1、细胞的物质输入和输出第第4章章第1节 被动运输 你吃比较咸的食物时，例如你吃腌制的咸菜，连续嗑盐的瓜子等，你的口腔和唇的黏膜有什么感觉？为什么？糖拌西红柿放置一段时间后，会出现很多“汁”， “汁”中的水是哪来的？与生活的联系扩散作用扩散是指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。滴入墨水处和旁边的浓度差将会_。减小蔗糖溶液玻璃纸（半透膜）清水半透膜蔗糖分子水分子问题探讨Q1.漏斗内的液面为什么会升高？单位时间从清水流入蔗糖溶液中的水分子数单位时间从蔗糖溶液流入清水中的水分子数渗透作用：水分子（或其它溶剂分子）通过半透膜的扩散。半透膜：让小分子通过而大分子不能通过的一类多孔性薄膜
2、的总称蔗糖溶液玻璃纸（半透膜）清水半透膜 蔗糖分子水分子问题探讨Q2.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，管中的水柱产生的重力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，当_最终达到平衡，液面将不再上升。漏斗内渗透压 = 液柱的压力,溶液渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力。 ABC (不会)发生渗透作用的条件是什么？具有半透膜半透膜两侧的溶液具有浓度差一.渗透作用的原理：30%蔗糖溶液玻璃纸30%蔗糖溶液30%蔗糖溶液纱布清水30%蔗糖溶液玻璃纸清水思考： B和C的液面会升高吗？ 蔗糖溶液玻璃纸（半透膜）清水半透膜蔗糖分子水分子渗透作用中水分子的运动方
3、向：相对含量高 相对含量低溶液浓度水的含量低浓度溶液 高浓度溶液渗透压渗透压低 渗透压高细胞是个开放的生命系统糖链膜蛋白细胞质细胞膜作为细胞的边界具有选择透过性一.水进出细胞的原理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_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小于失水皱缩等于1.水进出动物细胞的原理思考讨论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？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？4.红细胞吸水和失水取决于什么条件？5.想一想临床上输液为什么要用
4、生理盐水？1.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。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。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。强化夯实，小组讨论：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红细胞与外界溶液组成了一个渗透系统。红细胞的细胞膜相当于一层半透膜，水分通过渗透作用进出红细胞。1、在青菜
5、上放一些盐,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 。生活现象：生活现象：植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？植物细胞吸水和失水是否也是发生了渗透作用呢？一.水进出细胞的原理2.水进出植物细胞的原理成熟植物细胞模式图细胞膜细胞液细胞质液泡膜细胞壁(全透性)原生质层是否满足发生渗透作用的条件：具有半透膜半透膜两侧的溶液具有浓度差已知：细胞膜和液泡膜都是生物膜，都具有选择透过性。能否把整个原生质层看作是一层半透膜呢？探究实践探究植物细胞的吸水和失水提出问题作出假设设计实验进行实验，观察
6、并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究原生质层是否相当于一层半透膜？水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层相当于一层半透膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。科学探究的一般过程提出问题作出假设设计实验1.如果假设是正确的，当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞就会 ；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会 。2.如何使细胞外溶液的浓度提高或降低？3.如何看到细胞？需要用到什么材料和器具？4.对实验结果做出预测细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化？失水吸水探究实践探究植物细胞的吸水和失水提出问题作出假设设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究
