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第4章细胞的物质输入和输出第1节物质跨膜运输的实例细胞是一个开放的系统，每时每刻都与环境进行着物质的交换。物质的进进出出都要经过细胞的边界——细胞膜。细胞内外的许多物质并不能自由地出入细胞，细胞膜能够对进出细胞的物质进行选择。细胞是地球上最基本的生命系统细胞膜—系统的边界细胞壁是全透性的扩散与渗透的区别扩散：是指物质从密度大的空间自然向密度小的空间运动的现象。扩散现象“扩散”与“渗透”的区别渗透作用半透膜：是指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。它往往是只能让小分子物质透过，大分子物质不能透过，不具有选择性，不是生物膜。RS半透膜清水蔗糖溶液RS半透膜清水蔗糖溶液S渗R渗=+静水压渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散，称为渗透作用。渗透作用的产生必须具备两个条件:①具有半透膜②半透膜两侧的溶液具有浓度差小结:§1物质跨膜运输的实例（可选用玻璃纸、哺乳动物的膀胱、卵壳内膜等）1.渗透现象实验中的半透膜可选用哪些材料抽取?2.此装置中若用纱布、塑料薄膜代替半透膜，其现象如何？(两种材料均不能观察到液面上升现象)3.若烧杯中是蔗糖溶液，漏斗内是清水，其结果怎样？(液面会下降)“扩散”与“渗透”的区别水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散，称为渗透作用。“扩散”与“渗透”的区别扩散：是指物质从密度大的空间自然向密度小的空间运动的现象。渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散，叫做渗透作用。摩尔浓度区别：渗透与扩散的不同在于渗透必须有半透膜。EF10%的蔗糖溶液30%的蔗糖溶液10%的蔗糖溶液10%的葡萄糖溶液B液面上升结果摩尔浓度小摩尔浓度大F液面上升如图在U形管的中部C处装有半透膜，在A侧加入细胞色素C（分子量为1.3万道尔顿的蛋白质）的水溶液（红色），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，结果是（）A.A、B两侧液面高度一致，B侧为无色B.A、B两侧液面高度一致，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如图所示:ab分别为体积与质量浓度（g/mL）相同的葡萄糖和蔗糖溶液用半透膜隔开，（半透膜允许水分子和葡萄糖通过，不允许蔗糖通过）开始和一段时间后液面的情况如何？ab半透膜先ab后ab葡萄糖溶液蔗糖溶液（如：细胞膜上具有，且不同生物的细胞膜上载体不同，构成了对不同物质吸收与否和吸收多少的选择性。选择透过性膜半透膜某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。物质能否透过半透膜往往取决于半透膜孔隙直径的大小。动物膀胱、玻璃纸、肠衣、鸡蛋的卵壳膜）（如：细胞膜等各种生物膜）种类和数量载体“半透膜”与“选择透过性膜”的区别细胞的吸水和失水外界溶液浓度＜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,细胞动态平衡动物细胞（课本P60）思考与讨论1.正常生活着的红细胞内的血红蛋白等有机物能过细胞膜外吗？2.根据现象判断红细胞的细胞膜相当与什么膜？3.当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会吸水而涨破？4.红细胞吸水或失水的多少取决与什么？红细胞内的血红蛋白等有机物一般不能透过细胞膜。红细胞的细胞膜相当于“问题探讨”中的半透膜。当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞一般会因持续吸水而涨破。红细胞吸水或失水的多少主要取决于红细胞内外浓度的差值。一般情况下，差值较大时吸水或失水较多。（课本P61）成熟的植物细胞的结构细胞壁细胞膜细胞质细胞核液泡关键在于：原生质层是否相当于一层半透膜？（探究）成熟的植物细胞是一个渗透系统植物细胞的吸水和失水原生质层：细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。“原生质层”和“原生质”的区别原生质：细胞内具有生命活动的物质称为原生质。