第第4 4章章 细胞的物质输入和输出细胞的物质输入和输出第第1 1节节 物质跨膜运输的实例物质跨膜运输的实例半透膜：半透膜：半透膜是一类可以让小半透膜是一类可以让小分子物质通过而大分子分子物质通过而大分子物质不能通过的一类多物质不能通过的一类多孔性薄膜的总称孔性薄膜的总称一、细胞失水和吸水的方式：一、细胞失水和吸水的方式：渗透作用渗透作用渗透作用装置渗透作用装置分析实验现象分析实验现象1.1. 漏斗管内液面为什么会升高？漏斗管内液面为什么会升高？2.2. 用纱布代替玻璃纸，漏斗管内液面还会升高吗用纱布代替玻璃纸，漏斗管内液面还会升高吗？ 由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗的水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。管内液面升高。 用纱布替代玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗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，因而液面不会升高。糖分子也可以自由通透，因而液面不会升高。分析实验现象分析实验现象4.4.水分子只能从烧杯中扩散到漏斗中吗？水分子只能从烧杯中扩散到漏斗中吗？（友情提醒）半透膜，水分子可以自由通过。（友情提醒）半透膜，水分子可以自由通过。 不是的，水分子既可以从烧杯中扩散到漏斗中，不是的，水分子既可以从烧杯中扩散到漏斗中，也能从漏斗中扩散到烧杯中，只不过，在单位时间内，也能从漏斗中扩散到烧杯中，只不过，在单位时间内，从烧杯中扩散到漏斗中的水分子数量比较多。从烧杯中扩散到漏斗中的水分子数量比较多。 3.3. 清水换成同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？清水换成同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？ 半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透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。分子数量，液面也不会升高。渗透作用渗透作用指水分子或其他溶剂分子通过指水分子或其他溶剂分子通过半透膜半透膜的扩散的扩散水分子：水分子： 多多少少溶液浓度：溶液浓度： 低浓度低浓度高浓度高浓度有有半透膜半透膜存在存在渗透作用的条件渗透作用的条件半透膜两侧存在半透膜两侧存在浓度差浓度差观察动物细胞的吸水和失水观察动物细胞的吸水和失水失水失水 皱缩皱缩外界浓度外界浓度细胞质浓度细胞质浓度水分进出处动态平衡水分进出处动态平衡外界浓度外界浓度细胞质浓度细胞质浓度=外界浓度外界浓度细胞质浓度细胞质浓度吸水吸水 膨胀膨胀动物细胞的什么结构相当于半透膜？动物细胞的什么结构相当于半透膜？ 细胞膜细胞膜动物细胞的膜两侧溶液是什么？动物细胞的膜两侧溶液是什么？细胞质与外界溶液细胞质与外界溶液（人：细胞内液与细胞外液）（人：细胞内液与细胞外液）动物细胞什么条件下失水，什么条件下吸水？动物细胞什么条件下失水，什么条件下吸水？半透膜与选择透过性膜的区别半透膜与选择透过性膜的区别讨论讨论1.1.正常生活着的红细胞内的血红蛋白等有机物能正常生活着的红细胞内的血红蛋白等有机物能过细胞膜外吗？过细胞膜外吗？2.2.