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(共51张PPT)
第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
第1节
被动运输
问题探讨P62
1. 漏斗管内液面为什么会升高？
2．如果用一层纱布替代玻璃纸，漏斗管内液面还会升高吗？
提示：
由于蔗糖溶液中水的相对含量（单位体积中的水分子数）比烧杯中的水的含量低，因此，烧杯中的水进入到漏斗中的速度相对更快，导致漏斗中水量增加，液面上升。
提示：
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。
第1节
被动运输
问题探讨P62
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？
4.在该实验中，漏斗内的液面会不断升高吗？
提示：
单位时间透过玻璃纸进出水分子量相同，故漏斗管液面不变。
提示：
不会。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。
细胞生活在一个液体环境，细胞与环境的物质交换必须通过细胞膜。细胞内外的物质含量有很大差别，这与细胞膜的功能——控制物质进出密切相关。不同物质跨膜运输的方式相同？水是活细胞中含量最多的物质，水又是如何进出细胞？
今天我们将深入学习被动运输。
一、水进出细胞的原理
第1节
一、水进出细胞的原理
被动运输
扩散
将一滴红墨水滴入一杯清水中，一段时间后清水很快就变成了红色。这是为什么？
提示：
这是溶质分子在水中扩散的结果。
物质从相对高浓度区域移动到低浓度区域的过程，称为扩散。
第1节
一、水进出细胞的原理
被动运输
渗透作用
“问题探讨”所展示的漏斗管内的液面在一段时间后会上升到一定高度停止，原因是烧杯中的水进入到漏斗中的速度相对更快，导致漏斗中水量增加，液面上升。
提示：
烧杯中的溶剂——水分子通过半透膜向漏斗内扩散的结果。
第1节
一、水进出细胞的原理
被动运输
1.渗透作用
水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为渗透作用。
概念
①半透膜；
②两侧存在浓度差；
条件
①水分子的角度分析：【水的相对含量高】的一侧→【水的相对含量低】的一侧。
方向
提示：※浓度差——溶质颗粒的物质的量浓度，不是质量浓度。
微观——水分子在半透膜两侧，双向运动。
第1节
一、水进出细胞的原理
被动运输
1.渗透作用
水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为渗透作用。
概念
①半透膜；
②两侧存在浓度差；
条件
②从溶质的角度分析：
【低】浓度溶液→【高】浓度溶液
方向
提示：※浓度差——溶质颗粒的物质的量浓度，不是质量浓度。
第1节
一、水进出细胞的原理
被动运输
1.渗透作用
水分子可以通过半透膜进行双向运动，直到水分子进出速率达到动态平衡。
结果
提示：
※【渗透平衡≠浓度相等】。
渗透平衡前：S2溶液 > S1溶液；
渗透过程中：S2溶液↓、S1溶液↑；
渗透平衡后：S2溶液 > S1溶液；
平衡后S1与S2的浓度差产生的吸水力与高度差的重力相等，S1与S2的浓度差越大，高度差就越大。
第1节
一、水进出细胞的原理
被动运输
装置
1.渗透作用
渗透作用的三个误区
(1)半透膜两侧的水分子进行的是双向运动，而不是单向运动，观测到的现象是由双向水分子运动的差别所导致的液面改变。
(2)当半透膜两侧的溶液达到平衡时，是指两侧的水分子运动达到平衡，而两侧溶液的浓度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。
(3)水分子通过半透膜由低浓度溶液→高浓度溶液扩散。此处的浓度是指物质的量浓度，是单位体积中微粒的多少，不是质量分数。
渗透作用发生条件的验证
课堂练习
1.如图，在U形管中部c处装有半透膜，在a侧加入红色的细胞色素(相对分子质量为13000的蛋白质)的水溶液，b侧加入清水，并使a、b 两侧液面高度一致。经过一段时间后，实验结果将是 ( )
A．a、b两液面高度一致，b侧为无色
B．a、b两液面高度一致，b侧为红色
C．a液面低于b液面，b侧为红色
D．a液面高于b液面，b侧为无色
D
课堂练习
2.如图，甲、乙为两个渗透装置。甲图是发生渗透作用时的初始状态，乙图是较长时间之后，根据漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。判断下列有关叙述，错误的是(　　)
A．图甲中③为半透膜，水分子能自由通过
B．图甲中溶液②的浓度大于溶液①的浓度
C．图乙中溶液①的浓度与溶液②的浓度相等
D．图甲中溶液①和②浓度差越大，则图乙中的水柱越高
C
第1节
一、水进出细胞的原理
被动运输
2.水进出动物细胞实验探究
哺乳动物的红细胞。
材料
哺乳动物的红细胞呈两面凹的圆饼状，吸水膨张和失水皱缩现象明显。
原因
将哺 乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下的变化。
过程
第1节
一、水进出细胞的原理
被动运输
2.水进出动物细胞实验探究
现象
外界溶液浓度＜细胞质浓度
细胞吸水膨胀
