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第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
人教版必修1《分子与细胞》
人教版必修1《分子与细胞》
扩 散（P62）
电子显微镜下的细胞
：分子从相对含量高处向相对含量低处自由运动的现象。
扩散
扩散使得该分子分布均匀，直到平衡，此过程缓慢。
平衡后分子仍在继续运动，维持着平衡的状态。
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渗 透（P62）
：水分子（或其它溶剂分子）通过半透膜的扩散。
渗透
蔗糖溶液
清水
半透膜
相对含量低
运输
相对含量高
（低浓度溶液）
低渗透压
（高浓度溶液）
高渗透压
“水往 处流”
高
注意：浓度是指物质的量浓度，即摩尔浓度，不是质量浓度。且水分子移动方向是双向的。
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
30%蔗糖溶液
清水
半透膜
人教版必修1《分子与细胞》
渗 透
人教版必修1《分子与细胞》
问题探讨（P62）
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，使漏斗内外的液面高度相等。过一段时间后，会出现如图所示现象。
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。
人教版必修1《分子与细胞》
思考 讨论
1、漏斗管内的液面为什么会升高？
蔗糖分子（太大）不能通过半透膜，水分子能通过半透膜，单位时间内由清水进入蔗糖溶液中的水分子数多于从蔗糖溶液进入清水中的水分子数，使漏斗内液面上升。
2、如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
不会，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。
人教版必修1《分子与细胞》
发生渗透作用的条件是什么？
①具有半透膜
②半透膜两侧的溶液具有浓度差
30%蔗糖溶液
玻璃纸
30%蔗糖溶液
30%蔗糖溶液
纱布
清水
C
B
30%蔗糖溶液
玻璃纸
清水
A
思考 讨论
B和C的液面会升高吗？
(不会)
人教版必修1《分子与细胞》
拓 展
功能 概念范畴 特点
半透膜 控制物质进出 物理学上的概念 物质能否通过半透膜取决于半透膜孔隙直径的大小
生物膜 生物学上的概念 活的生物膜属于选择透过性膜。当细胞死亡后，细胞膜等生物膜变为全透性
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01
水进出细胞的原理（ P62 – P65）
观察红细胞在不同浓度溶液中的变化，分析水进出红细胞的原理
外界溶液浓度
等于
细胞质浓度
外界溶液浓度
低于
细胞质浓度
外界溶液浓度
高于
细胞质浓度
细胞失水皱缩
保持正常形态
细胞吸水膨涨
高浓度溶液
（高渗溶液）
生理盐水
(等渗溶液)
蒸馏水
（低渗溶液）
人教版必修1《分子与细胞》
水进出动物细胞的原理（P63）
人教版必修1《分子与细胞》
水进出动物细胞的原理（P63）
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
①红细胞与外界溶液组成了一个渗透系统。
②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。
浓度差
人教版必修1《分子与细胞》
思考 讨论（P63）
Q1. 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”装置中的什么物质？
Q2. 红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜？
红细胞中的有机物有的能通过细胞膜，有的不能。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 。
是。但细胞膜具有生命活性，物质通过细胞膜的方式不只是简单扩散。
人教版必修1《分子与细胞》
浓度差，正相关。
Q3. 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。
Q4. 红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？
思考 讨论（P63）
Q5. 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。
人教版必修1《分子与细胞》
联系生活
吃比较咸的食物，口腔和唇的黏膜有什么感觉？为什么？
干燥口渴，外界浓度度高，口腔和唇粘膜失水。
人教版必修1《分子与细胞》
联系生活
清水泡过的青菜
很硬挺
盐腌制过的黄瓜
皱皱巴巴，还出水
植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？
伸缩性大
成熟植物细胞模式图
细胞膜
细胞液
细胞质
液泡膜
细胞壁
(全透性)
伸缩性小
原生质层
半透膜
液泡
水进出细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。
成熟植物细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液。
人教版必修1《分子与细胞》
水进出植物细胞的原理（P63）
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验，