当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会吸水而当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会吸水而涨破吗？涨破吗？3.3.红细胞吸水或失水的多少与什么有关？红细胞吸水或失水的多少与什么有关？不一定不一定主要取决于红细胞内外的主要取决于红细胞内外的浓度差浓度差，一般差值越大，一般差值越大，吸水或失水越多。吸水或失水越多。 不可以，因为血红蛋白是大分子，不能透过细不可以，因为血红蛋白是大分子，不能透过细胞膜。胞膜。（摩尔浓度差）（摩尔浓度差）成熟的植物细胞就是一个渗透系统成熟的植物细胞就是一个渗透系统内内溶溶液液外外界界溶溶液液半半透透膜膜原原生生质质层层细胞膜细胞膜液泡膜液泡膜细胞质细胞质细细胞胞液液细细胞胞壁壁（全透性）（全透性）所以：原生质层相当于半透膜所以：原生质层相当于半透膜2.2.结论结论2 2）动物细胞吸水还是失水取决于）动物细胞吸水还是失水取决于外界溶液浓外界溶液浓度与细胞质浓度的差值度与细胞质浓度的差值外界溶液浓度细胞质浓度外界溶液浓度细胞质浓度 细胞失水细胞失水外界溶液浓度细胞质浓度外界溶液浓度细胞质浓度 细胞吸水细胞吸水1 1）动植物细胞是一个渗透系统）动植物细胞是一个渗透系统动物细胞动物细胞成熟植物细胞成熟植物细胞半透膜半透膜浓度差浓度差细胞膜细胞膜原生质层原生质层细胞质与外界溶液细胞质与外界溶液细胞液与外界溶液细胞液与外界溶液二、探究实验：植物细胞的吸水和失水二、探究实验：植物细胞的吸水和失水提出问题提出问题作出假设作出假设设计实验设计实验进行实验进行实验分析结果，得出结论分析结果，得出结论表达与交流表达与交流（原生质层是一层半透膜吗？）（原生质层是一层半透膜吗？）（原生质层相当于一层半透膜）（原生质层相当于一层半透膜）设计设计方案方案（按预定方案进行实验）（按预定方案进行实验）（分析实验结果，得出结论：（分析实验结果，得出结论：）（总结，写实验报告并适当交流）（总结，写实验报告并适当交流）预期预期结果结果将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液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。在清水中，观察其大小的变化。在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，细胞皱缩；在清水中植物细胞的中小，细胞皱缩；在清水中植物细胞的中央液泡会变大，细胞膨胀。央液泡会变大，细胞膨胀。1.1.制作临时装片：制作临时装片：紫色的洋葱鳞片叶表皮细胞紫色的洋葱鳞片叶表皮细胞2.2.低倍镜观察：低倍镜观察：有紫色液泡有紫色液泡原生质层紧贴细胞壁原生质层紧贴细胞壁3.3.4.4.低倍镜观察：低倍镜观察： 中央液泡逐渐变小（紫色加深）中央液泡逐渐变小（紫色加深） 原生质层与细胞壁逐渐分离原生质层与细胞壁逐渐分离5.5.6.6.低倍镜观察：低倍镜观察： 中央液泡逐渐胀大中央液泡逐渐胀大 原生质层逐渐贴近细胞壁原生质层逐渐贴近细胞壁进行实验：进行实验：0.3g/ml0.3g/ml蔗糖溶液蔗糖溶液吸水纸吸引吸水纸吸引清水清水吸水纸吸引吸水纸吸引质壁分离：质壁分离：当外界溶液浓度当外界溶液浓度细胞液浓度时，植物细胞液浓度时，植物通过渗透作用通过渗透作用失水，失水，体积体积缩小缩小条件、外因：条件、外因：内因内因： 原生质层收缩性大于细胞壁原生质层收缩性大于细胞壁现象现象：液泡体积液泡体积( );( );液泡颜色液泡颜色( )( )失水失水原因分析：原因分析：变小变小变深变深外界溶液外界溶液 质壁分离复原：质壁分离复原：现象：现象：液泡体积液泡体积( )( )；液泡颜色；液泡颜色( )( )。