第4章 第1节

第1节物质跨膜运输的实例[学习导航] 1.分析教材“问题探讨”中的实验现象，了解渗透现象的发生条件和机理。

2.结合动物细胞的结构，分析动物细胞的渗透作用。

3.结合质壁分离和复原的实验，分析植物细胞的吸水和失水现象。

4.分析教材提供的资料，了解物质跨膜运输的其他实例，理解选择透过性膜的含义。

[重难点击] 1.渗透作用的发生条件和机理。

2.探究植物细胞的质壁分离和复原实验。

方式一糖醋蒜是大家比较喜欢的一种食品，但如果只用蔗糖来腌制大蒜，糖分很难进入内部，如果与醋酸共同使用，醋酸会杀死大蒜细胞，糖分就很容易进入大蒜内部了。

据此可见，物质的进进出出都要经过细胞的边界——细胞膜。

细胞内外的许多物质并不能自由地出入细胞，细胞膜能够对进出细胞的物质进行选择。

物质跨膜运输的实例还有哪些？具有什么特点？方式二2015年春，我国东北部大旱，某地区农田里的庄稼出现了严重萎蔫现象，有关部门进行紧急人工降雨后，旱情得到缓解，庄稼又恢复了挺拔。

上述过程中，植物萎蔫和恢复挺拔都与水分的得失有关，植物是怎样从土壤中吸收水分的呢？除了水分外，植物还从土壤中吸收各种矿质离子，其过程又是怎样的？一、渗透作用1.概念：是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜(或选择透过性膜)进行的扩散。

2.渗透作用发生的条件(1)具有半透膜。

(2)半透膜两侧溶液具有浓度差。

3.渗透作用发生的原理(1)以半透膜为界面，单位体积清水中的水分子数多于蔗糖溶液中的水分子数，所以在单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖溶液进入清水的水分子数。

因此，一段时间后，漏斗管内的液面会上升。

(2)水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。

请结合上图继续分析：1.液面高度差H会不会一直升高，为什么？答案不会。

长颈漏斗中的液面升高时，液体产生的静水压也随之变大，当静水压增大到和渗透压相等时(二者的方向相反，静水压向外、渗透压向内)，通过半透膜进出长颈漏斗的水分子数相等，因此，液面就不再升高了。

2.当液面不再升高时，长颈漏斗内外液体的浓度相等吗？答案不相等。

当水分子进出达到动态平衡时，长颈漏斗中溶液浓度仍高于烧杯中的液体浓度。

3.如果增加蔗糖溶液的浓度，最终形成的液面高度差H会如何变化？答案高度差H会增大。

4.如果半透膜的面积增大一倍，其他条件不变，液面高度差H会不会变化？达到H的时间会不会变化？答案内外溶液的浓度差不变，液面高度差H不会变，但是由于半透膜面积增大，达到H 的时间会变短。

知识整合受到静水压的影响，在渗透系统中，浓度高的一侧液面不会持续上升，当液面静止时，浓度高的一侧的溶液浓度仍然高；半透膜两侧的溶液浓度差越大，形成的液面高度差也就越大；如果半透膜的面积增大，液面高度差不会变，但是达到平衡的时间会变短。

1.如图1所示的甲、乙、丙三个渗透装置中，三个漏斗颈的内径相等，漏斗内盛有浓度相同的蔗糖溶液，且漏斗内液面高度相同，漏斗口均封以半透膜，置于同一个水槽的清水中。

三个渗透装置的半透膜的面积和所盛蔗糖溶液的体积不同，如下表所示。

图2中曲线1、2、3表示漏斗液面高度随时间的变化情况。

则曲线1、2、3与甲、乙、丙三个装置的对应关系是()A.1—丙；2—甲；3—乙B.1—乙；2—甲；3—丙C.1—甲；2—乙；3—丙D.1—丙；2—乙；3—甲答案 A解析甲、乙漏斗内盛有的是浓度相同的蔗糖溶液且体积相同，置于同一个水槽的清水中，故甲、乙漏斗液面高度最终一样高，甲的半透膜面积是乙的两倍，达到同一高度所需时间更短，甲对应曲线2，乙对应曲线3，则丙对应曲线1。

