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第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象
扩散：
水分子有没有扩散呢？
水分子进出细胞是通过扩散吗？
水分子通过膜的扩散——渗透作用
吃多了嘴干 →
1.渗透作用
一、水进出细胞的原理
①半透膜：
指可以让某些物质能透过，而另外一些物质不能透过的多孔性薄膜。物质能否通过只与孔径大小有关。
如玻璃纸、蛋壳膜、鱼鳔等。
若无特殊说明，
则半透膜只允许水分子通过
渗透系统/装置
1
2
3
清水
玻璃纸
蔗糖溶液
蔗糖分子
水分子
5
4
半透膜
高浓度
低浓度
S2
S1
1、漏斗内液面为什么会升高？会无限升高吗？
宏观表现：漏斗液面上升是因为烧杯中的水通过半透膜进入漏斗。一段时间后液面不再升高（达到渗透平衡）。
注：漏斗中液面升高的现象称为渗透现象。
1、漏斗内液面为什么会升高？会无限升高吗？
宏观表现：漏斗液面上升是因为烧杯中的水通过半透膜进入漏斗。一段时间后液面不再升高（达到渗透平衡）。
溶液摩尔浓度/渗透压：
渗透压：溶质微粒对水的吸引力
单位体积水分子数：
2、液面升高时，水分子的运动方向是什么？
蔗糖溶液
清水
半透膜
微观表现：水分子双向运动，
但清水->蔗糖的水分子更多
水分子多→水分子少
总体方向：
3、当液面不再升高，达到动态平衡后，水分子的运动方向是什么？
蔗糖溶液
清水
半透膜
不是没有水分子移动，只是水分子进出数量达到动态平衡
蔗糖>清水
蔗糖<清水
微观表现：水分子双向运动，水分子进出量相等
4、当液面上升到一定高度，不再升高的原因是什么？半透膜两侧溶液浓度是否相等？
液体高度差Δh水柱向半透膜产生向_____的静水压，与漏斗内高浓度溶液对水分子产生的向_______的渗透压相抵消，达到平衡状态，进出漏斗的水分子数相等，液面不再升高，此时漏斗内蔗糖溶液浓度________清水。
上
下
大于
静水压=渗透压-->液面保持不变
∴ 只要有高度差存在，就一定有与之平衡的浓度差！
5、如果用一层纱布代替玻璃纸,漏斗管内的液面最终会升高吗
不会。因纱布不是半透膜，孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通过。
6、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
漏斗液面不变。
半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量___________渗出的水分子数量。
等于
【渗透作用发生条件】
①具有半透膜
②半透膜两侧溶液有浓度差
上述两现象算发生渗透作用吗？
×，只是扩散现象。
（2）条件：
水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散
（1）概念：
①半透膜
一些物质（一般是水分子物质）能透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。
②膜两侧浓度差
1. 渗透作用 p62
一、水进出细胞的原理
方向：水的相对含量高(水分子多)一侧→水的相对含量低(水分子少)一侧
溶液浓度低的一侧→溶液浓度高的一侧
此浓度必须为摩尔浓度/物质的量浓度，
即单位体积中微粒多少，非质量分数
低渗→高渗
装置中液面如何变化？
半透膜两侧无浓度差，不发生渗透作用，液面不变
∵质量分数ω=m/V=nM/V=cM
∴物质的量浓度c=ω/M 又∵M蔗糖>M葡萄糖
∴c蔗糖液面不变时，两侧浓度是否相等？
①装置中液面如何变化？
水
2mol/L
葡萄糖溶液
*已知葡萄糖能通过此半透膜
右侧液面先升高后下降，最后两侧液面持平
（先升高：水分子的移动速率比葡萄糖分子快）
（最终两侧葡萄糖浓度相等，两侧等渗）
②若左侧溶液改为1mol/L的蔗糖，液面如何变化？
右侧液面先升高后下降，最后右侧液面低于左侧
（最终两侧葡萄糖浓度相等，但蔗糖只分布于左侧，左侧溶液高渗）
水分子通过细胞膜进出细胞是渗透作用吗？
细胞膜是否相当于一层半透膜？
2. 动物细胞的吸水和失水
细胞吸水膨胀
外界溶液浓度_______细胞质浓度
细胞___________
外界溶液浓度小于细胞质浓度
外界溶液浓度大于细胞质浓度
细胞保持正常状态
失水皱缩
等于
