高中生物人教版必修1第4章细胞的物质输入和输出学案（教师+学生3节全）

第4章细胞的物质输入和输出（教师版）
细胞是一个开放的系统，每时每刻与环境进行着物质交换。物质的进进出出都要经过细胞的边界—细胞膜。细胞膜是具有 选择透过 性的，细胞内外的许多物质 不能 （能或不能）自由地出入细胞。这一层薄薄的细胞膜为什么能够控制物质的出入呢？这是我们这一章要学习的主要内容。
第1节物质跨膜运输的实例
水是活细胞中含量最多的物质，让我们先来分析水是怎样进出细胞的。
要分析水是怎样进出细胞的，就要先理解渗透现象是怎么一回事？让我们来看课本60页的问题探讨。
通过课本对于渗透现象的描述，我们发现最初漏斗内蔗糖溶液的液面与烧杯中清水的液面 高度相等 ，但是过了一段时间后， 漏斗内蔗糖溶液的液面升高 了。
★下面请思考：
1、漏斗内的液面为什么会升高？因为 水从烧杯中的清水一侧流向了漏斗内蔗糖溶液一侧。 。
2、如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？ 不会 。
3、如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？ 漏斗内的页面不会升高 。
4、通过以上问题的讨论，我们能够得出什么样的结论？
①渗透现象的发生应该有 半透膜的存在 。
②渗透现象的发生还应该有 浓度差的存在。
下面我们来学习渗透作用的概念。
一、渗透作用
1、概念： 水分子（或其他溶剂分子）透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散 。
下面让我们利用示意图来思考一下，高浓度溶液相比于低浓度溶液对水所产生的吸引力从分子运动的微观角度分析到底是怎么一回事？








