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高中生物第1节 被动运输导学案
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这是一份高中生物第1节 被动运输导学案，共17页。学案主要包含了水进出细胞的原理，植物细胞的质壁分离和复原，被动运输等内容，欢迎下载使用。
必备知识·夯实双基
一、水进出细胞的原理
1．原理
细胞吸水和失水的原理是__渗透__作用，该作用发生需具备两个条件：
2．动物细胞的吸水和失水
(1)条件
①动物细胞可以构成一个渗透装置，其中细胞膜相当于__半透膜__。
②细胞膜两侧存在__浓度差__。
(2)吸水与失水
①当外界溶液浓度小于细胞质浓度时，细胞__吸水膨胀__；
②当外界溶液浓度大于细胞质浓度时，细胞__失水皱缩__；
③当外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分__进出细胞处于动态平衡__。
3．植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
(2)质壁分离与质壁分离复原
①当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水→质壁__分离__；
②发生质壁分离的细胞，当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水→__质壁分离复原__；
③当外界溶液浓度等于细胞液浓度时，水分__进出细胞处于动态平衡__。
二、植物细胞的质壁分离和复原
1．实验原理
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．实验过程
制作装片：制作__洋葱鳞片叶外表皮__的临时装片
低倍镜观察：有一个紫色的中央大液泡，__原生质层__
紧贴细胞壁
滴加蔗糖溶液：在盖玻片的一侧滴加__蔗糖溶液__，
在另一侧用吸水纸吸引
低倍镜观察：观察__液泡__大小和__原生质层__
的位置
滴加清水：在盖玻片的一侧滴加__清水__，在另
一侧用吸水纸吸引
低倍镜观察：观察__液泡__大小和__原生质层__
的位置
3．将观察的结果填入下表
4．质壁分离发生的原因
三、被动运输
1．概念：物质以__扩散__方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的__能量__，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
2．类型
(1)自由扩散
①概念：物质通过简单的__扩散作用__进出细胞。
②特点：__顺__(填“顺”或“逆”)浓度梯度；__不需要__(填“需要”或“不需要”)载体；__不需要__(填“需要”或“不需要”)能量。
③举例：__气体、脂质小分子等__。
(2)协助扩散
①概念：借助膜上的__转运蛋白__进出细胞的物质扩散方式。
②特点：__顺__(填“顺”或“逆”)浓度梯度；__需要__(填“需要”或“不需要”)载体；__不需要__(填“需要”或“不需要”)能量。
③举例：__钾离子通过通道蛋白出细胞__。
3．影响因素
(1)被动运输的速率直接受膜内外物质__浓度梯度__大小的影响。
(2)协助扩散的速率还与__转运蛋白__的数量有关。
┃┃活学巧练__■
(1)具有浓度差的溶液之间一定会发生渗透作用。(×)
(2)已经发生质壁分离的细胞如果再放回清水中，可能会发生质壁分离复原。(√)
(3)哺乳动物成熟的红细胞吸收葡萄糖时，需要转运蛋白协助，可以逆浓度梯度进行。(×)
(4)甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。(×)
(5)自由扩散和协助扩散都不需要转运蛋白和能量。(×)
(6)协助扩散的速率与膜两侧的浓度差成正比。(×)
(7)植物细胞放在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，都能发生质壁分离现象。 (×)
(8)外界溶液溶质的浓度大于细胞液的浓度时，洋葱表皮细胞发生质壁分离，细胞液颜色变浅。(×)
(9)质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行。 (×)
(10)动物细胞和植物细胞如果吸水过量，都有可能被涨破。(×)
思考：
1．渗透装置中，当漏斗内液面不再上升时，半透膜两侧还存在水分子的进出吗？
提示：存在。漏斗内液面不再上升时，水分子通过半透膜的双向扩散速率相等。
2．为什么用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料？
提示：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中有花青素，使液泡中的细胞液呈紫色，有利于观察。
3．发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？
提示：因为细胞壁是全透性的，所以发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。
4．实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？
提示：观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的状态形成对照。
5．在农业生产中有“肥大烧苗”的说法，请用你学到的知识解释其中的生物学原理？
提示：施肥过多会导致土壤溶液浓度过大，植物根部细胞失水过多，植株缺水而萎蔫。
6．为什么静脉注射时要将药物溶解到质量分数为0.9%的NaCl溶液中？
提示：质量分数为0.9%的NaCl溶液的浓度，正是人体细胞所处液体环境的浓度，用这种浓度的注射液不会改变血细胞的形态。
课内探究·名师点睛
知识点
细胞的吸水和失水
1．渗透作用
(1)渗透作用的概念—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(—实质：扩散作用,—对象：水分子或溶剂分子,—方向：低浓度溶液→高浓度溶液))
(2)渗透作用发生的条件及实验验证
①具有半透膜
②具有浓度差
(3)渗透作用的原理
(4)三种渗透模型的比较
(5)渗透作用的应用
①比较不同溶液浓度的大小
②判断细胞质浓度或者细胞液浓度
将动植物细胞放在不同浓度的溶液中，观察细胞的吸水和失水状态，可以根据细胞的形态判断细胞液或细胞质浓度的大小。
特别提醒：(1)渗透作用不是指溶质分子的扩散，而是专指水分子或其他溶剂分子的扩散。(2)渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压，如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液的质量浓度相等，但质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小，故水分子可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。(3)水分子的移动是双向的，但最终结果是由低浓度溶液向高浓度溶液移动的水分子数较多(水分子顺相对含量的梯度跨膜运输)。(4)渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。
拓展
半透膜、选择性透过性膜以及生物膜的区别
2．动物细胞的吸水和失水
(1)原理—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(\(――→,\s\up7(半透膜))细胞膜,\(――→,\s\up7(浓度差))细胞质与外界溶液间具有浓度差))
(2)eq \a\vs4\al(现,象)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(①当外界溶液浓度<细胞质浓度时，细胞吸水膨胀,②当外界溶液浓度>细胞质浓度时，细胞失水皱缩,③当外界溶液浓度＝细胞质浓度时，细胞形态不变))