将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的NaCl溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下的变化。
水进出哺乳动物红细胞:
2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？
1.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。
【思考与讨论】p63
2.是
3.不一定。因为红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降,如果外界溶液浓度不是很低,有可能细胞内液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。
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.当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？
【思考与讨论】p63
4.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。
5.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。（维持细胞正常形态/渗透压）
4.红细胞吸水或失水的量取决于什么条件？
5.想一想临床上输液为什么要用生理盐水。
（1）原理-
②当外界溶液浓度＞细胞质浓度时
细胞形态不变
①当外界溶液浓度＜细胞质浓度时
（2）现象
细胞吸水膨胀
细胞失水皱缩
③当外界溶液浓度＝细胞质浓度时
水进出其他动物细胞的原理也一样，
都是通过渗透作用
渗透作用
2. 动物细胞的吸水和失水
据生命活动需求选择 vs 据孔径大小选择
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
3. 植物细胞的吸水和失水
选择透过性
全透性
（外界液体）
蔗糖
溶液
半透膜
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？
原生质层是否相当于半透膜？
原生质层相当于一层半透膜
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
将植物细胞（紫色洋葱麟叶外表皮细胞）浸润在较高浓度(0.3g/ml)的蔗糖溶液中，观察其液泡、原生质层及细胞大小的变化；再浸润在清水中，观察其大小的变化。
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。
预期结果
设计方案
在蔗糖溶液中
在清水中
植物细胞的中央液泡会变小，原生质层与细胞壁逐渐分离(发生质壁分离)
植物细胞的中央液泡会变大，原生质层恢复紧贴细胞壁(发生质壁分离复原)
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
洋葱鳞片叶外表皮
紫色
吸水纸
吸水纸
原生质层
液泡
（引流法）
同一视野三次观察 形成两次对照
载物台上操作
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
正常的洋葱
外表皮细胞
0.3g/mL的
蔗糖溶液
质壁分离的
洋葱表皮细胞
清水
质壁分离复原的
洋葱表皮细胞
实验现象：
三次观察 自身前后对照
试剂 中央液泡 大小 中央液泡 颜色 原生质层位置 变化 细胞大小
蔗糖溶液
清水
逐渐变小
逐渐恢复原状
脱离细胞壁
恢复原位
基本不变/略小
基本不变/略大
逐渐加深
逐渐变浅
3. 为什么植物细胞放在清水中不会吸水涨破？
×，是蔗糖溶液
5.将植物细胞浸泡在浓度大于细胞液的KNO3溶液中，一段时间后细胞会发生什么样的变化？
细胞先失水，发生质壁分离；一段时间后，随着KNO3进入细胞，细胞液浓度上升，细胞开始吸水，发生质壁分离自动复原现象。
4.右图是植物细胞置于蔗糖溶液中的图像，原生质层和细胞壁之间是水吗？
植物细胞的细胞壁具有支持与保护作用
葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、甘油等可以被细胞吸收的物质，可使植物细胞质壁分离自动复原。
2.所有质壁分离的细胞都可以复原吗？
严重失水或失水时间过长会导致细胞死亡，无法质壁分离复原。
1.质壁分离的细胞中“质”和“壁”分别指什么？
原生质层，细胞壁
