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第4章 细胞的物质输入和输出
第1节 被动运输
新课导入
问题探讨
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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。
思考·讨论
1. 漏斗内的液面为什么会升高？
2. 如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
扩散作用
指物质分子从相对含量多的地方向相对含量少的地方自由运动直到均匀分布的现象。
溶质：高浓度→低浓度
溶剂：低浓度→高浓度
一、渗透装置
半透膜
蔗糖分子
水分子
清水
玻璃纸(半透膜)
蔗糖溶液
S2
S1
半透膜：是一种只允许离子和小分子自由通过的膜结构。
物质能否通过只与膜上孔径直径的大小有关。
玻璃纸，肠系膜，蛋壳膜，鱼鳔等
一、渗透装置
半透膜
蔗糖分子
水分子
清水
玻璃纸(半透膜)
蔗糖溶液
S2
S1
单位时间内：
从烧杯扩散到漏斗中的水分子数 ＞ 从漏斗中扩散到烧杯的水分子数
水多
水少
讨论1 漏斗管内的液面为什么会升高？
渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散
讨论2 如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？
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向外扩散的速度，最终达到平衡，液面将不再上升。
液面不再上升时，还有水分子移动吗？半透膜两侧溶液浓度相等吗？
此时仍然有水分子进出半透膜
半透膜两侧浓度不相等
S1
S2
漏斗内溶液浓度S1>漏斗外溶液浓度S2
渗透压：溶液中溶质微粒对水的吸引力
新课导入
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。
思考·讨论
1. 漏斗内的液面为什么会升高？
2. 如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？
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。
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
讨论3 如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？
讨论4 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？
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。
单位时间内玻璃纸两侧水分子进出平衡，漏斗中的液面将保持不变。
①具有半透膜
②半透膜两侧的溶液具有浓度差
渗透作用发生的条件
溶液渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目
渗透作用
1.定义:
2.发生渗透现象的条件
3.水分子渗透的方向
①具有半透膜
②半透膜两侧存在浓度差（溶质颗粒的物质的量浓度）
半透膜
含水量___
含水量___
___浓度溶液
___浓度溶液
低
高
高
低
渗透平衡时水分子进出速率相等
水分子或（其它溶剂分子）透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。
S2溶液
S1溶液
半透膜
U型管
S1溶液
S2溶液
一、渗透装置
渗透现象中液面变化的判断
一段时间
左侧液面下降
右侧液面上升
质量分数
质量分数
半透膜两侧的浓度差是指溶质颗粒的物质的量浓度，不是质量浓度。
虽然质量浓度相同，但葡萄糖溶液的物质的量浓度大。单位体积中溶质分子的数目多，溶剂分子的数目少，即相同体积下，溶液中溶质颗粒越多，浓度越大，渗透压越大。故水分子由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
假设：半透膜只允许水分子透过
液面
等高
一段时间
葡萄糖和蔗糖分子不能通过半透膜
物质的量
物质的量
2mol/L
2mol/L
2mol/L
2mol/L
液面不变
液面
等高
渗透现象中液面变化的判断
假设：半透膜只允许水分子透过