3．植物细胞的吸水和失水
(1)植物细胞的结构特点
①细胞壁：全透性。
②原生质层：细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质称为原生质层，具有选择透过性。水进出植物细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。
③大液泡：液泡里面的液体称为细胞液，具有一定的渗透压。
(2)原理—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(\(――→,\s\up7(半透膜))原生质层：细胞膜＋液泡膜＋, 两层膜间的细胞质,\(――→,\s\up7(浓度差))细胞液与外界溶液间存在浓度差))
(3)植物细胞吸水和失水的条件和结果
┃┃典例剖析__■
典例1 某同学为了探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置，开始时烧杯内的液面和长颈漏斗的液面相平。在长颈漏斗内液面上升的过程中( D )
A．液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定
B．水分子通过半透膜从蔗糖溶液向清水扩散的速率逐渐减慢
C．当半透膜两侧液体浓度相等时，水分子不再通过半透膜扩散
D．当半透膜两侧水分子进出速率相等时，长颈漏斗内液面最高
解析：实验开始时，由于单位体积清水中水分子数量多于蔗糖溶液，因此，水分子通过半透膜扩散进入蔗糖溶液的速率大于由蔗糖溶液扩散进入清水中的速率；随着水分子进入漏斗内量的增多，蔗糖溶液浓度下降，同时由于漏斗液面升高与烧杯中液体形成的压力差增加，水分子扩散进入漏斗内的速率下降，而反方向水分子扩散速率升高；当水分子在半透膜两侧进出速率相等时，漏斗内液面达到最高并停止上升，即最终液面上升的速率变为0。
典例2 下列现象属于渗透作用的是( D )
A．水分子通过细胞壁
B．葡萄糖分子通过细胞膜
C．K＋通过原生质层
D．水分子通过原生质层
解析：渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。在D项中，水是溶剂分子，原生质层可以看作半透膜。
规律总结：有关渗透现象的三点提醒
(1)两溶液间的水分子进行双向运动，实际观察到的只是水分子双向运动差异所导致的液面变化。
(2)当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。
(3)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。
┃┃变式训练__■
1．(不定项)如图是某同学用紫色洋葱鳞片叶的外表皮做“探究植物细胞的吸水和失水”的实验中所观察到的细胞图。下列叙述正确的是( CD )
A．图中①②⑥组成了细胞的原生质层
B．图中细胞处于质壁分离状态，此时⑥处的浓度一定大于⑦处的浓度
C．图中①是细胞壁，⑥中充满了外界溶液
D．图中⑦是细胞液，在细胞发生质壁分离过程中，其颜色逐渐变深
解析：②细胞膜与④液泡膜以及两者之间的⑤细胞质共同组成了原生质层。由于①细胞壁是全透性的，所以⑥处充满了外界溶液。细胞处于质壁分离状态但细胞此时不一定正在失水，所以⑦处的浓度不一定小于⑥处的浓度。在质壁分离的过程中⑦是失水的，所以⑦的颜色应该是逐渐加深。
知识点
探究植物细胞的吸水和失水
1．材料用具
(1)实验材料的选择：一是成熟的植物活细胞，保证细胞具有中央大液泡和原生质层；二是细胞液最好具有颜色，易于观察；常用紫色洋葱鳞片叶作实验材料，其成熟的外表皮细胞的液泡非常大，呈紫色。
(2)选用的化学试剂的条件：一是对细胞无毒害，二是浓度适当。常选用质量浓度为0.3 g·mL－1的蔗糖溶液。
2．探究性实验的一般过程：
根据观察到的现象，提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果，得出结论→总结交流→进一步探究。
3．假设：原生质层相当于一层半透膜。
4．预期结果：由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过。因此，在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，发生质壁分离。
5．装片制作示意图及实验流程
(1)装片制作示意图
(2)实验流程
7．结论：实验结果与预期结果相同，说明“原生质层相当于一层半透膜”的假设是成立的。
8．植物细胞发生质壁分离的原因和表现
(1)原因eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(内因\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(①原生质层具有选择透过性,②细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性)),外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度))
(2)表现eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(宏观上：植物由坚挺―→萎蔫,微观上：质壁分离\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(液泡大―→小,细胞液颜色浅―→深,原生质层与细胞壁分离))))
知识贴士
并非所有的细胞都可以发生质壁分离现象
(1)成熟的植物细胞具有大液泡，质壁分离现象明显，而未成熟的植物细胞没有大液泡，质壁分离现象不明显，不易观察。
(2)动物细胞由于没有细胞壁，故不发生质壁分离现象。
(3)质壁分离中的“质”指的是原生质层，而不是细胞质。
(4)发生质壁分离后，细胞膜与细胞壁的间隙内充满了蔗糖溶液(因为细胞壁具有全透性)。
(5)质壁分离发生的原因是外界溶液浓度大于细胞液浓度，随着细胞渗透失水，虽然细胞液浓度会增大，但可能仍然小于外界溶液浓度(此处指的是物质的量浓度，不是质量浓度)。
┃┃典例剖析__■
典例3 (2021·泉港一中期末)在紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的失水和吸水实验中，显微镜下可依次观察到甲、乙、丙三种细胞状态。下列叙述正确的是( B )
A．由甲到乙，紫色液泡变小，颜色变浅
B．甲、乙、丙可在同一个细胞内依次发生
C．与甲相比，乙所示细胞的细胞液浓度较低
D．由乙转变为丙的过程中，水分子只能从胞外扩散到胞内
解析：由图可知，乙发生质壁分离的程度比甲大，所以从甲到乙的过程中，失水增多，液泡逐渐变小，颜色逐渐变深，A错误；甲、乙可表示洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离，丙可表示质壁分离后复原，可在同一细胞内依次发生，B正确；由图可知，乙细胞质壁分离程度大，失水多，则细胞液浓度高于甲细胞，C错误；由乙转变为丙的过程是质壁分离的复原过程，此时细胞液浓度大于外界溶液浓度，所以水分子从细胞外扩散到细胞内的速率大于从细胞内扩散到细胞外的速率，D错误。
┃┃变式训练__■
2．(2021·江苏省泰州中学高一期末)取洋葱的少量组织细胞制成图A的临时装片，再用清水和0.3 g/mL的蔗糖溶液按照下图所示流程研究植物细胞的吸水和失水，整个实验过程保证细胞始终为生活状态。 据图回答：
(1)实验室一般选用洋葱鳞片叶__外__(填“内”或“外”)表皮细胞作为实验材料。
(2)与B过程相比，D过程观察到的植物细胞的体积变化是__基本不变(或略微变小)__；D过程中植物细胞所处外界溶液的浓度变化是__减小__。
(3)E过程是在载玻片一侧滴加__清水__，在另一侧用吸水纸吸引，使溶液浸润整个标本。
(4)F过程中细胞吸水能力逐渐__减弱__(填“增强”或“减弱”)，液泡体积__变大__(填“变大”或“变小”)。
