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第1節 被動運輸
在一個長頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙，往漏斗內注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，使漏斗內外的液面高度相等。過一段時間后，會出現如圖所示現象。
玻璃紙是一種半透膜，水分子可以自由通過它，而蔗糖分子則不能。
討論
1、漏斗管內的液面為什么會升高？如果漏斗管足夠長，管內的液面會無限升高嗎？為什么？
燒杯中的水分子進入漏斗中導致漏斗液面升高。事實上半透膜兩側的水分子都能夠通過擴散作用自由進出，但由于蔗糖溶液中水的相對含量(單位體積中的水分子數)比燒杯中的水的相對含量低，因此燒杯中的水擴散到漏斗中的速度比漏斗中的水擴散到燒杯中的速度相對更快些，導致漏斗中水量增加，液面上升。
如果漏斗管足夠長，當管內的液面上升到一定高度之后，管中的水柱產生的壓力將加快漏斗中水分向外擴散的速度最終達到平衡，液面將不再上升。
在一個長頸漏斗的漏斗口外密封上一層玻璃紙，往漏斗內注入蔗糖溶液，然后將漏斗浸入盛有清水的燒杯中，使漏斗內外的液面高度相等。過一段時間后，會出現如圖所示現象。
玻璃紙是一種半透膜，水分子可以自由通過它，而蔗糖分子則不能。
討論
2、如果用一層紗布代替玻璃紙，還會出現原來的現象嗎？
不會。
因為紗布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物質都可能自由通過，包括水分子和蔗糖分子都能通過。
3、如果燒杯中不是清水，而是同樣濃度的蔗糖溶液，結果會怎樣？
漏斗管中的液面將保持不變。
一、水進出細胞的原理
1、滲透作用
2、動物細胞的吸水和失水
3、植物細胞的吸水和失水
1、滲透作用
概念
水分子或其他溶劑分子透過半透膜的擴散，稱為滲透作用。
發生條件
①具有半透膜。
②半透膜兩側溶液存在濃度差。
1、滲透作用
水的運輸方向
溶液物質的量濃度越大，滲透壓越大，吸水能力越強；
溶液物質的量濃度越小，滲透壓越小，失水能力越強。
從溶質的角度分析
從水分子自身的角度分析
順著水的相對濃度運輸，即水分子從水的相對含量高的一側向相對含量低的一側滲透。
1、滲透作用
2、動物細胞的吸水和失水
（1）實例
（2）思考討論
（3）動物細胞的吸水和失水
（1）實例：紅細胞的吸水和失水
外界溶液<細胞質
外界溶液>細胞質
紅細胞形態不變
外界溶液=細胞質
紅細胞吸水膨脹
紅細胞失水皺縮
水進出哺乳動物紅細胞的原理
討論：
1、紅細胞內的血紅蛋白等有機物能夠透過細胞膜嗎？這些有機物相當于“問題探討”所示裝置中的什么物質？
紅細胞中的有機物有的能通過細胞膜，有的不能，血紅蛋白是有機大分子物質，不能透過細胞膜，它相當于“問題探討”中的蔗糖分子。
分析圖4-1所示水進出哺乳動物紅細胞的現象。
2、紅細胞的細胞膜是否相當于一層半透膜？
是。
但細胞膜具有生命活性，物質通過細胞膜的方式不只是簡單擴散。
討論：
3、當外界溶液溶質的濃度低時，紅細胞一定會由于吸水而漲破嗎？
不一定。
因為紅細胞吸水膨脹后細胞內液濃度也會下降，如果外界溶液濃度不是很低，有可能細胞內液濃度下降后與外界溶液的濃度達到平衡，此時，紅細胞將不再吸水。
分析圖4-1所示水進出哺乳動物紅細胞的現象。
4、紅細胞吸水或失水取決于什么條件？
取決于紅細胞內外溶液的濃度差，一般情況下，濃度差越大時，細胞吸水或失水越多。
水進出哺乳動物紅細胞的原理
討論：
5、想一想臨床上輸液為什么要用生理鹽水。
因為生理鹽水的濃度與血漿的濃度基本一致，血細胞不會因為過度吸水或失水而出現形態和功能上的異常。
分析圖4-1所示水進出哺乳動物紅細胞的現象。
水進出哺乳動物紅細胞的原理
3、動物細胞的吸水和失水
動物細胞膜是半透膜，動物細胞的細胞質具有一定濃度，能與胞外溶液建立濃度差，所以，動物細胞相當于一個滲透系統。
因此，動物細胞是通過滲透作用吸水和失水的。
3、植物細胞的吸水和失水
（1）原生質層
（2）探究植物細胞的吸水和失水
（3）植物細胞的吸水和失水
（4）質壁分離發生的條件
（5）質壁分離發生的原因
植物細胞內的液體環境主要指的是液泡里面的細胞液。
細胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細胞質稱為原生質層。
水進出植物細胞，主要是指水經過原生質層進出液泡。
細胞膜
細胞質
液泡膜
原生質層
細胞壁（全透性）
液泡
（1）原生質層
探究植物細胞的吸水和失水
