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第4章 细胞的物质输入和输出
第1节第1课时
被动运输
问题探讨
在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸(又叫赛璐玢，是一种半透膜)，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，观察现象。
1.过一段时间后，漏斗液面会如何变化？为什么会出现上述现象？
2.若用一层纱布代替玻璃纸，还会出现上述现象吗？
3.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
讨论
1.过一段时间后，漏斗液面会如何变化？为什么会
出现上述现象？
2.若用一层纱布代替玻璃纸，还会出现上述现象吗？
3.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？
讨论
漏斗液面会上升。
出现上述现象的原因是进入漏斗的水分子数多于从漏斗出来的水分子数。
不会。因为纱布孔径大，蔗糖分子，水分子均可以自由通过，漏斗管内外液面高度相等。
漏斗管内液面不会变化。
一.渗透作用
1.定义：水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半
透膜进入高浓度溶液中的现象。
A组
细导管
初始液面
蔗糖溶液
清水
半透膜
细导管
初始液面
蔗糖溶液
清水
纱布
细导管
初始液面
蔗糖溶液
相同浓度蔗糖溶液
半透膜
B组
C组
2.发生条件：
液面不再上升
①半透膜
②膜两侧存在浓度差
拓展思考
1.漏斗管内液面是否会无限上升？
2.待漏斗中液面不再上升，是否漏斗内外浓度相等？
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。
不相等，且漏斗内浓度>漏斗外
S1溶液> S2溶液
渗透平衡≠浓度相等
在渗透平衡时，出现高度差则液面高的一侧溶液浓度更高
渗透平衡
S2溶液(烧杯)
S1溶液(漏斗)
因烧杯溶液引起的进入漏斗的水分子数(n)
因漏斗溶液引起的出漏斗的水分子数(m1)
因水柱压强引起的出漏斗的水分子数(m2)
n=m1+m2
拓展思考
3.如果烧杯中不是清水，而是相同质量分数的葡萄
糖溶液，且半透膜只允许水通过，结果会怎样？
漏斗液面会下降。
5%蔗糖
5%葡萄糖
①若半透膜只允许水分子和单糖分子通过，刚开始与最终液面高低情况分别是什么？
②若半透膜只允许水分子通过在左侧加入适量蔗糖酶(不计入溶度)，最终液面会怎样变化？
刚开始时a低于b，最终a高于b
最终a高于b
在渗透过程中，浓度指的是摩尔浓度
二.动物细胞的吸水与失水
吸水膨胀
失水皱缩
动态平衡
讨论
1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？
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？
3.当外界浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
4.红细胞吸水或失水多少取决于什么条件？
不能
由图可知水分子可以进出，蛋白质分子不能，说明细胞膜是一种半透膜。
不一定，可能吸水膨胀。
取决于膜两侧的浓度差。
内>外
内<外
内=外
细胞膜是一种半透膜，细胞的吸水与失水即是渗透作用
半透膜
选择透过性膜
概念
特点
材料
指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜
指水分子能自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过的生物膜
透过的依据是分子或离子的大小，不具有选择性
膜上的蛋白质决定了一些分子可以通过，另一些分子不能通过，具有选择透过性
玻璃纸、动物膀胱、鱼鳔、花生种皮等
细胞膜、液泡膜和由其构成的原生质层等
半透膜和选择透过性膜比较
蔗糖分子
半透膜
水分子
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，这种物质跨膜运输的方式称为被动运输。
三.自由扩散与协助扩散
资料1：CO2 ，O2在肺泡中与血
液的交换示意图。
资料2：人工合成脂双层和细胞膜的区别
气管、支气管不断分支，最终形成肺泡
人工合成脂双层
细胞膜示意图
三.自由扩散与协助扩散
资料3：科研人员对同种物质在人工膜和生物膜中的透性做了比较，如图。
气体和甘油对人工膜和生物膜透性相同，它们通过扩散作用进出细胞
O2\CO2\N2\苯
H2O、尿素、甘油
葡萄糖\蔗糖
带电离子
不带电非极性小分子
不带电荷的极性小分子
大的不带电荷的极性分子
H+\Na+\k+\Ca2+\Mg2+
请据图分析气气体和甘油是如何进出细胞的
三.自由扩散与协助扩散
1.自由(简单)扩散：
物质通过简单扩散作用顺浓度梯度进出细胞。
举例：
气体分子,乙醇,甘油,苯,脂质,尿素等。
特点：
●顺浓度梯度运输:高→低
●不需能量
●不需转运
蛋白
影响因素：
细胞内外物质的
浓度差。
运输速率
物质的浓度
此处浓度指运输小分子物质本身的浓度，而不是溶液浓度。
三.自由扩散与协助扩散
资料4：水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们以自由穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。
资料5：20世纪80年代，科学家又从蚕豆保卫细胞中检测出K+的通道。1998年，美国科学家麦金农（R.Mackinon）解析了K+通道蛋白的立体结构。
钾离子通道模式图
2.协助(易化)扩散：
进出细胞的物质借助转运蛋白的顺浓度梯度的运输。
举例：
①红细胞吸收葡萄糖；
②神经细胞吸收Na+或者排出K+。
特点：
●从高浓度到低浓度
●需要转运蛋白协助