7、原生质层是否相当于一层半透膜？水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层相当于一层半透膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。实验思路：将植物细胞分别浸润在较高浓度的蔗糖溶液 和清水中，用显微镜观察液泡、原生质层、 细胞大小的变化。科学探究的一般过程提出问题作出假设设计实验盖上盖玻片，制成洋盖上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时葱鳞片叶外表皮临时装片装片31滴清水滴清水2撕取洋葱鳞片叶撕取洋葱鳞片叶外表皮外表皮4低低倍镜倍镜观察观察6低低倍镜观察倍镜观察5在盖玻片的一侧滴加在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖的蔗糖溶液，在另溶液，在另一侧用吸水纸一侧用吸水纸引流引流7在盖玻片的一侧滴加在盖玻片的一
8、侧滴加清水清水，在另一侧用吸，在另一侧用吸水纸水纸引流引流8低低倍镜观察倍镜观察探究实践探究植物细胞的吸水和失水低倍物镜提出问题作出假设设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究科学探究的一般过程 现象试剂中央液泡原生质层的位置细胞大小蔗糖溶液 清水 逐渐变小，颜色变深逐渐变大，颜色变浅逐渐恢复原来位置基本不变逐渐脱离细胞壁基本不变探究实践探究植物细胞的吸水和失水提出问题作出假设设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究科学探究的一般过程结论：(1)植物细胞的原生质层相当于一层半透膜；(2)植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。细胞失水，
9、原生质层与细胞壁分离开来细胞吸水，与细胞壁分离的原生质层慢慢恢复原来的状态l当外界溶液浓度 细胞液浓度l当外界溶液浓度 细胞壁的伸缩性l外因：外界溶液浓度 细胞液浓度l 活细胞l 细胞有大液泡l 外界溶液浓度 细胞液浓度 外界溶液 探究实践探究植物细胞的吸水和失水提出问题作出假设设计实验进行实验，观察并记录结果分析结果，得出结论表达与交流进一步探究科学探究的一般过程2. 如果滴加的是0.5 g/ml的蔗糖溶液， 实验结果如何？1. 植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？发生质壁分离，但不能质壁分离复原。（因为细胞已经严重失水而死亡了)不会。（因为细胞壁具有保护和支持的作用）3. 可以选用黑藻或者洋葱
10、鳞片叶内表皮细胞进行实验吗？（1）判断细胞的死活（2）测定细胞液浓度范围：（3）比较不同植物细胞的细胞液浓度（4）农业生产中的水肥管理（5）生活中杀菌、防腐、腌制食品（6）鉴别不同种类的溶液。成熟植物细胞+不同种类溶液质壁分离溶质不能通过半透膜的溶液（如蔗糖溶液）； 质壁分离后又自动复原溶质能通过半透膜的溶液（如KNO3、尿素、甘油、乙二醇等溶液）质壁分离及其复原的应用渗透装置渗透作用原理动物细胞植物细胞细胞膜 原生质层半透膜实例：洋葱细胞渗透吸水或失水实例：哺乳动物红细胞浓度差半透膜半透膜蔗糖溶液蔗糖溶液清水清水被动运输扩散方式不需要能量被动运输像水分子这样，物质以_进出细胞，_消耗细胞内化
11、学反应所释放的_，这种物质跨膜运输方式称为_。问题探讨图1.人工脂双层膜对不同分子的通透性图2.生物膜和人工膜对多种物质的通透性被动运输被动运输自由扩散（简单扩散）协助扩散（易化扩散）物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的扩散方式被动运输物质物质跨膜运输跨膜运输的方式的方式运输方向运输方向是否需要是否需要转运蛋白转运蛋白是否是否消耗能量消耗能量被动被动运输运输自由自由扩散扩散协助协助扩散扩散顺浓度梯度不需要需要不消耗不消耗顺浓度梯度比较自由扩散和协助扩散，并完成下列表格。比较自由扩散和协助扩散，并完成下列表格。被动运输 资料1：水分子比较小，在活细胞中含量最多，人
12、们曾经认为它们以自由穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。思考：水分子从水多的一侧向水少的一侧扩散，属于哪种方式的扩散？后来的研究发现，水分子在通过细胞膜时的速率高过人工膜，由此推断细胞膜上可能存在特殊的输送水分子的通道。被动运输资料2：1988年，美国科学家阿格雷在分离纯化多种红细胞膜上的蛋白质时，发现了个疏水性跨膜蛋白（命名为 “AQP1”），他将含有AQP1蛋白和不含有此蛋白的细胞进行了对比实验，将这2种细胞放在同一水溶液中，结果如图。含AQP1蛋白的细胞不含AQP1蛋白的细胞阿格雷的“水通道验证实验”发现了什么？说明了水分子在细胞的运输还存在怎样的方式？被动运输资料3：为了进一步验证，科
13、研人员将AQP1导入脂质体中进行重组脂质体实验，结果发现，重组脂质体对水的转运活性比普通脂质体高出了10倍。从重组脂质体实验，你还能对细胞中水的运输方式或特点做出什么猜测吗？被动运输血管激素激素受体正常成年人每天产生的原尿约为180 L，最终只有约1.5 L的尿液排出。其他的水去哪了？被肾小管细胞吸收进入血液了。该过程需要水分子大量、快速通过细胞膜进入肾脏细胞，自由扩散的运输速率远不能满足生命活动的需要，而协助扩散能提高水的转运速率。被动运输水分子很小，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。被动运输钾离子通道模式图20世纪80