★思考：高浓度溶液与低浓度溶液中水分子数谁多呢？
高浓度溶液单位体积中水分子数少，低浓度溶液单位体积中水分子数多 。
单位时间内，在高浓度溶液与低浓度溶液之间发生的水分子的扩散是什么情况呢？
单位时间内， 从低浓度溶液扩散到高浓度溶液的水分子数多于从高浓度溶液扩散到低浓度溶液的水分子数 。所以，从现象上看就是水向高浓度溶液即实验中的蔗糖溶液发生了流动，导致漏斗管内的液面升高。这就是渗透作用发生过程中水分流动的根本原因。
2、渗透作用发生的两个必备条件：
（1） 有半透膜 ；（2） 半透膜两侧溶液存在浓度差 。
3、渗透作用发生中水的净移动方向： 低浓度 溶液→ 高浓度 溶液
4、常见半透膜：动物膀胱膜、玻璃纸、肠衣、鸡蛋的卵壳膜、花生种皮、鱼鳔等。
5、常见渗透装置：①漏斗与烧杯组成的渗透装置；②“U”形管中间隔有半透膜。
★思考：
①课本中的渗透装置中，漏斗管内的液面会一直升高吗？ 不会 。
②半透膜两侧浓度不同的溶液中溶质不能透过半透膜的情况下，达到渗透平衡时，两侧溶液浓度相同吗？ 一般两侧溶液浓度并不相等 。
③改变漏斗与烧杯渗透系统中半透膜两侧溶液的浓度差，达到渗透平衡时，液面的高度差有没有变化？请完成下表。
液面高度差与浓度差的关系
项目 漏斗内溶液M与烧杯内溶液N的浓度差 漏斗内液面b与烧杯内液面a的高度差
对应关系 增大 增大
不变 不变
减小 减小
方法 判断漏斗与烧杯内溶液的高度差改变：先根据处理，确定浓度差的改变情况，若浓度差增大，则高度差 增大 ；若浓度差减小，则高度差 减小 ；若浓度差不变，则高度差 不变 。
④如果半透膜两侧溶液中的溶质能够透过半透膜，则会发生什么现象？
先是 高浓度一侧液面升高 ，随后 另一侧液面升高 ，最后 两侧液面相平 。
★课后思考：温度高低会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率吗？如何设计实验检验？
温度高低会提高或降低水分子通过半透膜的扩散速率 。
可以设置加热升温、冰块降温和对照三组不同温度处理的渗透装置来验证。三组装置同时开始实验，记录液面变化及时间。
二、动物细胞的吸水和失水
以红细胞为例，此实验中 红细胞的细胞膜 相当于半透膜，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 。
①当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，细胞 吸水膨胀，甚至涨破 。
②当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，细胞 失水皱缩 。
③当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相同时，细胞 水分进出处于动态平衡 。
★思考：吃比较咸的食物或连续嗑带盐的瓜子时，口腔和唇的黏膜有什么感觉？为什么？
会感觉到干燥，因为黏膜细胞失水 。
三、成熟植物细胞通过渗透作用的吸水和失水
1、成熟植物细胞具备的发生渗透作用的两个条件：
（1） 原生质层 相当于半透膜。
（2） 原生质层两侧溶液具有浓度差 。
★思考：①原生质层指哪些结构？ 细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质 。
②原生质层与原生质体有什么区别？
原生质层：不包括细胞液，一般我们对成熟的具有大液泡的植物细胞应用此概念。
原生质体：除去细胞壁后的具有生物活性的细胞结构，包括膜、质、核三部分。
原生质：细胞内的全部生命物质，包括膜、质、核。
③植物的细胞都能通过渗透作用吸水或失水吗？
幼嫩的和正在分裂的细胞不具有大的中央液泡，通常不发生渗透作用，如根尖分生区细胞 。
2、成熟的植物细胞因渗透作用失水及失水后吸水时发生的现象：质壁分离和质壁分离的复原。
（1）质壁分离
①发生条件： 细胞液 浓度＜ 外界溶液 浓度
②请你描述质壁分离现象出现的过程：
细胞液 中的水分进入 外界溶液 ，细胞 失水 ， 细胞壁 和 原生质层 都出现一定程度的 收缩 ，但 原生质层 的伸缩性大，因而当细胞不断 失水 时， 原生质层 就与 细胞壁 逐渐分离开来，出现质壁分离。这个过程中，中央液泡体积 变小 ，颜色 加深 ，细胞大小略有皱缩。质壁分离后，在细胞壁与原生质层之间的地方充满 外界溶液 。
（2）质壁分离的复原
①发生条件： 细胞液 浓度＞ 外界溶液 浓度
外界溶液 的水分进入 细胞液 ，细胞 吸水 ，整个 原生质层 就会慢慢恢复原来的位置，逐渐紧贴 细胞壁 ，使植物细胞逐渐发生质壁分离复原。这个过程中，中央液泡体积 逐渐恢复 ，颜色 变浅 ，细胞大小略有膨胀。
★判断：将有大液泡的植物细胞置于蔗糖溶液中一定能发生质壁分离（×）
将洋葱外表皮细胞放入4℃的蒸馏水中，细胞会吸水涨破（×）
将已发生质壁分离的细胞再置于较低浓度的蔗糖溶液中，观察到质壁分离复原，直到细胞体积稳定下来，这时对恢复原状的细胞来说，水分子不再进出细胞（×）
将已发生质壁分离的细胞再置于较低浓度的蔗糖溶液中，观察到质壁分离复原，直到细胞体积稳定下来，这时对恢复原状的细胞来说，细胞液和外界溶液浓度相同（×）
在植物细胞质壁分离复原过程中，细胞的吸水速率不变（×）
★思考：将紫色洋葱在完全培养液中浸泡一段时间，撕取外表皮，先用浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液处理，细胞发生质壁分离后，立即将外表皮放入蒸馏水中，直到细胞中的水分不再增加。若在该实验过程中，蔗糖溶液处理前外表皮细胞液的浓度为甲，细胞中的水分不再增加时外表皮细胞液的浓度为乙，则甲、乙的关系是？ 甲＞乙 。
某种植物的抗盐类型在盐碱地可正常生长，但普通类型在盐碱地生长不良。这说明什么？
说明 抗盐类型的细胞液渗透压要高于普通类型的细胞液渗透压 。抗盐类型与普通类型的根本差异在于 遗传信息的不同 。
四、探究活动—植物细胞的吸水和失水实验
探究活动的一般步骤：提出问题；作出假设；设计实验；进行实验；分析结果，得出结论；表达交流，验证假设；进一步探究。
1、实验原理：
（1） 细胞液 具有一定的浓度。（2） 原生质层 相当于一层半透膜。（3）当 外界溶液与细胞液 存在 浓度差 时，植物细胞会通过 渗透 作用的方式吸水或失水。又因为 原生质层与细胞壁 的伸缩性不同，因而出现了质壁分离和质壁分离复原。
2、材料用具： 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞（有大液泡）
质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液、清水、刀片、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、吸水纸、显微镜
3、实验步骤：①制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片。
②用低倍显微镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央液泡和紧贴细胞壁的原生质层。
③从盖玻片一侧滴加蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复几次，盖玻片下面的洋葱鳞片叶表皮就浸润在蔗糖溶液中。
④用低倍镜观察，看细胞的中央液泡是否逐渐变小，原生质层是否脱离细胞壁，细胞是否略有皱缩。
⑤在盖玻片的一侧滴加清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮又浸润在清水中。
⑥用低倍镜观察，看中央液泡是否逐渐变大，原生质层是否恢复原来的位置，细胞体积是否略有膨胀。
4、实验现象及结论：
（1）现象：当洋葱鳞片叶表皮细胞处于蔗糖溶液中，可见 中央液泡变小，颜色加深，原生质层脱离细胞壁，细胞大小略有皱缩 。
当洋葱鳞片叶表皮细胞处于清水中，可见 中央液泡体积逐渐恢复，颜色变浅，原生质层恢复原来的位置，逐渐紧贴细胞壁，细胞大小略有膨胀 。
（2）结论： 外界溶液 浓度＞ 细胞液 浓度，细胞 失水 ，出现质壁分离现象； 外界溶液 浓度＜ 细胞液 浓度，细胞 吸水 ，出现质壁分离复原现象。

