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第1节被动运输第4章细胞的物质输入和输出2020/8/52020/8/5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、漏斗管内的液面为什么会升高?如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？2、如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？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？烧杯中的水分子进入漏斗中导致漏斗液面升高。事实上半透膜两侧的水分子都能够通过扩散作用自由进出，但由于蔗糖溶液中水的相对含量（单位体积中的水分子数）比烧杯中的水的相对含量低，因此，烧杯中的水扩散到漏斗中的速度比漏斗中的水扩散到烧杯中的速度相对更快些，导致漏斗中水量增加，液面上升。如果漏斗管足够长，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。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。漏斗管中的液面将保持不变。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。半透膜膜两侧的溶液具有浓度差渗透作用的条件水流方向：低浓度的一侧流向高浓度的一侧（水的相对含量高）（水的相对含量低）2020/8/5一、水进出细胞的原理1.动物细胞的吸水与失水当外界溶液溶质的浓度比细胞质的浓度低时，细胞吸水膨胀当外界溶液溶质的浓度比细胞质的浓度高时，细胞失水皱缩低渗溶液高渗溶液当外界溶液溶质的浓度与细胞质的浓度相同时，细胞形态不变等渗溶液水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞的原理是一样的，都是通过渗透作用。2020/8/51、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、红细胞吸水或失水取决于什么条件？5、想一想临床上输液为什么要用生理盐水。思考·讨论红细胞中的血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”所示装置中的蔗糖分子。是（相当于）。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。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。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。2020/8/52、植物细胞的吸水与失水细胞壁是全透性的，原生质层是不是相当于一层半透膜？提出问题作出假设设计实验进行实验实验结论表达与交流进一步探究水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是不是相当于一层半透膜？原生质层相当于一层半透膜植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，一个成熟的植物细胞可以看做一个渗透系统植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？探究植物细胞的吸水和失水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。2020/8/5植物细胞的质壁分离及复原的实验现象质壁分离：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。1、质壁分离产生的条件：（1）具有大液泡；（2）具有细胞壁；（3）活细胞；（4）外界溶液浓度细胞液浓度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：外界溶液浓度细胞液浓度•3、质壁分离及其复原的应用（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）2020/8/5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。被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。2020/8/5二、自由扩散和协助扩散1、自由扩散（简单扩散）：物质通过简单的扩散作用进出细胞。2020/8/51、自由扩散（简单扩散）：（1）特点：①从高浓度到低浓度；②不需要转运蛋白的协助；③不消耗细胞内化学反应产生的能量。（2）实例：气体（氧气、二氧化碳）、脂溶性小分子（甘油、乙醇、苯等）。2020/8/5甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？因为甘油、乙醇等都是脂溶性物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂双分子层出入细胞。2020/8/52、协助扩散（易化扩散）：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散。2020/8/52、协助扩散（易化扩散）：（1）特点：①从高浓度到低浓度；②需要转运蛋白的协助；③不消耗细胞内化学反应产生的能量。（2）实例：水分子*、离子、葡萄糖、氨基酸顺浓度梯度跨膜运输。*研究表明，水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。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是否有特异性具有具有实例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（3）转运蛋白的类型1、自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗？为什么？不需要。因为两者都是顺物质的浓度梯度。共同点：都是顺物质的浓度梯度，不需要细胞消耗能量。不同点：前者不需要蛋白质的协助，后者必须有蛋白质的协助。2、自由扩散和协助扩散有什么异同？思考·讨论3、影响被动运输的因素（1）影响自由扩散的因素细胞膜内、外物质的浓度差物质浓度差运输速率（2）影响协助扩散的因素①细胞膜内、外物质的浓度差②细胞膜上载体蛋白的种类和数量物质浓度差运输速率被动运输自由扩散协助扩散特征：顺浓度梯度运输典例：气体分子、脂溶性小分子特征：顺浓度梯度运输，需要转运蛋白典例：离子和小分子有机物水分子动物细胞植物细胞吸水会膨胀，甚至胀破；失水皱缩失水会发生质壁分离；吸水会发生质壁分离复原实验实验材料：成熟的植物细胞实验原理：植物细胞的原生质层相当于半透膜；细胞壁的伸缩性比原生质层小课堂小结1、以下可以发生渗透作用的是（）A.煮熟的马铃薯条放入水中B.把干种子放在清水中C.烈日下菠菜叶子下垂D.放在盐水中的萝卜变软D课堂练习2、a、b、c是三个相邻的细胞，已知a细胞液浓度b细胞液浓度c细胞液浓度,如图所示，能正确表示水分在三者之间关系的是（）acbacbacbacbABCDC2020/8/53、田间一次施肥过多，作物变得枯萎发黄，俗称“烧苗”。其原因是（）A.根细胞从土壤中吸收的养分过多B.根细胞不能从土壤中吸水C.根系不能将水向上运输D.根系被肥料分解释放的热能烧毁B4、利用高浓度盐水（NaCl溶液）杀菌防腐的原理是（）A.盐水中的Cl－有杀菌防腐的作用B.盐水中的Na＋不利于细菌的生活C.盐水是中性的，不适于细菌的生活D.由于渗透作用使细菌细胞内的水分渗出而死亡D5、关于被动运输的说法，错误的是（）A．顺浓度梯度进行B．一定需要转运蛋白C．不需要细胞消耗能量D．不能主动吸收物质B6、自由扩散和协助扩散的动力是（）A．葡萄糖B．浓度差C．细胞膜D．载体B二、拓展应用1、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。2、假设：温度变化会影响水分子通过半透膜的扩散速率。可以借助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率。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。课后练习