(5)若将蔗糖溶液换为一定浓度的KNO3溶液，则D过程观察到的现象是细胞__先质壁分离，然后质壁分离自动复原__。
解析：(1)紫色的洋葱鳞片叶外表皮带有颜色，便于观察，因此实验室一般选用洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料。(2)B过程观察的是正常的细胞，D过程观察的是发生质壁分离的细胞，由于植物细胞最外面是细胞壁，且其伸缩性很小，因此发生质壁分离时整个植物细胞体积基本不变；由于细胞质壁分离过程中水分从细胞液进入外界溶液中，导致外界溶液浓度减小。(3)E过程是在载玻片一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引，使溶液浸润整个标本。(4)加清水后，植物细胞发生质壁分离复原，在此过程中，由于细胞内的渗透压变小而导致植物细胞的吸水能力减弱，由于水分进入液泡，导致液泡体积变大。(5)把洋葱鳞片叶外表皮细胞放在一定浓度的KNO3溶液中，细胞先失水，发生质壁分离。当钾离子和硝酸根离子进入细胞后，导致细胞液浓度升高，细胞吸水，发生质壁分离的复原，因此若将蔗糖溶液换为一定浓度的KNO3溶液，则D过程观察到的现象是细胞先质壁分离，然后质壁分离自动复原。
知识点
被动运输
(1)定义：像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
(2)类型：被动运输包括自由扩散和协助扩散。物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散(也叫简单扩散)；借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散(也叫易化扩散)。
(3)自由扩散与协助扩散的比较
知识贴士
(1)被动运输的速率还与该物质分子的大小、脂溶性程度等有关，如分子越小、脂溶性越强，运输速率越快。
(2)表中“高浓度”和“低浓度”是指运输离子或小分子本身的浓度，而不是所处溶液的浓度。
(3)两种运输方式的动力均来自细胞内外物质的浓度差，此外，协助扩散还与转运蛋白的种类和数量有关。
(4)转运蛋白
①定义：镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等物质顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。
②类型：转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。
③意义：转运蛋白在营养物质摄取、代谢产物释放以及信号转导等广泛的细胞活动中起着重要的作用。
知识贴士
膜的选择透过性在实际生活中的应用
(1)滤去海水中的盐分，进行海水淡化。
(2)有选择地将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧，进行污水处理。
(3)尝试用人工合成的膜材料代替行使人体的某些病变器官的功能，如血液透析膜——透析型人工肾。
┃┃典例剖析__■
典例4 如图显示物质P和Q跨膜出细胞，下列叙述正确的是( D )
A．物质P可能是氧气
B．物质Q一定是水分子
C．物质P和Q出细胞都需要载体
D．物质P和Q出细胞未必都消耗能量
解析：物质P出细胞逆浓度梯度为主动运输，物质Q出细胞顺浓度梯度，为被动运输，被动运输包括协助扩散和自由扩散，自由扩散不需要载体，氧气通过细胞膜为自由扩散，A错误；水分子通过细胞膜为自由扩散，但物质Q出细胞可能是协助扩散，也可能是自由扩散，自由扩散不需要载体，B、C错误；物质Q进行被动运输，不消耗能量，D正确。
┃┃变式训练__■
3．GLUT是某细胞的葡萄糖转运蛋白，其作用过程如图所示。下列相关叙述错误的是( C )
A．GLUT顺浓度梯度转运葡萄糖
B．GLUT的空间结构可发生改变
C．GLUT的数量与转运葡萄糖的速率无关
D．GLUT的转运功能具有专一性
解析：GLUT的数量与转运葡萄糖的速率有关，C错误。
指点迷津·拨云见日
质壁分离实验的拓展应用
1．判断成熟植物细胞是否有生物活性
eq \x(待测成熟植物细胞)＋eq \x(一定浓度的蔗糖溶液)
eq \(――→,\s\up7(镜检))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(发生质壁分离→有生物活性,不发生质壁分离→无生物活性))
2．测定细胞液浓度范围
eq \x(待测细胞)＋eq \x(一系列浓度梯度的蔗糖溶液)
eq \(――→,\s\up7(镜检))细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间
3．比较不同植物细胞的细胞液浓度
eq \x(不同植物细胞)＋eq \x(同一浓度的蔗糖溶液)
eq \(――→,\s\up7(镜检))发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之，细胞液浓度越大
4．鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)
eq \x(成熟植物细胞)＋eq \x(不同种类溶液)eq \(――→,\s\up7(镜检))
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(只发生质壁分离→蔗糖溶液,发生质壁分离后自动复原→KNO3溶液))
5．比较未知浓度溶液的浓度大小
同一植物的成熟细胞＋未知浓度的溶液eq \(――→,\s\up7(镜检))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)
实验单一变量：未知浓度的溶液。
6．验证原生质层和细胞壁伸缩性大小
成熟植物细胞＋分离剂eq \(――→,\s\up7(镜检))
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(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))
实验单一变量：植物细胞原生质层和细胞壁的伸缩性差异。
典例5 取某一红色花冠的2个大小相同、生理状态相似的花瓣细胞，将它们分别放置在甲、乙两种溶液中，测得细胞失水量的变化如图1，液泡直径的变化如图2，下列叙述正确的是( D )
A．甲、乙两种溶液的浓度不同，溶质则可能相同
B．第2分钟前乙溶液中花瓣细胞的失水速率大于甲溶液
C．第4分钟后乙溶液中细胞由于失水过多而死亡
D．图2 中曲线Ⅰ和图1中乙溶液中细胞失水量曲线对应
解析：图1两条曲线的差异是甲、乙溶液溶质不同，甲溶液中溶质不能被细胞吸收，乙溶液中的溶质可以被细胞吸收，故A项错误；据图1分析，第2分钟前甲溶液中花瓣细胞的失水速率大于乙溶液，B项错误；第4分钟后乙溶液中细胞由于吸水会发生质壁分离复原，C项错误；分析题图2可知，Ⅰ液泡先变小后恢复到原样，即植物细胞先发生质壁分离，后发生质壁分离复原，为乙溶液中的变化曲线。Ⅱ液泡先变小后维持不变，为甲溶液中的变化曲线，D项正确。
解疑答惑
问题探讨⇨P62
1．提示：由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗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。不能无限升高，因为当玻璃纸两侧溶液浓度接近相等时，单位时间内透过玻璃纸进入漏斗内的水分子数量等于渗出的数量时，液面不再升高。
2．提示：用纱布代替玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通过，因此液面不会升高。
3．提示：玻璃纸两侧溶液浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入漏斗内的水分子数量等于渗出的数量，液面不会升高。
思考·讨论⇨P63
1．提示：不能，血红蛋白等有机物相当于“问题探讨”中的蔗糖。
