第七讲跨膜运输

第七讲跨膜运输第一页，共六十二页，编辑于2023年，星期四一、渗透系统的组成分析及应用1.渗透作用水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜的扩散，称为渗透作用条件（1）半透膜（2）膜两侧的溶液具有浓度差(玻璃纸、细胞膜、原生质层)（渗透压差）从低浓度到高浓度方向：第二页，共六十二页，编辑于2023年，星期四半透膜等于选择透过性膜吗？半透膜是一类可以让小分子物质（分子直径小于“孔”）通过（如水分子），而较大分子物质（分子直径大于“孔”）不能通过（如蔗糖）的一类多孔性膜。半透膜包括物理性过滤膜（无生物活性，如动物膀胱、玻璃纸、肠衣、鸡蛋的卵壳膜）和选择透过性膜（具有生物活性，如细胞膜、原生质层等），可以说“选择透过性膜属于半透膜”第三页，共六十二页，编辑于2023年，星期四水分子只进不出吗？半透膜两侧溶液的水分子是进行双向运动的，我们只是观察由双向水分子运动快慢的差异所导致的液面改变。水分子进入的速率大于出来的速率，液面升高，当二者速率相等时，液面不再升高。液面停止上升后，漏斗内外溶液浓度相等吗？内部（蔗糖溶液）浓度高于外部（清水）浓度。随着液面升高液注产生的压力逐渐增大使水分子向外出速率逐渐增加，同时由于内外溶液浓度差逐渐减小导致水分子由于渗透压向内进的速率逐渐减小，直到进出速率相等时，液面不再升高。第四页，共六十二页，编辑于2023年，星期四比较单位体积0.3g/mL蔗糖溶液、0.3g/mL葡萄糖溶液的溶质分子数半透膜两侧的溶液浓度差是指单位体积中溶质分子数的差，即物质的量浓度差第五页，共六十二页，编辑于2023年，星期四1．渗透系统的组成(如图)及条件考点剖析

⑴半透膜可以是生物性的选择透过

性膜，如细胞膜，也可以是物理性的过

滤膜，如玻璃纸。

⑵半透膜两侧的溶液具有浓度差。

浓度差的实质是单位体积溶液中溶质分子数的差，即物质的量浓度之差。2．渗透作用的发生(溶质分子不能通过半透膜)

⑴当S1浓度>S2浓度时，由S2→S1的水分子数多于由S1→S2的水分子数，漏斗(S1)液面上升。

⑵当S1浓度<S2浓度时，由S1→S2的水分子数多于由S2→S1的水分子数，漏斗(S1)液面下降。第六页，共六十二页，编辑于2023年，星期四

注意①若溶质分子能通过半透膜，则先是浓度高的一侧液面升高，随后另一侧液面上升，最后达到渗透平衡。

②上图中，在达到渗透平衡后，只要存在液面差Δh，则S1溶液的浓度仍大于S2溶液的浓度。

③水分子的移动方向：双向移动，但最终结果是单位体积内水分子数多(低浓度)的溶液流向单位体积内水分子数少(高浓度)的溶液。

④此实验因变量是漏斗内液面变化，但不能用烧杯液面变化作描述指标，因现象不明显。

3．验证渗透作用的发生

⑴验证渗透作用的发生需具半透膜第七页，共六十二页，编辑于2023年，星期四

⑵验证发生水分子的移动需具浓度差⑶探究物质能否通过半透膜(以碘和淀粉为例)第八页，共六十二页，编辑于2023年，星期四渗透装置的应用有两瓶蔗糖溶液，一瓶10%，一瓶20%，可是标签掉了，请用上述装置，设计实验将它们区分？

