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细胞的物质输入和输出
4.1 被动运输
第四章
细胞外
细胞内
单位时间内进入漏斗的水分子数量多于从漏斗渗出的水分子数量，漏斗内溶液 体积增大，液面上升。
2. 如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗 为什么
不会，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 中水分子向外扩散的速度，最终水分子进出达到平衡，液面将不再上升。
此时膜两侧溶液浓度相等吗 不等，蔗糖溶液渗透压=静水压
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 时间后，会出现如右图所示现象。
玻璃纸(又叫赛璐玢)是一种半透膜，水分子 可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。
讨论
1.漏斗内的液面为什么会升高
一段
时间后
○蔗糖分子
水分子
渗透现象演示
蔗糖分子● 水分子
100
-80
60
蔗糖溶液
清水
半透膜一
动画演示 动画演示
>100nm
1-100nm 孔径-100rm
UB=1nm
】 S
半透膜的透过原理：根据膜上孔的大小来选择分子是否能通过
问题探讨
3.如果用用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管的液面
还会升高吗
不会， 因为纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以
自由透过。
。水
蔗糖
4. 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
漏斗管内的液面不会升高，单位时间内透过玻璃纸 的水分子数等于渗出玻璃纸的水分子数量。
发生渗透作用的条件二：膜两侧的溶液具有浓度差
发生渗透作用的条件一：半透膜
果两处物质浓度相等。
①具有半透膜
2.条件：
②半透膜的两侧的溶液具有浓度差
(物质的量浓度)
低浓度溶液— → 高浓度溶液
3.方向： (水多) (水少)
水分子数多—→水分子数少
一、水进出细胞的原理 ——渗透作用
1. 渗透作用：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散。
扩散：扩散是分子从高浓度处向低浓度处运动的现象。最后结
染料的扩散
结果分析：细胞膜相当于半透膜
细胞质与外界溶液可以具有浓度差
纳 反 纳 反 细 ， 质 浓 度
实验说明：动物细胞可通过渗透作用吸水和失水
水的进出方向：---顺相对含量梯度(水多---水少)进出动物细胞
1、动物细胞的吸水和失水
观察红细胞在不同浓度溶液中的变化，分析水进出红细胞的原理
蒸馏水 高浓度溶液 生理盐水
思考 ·讨论 水进出哺乳动物红细胞的原理
1. 红细胞内的血红蛋白等有机物能透过细胞膜吗 这些有机物相当于 “问题探讨”所示装置中的什么物质 不能，蔗糖分子
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
相当
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
不一定，浓度差很大时会涨破，浓度差较小时不会涨破。
4. 红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件
浓度差。浓度差越大细胞吸水或失水越多。
5. 想一想临床上输液为什么要用生理盐水
防止血细胞失水或吸水，细胞形态改变影响细胞的功能。
吃腌制的咸菜，连续嗑带盐瓜子会感觉口渴， 这是为什么呢
口腔细胞失水
学以致用< 与生活中的联系
2、植物细胞的吸水和失水
细胞壁(全透性) 一细胞膜
细胞质 原生质层
液泡膜(选择透过性膜) 细胞液
一具有浓度差
注意：水分子进出成熟植物细胞，主要指水经过原生质层进出液泡。
植物细胞的吸水和失水可通过质壁分离及复原的实验验证
相当于半透膜
成熟植物细胞可通过 渗透作用吸水和失水
原生质层包括细胞膜和液泡膜 以及两层膜之间的细胞质
外界溶液
当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，原生质层比细胞壁
的伸缩性大，发生质壁分离。当外界溶液浓度小于细胞液浓度时， 细胞吸水，发生质壁分离复原。
1、植物细胞发生质壁分离的条件：
1)、细胞是活的
2)、细胞有大液泡
3)、细胞外溶液的浓度大于细胞液浓度
2、质壁分离产生的原因
内因：原生质层伸缩性大于细胞壁伸缩性
外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度