2．提示：红细胞的细胞膜相当于一层半透膜。
3．提示：当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞可能会因持续吸水而涨破。
4．提示：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。
5．提示：生理盐水是0.9%的氯化钠溶液，与血浆的浓度接近，可维持细胞的正常形态。
探究·实践⇨P64
假设：水分子进出植物细胞通过渗透作用，原生质层相当于一层半透膜。
实验设计思路：
1．提示：失水 吸水
2．提示：使用0.3 g/mL的蔗糖溶液使细胞外溶液浓度提高，使用清水使细胞外液浓度降低。
3．提示：制作临时装片，用显微镜观察细胞；材料和器具：紫色的洋葱鳞片叶、刀片、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、吸水纸、显微镜、质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、清水。
4．提示：细胞失水后原生质层与细胞壁分离发生质壁分离现象，吸水后发生质壁分离的复原现象。
结论：水分子进出植物细胞通过渗透作用，原生质层相当于一层半透膜。
旁栏思考⇨P66
提示：甘油、乙醇等都是脂溶性物质，根据化学中相似相溶的原理，它们可以自由通过磷脂双分子层。
练习与应用⇨P67
一、概念检测
1．(1)√ 提示：细胞膜和液泡膜都具有选择透过性，相当于半透膜。
(2)× 提示：水分子进出细胞通过自由扩散和协助扩散两种方式。
(3)× 提示：分子或离子通过载体蛋白转运时载体蛋白都会发生自身构象的改变，而通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。
2．D 提示：质壁分离实验能证明成熟植物细胞的死活，原生质层比细胞壁的伸缩性大以及成熟的植物细胞能进行渗透吸水，无法证明水分子可以通过通道蛋白进入细胞。
3．B 提示：蔗糖和甘油溶液浓度均比细胞液的浓度大，植物细胞均会先失水发生质壁分离，蔗糖不能通过原生质层进入细胞，不会发生自动复原，而甘油能通过自由扩散进入细胞，一段时间后细胞液的浓度大于外界溶液浓度，细胞吸水发生自动复原。
二、拓展应用
1．提示：实验思路：用不同浓度的蔗糖溶液分别处理植物细胞，观察植物细胞原生质层的位置和细胞的大小。若植物原生质层与细胞壁未分离且细胞大小不变，则该蔗糖溶液的浓度即相当于细胞液的浓度。
原理：细胞渗透作用吸水，当外界溶液与细胞液浓度相等时，细胞既不失水也不吸水，细胞大小不变。
2．提示：作出假设：温度会影响水分通过半透膜的扩散速率。实验方案：将“问题探讨”中的渗透装置分别置于不同温度条件下，一段时间后观察漏斗内的液面高度。若高度不一致，则温度会影响水分通过半透膜的扩散速率；若高度一致，则温度不影响水分通过半透膜的扩散速率。
训练巩固·课堂达标
1．在物质出入细胞的方式中，自由扩散区别于协助扩散的是( D )
A．由高浓度向低浓度扩散B．需要转运蛋白
C．由低浓度向高浓度扩散D．不需要转运蛋白
解析：自由扩散与协助扩散的相同之处是物质顺浓度梯度(高浓度→低浓度)跨膜运输，同时均不消耗能量；不同之处表现在自由扩散不需要转运蛋白，而协助扩散需要转运蛋白。
2．人体组织细胞从组织液中吸收甘油的速率主要取决于( A )
A．组织液中甘油的浓度 B．细胞膜上载体的数量
C．细胞中的能量 D．液泡中物质的浓度
解析：甘油跨膜运输的方式是自由扩散，而自由扩散的速率与细胞外的甘油的浓度大小有关。
3．(2021·安徽省安庆市高一期末)下图为“植物细胞的质壁分离与复原实验”中细胞所处的状态，据图回答有关问题：
(1)原生质层由__cde__组成(填写字母)。
(2)将洋葱鳞片叶外表皮细胞放在外界溶液中，若细胞状态变化顺序为甲→乙→丙，则图乙中b、d、f的浓度大小关系是__b＞d＞f__；若细胞状态变化顺序为丙→乙→甲，则图乙中b、d、f的浓度大小关系是__b＜d＜f__。
(3)若将洋葱鳞片叶外表皮细胞放在一定浓度的KNO3溶液中，则细胞状态变化顺序为__甲→乙→丙→乙→甲__ (用甲乙丙和箭头表示)。
(4)若将同一种状态的植物细胞分别放在甲、乙、丙组不同浓度的蔗糖溶液中，得到图示状态(且原生质层不再变化)。则实验前甲、乙、丙三组的蔗糖溶液浓度的大小关系是__甲＜乙＜丙__。
解析：(1)原生质层包括细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质，故由cde组成。
(2)将洋葱鳞片叶外表皮细胞放在外界溶液中，若细胞状态变化顺序为甲→乙→丙，说明细胞正在发生质壁分离，则图乙中b、d、f的浓度大小关系是b＞d＞f；若细胞状态变化顺序为丙→乙→甲，说明正在发生质壁分离复原，则图乙中b、d、f的浓度大小关系是b＜d＜f。
(3)若将洋葱鳞片叶外表皮细胞放在一定浓度的KNO3溶液中，则会先发生质壁分离，过一段时间后，由于植物细胞不断吸收K＋和NOeq \\al(－,3)溶液，使细胞液的浓度不断增大，细胞吸水的能力不断增强，使细胞逐渐由失水状态变为吸水状态，植物细胞自动发生质壁分离复原现象，细胞状态变化顺序为甲→乙→丙→乙→甲。
(4)若将同一种状态的植物细胞分别放在甲、乙、丙组不同浓度的蔗糖溶液中，得到图示状态(且原生质层不再变化)，细胞失水程度越高，说明外界溶液浓度越大，则实验前甲、乙、丙三组的蔗糖溶液浓度的大小关系是甲＜乙＜丙。
课标要求
核心素养
1．阐述渗透现象的原理及条件。
2．探究植物细胞的吸水和失水。
3．观察植物细胞的质壁分离与复原。
4．掌握两种被动运输的方式。
1．生命观念——结构与功能相适应：细胞的结构决定细胞通过渗透作用吸水或失水。
2．科学思维——分析与综合：对渗透作用现象进行分析，理解渗透作用原理。
3．科学探究——探究植物细胞的吸水与失水。
4．科学思维——归纳比较两种被动运输方式的异同。
知识导图
学霸记忆
1．植物细胞发生质壁分离的原因：①外界溶液浓度大于细胞液浓度；②原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。
2．只有活的成熟植物细胞才可发生质壁分离，动物细胞和根尖分生区细胞不发生质壁分离。
3．细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，选择透过性是活细胞的一个重要特征。
4．渗透作用发生的两个条件：一是半透膜，二是半透膜两侧具有浓度差。
5．原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
6．被动运输是物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，包括自由扩散和协助扩散。
现象
试剂
中央液泡大小
原生质层的位置
细胞大小
蔗糖溶液
__变小__
__与细胞壁分离__
__基本不变__
清水
恢复原状
__与细胞壁紧贴__
基本不变
模型
图示
发生渗透作用条件
半透膜
浓度差
人工
渗透
系统
人工半透膜
内外侧溶液存在浓度差
动物
细胞
细胞膜
细胞质浓度和外界溶液浓度
植物
细胞
原生质层
细胞液浓度和外界溶液浓度
漏斗内
烧杯内
溶液浓度
M
N
现象及结论
①若漏斗内液面上升，则M>N
②若漏斗内液面不变，则M＝N
③若漏斗内液面下降，则M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
生物学上
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。当细胞死亡后，细胞膜等生物膜变为全透性
条件
结果
细胞液浓度>外界溶液浓度
细胞吸水，中央液泡体积变大，细胞坚挺
细胞液浓度<外界溶液浓度
细胞失水，中央液泡体积变小，质壁分离
细胞液浓度＝外界溶液浓度
细胞水分进出达到动态平衡
自由扩散
协助扩散
概念
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式
物质借助转运蛋白进出细胞的扩散
运输方向
高浓度→低浓度
高浓度→低浓度
特点