2.如图，甲、乙为两个渗透装置。

甲图是发生渗透作用时的初始状态，乙图是较长时间之后，根据漏斗内外的水分子达到动态平衡时的状态。

判断下列有关叙述错误的是()A.图甲中③为半透膜，水分子能自由通过B.图甲中溶液②的浓度大于溶液①的浓度C.图乙中溶液①的浓度与溶液②的浓度相等D.图甲中溶液①和②浓度差越大，则图乙中的水柱越高答案 C解析在图乙中，高出液面的水柱所产生的压力应与渗透压平衡。

水柱产生的压力向下，而渗透压的方向应向上，即漏斗内液体浓度高。

易错警示有关渗透作用的三个误区(1)半透膜两侧的水分子进行的是双向运动，而不是单向运动，观测到的现象是由双向水分子运动的差别所导致的液面改变。

(2)当半透膜两侧的溶液达到平衡时，是指两侧的水分子运动达到平衡，而两侧溶液的浓度并不一定相同，两侧的液面高度也不一定相同。

(3)水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。

此处的浓度是指物质的量浓度，是单位体积中微粒的多少，不是质量分数。

二、细胞的吸水和失水1.动物细胞的吸水和失水(1)动物细胞的细胞膜相当于半透膜。

(2)现象①当外界溶液浓度>细胞质浓度时，细胞失水皱缩。

②当外界溶液浓度<细胞质浓度时，细胞吸水膨胀，甚至涨破。

③当外界溶液浓度＝细胞质浓度时，水分子进出细胞处于动态平衡，细胞形态基本不变。

2.植物细胞的渗透系统(1)半透膜：植物细胞的细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质，称为原生质层，具有选择透过性，相当于一层半透膜。

(2)浓度差：细胞内的液体环境主要是指植物液泡内部的细胞液，当它和外界溶液有浓度差时，发生吸水或失水。

3.探究植物细胞的吸水和失水：质壁分离与复原实验(1)实验材料：紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞。

(2)实验原理①成熟的植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。

②细胞液具有一定的浓度，与外界溶液形成浓度差。

③原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大。

(3)实验过程(4)实验结论①当细胞液浓度<外界溶液浓度时，细胞失水，原生质层和细胞壁分离，发生质壁分离。

②发生质壁分离的细胞，当细胞液浓度>外界溶液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。

特别提醒(1)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。

(2)若用0.5g/mL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。

(3)若用适当浓度的尿素、乙二醇、KNO3、NaCl做实验，会出现自动复原现象，因为这些物质会转移到细胞内而引起细胞液浓度升高。

如图是将紫色洋葱鳞片叶的外表皮细胞先放到0.3g/mL的蔗糖溶液中(甲)，再放到清水中(乙)的实验过程的图解，请分析回答下列问题：1.该细胞的原生质层包括图中的哪些部分(请用图中数字回答)?答案包括2、3、4。

2.甲过程中，5的颜色如何变化？其吸水能力又如何变化？答案颜色变深，吸水能力逐渐增强。

3.甲过程中，进入[1]和[4]的物质分别是什么液体？答案细胞壁是全透性的，进入[1]的有水和蔗糖，而进入[4]细胞质的只有水。

4.有位同学错取了3g/mL的蔗糖溶液，发现做完甲过程后，再做乙过程几乎没有观察到相关现象，分析原因可能是什么？答案溶液浓度太高，细胞过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原了。

知识整合原生质层不包括全透性的细胞壁；在质壁分离的过程中，洋葱鳞片叶的外表皮细胞的细胞液浓度逐渐升高，颜色加深，吸水能力增强；若外界溶液浓度太高，会导致细胞过度失水死亡。