当外界溶液浓度当外界溶液浓度细胞液浓度，植物细胞细胞液浓度，植物细胞通过渗透作用通过渗透作用吸水吸水，发生发生质壁分离的细胞质壁分离的细胞会出现会出现质壁分离复原现象质壁分离复原现象条件、原因：条件、原因：吸水吸水变浅变浅变大变大实验现象实验现象： 中央液中央液泡大小泡大小原生质层原生质层的位置的位置细胞细胞大小大小蔗糖蔗糖溶液溶液清水清水变变 小小逐渐恢复逐渐恢复原来大小原来大小原生质层恢原生质层恢复原来位置复原来位置原生质层脱原生质层脱离细胞壁离细胞壁基本基本不变不变基本基本不变不变讨论：讨论：1 1、如果将蔗糖溶液换成、如果将蔗糖溶液换成0.50.5g gmlml会发生什会发生什么变化？么变化？2 2、如果将蔗糖溶液换成、如果将蔗糖溶液换成KNOKNO3 3、尿素、葡萄、尿素、葡萄糖或糖或NaClNaCl又会发生什么现象？又会发生什么现象？3 3、盐渍的肉为什么不易变质？、盐渍的肉为什么不易变质？4 4、糖醋蒜中糖如何进入细胞内？、糖醋蒜中糖如何进入细胞内？注意注意： 1)1)具有具有中央大液泡的成熟植物细胞中央大液泡的成熟植物细胞才可发生才可发生质壁分离现象。质壁分离现象。 2 2）死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞不发生质壁分离现象。不发生质壁分离现象。（1 1）判断植物细胞的死活）判断植物细胞的死活（2 2）测定植物细胞的细胞液浓度范围）测定植物细胞的细胞液浓度范围（3 3）比较不同细胞的细胞液浓度大小）比较不同细胞的细胞液浓度大小（4 4）鉴别不同种类的溶液）鉴别不同种类的溶液( (如如KNOKNO3 3和蔗糖溶液和蔗糖溶液) )渗透作用原理的应用渗透作用原理的应用配置配置一系列浓度梯度一系列浓度梯度的蔗糖溶液，当植物细胞既不吸水也不的蔗糖溶液，当植物细胞既不吸水也不失水时，此时的蔗糖溶液浓度范围即为细胞液浓度范围失水时，此时的蔗糖溶液浓度范围即为细胞液浓度范围只出现质壁分离现象的为蔗糖溶液；出现质壁分只出现质壁分离现象的为蔗糖溶液；出现质壁分离现象后又离现象后又自动复原自动复原的为的为KNOKNO3 3溶液溶液将要比较的细胞置于将要比较的细胞置于同一浓度同一浓度的蔗糖溶液中，比较发生质壁的蔗糖溶液中，比较发生质壁分离的程度，质壁分离越明显的细胞的浓度越低。浓度差越分离的程度，质壁分离越明显的细胞的浓度越低。浓度差越大，失水越快大，失水越快初始浓度初始浓度 0 Mg2 Ca2+ Si4+ 离子离子培养液中的离子浓度培养液中的离子浓度水稻水稻番茄番茄物质跨膜运输的其他实例物质跨膜运输的其他实例 实例一实例一1.1.水稻培养液中的钙、镁两种离子浓度为什么会增高？是不是水水稻培养液中的钙、镁两种离子浓度为什么会增高？是不是水 稻不吸收反而向外排出呢？稻不吸收反而向外排出呢？2.2.不同作物对无机盐离子的吸收有差异吗？不同作物对无机盐离子的吸收有差异吗？1.1.水稻培养液里的水稻培养液里的CaCa2+2+和和MgMg2+2+浓度为什么会增高？浓度为什么会增高？在培养过程中，水稻吸收水分及其他离子较多，在培养过程中，水稻吸收水分及其他离子较多，吸收吸收CaCa2+2+、MgMg2+2+较少，结果导致水稻培养液里的较少，结果导致水稻培养液里的CaCa2+2+、MgMg2+2+浓度增高。浓度增高。2. 2. 不同作物对无机盐的吸收有差异吗？不同作物对无机盐的吸收有差异吗？