第四章
细胞的物质输入和输出
第一节 物质跨膜运输的实例
师说P29必修一P60
你吃比较咸的食物时，如腌制的咸菜、连续磕带盐的瓜子等，你的口腔和唇的黏膜会有什么感觉？为什么？

当你把白菜剁碎准备做馅时，常常放一些盐，过一段时间后就可见有水分渗出，水分从哪里来？为什么会有水分渗出？

萎蔫的青菜放入清水中浸泡一段时间后，会有什么变化？为什么？
思考
清水
玻璃纸
(半透膜)
蔗糖溶液
蔗糖分子
水分子
一、渗透作用
1、渗透系统
误区警示：1、漏斗内液面上升仅仅因为清水中水分子进入漏斗吗？
2、漏斗内液面不再上升仅仅因为清水中水分子不再进入漏斗吗？
2、渗透作用
（1）、定义：
渗透作用是指水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜
从低浓度溶液向高浓度溶液扩散现象。
（2）、发生条件：
具有半透膜
半透膜两侧有浓度差
（3）、渗透作用的原理
（4）、渗透作用与扩散作用的比较
其他半透膜：肠衣、猪膀胱膜、蛋壳上的膜、蚕豆的种皮、鱼鳔
S1溶液
S2溶液
①若S1溶液浓度＞S2溶液浓度，则单位时间内由S2溶液移动到S1溶液的水分子数多于由S1溶液移动到S2溶液的水分子数，漏斗内液面升高
②若S1溶液浓度＜S2溶液浓度，则单位时间内由S1溶液移动到S2溶液的水分子数多于由S2溶液移动到S1溶液的水分子数，漏斗内液面下降
③若S1溶液浓度＝S2溶液浓度，水分子的移动处于动态平衡，漏斗内液面不变
二、细胞的吸水和失水
1、动物细胞的吸水和失水（以哺乳动物成熟红细胞为例）
（1）条件：
①半透膜：红细胞的　 　。
②浓度差： 存在浓度差。
细胞膜
外界溶液与细胞质
（2）实验过程
吸水膨胀
失水皱缩
水分进出平衡
生理盐水
其它动物细胞吸水和失水和原理与红细胞的是一样的。
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡膜
原生质层
(1)、成熟植物细胞的结构
细胞液
2. 植物细胞的吸水和失水：
全透性，收缩性小
细胞核
具有选择透过性，相当于半透膜；伸缩性大
（2）原理和现象：
①外界溶液浓度______细胞液浓度时，细胞失水，发生________现象。
②外界溶液浓度_____细胞液浓度时，细胞吸水，发生___________ 现象。
（3）质壁分离的前提（原因）：
①外因：细胞（活细胞）内外溶液存在________ 　
②内因：原生质层相当于一层_______；
细胞壁的伸缩性________ 原生质层。
大于
质壁分离
小于
质壁分离复原
浓度差
小于
半透膜
提示：①相同点：某些物质可以通过，另一些物质不能通过。
思考：半透膜与选择透过性膜有哪些异同点？
选择透过性膜：水分子可以自由通过，细胞要选择吸收的一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子物质则不能通过。
半透膜：水分子可以自由通过，蔗糖分子则不能通过。
师说P30
②不同点：选择透过性膜有生物活性，膜上有载体蛋白，半透膜没有生物活性。所以半透膜不一定是选择透过性膜，而选择透过性膜一定是半透膜。
（1）对比分析：
3、渗透系统的组成分析及应用：
师说P30
水分子相对含量多的一侧向水分子相对含量少的一侧移动
溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，如10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液的质量浓度相等，但10%蔗糖溶液的物质的量浓度小，故水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。
特别提醒：
例1：下图表示一中间隔以半透膜（只允许水分子通过）的水槽，两侧分别加入等质量分数的葡萄糖溶液和麦芽糖溶液。然后在半透膜两侧加入等质量的麦芽糖酶，在加入麦芽糖酶前后A、B两侧液面的变化是（　）
A. 加酶前A侧上升，加酶后B侧上升并等于A侧高度
B. 加酶前A侧上升，加酶后B侧上升并高于A侧高度
C. 加酶前后A、B两侧液面不变
D. 加酶前A、B两侧液面不变，加酶后B侧上升并高于A侧高度

B
师说P32考向1
ⅱ、具有浓度差：
（2）验证渗透作用发生的条件：
ⅰ、具有半透膜：
（3）渗透系统的应用：
①比较不同溶液浓度大小：
M>N
M＝N
M注意：渗透系统适用于比较溶质不能透过半透膜的溶液浓度的大小。
②探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例)：
4、观察植物细胞的质壁分离及复原：
（1）实验原理：
①成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用。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；
③外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原现象。
②外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离现象。
师说p34
（2）质壁分离与复原实验流程：
引流法
渗透失水
细胞壁的伸缩性小于原生质层
渗透吸水
为什么做质壁分离和复原实验时要选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞？
提示：由于液泡内含大量花青素,使液泡呈紫色,便于观察.