五、植物细胞在不同溶质、不同浓度的溶液中的变化
溶质类型 外界溶液浓度 现 象 实例
溶质不被植物细胞吸收 小于细胞液浓度 吸水膨胀 蔗糖溶液等
等于细胞液浓度 不吸水也不失水
大于细胞液浓度 质壁分离 ，若外界溶液浓度过高，会 失水死亡
溶质会被植物细胞吸收 小于细胞液浓度 吸水膨胀 KNO3溶液、葡萄糖溶液、尿素溶液等
等于细胞液浓度 随溶质的吸收而吸水膨胀
略微高于细胞液浓度 先质壁分离，后自动复原
六、植物细胞质壁分离与复原实验的拓展应用：
1、判断细胞死活：
（1）能发生质壁分离与复原— 活 细胞；（2）不发生质壁分离— 可能为死 细胞；
（3）发生质壁分离后不能复原— 细胞失水过多死亡 。
2、如何利用质壁分离与复原实验测定植物细胞细胞液的浓度范围？说说你的方案。
设置一组具有浓度梯度的蔗糖溶液，分别使用植物细胞镜检，细胞液的浓度范围是：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。
3、如何利用质壁分离与复原实验比较未知浓度溶液的浓度大小？
利用相同植物细胞处于未知浓度溶液中刚发生质壁分离时所需的时间，判断溶液浓度的大小。时间越短，未知浓度溶液的浓度越大 。
七、物质跨膜运输的其他实例：
1、资料分析内容和结果：见课本63页文字描述和柱状图。
2、分析：
（1）水稻培养液中Ca2+、Mg2+浓度增高的原因： 水稻吸收水分比吸收Ca2+、Mg2+多 。
（2）番茄培养液中的SiO44-浓度增高的原因： 番茄吸收水分却几乎不吸收SiO44- 。
3、结论：
（1）不同植物细胞对 同一种无机盐离子 ，同一植物细胞对 不同种无机盐离子 的吸收均有 差异 ，说明植物细胞对无机盐离子的吸收具有 选择性 。
（2）植物细胞在一段时间内吸水和吸收离子的量 不同 ，说明吸水和吸收离子是 两个相对独立 的过程。
（3）物质跨膜运输有些 顺相对含量梯度 ，有些 逆相对含量梯度 ，这取决于细胞生命活动的需要。
（4）细胞对物质的吸收是 有选择 的，它具有 普遍 性。
★思考：轮作是农业生产中经常使用的方法。农民在同一块田里种植的作物种类会因年份有所不同，也就是有计划地更换作物种类来种。这与作物根系对矿质营养元素的选择性吸收有什么关系？
轮作是针对不同作物根系对矿质元素的选择性吸收不同而采取的生产措施 。如果长期在同一块田里种植同种作物，地力就会下降（俗称伤地），即某些元素含量下降，这样会影响作物的产量 。
八、细胞膜和其他生物膜都是 选择透过性 膜
1、请你谈谈对上述特性的理解： 这种膜可以让水分子自由通过，它所选择的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 。细胞死亡，则 选择透过性丧失，成为全透性 。
2、半透膜是否也具有上述特性，请谈谈你的看法？
半透膜是指某些物质可以透过而另一些物质不能透过的多孔性薄膜。它往往只让小分子物质透过，大分子物质则不能透过。半透膜不具有选择性，无生物活性，不是生物膜 。
第4章细胞的物质输入和输出（学生版）
细胞是一个开放的系统，每时每刻与环境进行着物质交换。物质的进进出出都要经过细胞的边界—细胞膜。细胞膜是具有 性的，细胞内外的许多物质 （能或不能）自由地出入细胞。这一层薄薄的细胞膜为什么能够控制物质的出入呢？这是我们这一章要学习的主要内容。
第1节物质跨膜运输的实例
水是活细胞中含量最多的物质，让我们先来分析水是怎样进出细胞的。
要分析水是怎样进出细胞的，就要先理解渗透现象是怎么一回事？让我们来看课本60页的问题探讨。
通过课本对于渗透现象的描述，我们发现最初漏斗内蔗糖溶液的液面与烧杯中清水的液面 ，但是过了一段时间后， 了。
★下面请思考：
1、漏斗内的液面为什么会升高？因为 。
2、如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？ 。
3、如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？ 。
4、通过以上问题的讨论，我们能够得出什么样的结论？
①渗透现象的发生应该有 。
②渗透现象的发生还应该有 。
下面我们来学习渗透作用的概念。
一、渗透作用
1、概念： 。
下面让我们利用示意图来思考一下，高浓度溶液相比于低浓度溶液对水所产生的吸引力从分子运动的微观角度分析到底是怎么一回事？








★思考：高浓度溶液与低浓度溶液中水分子数谁多呢？
。
单位时间内，在高浓度溶液与低浓度溶液之间发生的水分子的扩散是什么情况呢？
单位时间内， 。所以，从现象上看就是水向高浓度溶液即实验中的蔗糖溶液发生了流动，导致漏斗管内的液面升高。这就是渗透作用发生过程中水分流动的根本原因。
2、渗透作用发生的两个必备条件：
（1） ；（2） 。
3、渗透作用发生中水的净移动方向： 溶液→ 溶液
4、常见半透膜：动物膀胱膜、玻璃纸、肠衣、鸡蛋的卵壳膜、花生种皮、鱼鳔等。
5、常见渗透装置：①漏斗与烧杯组成的渗透装置；②“U”形管中间隔有半透膜。
★思考：
①课本中的渗透装置中，漏斗管内的液面会一直升高吗？ 。
②半透膜两侧浓度不同的溶液中溶质不能透过半透膜的情况下，达到渗透平衡时，两侧溶液浓度相同吗？ 。
③改变漏斗与烧杯渗透系统中半透膜两侧溶液的浓度差，达到渗透平衡时，液面的高度差有没有变化？请完成下表。
液面高度差与浓度差的关系
项目 漏斗内溶液M与烧杯内溶液N的浓度差 漏斗内液面b与烧杯内液面a的高度差
对应关系 增大
不变
减小
方法 判断漏斗与烧杯内溶液的高度差改变：先根据处理，确定浓度差的改变情况，若浓度差增大，则高度差 ；若浓度差减小，则高度差 ；若浓度差不变，则高度差 。
④如果半透膜两侧溶液中的溶质能够透过半透膜，则会发生什么现象？
先是 ，随后 ，最后 。
★课后思考：温度高低会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率吗？如何设计实验检验？

