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高中生物学
（苏教版2019）
第二章 细胞的结构和生命活动
第3节 物质进出细胞的运输方式
第1课时 细胞质膜具有选择透过性
课标内容
1.阐明细胞质膜具有选择透过性。
2.结合探究实验，分析理解细胞吸水和失水的过程及原理的应用。
下面的文字摘自治疗某高血压药物说明书：“本品为二氢吡啶类钙通道阻滞剂，抑制血管平滑肌和心肌细胞的跨膜钙离子内流，但以血管作用为主。本品引起冠状动脉、肾小动脉等全身血管的扩张，产生降压作用”。许多药物都是针对细胞质膜上物质运输的通道研发的。原因是：细胞是一个开放的系统，系统的边界——细胞质膜不仅是将细胞内外隔开的屏障，也是控制物质进出细胞的门户。细胞质膜是怎样控制物质输入和输出的呢？不同的物质跨膜运输的方式一样吗？这与细胞质膜的结构有什么关系呢？
01
水进出细胞的原理
水进出细胞的原理
清水中（低渗溶液）
生理盐水（等渗溶液）
浓盐水（高渗溶液）
1
2
3
清水
玻璃纸
(半透膜)
蔗糖溶液
蔗糖分子
水分子
5
4
渗透系统装置
半透膜：是一类可以让小分子物质通过（如水分子），而较大分子物质（如蔗糖）不能通过的一类多孔性膜。比如：
玻璃纸，肠系膜，蛋壳膜，鱼鳔等
渗透系统装置
观察教材中的渗透示意图2－3－2，
思考下列问题：
(1)漏斗管内的液面为什么会升高？如果漏斗足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
科学探究------------渗透现象
由于单位时间内透过半透膜进入
长颈漏斗的水分子数量多于渗出的的水分子数量。
不会
半透膜两侧浓度差逐渐减小，透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量与渗出的的水分子数量趋于相等（此时当静水压和渗透压相等）
(2)当液面不再升高时，长颈漏斗内外液体的浓度相等吗？此时还有水分子通过半透膜吗？
不相等。当水分子进出达到动态平衡时，长颈漏斗中溶液浓度仍高于烧杯中的液体浓度。
有
科学探究------------渗透现象
(3)如果烧杯中是10%蔗糖溶液，结果会怎样？如果将图中的半透膜换成纱布，还会出现图中所示的实验结果吗？渗透平衡的实质是什么？
漏斗中的液面将保持不变；
不会
渗透平衡只意味着半透膜两侧的水分子进出达到平衡状态，既不可看作没有水分子进出，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。
具有半透膜且半透膜两侧溶液存在渗透压差。
(4)分析上述装置出现渗透现象的条件有哪些？
科学探究------------渗透现象
低浓度溶液
渗透作用的原理
渗透作用的概念：
②半透膜的两侧的溶液具有浓度差。
渗透作用发生的条件：
①半透膜
渗透方向：
________（或其他______分子）透过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散
高浓度溶液
水分子
溶剂
水分子多
水分子少
（物质的量浓度）
条件一：半透膜
条件二：半透膜的两侧的溶液具有浓度差
渗透作用的原理解释红细胞在不同浓度溶液中的状态
动物细胞的细胞质膜相当于半透膜。
细胞质的浓度与外界溶液浓度可以具有浓度差
成熟的动物细胞与成熟的植物细胞在结构上的区别？
？
细胞壁（全透性）
细胞质膜
细胞质
液泡膜
原生质层
植物细胞壁对于水和大部分溶质是通透的，且伸缩性比较小
提示：
水分进出植物细胞主要是指水经过原生质层进出液泡，这一点与动物细胞有所区别
细
胞
液
成熟的植物细胞模式图
（具有一定的浓度）
条件一：
原生质层相当于半透膜
外界溶液
条件二：原生质层两侧细胞液与外界溶液存在浓度差
过程 条件
吸水 外界溶液的渗透压____细胞液的渗透压
失水 外界溶液的渗透压____细胞液的渗透压
平衡 外界溶液的渗透压____细胞液的渗透压
＜
＞
＝
成熟的植物细胞吸水与失水的条件
02
观察植物细胞的质壁分离和复原现象
实验原理
②当细胞液浓度小于外界溶液浓度溶液，会渗透失水，发生质壁分离；当细胞液浓度大于外界溶液浓度溶液，会渗透吸水，发生质壁分离的复原；
③原生质层比细胞壁的伸缩性大
质壁分离实质：
原生质层与细胞壁分离
植物细胞的质壁分离和复原现象
①成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜
洋葱鳞片叶外表皮细胞
① 0.3g/mL的蔗糖溶液
②清水
材料用具
植物细胞的质壁分离和复原现象
实验步骤
盖上盖玻片，制成紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片
1
2
3
4
滴清水
撕取洋葱鳞片叶外表皮
低倍镜观察
撕取洋葱鳞片叶时要不带叶肉且不宜过大，避免制作装片时出现重叠和气泡，撕取后要放入载玻片上的清水中，展平
植物细胞的质壁分离和复原现象
实验步骤
5
6
低倍镜观察
在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引