14、年代，科学家又从蚕豆保卫细胞中检测出K+的通道。1998年，美国科学家麦金农（R.Mackinon）解析了K+通道蛋白的立体结构。转运蛋白通道通道蛋白蛋白钠离子 钾离子葡萄糖氨基酸载体载体蛋白蛋白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。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。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
15、细胞水分子通过水通道蛋白进出细胞曲线解读运输速率膜两侧的浓度差运输速率膜两侧的浓度差判断：哪条曲线是自由扩散/协助扩散？请说出判断依据。通过转运蛋白的协助扩散具饱和性影响因素影响自由扩散的因素：影响自由扩散的因素：温度温度膜膜两侧的浓度两侧的浓度差差影响协助扩散的因素：影响协助扩散的因素：温度温度膜膜两侧的浓度差两侧的浓度差转运蛋白转运蛋白的数量的数量运输速率膜两侧的浓度差运输速率膜两侧的浓度差被动运输自由扩散协助扩散磷脂双分子层载体蛋白转运蛋白通道蛋白水通道蛋白水分子进出细胞属于包括穿过借助包括如课堂总结与生活的联系绝大部分保湿防冻产品中都有油脂类物质（如：甘油），想一想，这是为什么呢？ 油
16、脂类物质通过自由扩散的方式被细胞吸收，能吸收一部分空气的水分，同时它可以使一部分自由水转化为结合水，减少水分的散失，降低结冰点；从而可以防干燥，还能一定程度上防冻。润肤霜 一、概念检测一、概念检测1. 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。关物质跨膜运输的表述是否正确。（1 1）细胞膜和液泡膜都相当于半透膜。（）细胞膜和液泡膜都相当于半透膜。（ ）（2 2）水分子进入细胞，是通过自由扩散方式进行的。）水分子进入细胞，是通过自由扩散方式进行的。 （ ）（3 3）载体蛋白和通道蛋白
17、在转运分子和离子时，其作用机制是一样的。）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 2. . 基于对植物细胞质壁分离原理的理解判断，下列各项无法通过质壁分基于对植物细胞质壁分离原理的理解判断，下列各项无法通过质壁分离实验证明的是（离实验证明的是（ ）A.A.成熟植物细胞的死活成熟植物细胞的死活B.B.原生质层比细胞壁的伸缩性大原生质层比细胞壁的伸缩性大C.C.成熟的植物细胞能进行渗透吸水成熟的植物细胞能进行渗透吸水D.D.水分子可以通过通道蛋白进入水分子可以通过通道蛋白进入细胞细胞练习与应用3 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，两假如将甲乙
18、两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液的浓度均比细胞液的浓度高，在显微镜下连续观察，可以种溶液的浓度均比细胞液的浓度高，在显微镜下连续观察，可以预测甲乙两细胞的变化是（预测甲乙两细胞的变化是（ ）A.A.甲乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原甲乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原B.B.甲乙两细胞都发生质壁分离，但乙细胞很快发生质壁分离复原甲乙两细胞都发生质壁分离，但乙细胞很快发生质壁分离复原C.C.只有乙细胞发生质壁分离，但不会发生质壁分离复原只有乙细胞发生质壁分离，但不会发生质壁分离复原D.D.甲乙两细胞发生质壁分离，随后都很快发生质壁分离复原甲乙两细胞发生质壁分离
19、，随后都很快发生质壁分离复原【提示】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浓度，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。二、拓展应用二、拓展应用1.1.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的浓度相当于洋葱鳞片叶表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液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。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。二、拓展应用二、拓展应用2.温度变化会影响水分通过半透膜的扩散 速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。【答案】假设：温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率。设计实验提示：可以借用本节问题探讨中的渗透装置进行实验。将该渗透装置置于不同温度的环境中，通过比较不同温度下漏斗管液面上升速度的快慢，判定温度是否影响水分子的扩散速度，实验中要注意排除各种无关变量的干扰，如置于不同温度中的漏斗内的蔗糖溶液的量和浓度必须相等，以确保实验的准确性。