。
二、动物细胞的吸水和失水
以红细胞为例，此实验中 相当于半透膜，细胞吸水或失水的多少主要取决于 。
①当外界溶液的浓度比细胞质的浓度低时，细胞 。
②当外界溶液的浓度比细胞质的浓度高时，细胞 。
③当外界溶液的浓度与细胞质的浓度相同时，细胞 。
★思考：吃比较咸的食物或连续嗑带盐的瓜子时，口腔和唇的黏膜有什么感觉？为什么？
。
三、成熟植物细胞通过渗透作用的吸水和失水
1、成熟植物细胞具备的发生渗透作用的两个条件：
（1） 相当于半透膜。
（2） 。
★思考：①原生质层指哪些结构？ 。
②原生质层与原生质体有什么区别？
原生质层：不包括细胞液，一般我们对成熟的具有大液泡的植物细胞应用此概念。
原生质体：除去细胞壁后的具有生物活性的细胞结构，包括膜、质、核三部分。
原生质：细胞内的全部生命物质，包括膜、质、核。
③植物的细胞都能通过渗透作用吸水或失水吗？
。
2、成熟的植物细胞因渗透作用失水及失水后吸水时发生的现象：质壁分离和质壁分离的复原。
（1）质壁分离
①发生条件： 浓度＜ 浓度
②请你描述质壁分离现象出现的过程：
中的水分进入 ，细胞 ， 和 都出现一定程度的 ，但 的伸缩性大，因而当细胞不断 时， 就与 逐渐分离开来，出现质壁分离。这个过程中，中央液泡体积 ，颜色 ，细胞大小略有皱缩。质壁分离后，在细胞壁与原生质层之间的地方充满 。
（2）质壁分离的复原
①发生条件： 浓度＞ 浓度
的水分进入 ，细胞 ，整个 就会慢慢恢复原来的位置，逐渐紧贴 ，使植物细胞逐渐发生质壁分离复原。这个过程中，中央液泡体积 ，颜色 ，细胞大小略有膨胀。
★判断：将有大液泡的植物细胞置于蔗糖溶液中一定能发生质壁分离（ ）
将洋葱外表皮细胞放入4℃的蒸馏水中，细胞会吸水涨破（ ）
将已发生质壁分离的细胞再置于较低浓度的蔗糖溶液中，观察到质壁分离复原，直到细胞体积稳定下来，这时对恢复原状的细胞来说，水分子不再进出细胞（ ）
将已发生质壁分离的细胞再置于较低浓度的蔗糖溶液中，观察到质壁分离复原，直到细胞体积稳定下来，这时对恢复原状的细胞来说，细胞液和外界溶液浓度相同（ ）
在植物细胞质壁分离复原过程中，细胞的吸水速率不变（ ）
★思考：将紫色洋葱在完全培养液中浸泡一段时间，撕取外表皮，先用浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液处理，细胞发生质壁分离后，立即将外表皮放入蒸馏水中，直到细胞中的水分不再增加。若在该实验过程中，蔗糖溶液处理前外表皮细胞液的浓度为甲，细胞中的水分不再增加时外表皮细胞液的浓度为乙，则甲、乙的关系是？ 。
某种植物的抗盐类型在盐碱地可正常生长，但普通类型在盐碱地生长不良。这说明什么？
说明 。抗盐类型与普通类型的根本差异在于 。
四、探究活动—植物细胞的吸水和失水实验
探究活动的一般步骤：提出问题；作出假设；设计实验；进行实验；分析结果，得出结论；表达交流，验证假设；进一步探究。
1、实验原理：
（1） 具有一定的浓度。（2） 相当于一层半透膜。
（3）当 存在 时，植物细胞会通过 作用的方式吸水或失水。又因为 的伸缩性不同，因而出现了质壁分离和质壁分离复原。
2、材料用具：
质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液、清水、刀片、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、吸水纸、显微镜
3、实验步骤：①制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片。
②用低倍显微镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央液泡和紧贴细胞壁的原生质层。
③从盖玻片一侧滴加蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复几次，盖玻片下面的洋葱鳞片叶表皮就浸润在蔗糖溶液中。
④用低倍镜观察，看细胞的中央液泡是否逐渐变小，原生质层是否脱离细胞壁，细胞是否略有皱缩。
⑤在盖玻片的一侧滴加清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮又浸润在清水中。
⑥用低倍镜观察，看中央液泡是否逐渐变大，原生质层是否恢复原来的位置，细胞体积是否略有膨胀。
4、实验现象及结论：
（1）现象：当洋葱鳞片叶表皮细胞处于蔗糖溶液中，可见 。

当洋葱鳞片叶表皮细胞处于清水中，可见 。

（2）结论： 浓度＞ 浓度，细胞 ，出现质壁分离现象；
浓度＜ 浓度，细胞 ，出现质壁分离复原现象。




五、植物细胞在不同溶质、不同浓度的溶液中的变化
溶质类型 外界溶液浓度 现 象 实例
溶质不被植物细胞吸收 小于细胞液浓度 蔗糖溶液等
等于细胞液浓度
大于细胞液浓度 ，若外界溶液浓度过高，会
溶质会被植物细胞吸收 小于细胞液浓度 KNO3溶液、葡萄糖溶液、尿素溶液等
等于细胞液浓度
略微高于细胞液浓度
六、植物细胞质壁分离与复原实验的拓展应用：
1、判断细胞死活：
（1）能发生质壁分离与复原— 细胞；（2）不发生质壁分离— 细胞；
（3）发生质壁分离后不能复原— 。
2、如何利用质壁分离与复原实验测定植物细胞细胞液的浓度范围？说说你的方案。
。