（包括细胞膜、细胞质和细胞核）。【回忆】植物细胞的结构细胞壁细胞膜细胞质液泡膜原生质层【探究】植物细胞相当于半透膜原生质层植物细胞的吸水和失水实验假设：若原生质层相当于一层半透膜，把成熟的植物细胞放置在不同的外界溶液中，它应该有吸水或失水的现象实验材料的选择：实验材料：紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液、清水探究实验：植物细胞的吸水和失水探究实验：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分析结果表达与交流（原生质层是一层半透膜吗？）（原生质层相当于一层半透膜）设计方案（按预定方案进行实验）（分析实验结果，得出结论：……）（总结，写实验报告并适当交流）预期结果将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再将细胞浸润在清水中，观察其大小的变化。在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，细胞皱缩；在清水中植物细胞的中央液泡会变大，细胞膨胀。取一小块洋葱鳞茎的紫色外表皮，放在载玻片的中央的水滴中镜检——观察自然状态下的紫色洋葱外表皮细胞的结构。从载物台上取下装片，用对侧引流法加入质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液，再次镜检。观察浸浴在蔗糖溶液中的表皮细胞有什么变化。（与自然状态下的表皮细胞比较）ⅠⅡⅢⅣ方法步骤0.3g/ml蔗糖溶液质壁分离清水质壁分离复原质壁分离的过程植物细胞的吸水与失水§1物质跨膜运输的实例实验结果：细胞大小蔗糖溶液清水变小逐渐恢复原来大小原生质层恢复原来位置原生质层脱离细胞壁基本不变基本不变中央液泡大小原生质层的位置探究实验：植物细胞的吸水和失水滴加蔗糖溶液发生质壁分离的细胞改换清水后正在发生质壁分离复原的细胞探究实验：植物细胞的吸水和失水注意颜色的变化质壁分离:植物细胞因为失水收缩，原生质层与细胞壁发生分离的现象。质壁分离复原：发生质壁分离的植物细胞因吸水膨胀，恢复为原来的状态。注意颜色的变化探究实验：植物细胞的吸水和失水正常情况下的细胞发生质壁分离结论：植物细胞的原生质层相当于一层半透膜植物细胞的质壁分离（表示刚开始发生质壁分离）（表示已明显发生质壁分离）（课本P63）实验结论：原生质层相当于半透膜细胞内有细胞液长颈漏斗中有蔗糖液外界溶液烧杯中有清水半透膜成熟的植物细胞渗透系统装置原生质层(选择性透过膜)探究实验：植物细胞的吸水和失水成熟的植物细胞和外界溶液组成一个渗透系统细胞质细胞膜液泡膜原生质层细胞壁细胞液一个成熟的植物细胞可构成一个渗透系统，发生渗透作用植物细胞的吸水和失水半透膜外界溶液浓度差注意•植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。•细胞失水时细胞壁和原生质层都会出现一定程度的收缩，但原生质层的伸缩性更大，故原生质层会与细胞壁发生分离。•植物细胞质壁分离复原的条件:植物细胞必须是活细胞细胞液与外界溶液必须有浓度差必须有大的液泡（课本P63）强调•细胞膜并不是单纯物理意义的半透膜，它是有生理活性的，能以一些物质进行选择通过，这叫选择透过性膜。•细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜：可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他离子、小分子和大分子则不能通过。•根据细胞膜有无选择透过性可以判定细胞死活．（课本P64）探究甘油溶液中分子跨膜运输的实验现象5%甘油溶液12.13.21:065%甘油溶液12.13.21:41细胞发生质壁分离的自动复原探究KNO3溶液溶液中分子跨膜运输的实验现象7%KNO3溶液12.13.21:587%KNO3溶液12.13.22:14细胞发生质壁分离的自动复原060120180240300时间（S）50100原生质体体积（相对值）（复原状态）2mol/L乙二醇溶液2mol/L蔗糖溶液例：用2mol/L的乙二醇溶液和2mol/L的蔗糖溶液分别浸浴某种植物细胞，观察质壁分离现象，得到其原生质体体积变化情况如图所示。例：将同一植物细胞依次浸入蒸馏水、0.3mol蔗糖溶液和0.5mol尿素溶液中，观察原生质体的体积随时间的变化如右图所示：（1）A、B、C中细胞在蒸馏水中的是，在0.5mol尿素溶液中的是。