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。 课堂导入方式一：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。 合作探究
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。
1．把体积相同，质量百分比浓度均为10%的葡萄糖和蔗糖溶液用半透膜(允许溶剂和葡萄糖通过，不允许蔗糖通过)隔开(如图)，请分析一段时间后液面的情况是( )
A．甲高于乙 B．乙高于甲
C．先甲高于乙，后乙高于甲 D．先甲低于乙，后乙低于甲 答案 C
解析 在体积与质量百分比浓度相同的情况下，因为葡萄糖分子是单糖，蔗糖分子是二糖，
所以同样的体积内葡萄糖分子数目多于蔗糖分子，即单位体积内半透膜甲侧的水分子数少于乙侧，水分子整体表现为由乙向甲流动，导致甲侧液面越来越高，后来甲侧的葡萄糖通过半透膜进入乙侧，导致乙侧溶液浓度越来越高，水分子又从甲侧流向乙侧，最终表现为乙液面高于甲液面。
水分子通过半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液扩散。此处的浓度是指的物质的量浓度?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)动物细胞没有细胞壁，也没有大液泡，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)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)植物细胞内的液体环境主要是指液泡内部的细胞液。当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞会失水；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，植物细胞会吸水。 3．质壁分离与复原是植物细胞吸水和失水的实验证据 (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。 合作探究
1．上述实验成功的关键是实验材料的选择，为什么本实验不选择细菌和动物细胞，而选择有大液泡并有颜色的植物细胞？
答案 一般不选择细菌细胞，它能发生质壁分离，但现象不明显。不能选择动物细胞，它无细胞壁，不能发生质壁分离现象。选择有大液泡并有颜色的植物细胞因为质壁分离现象易于发生且便于在显微镜下观察。
2．质壁分离后在细胞壁和细胞膜之间的是什么液体，为什么？
答案 是浓度降低的外界溶液，因为细胞壁是全透性的，且有水分子通过原生质层渗出来。 3．若用0.5 g/mL的蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能再复原，为什么？ 答案 因为细胞过度失水会死亡。
4．发生质壁分离复原需要将植物再置于低浓度的蔗糖溶液或蒸馏水中，但如果所用溶液中的溶质为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，会发生自动复原现象，请分析是为什么？ 答案 质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。
2．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 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。 一题多变 将紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞置于质量浓度为0.3 g/mL蔗糖溶液中，在光镜下所能看到的现象有________。 ①液泡变小，颜色由浅变深 ②液泡变小，颜色由深变浅 ③原生质层与细胞壁逐渐分离 ④细胞膜、液泡膜结构清晰 ⑤原生质层与细胞壁之间的溶液不呈紫色 答案 ①③⑤ 3．将洋葱鳞片叶放在 0.45 mol/L 蔗糖溶液中，细胞发生质壁分离；放在 0.35 mol/L 蔗糖溶液中，细胞有胀大趋势；放在 0.4 mol/L 蔗糖溶液中，细胞似乎不发生什么变化。这表明( ) A．洋葱表皮细胞已经死亡 B．细胞膜不允许水分子自由通过 C．蔗糖分子进入细胞导致渗透平衡 D．细胞液浓度为 0.4 mol/L 左右 答案 D 解析 成熟植物细胞的细胞液通过原生质层与外界溶液构成了渗透系统。当细胞液浓度大于外界溶液浓度时，细胞吸水，反之细胞失水；当二者浓度接近时，吸水、失水达到平衡。 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