3、如何利用质壁分离与复原实验比较未知浓度溶液的浓度大小？
。
七、物质跨膜运输的其他实例：
1、资料分析内容和结果：见课本63页文字描述和柱状图。
2、分析：
（1）水稻培养液中Ca2+、Mg2+浓度增高的原因： 。
（2）番茄培养液中的SiO44-浓度增高的原因： 。
3、结论：
（1）不同植物细胞对 ，同一植物细胞对 的吸收均有 ，说明植物细胞对无机盐离子的吸收具有 。
（2）植物细胞在一段时间内吸水和吸收离子的量 ，说明吸水和吸收离子是 的过程。
（3）物质跨膜运输有些 ，有些 ，这取决于细胞生命活动的需要。
（4）细胞对物质的吸收是 的，它具有 性。
★思考：轮作是农业生产中经常使用的方法。农民在同一块田里种植的作物种类会因年份有所不同，也就是有计划地更换作物种类来种。这与作物根系对矿质营养元素的选择性吸收有什么关系？
。
八、细胞膜和其他生物膜都是 膜
1、请你谈谈对上述特性的理解： 。细胞死亡，则 。
2、半透膜是否也具有上述特性，请谈谈你的看法？
。





第2节生物膜的流动镶嵌模型（教师版）
一、科学家对细胞膜结构的探索历程
1、19世纪末，欧文顿所做的研究：
★思考：①欧文顿通过实验发现了什么样的现象？
细胞膜对不同物质的通透性不一样，凡是可以溶于脂质的物质，比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。
②他提出了什么样的观点？ 膜是由脂质组成的 。
③欧文顿的研究说明，人们最初是通过 对现象的推理分析 得出细胞膜的组成成分的。因为细胞膜太薄了，光学显微镜下看不见，而19世纪时还没有电子显微镜，学者们只好从细胞膜的生理功能入手进行探究。
④仅靠推理得出的结论不一定准确，还需要通过 观察和实验进一步验证和完善 。
2、20世纪初，科学家所做的研究：
将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，化学分析表明膜的主要成分是 脂质 和 蛋白质 。
3、1925年，两位荷兰科学家所做的研究：
★思考：①他们是怎么做的？实验的结果是什么？
他们使用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍 。
②他们提出了什么样的观点？ 细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层 。
③构成细胞膜的脂质中，谁最丰富？它能够在空气—水界面上铺展成单分子层与它具有的特点有没有关系？请你描述一下它的特点。
构成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富。磷脂是一种由甘油、脂肪酸和磷酸等所组成的分子，磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。
④若选取鸡的红细胞验证以上实验可以吗？会得到什么结论？为什么？
若选用鸡的红细胞则磷脂分子形成的单分子层面积会大大超过细胞表面积的2倍。因为鸡的红细胞有细胞核，有细胞器，而细胞内各种生物膜与细胞膜在成分上相似 。
4、20世纪40年代，有学者推测：脂质两边各覆盖着蛋白质。
5、20世纪50年代，罗伯特森的电镜观察：
他在电镜下看到了细胞膜清晰的 暗—亮—暗 的三层结构，他提出生物膜的模型是： 所有的生物膜都是由蛋白质—脂质—蛋白质三层结构构成，称之为单位膜 。
罗伯特森提出的模型的局限性是什么？
①他把生物膜描述为静态的统一结构。②膜蛋白并不是全部平铺在脂质表面，有的蛋白质是镶嵌在脂质双分子层中的 。
6、1970年，科学家用 发绿色荧光 和 红色荧光 的染料分别标记鼠和人细胞表面的 蛋白质分子 ，然后将小鼠细胞和人细胞 融合 。观察到的实验现象是： 刚开始，融合细胞的一半发绿色荧光，另一半发红色荧光。在37℃下经过40min，两种颜色的荧光均匀分布 。
上述实验能够说明什么？ 细胞膜具有流动性 。
★课外思考：①用某种荧光染料标记动物细胞，细胞表面出现荧光斑点。②用激光束照射该细胞表面的某一区域，该区域荧光淬灭（消失）。③停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即又出现了斑点。
如何利用上述实验推算膜中蛋白质或脂质的流动速率？ 可根据荧光恢复的速率推算出膜中蛋白质或脂质的流动速率 。
7、1972年，桑格和尼克森提出了 流动镶嵌 模型。
★思考：在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到怎样的作用？
有关键性的推动作用。如电子显微镜的诞生使人们终于看到了膜的存在；荧光标记细胞的融合实验证明了膜的流动性等。

二、流动镶嵌模型的基本内容
1、基本结构： 磷脂双分子层 构成膜的基本支架。其表面是 亲水 的，内部是 疏水 的。具有 屏障 作用，使 膜两侧的亲水性物质 不能自由通过。
★思考：请你描述一下蛋白质的分布状态。
蛋白质分子 有的镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿整个磷脂双分子层 。
糖被：位于 细胞膜外表面 ，由 蛋白质与糖类 结合形成的 糖蛋白 构成。
其功能有：① 保护和润滑作用 。② 与细胞表面的识别有密切关系 。
★思考：细胞膜在结构上是完全对称的吗？ 膜两侧分子性质和结构的不同使得膜在结构上不是完全对称的 。
★思考：性激素能优先通过细胞膜与细胞膜结构中的 磷脂双分子层 直接相关。
★判断：所有生物都具有由磷脂和蛋白质组成的膜结构（×）
2、生物膜的结构特点： 具有一定的流动性 。
★思考：生物膜具有以上特点的原因是什么？ 磷脂双分子层是轻油般的流体，具有流动性。大多数蛋白质分子也是可以运动的 。
实例：变形虫的变形运动；变形虫吞噬食物；白细胞吞噬病菌；细胞的胞吞、胞吐等。
★思考：将酶、抗体、核酸等生物大分子或小分子药物用磷脂制成的微球体包裹后，更容易运输到患病部位的细胞中，这是因为什么？ 磷脂双分子层具有流动性，磷脂制成的微球体与细胞膜可以发生膜的融合 。
3、生物膜的功能特点： 选择透过性 。
★思考：细胞膜具有以上功能特点的分子基础是什么？ 磷脂双分子层具有疏水性和膜上的载体蛋白（转运蛋白）具有专一性 。
实例：①第1节资料分析中水稻和番茄对不同离子的吸收。
②蜜饯腌制过程中蔗糖进入细胞是细胞 死亡 ，细胞膜失去 选择透过性 的结果。
③科研上鉴别死细胞和活细胞，常用的“染色排除法”。
实验证明：取等量且相同的两组花瓣（甲、乙）
甲组：浸泡于清水中。花瓣颜色不变，清水无色。
乙组：浸泡于稀盐酸中。花瓣褪色，溶液变红。
★思考：流动镶嵌模型与蛋白质—脂质—蛋白质三层结构模型有何异同？
相同点：都认为 组成细胞膜的主要物质是脂质和蛋白质 。
不同点：流动镶嵌模型认为 蛋白质在膜中的分布是不均匀的 ；而三层结构模型认为 蛋白质均匀分布在脂双层的两侧 。流动镶嵌模型强调 组成膜的分子是运动的 ；而三层结构模型认为 生物膜是静态结构 。
★思考：流动镶嵌模型是否已完美无缺？这个模型能解释现在已知的事实，同时随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。也许有一天，它会发生重大的改变。
建立模型的一般方法是：根据观察到的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或模型，用观察和实验对假说或模型进行检验、修正和补充。如果模型能够与以后的观察和实验结果相吻合，能够很好地解释相关现象，就会被普遍接受。