中央液泡逐渐变小，颜色变深,原生质层与细胞壁逐渐分离;细胞大小基本不变。
引流法
植物细胞的质壁分离和复原现象
实验步骤
5
6
低倍镜观察
在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，
在另一侧用吸水纸吸引
中央液泡逐渐变小，颜色变深,原生质层与细胞壁逐渐分离;细胞大小基本不变。
7
8
在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引
低倍镜观察
中央液泡逐渐变大，颜色变浅,原生质层逐渐恢复到贴近细胞壁;细胞大小基本不变。
植物细胞的质壁分离和复原现象
正常状态
细胞大小
0.3g/mL蔗糖溶液
清水中
观察到的图像
液泡大小变化
原生质层位置
逐渐变小
原生质层逐渐脱离细胞壁
逐渐变大，恢复原来大小
原生质层逐渐 贴近细胞壁
正常大小
原生质层 紧贴细胞壁
实验结果
正常大小
正常大小
正常大小
实验结论：植物细胞的__________相当于一层半透膜，植物细胞是通过__________吸水和失水的。
原生质层
渗透作用
植物细胞的质壁分离和复原现象
特别提醒
质壁分离发生的原因
选择透过性
伸缩性
大于
植物细胞的质壁分离和复原现象
特别提醒
自身对照是指对照组和实验组在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照
第一次对照
滴加蔗糖溶液
滴加清水
第二次对照
质壁分离
质壁分离复原
三次观察两次对照
植物细胞的质壁分离和复原现象
注意事项
1、材料选择
活细胞
有细胞壁
有大液泡
紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞
紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞
紫色洋葱鳞片叶内表皮是成熟的植物细胞，含有大液泡，能发生质壁分离及复原，但液泡无色，直接观察现象不明显
洋葱鳞片叶外表皮细胞有大液泡
液泡中有色素，便于观察
植物细胞的质壁分离和复原现象
注意事项
1、材料选择
活细胞
有细胞壁
有大液泡
紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞
黑藻叶片
黑藻是高等植物细胞，含有大液泡（无色）和大而清晰的叶绿体，能观察到质壁分离及复原现象
植物细胞的质壁分离和复原现象
注意事项
1、材料选择
活细胞
有细胞壁
有大液泡
紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，成熟的叶肉细胞（如黑藻叶片）
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、引流的目的
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。
4、外部溶液浓度
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，浓度过高会导致细胞失水过多而死亡
植物细胞的质壁分离和复原现象
03
细胞质膜对不同物质的通透性不同
O2、CO2
尿素
乙醇
葡萄糖
极性分子
细胞质膜对不同物质的通透性不同
选择透过性
生物膜的功能特性：
1.植物细胞吸水和失水的原理是渗透作用，渗透作用的必要条件之一是具有半透膜，植物细胞在渗透吸水和失水过程中的半透膜是由哪几个部分组成？
质壁分离与复原过程模式图
提示：植物细胞渗透吸水或失水过程中的半透膜是原生质层，由细胞质膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质组成。
情境探疑
2.如果图中的细胞是根尖分生区的细胞，还会出现图中的质壁分离和复原现象吗？为什么？
提示：不会，因为只有成熟的植物细胞(具有中央大液泡的细胞)才会发生质壁分离和复原现象，根尖分生区细胞无中央大液泡，不属于成熟的植物细胞。
质壁分离与复原过程模式图
情境探疑
3.如图是在0.3 g/mL的蔗糖溶液中进行质壁分离的紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，请分析：
(1)当质壁分离停止时，c中的液体是__________，
b与c的浓度______ (填“相等”或“不相等”)。质壁分离的过程中，b的体积和颜色如何发生变化？
提示：b的体积逐渐变小，颜色逐渐加深。
(2)实验时一定要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞吗？
提示：不一定。但紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中含有色素，呈现紫色，便于观察。
蔗糖溶液
相等
情境探疑
(3)本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度
过高或过低对实验有何影响？
提示：选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，既明显出
现质壁分离现象，又不会杀死细胞。若浓度过高，
