4.细胞的物质输入和输出4.1物质跨膜运输的实例一、渗透实验1．扩散现象：分子不停地做无规则的运动——布朗运动2．渗透现象（1）漏斗实验（2）条件①半透膜：小分子可以通过，大分子不能通过的多孔性薄膜；无活性，即无选择透过性，所有小分子可过1）如玻璃纸（赛璐玢），膀胱膜、肠衣、羊皮纹、胶棉薄膜、鸡蛋的卵壳膜等2）物质能否通过取决于物质分子的直径与半透膜空隙的大小：知识联想：滤膜法微生物计数3）半透膜的面积越大，渗透越快4）实验验证：换成纱布后，漏斗内液面不上升②半透膜两侧的溶液存在浓度差1）差值越大，吸/失水多且快2）浓度指物质的量浓度（c=n/V=m/MV），即渗透压3）备注a．如质量分数为10%的葡萄糖、蔗糖溶液b．质量分数为10%的葡萄糖（相对分子质量M小）溶液的渗透压大c．∴水可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动4）实验验证：a．漏斗内为蔗糖、烧杯内为清水：漏斗液面上升b．漏斗、烧杯为相同浓度的蔗糖：漏斗液面不变c．漏斗内为清水、烧杯内为蔗糖：漏斗液面下降d．漏斗内为蔗糖、烧杯内为清水，平衡后再加入蔗糖酶：漏斗液面先上升；加入酶、以及酶水解蔗糖为葡萄糖后，漏斗内浓度变大，继续上升一段；当葡萄糖透过膜，漏斗内浓度变小，液面下降；最后漏斗内保留酶，保持一定的高度（3）渗透作用①水分子(或其它溶剂分子)透过半透膜②从低浓度（物质的量浓度）溶液向高浓度溶液；从相对含量多的地方向相对含量少的地方③扩散的现象（4）结果①微观：水分子通过半透膜，双向扩散②宏观：水从低浓度向高浓度流动，至动态平衡③平衡后：半透膜两侧存在液面差；两侧溶液浓度不相等，漏斗里的浓度更大；液面差的高低取决于半透膜两侧溶液起始浓度差的大小3．异同（1）运动对象不同：扩散是溶质/物质运动；渗透是水/溶剂运动（2）运动方向不同：扩散是高浓度到低浓度；渗透是低到高（从相对含量高到低）（3）是否需要介质：扩散不需要膜；渗透需要半透膜（4）扩散是溶质从高浓度到低浓度运动，至动态平衡（5）渗透是特殊扩散：是溶剂从相对含量高到低的运动，即顺相对含量的梯度跨膜运输；至动态平衡4．应用：反渗透膜，制纯水，海水淡化二、探究实验1．步骤：提出问题→作出假设→设计实验→结果预测→进行实验→记录结果→分析结果→得出结论→表达和交流→进一步探究2．变量（1）定义：也称因子，指实验过程中所被操作的特定因素或条件（2）分类：①自变量：也称实验变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件②因变量：也称反应变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果③无关变量：也称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件；描述语：等量且适量的X溶液，生长状况相似的生物，适宜的环境中（包括温度、光照、pH、营养物质等），处理相同时间④额外变量：也称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果（3）实验关键：控制、减少无关变量，以减少误差；单一变量原则，是处理实验中的复杂关系的准则之一三、细胞的吸水和失水1．动物细胞（1）取材：哺乳动物成熟红细胞，结构特殊易对比（2）方法：引流法（吸水纸）；高倍镜观察（3）半透膜：细胞膜（4）浓度差：细胞质和外界溶液具有浓度差，差值越大：渗透速度越快；渗透程度越大①外界溶液浓度>细胞质浓度：失水皱缩；细胞质量减少，体积变小，浓度增加；失水结束后，无浓度差②外界溶液浓度<细胞质浓度：吸水膨胀至胀破；细胞质量增加，体积变大，浓度减少；吸水结束后，无浓度差③外界溶液浓度=细胞质浓度：动态平衡；正常状态2．