●不消耗能量
影响因素：
a.细胞内外物质的浓度差
b.转运蛋白的数量
物质的浓度
运输速率
A
B
(转运蛋白的数量有限)
1.载体蛋白：
转运蛋白的类型
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变。
2.通道蛋白：
只容许与自身通道直径和形状相匹配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过；不需要与分子或离子结合。
知识拓展
——水通道蛋白的研究
近年来，研究者发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高。肾小管和集合管可以短时间内大量重吸收原尿中的水分，泪腺细胞可以瞬间产生大量的泪水，这些现象很难用简单的自由扩散来解释。因此人们推测，水的跨膜转运应该还存在其他的转运机制。
①1988年Agre在分离纯化红血球细胞膜上的Rh血型抗原时,发现
了一个疏水性跨膜蛋白,称为CHIP28。
②1991年,Agre将CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾卵中，在低渗溶
液中,卵迅速膨胀,并于5 分钟内破裂,纯化CHIP28置入脂质体,也
得到同样结果。
③这一发现揭示细胞膜上确实存在水通道，Agre因此与离子通道
的研究者Roderick MacKinnon共享2003年诺贝尔化学奖。
水通道蛋白(Aquaporin)
又名水孔蛋白，是一种位于细胞膜上的蛋白质,
在细胞膜上组成“孔道”,可特异性控制水在细胞的
进出。
课程小结
第4章 细胞的物质输入和输出
第1节第2课时
被动运输
四.植物细胞的吸水与失水
在未形成液泡的细胞中亲水物质(蛋白质、淀粉等)吸水并使其膨胀的现象。
1.植物细胞的吸水方式：
①吸胀吸水：
如：风干的种子，分生组织细胞。
②渗透吸水：
成熟植物细胞。
2.成熟植物细胞的结构：
细胞壁
细胞膜
液泡膜
两膜之间的细胞质
细胞液
原生质层
3.成熟植物细胞的吸水与失水实验
(1)提出问题:
植物在什么情况下失水？
(2)作出假设:
原生质层是半透膜，当细胞液浓度小于外界溶液时，细胞会失水。
(3)实验设计:
将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察大小的变化；再浸润在清水中，观察其大小的变化。
a.方案:
b.预期结果:
在蔗糖溶液中，植物细胞的中央液泡会____；在清水中植物细胞的液泡又会______。
缩小
膨胀
(4)实验过程:
0.3g/ml的蔗糖溶液，清水
①实验材料与试剂
材料：
洋葱鳞片叶外表皮细胞(优点：活细胞，有细胞壁，有大液泡且液泡含有颜色)。
试剂：
②实验步骤
制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片
用低倍显微镜观察
有一个紫色的中央大液泡
原生质层紧贴细胞壁
0.3g/mL的蔗糖溶液(重复几次)
吸水纸吸引
盖玻片
用低倍显微镜观察
盖玻片
用低倍显微镜观察
吸水纸吸引
清水(重复几次)
中央液泡逐渐变小，颜色变深
原生质层与细胞壁逐渐分离
中央液泡逐渐变大，颜色变浅
原生质层逐渐紧贴细胞壁
引流法
质壁分离
质壁分离复原
(5)实验结果:
蔗糖溶液
中央液泡大小
原生质层的位置
细胞大小
变小
原生质层脱离细
胞壁
清水
逐渐恢复原来大小
原生质层紧贴细胞壁
基本
不变
基本
不变
原生质层相当于半透膜
实验结论
问题思考
1、植物细胞为什么发生质壁分离、复原的现象？
a、原生质层相当于半透膜；
b、原生质层的伸缩性大于细胞壁；
c、细胞液具有一定浓度，能与外界溶液形成浓度差。
2、在质壁分离实验中，质和壁分别指的是什么？
质：原生质层；壁：细胞壁
3、质壁分离后在细胞壁与细胞膜之间的是什么液体？
细胞外液
内因
外因
问题思考
4、试剂若用0.5g/ml的蔗糖溶液，对实验有何影响？若
用0.03g/ml的蔗糖溶液呢？
5、若将蔗糖溶液换成KNO3实验结果会有什么不同？若
用酒精、盐酸、醋酸溶液呢？
蔗糖浓度过高，洋葱表皮细胞失水过多而死亡，无法发生复原现象；
蔗糖浓度过低，无法发生质壁分离。
由于K+、NO3-是植物生长所需，可以进入细胞，最终会发生质壁分离且自动复原，类似效应的物质还有葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇、脂溶性物质甘油等；
细胞死亡，无现象。
问题思考
6、本实验有独立对照组吗？是否需要另设对照？
7、若用洋葱内表皮细胞是否会发生质壁分离？除了洋葱
还可以选择其他材料完成此实验吗？
没有，形成自身前后对照。
也会。但是现象无法观察。
若要用洋葱内表皮细胞完成此实验，可以对细胞外液进行染色。
可以选择其他液泡有色素的细胞：如花瓣细胞；
或者液泡没有色素但叶绿体丰富的细胞。
问题思考
8、请根据下图判断此时细胞内外浓度差异。
①若处于质壁分离过程：
②若下刻细胞保持不变：
③若处于质壁分离复原过程：
细胞外液>细胞液
细胞外液=细胞液
细胞外液<细胞液
细胞外液=细胞液
细胞外液<细胞液
(6)质壁分离与复原实验的拓展应用:
a.判断成熟植物细胞的死活
b.测定细胞液浓度范围
(6)质壁分离与复原实验的拓展应用:
c.比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度
d.鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)
(6)质壁分离与复原实验的拓展应用:
e.比较未知溶液浓度大小
比较刚刚发生质壁分离所用时间的长短
f.比较细胞的年龄
成熟细胞年龄越大，发生质壁分离所需时间越长。
五、细胞失水与吸水原理的应用
1、合理灌溉；
2、盐碱地植物不易成活，烧苗；
3、糖渍、盐渍食物不易变性；

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