外界溶液浓度>细胞质浓度
细胞失水皱缩
外界溶液浓度=细胞质浓度
细胞形态不变
第1节
一、水进出细胞的原理
被动运输
提示：
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”中的蔗糖分子。
水进出动物细胞实验讨论
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？
第1节
一、水进出细胞的原理
被动运输
提示：
所有的动物细胞都相当于一个渗透装置，细胞膜相当于半透膜。
水进出动物细胞实验讨论
2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
3.当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
提示：
不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞内浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内浓度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。
第1节
一、水进出细胞的原理
被动运输
水进出动物细胞实验讨论
4.红细胞吸水或失水取决于什么条件？
5.想一想临床上输液为什么要用0.9%生理盐水？
提示：
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。
提示：
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。
第1节
一、水进出细胞的原理
被动运输
2.水进出动物细胞实验探究
结论
外界溶液浓度＜细胞质浓度
细胞吸水膨胀
外界溶液浓度>细胞质浓度
细胞失水皱缩
外界溶液浓度=细胞质浓度
细胞形态不变
水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞原理是一样的——渗透作用。
二、探究植物细胞的吸水和失水
日常生活中我们会发现：在青菜上放一些盐，一会儿后就可看到水分渗出；对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象；放蔫的青菜用清水浸泡一会儿后，又恢复新鲜。植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？
第1节
二、探究植物细胞的吸水和失水
被动运输
成熟植物细胞的结构
原生质层
细胞膜
细胞质
液泡膜
细胞壁
提示：
(1)细胞壁——全透性、伸缩性小；
(2)原生质层——细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层；
(3)液泡——成熟的植物细胞中央液泡占据细胞的大部分空间；水分子进出细胞主要指的是水分子通过【原生质层】进出液泡。
(4)细胞液——液泡里面的液体，具有一定的浓度；
第1节
二、探究植物细胞的吸水和失水
被动运输
植物细胞与渗透装置的比较
提示：
(1)原生质层——具有选择透过性，相当于半透膜。
(2)浓度差——细胞液与外界溶液之间具有浓度差。
探究植物细胞吸水和失水实验
第1节
被动运输
二、探究植物细胞的吸水和失水
实验操作步骤及现象
第1节
被动运输
二、探究植物细胞的吸水和失水
实验操作步骤及现象
【思考1】为什么要用紫色洋葱外表皮作为实验材料？
提示：
紫色洋葱外表皮细胞的细胞液中有色素，细胞液呈紫色，有利于观察。
第1节
被动运输
二、探究植物细胞的吸水和失水
实验操作步骤及现象
【思考2】若用0.5g/mL蔗糖溶液做实验会怎样？
提示：
溶液浓度太高，细胞过度失水而死亡
第1节
被动运输
二、探究植物细胞的吸水和失水
实验操作步骤及现象
【思考3】发生质壁分离时，液泡的颜色如何变化？吸水能力又如何变化？
提示：
颜色变深，吸水能力逐渐增强。
第1节
被动运输
二、探究植物细胞的吸水和失水
实验操作步骤及现象
【思考4】发生质壁分离的洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？
提示：细胞壁是全透性的，所以洋葱表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。
第1节
被动运输
二、探究植物细胞的吸水和失水
实验操作步骤及现象
第1节
被动运输
二、探究植物细胞的吸水和失水
实验操作步骤及现象
【思考5】实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？
提示：
观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的状态形成对照。
第1节
被动运输
二、探究植物细胞的吸水和失水
实验操作步骤及现象
【思考6】此实验中如果将0.3g/mL蔗糖溶液换成适宜浓度的KNO3溶液或尿素溶液，会出现什么现象？
提示：
若用尿素、KNO3等溶液做实验会出现自动复原现象【不用滴加清水】，因外界溶液的溶质（如尿素、K+、NO3-）会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。
第1节
