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第四章细胞的物质输入和输出物质跨膜运输的实例和方式一.渗透作用实验：渗透作用半透膜：膜上有小孔，相对较小的分子或离子可以通过，相对较大的分子或离子不能通过。渗透作用：水分子等溶剂分子通过半透膜由相对含量较高的一侧向相对含量较低的一侧扩散的现象。思考与比较：①渗透与扩散的关系？②半透膜与选择透过性膜的区别？半透膜和选择透过性膜：①相同点：某些物质可以通过，另一些物质不能通过。②不同点：选择透过性膜一定是半透膜，半透膜不一定是选择透过性膜。问题探讨1、漏斗管内的液面为什么会升高？•单位时间内透过玻璃纸的水分子数多于渗出玻璃纸的水分子数量。2、如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？•不会,因为纱布的孔隙很大,蔗糖分子也可以自由透过。3、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,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。1、渗透作用发生的条件（1）具有半透膜半透膜可以是生物性的选择透过性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过滤膜，如玻璃纸。（2）半透膜两侧的溶液具有浓度差。浓度差的实质是单位体积溶液中溶质分子数的差，即物质的量浓度之差，即摩尔浓度而不是质量浓度。注意：水分子的移动方向：双向移动，但最终结果是单位体积内水分子数多(低浓度)溶液流向单位体积内水分子数少(高浓度)溶液。2.渗透作用的发生（溶质分子不能通过半透膜）（1）当S1浓度S2浓度时，由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的水分子数，漏斗（S1）液面上升。（2）当S1浓度S2浓度时，由S1→S2的水分子数多于由S2→S1的水分子数，漏斗（S1）液面下降。（3）达到渗透平衡后，若存在如图液面差△h，则S1的溶液浓度仍大于S2。渗透作用的拓展应用1.验证渗透作用的发生需具半透膜2.验证发生水分子的移动需具“浓度差”3.渗透装置的应用——可用于确认与比较两种不同溶液的浓度（或渗透压）大小比较漏斗内烧杯内溶液浓度MN现象及结论①若漏斗内液面上升，则MN②若漏斗内液面不变，则M=N③若漏斗内液面下降，则MN注：初始状态时漏斗内外液面相等。4．探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例)烧杯内盛淀粉溶液漏斗内盛碘液结论变蓝不变蓝碘能通过半透膜，而淀粉不能不变蓝变蓝淀粉能通过半透膜，而碘不能变蓝变蓝淀粉和碘都能通过半透膜不变蓝不变蓝淀粉和碘都不能通过半透膜例．如图实验装置，玻璃槽是蒸馏水，半透膜允许单糖透过。倒置的长颈漏斗中先装入蔗糖溶液，一定时间后再加入蔗糖酶。最可能的实验现象是A．漏斗中液面开始时先上升，加酶后再上升后又下降B．在玻璃槽中会测到蔗糖和蔗糖酶C．漏斗中液面开始时先下降，加酶后一直上升D．在玻璃槽中会测到葡萄糖、果糖和蔗糖酶A渗透作用的原理及应用(2013·江苏单科，27)下图为研究渗透作用的实验装置，请回答下列问题：漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，漏斗内外起始液面一致。渗透平衡时的液面差为Δh，此时S1和S2浓度大小关系为________。S1大于S2-13-【例1】下图所示U形管中间被一种能允许水分子通过而二糖和单糖都不能透过的半透膜隔开,现在两侧分别加入0.1mol/L的蔗糖溶液和麦芽糖溶液,一段时间后左右两侧液面高度变化是怎样的?若向U形管右侧加入微量的某种物质(不影响溶液浓度),一段时间后,右侧液面高度上升,那么加入的这种微量物质最可能是()A.右侧液面高度下降;胰岛素B.右侧液面高度下降;衣藻C.两侧液面高度不变;麦芽糖酶D.两侧液面高度不变;蒸馏水导析:(1)渗透作用发生的条件是什么?(2)水解蔗糖和麦芽糖的酶叫什么?C二、动物细胞的失水和吸水动物细胞膜相当于一层半透膜。(1)外界溶液浓度③________细胞质浓度时，细胞吸水膨胀外界溶液浓度④________细胞质浓度时，细胞失水皱缩外界溶液浓度⑤________细胞质浓度时，细胞水分进出平衡，形态不变＜＞＝(2)细胞吸水或失水的多少取决于细胞膜两侧溶液中水的相对含量的_____。