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
3. 植物细胞的吸水和失水
（1）原理-
渗透作用
细胞壁
（全透性）
细胞液
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
半透膜 ≈
外界溶液
浓度差
据需求进行选择的
选择透过性膜
（2）现象
细胞液浓度＜外界溶液浓度
细胞液浓度＞外界溶液浓度
质壁分离
质壁分离复原
—细胞失水
—细胞吸水
植物细胞失水后一定会发生质壁分离现象吗？
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
得出结论
植物细胞
质壁分离条件
①活的成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜
②原生质层的伸缩性＞细胞壁的伸缩性
③外界溶液浓度与细胞液存在浓度差
内因
外因
[例3]　植物液泡中的花青素是天然的酸碱指示剂，在酸性环境中偏红色，而碱性环境条件下偏蓝色。通常情况下，紫色洋葱外表皮细胞细胞液pH偏酸性，从而使液泡呈现紫红色。某实验小组的同学用蔗糖、Na2MoO4(钼酸钠)以及新鲜的紫色洋葱做了如下所示的拓展实验(已知Na2MoO4是一种无色的强碱弱酸盐，水解后会使溶液呈碱性，MoO 会进入细胞)。据此推测下列说法错误的是(　　)
A．经甲过程处理后，显微镜下可见有的液泡紫红色变深，细胞发生质壁分离
B．至乙过程处理后，发生质壁分离的细胞其液泡由紫红色到浅蓝色再到深蓝色，发生质壁分离复原
C．若甲过程改用0.9 g/mL的蔗糖，也可以看到质壁分离复原现象
D．乙过程处理后发生质壁分离复原的原因是钼是植物细胞必需的微量元素，进入液泡提高了细胞液的渗透压，从而促进了细胞吸水复原
[例3]　植物液泡中的花青素是天然的酸碱指示剂，在酸性环境中偏红色，而碱性环境条件下偏蓝色。通常情况下，紫色洋葱外表皮细胞细胞液pH偏酸性，从而使液泡呈现紫红色。某实验小组的同学用蔗糖、Na2MoO4(钼酸钠)以及新鲜的紫色洋葱做了如下所示的拓展实验(已知Na2MoO4是一种无色的强碱弱酸盐，水解后会使溶液呈碱性，MoO 会进入细胞)。据此推测下列说法错误的是(　　)
题型三　质壁分离与复原实验的拓展应用
[例4]　为探究植物A能否移植到甲地生长，某生物研究性学习小组通过实验测定了植物A细胞液的浓度，实验结果如下表。为保证植物A移植后能正常生存，则甲地土壤溶液的浓度应(　　)
A．≤0.15 mol/L B．≤0.2 mol/L
C．≥0.15 mol/L D．≥0.2 mol/L
浓度(mol/L) 0.15 0.2 0.25 0.3
质壁分离状态 不分离 刚分离 显著分离 显著分离
植物A细胞液的浓度范围：？
/程度越大
/程度越大
(3)若图2 A、B、C表示的是同一材料不同区域的细胞放在同一浓度的蔗糖溶液中的最终实验结果，此时三个细胞的细胞液浓度关系是______________。
A＞B＞C
6．保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。在适宜条件下，制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片，观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响，下图为操作及观察结果示意图。相关叙述错误的是(　　)
A．推测3种蔗糖溶液浓度高低为③＞①＞②
B．比较保卫细胞细胞液浓度：③处理后＜①处理后
C．质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中
D．滴加③后有较多水分子进入保卫细胞
葡萄糖、KNO3、NaCl等——细胞所需营养物质
尿素、甘油、乙醇、脂肪酸等——脂溶性小分子可使植物细胞质壁分离自动复原。
拓展补充
对农作物进行合理灌溉，既满足了作物对水分的需要，同时也降低了土壤溶液的浓度有利于农作物对水分的吸收。
盐碱地中的植物不易存活或一次性施肥过多造成“烧苗”的现象，都是因为土壤溶液的浓度过高，甚至超过了根细胞的细胞液的浓度，导致根细胞不易吸水甚至失水。
糖渍、盐渍食品不易变质。糖渍或盐渍食品的外面和内部有高浓度的溶液，微生物不能在其中生存和繁殖，所以能较长时间地保存。
本质：通过膜的扩散
二、被动运输
· 概念：像水分子这样，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的物质跨膜运输方式。