植物细胞：质壁分离实验（1）取材：①要求：1）植物（有细胞壁，若用细菌，质壁分离不明显；动物无细胞壁，不能发生）2）成熟（有中央大液泡，原生质层有叶绿体∴不用染色）3）活细胞（活的才会质壁分离）②紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞：液泡紫色，原生质层绿色；若用内表皮或液泡不含色素的细胞，可在蔗糖溶液中加入红墨水，观察原生质层与细胞壁之间是否进入有色的蔗糖溶液（2）方法：引流法（吸水纸）；在低倍镜观察下进行操作（3）试剂：质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液，清水（4）半透膜：原生质层，细胞膜、液泡膜，及两层膜之间的细胞质；不包括细胞核、液泡内的细胞液、细胞壁；仅存在于成熟的植物细胞中；原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性，且有选择透过性；放在不同浓度的溶液中，植物细胞的质壁分离，证明原生质层有伸缩性，且大于细胞壁；植物个体或器官的变大/变小，证明细胞壁有伸缩性。
当植物细胞不能复原，或植物个体/器官不能再变小，说明浓度过大，细胞、植物/器官已死亡。
液泡里有细胞液。
知识关联：原生质体特指去除细胞壁的植物细胞（5）浓度差：细胞液和外界溶液具有浓度差，差值越大：渗透速度越快；渗透程度越大①外界溶液浓度>细胞液浓度：失水皱缩，质壁分离（先从角隅处分离）；细胞壁与原生质层间为外界溶液。
细胞质量减少，体积变小，浓度增加，一定范围内细胞的吸水能力逐渐增加，液泡颜色变深；质壁分离结束后，无浓度差②外界溶液浓度<细胞液浓度：吸水膨胀；质壁分离复原（细胞壁保护不会破）。
细胞质量增加，体积变大（原生质层变薄），浓度减少，吸水能力逐渐减少，液泡颜色变浅；由于细胞壁的保护，吸水结束后，可能存在浓度差，且细胞液浓度大1）外界溶液浓度=细胞液浓度：动态平衡，正常状态（6）质壁分离①观察：涉及“显微观察”实验中唯一的一个“只在低倍镜下”观察。
中央液泡大小；原生质层的位置②现象1）第一次观察（未滴入蔗糖），紫色大液泡，较小的带绿色的细胞质基质区域2）第二次观察（已滴入蔗糖），首先在细胞角隅处分离，然后其他地方也分离3）第三次观察（已滴入清水），质壁复原4）同一植物的同一部位，因为各细胞的细胞液浓度不同，并不是所有的细胞会出现质壁分离③原因1）内因：原生质层相当于半透膜（渗透失水原因1），且伸缩性大于细胞壁（质壁分离原因1）2）外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度（渗透失水原因2，质壁分离原因2）④表现1）宏观：植物由坚挺→萎蔫2）微观：液泡由大变小，细胞液颜色由浅变深，原生质层与细胞壁分离⑤对照1）第一次，自然状态与质壁分离状态对照2）第二次，复原后状态与质壁分离状态对照⑥拓展1）若用紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞（紫色），观察液泡的大小变化及颜色变化2）若用紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞（无色），可用带颜色的蔗糖溶液（染料是大分子，不被细胞吸收）进行实验，观察细胞壁与细胞膜间大小变化及颜色变化3）若用绿色植物的叶肉细胞（绿色），观察细胞膜与液泡膜间的绿色（叶绿体）区域大小变化及颜色变化；且是活细胞进行实验，∴不可以统计叶绿体数目（叶绿体数目多，会重叠；活细胞有胞质环流现象）（7）考点①细胞需要的小分子溶液：如硝酸钾、尿素、甘油溶液，既可使细胞发生质壁分离，又可以使它自动复原（离子被吸收）；复原后，由于溶质的进入，而细胞的体积几乎不变，∴细胞液浓度变大；离子通过主动运输进入，需要载体和能量②强酸/碱、高温溶液：无质壁分离及复原现象；盐酸，醋酸，杀死细胞，使细胞成为全透性③高浓度溶液：质壁分离明显，但细胞会失水死亡，无复原现象④当细胞处于质壁分离状态时1）可能正在发生质壁分离，细胞液浓度小于外界溶液浓度2）可能已经完成质壁分离，细胞液浓度等于外界溶液浓度3）可能正在质壁分离复原，细胞液浓度大于外界溶液浓度⑤红细胞置于等渗浓度的NaCl、KCl溶液：在NaCl溶液中，红细胞保持正常形态。
