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第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
知识回顾：
细胞膜有哪三大功能？
1.将细胞与外界环境分隔开
3.控制物质进出细胞
2.进行细胞间的信息交流
三大功能

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，会出现漏斗液面升高的现象。
玻璃纸是一种半透膜，水分子可以透过它，而蔗糖分子则不能。
1
2
3
清水
玻璃纸
(半透膜)
蔗糖溶液
渗透装置
蔗糖分子
水分子
5
4
讨论：
1.漏斗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？
水分子能透过半透膜而蔗糖分子不能；烧杯中清水的水分子含量比蔗糖溶液中的水分子含量高，水透过半透膜进入漏斗内的速度比从漏斗中出来的速度快。
不会；漏斗中的液面上升的高度产生的压力，将加快水出来扩散速度，最终平衡，液面高度不上升。
2.如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管的液面还会升高吗？
不会；纱布孔隙大，蔗糖分子可自由通过。
3.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，液面高度如何变化？
液面不会升高，膜两侧浓度相同，水分子进出平衡。
渗透作用
1.概念：
水分子（或其它溶剂分子）通过半透膜的扩散。
半透膜：一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的薄膜的总称。
2.渗透作用发生的条件：
（1）需要有半透膜
（2）半透膜两侧溶液要有浓度差
思考1：细胞膜是否相当于一层半透膜？
如果细胞吸水胀破或失水皱缩，则说明细胞也能发生渗透作用，也说明细胞膜也相当于一层半透膜。
如果将装置中的漏斗换成动物细胞,还会不会渗透吸水？
细胞质（蔗糖溶液）
细胞膜（半透膜）
清水
一、水进出细胞的原理
红细胞可以看作一个渗透装置
1.水进出动物细胞的原理
清水
10% NaCl
0.9% NaCl
细胞吸水膨胀
细胞失水皱缩
细胞形态不变
外界溶液水分子多
1.水进出哺乳动物红细胞
外界溶液水分子少
外界溶液浓度
=细胞质浓度
实验结果
动物细胞发生了渗透作用
细胞膜相当于半透膜
结论
结果分析
推论：整个红细胞相当于一个渗透装置，水分通过渗透作用进出红细胞。
动物细胞吸水胀破
2.红细胞中细胞膜是否相当于半透膜？
思考·讨论： 水进出哺乳动物红细胞的原理
4.红细胞吸水或失水的多少取决于什条件？
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？
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？
5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？
不能，血红蛋白是大分子物质；相当于蔗糖分子。
相当于一层半透膜，因为大分子不能通过，小分子可过。
不一定,要看浓度差大小.
取决于红细胞内外的浓度差。
生理盐水的渗透压与红细胞的渗透压相当，水分进出平衡，维持红细胞的正常形态。
为什么以哺乳动物的成熟红细胞为实验材料？
哺乳动物的成熟红细胞，没有细胞核及细胞器，避免细胞核及各种具膜的细胞器对细胞吸水、失水的影响。
哺乳动物的红细胞具有运输氧气的功能，其内部有大量的血红蛋白。
植物细胞内的液体环境主要是指
液泡中的细胞液
2.水进出植物细胞的原理
思考2：水又是怎样进出植物细胞的呢？
细胞膜
液泡膜
两膜间细胞质
中央
大液泡
水
水
细胞壁（全透性）
细胞液
原生质层
成熟的植物细胞模式图
细胞壁：纤维素和果胶组成
具有全透性，伸缩性小，不影响水分的运输。
1
2
3
4
5
细胞液
液泡膜
细胞质
细胞膜
细胞壁
原生质层
清水

类比学习
水分进出细胞要经过原生质层，原生质层是否相当于半透膜？
思考：
1、细胞壁对水的运输有无影响？
2、原生质层是否相当于一层半透膜呢？
植物细胞与动物细胞有明显区别，植物有细胞壁，它对水分子是全透性的，且伸缩性较小，起支持和保护作用。
成熟的植物细胞有大液泡（含细胞液）；细胞膜和液泡膜以及两膜之间的细胞质称之为原生质层；水进出细胞主要是指水经过原生质层进出液泡。
提出问题：
１.水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？
２.原生质层是否相当于一层半透膜？
作出假设：
原生质层相当于一层半透膜。
实验设计思路：
当外界溶液浓度高于细胞液浓度时，细胞就会失水；当外界溶液浓度低于细胞液浓度时，细胞就会吸水；
预测：
探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水
细胞通过渗透作用吸水或失水，液泡的大小、颜色会变化；原生质层与细胞壁会分离或复原。
参考案例：某同学的设计方案
提出问题：
作出假设：
设计实验：
原生质层相当于半透膜吗？
原生质层相当于半透膜
将植物细胞浸润在较高浓度蔗糖溶液中，观察其大小变化；再将细胞浸润在清水中，再观察其大小变化
在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，有质壁分离；在清水中植物细胞的中央液泡会变大，质壁分离复原。
进行实验
分析结果
表达与交流
设计方案
预期结果
（设计记录表格按预定方案进行实验）
（分析实验结果，得出结论：……）
（总结，写实验报告并适当交流）
3.探究植物细胞的吸水和失水
实验目的：
提出问题：
做出假设：
设计实验：
探究水分进出植物细胞是否通过渗透作用
水分通过渗透作用进出植物细胞
原生质层是一层半透膜吗？
原生质层相当于一层半透膜
将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再浸润在清水中，观察其大小的变化。
（一）实验器材：刀片、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、
吸水纸、显微镜
紫色洋葱鳞片叶
质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液、清水。
④进行实验：
（二）实验材料及试剂
1、滴清水
2、取材
3、平展
4、盖盖玻片
制片
　　　
5、显微观察：先低倍后高倍
6、滴0.3g/mL蔗糖溶液观察
　　7、滴清水再观察
观察
（三）方法步骤
滴入清水时，又出现
质壁分离复原的现象。
滴入0.3g/ml蔗糖溶液时，出现质壁分离的现象。
实验结果：
植物细胞因为失水收缩，原生质层与细胞壁发生分离的现象。
发生质壁分离的植物细胞因吸水膨胀，恢复为原来的状态。
由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由通过，而蔗糖分子不能通过。因此在较高浓度的蔗糖溶液中，植物细胞失水，液泡会缩小；在清水中植物细胞吸水，液泡又会变大。

