第四章 细胞的物质输入和输出

复习纲要：
1、 细胞失水和吸水的原理
2 、质壁分离实验
3 、流动镶嵌模型的探索历程和基本内容
4 、 物质跨膜运输的方式
实验：通过模拟实验探究膜的透性（必修一P60“问题探讨”）
实验目的：说明生物膜具有选择透过性
实验原理：某些半透膜（如动物的膀胱膜、肠衣等），可以让某些物质透过，而另一些物质不能透过。或者（玻璃纸）水分子可以透过，而蔗糖分子因为比较大，不能透过。可以用半透膜将不同浓度的溶液分隔开，然后通过观察溶液液面高低的变化，来观察半透膜的选择透过特性，进而类比分析得出生物膜的透性。
第一节 物质跨膜运输的实例
渗透作用
讨论：
①漏斗管内的液面为什么会升高？

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？

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？
答：由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量多于从长颈漏斗渗出的水分子数量，使得管内液面升高。
答：半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量，液面也不会升高。
答：用纱布替代玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通透，液面不会升高。
一、渗透作用
（1）渗透作用：
（2）发生渗透作用的条件：
一是

二是
水分子透过半透膜，从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。
具有半透膜（细胞膜或原生质层相当于半透膜）
半透膜两侧具有浓度差
二、细胞的吸水和失水（原理：渗透作用）
1.动物细胞的吸水和失水
外界溶液浓度 细胞质浓度时,细胞
外界溶液浓度 细胞质浓度时,细胞
外界溶液浓度 细胞质浓度时,水分进出细胞处于
动物细胞的吸水和失水取决于______________________，____________相当于半透膜.
<
>
细胞吸水膨胀
细胞失水皱缩
动态平衡
细胞内外浓度的差值
=
细胞膜
2.植物细胞的吸水和失水
成熟的植物细胞(形成大的液泡)主要靠 吸收水份，如根尖成熟区表皮细胞。
成熟的植物细胞为一个渗透系统
液
泡
浓度差
成熟的植物细胞为一个渗透系统
植物
细胞
具有一定的浓度
外界溶液
原生质层—选择透过性
——全透性
细胞液
渗透作用
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡膜
①原理：
外界溶液浓度 ＞ 细胞液浓度 → 渗透 →

外界溶液浓度 ＜ 细胞液浓度 → 渗透 →
②产生的条件：
③产生的原因：
内因：
外因：
④结论：
⑤自动复原：
细胞质壁分离
细胞质壁分离复原
3、质壁分离与质壁分离的复原
失水
吸水
活细胞；具有大液泡 ；具有细胞壁；外界溶液浓度>细胞液浓度
原生质层伸缩性大于细胞壁伸缩性
具有浓度差
验证细胞死活，验证伸缩性、验证渗透作用
乙二醇、甘油、尿素、KNO3等溶液
观察植物细胞的质壁分离和复原
一．实验原理：
思考题1．质壁分离的原理：当细胞液的浓度 外界溶液的浓度时，细胞就会通过 而失水，细胞液中的水分就透过原生质层进入到溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。由于原生质层比细胞壁的收缩性 （大还是小），当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁分离。
思考题2．质壁分离复原的原理：当细胞液的浓度 外界溶液的浓度时，细胞就会通过 而吸水，外界溶液中的水分就通过 进入到细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，紧贴细胞壁，使植物细胞逐渐发生质壁分离复原。
思考题3．相对细胞膜，细胞壁具有什么特性？
小于
渗透作用
渗透作用
大
大于
原生质层
具有全透性。
创新设计：P41
思考题4．为什么选用紫色洋葱鳞片叶的外表皮作实验材料？用紫色洋葱鳞片叶的内表皮是否可以？为什么？

思考题5．为什么用蔗糖溶液做质壁分离剂？其浓度用0.5g/ml可以吗？为什么？
二、实验材料、用具：
紫色洋葱鳞片叶的外表皮，0.3g/ml的蔗糖溶液，显微镜等。
因为紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞液泡呈紫色，易于观察。不可以，因为内表皮细胞的细胞液无色透明，不利于观察。
因为其对细胞无毒害作用；不行，因为如用浓度用0.5g/ml的蔗糖溶液，细胞会严重失水死亡，看不到质壁分离的复原。
三、实验步骤：
1．制作洋葱表皮的临时装片：在载玻片上滴一滴水，撕取洋葱鳞片叶外表皮放在水滴中展平，盖上盖玻片。
思考题6．为什么盖盖玻片应让盖玻片的一侧先触及载玻片，然后轻轻放平？