能否选择紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞、白色洋葱鳞片叶表皮细胞、根尖成熟区细胞？
根尖分生区细胞？筛管细胞？动物细胞？
提示：都有中央大液泡，能发生质壁分离和复原，但是液泡无色,不便于观察.
提示：由于根尖分生区细胞无中央大液泡,筛管细胞是死细胞，原生质层无选择透过性，动物细胞无细胞壁，所以不能发生质壁分离和复原
选材标准：有颜色的成熟的具有大液泡的活的植物细胞
观察结果记录
变小
脱离
原来
（3）实验结果
（4）实验结论
原生质层相当于半透膜,成熟植物细胞是一个渗透系统
变深
变浅
恢复
注意：质壁分离时，原生质层的外界面是_______，细胞壁与原生质层之间是________。
细胞膜
外界溶液
（5）实验中的注意事项：
①选材：选取带有____的、____的具有大液泡的
__的___细胞---紫色洋葱鳞片叶外表皮
②观察到质壁分离后应____做质壁分离复原的实验，避免细胞长时间处于高浓度的溶液中，失水过度而死亡。
③选用的蔗糖溶液浓度（__g/ml）要适宜。浓度过低(___发生质壁分离或速度___)过高（质壁分离速度虽__，但细胞会过度失水死亡, ___发生质壁分离复原）都不行。且选用的溶液要恰当,盐酸、酒精、醋酸不宜选用，容易___细胞。适宜浓度的NaCl溶液和硝酸钾溶液也可以。
水棉、黑藻、鸭拓草也是常用材料
颜色
成熟
活
植物
迅速
0.3
不会
很慢
快
不会
杀死
思考：发生质壁分离自动复原的原因？
溶质分子通过主动运输（如K+、NO3-、Cl- 、 Na+ 、等）或自由扩散（如甘油、尿素、乙二醇等）进入细胞液，增大了细胞液浓度，当增大到大于外界溶液浓度时细胞吸水。所以这些物质可以出现质壁分离和自动复原现象。
师说P31跟踪训练1
①判断植物细胞的死活：
（6）质壁分离实验的应用：
待测植物细胞＋系列浓度梯度的蔗糖溶液，细胞液浓度介于______质壁分离和刚刚____质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。
待测植物细胞＋蔗糖溶液→发生质壁分离，细胞是____的；未发生质壁分离，细胞是死的。
②测定细胞液浓度范围：
活
未发生
发生
师说P34注意问题
同一植物的相同_____细胞＋一系列未知浓度的溶液，比较刚刚发生质壁分离所需所用时间长短―→判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越___)。
③比较不同植物细胞的细胞液浓度大小：
不同植物细胞＋同一浓度的蔗糖溶液，比较刚刚发生质壁分离时所需时间的长短―→判断细胞液浓度大小(时间越短，细胞液浓度越____)。
④比较一系列未知溶液的浓度的大小：
小
成熟
大
⑤鉴别不同种类的溶液(KNO3溶液和蔗糖溶液)：
相同成熟植物细胞＋不同种类溶液：
若只发生________现象→溶质____通过原生质层的溶液（如蔗糖溶液）；
若质壁分离后________→溶质能通过原生质层的溶液（ KNO3溶液）。
质壁分离
不能
自动复原
ⅰ、质壁分离过程中蔗糖分子不进入细胞中。
ⅱ、质壁分离过程中细胞液中的色素分子不进入外界溶液中。
⑥验证原生质层确实具有选择透过性：
⑦观察植物细胞的细胞膜
⑧验证细胞壁的伸缩性小于原生质层的伸缩性
质壁分离→原生质层的外界面是细胞膜
三、物质跨膜运输的其他实例
1、番茄和水稻吸收无机盐离子的比较
（1）水稻吸收水分和SiO44-较多，吸收Ca2+和Mg2+较少, 说明同种植物对不同离子的______不同，具有_______。
（2）而番茄相反，说明不同植物对无机盐离子的吸收 是有_____的。
（3）植物细胞在同一时间内水和无机盐的______不同，说明吸收水和无机盐离子是两个_________的过程。
教材P63
吸收量
选择性
差异
相对独立
吸收量
___________对同种矿物质的吸收以及同种微生物对___________的吸收表现出较大的_____。
3、微生物吸收矿物质的特点
2、人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘说明：碘进入甲状腺滤泡上皮细胞是从低浓度向高浓度运输，即______梯度进行。
总结:
（1）物质跨膜运输并不都是______梯度的，而且细胞对于物质的输入和输出有______。
（2）细胞膜和其他生物膜都是__________膜
逆浓度
不同微生物
不同矿物质
差异
顺浓度
选择性
选择透过性
例2、撕去紫色洋葱外表皮，分为两份，假定两份外表皮细胞的大小、数目和生理状态一致，一份在完全营养液中浸泡一段时间，浸泡后的外表皮称为甲组；另一份在蒸馏水中浸泡相同的时间，浸泡后的外表皮称为乙组。然后，两组外表皮都用浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液里处理，一段时间后外表皮细胞中的水分不再减少。此时甲、乙两组细胞水分渗出量的大小，以及水分运出细胞的方式是(　　)。
A．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，主动运输