NaCl溶液在水中呈现离子状态，导致左侧浓度升高，水分子由2mol/L的葡萄糖溶液→2mol/L的NaCl溶液，则左侧液面升高，最终高于右侧。
2mol/L
葡萄糖溶液
2mol/L
NaCl溶液
半透膜
液面
等高
渗透现象中液面变化的判断
假设：半透膜只允许水分子透过
①溶液体积
溶液体积大，吸收水多，液面高度大。
②半透膜面积
液体体积和浓度相同
↓
最终液面高度相同
A漏斗的半透膜面积大，吸水快
渗透现象中液面变化的判断
假设：半透膜只允许水分子透过
×
×
×
(1)渗透作用是扩散的一种特殊形式(　　)
√
(2)漏斗内液面升高的原因是：水分子只能通过半透膜进入漏斗内(　　)
(3)液面高度不再变化时，即达到渗透平衡状态，此时水分子不再进出半透膜(　　)
(4)水分子进出达到平衡状态时，半透膜两侧的溶液浓度相同（ ）
(5)动物细胞和植物细胞放在蒸馏水中会吸水涨破(　　)
×
随堂检测
如图实验装置中，半透膜只允许水分子和单糖分子透过，向a侧加入质量分数为5%的蔗糖溶液，向b侧加入质量分数为5%的葡萄糖溶液，初始状态如图，则下列关于液面的变化及相关叙述正确的是( )
A. a先降后升，b先升后降
B. a先升后降，b先降后升
C. 当液面最终停止变化时，半透膜两侧溶液浓度相等
D. 当液面最终停止变化时，b侧浓度高于a侧
A
随堂检测
①外界溶液溶质的浓度 < 细胞质浓度
②外界溶液溶质的浓度 > 细胞质浓度
③外界溶液溶质的浓度 = 细胞质浓度
失水皱缩
形态不变
吸水膨胀
实验：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，观察红细胞的变化。
细胞内浓度与细胞外浓度达到动态平衡时，红细胞不再吸水。当外界溶液浓度很低时，红细胞会吸水涨破。
二、动物细胞的吸水与失水
外界溶液
细胞膜
半透膜
蔗糖溶液
细胞质基质
相当于
相当于
①红细胞与外界溶液组成了一个渗透系统。
②红细胞的细胞膜相当于一层半透膜，细胞质与外界溶液可以具有浓度差，水分通过渗透作用进出红细胞。
水进出哺乳动物红细胞的原理
③红细胞吸水或失水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。
二、动物细胞的吸水与失水
如果将装置中的漏斗换成植物细胞将如何？和动物细胞一样也会吸水或失水吗？
1.西红柿上放糖,一会儿后就可看到水分渗出。
2.对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。
3.放蔫的青菜用清水浸泡一会儿后，又恢复新鲜。
问题探讨
1.植物细胞的细胞壁能否控制水分或溶质分子进出细胞呢？
否，植物细胞的细胞壁是全透性的，水分或大部分溶质分子均可以自由地通过细胞壁
细胞壁对细胞的失水无影响。细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小，因有细胞壁的约束，即使细胞内外有浓度差，植物细胞也不能无限地吸水
2.植物细胞的细胞壁能否影响吸水与失水？
成熟植物细胞模式图
细胞壁
细胞膜
细胞液
细胞质
液泡膜
二、植物细胞的吸水与失水
3.成熟植物细胞失水主要失去哪个结构中的水呢？
成熟植物细胞的中央液泡占据了细胞的大部分空间，将细胞质挤成一薄层，所以细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液。
成熟植物细胞模式图
细胞壁
细胞膜
细胞液
细胞质
液泡膜
原生质层
而细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质由于只被挤成薄薄一层，因此被称为原生质层
二、植物细胞的吸水与失水
成熟植物细胞模式图
细胞壁
细胞膜
细胞液
细胞质
液泡膜
原生质层
4. 植物细胞吸水和失水是否也是发生了渗透作用呢？如何判断？
已知：细胞膜和液泡膜都是生物膜，都具有选择透过性
是否满足发生渗透作用的条件：①具有半透膜②半透膜两侧的溶液具有浓度差
漏斗内溶液
细胞液
相当于
？
能否把整个原生质层看作是一层半透膜呢？
二、植物细胞的吸水与失水
预期结果：由于原生质层相当于一层半透膜，因此在蔗糖溶液中，植物细胞的中央液泡会_____，细胞_________；在清水中植物细胞的液泡又会_______，细胞_________。
水是怎样进出植物细胞的呢？原生质层是不是相当于一层半透膜？
设计方案：将植物细胞浸润在 的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再将细胞浸润在 中，观察其大小的变化。
设计方案（材料 处理） 预期结果
缩小
失水皱缩
变大