不同作物对无机盐的吸收是有差异的。不同作物对无机盐的吸收是有差异的。结构基础：细胞膜上结构基础：细胞膜上载体蛋白载体蛋白的种类和数量不同的种类和数量不同3.3.水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输也是这样吗？他物质的跨膜运输也是这样吗？水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其水分子跨膜运输是顺相对含量梯度的，其他物质的跨膜运输并不都是这样，这取决他物质的跨膜运输并不都是这样，这取决于细胞生命活动的需要。于细胞生命活动的需要。1.1.细胞膜和其他生物膜都是细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜选择透过性膜，它，它具有的特点是：具有的特点是： 1 1）水分子可以自由通过）水分子可以自由通过 2 2）细胞需要的离子和小分子也可以通过）细胞需要的离子和小分子也可以通过 3 3）其他的离子、小分子和大分子则不能通过）其他的离子、小分子和大分子则不能通过2.2.物质通过生物膜的跨膜运输，并非都是顺相物质通过生物膜的跨膜运输，并非都是顺相对含量梯度的。对含量梯度的。3.3.选择透过性是选择透过性是“活细胞活细胞”的一个重要特征。的一个重要特征。小小 结结P64P64页结论页结论1.对生物膜结构的探索历程对生物膜结构的探索历程时间时间科学家科学家科学实验科学实验假说假说19世世纪末纪末欧文顿欧文顿用用500多种物质对植物多种物质对植物细胞进行上万次的通透细胞进行上万次的通透性实验，性实验，发现可以溶于发现可以溶于脂质的物质更容易通过脂质的物质更容易通过细胞膜细胞膜膜是由膜是由组成的组成的1925年年两位荷两位荷兰科学兰科学家家从细胞膜中提取脂质，从细胞膜中提取脂质，铺成单层分子，面积是铺成单层分子，面积是细胞膜表面积的细胞膜表面积的2倍倍细胞膜中细胞膜中脂质分子脂质分子为连续的为连续的脂质脂质两层两层亲水头部亲水头部疏水尾部疏水尾部 磷脂是一种由甘油，脂肪酸和磷酸所组成磷脂是一种由甘油，脂肪酸和磷酸所组成的分子，的分子，“头头”部亲水，部亲水，“尾尾”部疏水。部疏水。胆 碱磷 酸甘 油脂肪酸时间时间科学家科学家科学实验科学实验假说假说1959年年罗伯特罗伯特森森在电镜下看到细胞膜在电镜下看到细胞膜由由“暗暗亮亮暗暗”的的三层结构构成三层结构构成生物膜为三生物膜为三层静态统一层静态统一结构结构1970年年弗雷和弗雷和埃迪登埃迪登分别用绿色和红色荧分别用绿色和红色荧光染料标记两种细胞光染料标记两种细胞的蛋白质，并将两种的蛋白质，并将两种细胞融合，一段时间细胞融合，一段时间后发现后发现 分布分布细胞膜具细胞膜具有有流动性流动性1972年年桑格和桑格和尼克森尼克森在新的观察和实验证在新的观察和实验证据基础上据基础上提出提出流动流动镶嵌模型镶嵌模型荧光均匀荧光均匀蛋白质分子蛋白质分子磷脂双分子层磷脂双分子层糖类糖类细胞膜结构示意图细胞膜结构示意图2. 流动镶嵌模型的基本内容流动镶嵌模型的基本内容流动流动镶嵌镶嵌模型模型磷脂双分子层磷脂双分子层基本支架基本支架，具流动性，具流动性蛋白质蛋白质有的有的 磷脂双分子层表面磷脂双分子层表面有的部分或全部有的部分或全部嵌入嵌入磷脂双分磷脂双分子层子层有的有的贯穿贯穿整个磷脂双分子层整个磷脂双分子层糖被糖被(糖蛋白糖蛋白)：位于外表，有保护、：位于外表，有保护、润滑、润滑、 等作用等作用 ：糖类、脂质分子结合而成糖类、脂质分子结合而成镶在镶在识别识别糖脂糖脂