B．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的高，主动运输
C．甲组细胞的水分渗出量比乙组细胞的低，被动运输
D．甲组细胞的水分渗出量与乙组细胞的相等，被动运输
C
例3、将浸润在0.3 g/L蔗糖溶液中的紫色洋葱表皮制成装片，放在显微镜下观察，结果如图所示。请据图回答下列问题。

(1)洋葱表皮细胞通过渗透作用失水，导致细胞发生质壁分离，原生质层在该过程中充当了________。以下结构或物质属于原生质层的是________。
A．液泡膜 　　　B．线粒体 　　　C．液泡色素
D．细胞核 　　　E．细胞壁
半透膜
AB
(2)请在坐标系中绘出细胞吸水力随质壁分离程度变化曲线。
(3)藓类小叶是否是观察线粒体的理想实验材料？________，为什么？ ________。
→
不是
细胞中有叶绿体，影响染色后的线粒体的观察
物质出入细胞的方式
离子、小分子的跨膜运输
大分子和颗粒物质的膜泡运输
被动运输
主动运输
自由扩散
协助扩散
胞吞
胞吐
第三节 物质跨膜运输的方式
葡萄糖等一些物质______梯度跨膜运输，进出细胞需借助 的协助，但不需要_____,如______吸收葡萄糖。
浓度差
载体蛋白
载体
一、物质跨膜运输：
1．被动运输：
(1)自由扩散：
一些小分子物质利用细胞内外溶液的 ，通过简单的扩散作用进出细胞，不需要 和____，如水、气体（CO2、O2）、脂质（磷脂、固醇：胆固醇、性激素、VD）、有机溶剂（甘油、脂肪酸、乙醇、苯、四氯化碳）等。
(2)协助扩散：
能量
顺浓度
红细胞
能量
2．主动运输：
某些离子和小分子物质，能够从 一侧运输到 一侧，需要 的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的 。
低浓度
高浓度
载体蛋白
能量
保证活细胞能够按照生命活动的需要主动选择吸收所需要的_______并排出_______和对细胞有害的物质。
（1）主动运输概念（条件）：
（2）主动运输实例：
细胞吸收大多数离子（除去静息电位K外流和动作电位Na内流）、氨基酸、核苷酸、葡萄糖（除去红细胞吸收葡萄糖）等。
（3）主动运输意义：
营养物质
代谢废物
3、自由扩散、协助扩散和主动运输的比较：
高浓度→
低浓度
高浓度→
低浓度
低浓度→
高浓度
不需要
需要
需要
不消耗
不消耗
消耗
师说P31
师说P32跟踪训练2
O2、CO2、
H2O、甘油、
乙醇、苯等
红细胞吸
收葡萄糖
葡萄糖、
氨基酸、
无机盐等
浓度差
浓度差
能量(ATP)
当细胞摄取大分子和颗粒物质时，附着在_____的表面，细胞膜内陷形成小囊，分离后形成_____，进入细胞内，这种现象叫____ 。细胞需要外排的大分子和颗粒物质，先在细胞内形成囊泡，后与______融合，将其排出，这种现象叫______ 。
二、非物质跨膜运输---膜泡运输：
胞吞
胞吐
细胞膜
囊泡
因此膜泡运输跨过___层膜。
0
细胞膜
生物膜的______
通过小泡转移，需要消耗____，不需要____
细胞外→内
细胞内→外
体现膜的流动性（师说P20）：胞吞、胞吐和细胞分裂、细胞融合和植物细胞质壁分离及复原、动物细胞吸水膨胀与失水皱缩
流动性
能量
载体
三、影响物质运输速率的因素：
1、物质浓度：
在一定浓度范围内，协助扩散或主动运输速率不再随物质浓度的增大而加快时，主要是因为细胞膜上运输该物质的载体蛋白的数量有限。主动运输还可能受细胞内能量供应的限制。
师说P31
主动运输
2、O2浓度：
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，因此与氧浓度无关，运输速率不随氧浓度增大而改变。
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，通过细胞无氧呼吸供能，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增加运输速率不断加快，当氧浓度足够高时，运输速率不再随氧浓度增大而加快。
3、温度：
4.影响主动运输的因素：
(1)载体：载体是细胞膜上的一类蛋白质。
①载体具有_______，不同物质运输所需的载体不同，不同生物细胞膜上载体的____和____也不同。其根本原因是由_____决定的。
②载体具有______现象，当细胞膜上的载体已经达到饱和，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。
需要耗能的运输方式：主动运输、___、胞吐
基因
种类
数目
特异性
饱和
胞吞
例3、由图中曲线a、b表示物质跨膜运输的两种方式，下列表述正确的是(　　)。
A．脂溶性小分子物质不能通过方式a运输
B．与方式a有关的载体蛋白覆盖于细胞膜表面
C．方式b的最大转运速率与载体蛋白数量有关
D．抑制细胞呼吸对方式a和b的转运速率均有影响
C
训练1、图甲表示四种不同的物质在一个动物细胞内外的相对浓度差异。通过图乙所示的过程来维持细胞内外浓度差异的物质是(　　)。
A．Na＋ B．K＋ C．胰岛素 D．CO2
B