不需转运蛋白和能量
需转运蛋白，不需能量
示意图
曲线
实例
小分子或脂溶性物质，如O2、CO2、H2O、甘油、脂肪酸、乙醇、苯、尿素
红细胞吸收葡萄糖
载体蛋白
通道蛋白
含义
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变
根据溶质大小和电荷进行辨别，只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过，有水通道蛋白和离子通道蛋白
特点
参与主动运输和协助扩散(顺浓度)，在运输过程中与相应的分子特异性结合(具有类似于酶和底物结合的饱和效应)，自身的构型会发生变化，并且会移动
只参与协助扩散，在运输过程中并不与被运输的分子或离子相结合，也不会移动，并且是从高浓度向低浓度运输，所以运输时不消耗能量
图示
实例
葡萄糖载体蛋白
水通道蛋白
相同
点
化学本质均为蛋白质，均分布在细胞的膜结构中，都有控制特定物质跨膜运输的功能；对被运输的物质具有高度的特异性或选择性
必备知识·夯实双基
一、水进出细胞的原理
1．原理
细胞吸水和失水的原理是__渗透__作用，该作用发生需具备两个条件：
2．动物细胞的吸水和失水
(1)条件
①动物细胞可以构成一个渗透装置，其中细胞膜相当于__半透膜__。
②细胞膜两侧存在__浓度差__。
(2)吸水与失水
①当外界溶液浓度小于细胞质浓度时，细胞__吸水膨胀__；
②当外界溶液浓度大于细胞质浓度时，细胞__失水皱缩__；
③当外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分__进出细胞处于动态平衡__。
3．植物细胞的吸水和失水
(1)成熟植物细胞的结构
(2)质壁分离与质壁分离复原
①当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水→质壁__分离__；
②发生质壁分离的细胞，当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水→__质壁分离复原__；
③当外界溶液浓度等于细胞液浓度时，水分__进出细胞处于动态平衡__。
二、植物细胞的质壁分离和复原
1．实验原理
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．实验过程
制作装片：制作__洋葱鳞片叶外表皮__的临时装片
低倍镜观察：有一个紫色的中央大液泡，__原生质层__
紧贴细胞壁
滴加蔗糖溶液：在盖玻片的一侧滴加__蔗糖溶液__，
在另一侧用吸水纸吸引
低倍镜观察：观察__液泡__大小和__原生质层__
的位置
滴加清水：在盖玻片的一侧滴加__清水__，在另
一侧用吸水纸吸引
低倍镜观察：观察__液泡__大小和__原生质层__
的位置
3．将观察的结果填入下表
4．质壁分离发生的原因
三、被动运输
1．概念：物质以__扩散__方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的__能量__，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
2．类型
(1)自由扩散
①概念：物质通过简单的__扩散作用__进出细胞。
②特点：__顺__(填“顺”或“逆”)浓度梯度；__不需要__(填“需要”或“不需要”)载体；__不需要__(填“需要”或“不需要”)能量。
③举例：__气体、脂质小分子等__。
(2)协助扩散
①概念：借助膜上的__转运蛋白__进出细胞的物质扩散方式。
②特点：__顺__(填“顺”或“逆”)浓度梯度；__需要__(填“需要”或“不需要”)载体；__不需要__(填“需要”或“不需要”)能量。
③举例：__钾离子通过通道蛋白出细胞__。
3．影响因素
(1)被动运输的速率直接受膜内外物质__浓度梯度__大小的影响。
(2)协助扩散的速率还与__转运蛋白__的数量有关。
┃┃活学巧练__■
(1)具有浓度差的溶液之间一定会发生渗透作用。(×)
(2)已经发生质壁分离的细胞如果再放回清水中，可能会发生质壁分离复原。(√)
(3)哺乳动物成熟的红细胞吸收葡萄糖时，需要转运蛋白协助，可以逆浓度梯度进行。(×)
(4)甘油是极性分子，所以不能以自由扩散的方式通过细胞膜。(×)
(5)自由扩散和协助扩散都不需要转运蛋白和能量。(×)
(6)协助扩散的速率与膜两侧的浓度差成正比。(×)
(7)植物细胞放在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，都能发生质壁分离现象。 (×)
(8)外界溶液溶质的浓度大于细胞液的浓度时，洋葱表皮细胞发生质壁分离，细胞液颜色变浅。(×)
(9)质壁分离过程中水分子扩散只能单向进行。 (×)
(10)动物细胞和植物细胞如果吸水过量，都有可能被涨破。(×)
思考：
1．渗透装置中，当漏斗内液面不再上升时，半透膜两侧还存在水分子的进出吗？
提示：存在。漏斗内液面不再上升时，水分子通过半透膜的双向扩散速率相等。
2．为什么用紫色洋葱鳞片叶外表皮作为实验材料？
提示：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液中有花青素，使液泡中的细胞液呈紫色，有利于观察。
3．发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是何物质？
提示：因为细胞壁是全透性的，所以发生质壁分离的洋葱鳞片叶外表皮细胞的原生质层与细胞壁之间是蔗糖溶液。
4．实验中共涉及三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？
提示：观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态，以便与处理后的状态形成对照。
5．在农业生产中有“肥大烧苗”的说法，请用你学到的知识解释其中的生物学原理？
提示：施肥过多会导致土壤溶液浓度过大，植物根部细胞失水过多，植株缺水而萎蔫。
6．为什么静脉注射时要将药物溶解到质量分数为0.9%的NaCl溶液中？
提示：质量分数为0.9%的NaCl溶液的浓度，正是人体细胞所处液体环境的浓度，用这种浓度的注射液不会改变血细胞的形态。
课内探究·名师点睛
知识点
细胞的吸水和失水
1．渗透作用
(1)渗透作用的概念—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(—实质：扩散作用,—对象：水分子或溶剂分子,—方向：低浓度溶液→高浓度溶液))
(2)渗透作用发生的条件及实验验证
①具有半透膜
②具有浓度差
(3)渗透作用的原理
(4)三种渗透模型的比较
(5)渗透作用的应用
①比较不同溶液浓度的大小
②判断细胞质浓度或者细胞液浓度
将动植物细胞放在不同浓度的溶液中，观察细胞的吸水和失水状态，可以根据细胞的形态判断细胞液或细胞质浓度的大小。
特别提醒：(1)渗透作用不是指溶质分子的扩散，而是专指水分子或其他溶剂分子的扩散。(2)渗透系统的溶液浓度指物质的量浓度而非质量浓度，实质是指渗透压，如质量分数为10%的葡萄糖溶液和质量分数为10%的蔗糖溶液的质量浓度相等，但质量分数为10%的蔗糖溶液的渗透压小，故水分子可通过半透膜由蔗糖溶液向葡萄糖溶液移动。(3)水分子的移动是双向的，但最终结果是由低浓度溶液向高浓度溶液移动的水分子数较多(水分子顺相对含量的梯度跨膜运输)。(4)渗透平衡只意味着半透膜两侧水分子移动达到动态平衡状态，既不可看作没有水分子移动，也不可看作两侧溶液浓度绝对相等。
拓展
半透膜、选择性透过性膜以及生物膜的区别
2．动物细胞的吸水和失水
(1)原理—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(\(――→,\s\up7(半透膜))细胞膜,\(――→,\s\up7(浓度差))细胞质与外界溶液间具有浓度差))
(2)eq \a\vs4\al(现,象)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(①当外界溶液浓度<细胞质浓度时，细胞吸水膨胀,②当外界溶液浓度>细胞质浓度时，细胞失水皱缩,③当外界溶液浓度＝细胞质浓度时，细胞形态不变))