观察并记录结果
分析结果，得出结论
表达与交流
进一步探究
原生质层是否相当于一层半透膜？
水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？
原生质层相当于一层半透膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。
实验思路：将植物细胞分别浸润在较高浓度的蔗糖溶液和清水中，用显微镜观察液泡、原生质层、细胞大小的变化。
科学探究的一般过程
提出问题
作出假设
设计实验
人教版必修1《分子与细胞》
探究植物细胞的吸水和失水（P64）
人教版必修1《分子与细胞》
探究植物细胞的吸水和失水
（引流法）
（引流法）
人教版必修1《分子与细胞》
探究植物细胞的吸水和失水（P64）
细胞形态正常
细胞发生质壁分离
质壁分离后复原
加蔗糖溶液
加清水
1、选择洋葱鳞片叶外表皮观察原因：液泡呈紫色便于观察
2、低倍镜观察；3次观察，形成前后自身对照
现象 试剂 中央液泡 原生质层 的位置 细胞大小
蔗糖溶液
清水
逐渐变小，颜色变深
逐渐变大，颜色变浅
逐渐恢复原来位置
基本不变
逐渐脱离细胞壁
基本不变
人教版必修1《分子与细胞》
探究植物细胞的吸水和失水（P63）
科学探究的一般过程
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验，
观察并记录结果
分析结果，得出结论
表达与交流
进一步探究
进行实验，
观察并记录结果
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
科学探究的一般过程
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验，
观察并记录结果
分析结果，得出结论
表达与交流
进一步探究
进行实验，
观察并记录结果
人教版必修1《分子与细胞》
探究植物细胞的吸水和失水（P63）
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。
科学探究的一般过程
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验，
观察并记录结果
分析结果，得出结论
表达与交流
进一步探究
分析结果，得出结论
人教版必修1《分子与细胞》
探究植物细胞的吸水和失水（P63）
科学探究的一般过程
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验，
观察并记录结果
分析结果，得出结论
表达与交流
进一步探究
表达和交流
人教版必修1《分子与细胞》
探究植物细胞的吸水和失水（P63）
质壁分离的原因
观察质壁分离和复原，对材料的要求：
1、内因：原生质层具有选择透过性
原生质层的伸缩性 ＞ 细胞壁的伸缩性
2、外因：外界溶液浓度 ＞ 细胞液浓度
活细胞
细胞有大液泡和细胞壁
液泡最好有颜色，便于观察
科学探究的一般过程
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验，
观察并记录结果
分析结果，得出结论
表达与交流
进一步探究
进一步探究
人教版必修1《分子与细胞》
探究植物细胞的吸水和失水（P63）
2. 如果滴加0.5 g/ml的蔗糖溶液，实验结果如何？
1. 植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？
发生质壁分离，但不能质壁分离复原。
（因为细胞已经严重失水而死亡了)
不会。（因为细胞壁具有保护和支持的作用）
3、用KNO3、NaCl等溶液做实验，会是什么现象？
KNO3等溶液的浓度大于细胞液的浓度，细胞失水，发生质壁分离，质壁分离后因细胞主动吸收K+和NO3_等溶质微粒，而使细胞液浓度增大，植物细胞又会吸水，引起质壁分离后的自动复原。
1、判断成熟植物细胞的死活
2、测定细胞液浓度范围
待测成熟植物细胞
一定浓度
蔗糖溶液
镜检
发生质
壁分离
无质壁
分离
活细胞
死细胞
待测成熟植物细胞
一系列浓度梯度的蔗糖溶液
镜检
细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的两蔗糖溶液浓度之间
人教版必修1《分子与细胞》
拓 展——质壁分离与复原实验的应用
3、比较不同植物细胞的细胞液浓度
4、比较未知浓度溶液的浓度大小
不同植
物细胞
同一浓度蔗糖溶液
镜检
发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大
同一植物的
相同成熟细胞
未知
浓度的溶液
镜检
发生质壁分离所需时间越短，未知溶液的浓度越大，反之则未知溶液的浓度越小
人教版必修1《分子与细胞》
拓 展——质壁分离与复原实验的应用
5、鉴别不同种类的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液）
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
溶质不能透过半透膜（如蔗糖溶液）
溶质能透过半透膜（如KNO3溶液）
人教版必修1《分子与细胞》
拓 展——质壁分离与复原实验的应用
人教版必修1《分子与细胞》
当堂检测
B
1. 把体积与质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液用半透膜(允许水分子和葡萄糖分子通过，不允许蔗糖分子通过)隔开(如图所示)，甲、乙两侧液面的情况及浓度关系是（ ）
A.甲侧高于乙侧