被动运输
二、探究植物细胞的吸水和失水
分析结果、得出结论
水分子进出细胞的方向取决于生物膜两边溶液的浓度，细胞吸水和失水是水分子顺相对含量梯度进行跨膜运输的过程。
当外界溶液溶质的浓度大于细胞液溶质的浓度时，植物细胞会失水。
当外界溶液溶质的浓度小于细胞液溶质的浓度时，植物细胞会吸水。
第1节
被动运输
质壁分离的原因及表现
细胞能否发生质壁分离及复原的判断
(1)从细胞角度分析：
①死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离。
②具有中央大液泡的成熟植物细胞可发生质壁分离。
(2)从溶液角度分析：
①一定浓度、溶质(如蔗糖)不能穿膜的溶液中，发生质壁分离。
②一定浓度、溶质(如葡萄糖、KNO3、尿素、乙二醇等)可穿膜的溶液中，先发生质壁分离后自动复原。
③在高浓度溶液(如0.5 g/mL的蔗糖溶液)中，可发生质壁分离，但不会发生复原。
质壁分离及复原实验的应用
(1)判断细胞的死活：
发生质壁分离，活细胞；不发生，死细胞。
(2)测定细胞液浓度的范围：
待测细胞＋一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检，细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的两种外界溶液的浓度之间。
(3)比较不同植物细胞的细胞液浓度：
不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液镜检，比较刚发生质壁分离时所需时间的长短→判断细胞液浓度的大小(时间越短，细胞液浓度越小)。
动植物细胞的失水与吸水
第1节
被动运输
课堂练习
3.将新鲜的苔藓植物叶片，放入其中加有少量红墨水的质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，在显微镜下观察，你会看到苔藓细胞的状态如图所示。此时，部位①和②的颜色分别是（ ）。
A．①无色、②绿色
B．①红色、②绿色
C．①红色、②无色
D．①红色、②红色
B
课堂练习
4.植物体内有三个相邻的细胞a、b、c，已知它们的细胞液浓度大小关系是a>b>c，那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是(　　)
C
课堂练习
5.在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示的状态。a、b表示该部位的溶液浓度。由此可推测(　　)
A．a>b，细胞渗透吸水
B．a＝b，渗透系统保持动态平衡
C．aD．上述三种情况都有可能
D
课堂练习
6.下图表示以洋葱表皮为材料及清水、0.3 g/mL蔗糖溶液、0.5 g/mL蔗糖溶液、0.3 g/mL尿素溶液进行相关实验（时间1表示开始用四种溶液分别处理洋葱表皮；时间2表示开始用清水处理洋葱表皮），测得该细胞原生质体体积变化，图中代表尿素溶液处理结果的是（ ）
A.a
B.b
C.c
D.d
B
像水分子那样，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，这种物质跨膜运输方式称为【被动运输】
第1节
被动运输
三、自由扩散和协助扩散
第1节
三、自由扩散和协助扩散
被动运输
1.自由扩散
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式（简单扩散）。
概念
O2、CO2等气体、水、脂溶性小分子（如甘油、乙醇、脂肪酸、苯）物质等。
举例
①高浓度→低浓度；
②【不需要】细胞膜上特殊蛋白质协助；
③动力源于浓度差，不消耗能量。
特点
第1节
三、自由扩散和协助扩散
被动运输
2.协助扩散
物质借助膜上的【转运蛋白】进出细胞的物质扩散（易化扩散）。
概念
如葡萄糖进入红细胞需要特殊蛋白质的协助，部分离子跨膜运输等。
举例
①高浓度→低浓度；
②【需要】转运蛋白协助；
③动力源于浓度差，不消耗能量。
特点
载体蛋白
通道蛋白
第1节
三、自由扩散和协助扩散
被动运输
转运蛋白的种类
载体蛋白
通道蛋白
提示：
【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。
提示：
【通道蛋白】只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。分子或离子不与通道蛋白结合。
第1节
被动运输
被动运输的特点
提示：
1.【顺浓度梯度】运输；
2.不消耗细胞内化学物质所释放的能量。
第1节
被动运输
影响被动运输的因素
提示：
1.膜内外物质浓度梯度的大小；
2.协助扩散需要转运蛋白，还与转运蛋白的数量有关
协助扩散 自由扩散
课堂练习
7.甲、乙两种物质分别以自由扩散和协助扩散方式进入细胞，如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜，并维持其他条件不变，则(　　)
A．甲物质的运输被促进
B．乙物质的运输被促进
C．甲物质的运输被抑制
D．乙物质的运输被抑制
D
知识总结
第1节
被动运输
实例：水进出细胞的原理

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