3．植物细胞的吸水和失水
(1)植物细胞的结构特点
①细胞壁：全透性。
②原生质层：细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质称为原生质层，具有选择透过性。水进出植物细胞，主要是指水经过原生质层进出液泡。
③大液泡：液泡里面的液体称为细胞液，具有一定的渗透压。
(2)原理—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(\(――→,\s\up7(半透膜))原生质层：细胞膜＋液泡膜＋, 两层膜间的细胞质,\(――→,\s\up7(浓度差))细胞液与外界溶液间存在浓度差))
(3)植物细胞吸水和失水的条件和结果
┃┃典例剖析__■
典例1 某同学为了探究膜的通透性而设计了如图所示的渗透装置，开始时烧杯内的液面和长颈漏斗的液面相平。在长颈漏斗内液面上升的过程中( D )
A．液面上升的速率先加快后减慢最终维持稳定
B．水分子通过半透膜从蔗糖溶液向清水扩散的速率逐渐减慢
C．当半透膜两侧液体浓度相等时，水分子不再通过半透膜扩散
D．当半透膜两侧水分子进出速率相等时，长颈漏斗内液面最高
解析：实验开始时，由于单位体积清水中水分子数量多于蔗糖溶液，因此，水分子通过半透膜扩散进入蔗糖溶液的速率大于由蔗糖溶液扩散进入清水中的速率；随着水分子进入漏斗内量的增多，蔗糖溶液浓度下降，同时由于漏斗液面升高与烧杯中液体形成的压力差增加，水分子扩散进入漏斗内的速率下降，而反方向水分子扩散速率升高；当水分子在半透膜两侧进出速率相等时，漏斗内液面达到最高并停止上升，即最终液面上升的速率变为0。
典例2 下列现象属于渗透作用的是( D )
A．水分子通过细胞壁
B．葡萄糖分子通过细胞膜
C．K＋通过原生质层
D．水分子通过原生质层
解析：渗透作用是指水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。在D项中，水是溶剂分子，原生质层可以看作半透膜。
规律总结：有关渗透现象的三点提醒
(1)两溶液间的水分子进行双向运动，实际观察到的只是水分子双向运动差异所导致的液面变化。
(2)当液面高度不再变化时，水分子仍进出半透膜，但进出达到平衡。
(3)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。
┃┃变式训练__■
1．(不定项)如图是某同学用紫色洋葱鳞片叶的外表皮做“探究植物细胞的吸水和失水”的实验中所观察到的细胞图。下列叙述正确的是( CD )
A．图中①②⑥组成了细胞的原生质层
B．图中细胞处于质壁分离状态，此时⑥处的浓度一定大于⑦处的浓度
C．图中①是细胞壁，⑥中充满了外界溶液
D．图中⑦是细胞液，在细胞发生质壁分离过程中，其颜色逐渐变深
解析：②细胞膜与④液泡膜以及两者之间的⑤细胞质共同组成了原生质层。由于①细胞壁是全透性的，所以⑥处充满了外界溶液。细胞处于质壁分离状态但细胞此时不一定正在失水，所以⑦处的浓度不一定小于⑥处的浓度。在质壁分离的过程中⑦是失水的，所以⑦的颜色应该是逐渐加深。
知识点
探究植物细胞的吸水和失水
1．材料用具
(1)实验材料的选择：一是成熟的植物活细胞，保证细胞具有中央大液泡和原生质层；二是细胞液最好具有颜色，易于观察；常用紫色洋葱鳞片叶作实验材料，其成熟的外表皮细胞的液泡非常大，呈紫色。
(2)选用的化学试剂的条件：一是对细胞无毒害，二是浓度适当。常选用质量浓度为0.3 g·mL－1的蔗糖溶液。
2．探究性实验的一般过程：
根据观察到的现象，提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析结果，得出结论→总结交流→进一步探究。
3．假设：原生质层相当于一层半透膜。
4．预期结果：由于原生质层相当于一层半透膜，水分子可以自由透过，而蔗糖分子不能透过。因此，在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，发生质壁分离。
5．装片制作示意图及实验流程
(1)装片制作示意图
(2)实验流程
7．结论：实验结果与预期结果相同，说明“原生质层相当于一层半透膜”的假设是成立的。
8．植物细胞发生质壁分离的原因和表现
(1)原因eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(内因\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(①原生质层具有选择透过性,②细胞壁伸缩性小于原生质层伸缩性)),外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度))
(2)表现eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(宏观上：植物由坚挺―→萎蔫,微观上：质壁分离\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(液泡大―→小,细胞液颜色浅―→深,原生质层与细胞壁分离))))
知识贴士
并非所有的细胞都可以发生质壁分离现象
(1)成熟的植物细胞具有大液泡，质壁分离现象明显，而未成熟的植物细胞没有大液泡，质壁分离现象不明显，不易观察。
(2)动物细胞由于没有细胞壁，故不发生质壁分离现象。
(3)质壁分离中的“质”指的是原生质层，而不是细胞质。
(4)发生质壁分离后，细胞膜与细胞壁的间隙内充满了蔗糖溶液(因为细胞壁具有全透性)。
(5)质壁分离发生的原因是外界溶液浓度大于细胞液浓度，随着细胞渗透失水，虽然细胞液浓度会增大，但可能仍然小于外界溶液浓度(此处指的是物质的量浓度，不是质量浓度)。
┃┃典例剖析__■
典例3 (2021·泉港一中期末)在紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的失水和吸水实验中，显微镜下可依次观察到甲、乙、丙三种细胞状态。下列叙述正确的是( B )
A．由甲到乙，紫色液泡变小，颜色变浅
B．甲、乙、丙可在同一个细胞内依次发生
C．与甲相比，乙所示细胞的细胞液浓度较低
D．由乙转变为丙的过程中，水分子只能从胞外扩散到胞内
解析：由图可知，乙发生质壁分离的程度比甲大，所以从甲到乙的过程中，失水增多，液泡逐渐变小，颜色逐渐变深，A错误；甲、乙可表示洋葱鳞片叶外表皮细胞发生质壁分离，丙可表示质壁分离后复原，可在同一细胞内依次发生，B正确；由图可知，乙细胞质壁分离程度大，失水多，则细胞液浓度高于甲细胞，C错误；由乙转变为丙的过程是质壁分离的复原过程，此时细胞液浓度大于外界溶液浓度，所以水分子从细胞外扩散到细胞内的速率大于从细胞内扩散到细胞外的速率，D错误。
┃┃变式训练__■
2．(2021·江苏省泰州中学高一期末)取洋葱的少量组织细胞制成图A的临时装片，再用清水和0.3 g/mL的蔗糖溶液按照下图所示流程研究植物细胞的吸水和失水，整个实验过程保证细胞始终为生活状态。 据图回答：
(1)实验室一般选用洋葱鳞片叶__外__(填“内”或“外”)表皮细胞作为实验材料。
(2)与B过程相比，D过程观察到的植物细胞的体积变化是__基本不变(或略微变小)__；D过程中植物细胞所处外界溶液的浓度变化是__减小__。
(3)E过程是在载玻片一侧滴加__清水__，在另一侧用吸水纸吸引，使溶液浸润整个标本。
(4)F过程中细胞吸水能力逐渐__减弱__(填“增强”或“减弱”)，液泡体积__变大__(填“变大”或“变小”)。
(5)若将蔗糖溶液换为一定浓度的KNO3溶液，则D过程观察到的现象是细胞__先质壁分离，然后质壁分离自动复原__。