运用上述装置，在烧杯中加入蔗糖溶液A，在漏斗中装入蔗糖溶液B，观察其液面变化，若液面上升，则A是10%，B是20%；若液面下降，则结果相反。如何证明淀粉和碘液哪种物质可以通过半透膜？请用上述装置，设计实验加以证明？运用上述装置，在烧杯中加入淀粉溶液，在漏斗中装入碘液，观察颜色变化。若漏斗内变蓝，则说明淀粉可以透过半透膜而碘液不能透过；若烧杯内变蓝，则说明碘液可以透过半透膜而淀粉不能透过；若漏斗内和烧杯内都变蓝，则说明淀粉和碘液都可以透过半透膜；若漏斗内和烧杯内都不变蓝，则说明淀粉和碘液都不可以透过半透膜。

第九页，共六十二页，编辑于2023年，星期四条件有半透膜半透膜两侧的溶液存在浓度差...渗透作用：水分子或其他溶剂分子透过半透膜的扩散，称渗透作用.概念方向：高浓度

低浓度总结：玻璃纸、细胞膜、原生质层渗透：指溶剂分子（如水、酒精、丙酮等）穿过半透膜从低浓度一侧向高浓度一侧移动的过程。扩散：指一些小分子物质（如水、O2、CO2、苯、乙醇、甘油等）从浓度高的一侧向浓度低的一侧运输的过程。半透膜第十页，共六十二页，编辑于2023年，星期四二、细胞的吸水和失水方式：动植物细胞吸水和失水原理都是渗透作用吗？YES!渗透作用【补充—吸胀吸水：实际上，幼嫩的植物细胞（如分生区细胞）和干种子由于没有大液泡，而是靠细胞内的亲水性物质（如蛋白质、淀粉、纤维素）吸收水分，这种方式称为吸胀吸水。成熟的植物细胞靠的是渗透吸水，如不特别说明，我们都指的是成熟植物细胞，所以渗透吸水是植物细胞吸水的主要方式】第十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期四观察动物细胞的吸水和失水失水皱缩外界浓度细胞质浓度>水分进出处动态平衡外界浓度细胞质浓度=外界浓度细胞质浓度<吸水膨胀动物细胞的什么结构相当于半透膜？细胞膜动物细胞的膜两侧溶液是什么？细胞质与外界溶液（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？动物细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？细胞内外浓度差第十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期四当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会吸水而涨破吗？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。第十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期四1．原理

考点剖析成熟的植物细胞构成渗透系统可发生渗透作用当细胞液浓度＜外界溶液浓度时，失水，质壁分离；

当细胞液浓度＞外界溶液浓度时，吸水，质壁分离复原。

注意①分生区细胞和干种子细胞因无大液泡，不能发生渗透作用，无质壁分离和复原现象。

②植物细胞有细胞壁的存在，不管失水还是吸水，细胞体积变化不大。但动物细胞体积会发生明显变化。第十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期四成熟的植物细胞就是一个渗透系统内溶液外界溶液半透膜原生质层细胞膜液泡膜细胞质细胞液细胞壁（全透性、伸缩性小）所以：原生质层相当于半透膜原生质层与原生质体的区别

细胞膜、细胞质、细胞核统称为原生质；去掉细胞壁的植物细胞特称为原生质体。第十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期四结论2）细胞吸水还是失水取决于外界溶液浓度与细胞质浓度的差值外界溶液浓度＞细胞质浓度细胞失水外界溶液浓度＜细胞质浓度细胞吸水1）动植物细胞是一个渗透系统动物细胞成熟植物细胞半透膜浓度差细胞膜原生质层细胞质与外界溶液细胞液与外界溶液第十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期四三、实验：观察植物细胞的质壁分离和质壁分离复原现象1、实验原理？2、“质”、“壁”、分别指什么？3、“质壁分离复原现象”不要简说成“复原现象”4、质壁分离后在细胞膜与细胞壁之间是什么？5、实验材料有什么要求？6、实验材料为什么选择紫色洋葱鳞片叶外表皮？7、用什么方法改变外界溶液？（1）渗透作用：成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，细胞液具有一定的浓度，能够渗透失水和吸水。（2）原生质层伸缩性大于细胞壁原生质层细胞壁外界溶液成熟的、活的、植物细胞液泡呈紫色，便于观察引流法，在盖玻片一侧滴加液体，用吸水纸在盖玻片另一侧用吸水纸吸引，重复两到三次，直到将洋葱鳞片叶完全浸润第十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期四8、实验用的蔗糖溶液浓度？9、当外界溶液浓度为0.1g/ml、0.5g/ml时分别是什么结果

