1、第 1 节 物质跨膜运输的实例 学习目标 1举例说出细胞膜是选择透过性膜。(重点) 2尝试提出问题，作出假设。(难点) 3进行关于植物细胞吸水和失水的实验设计和操作。 , 知识结构 细胞的吸水和失水 1细胞吸水和失水的原理渗透作用 (1)半透膜 半透膜是指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，能否透过半透膜往 往取决于物质分子直径的大小。 (2)渗透作用 概念：渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜，从相对浓度高的地方向相对浓 度低地方扩散的现象。 条件(如图 411 所示) (3)原理 当溶液浓度 AB 时，通过半透膜由 BA 的水分子数多于由 AB 的分子数，漏斗中液面
2、上升。 当溶液浓度 AB 时，通过半透膜由 AB 的水分子数多于由 BA 的分子数，漏斗中液面 下降。 当溶液浓度 AB 时，通过半透膜由 AB 的水分子数等于由 BA 的水分子数，水分子的 移动处于动态平衡状态，漏斗中液面高度不变。 (1)两溶液间的水分子透过半透膜进行双向运动，溶质分子不能通过半透膜，我们只是观测 出由于双向水分子运动的差别所导致的液面改变。 (2)质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液的物质的量浓度不相等，相对分子质量大的溶液 的物质的量浓度小，由于蔗糖的相对分子质量大于葡萄糖的相对分子质量，故水分子运动的总 趋势是由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。 (3)自由扩散是指被选择吸收的
3、物质，从浓度高的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运， 如 H2O、O 2、CO 2等物 质透过膜的方式均是自由扩散；渗透作用则是指水分子或其他溶剂分子从低浓度溶液通过 半透膜向高浓度溶液的扩散(流动)，因此渗透作用是一种特殊的扩散。 2动植物细胞的失水和吸水 (1)动物细胞的吸水和失水(以哺乳动物的红细胞为例，如图 412 所示) 图 412 红细胞放入清水中，会吸水涨破，因为红细胞细胞质的浓度大于外界溶液的浓度，细胞 内的大分子物质不能通过细胞膜，水分子可以自由通过细胞膜，进入细胞内的水分子数多，因 此红细胞吸水。 红细胞放入高浓度溶液中，会失水皱缩。因为外界溶液的浓度大于红细胞细胞质的浓度，
4、 水分子可以通过细胞膜进入外界环境中。细胞内的水分子减少，因此红细胞失水。 (2)植物细胞的吸水和失水(如图 413 所示) 图 413 成熟的植物细胞是一个渗透系统 植物细胞失水和吸水的条件 当细胞液浓度外界溶液浓度，细胞吸水，质壁分离复原。 当细胞液中的水分流失，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩，但由于原生质层的 伸缩性比细胞壁的伸缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁分离开来，也就发生 质壁分离。 (3)动植物细胞吸水和失水的比较 动物细胞 成熟植物细胞 半透膜 细胞膜 原生质层(细胞膜、液泡膜及 二者之间的细胞质) 浓度差 细胞质与外界溶液 细胞液与外界溶液 结果 细胞质
5、浓度外界溶液浓度， 细胞吸水膨胀 细胞质浓度外界溶液浓度， 细胞吸水膨胀 细胞液浓度外界溶液浓度， 细胞失水，质壁分离 细胞液浓度外界溶液浓度， 细胞水分进出平衡 半透膜、选择透过性膜以及生物膜的区别 概念范畴 特 点 半透膜 物理学上的概念 物质能否通过半透膜取决于半透膜孔隙直径的大小 选择透过性膜 生理学上的概念 具有生物活性，即使是小分子，只要不是细胞选择吸 收的，也不能通过。选择透过性膜可以看成是功能完 善的一类半透膜 生物膜 活的生物膜属于选择透过性膜。当细胞死亡时，细胞膜等生物膜的选择透过性就变为全透性 教材第 6061 页参考答案 问题探讨 1由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗
6、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。 2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。 3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，液面不会升高。 思考与讨论 1红细胞内的血红蛋白等有机物一般不能透过细胞膜。 2红细胞的细胞膜相当于“问题探讨”中的半透膜。 3当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞一般会因持续吸水而涨破。 4红细胞吸水或失水的多少主要取决于红细胞内外浓度的差值。一般情况下，差值较大时， 吸水或失水较多。 与生活的联系 会感到口腔黏膜比较干。因为吃过咸的食