红细胞主动吸收K离子，∴红细胞膨胀甚至破裂（8）应用：①判断细胞的死活②测定细胞液的浓度：介于未质壁分离和刚质壁分离之间③验证生物膜的选择透过性：溶质种类，即是否可通过膜，如硝酸钾和蔗糖溶液④验证细胞膜与细胞壁的伸缩性不同⑤比较细胞液浓度大小：不同细胞置于同种浓度的溶液中，质壁分离快且程度大的细胞液浓度小⑥比较溶液浓度大小：同种细胞置于不同溶液中，质壁分离快且程度大的溶液浓度大⑦鉴定不同种类的溶液：如硝酸钾、蔗糖溶液⑧观察植物细胞膜（9）植物的吸水方式①蒸腾作用1）概念：是水分从活的植物体表面(主要是叶子)以水蒸汽状态散失到大气中的过程2）影响：外界环境条件（主要是温度），植物本身的调节和控制3）过程：土壤中的水分→根毛→根内导管→茎内导管→叶内导管→气孔→大气4）作用：生态系统的水循环，植物中水及无机盐的运输，植物降温5）实例：新鲜蔬菜在空气中萎蔫②渗透吸水：必须含液泡的植物成熟活细胞③吸胀吸水：不含液泡的干种子，在亲水物质（蛋白质）的作用下吸水④代谢吸水：利用细胞呼吸释放的能量，使水分经过质膜进入细胞的过程；当通气良好引起细胞呼吸加剧时，细胞吸水便增强3．本质：水分子顺相对含量的梯度跨膜运输至动态平衡四、其他实例1．不同物种对同种离子的吸收不同：取决于不同物种的细胞膜上该离子载体的数量2．同种物种对不同离子的吸收不同：取决于膜上不同种类的离子载体的数量3．同种物种不同时期对离子的吸收不同：不同时期细胞对离子的需求不同4．某物种吸收某离子的量为0：说明该物种细胞膜上没有与之相应的离子载体5．吸收后培养液中某些离子浓度比初始浓度大：不是细胞中排出，而是因为吸水的速率大于其吸收离子的速率；同理，浓度变小，说明该离子的吸收速率快于水的吸收6．体现出对物质具有选择性：水与离子的进出细胞相对独立；不都是顺相对含量梯度进行五、总结：细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜1．活细胞的重要特征：细胞膜上具有载体，且不同生物的细胞膜上载体种类和数量不同，构成了对不同物质吸收与否和吸收多少的选择性4.2生物膜的流动镶嵌模型一、对生物膜结构的探索历程1．膜成分探究（1）提出问题：为什么生物膜能够控制物质进出？与生物膜的结构有什么关系？（2）实验观察：细胞膜对不同物质的通透性不同，脂溶性物质更容易通过（3）提出假设：细胞膜由脂质组成（4）实验验证：提取细胞膜：哺乳动物成熟红细胞；吸水胀破法；血影：溶血后的细胞膜外壳。
化学分析：主要成分是脂质和蛋白质2．膜结构探索（1）引出问题①脂质如何构成细胞膜？事实：空气-水界面上，单分子层面积是细胞表面积的2倍；必须采用只有细胞膜的细胞，原核生物或哺乳动物成熟的红细胞。
结论：细胞膜中，脂质以双分子层的形式存在②蛋白质如何构成细胞膜？推测：蛋白质均匀、固定的覆盖在脂质两侧。
电镜观察：暗-亮-暗三层结构（2）建立模型：蛋白质-脂质-蛋白质的暗-亮-暗三层静态模型（蛋白质主要在两侧，脂质主要在中间）（3）完善模型：质疑：生物膜不可能是静态的→实验研究：人细胞和鼠细胞融合实验→实验结论：细胞膜具有流动性→修改模型：流动镶嵌模型二、流动镶嵌模型的基本内容1．细胞膜的结构（1）脂质①成分1）磷脂：甘油；亲水的磷酸“头部”；疏水的脂肪酸“尾部”2）糖脂3）固醇：维持细胞膜的流动性，分布在磷脂双分子层内部。