？10、质壁分离自动复原现象0.3g/ml（或描述为30%）无特别说明情况下，我们这样考虑：0.1g/ml（10%）时，细胞吸水，体积变大；0.5g/ml（50%）时，细胞失水出现质壁分离，由于失水过多死亡，无法再复原,膜也失去选择透过性，变为全透性。如果外界溶液是一定浓度无机盐溶液（如KNO3溶液）或小分子溶液（如尿素溶液、葡萄糖溶液、甘油溶液、乙醇溶液等），细胞先失水出现质壁分离现象，由于无机盐离子（K+和NO3-）通过主动运输或小分子（尿素分子、葡萄糖分子、甘油分子、乙醇分子）通过自由扩散进入细胞，使细胞液浓度逐渐增大，细胞开始吸水，又出现质壁分离自动复原现象第十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期四1.制作临时装片：紫色的洋葱鳞片叶表皮细胞2.低倍镜观察：①有紫色液泡②原生质层紧贴细胞壁3.4.低倍镜观察：①中央液泡逐渐变小（紫色加深）②原生质层与细胞壁逐渐分离5.6.低倍镜观察：①中央液泡逐渐胀大②原生质层逐渐贴近细胞壁实验流程：０.３ｇ／ｍｌ蔗糖溶液吸水纸吸引清水吸水纸吸引第十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期四⑴质壁分离：当外界溶液浓度＞细胞液浓度时，植物通过渗透作用失水，发生质壁分离条件、外因：内因：原生质层收缩性大于细胞壁现象：液泡体积();液泡颜色()失水原因分析：变小变深外界溶液第二十页，共六十二页，编辑于2023年，星期四⑵质壁分离复原：现象：液泡体积()；液泡颜色()。当外界溶液浓度＜细胞液浓度，植物细胞通过渗透作用吸水，发生质壁分离的细胞会出现质壁分离复原现象条件、原因：吸水变浅变大第二十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期四现象记录变小逐渐恢复原来大小原生质层恢复原来位置原生质层脱离细胞壁基本不变基本不变

中央液泡大小原生质层的位置细胞大小蔗糖溶液清水第二十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期四⑴原因

3．质壁分离的原因分析⑵表现

宏观：坚挺→萎蔫液泡：大→小微观细胞液颜色：浅→深原生质层：与细胞壁分离

特别提醒⑴实验成功的关键

实验成功的关键是实验材料的选择，必须选择有大液泡并有颜色的植物细胞，便于在显微镜下观察。

⑵质壁分离和质壁分离复原中水分子移动是双向的，结第二十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期四果是双向水分子运动的差别所导致的现象。

⑶质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间充满的是浓度降低的外界溶液，因细胞壁是全透性且有水分子通过原生质层渗出来。

⑷若用50%蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能复原，因为细胞过度失水而死亡。

⑸若用尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验会出现自动复原现象，因外界物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。第二十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期四1．在实验中要始终保持细胞活性的实验有

⑴观察植物细胞的质壁分离和复原。

⑵用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体。

⑶探究酵母菌的呼吸方式。

⑷探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用。

2．植物细胞质壁分离与复原实验的拓展

⑴判断细胞的死活方法体验质壁分离和复原实验及拓展应用镜检待测细胞＋分离剂——→

发生质壁分离和复原→活细胞不发生质壁分离→死细胞

实验单一变量：待测细胞的生活状态。

第二十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期四⑵测定细胞液浓度范围分别镜检待测细胞＋一系列浓度梯度的分离剂