差值三、成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用原生质层与原生质体的区别？细胞液:植物细胞液泡内的水状液体，含有细胞代谢活动的产物，其成分有糖类、蛋白质、有机酸、色素、生物碱、无机盐等。其浓度决定植物细胞的渗透压。细胞内液:指人或高等动物细胞内的液体，原生质层是指植物细胞中，细胞膜、液泡膜、以及它们之间的物质，总的叫原生质层。原生质体是指植物细胞去除细胞壁以后，剩下的所有部分。细胞液与细胞内液的区别？植物细胞的吸水和失水“质”与“壁”各指什么？注意：①分生区细胞和干种子细胞因无大液泡，不能发生渗透作用（吸胀吸水），无质壁分离和复原现象。(成熟、活的，植物细胞才能发生质壁分离)②植物细胞有细胞壁的存在，不管失水还是吸水，细胞体积变化不大（液泡体积变化较大）。但动物细胞体积会发生明显变化。成熟的植物细胞细胞膜液泡膜两膜间的细胞质原生质层外界溶液细胞液1．原理：成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用。四、植物细胞的质壁分离及复原实验务实基础：2．流程实验结果：变小脱离细胞壁基本不变逐渐恢复原来大小恢复原位基本不变清水蔗糖溶液中央液泡大小原生质层位置细胞大小细胞失水细胞吸水质壁分离现象：外界溶液浓度细胞液的浓度，质壁分离复原现象：外界溶液浓度细胞液浓度，3.实验现象：4．质壁分离的原因分析(1)原因(2)表现外界溶液浓度＞细胞液浓度外因内因原生质层相当于一层半透膜细胞壁的伸缩性小于原生质层宏观微观植株：坚挺→萎蔫液泡：大→小细胞液颜色：浅→深原生质层：与细胞壁分离考点突破：1．实验成功的关键实验成功的关键是实验材料的选择，必须选择有大液泡并有颜色的植物细胞，便于在显微镜下观察。2．质壁分离和质壁分离复原中水分子移动是双向的，结果是双向水分子运动的差别所导致的现象。3．质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间充满的是浓度降低的外界溶液，因细胞壁是全透性且有水分子通过原生质层渗出来。4．若用50%蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能复原，因为细胞过度失水而死亡。5．若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验会出现自动复原现象，因外界物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。6、质壁分离实验的拓展应用3．在一定的条件下，运用植物细胞质壁分离的实验原理，测试某种农作物新品种的细胞液浓度，以此种方法获得作物代谢情况的必要数据。在此项测试中，实验变量(自变量)是()A．作物细胞质壁分离状态B．作物细胞液浓度C．制备的系列浓度检测液D．一定的环境温度或其他气候数据C巩固练习：4．以紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料观察植物细胞质壁分离现象，下列叙述错误的是()A．在发生质壁分离的细胞中能观察到紫色中央液泡逐渐缩小B．滴加30%的蔗糖溶液比10%的蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需时间短C．发生质壁分离的细胞放入清水中又复原，说明细胞保持活性D．用高浓度的NaCl溶液代替蔗糖溶液不能引起细胞质壁分离D1．番茄和水稻吸收无机盐离子的比较科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2＋、Mg2＋和Si4＋的培养液中培养，结果及分析如下：五、其他物质的跨膜运输务实基础：知识点二物质跨膜运输的其他实例1．其他实例(1)植物植物对无机盐离子的吸收不同植物如番茄、水稻对同一离子的吸收能力同种植物对不同离子的吸收能力(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的特点：逆浓度梯度(3)不同微生物对各种矿物质的需要量不同，吸收时各自都有________不同不同选择性2．结论(1)细胞膜和其他生物膜一样都是选择透过性膜(2)它具有的特点a.可以自由通过b.一些需要的也可以通过c.其他的则不能通过水分子离子和小分子离子、小分子和大分子提示吸水为自由扩散，吸收矿质离子为主动运输，且无机盐离子必须溶于水后才能被吸收，所以吸水和吸收无机盐离子是两个相对独立的过程。