3.在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示的状态。

a、b表示该部位的溶液浓度，由此可推测()A.a>b，细胞渗透吸水B.a＝b，渗透系统保持动态平衡C.a<b，细胞渗透失水D.上述三种情况都有可能答案 D解析该细胞可能正处于质壁分离过程中，也可能处于质壁分离后的动态平衡过程中，也可能正处在发生质壁分离复原的过程中。

此状态下一步可以是液泡继续增大，也可以是液泡继续变小，也可以是液泡不发生变化。

4.用0.5g/mL蔗糖溶液、0.3 g/mL蔗糖溶液、一定浓度的尿素溶液分别处理洋葱鳞片叶外表皮细胞10min，三组细胞体积变化如图所示。

下列有关分析不正确的是()A.a曲线为0.5g/mL蔗糖溶液处理组B.a、b、c三组洋葱细胞失水的方式相同C.若将细胞转移到蒸馏水中，有两组能够发生质壁分离复原D.若实验持续，只有一组细胞能够发生质壁分离复原答案 A解析图示可知，a、b、c的细胞体积依次减小，说明失水量依次增大，0.5g/mL蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞比0.3 g/mL中的失水多，故a曲线不是0.5g/mL蔗糖溶液的处理组；在较高浓度的外界溶液中，洋葱细胞失水的方式都是渗透失水；将细胞转移到蒸馏水中，0.3 g/mL 蔗糖溶液、一定浓度的尿素溶液处理的细胞，能够吸收外界的水分发生质壁分离复原，而0.5g/mL蔗糖溶液浓度过高，细胞失水过多而死亡；尿素是小分子，可进入细胞，从而发生质壁分离后自动复原，蔗糖不能被吸收进入细胞液，细胞不会自动复原。

知识拓展植物细胞质壁分离与复原实验的拓展应用(1)判断细胞的死活能发生质壁分离和复原→活细胞；不能发生质壁分离→死细胞。

(2)测定细胞液浓度范围待测细胞＋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。

(3)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)。

三、物质跨膜运输的其他实例1.细胞对无机盐离子的吸收实例(1)观察水稻和番茄对无机盐的吸收示意图，分析：水稻吸收SiO4－4多，吸收Ca2＋、Mg2＋较少，番茄吸收Ca2＋、Mg2＋较多，吸收SiO4－4较少。

说明不同植物对相同离子的吸收表现出较大差异。

(2)人体甲状腺滤泡上皮细胞中碘的含量明显高于血液中碘的含量。

(3)不同微生物对不同矿物质的吸收表现出较大的差异。

2.物质跨膜运输的特点(1)物质跨膜运输并不都是顺相对含量梯度的。

(2)细胞对于物质的输入和输出有选择性。

3.细胞膜的功能特点细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，具体表现为水分子可自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。

相同的完全培养液，在相同条件下分别培养水稻和番茄幼苗。

在两者的吸水率几乎相同的情况下，72h后原培养液中部分离子浓度发生了如下表所示的变化(表中数据为72h后溶液中部分离子浓度占实验开始时的百分比)。

结合下表分析：1.两种植物对同一种离子的吸收量相同吗？答案不同，不同植物对同一离子的需要量是不同的。

2.水稻对不同离子的吸收量是否相同？答案不同，如水稻对SiO4－4的需要量大，对Ca2＋的需要量小。

知识整合不同植物对同一离子的吸收量不同；同种植物对不同离子的吸收量也不同；植物对各种离子的吸收速率主要与细胞膜上蛋白质(载体蛋白)的种类和数量有关。

5.关于选择透过性膜和半透膜的关系，正确的说法是()①具有半透性一定具有选择透过性②具有选择透过性一定具有半透性③只有活的生物膜才具有选择透过性④只有活的生物膜才具有半透性A.①③B.①④C.②③D.②④答案 C解析半透膜是指一些物质(一般是小分子物质)能透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜，如水分子可以透过玻璃纸，而蔗糖分子则不能。