7、物，口腔细胞会失水过多。 【例 1】 把体积相同的 10%(质量分数)的葡萄糖溶液和 10%(质量分数)的蔗糖溶液用半透 膜隔开，初始状态其分子移动的总方向是( ) A葡萄糖分子向蔗糖溶液中移动 B蔗糖分子向葡萄糖溶液中移动 C水分子从蔗糖溶液向葡萄糖溶液中移动 D水分子从葡萄糖溶液向蔗糖溶液中移动 解析：葡萄糖是单糖，而蔗糖是二糖，其相对分子质量较葡萄糖大，因而相同体积、相同 质量分数的两溶液中，10%的蔗糖溶液中溶质的物质的量较小，而 10%葡萄糖溶液中溶质的物质 的量则较大，因此，蔗糖溶液中水分子密度大，葡萄糖溶液中水分子密度小。所以水分子移动 的总方向是由蔗糖溶液向葡萄糖溶液中移动。
8、答案：C 点拨：判断水的总体穿膜方向是比较半透膜两侧的溶液浓度差，水分子从低浓度向高浓度 渗透，而溶液浓度是指物质的量浓度，即单位体积的溶质的微粒数目。 探究植物细胞的吸水和失水 1实验原理 当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞就会通过渗透作用而失水，发生质壁分离现 象。 当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，质壁分离的细胞就会通过渗透作用而吸水，发生 质壁分离复原。 2目的要求 (1)学会观察植物细胞质壁分离与复原的方法。 (2)了解植物细胞发生渗透作用的原理。 3材料用具 紫色洋葱鳞片叶，显微镜，载玻片，盖玻片，滴管，镊子，刀片，吸水纸，清水，质量浓 度为 0.3 g/mL 的蔗糖溶液。
9、 4方法步骤 (1)植物细胞有两种吸水方式：不成熟的植物细胞未形成大的液泡，靠吸胀作用吸水，如根 尖分生区的细胞、干种子细胞的吸水；成熟的植物细胞中形成大的液泡后，主要靠渗透作用吸 水，如叶肉细胞。 (2)选择实验材料时，应选取带有颜色的成熟的植物组织进行实验，便于镜检时观察。 (3)实验时蔗糖溶液的浓度要适宜，浓度过低不能发生质壁分离现象，浓度过高易引起细胞 失水过多而死亡。 (4)由于细胞壁具有全透性，质壁分离现象发生后，质壁间隙充满的是蔗糖溶液，质壁分离 复原时，质壁间隙充满的是清水。 (5)细胞的质壁分离现象是植物细胞特有的现象，动物细胞和死亡的细胞不会发生质壁分离 现象。 【例 2】
10、 下列细胞放入质量分数为 30%的蔗糖溶液中，不会发生质壁分离的一组是( ) 洋葱根尖分生区细胞 人的口腔上皮细胞 洋葱表皮细胞 干种子细胞 蛔虫 卵细胞 洋葱根毛细胞 A B C D 解析：发生质壁分离的细胞必须是具有大液泡的成熟植物细胞。根尖分生区细胞、干种子 细胞由于没有大液泡，所以不能发生质壁分离；蛔虫属于动物，其卵细胞和人的口腔上皮细胞 均不存在细胞壁，因此也不能进行质壁分离。 答案：C 点拨：质壁分离现象是成熟的植物细胞特有的一种现象，未成熟的植物细胞，如分生区细 胞、干种子细胞，不会发生质壁分离现象。 植物细胞质壁分离和复原的应用 1判断细胞死活 把待测植物细胞与蔗糖溶液进行镜检
11、，若发生质壁分离与复原活细胞；若不发生质壁分 离可能为死细胞；若发生质壁分离后不能复原死细胞。 2测定细胞液浓度的范围 把待测植物细胞一系列浓度梯度的蔗糖溶液 分别进行镜检，细胞液浓度的范围介于 未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的外界溶液的浓度范围之间。 3比较不同植物细胞的细胞液浓度 把不同植物细胞同一浓度的蔗糖溶液 进行镜检，比较刚发生质壁分离所需的时间， 根据质壁分离的速度判断细胞液浓度(即时间越短，细胞液浓度越小)。 4比较未知浓度溶液的浓度大小 把同一植物的成熟细胞未知浓度的溶液 进行镜检，比较刚发生质壁分离所需要的时 间，判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液浓度越大)。 5验证原
12、生质层与细胞壁伸缩性大小 把成熟植物细胞蔗糖溶液 进行镜检，若发生质壁分离现象，则细胞壁的伸缩性小于 原生质层伸缩性。若不发生质壁分离现象，细胞壁伸缩性大于或等于原生质层的伸缩性。 6鉴别不同种类的溶液 把成熟植物细胞外界溶液 进行镜检，若只发生质壁分离现象，则外界溶液为溶质不 能通过半透膜的溶液(如蔗糖)。若发生质壁分离现象后自动复原，则外界溶液为溶质能通过半 透膜的溶液(如 KNO3)。 【例 3】 如图 414 为某种植物组织依次分别在蒸馏水；0.3 molL1 蔗糖溶液； 5 molL1 尿素溶液中细胞体积逐渐发生变化的曲线。请你判断在的溶液中依次能正 确表达其变化的曲线是( ) A