解析：(1)紫色的洋葱鳞片叶外表皮带有颜色，便于观察，因此实验室一般选用洋葱鳞片叶外表皮细胞作为实验材料。(2)B过程观察的是正常的细胞，D过程观察的是发生质壁分离的细胞，由于植物细胞最外面是细胞壁，且其伸缩性很小，因此发生质壁分离时整个植物细胞体积基本不变；由于细胞质壁分离过程中水分从细胞液进入外界溶液中，导致外界溶液浓度减小。(3)E过程是在载玻片一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引，使溶液浸润整个标本。(4)加清水后，植物细胞发生质壁分离复原，在此过程中，由于细胞内的渗透压变小而导致植物细胞的吸水能力减弱，由于水分进入液泡，导致液泡体积变大。(5)把洋葱鳞片叶外表皮细胞放在一定浓度的KNO3溶液中，细胞先失水，发生质壁分离。当钾离子和硝酸根离子进入细胞后，导致细胞液浓度升高，细胞吸水，发生质壁分离的复原，因此若将蔗糖溶液换为一定浓度的KNO3溶液，则D过程观察到的现象是细胞先质壁分离，然后质壁分离自动复原。
知识点
被动运输
(1)定义：像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。
(2)类型：被动运输包括自由扩散和协助扩散。物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散(也叫简单扩散)；借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散(也叫易化扩散)。
(3)自由扩散与协助扩散的比较
知识贴士
(1)被动运输的速率还与该物质分子的大小、脂溶性程度等有关，如分子越小、脂溶性越强，运输速率越快。
(2)表中“高浓度”和“低浓度”是指运输离子或小分子本身的浓度，而不是所处溶液的浓度。
(3)两种运输方式的动力均来自细胞内外物质的浓度差，此外，协助扩散还与转运蛋白的种类和数量有关。
(4)转运蛋白
①定义：镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等物质顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。
②类型：转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。
③意义：转运蛋白在营养物质摄取、代谢产物释放以及信号转导等广泛的细胞活动中起着重要的作用。
知识贴士
膜的选择透过性在实际生活中的应用
(1)滤去海水中的盐分，进行海水淡化。
(2)有选择地将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧，进行污水处理。
(3)尝试用人工合成的膜材料代替行使人体的某些病变器官的功能，如血液透析膜——透析型人工肾。
┃┃典例剖析__■
典例4 如图显示物质P和Q跨膜出细胞，下列叙述正确的是( D )
A．物质P可能是氧气
B．物质Q一定是水分子
C．物质P和Q出细胞都需要载体
D．物质P和Q出细胞未必都消耗能量
解析：物质P出细胞逆浓度梯度为主动运输，物质Q出细胞顺浓度梯度，为被动运输，被动运输包括协助扩散和自由扩散，自由扩散不需要载体，氧气通过细胞膜为自由扩散，A错误；水分子通过细胞膜为自由扩散，但物质Q出细胞可能是协助扩散，也可能是自由扩散，自由扩散不需要载体，B、C错误；物质Q进行被动运输，不消耗能量，D正确。
┃┃变式训练__■
3．GLUT是某细胞的葡萄糖转运蛋白，其作用过程如图所示。下列相关叙述错误的是( C )
A．GLUT顺浓度梯度转运葡萄糖
B．GLUT的空间结构可发生改变
C．GLUT的数量与转运葡萄糖的速率无关
D．GLUT的转运功能具有专一性
解析：GLUT的数量与转运葡萄糖的速率有关，C错误。
指点迷津·拨云见日
质壁分离实验的拓展应用
1．判断成熟植物细胞是否有生物活性
eq \x(待测成熟植物细胞)＋eq \x(一定浓度的蔗糖溶液)
eq \(――→,\s\up7(镜检))eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(发生质壁分离→有生物活性,不发生质壁分离→无生物活性))
2．测定细胞液浓度范围
eq \x(待测细胞)＋eq \x(一系列浓度梯度的蔗糖溶液)
eq \(――→,\s\up7(镜检))细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的蔗糖溶液浓度之间
3．比较不同植物细胞的细胞液浓度
eq \x(不同植物细胞)＋eq \x(同一浓度的蔗糖溶液)
eq \(――→,\s\up7(镜检))发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之，细胞液浓度越大
4．鉴别不同种类的溶液(如KNO3和蔗糖溶液)
eq \x(成熟植物细胞)＋eq \x(不同种类溶液)eq \(――→,\s\up7(镜检))
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(只发生质壁分离→蔗糖溶液,发生质壁分离后自动复原→KNO3溶液))
5．比较未知浓度溶液的浓度大小
同一植物的成熟细胞＋未知浓度的溶液eq \(――→,\s\up7(镜检))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)
实验单一变量：未知浓度的溶液。
6．验证原生质层和细胞壁伸缩性大小
成熟植物细胞＋分离剂eq \(――→,\s\up7(镜检))
eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(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))
实验单一变量：植物细胞原生质层和细胞壁的伸缩性差异。
典例5 取某一红色花冠的2个大小相同、生理状态相似的花瓣细胞，将它们分别放置在甲、乙两种溶液中，测得细胞失水量的变化如图1，液泡直径的变化如图2，下列叙述正确的是( D )
A．甲、乙两种溶液的浓度不同，溶质则可能相同
B．第2分钟前乙溶液中花瓣细胞的失水速率大于甲溶液
C．第4分钟后乙溶液中细胞由于失水过多而死亡
D．图2 中曲线Ⅰ和图1中乙溶液中细胞失水量曲线对应
解析：图1两条曲线的差异是甲、乙溶液溶质不同，甲溶液中溶质不能被细胞吸收，乙溶液中的溶质可以被细胞吸收，故A项错误；据图1分析，第2分钟前甲溶液中花瓣细胞的失水速率大于乙溶液，B项错误；第4分钟后乙溶液中细胞由于吸水会发生质壁分离复原，C项错误；分析题图2可知，Ⅰ液泡先变小后恢复到原样，即植物细胞先发生质壁分离，后发生质壁分离复原，为乙溶液中的变化曲线。Ⅱ液泡先变小后维持不变，为甲溶液中的变化曲线，D项正确。
解疑答惑
问题探讨⇨P62
1．提示：由于单位时间内透过玻璃纸进入长颈漏斗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。不能无限升高，因为当玻璃纸两侧溶液浓度接近相等时，单位时间内透过玻璃纸进入漏斗内的水分子数量等于渗出的数量时，液面不再升高。
2．提示：用纱布代替玻璃纸时，因纱布的孔隙很大，蔗糖分子也可以自由通过，因此液面不会升高。
3．提示：玻璃纸两侧溶液浓度相等时，单位时间内透过玻璃纸进入漏斗内的水分子数量等于渗出的数量，液面不会升高。
思考·讨论⇨P63
1．提示：不能，血红蛋白等有机物相当于“问题探讨”中的蔗糖。
2．提示：红细胞的细胞膜相当于一层半透膜。
3．提示：当外界溶液的浓度低于红细胞内部的浓度时，红细胞可能会因持续吸水而涨破。
4．提示：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。
5．提示：生理盐水是0.9%的氯化钠溶液，与血浆的浓度接近，可维持细胞的正常形态。
探究·实践⇨P64
假设：水分子进出植物细胞通过渗透作用，原生质层相当于一层半透膜。
实验设计思路：
1．提示：失水 吸水
2．提示：使用0.3 g/mL的蔗糖溶液使细胞外溶液浓度提高，使用清水使细胞外液浓度降低。
3．提示：制作临时装片，用显微镜观察细胞；材料和器具：紫色的洋葱鳞片叶、刀片、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、吸水纸、显微镜、质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液、清水。