吸水膨胀
较高浓度
清水
表达交流
进一步探究
作出假设
设计实验
进行实验
提出问题
分析结果得出结论
水是以渗透作用的方式进出植物细胞的，原生质层相当于一层半透膜
提出问题
作出假设
设计实验
三、实验 探究植物细胞的吸水与失水
质壁分离
质壁分离复原
紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞
② 吸水纸
① 0.3g/mL的蔗糖溶液
③ 清水
外表皮细胞
三、实验 探究植物细胞的吸水与失水
盖上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片
1
2
3
4
滴清水
撕取洋葱鳞片叶外表皮
低倍镜观察
撕取洋葱鳞片叶时要不带叶肉且不宜过大，避免制作装片时出现重叠和气泡，撕取后要放入载玻片上的清水中
第一次观察
①有一个______的中央大液泡
②原生质层紧贴___________
紫色
细胞壁
三、实验 探究植物细胞的吸水与失水
实验步骤
中央液泡大小及颜色 原生质层位置变化 细胞大小
蔗糖溶液
清水
中央液泡变小;颜色加深
逐渐恢复原来大小;颜色变浅
基本不变
基本不变
第一次对照
滴加蔗糖溶液
滴加清水
第二次对照
质壁分离
质壁分离复原
三、实验 探究植物细胞的吸水与失水
实验结果
原生质层恢复原位
原生质层脱离细胞壁
(1)植物细胞的原生质层相当于一层________；
(2)植物细胞是通过__________吸水和失水的。
实验结论：
半透膜
渗透作用
原因
内因
外因
①成熟植物细胞的原生质层相当于一层________
②原生质层比细胞壁的伸缩性____
细胞液与外界溶液之间存在________
半透膜
大
浓度差
外界溶液浓度＞细胞液浓度
外界溶液浓度＜细胞液浓度
外界溶液浓度＝细胞液浓度
植物细胞发生渗透作用失水→发生质壁分离现象
植物细胞发生渗透作用吸水→发生质壁分离复原现象
植物细胞的失水量＝吸水量→水分进出细胞达到平衡状态
三、实验 探究植物细胞的吸水与失水
介于细胞膜与细胞壁之间的溶液：
外界溶液
观察质壁分离和复原，对材料的要求：
活细胞（不可用死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞）
细胞有大液泡
外界溶液浓度 大于/ 小于细胞液浓度
洋葱鳞片叶内表皮细胞是成熟的植物细胞，含有大液泡，能发生质壁分离及复原，但液泡无色，直接观察现象不明显。
滴加有颜色的外界溶液
洋葱鳞片叶内表皮细胞
紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞
三、实验 探究植物细胞的吸水与失水
质壁分离明显的黑藻细胞
黑藻是高等植物细胞，含有大液泡和大而清晰的叶绿体，能观察到质壁分离及复原现象。
三、实验 探究植物细胞的吸水与失水
质壁分离及复原现象的拓展应用
1.判断细胞的活性
2.测定细胞液浓度的范围
待测成熟植物细胞
镜检
不发生
质壁分离
活细胞
死细胞
一定浓度蔗糖溶液
发生
质壁分离
待测成熟植物细胞
一系列浓度梯度的蔗糖溶液
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
三、实验 探究植物细胞的吸水与失水
3.比较不同植物细胞的细胞液浓度
4.比较未知浓度溶液的浓度大小
不同
植物细胞
同一浓度蔗糖溶液
镜检
判断细胞液浓度的大小
(时间越短，细胞液浓度越小)
同一植物的
相同成熟细胞
未知浓度的溶液
镜检
比较刚发生质壁分离时所需时间的长短
比较质壁分离
所需时间的长短
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
质壁分离及复原现象的拓展应用
三、实验 探究植物细胞的吸水与失水
乙溶液：细胞失水发生质壁分离后自动复原
5.鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)
成熟
植物细胞
不同种类
溶液
镜检
只发生
质壁分离
质壁分离
后自动复原
溶质不能透过半透膜（如蔗糖溶液）
溶质能透过半透膜（如KNO3溶液）
如一定浓度的甘油、尿素、葡萄糖、乙二醇、NaCl、KNO3溶液等，细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
质壁分离及复原现象的拓展应用
三、实验 探究植物细胞的吸水与失水
盐酸、酒精、醋酸等溶液能杀死细胞，不适于做质壁分离实验的溶液。
质壁分离实验要选择对细胞无毒害作用，浓度适中的外界溶液；
