的浓度大小关系为 。
a < c
③该细胞可能处于渗透平衡状态，此时a、c处的液体的浓度大小关系为 。
a = c
[总结归纳]质壁分离实验的拓展知识
关于质壁分离实验的应用：
(1)判断成熟植物细胞的死活：
不能发生质壁分离
能发生质壁分离
待测成熟植物细胞
一定浓度蔗糖溶液
镜检
看能否发生质壁分离？
__细胞
__细胞
思考：如何判断动物细胞的死活？
染色排除法(台盼蓝染色)
无色
待测动物细胞
一定台盼蓝染液
镜检
看是否被染成蓝色？
__细胞
蓝色
__细胞
能说明活细胞的细胞膜具有什么功能？
控制物质进出细胞
活
死
活
死
[总结归纳]质壁分离实验的拓展知识
关于质壁分离实验的应用：
(2)比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度大小：
不同的成熟植物细胞
相同适宜浓度蔗糖溶液
镜检
看发生质壁分离所需时间长短或质壁分离程度？
时间长或分离程度低
时间短或分离程度高
细胞液浓度___
细胞液浓度__
甲
乙
丙
例如：下图是三种不同成熟植物细胞用0.3g/mL的蔗糖溶液处理相同时间后观察到的细胞状态模式图，则甲、乙、丙三种细胞的细胞液浓度大小关系为？
甲 > 乙 > 丙
小
大
[总结归纳]质壁分离实验的拓展知识
(3)测定某成熟植物细胞的细胞液浓度范围：
某种成熟植物细胞
系列浓度梯度的蔗糖溶液
镜检
看是否发生质壁分离
刚分离，则细胞液浓度<蔗糖溶液浓度
未分离，则细胞液浓度>蔗糖溶液浓度
做多组，处理相同时间
细胞液浓度介于_____和______的两种蔗糖溶液浓度之间
例如：成熟植物细胞A用系列浓度梯度的蔗糖溶液做了多组质壁分离实验，如下图所示，则该细胞的细胞液浓度范围为？
不分离
不分离
不分离
刚分离
分离
植物A
细胞
0.1g/mL蔗糖溶液
植物A
细胞
0.2g/mL蔗糖溶液
植物A
细胞
0.3g/mL蔗糖溶液
植物A
细胞
0.4g/mL蔗糖溶液
植物A
细胞
0.5g/mL蔗糖溶液
植物A
细胞
0.6g/mL蔗糖溶液
分离
0.3g/mL～0.4g/mL
未分离
刚分离
关于质壁分离实验的应用：
下图为植物细胞渗透作用的图解，下列说法错误的是( )
A.植物细胞的原生质层相当于一层半透膜
B.一定条件下，活的成熟的植物细胞能失水或吸水
C.当外界溶液甲的浓度>细胞液乙的浓度时，细胞失水，当细胞液乙的浓度>外界溶液甲的浓度时，细胞吸水
D.当外界溶液甲的浓度=细胞液乙的浓度时，不发生渗透作用
D
达到渗透平衡
下列关于植物细胞的吸水和失水实验的叙述中，正确的是( )
A. 紫色洋葱根尖分生区细胞可以作为实验材料
质壁分离指的是细胞壁与细胞质的分离
C. 该实验可用于探究植物细胞细胞液的浓度大小
D. 植物细胞吸水能力与质壁分离程度呈负相关
C
鳞片叶外表皮
原生质层
正相关，质壁分离程度越大，即细胞失水越大，细胞液浓度越多，细胞吸水能力越强
[分生区无液泡]
将洋葱细胞放入大于细胞液浓度的KNO3溶液中，一段时间后用显微镜观察发现该细胞未发生质壁分离，其原因可能是该细胞( )
①是死细胞 ②大量吸水 ③是根尖分生区细胞
④大量失水 ⑤质壁分离后又自动复原
A. ①②③ B. ①③⑤ C. ②③⑤ D. ②④⑤
B
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
扩散速度
能量
扩散速度
温度
浓度差
[会影响膜的流动性，进而影响扩散速度)
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
被动运输
自由扩散演示按钮
协助扩散演示按钮
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
三、练习与应用
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。
√
×
×
(4)被运输都是顺浓度梯度跨膜运输，不需要转运蛋白和能量。
(5)葡萄糖进入任何细胞都是协助扩散。
(6)人体心肌细胞内的氧含量高于细胞外，以自由扩散方式出细胞。
(7)黄瓜在腌制中慢慢变甜，是细胞主动吸收糖分的结果。
(8)高浓度的食盐水能杀菌防腐是因为高浓度食盐水使细菌渗透失水死亡
(9)对田间农作物施肥过多出现“烧苗”的原因是根细胞不能渗透吸水
×
×
×
×
√
√
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
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壁分离复原
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
拓展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。
(1)配制出一系列浓度梯度的蔗糖溶液；
(2)将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞制成临时装片后，分别用配好的各种浓度的蔗糖溶液处理；
(4)记录刚好发生质壁分离的所用的蔗糖溶液度，以及刚好尚未发生质壁分离的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。
(3)适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况；
拓展2.探究温度变化会影响水分通道半透膜的扩散速率吗？
提示：可参考教材P62页问题探讨中的“渗透装置”
(1)提出假设：___________________________________
温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率
(2)设计实验：
①设计几个相同的渗透装置(烧杯装相同量的清水、漏斗内装相同量的等浓度的蔗糖溶液)
②将上述渗透装置置于不同温度的环境中，比较不同温度下漏斗管内液面上升速度的快慢

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