放蔫的青菜用清水浸泡一會兒后，又恢復新鮮。在青菜上放一些鹽,一會兒后就可看到水分滲出。對農作物施肥過多，會造成“燒苗”現象。這些現象都說明，植物細胞也像動物細胞一樣，會發生吸水或失水現象，吸水或失水同樣與外界溶液的濃度有關。
探究實驗的一般步驟：提出問題→作出假設→設計實驗→進行實驗→分析結果，得出結論→表達和交流。
探究植物細胞的吸水和失水
提出問題
水分進出植物細胞是通過滲透作用嗎？原生質層是否相當于一層半透膜？
作出假設
水分通過滲透作用進出植物細胞，原生質層相當于一層半透膜。
實驗設計思路
如果假設是正確的，當外界溶液的濃度高于細胞液的濃度時，細胞就會失水，原生質層收縮，液泡體積就會變小；當外界溶液的濃度低于細胞液的濃度時，細胞就會吸水，原生質層擴張 ，液泡體積就會增大。
因此，通過改變外界溶液濃度，觀察液泡大小和原生質層的位置來判斷細胞的吸水和失水。
探究植物細胞的吸水和失水
進行實驗
蓋上蓋玻片，制成洋蔥鱗片葉外表皮臨時裝片
3
1
滴清水
2
撕取洋蔥鱗片葉外表皮
4
低倍鏡觀察液泡大小和原生質層的位置
6
低倍鏡觀察液泡大小和原生質層的位置
5
在蓋玻片的一側滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一側用吸水紙引流
7
在蓋玻片的一側滴加清水，在另一側用吸水紙引流
8
低倍鏡觀察液泡大小和原生質層的位置
（三次觀察，自身前后對照）
探究植物細胞的吸水和失水
分析結果，得出結論
外界溶液 中央液泡大小 原生質層的位置 細胞大小
蔗糖溶液
清水
逐漸變小顏色變深
逐漸脫離細胞壁
基本不變
逐漸變大顏色變淺
逐漸恢復
原來的位置
基本不變
高濃度溶液
0.3g/ml蔗糖溶液
低濃度溶液
清水
結果
探究植物細胞的吸水和失水
分析結果，得出結論
結論
①原生質層相當于半透膜。
②植物細胞也是通過滲透作用吸水和失水的。
外界溶液 中央液泡大小 原生質層的位置 細胞大小
蔗糖溶液
清水
逐漸變小顏色變深
逐漸脫離細胞壁
基本不變
逐漸變大顏色變淺
逐漸恢復
原來的位置
基本不變
結果
探究植物細胞的吸水和失水
原生質層相當于一層半透膜，細胞液具有一定濃度，能與胞外溶液建立濃度差，所以，植物細胞相當于一個滲透系統。
因此，植物細胞是通過滲透作用吸水和失水的。
（3）植物細胞的吸水和失水
質壁分離
質壁分離復原
質壁分離中的質是指原生質層，壁是指細胞壁。
①活的成熟的植物細胞，即具有細胞壁、原生質層和成熟大液泡；
②細胞外濃度＞細胞液濃度。
（4）質壁分離發生的條件
內因
細胞壁是全透的，原生質層相當于一層半透膜；
原生質層的伸縮性比細胞壁的伸縮性大。
外因
細胞外濃度＞細胞液濃度。
（5）質壁分離發生的原因
液泡（細胞液）
0.3g/mL的蔗糖溶液
（或外界溶液）
細胞壁
液泡（細胞液）
細胞壁
1、被動運輸
2、自由擴散
3、協助擴散
4、轉運蛋白
5、影響被動運輸的因素
二、自由擴散和協助擴散
1、被動運輸
像水分子這樣，物質以擴散的方式進出細胞，不需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量，這種物質跨膜運輸方式被稱為被動運輸。
概念
類型
自由擴散和協助擴散。
2、自由擴散
概念
物質通過簡單擴散作用進出細胞，叫做自由擴散，也叫簡單擴散。
特點
從高濃度到低濃度（順濃度梯度）
不需要轉運蛋白的協助
不消耗能量
實例
①氣體分子，如O2、CO2、N2等
②水等小分子
③脂溶性小分子，如甘油、脂肪酸、乙醇，苯、尿素 、固醇等
3、協助擴散
概念
借助膜上的轉運蛋白進出細胞的物質擴散方式，稱為協助擴散。
特點
從高濃度到低濃度（順濃度梯度）；
需要轉運蛋白的協助；
不需要能量
實例
水通過水通道蛋白進入細胞（水進出細胞的主要方式）
葡萄糖進入紅細胞
部分離子通過離子通道的運輸，例如，神經傳導過程中，Na+內流，K+外流
4、轉運蛋白
鑲嵌在膜上的一些特殊的蛋白質，能夠協助離子和一些小分子有機物跨膜運輸，這些蛋白質稱為轉運蛋白。
分為載體蛋白和通道蛋白兩種類型。轉運蛋白都具有專一性，體現選擇透過性。
載體蛋白只容許與自身結合部位相適應的分子或離子通過，而且每次轉運時都會發生自身構象的改變。（主動運輸和協助擴散）
通道蛋白只容許與自身通道的直徑和形狀相適配、大小和電荷相適宜的離子通過。分子或離子通過通道蛋白時，不需要與通道蛋白結合。 （協助擴散）
被動運輸模式圖
高爾基體
4、影響被動運輸的因素
①膜內外物質的濃度梯度。
②膜上的轉運蛋白數量對協助擴散的速率有直接影響。
轉運蛋白
運輸速率
自由擴散
濃度差
運輸速率
自由擴散
（轉運蛋白數量或濃度差限制）
濃度差/轉運蛋白
運輸速率
P
協助擴散
幫范兒
再會

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