在高浓度溶液中质壁分离现象明显，但溶液浓度过高时不能发生质壁分离复原，因为溶液浓度过高，细胞会因过度失水而死亡。
(1)在实验操作中，共涉及三次显微镜观察，第一次用低倍镜观察，第二、三次用高倍镜观察(　　)
(2)当质壁分离复原后，细胞液的浓度等于外界溶液浓度(　　)
(3)质壁分离过程中，洋葱鳞片叶外表皮细胞的紫色区域逐渐变小(　　)
(4)滴加盐酸可以观察到质壁分离自动复原实验(　　)
×
×
√
×
随堂检测
氧气、氮气 二氧化碳、苯
水、甘油、
乙醇
氨基酸
葡萄糖
核苷酸
H+、 Na+、 K+、 Ca2+、 Mg2+、 HCO_
合成的脂双层
无机小分子
脂溶性
有机小分子
较大的
有机小分子
离子
1.什么样的分子能够通过脂双层？
什么样的分子不能通过？
2.葡萄糖、氨基酸、无机盐都是生命活动所必需的，如何通过细胞膜呢？
根据相似相溶原理,脂溶性的,以及分子量小的物质,气体等可以直接透过脂双层。
较大的有机分子和带电荷的离子不能通过合成的脂双层。
需要转运蛋白的帮助
四、被动运输
自由扩散（简单扩散）
协助扩散（易化扩散）
物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
像O2、CO2以及甘油、乙醇、苯等，通过简单的扩散作用进出细胞的方式，称为自由扩散，也叫简单扩散。
离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等，不能自由地通过细胞膜，需要借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散，也叫易化扩散。
四、被动运输
1.自由扩散
细胞外
细胞内
细胞膜
四、被动运输
(1)概念：物质通过简单的扩散作用进出
细胞的方式
(2)特点
①顺浓度梯度运输
②不需要转运蛋白协助
③不需要消耗能量
(3)实例：
气体（O2 、CO2、N2）、 脂溶性小分子（甘油、乙醇、苯）、脂质分子（胆固醇、性激素等）
细胞外
细胞内
(4)影响因素：
浓度差、温度
浓度差
运输速率
转运蛋白
运输速率
能量
运输速率
1.自由扩散
四、被动运输
(1)概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式
载体蛋白
通道蛋白
(2)特点
①顺浓度梯度运输
②需要转运蛋白协助
③不需要消耗能量
(3)实例：
红细胞吸收葡萄糖、钠钾离子通道运输，水通道蛋白运输
浓度差、转运蛋白种类和数量、温度
浓度差
扩散速度
能量
扩散速度
(4)影响因素：
2. 协助扩散
四、被动运输
转运蛋白:镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助物质顺浓度梯度跨膜运输。
载体蛋白
通道蛋白
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，转运时与被转运分子结合，自身构象改变。
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。
2. 协助扩散
四、被动运输
载体蛋白 通道蛋白
转运特点
自身构象
是否与转运的分子结合
是否有特异性
实例
图示
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过
容许与自身通道的直径、形状相适配，大小和电荷相适宜的分子或离子通过
改变
不改变
不结合
结合
具有
具有
葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞
水分子通过水通道蛋白进出细胞
四、被动运输
1. 同种物质在不同情况下的运输方式可能不同(　　)
2. 载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机理是一样的(　　)
3. 温度变化会影响分子通过细胞膜的速率(　　)
4.下列哪一项不是细胞发生质壁分离现象所必需的(　 　)
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
5.目前发现人类细胞 13 种水通道蛋白。下列关于水通道蛋白的叙述，正确的是（ ）
A. 水分子与水通道蛋白结合进出细胞
B. 水通道蛋白是覆盖在细胞膜表面的蛋白质
C. 肾小管重吸收作用与水通道蛋白的结构和功能有关
D. 水通道蛋白在转运水分时会发生自身构象的改变
√
×
√
随堂检测
B
C
小结
实例：水进出细胞的原理

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