B.先甲侧高于乙侧，后甲侧低于乙侧
C.甲侧低于乙侧
D.先甲侧低于乙侧，后甲侧高于乙侧
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当堂检测
C
2. a、b、c是三个相邻细胞，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（ ）
a
c
b
a
c
b
a
c
b
a
c
b
A
B
C
D
人教版必修1《分子与细胞》
02
自由扩散和协助扩散（ P66 – P67）
人教版必修1《分子与细胞》
被动运输
像水分子这样，物质以_____________进出细胞，____________消耗细胞内化学反应所释放的________，这种物质跨膜运输方式称为_____________。被动运输分为_________和___________两类。
扩散方式
不需要
能量
被动运输
自由扩散
协助扩散
人教版必修1《分子与细胞》
自由扩散（简单扩散）
（2）方向：
从高浓度到低浓度（顺浓度梯度）
不需要转运蛋白的协助
不需能量
（3）特点：
从高浓度到低浓度（顺浓度梯度）
（4）实例：
①气体分子，如O2、CO2、N2等
②部分水
③脂溶性小分子，如甘油、脂肪酸、乙醇，苯、固醇等
（1）概念：
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式。
浓度差mmol/l 5 10 15 20 25 30
运输速率/离子·s-1 2.4 4.7 7.3 9.5 12.2 14.4
运输速率
物质浓度差
自由扩散（简单扩散）
人教版必修1《分子与细胞》
（5）影响因素:
细胞内外浓度差、温度
人教版必修1《分子与细胞》
思考 讨论
（肺泡壁、毛细血管壁为单细胞层）
4层
1. O2从肺泡腔进入血液需要穿过几层生物膜？
2. O2从肺泡腔进入组织细胞需要穿过几层生物膜？
9层
生物膜、磷脂分子层、磷脂双分子层
肺泡
O2
O2
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协助扩散（易化扩散）
（3）特点：
顺浓度梯度运输（高→低）
不需要消耗能量
（4）实例：
（1）概念：
物质在转运蛋白的协助下进出细胞的方式。
（2）方向：
从高浓度到低浓度（顺浓度梯度）
①大多数H2O通过水通道蛋白进出细胞
②葡萄糖进入红细胞
③静息电位K+外流、动作电位Na+内流
需要转运蛋白参与
浓度差mmol/l 5 10 15 20 25 30
运输速率/离子·s-1 2.4 4.7 7.3 9.5 9.5 9.5
运输速率
O
A
B
物质浓度差
速率不再上升的原因：
载体数量的限制
协助扩散（易化扩散）
人教版必修1《分子与细胞》
（5）影响因素:
细胞内外浓度差、转运蛋白的种类和数量、温度
镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助离子和一些小分子有机物顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。
人教版必修1《分子与细胞》
转运蛋白
人教版必修1《分子与细胞》
载体蛋白 通道蛋白
转运特点
自身构象
是否与转运的分子结合
是否有特异性
实例
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过
只容许与自身通道直径和形状相适配，大小和电荷相适宜的分子或离子通过
改变
不改变
不结合
结合
具有
具有
红细胞吸收葡萄糖
水分子通过水通道蛋白进出细胞
转运蛋白
人教版必修1《分子与细胞》
当堂检测
1、下图表示在一定范围内细胞膜外某物质浓度变化与该物质进入细胞膜内速度的关系，据图分析，下列说法正确的是（ ）
A.该物质进入细胞的方式是自由扩散
B.该物质通过膜时可能与载体蛋白结合
C.该物质可能是O2或甘油
D.该物质只能从浓度低的一侧向浓度高的一侧移动
B
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当堂检测
3、① 比较A和B的浓度：_______________________________
依据是__________________________________________
② 五种溶液由大到小排列：__________________________
依据是__________________________________________
A在乙失水最多，说明乙浓度大于细胞A且最大
A在丁失水，说明丁浓度大于细胞A
A在甲不变，说明甲浓度和A持平
A在戊吸收少量水，说明戊浓度稍低于A
A在丙吸收大量水，说明丙浓度远低于A
细胞液浓度A>B
乙＞丁＞甲＞戊＞丙
在同一溶液中，A吸水较多，或者失水较少
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总 结
被动运输
自由扩散
协助扩散
磷脂双分子层
载体蛋白
转运蛋白
通道蛋白
水通道蛋白
水分子进出细胞
属于
包括
穿过
借助
包括
如
被动运输
水进出细胞的原理
自由扩散和协助扩散
协助扩散
渗透现象
动物细胞的吸水和失水
植物细胞的吸水和失水
原生质层
质壁分离与质壁分离复原
特点：顺浓度梯度运输
实例：气体分子、脂溶性小分子
特点：顺浓度梯度运输，需要转运蛋白
实例：离子和小分子有机物
吸水会膨胀，甚至胀破；
失水皱缩
失水会发生质壁分离；
吸水会发生质壁分离复原
人教版必修1《分子与细胞》
总 结
自由扩散

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