思考题8．为什么先观察正常细胞而不直接进行第3步骤？
防止装片产生气泡。
先观察正常细胞是为与后面的“质壁分离”起对照作用。
思考题10．用低倍显微镜观察到的实验现象是怎样的？

思考题11．原生质层与细胞壁之间的液体是什么？为什么？
液泡由大变小，颜色由浅变深，原生质层与细胞壁分离。
蔗糖溶液，因为细胞壁具有全透性。但注意，这是观察不到的，观察只能看到透明液体。
4．观察细胞质壁分离的复原现象：从盖玻片的一侧滴入清水，在另一侧用吸水纸吸引，重复几次；镜检。
思考题12．此时用低倍显微镜观察到的实验现象是怎样的？

思考题13．发生质壁分离的装片，不能久置，要马上滴加清水，使其复原。这是为什么？
液泡由小变大，颜色由深变浅，原生质层恢复原状。
因为细胞失水过久，也会死亡。
变小
逐渐恢复原来大小
脱离细胞壁
恢复原位
基本不变
基本不变
蔗糖溶液
清水
中央液泡大小
原生质层位置
细胞大小
四、实验结论：
思考题14．通过上述实验，你能得出什么结论？
思考题15．当红细胞细胞膜两侧的溶液具有浓度差时，红细胞会不会发生质壁分离？为什么？
原生质层相当于半透膜。
不会。因为红细胞不具细胞壁。
质壁分离
质壁分离实验的拓展应用：创新设计 P43
质壁分离复原
假定将甲、乙两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油中，两种溶液均比细胞液的浓度高，蔗糖分子不能透过细胞膜，甘油分子可以较快地透过细胞膜，在显微镜下连续观察甲、乙两细胞的变化是（ ）
A.甲、乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原
B.甲、乙两细胞发生质壁分离后，乙细胞随后又发生质壁
分离复原
C.甲、乙两细胞发生质壁分离，随后甲发生质壁分离复原
D.甲、乙两细胞发生质壁分离，后均又发生质壁分离复原
B
三、物质跨膜运输的其他实例
1、对矿质元素的吸收
逆相对含量梯度——
对物质是否吸收以及吸收多少，都是由
决定。
2、细胞膜是一层选择透过性膜， 可以自由通过， 也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。
主动运输
细胞膜上载体
的种类和数量
水分子
一些离子和小分子
其他生物膜也具有该特性。
创新设计：P42
比较概念
半透膜：物质的透过与否取决于半透膜孔隙直径的大小 ，不具有选择性，不是生物膜。