中央液
泡大小
原生质层
的位置
液泡的颜色
在蔗糖
溶液中
在清
水中
逐渐变小
逐渐恢复
原来大小
逐渐与细胞壁复原
与细胞壁发生分离
变浅
变深
记录实验结果
分析结果，得出结论：
1.植物细胞质壁分离现象
细胞失水时细胞壁和原生质层都会出现一定程度的收缩,但原生质层的伸缩性更大,故原生质层会与细胞壁发生分离。
外界溶液浓度 细胞液的浓度，细胞渗透失水
>
外界溶液浓度 细胞液的浓度，细胞渗透吸水
<
2.植物细胞质壁分离复原现象
原生质层相当于一层半透膜；
植物细胞相当于渗透装置。
实验结论：
实验材料应选用细胞颜色较深、活的、有中央大液泡的植物细胞，以便于观察、效果明显。
使用的溶液浓度不能过高，观察时间不要太长（防止细胞失水过多而死亡）。
原核生物不会发生质壁分离。原因是相当多的“原核生物”虽然有细胞壁，但通常无大液泡。
水进出植物细胞是指水经过原生质层进出液泡。
【归纳提升】
探究实验基本思路：
1、提出问题
2、作出假设
3、设计实验
4、进行实验
5、分析结果，得出结论
6、表达和交流
7、进一步探究
【归纳总结】
（1）判断植物细胞的死活：
能发生质壁分离的是活细胞,反之亦然。
（2）测定植物细胞的细胞液浓度范围；
约有50%细胞发生质壁分离的浓度。
（3）农业生产中的水肥管理；
合理浇水、施肥
（4）生活中杀菌、防腐、腌制食品。
用高浓度盐水处理，使细菌失水死亡。
拓展：渗透作用原理的运用
二、被动运输
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，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
自由扩散
协助扩散
被动运输
扩散的速率：气体中最快，液体中次之，固体中最慢；浓度差越大、温度越高、参与的粒子质量越小，扩散的速率越快。
1.自由扩散
（1）定义：物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式。
（2）特点：
①从高浓度到低浓度
（顺浓度梯度）
②不需要转运蛋白
③不需要消耗能量
（3）实例：
气体：O2、CO2、N2 等
脂溶性分子：甘油、乙醇、苯、尿素等
浓度差
运输速率
0
细胞外
细胞内
小分子物质
细胞膜
物质通过简单的扩散作用进出细胞
自由扩散：
借助膜上转运蛋白进出细胞的物质扩散。
（2）特点：
①从高浓度到低浓度
（顺浓度梯度）
②需要转运蛋白
③不需要消耗能量
（3）实例：
水通过细胞膜；
葡萄糖进入红细胞；
钾离子进入神经细胞。
２.协助扩散
（有专一性）
浓度差
运输速率
B
A
C
（1）概念：
协助扩散：
细胞外
细胞内
细胞膜
载体蛋白
进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散
3. 转运蛋白
（1）定义：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。
（2）类型：载体蛋白和通道蛋白
载体蛋白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。
通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小电荷相适宜的分子或离子通过。分子可离子通过通道蛋白时，不需要与通道结合。
常见的通道蛋白：
水通道蛋白
钾离子通道蛋白
水分子很小，不带电荷但具有极性，尽管能够以自由扩散过膜，但是更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。
自由扩散
协助扩散
影响跨膜运输的因素有哪些？
影响自由扩散的因素:细胞膜内外物质的浓度差。
影响协助扩散的因素:细胞膜内外物质的浓度差；
细胞膜上载体蛋白的种类和数量。
P点后速率受载体蛋白数量限制
？
【归纳提升】被动运输的比较
运输方向
载体
能量
举例
自由扩散
协助扩散
顺浓度梯度
高浓度 低浓度
顺浓度梯度
高浓度 低浓度
不需要
需要
不消耗
不消耗
O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯
葡萄糖进入红细胞
小 结：
实例：水进出细胞的原理

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