探究 ·实践 探究植物细胞的吸水和失水
生活中观察到的现象：
有些萎蔫的白菜叶片置于清水中又变得硬挺 (吸水)
包水饺把白菜做馅时，放一些盐，过一会儿发现什么现象 ( 有水分渗出)
对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象 (失水)
用食盐腌制会使细菌等微生物因在高浓度溶液中过度失水而死亡， 从而达到防止食物腐烂变质的目的
(失水 )
探究植物细胞的失水与吸水
1、提出问题 原生质层相当于一层半透膜吗
2、作出假设 假设原生质层相当于一层半透膜
3、设计实验
思 路 再将细胞浸润在清水中，观察其大小变化。
在高浓度溶液中细胞失水，中央液泡会变小，细胞失水皱缩
在清水中吸水后的细胞吸水，中央液泡会变大，细胞吸水膨胀
先将细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其形态变化；
探究 · 实践
预期结果
(1)材料用具：
① 材料选择：
活细胞、有细胞壁、有大液泡
如：紫色洋葱鳞片叶(液泡中有 紫色花青素，便于观察)、黑藻 (有大液泡和大而清晰的叶绿体， 便于观察)等
② 0.3g/mL的蔗糖溶液、清水
③ 吸水纸 引流法
④ 刀片，镊子，滴管、载玻片、 盖玻片、显微镜等
(2)实验步骤：
制片
低倍镜下观察(紫色的中央液泡大小，原生质层位置)
一侧滴加0.3g/mL蔗糖溶液，另侧用吸水纸引流 低倍镜下观察液泡大小和原生质层位置
滴加清 水，吸水纸引流
低倍镜下观察液泡大小和原生质层位置
观察
滴蔗糖溶液
观察
滴清水
观察
液泡大小 液泡颜色 原生质层的位置
细胞大小
0.3g/ml 蔗糖溶液 变小 变深 原生质层脱离 细胞壁
基本不变
清水 逐渐恢复 原来大小 重新变浅 原生质层恢复原 来位置
基本不变
实验结论
1、原生质层相当于半透膜
2、植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的
(3)结果分析：---质壁分离与复原
思考 ·讨论
1、你知道质壁分离的的“质”与“壁”分别指什么吗
“质”指原生质层，“壁”指细胞壁
2、在质壁分离及复原的过程中，细胞液浓度及细胞吸水力的变化趋势如何
质壁分离—— 细胞液浓度变大，细胞吸水力变大
质壁分离复原——细胞液浓度变小，细胞吸水力变小
3、若 用KN03、NaCl、尿素、乙二醇等溶液做实验，会出现什么现象
KNO 等溶液的浓度大于细胞液的浓度，细胞失水，发生质壁分离，质壁 分离后因细胞主动吸收K+和NO -等溶质微粒，而使细胞液浓度增大，植物
细胞又会吸水，引起质壁分离后的自动复原。
4、本实验是如何设置对照的
同一实验组在实验前后形成自身对照
1.取材是什么 为什么 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，有颜色、易观察
2.用什么显微镜观察 光学、低倍镜观察
3.滴0.3g/ml的蔗糖溶液时，看到什么现象 质壁分离
液泡的体积与颜色有什么变化 原因是什么
液泡变小，颜色加深；细胞因为渗透作用失水。
4.再滴清水时，看到什么现象 质壁分离复原
液泡的体积与颜色有什么变化 原因是什么
液泡变大，颜色变浅；细胞因为渗透作用吸水。
5.若放入0.5g/ml的蔗糖溶液时，会怎样 严重质壁分离
再放清水中如何 为什么 不会复原；过度失水死亡。
6.此实验要求细胞始终处于什么状态 活细胞
7.植物细胞的哪个结构可相当于半透膜 它由什么组成
原生质层；包括细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质。
浓度差是指哪两个溶液之间的浓度 外界溶液和细胞液 8.植物细胞放于清水中什么现象 为什么与动物细胞不一样
略微膨胀，但不会涨破，因为有细胞壁的支持和保护。
9.哪些植物细胞能发生质壁分离 有中央大液泡的活的有浓度差
10.质壁分离时细胞壁与细胞膜之间是什么 外界溶液
2、测定细胞液浓度范围
细胞液浓度介于未发生质壁 分离和刚发生质壁分离的两 蔗糖溶液浓度之间
待测成熟植 物细胞
一定浓度
蔗糖溶液
(4)质壁分离与复原实验的应用拓展
1、判断成熟植物细胞的死活
待测成熟 植物细胞
一系列浓度梯
度的蔗糖溶液
发生质
壁分离
无质壁 分离
活细胞
死细胞
镜检
镜检
不同植
发生质壁分离所需时间越短， 细胞液浓度越小，反之则细 胞液浓度越大
发生质壁分离所需时间 越短，未知溶液的浓度越 大，反之则未知溶液的浓 度越小
(4)质壁分离与复原实验的应用拓展
3、比较不同植物细胞的细胞液浓度
同一植物的 相同成熟细胞
未知
浓度的溶液
4、比较未知浓度溶液的浓度大小
物细胞
同一浓度 蔗糖溶液
镜检
镜检
溶质不能透过 半透膜(如蔗 糖溶液)