第2节生物膜的流动镶嵌模型（学生版）
一、科学家对细胞膜结构的探索历程
1、19世纪末，欧文顿所做的研究：
★思考：①欧文顿通过实验发现了什么样的现象？
。
②他提出了什么样的观点？ 。
③欧文顿的研究说明，人们最初是通过 得出细胞膜的组成成分的。因为细胞膜太薄了，光学显微镜下看不见，而19世纪时还没有电子显微镜，学者们只好从细胞膜的生理功能入手进行探究。
④仅靠推理得出的结论不一定准确，还需要通过 。
2、20世纪初，科学家所做的研究：
将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，化学分析表明膜的主要成分是 和 。
3、1925年，两位荷兰科学家所做的研究：
★思考：①他们是怎么做的？实验的结果是什么？
。
②他们提出了什么样的观点？ 。
③构成细胞膜的脂质中，谁最丰富？它能够在空气—水界面上铺展成单分子层与它具有的特点有没有关系？请你描述一下它的特点。
。
④若选取鸡的红细胞验证以上实验可以吗？会得到什么结论？为什么？
。
4、20世纪40年代，有学者推测：脂质两边各覆盖着蛋白质。
5、20世纪50年代，罗伯特森的电镜观察：
他在电镜下看到了细胞膜清晰的 的三层结构，他提出生物膜的模型是：
。
罗伯特森提出的模型的局限性是什么？
① 。
② 。
6、1970年，科学家用 和 的染料分别标记鼠和人细胞表面的 ，然后将小鼠细胞和人细胞 。
观察到的实验现象是： 。
上述实验能够说明什么？ 。
★课外思考：①用某种荧光染料标记动物细胞，细胞表面出现荧光斑点。②用激光束照射该细胞表面的某一区域，该区域荧光淬灭（消失）。③停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即又出现了斑点。
如何利用上述实验推算膜中蛋白质或脂质的流动速率？ 。
7、1972年，桑格和尼克森提出了 模型。
★思考：在建立生物膜模型的过程中，实验技术的进步起到怎样的作用？
。
二、流动镶嵌模型的基本内容
1、基本结构： 构成膜的基本支架。其表面是 的，内部是 的。具有 作用，使 不能自由通过。
★思考：请你描述一下蛋白质的分布状态。
蛋白质分子 。
糖被：位于 ，由 结合形成的 构成。
其功能有：① 。② 。
★思考：细胞膜在结构上是完全对称的吗？ 。
★思考：性激素能优先通过细胞膜与细胞膜结构中的 直接相关。
★判断：所有生物都具有由磷脂和蛋白质组成的膜结构（ ）
2、生物膜的结构特点： 。
★思考：生物膜具有以上特点的原因是什么？
。
实例：变形虫的变形运动；变形虫吞噬食物；白细胞吞噬病菌；细胞的胞吞、胞吐等。
★思考：将酶、抗体、核酸等生物大分子或小分子药物用磷脂制成的微球体包裹后，更容易运输到患病部位的细胞中，这是因为什么？
。
3、生物膜的功能特点： 。
★思考：细胞膜具有以上功能特点的分子基础是什么？
。
实例：①第1节资料分析中水稻和番茄对不同离子的吸收。
②蜜饯腌制过程中蔗糖进入细胞是细胞 ，细胞膜失去 的结果。
③科研上鉴别死细胞和活细胞，常用的“染色排除法”。
实验证明：取等量且相同的两组花瓣（甲、乙）。甲组：浸泡于清水中。花瓣颜色不变，清水无色。 乙组：浸泡于稀盐酸中。花瓣褪色，溶液变红。
★思考：流动镶嵌模型与蛋白质—脂质—蛋白质三层结构模型有何异同？
相同点：都认为 。
不同点：流动镶嵌模型认为 ；而三层结构模型认为 。
流动镶嵌模型强调 ；而三层结构模型认为 。
★思考：流动镶嵌模型是否已完美无缺？这个模型能解释现在已知的事实，同时随着实验技术的不断创新和改进，对膜的研究将更加细致入微，对膜结构的进一步认识将能更完善地解释细胞膜的各种功能，不断完善和发展流动镶嵌模型。也许有一天，它会发生重大的改变。
建立模型的一般方法是：根据观察到的现象和已有的知识提出解释某一生物学问题的假说或模型，用观察和实验对假说或模型进行检验、修正和补充。如果模型能够与以后的观察和实验结果相吻合，能够很好地解释相关现象，就会被普遍接受。