选择透过性膜：细胞膜上具有 ，且不同生物的细胞膜上 不同，构成了对不同物质吸收与否和吸收多少的选择性。当细胞死亡后，膜的选择透过性便消失，从而说明了选择透过性膜是具有生物活性的。
（如：动物膀胱、玻璃纸、肠衣、鸡蛋的卵壳膜等）
（如：细胞膜等各种生物膜和原生质层）
载体
载体种类和数量
创新设计：P40
课本P64拓展题
第二节   生物膜的流动镶嵌模型
一、对生物膜结构的探索历程
用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透性实验，发现脂质更容易通过细胞膜
从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，面积是细胞膜的2倍
在电镜下看到细胞膜由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成
分别用绿色和红色荧光染料标记两种细胞的蛋白质，并将两细胞融合，发现荧光均匀
在新的观察和实验证据基础上
膜是由脂质组成的
细胞膜中脂质为连续的两层
生物膜为三层静态统一结构
细胞膜具有流动性
提出流动镶嵌模型
1972年，桑格和尼克森在新的观察和实验证据的基础上，提出了流动镶嵌模型。
①生物膜基本支架：____ _______（区别DNA的基本骨架）
②蛋白质镶嵌不对称
③细胞膜的外表有少量 和
糖被（糖蛋白）：由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形
成。
作用：细胞识别、保护润滑、免疫反应、血型鉴定等
糖脂：由细胞膜上的糖类与脂质分子结合形成
流动镶嵌模型的基本内容
磷脂双分子层
镶在
嵌入
横跨
糖蛋白
糖脂
细胞膜的结构
④结构特点：具有 ，膜结构中的蛋白质和脂质分子在膜中可作多种形式的移动，膜整体结构也具有流动性。
体现：
证明实验：
⑤功能特点： （取决于蛋白质）
质壁分离和复原实验，动物细胞膜内陷（细胞分裂），变形虫的变形运动，精子与卵细胞融合（受精作用），人鼠细胞融合，白（吞噬）细胞吞噬病菌， 内吞外排
流动性
人鼠细胞的融合实验
选择透过性
返回
白细胞吞噬病毒的过程
细胞膜的流动性与选择透过性的关系
创新设计：P45
高→低
不需要
不需要
高→低
低→高
需要
需要
不需要
需要
自由扩散
协助扩散
主动运输
水、CO2、O2、N2、乙醇、甘油、苯、脂肪酸、维生素等
葡萄糖进入红细胞
氨基酸、K+、Na+、Ca+等离子、葡萄糖进入小肠上皮细胞
第3节 物质跨膜运输的方式
创新设计：P46
葡萄糖在进入红细胞是协助扩散，而进入其他细胞（除红细胞）的方式就是主动运输。
主动运输的意义：课本P71
主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。
大分子物质、病菌、病毒通过生物膜或磷脂分子的层数
　　大分子物质（如蛋白质、多糖、DNA、RNA等）、病菌、病毒等颗粒性物质不能以跨膜方式通过生物膜，而是以内吞（胞吞）、外排（胞吐）作用通过生物膜。其原理是生物膜具有一定的流动性，能形成小泡包围大分子和颗粒性物质过生物膜，所以这些物质通过生物膜时没有穿过生物膜。细胞质与细胞核之间的大分子物质通过核孔进行物质交换，所以也不穿过生物膜。
非跨膜运输：
分为胞吞（内吞作用）与胞吐（外排作用）。需要能量，不需要载体（通过小泡）。
创新设计：P46
要确定某种物质的运输方式，必须抓住三个关键：
①分析被运输的物质是否通过细胞膜；
②明确被运输物质微粒的性质（大分子、小分子、离子）；
③分析物质通过细胞膜的转运方向（高浓度→低浓度，低浓度→高浓度），是否需要载体协助，是否需要消耗能量。
自由扩散
协助扩散
主动运输
胞吞胞吐
影响跨膜运输的因素
创新设计：P46
⑴影响自由扩散的因素：
⑵影响协助扩散的因素：

⑶影响主动运输的因素：
细胞膜内外物质的浓度差
①细胞膜内外物质的浓度差
②细胞膜上运载物质的载体数量
①载体：是细胞膜上的一类蛋白质
a.载体具有特异性，不同物质的载体不同，不同生物细胞膜上的载体的种类和数目也不同。
b. 载体具有饱和现象，当细胞膜上的载体全部参与物质的运输时，细胞吸收该载体运载的物质的速度不再随物质浓度的增大而增大。
②能量：凡能影响细胞内产生能量的因素，都能影响主动运输，如氧气浓度、温度等。
⑷影响物质运输速率的曲线分析
①物质浓度对运输速率的影响曲线：
a.自由扩散的运输方向是由高浓度一侧到低浓度一侧，其动力是两侧溶液的浓度差，在一定浓度范围内，随物质浓度的增大，其运输速率与物质浓度成正比。
b.协助扩散的特点是都需要载体协助 ，在物质浓度较低时，随物质浓度的增大，运输速率也增大，但达到一定的浓度后，运输的速度就不再增加了，原因是细胞膜上运输该物质的载体的数量有限，当载体饱和后，运输的速度也就不增加了。
②氧气浓度对物质运输速率的影响曲线
a.自由扩散和协助扩散统称为被动运输，其运输方向都是从高浓度一侧到低浓度一侧，其运输的动力都是浓度差，不需要能量，因此与氧气浓度无关，运输速率不随氧气浓度增大而改变。
b.主动运输方式既需要载体协助又需要消耗能量。在氧气浓度为零时，通过无氧呼吸供能，但无氧呼吸产生能量较少所以运输速率较低，在一定范围内随氧气浓度升高，有氧呼吸加强，产生的能量逐渐增多，所以运输速率不断加快，当氧气浓度足够高时，能量供应充足，但由于受到载体数量的限制，运输速率不再随氧气浓度增大而加快。