（2）ab段的下降速度较ae段的快，这是因为___；AB尿素溶液浓度大于蔗糖溶液浓度（3）简要分析B、C曲线差异的原因__________________。起初尿素溶液浓度大于蔗糖溶液浓度细胞失水较快，随着尿素分子进入细胞使细胞液浓度逐渐增大，引起细胞吸水。例：如图，下面是一个洋葱表皮细胞浸润在30%的蔗糖溶液中出现的情况，根据结构示意图，分析回答（1）在显微镜下观察时可发现此细胞正处于___状态。（2）图中相当于半透膜的结构叫______，它由___、_____和_____组成。（3）在1的空隙中充满的是______。若把此细胞放入清水中，则会发生___________现象。1质壁分离原生质层细胞膜细胞质液泡膜蔗糖溶液质壁分离复原细胞发生质壁分离的自动复原原因：蔗糖分子不被植物细胞吸收，因而在适宜蔗糖溶液中发生质壁分离后不能自动复原，可见外界溶液中的小分子物质或离子能否被细胞吸收将决定能否自动复原。甘油、K+、NO3-与乙二醇一样能进入细胞内，故其内的细胞能自动复原。蔗糖分子不能进入细胞内，故不能自动复原，只能人工复原。初始浓度0Mg2＋Ca2+Si4+离子培养液中的离子浓度水稻番茄物质跨膜运输的其他实例（1）离子的跨膜运输并不是顺着离子相对含量的梯度来进行的；（2）细胞膜不仅仅是半透膜，还是选择透过性膜。1.水稻培养液里的Ca2+和Mg2+浓度为什么会增高?水稻吸收水分和其他离子多,而吸收Ca2+和Mg2+较少2.不同作物对无机盐的吸收有差异吗?有明显差异,水稻吸收大量的Si4+而番茄几乎不吸收.番茄吸收Ca2+和Mg2+较多物质跨膜运输的其他实例3.水分子跨膜运输是顺着相对含量梯度的,其他物质也是这样的吗?不是的!比如水稻吸收大量的Si4+,这是根据生物生命活动的需要.4.细胞对物质的吸收有选择性吗?如果有,这种选择有普遍性吗?具有选择性的,因为不同生物吸收的离子的量是各不相同的;这种选择也是有普遍性的,如不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异.物质跨膜运输的其他实例质壁分离实验的拓展应用及方法1、判断细胞的死活待测细胞+蔗糖溶液镜检发生质壁分离和复原活细胞不发生质壁分离或质壁分离后不复原死细胞实验单一变量：待测细胞的生活状态。质壁分离实验的拓展应用及方法2、测定细胞液浓度范围待测细胞+一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别镜检细胞液的浓度介于未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。（考试高手P24）实验单一变量：不同浓度的蔗糖溶液。例：将细胞液浓度相同的紫色洋葱表皮细胞，分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，制成装片镜检结果如下图所示，根据此实验，可知洋葱表皮细胞的细胞液浓度大约为（）A．0．2—0．3MB．0．1--0．2MC．0．3—0．4MD．无法确定A例：有人提出利用渗透作用实验原理可以来测定细胞的细胞液浓度的大概范围。下面是将细胞液浓度相同的几个细胞（如下图所示）置于不同蔗糖浓度（a～d）下的细胞状态，则这几个细胞的细胞液浓度范围相对最精确的范围是在（）A．c－bB．a－cC．a－dD．d－cC质壁分离实验的拓展应用及方法3、比较不同植物细胞的细胞液浓度（考试高手P24）不同植物细胞+同一浓度的蔗糖溶液镜检记录刚刚发生质壁分离时所需时间判断细胞液浓度（即时间越短，细胞液浓度越小）对所需时间长短进行比较实验单一变量：不同植物细胞。质壁分离实验的拓展应用及方法4、比较未知浓度溶液的浓度大小（考试高手P24）同一植物的成熟细胞+未知浓度的溶液镜检记录刚刚发生质壁分离所需时间判断溶液浓度的大小（即时间越短，未知溶液的浓度越大）比较所用时间长短实验单一变量：未知浓度的溶液。质壁分离实验的拓展应用及方法5、验证原生质层和细胞壁伸缩性大小成熟植物细胞+蔗糖溶液镜检发生质壁分离现象细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性不发生质壁分离现象细胞壁的伸缩性大于或等于原生质层的伸缩性（考试高手P24）实验单一变量：植物细胞结构特性。质壁分离实验的拓展应用及方法6、鉴别不同种类的溶液（如KNO3和蔗糖溶液）（考试高手P24）成熟植物细胞+不同种类溶液镜检只发生质壁分离