————→细胞液浓度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

实验单一变量：不同浓度的分离剂。

⑷比较未知浓度溶液的浓度大小

⑶比较不同植物细胞的细胞液浓度不同植物细胞＋同一浓度的分离剂——→刚发生质壁分离所需时间比较→判断质壁分离速度(或细胞液浓度)镜检实验单一变量：不同植物细胞。第二十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期四⑸验证原生质层和细胞壁伸缩性大小同一植物的成熟细胞＋未知浓度的溶液——→刚刚发生质壁分离所需时间→比较所用时间长短→判断溶液浓度的大小(时间越短，未知溶液的浓度越大)镜检实验单一变量：未知浓度的溶液。成熟植物细胞＋分离剂——→镜检实验单一变量：植物细胞原生质层和细胞壁的伸缩性差异。发生质壁分离→细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性不发生质壁分离→细胞壁伸缩性大于或等于原生质层的伸缩性⑹鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液)成熟植物细胞＋不同种类溶液——→镜检第二十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期四实验单一变量：不同种类的溶液。质壁分离→溶质不能通过半透膜的溶液(如蔗糖溶液)质壁分离后又自动复原→溶质能通过半透膜的溶液(如KNO3溶液)第二十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期四1、提出问题：根据现象提出有价值的问题。2、作出假设：对问题进行假设。3、设计实验：设计思路，预期结果，制定方案。4、进行实验：观察想象，记录结果。5、分析结果：结果与预期一致，可得出结论。6、表达和交流：交流、质疑、解释。探究的一般过程：第二十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期四

二、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

科学家将番茄和水稻分别放在含有Ca2＋、Mg2＋和Si4＋的培养液中培养，结果及分析如下：第三十页，共六十二页，编辑于2023年，星期四⑴不同植物对＿＿＿＿＿＿＿＿的吸收有差异，同一种植物对＿＿＿＿＿＿＿＿的吸收也有差异，说明植物细胞膜对无机盐离子的吸收具有＿＿＿。

⑵水稻吸收水的相对速率比吸收Ca2＋、Mg2＋的＿，造成培养液中Ca2＋、Mg2＋浓度＿＿；番茄吸收水的相对速率比吸收

Si4＋的＿，造成培养液中Si4＋浓度＿＿。2．微生物吸收无机盐离子的特点

不同微生物对不同无机盐离子的吸收表现出较大的差异：

⑴不同微生物对无机盐离子的吸收有＿＿＿。

⑵不同微生物对各种无机盐离子的＿＿＿不同。同一种无机盐离子不同种无机盐离子选择性大上升大上升选择性需要量第三十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期四

名师点拨①物质的跨膜运输并不都是顺相对含量浓度梯度的，而且细胞对于物质的输入和输出有选择性。

②细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，其结构基础为膜上载体蛋白的种类和数量，有饱和性和竞争抑制现象。

③高浓度的盐、醋、糖等溶液能使细胞脱水而死亡，杀菌也是这个道理。

辨一辨

吸水和吸收矿质离子是何种关系？

提示吸水为自由扩散，吸收矿质离子为主动运输，且无机盐离子必须溶于水后才能被吸收，所以吸水和吸收无机盐离子是两个相对独立的过程。第三十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期四1.水稻培养液里的Ca2+和Mg2+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，吸收Ca2+、Mg2+较少，结果导致水稻培养液里的Ca2+、Mg2+浓度增高。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是有差异的。第三十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期四4.细胞对物质的吸收有选择吗?如果有，这种选择性有普遍性吗？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也是这样吗？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。细胞对物质的吸收是有选择的。具有普遍性。第三十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期四1.细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，它具有的特点是：1）水分子可以自由通过2）细胞需要的离子和小分子也可以通过3）其他的离子、小分子和所有大分子则不能通过2.物质通过生物膜的跨膜运输，并非都是顺相对含量梯度的。3.选择透过性是“活细胞”的一个重要特征。第三十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期四第三十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期四细胞对离子吸收的选择性的原因第三十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期四