细胞会因失水过多而死亡，不能再进行质壁分离
复原；若浓度过低，不能引起质壁分离或质壁分离现象不明显。
(4)若用合适浓度的KNO3溶液进行该实验，结果会发生质壁分离与复原吗？
提示：开始时外界溶液浓度较大，细胞发生质壁分离；细胞主动吸收K＋和NO3-后，随着细胞液浓度增大，质壁分离后又会自动复原。
情境探疑
1.质壁分离及复原发生的条件分析
名师归纳
例1 半透膜对淀粉和葡萄糖的通透性不同(如图1)。图2设计的是证明图1物质扩散成立的实验装置。下列有关叙述正确的是(　　)
D.图乙中水柱b将先上升后下降
A.图甲中水柱a将持续上升
B.图甲中水柱a将保持不变
C.图乙中水柱b将保持不变
典例应用
例2 将动、植物细胞放入清水中会出现下图所示现象。下列有关叙述错误的是(　　)
C.红细胞破裂，说明红细胞质膜没有选择透过性
A.过程①②都有渗透作用的发生
B.过程①②中水分子运动都是双向的
D.动物细胞与植物细胞形态变化差异的原因与其结构有关
典例应用
例3 (多选)某同学用紫色洋葱鳞片叶表皮做实验材料，观察到甲、乙两个图像。下列叙述错误的是(　　)
A.直接用高倍镜观察表皮细胞，可以节省实验时间
B.用紫色洋葱内、外表皮做实验材料，实验效果相同
D.清水处理质壁分离的细胞，一定会发生质壁分离复原
C.0.3 g/mL蔗糖溶液处理实验材料，观察到的是图像乙
典例应用
例4 在“观察植物细胞的质壁分离和复原现象”的实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮临时玻片进行了三次观察(如下图所示)。下列有关叙述错误的是(　　)
D.用质量浓度为0.5 g/mL的蔗糖溶液完成该实验，效果更好
A.第二次使用吸水纸的作用是引导清水在盖玻片下流动，使植物细胞完全浸润在清水中
B.若第一次滴加的液体是适宜浓度的乙二醇，不用滴加清水也能观察到质壁分离的复原
C.第一次显微镜观察主要是观察紫色液泡的相对大小以及细胞质的分布情况
典例应用
A.甘油的脂溶性小于甲醇，细胞质膜对乙醇的通透性高于甲脲
C.一般来说，油/水分配系数越大的物质，越容易通过细胞质膜
D.据图可知，一般情况下脂溶性越强的物质越容易通过细胞质膜
例5 科学家研究了细胞质膜对水、尿素、甲脲和甘油等多种物质的通透性，得到如右图所示的实验结果。下列相关叙述错误的是(　　)
B.水分子的油/水分配系数较低，细胞质膜对其通透性也较低
(注：油/水分配系数能反映物质在油水两相中的分配情况。系数越大，说明物质越亲油，即脂溶性强；系数越小，越亲水，即水溶性强)
典例应用
例6 用相同的培养液分别培养水稻和番茄，一段时间后测定培养液中各种养分的含量。右图表示实验结束时培养液中各种养分的浓度占实验开始时浓度的百分比，根据测定的结果可推知(　　)
A.番茄和水稻对离子的吸收均具有选择性
B.水稻培养液中Mg浓度增加是根细胞分泌的结果
C.植物细胞对离子的吸收和对水的吸收是成正比的
D.番茄吸收Si的量比水稻吸收Si的量多
典例应用
思维导图 晨读必背
1.原生质层包括细胞质膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
2.植物细胞发生质壁分离的原因：原生质层具有选择透过性、外界溶液的渗透压大于细胞液渗透压、原生质层的伸缩性大于细胞壁的。
3.水分子从溶质分子相对较少的区域向溶质分子相对较多的区域扩散。
4.细胞内的其他细胞器膜和细胞质膜一样，都是选择透过性膜。
课堂小结
1.达到渗透平衡时，半透膜两侧的水分子进行的是双向运动。( )
2.动物细胞和植物细胞放在蒸馏水中都会吸水涨破。( )
3.原生质层由细胞壁、细胞质膜、液泡膜及所有细胞质组成。( )
4.质壁分离的过程中，细胞的失水速率逐渐加快。( )
5.植物细胞吸水停止时，细胞液渗透压等于外界溶液渗透压。( )
√
×
×
×
×
自查自纠
1.将成熟的植物细胞放在溶液中能构成一个渗透系统，主要原因是(　　)
A.液泡膜内外溶液有渗透压差
C.细胞壁是全透性的
D.水分可以自由出入细胞
B.原生质层相当于一层半透膜
随堂检测
B.水分子由半透膜外进入半透膜内的速率变化可用曲线乙表示
C.漏斗管内的液面高度变化可用曲线丙表示
D.半透膜内外溶液的浓度差可用曲线乙表示
2.右图甲是渗透作用装置示意图，乙、丙两曲线图的横坐标代表时间，下列叙述错误的是(　　)
A.图甲所示装置中漏斗内溶液的浓度变化可用曲线丙表示
随堂检测
3.如图为三个洋葱表皮细胞分别放在同一种外界溶液浓度中的状态，据图判断，三个洋葱表皮细胞原细胞液浓度(　　)
A.c>a>b C.a>b>c D.c>b>a
B.b>a>c
随堂检测
4.(多选)质壁分离和质壁分离复原是某些生物细胞响应外界水分变化而发生的渗透调节过程。下列叙述错误的是(　　)
A.施肥过多引起的“烧苗”现象与质壁分离有关
B.质壁分离过程中，细胞质膜可局部或全部脱离细胞壁
C.质壁分离复原过程中，细胞的吸水能力逐渐增大
D.1 mol/L NaCl溶液和1 mol/L蔗糖溶液的渗透压大小相等
随堂检测
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