溶质能透过半 透膜(如
KNO 溶液)
6、农业生产中的水肥管理
(4)质壁分离与复原实验的应用拓展
5、鉴别不同种类的溶液(如KNO 溶液和蔗糖溶液)
只发生
质壁分离
质壁分离 后自动复原
成熟植 物细胞
不同种
类溶液
7、生活中杀菌、防腐、腌制食品
镜检
二、自由扩散和协助扩散
被动运输：
1.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，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
2.被动运输分为自由扩散和协助扩散两类。
细胞外
细胞内
自由扩散 协助扩散
③脂溶性小分子，如甘油、脂肪酸、乙醇，
苯、尿素、固醇等
(二)协助扩散
细胞内
物质通过简单扩散作用进出细胞，叫做自由扩散，也叫简单扩散。
①气体分子，如0 、CO 、N 、NH 等
②少部分水
1.概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。
2.实例：①离子和一些小分子有机物，如葡萄糖、氨基酸
②大部分水
1.概念：
2.实例：
(一)自由扩散
细胞外
载体蛋白
通道蛋白
转运特点 只容许与自身结合部位相 适应的分子或离子通过
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
自身构象 改变
不改变
是否与转运 的分子结合 结合
不结合
有无特异性 具有
具有
实例 葡萄糖进入红细胞
水分子通过水通道蛋白进出细胞
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顺浓度 梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。
自由扩 散
顺浓度梯度运输(高 → 低)
不消耗细胞代谢的能量
不需要转运蛋白协助
协助扩
散
顺浓度梯度运输
不消耗细胞代谢的能量 需要转运蛋白协助
细胞外
细胞内
3、被动运输的特点
1、膜内外浓度梯度的大小会影响物质运输的速率；
2、转运蛋白的数量会影响物质运输的速率；
3、温度变化会影响物质运输的速率。
曲线分析
(1)0A段：限制因素为浓度差。 (2)A点以后：达到饱和，此时 限制因素为转运蛋白的数量。
细胞能量供应
A
0 浓度差
4.影响因素：
协助扩散
自由扩散
运输速度
浓度差
思考 ·讨论
1.0 是怎样进入血液以及组织细胞
以自由扩散的方式
2.0 从肺泡腔进入血液需要穿过几层生物膜
4层
3.0 从肺泡腔进入组织细胞需要穿过几层生物膜
9层
练一练
1.下列哪一项不是细胞发生质壁分离现象所必需的( D )
A.细胞是活细胞 B.不能是动物细胞
C.外界溶液浓度大于细胞液浓度 D.细胞中必须要有叶绿体
2. 将一洋葱细胞放入大于该细胞细胞液浓度的KNO 溶液中，一段时间后 在显微镜下发现该细胞未发生质壁分离，其原因可能是该细胞( B )
①是死细胞 ②大量吸水 ③无紫色大液泡而不易观察
④大量失水 ⑤质壁分离后又自动复原
A.①②③ B.①③⑤ C.②③⑤ D.②④⑤
3、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状态，a 、b 表示该部位溶液 的浓度，由此可以推测( D )
A.可能a>b, 细胞渗透吸水
B.a=b, 渗透系统保持动态平衡
C.aD.上述三种情况都可能存在
4、下图表示在一定范围内细胞膜外某物质浓度变化与该物质进入细胞 膜内速度的关系，据图分析，下列说法正确的是 ( B )
A.该物质进入细胞的方式是自由扩散
B.该物质通过膜时可能与载体蛋白结合 C.该物质可能是0 或甘油
D.该物质只能从浓度低的一侧向浓度高的一侧移动 膜外某物质浓度
度跨
膜 速
5、甲、乙两种物质分别依赖自由扩散(简单扩散)和协助扩散进入细胞，如
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. 甲运输被促进 B. 乙运输被促进
C.甲运输被抑制 D. 乙运输被抑制
6.a、b、c 表示某植物体的三个相邻的细胞，它们的细胞液浓度为a>b>c,它们
之间的水分渗透方向应该是( C )
A B C D
则马铃薯的细胞液浓度大约为 ( B )g/ml
A.0.05—0.10 B.0.10-0.15
C.0.15-0.20 D.0.20-0.25
7.将一块新鲜马铃薯切成5块，放在一定浓度的蔗糖溶液
中，通过显微镜观察细胞，结果是
蔗糖浓度g/ml 0.05 0.10 0.15 0.20
0.25
质壁分离情况 不发生 不发生 刚发生 发生
发生

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