物质跨膜运输的方式第三十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期四据图探讨问题：1.什么样的分子能够通过脂双层？什么样的分子不能通过？2.葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层，但是，小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖，对此该如何解释？第三十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期四一、被动运输被动运输：物质进出细胞，顺浓度梯度的扩散方式。1、自由扩散：2、协助扩散：思考与讨论：1、自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗？为什么？2、自由扩散与协助扩散有什么异同？3、为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输？第四十页，共六十二页，编辑于2023年，星期四第四十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期四特征：逆浓度梯度运输需要载体需要消耗能量二、主动运输第四十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期四第四十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期四对比比较三种物质运输方式的异同：项目自由扩散协助扩散主动运输运输方向是否需要载体蛋白是否耗能代表例子顺浓度梯度顺浓度梯度逆浓度梯度不需要需要需要不耗能不耗能耗能气体，水，脂溶性分子葡萄糖通过红细胞；少数离子通过细胞膜葡萄糖、氨基酸通过小肠上皮细胞膜；大多数离子通过细胞膜等第四十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期四下面几幅坐标图中所表示的分别是哪种物质运输方式？为什么？运输速率浓度差能量运输速率浓度差运输速率自由扩散协助扩散主动运输载体有专一性且数量有限,在协助扩散和主动运输中,载体具有“饱和效应”第四十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期四三、胞吞和胞吐一些大分子或物质团块的运输，是通过胞吞和胞吐作用来实现的。第四十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期四胞吞人体的白细胞吞噬入侵的细菌、细胞碎片及衰老的红细胞，都属于细胞的胞吞作用，对于人体起了免疫保护的作用。第四十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期四胞吐合成的分泌蛋白运输到细胞外的过程示意图第四十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期四胞吞和胞吐与浓度无关不需要，细胞膜和囊泡由ATP供能运输形式运输方向有无载体是否需要能量大分子运输的特点：第四十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期四生物膜的功能特点：选择透过性物质跨膜运输的方式被动运输主动运输：胞吞和胞吐：自由扩散：协助扩散：小结：顺浓度梯度顺浓度梯度；载体蛋白逆浓度梯度；载体蛋白；能量依赖于膜的流动性第五十页，共六十二页，编辑于2023年，星期四1、哪种离子通过主动运输进入细胞？2、哪种离子通过主动运输排出细胞？3、你是如何作出以上判断的？K+和Mg2+Na+和Cl－四种离子细胞膜内外的浓度差较大，细胞只有通过主动运输才能维持这种状况技能训练：第五十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期四D第五十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期四A

第五十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期四如下图所示，在U型管中部c处装有半透膜，在a侧加入红色的细胞色素c（分子量为1.3万道尔顿的蛋白质）水溶液，b侧加入清水，并使a、b两侧液面高度一致，经过一段时间后，实验结果将是（）A.a、b两侧液面高度一致，b侧无色。B.a、b两侧液面高度一致，b侧红色。C.a液面低于b液面，b侧无色。D.a液面高于b液面，b侧无色D第五十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期四

C第五十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期四

下列能够表示洋葱表皮细胞在质壁分离及复原过程中液泡体积变化的图形是()B第五十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期四用洋葱鳞片叶表皮制备“观察细胞质壁分离实验”的临时装片，观察细胞的变化。下列有关实验操作和结果的叙述，正确的是（）A.将装片在酒精灯上加热后，再观察细胞质壁分离现象B.在盖玻片一侧滴入清水，细胞吸水膨胀但不会破裂C.用不同浓度的硝酸钾溶液处理细胞后，均能观察到质壁分离复原现象D.当质壁分离不能复原时，细胞仍具正常生理功能B第五十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期四以紫色洋葱鳞茎表皮为材料观察植物细胞质壁分离现象，下列叙述错误的是()A.在发生质壁分离的细胞中能观察到紫色中央液泡逐渐缩小B.滴加30%的蔗糖溶液比10%蔗糖溶液引起细胞质壁分离所需时间短C.发生质壁分离的细胞放入清水中又复原，说明细胞保持活性D.用高浓度的NaCl溶