类型：自由扩散、协助扩散
区别：
是否需要转运蛋白协助
1.自由扩散
方向：从 浓度→ 浓度侧；
动力：细胞膜内外的 ；
特点：
实例：某些 ＿ 分子和 ＿ 性物质，如O2、CO2、H2O、甘油、苯、脂肪酸、尿素、固醇、乙醇等
影响因素：
高
不需要转运蛋白、不消耗细胞内化学反应产生的能量
小
(顺浓度梯度）
低
浓度差
脂溶
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，也叫简单扩散。
能直接穿过磷脂双分子层
细胞内外浓度差
易混概念
扩散、自由扩散和渗透作用
运动方向 是否通过膜 物质类型
扩散 顺浓度梯度 不一定通过 溶质/溶剂
自由扩散 顺浓度梯度 通过生物膜 溶质/溶剂
渗透作用 顺浓度梯度 通过半透膜 溶剂（水）
比较生物膜和人工膜(双层磷脂)对多种物质的通透性，结果如下图。
据图你能得出哪些与生物膜运输物质相关的结论
离子几乎不能通过人工脂双层
甘油和气体可以直接通过生物膜的脂双层
分子的大小影响其通过人工膜的扩散速率
生物膜上存在协助H2O和离子通过的物质
方向：从 浓度→ 浓度侧；
动力：细胞膜内外的 ；
特点：
实例：
影响因素：
高
需要转运蛋白、不消耗细胞内化学反应产生的能量
(顺浓度梯度）
低
浓度差
如，葡萄糖进入红细胞
2.协助扩散
借助膜上的转运蛋白进出细胞的扩散方式，也叫易化扩散。
细胞内外浓度差和转运蛋白的数量
水溶性小分子、离子
顺浓度运输
转运蛋白数量限制
转运蛋白
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（水溶性）顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。
具有特异性
或专一性
水分子更多以协助扩散方式借助水通道蛋白进出细胞
被动运输
？
顺浓度梯度
不消耗化学反应产生的能量
主动运输
逆浓度梯度，需载体蛋白
消耗化学反应产生的能量
主动运输
胞吞、胞吐
【生物小诗】
掌握着通道阀门，驱动着各式舟车
输入输出中忙碌，被动主动间选择
生物大分子铸就，神奇的生命之膜
练习与应用（P67）
一、概念检测
1.物质跨膜运输的方式与物质的特点和细胞膜的结构有关。判断下列有关物质跨膜运输的表述是否正确。
(1)细胞膜和液泡膜都相当于半透膜（ )
(2)水分子进入细胞，是通过自由扩散方式进行的（ ）
(3)载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机制是一样的（ ）
√
×
×
2.下列各项无法通过质壁分离实验证明的是（ ）
A.成熟植物细胞的死活
B.原生质层比细胞壁的伸缩性大
C.成熟的植物细胞能进行渗透吸水
D.水分子可以通过通道蛋白进入细胞
D
3.假如将甲乙两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液溶质的浓度均比细胞液溶质的浓度高，在显微镜下连续观察甲乙两细胞的变化是（ ）
A.甲乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原
B.甲乙两细胞发生质壁分离，但乙细胞随后又发生质壁分离复原
C.甲乙两细胞发生质壁分离，但甲细胞随后又发生质壁分离复原
D.甲乙两细胞均发生质壁分离，后又均发生质壁分离复原
B
二、拓展应用
1.细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。现提供紫色洋葱鳞片叶表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液溶质的浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。写出你的实验思路，并分析其中的基本原理。
可以配制出一系列浓度梯度的蔗糖溶液,将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中,适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液度,以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度,据此推算出细胞液溶质浓度应介于这两个浓度之间。

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