考点突破：①物质的跨膜运输并不都是顺相对含量浓度梯度的，而且细胞对于物质的输入和输出有选择性。②细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，其结构基础为膜上载体蛋白的种类和数量，有饱和性现象。③高浓度的盐、醋、糖等溶液能使细胞脱水而死亡，杀菌也是这个道理。④吸水和吸收矿质离子是何种关系？考点四：物质跨膜运输的方式务实基础：1、判断物质进出细胞的方式①根据分子大小与是否需要载体蛋白、能量物质出入细胞的方式被动运输主动运输自由扩散协助扩散运输方向高浓度→低浓度高浓度→低浓度一般为低浓度→高浓度是否需要载体蛋白不需要需要需要是否消耗能量不消耗不消耗消耗影响因素浓度差浓度差和载体能量和载体实例O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯等出入细胞红细胞吸收葡萄糖小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等图例表示曲线(一定浓度范围内)自由扩散协助扩散主动运输②根据运输方向：逆浓度梯度的跨膜运输方式是主动运输。(2)不同因素对主动运输的影响不同由于主动运输需要载体蛋白参与和消耗呼吸作用释放的能量,因此抑制某载体蛋白活性，则只会导致以该载体蛋白转运的物质运输停止，对其他物质运输不影响；但抑制呼吸作用，所有以主动运输跨膜的物质运输受影响。2、物质跨膜运输与膜的流动性和选择透过性有关，选择透过性的结构基础是膜上载体蛋白的种类和数量。3、影响物质跨膜运输的因素(1)物质浓度(在一定浓度范围内)自由扩散协助扩散(2)O2浓度(3)温度温度可影响生物膜的流动性和有关酶的活性，因而影响物质的运输速率，如低温会使物质跨膜运输速率下降。运输方向实例备注胞吞细胞外→细胞内白细胞吞噬细菌等①结构基础：细胞膜的流动性②需消耗能量③不需载体蛋白协助胞吐细胞内→细胞外分泌蛋白、神经递质的分泌释放等2、大分子的跨膜运输•比一比：自由扩散、协助扩散和主动运输与胞吞、胞吐有何主要区别？•答案：前三种物质运输方式是小分子和离子的运输方式，不包括大分子，且他们是穿膜运输。胞吞、胞吐是大分子或颗粒性物质的运输方式，运输是通过膜融合实现转移的，被运输的物质不直接穿过生物膜。1．(2010·上海生物，20)如图为显微镜下某植物细胞在30%蔗糖溶液中的示意图。下列叙述中错误的是()A．若将细胞置于清水中，A仍保持不变B．若该细胞处于40%蔗糖溶液中，B/A值将变小C．B/A值能表示细胞失水的程度D．A、B分别表示细胞和液泡的长度D巩固练习：2、右图是洋葱根尖表皮细胞的细胞膜在不同含氧情况下从硝酸钾溶液中吸收K＋和NO3—的曲线图，对曲线有关分析错误是A影响E、F两点吸收量不同的主要原因是能量供应的差异B影响F、G两点吸收量不同的主要原因是载体数量的不同C根尖表皮细胞吸收K＋和NO3—的载体蛋白种类不同D细胞对NO3—的吸收多于K＋是因为土壤溶液中NO3—含量较高氧浓度吸收量EFGNO3—K+D3、(1)由图甲漏斗液面上升可知，实验初始时c两侧浓度大小是a________b(大于、小于、等于)。由图乙可知漏斗中溶液吸水速率在________，最终液面不再上升。当液面不再上升时，c两侧浓度大小是a________b。(2)图丙中相当于图甲中c结构的是________(填序号)，结构②当中充满的液体是________。此时细胞液的浓度与外界溶液的浓度大小关系是________。A．细胞液外界溶液B．细胞液外界溶液C．细胞液＝外界溶液D．都有可能小于下降小于③④⑤外界溶液D(3)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入清水当中，发现细胞液泡体积增大，说明细胞在渗透吸水，细胞能否无限吸水？________，原因是__________________________。(4)把一个已经发生质壁分离的细胞浸入低浓度的蔗糖溶液中，发现细胞液泡体积在增大。当液泡体积不再增大时，细胞液浓度是否一定和外界溶液浓度相等？______________。不能细胞壁对原生质层有支持和保护的作用不一定1．把哺乳动物成熟的红细胞置于清水中是获取细胞膜的最佳方法，根据渗透作用的原理，请分析在此过程中，细胞的吸水能力的变化情况是()A．逐渐增强B．逐渐降低C．保持不变D．先升高后降低B考点过关演练2．将洋葱表皮细胞置于30%的蔗糖溶液