第3节物质跨膜运输的方式（教师版）
物质进出细胞必须通过细胞膜。物质跨膜运输的方式与物质的脂溶性、分子大小和带电性有直接的关系。物质跨膜运输的方式有三种，被动运输、主动运输、胞吞和胞吐。
被动运输只依据于膜两侧的浓度梯度来进行，根据运输过程中是否需要 载体 ，被动运输又可分为自由扩散和协助扩散。主动运输是指在逆浓度梯度下的运输，它既需要 载体 又需要 能量 ，是物质跨膜运输的主要方式，细胞所需要的一些重要的物质都涉及到这种运输方式。大分子如 蛋白质 等物质进行跨膜运输的方式是通过胞吞和胞吐的作用，这种运输方式也需要消耗能量。
一、被动运输：物质进出细胞时， 顺 浓度梯度的扩散。是 离子 和 相对较小 的分子跨膜运输的方式。
1、自由扩散
（1）概念： 物质通过简单的扩散作用进出细胞 。
（2）物质运输（扩散）的方向： 高 浓度→ 低 浓度或 顺 浓度梯度
（3）载体蛋白： 不需要 （需要、不需要）
（4）细胞自身的能量（ATP）： 不消耗 （消耗、不消耗）
（5）实例： 水 、 氧气 、 二氧化碳 、 甘油 、 乙醇 、苯、尿素等。
一般认为，物质的脂溶性越强，越容易通过细胞膜；除脂溶性外，分子越小，越容易通过细胞膜。物质带电也是限制扩散的一个主要因素。带电离子无论大小，都不能通过自由扩散的方式进出细胞膜。因而，气体分子、小的不带电的分子，如乙醇、脲类物质容易通过细胞膜，大的不带电的分子和各种带电分子都难以通过细胞膜。
（6）自由扩散的图示：请你在下面尝试画出自由扩散的示意图。








（7）曲线：请你为下面的曲线补充横坐标。
转运速率



0 细胞内外浓度差
曲线解读：转运速率随 被转运物质在细胞内外浓度差 的增大而加快。说明影响自由扩散速率的主要因素是 细胞膜内外物质的浓度差 。
2、协助扩散
（1）概念： 进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散 。
（2）物质运输方向： 高 浓度→ 低 浓度或 顺 浓度梯度
（3）载体蛋白： 需要 （需要、不需要）
（4）细胞自身的能量（ATP）： 不消耗 （消耗、不消耗）
（5）实例： 葡萄糖 、氨基酸、K+、Na+等 顺 浓度梯度的跨膜运输。



（6）协助扩散的图示：请你在下面尝试画出协助扩散的示意图。







（7）相关曲线：请你在下面尝试画出协助扩散的曲线。
转运速率



0 细胞内外浓度差
曲线解读：在一定浓度范围内， 随着细胞内外浓度差的加大，物质转运速率加快，超过一定范围，物质转运速率不再随细胞内外物质浓度差的加大而加快 ，这时转运速率的限制因素是 载体蛋白数量 。
说明影响协助扩散速率的主要因素是 细胞膜内外物质的浓度差 和 载体蛋白数量 。
载体蛋白与被转运的物质有高度的结构特异性，即对被转运的物质有高度的选择性。载体蛋白与分子或离子的结合是可逆的，即它转运到一侧后，就会与所运载的分子或离子分离。每一种膜都含有一套适合于特定功能的不同载体的蛋白。不同生物细胞膜上的载体蛋白也是不同的。因此， 载体蛋白的种类和数量 决定了进出细胞的物质种类和数量。
★思考：在培养某植物的溶液中加入某种负离子，结果发现某植物根细胞在吸收该种负离子的同时，对Cl-的主动吸收减少，而对K+的主动吸收并没有影响，原因是： 该种负离子的载体蛋白和Cl-的相同 。
二、主动运输：也是 离子 和 相对较小 的分子跨膜运输的方式。
1、物质运输方向： 低 浓度→ 高 浓度或 逆 浓度梯度
2、载体蛋白： 需要 （需要、不需要）
3、细胞自身的能量（ATP）： 消耗 （消耗、不消耗）
4、实例：植物根系从土壤溶液中或培养液中吸收矿质元素离子。小肠上皮细胞吸收葡萄糖、果糖、半乳糖以及氨基酸。动物细胞通过细胞膜上的Na+—K+泵将Na+泵出细胞将K+泵入细胞。
5、主动运输的图示：请你在下面尝试画出主动运输的示意图。

6、相关曲线：
（1） 转
运
速
率

0 细胞呼吸作用强度
★思考：转运速率继续加快的限制因素是 载体蛋白的数量 。
（3 细
胞
内
浓 细胞外浓度
度

0 时间
★思考：从曲线看影响主动运输速率的内部因素主要有 载体蛋白的数量 和 细胞能量供应 ，而相关的外界因素有 温度 、 氧气浓度 等。
7、主动运输的生理意义： 主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中，保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质 。
四、胞吞和胞吐
被动运输和主动运输针对的是离子或小分子物质。大分子物质，如蛋白质、多糖等，很难直接穿过细胞膜。这些物质的转运需要依靠胞吞和胞吐。胞吞和胞吐需要消耗细胞自身能量，能够体现细胞膜 具有一定的流动性的结构 特点。
1、胞吞（内吞）：
（1）过程：细胞摄取大分子时，大分子物质通过与膜上特异性（蛋白）受体结合，附着在细胞膜表面，这部分细胞膜内陷形成小囊，将附着物包在里面，然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部。
（2）实例：如吞噬细胞吞噬病原体。变形虫吞食食物颗粒。
2、胞吐（外排）：
（1）过程：细胞内合成的一些大分子若需转运到细胞外，首先包裹在囊泡中，然后囊泡从细胞内部逐步移至细胞表面，囊泡的膜与细胞膜融合，囊泡中的物质排出细胞，组成囊泡的膜成为细胞膜的一部分。
（2）实例：如上一章中我们学过的 分泌蛋白的合成、加工和分泌 ；




