4．提示：细胞失水后原生质层与细胞壁分离发生质壁分离现象，吸水后发生质壁分离的复原现象。
结论：水分子进出植物细胞通过渗透作用，原生质层相当于一层半透膜。
旁栏思考⇨P66
提示：甘油、乙醇等都是脂溶性物质，根据化学中相似相溶的原理，它们可以自由通过磷脂双分子层。
练习与应用⇨P67
一、概念检测
1．(1)√ 提示：细胞膜和液泡膜都具有选择透过性，相当于半透膜。
(2)× 提示：水分子进出细胞通过自由扩散和协助扩散两种方式。
(3)× 提示：分子或离子通过载体蛋白转运时载体蛋白都会发生自身构象的改变，而通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。
2．D 提示：质壁分离实验能证明成熟植物细胞的死活，原生质层比细胞壁的伸缩性大以及成熟的植物细胞能进行渗透吸水，无法证明水分子可以通过通道蛋白进入细胞。
3．B 提示：蔗糖和甘油溶液浓度均比细胞液的浓度大，植物细胞均会先失水发生质壁分离，蔗糖不能通过原生质层进入细胞，不会发生自动复原，而甘油能通过自由扩散进入细胞，一段时间后细胞液的浓度大于外界溶液浓度，细胞吸水发生自动复原。
二、拓展应用
1．提示：实验思路：用不同浓度的蔗糖溶液分别处理植物细胞，观察植物细胞原生质层的位置和细胞的大小。若植物原生质层与细胞壁未分离且细胞大小不变，则该蔗糖溶液的浓度即相当于细胞液的浓度。
原理：细胞渗透作用吸水，当外界溶液与细胞液浓度相等时，细胞既不失水也不吸水，细胞大小不变。
2．提示：作出假设：温度会影响水分通过半透膜的扩散速率。实验方案：将“问题探讨”中的渗透装置分别置于不同温度条件下，一段时间后观察漏斗内的液面高度。若高度不一致，则温度会影响水分通过半透膜的扩散速率；若高度一致，则温度不影响水分通过半透膜的扩散速率。
训练巩固·课堂达标
1．在物质出入细胞的方式中，自由扩散区别于协助扩散的是( D )
A．由高浓度向低浓度扩散B．需要转运蛋白
C．由低浓度向高浓度扩散D．不需要转运蛋白
解析：自由扩散与协助扩散的相同之处是物质顺浓度梯度(高浓度→低浓度)跨膜运输，同时均不消耗能量；不同之处表现在自由扩散不需要转运蛋白，而协助扩散需要转运蛋白。
2．人体组织细胞从组织液中吸收甘油的速率主要取决于( A )
A．组织液中甘油的浓度 B．细胞膜上载体的数量
C．细胞中的能量 D．液泡中物质的浓度
解析：甘油跨膜运输的方式是自由扩散，而自由扩散的速率与细胞外的甘油的浓度大小有关。
3．(2021·安徽省安庆市高一期末)下图为“植物细胞的质壁分离与复原实验”中细胞所处的状态，据图回答有关问题：
(1)原生质层由__cde__组成(填写字母)。
(2)将洋葱鳞片叶外表皮细胞放在外界溶液中，若细胞状态变化顺序为甲→乙→丙，则图乙中b、d、f的浓度大小关系是__b＞d＞f__；若细胞状态变化顺序为丙→乙→甲，则图乙中b、d、f的浓度大小关系是__b＜d＜f__。
(3)若将洋葱鳞片叶外表皮细胞放在一定浓度的KNO3溶液中，则细胞状态变化顺序为__甲→乙→丙→乙→甲__ (用甲乙丙和箭头表示)。
(4)若将同一种状态的植物细胞分别放在甲、乙、丙组不同浓度的蔗糖溶液中，得到图示状态(且原生质层不再变化)。则实验前甲、乙、丙三组的蔗糖溶液浓度的大小关系是__甲＜乙＜丙__。
解析：(1)原生质层包括细胞膜、液泡膜及两者之间的细胞质，故由cde组成。
(2)将洋葱鳞片叶外表皮细胞放在外界溶液中，若细胞状态变化顺序为甲→乙→丙，说明细胞正在发生质壁分离，则图乙中b、d、f的浓度大小关系是b＞d＞f；若细胞状态变化顺序为丙→乙→甲，说明正在发生质壁分离复原，则图乙中b、d、f的浓度大小关系是b＜d＜f。
(3)若将洋葱鳞片叶外表皮细胞放在一定浓度的KNO3溶液中，则会先发生质壁分离，过一段时间后，由于植物细胞不断吸收K＋和NOeq \\al(－,3)溶液，使细胞液的浓度不断增大，细胞吸水的能力不断增强，使细胞逐渐由失水状态变为吸水状态，植物细胞自动发生质壁分离复原现象，细胞状态变化顺序为甲→乙→丙→乙→甲。
(4)若将同一种状态的植物细胞分别放在甲、乙、丙组不同浓度的蔗糖溶液中，得到图示状态(且原生质层不再变化)，细胞失水程度越高，说明外界溶液浓度越大，则实验前甲、乙、丙三组的蔗糖溶液浓度的大小关系是甲＜乙＜丙。
课标要求
核心素养
1．阐述渗透现象的原理及条件。
2．探究植物细胞的吸水和失水。
3．观察植物细胞的质壁分离与复原。
4．掌握两种被动运输的方式。
1．生命观念——结构与功能相适应：细胞的结构决定细胞通过渗透作用吸水或失水。
2．科学思维——分析与综合：对渗透作用现象进行分析，理解渗透作用原理。
3．科学探究——探究植物细胞的吸水与失水。
4．科学思维——归纳比较两种被动运输方式的异同。
知识导图
学霸记忆
1．植物细胞发生质壁分离的原因：①外界溶液浓度大于细胞液浓度；②原生质层的伸缩性大于细胞壁的伸缩性。
2．只有活的成熟植物细胞才可发生质壁分离，动物细胞和根尖分生区细胞不发生质壁分离。
3．细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜，选择透过性是活细胞的一个重要特征。
4．渗透作用发生的两个条件：一是半透膜，二是半透膜两侧具有浓度差。
5．原生质层包括细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。
6．被动运输是物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，包括自由扩散和协助扩散。
现象
试剂
中央液泡大小
原生质层的位置
细胞大小
蔗糖溶液
__变小__
__与细胞壁分离__
__基本不变__
清水
恢复原状
__与细胞壁紧贴__
基本不变
模型
图示
发生渗透作用条件
半透膜
浓度差
人工
渗透
系统
人工半透膜
内外侧溶液存在浓度差
动物
细胞
细胞膜
细胞质浓度和外界溶液浓度
植物
细胞
原生质层
细胞液浓度和外界溶液浓度
漏斗内
烧杯内
溶液浓度
M
N
现象及结论
①若漏斗内液面上升，则M>N
②若漏斗内液面不变，则M＝N
③若漏斗内液面下降，则M
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
生物学上
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。当细胞死亡后，细胞膜等生物膜变为全透性
条件
结果
细胞液浓度>外界溶液浓度
细胞吸水，中央液泡体积变大，细胞坚挺
细胞液浓度<外界溶液浓度
细胞失水，中央液泡体积变小，质壁分离
细胞液浓度＝外界溶液浓度
细胞水分进出达到动态平衡
自由扩散
协助扩散
概念
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式
物质借助转运蛋白进出细胞的扩散
运输方向
高浓度→低浓度
高浓度→低浓度
特点
不需转运蛋白和能量
需转运蛋白，不需能量
示意图
曲线
实例
小分子或脂溶性物质，如O2、CO2、H2O、甘油、脂肪酸、乙醇、苯、尿素
红细胞吸收葡萄糖
载体蛋白
通道蛋白
含义
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变
根据溶质大小和电荷进行辨别，只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过，有水通道蛋白和离子通道蛋白
特点
参与主动运输和协助扩散(顺浓度)，在运输过程中与相应的分子特异性结合(具有类似于酶和底物结合的饱和效应)，自身的构型会发生变化，并且会移动
只参与协助扩散，在运输过程中并不与被运输的分子或离子相结合，也不会移动，并且是从高浓度向低浓度运输，所以运输时不消耗能量
图示
实例
葡萄糖载体蛋白
水通道蛋白
相同
点
化学本质均为蛋白质，均分布在细胞的膜结构中，都有控制特定物质跨膜运输的功能；对被运输的物质具有高度的特异性或选择性
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