13、a、 b、 c B a、 c、 b C c、 b、 a D c、 a、 b 解析：植物组织放在蒸馏水中会吸水，体积增大；放在 0.3 molL1 蔗糖溶液中会发生质 壁分离；放在 5 molL1 尿素溶液中发生质壁分离后，由于尿素分子进入细胞液，会发生质壁 分离复原现象。 答案：B 点拨：1.在判断细胞是否发生质壁分离及其复原时有如下规律,（1）从细胞角度分析,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。具有中央大液泡的成熟植物细胞才可 发生质壁分离现象。,（2）从溶液角度分析,在一定浓度的、溶质不能穿膜的溶液中细胞只会 发生质壁分离现象，不能自动复原。在一定浓度的、溶质可穿膜的溶
14、液中细胞先发生质壁分离 后自动复原。,在高浓度溶液中细胞可发生质壁分离现象，但会过度失水死亡不再复原。,2. 质壁分离过程中细胞吸水能力的判断, （1）根据原生质层,体积判断 体积越来越小吸水能力越来越强, 体积越来越大吸水能力越来越弱 （2）根据液泡,颜色判断 颜色越来越深吸水能力越来越强, 颜色越来越浅吸水能力越来越弱 物质跨膜运输的其他实例 1番茄和水稻吸收矿质离子的比较 科学家将番茄和水稻分别放在含有 Ca2 、Mg 2 和 SiO 的培养液中培养，结果如图 41544 所示。 (1)不同植物细胞对同一无机盐离子和同一植物细胞对不同无机盐离子的吸收均有差异，说 明植物细胞膜对无机盐离子
15、的吸收具有选择性。 (2)番茄吸收 Ca2 、Mg 2 多，吸收 SiO 少 ；水稻吸收 SiO 多，而吸收 Ca2 、Mg 2 少，44 44 从营养学的角度讲番茄的补钙效果比水稻好。 (3)水稻吸收水的相对速率比吸收 Ca2 、Mg 2 大，造成培养液中 Ca2 、Mg 2 浓度上升；番 茄吸收水的相对速率比吸收 SiO 大，造成培养液中 SiO 浓度上升。44 44 (4)植物细胞在同一时间吸收离子和吸收水的量不同，即吸收离子和吸收水是两个相对独立 的过程。 2人体甲状腺滤泡上皮细胞吸收碘的特点 人体甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度比血液高 2025 倍，说明碘进入甲状腺滤泡上皮细胞是 从低浓
16、度高浓度，即逆浓度梯度运输。 3微生物吸收矿物质的特点 不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异： (1)不同微生物的细胞膜结构有一定的差异； (2)不同微生物对矿物质的吸收有选择性； (3)不同微生物对各种矿物质的需求量不同。 4上述实例分析的结论 (1)细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，具有以下特点： 水分子可以自由通过。 一些离子和小分子也可以通过。 其他的离子、小分子和大分子则不能通过。 (2)物质通过生物膜的跨膜运输，有的是顺相对含量梯度运输，有的是逆相对含量梯度运输。 (3)细胞对于物质输入和输出的选择性是通过细胞膜实现的。 细胞膜具有选择透过性的原因是由于细胞膜上有一类蛋白
17、质，在物质跨膜运输中起运输载 体作用，不同细胞膜上，这种载体蛋白的种类和数量不同，从而使细胞膜对物质通过表现出高 度的选择性。 教材第 6364 页参考答案 资料分析 1在培养过程中，水稻吸收水分及其他离子较多，吸收 Ca2 、Mg 2 较少，结果导致水稻 培养液里的 Ca2 、Mg 2 浓度增高。 2不同作物对无机盐的吸收是有差异的。 3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，这取决于细 胞生命活动的需要。 4细胞对物质的吸收是有选择的。这种选择性具有普遍性。 与社会的联系 不能；不能宣传高浓度的饮料有解渴作用，因为过高浓度的饮料反而会导致细胞失水。 【例 4】 将
18、水稻和番茄分别在相同的培养液中培养一段时间，实验结束后测定培养液中 各离子的浓度。如图 416 表示实验结束后培养液中各种离子浓度占开始时浓度的百分比。分 析此图，回答问题。 (1)图 416 中的结果能说明的问题： _； _。 (2)不同植物吸收的离子不同，引起这种现象的原因是 _。 (3)从图 416 中可以看出培养液中有些离子的浓度比培养前还高，原因是 _。 (4)上述实验及结果对农业生产有什么指导意义？ _ _。 (5)方法启示：在研究矿质元素吸收量时，直接测定植物对某离子的吸收量比较困难，通常 利用测定_中该离子的含量来间接推知植物对其吸收量。 解析：从图中可见，同一种植物(如水稻)
19、对不同离子的吸收量不同；不同的植物对同一离 子(如 Ca2 )的吸收量也不同，说明了植物对离子的吸收是有选择性的。从实验结束后，培养液 中各种养分浓度占开始时浓度的百分比不同(特别是有些大于 100%，有些小于 100%)，隐含了植 物对不同离子和水分的吸收速率不同，体现了植物对矿质离子和水分的吸收是相对独立的。 答案：(1)植物对矿质离子的吸收具有选择性 植物对水分和矿质元素的吸收是相对独 立的 (2)细胞膜上运输离子的载体的种类和数目不同 (3)植物吸收水分的速率比吸收该离子 的速率快，使培养液浓度升高 (4)合理施肥、轮作生产等(5)溶液 点拨：正确从图表中获取相关信息是本题的解题关键，同时注意植物吸收水分与吸收矿质 离子是相对独立的过程。