第3节物质跨膜运输的方式（学生版）
物质进出细胞必须通过细胞膜。物质跨膜运输的方式与物质的脂溶性、分子大小和带电性有直接的关系。物质跨膜运输的方式有三种，被动运输、主动运输、胞吞和胞吐。
被动运输只依据于膜两侧的浓度梯度来进行，根据运输过程中是否需要 ，被动运输又可分为自由扩散和协助扩散。
主动运输是指在逆浓度梯度下的运输，它既需要 又需要 ，是物质跨膜运输的主要方式，细胞所需要的一些重要的物质都涉及到这种运输方式。大分子如 等物质进行跨膜运输的方式是通过胞吞和胞吐的作用，这种运输方式也需要消耗能量。
一、被动运输：物质进出细胞时， 浓度梯度的扩散。是 和 的分子跨膜运输的方式。
1、自由扩散
（1）概念： 。
（2）物质运输（扩散）的方向： 浓度→ 浓度或 浓度梯度
（3）载体蛋白： （需要、不需要）
（4）细胞自身的能量（ATP）： （消耗、不消耗）
（5）实例： 、 、 、 、 、苯、尿素等。
一般认为，物质的脂溶性越强，越容易通过细胞膜；除脂溶性外，分子越小，越容易通过细胞膜。物质带电也是限制扩散的一个主要因素。带电离子无论大小，都不能通过自由扩散的方式进出细胞膜。因而，气体分子、小的不带电的分子，如乙醇、脲类物质容易通过细胞膜，大的不带电的分子和各种带电分子都难以通过细胞膜。
（6）自由扩散的图示：请你在下面尝试画出自由扩散的示意图。








（7）曲线：请你为下面的曲线补充横坐标。
转运速率




0

曲线解读：转运速率随 的增大而加快。说明影响自由扩散速率的主要因素是 。

2、协助扩散
（1）概念： 。
（2）物质运输方向： 浓度→ 浓度或 浓度梯度
（3）载体蛋白： （需要、不需要）
（4）细胞自身的能量（ATP）： （消耗、不消耗）
（5）实例： 、氨基酸、K+、Na+等 浓度梯度的跨膜运输。
（6）协助扩散的图示：请你在下面尝试画出协助扩散的示意图。







（7）相关曲线：请你在下面尝试画出协助扩散的曲线。
转运速率




0 细胞内外浓度差
曲线解读：在一定浓度范围内， ，这时转运速率的限制因素是 。
说明影响协助扩散速率的主要因素是 和 。
载体蛋白与被转运的物质有高度的结构特异性，即对被转运的物质有高度的选择性。载体蛋白与分子或离子的结合是可逆的，即它转运到一侧后，就会与所运载的分子或离子分离。每一种膜都含有一套适合于特定功能的不同载体的蛋白。不同生物细胞膜上的载体蛋白也是不同的。
因此， 决定了进出细胞的物质种类和数量。
★思考：在培养某植物的溶液中加入某种负离子，结果发现某植物根细胞在吸收该种负离子的同时，对Cl-的主动吸收减少，而对K+的主动吸收并没有影响，原因是： 。

二、主动运输：也是 和 的分子跨膜运输的方式。
1、物质运输方向： 浓度→ 浓度或 浓度梯度
2、载体蛋白： （需要、不需要）
3、细胞自身的能量（ATP）： （消耗、不消耗）
4、实例：植物根系从土壤溶液中或培养液中吸收矿质元素离子。小肠上皮细胞吸收葡萄糖、果糖、半乳糖以及氨基酸。动物细胞通过细胞膜上的Na+—K+泵将Na+泵出细胞将K+泵入细胞。
5、主动运输的图示：请你在下面尝试画出主动运输的示意图。







6、相关曲线：
（1） 转
运
速
率

0 细胞呼吸作用强度
★思考：转运速率继续加快的限制因素是 。
（3）细
胞
内
浓 细胞外浓度
度

0 时间
★思考：从曲线看影响主动运输速率的内部因素主要有 和 ，而相关的外界因素有 、 等。
7、主动运输的生理意义： 。

四、胞吞和胞吐
大分子物质，如蛋白质、多糖等，很难直接穿过细胞膜。这些物质的转运需要依靠胞吞和胞吐。胞吞和胞吐需要消耗细胞自身能量，能够体现细胞膜 特点。
1、胞吞（内吞）：
（1）过程：细胞摄取大分子时，大分子物质通过与膜上特异性（蛋白）受体结合，附着在细胞膜表面，这部分细胞膜内陷形成小囊，将附着物包在里面，然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部。
（2）实例：如吞噬细胞吞噬病原体。变形虫吞食食物颗粒。
2、胞吐（外排）：
（1）过程：细胞内合成的一些大分子若需转运到细胞外，首先包裹在囊泡中，然后囊泡从细胞内部逐步移至细胞表面，囊泡的膜与细胞膜融合，囊泡中的物质排出细胞，组成囊泡的膜成为细胞膜的一部分。
（2）实例：如上一章中我们学过的


水分子

蔗糖分子

半透膜

细胞外

细胞内

细胞外

细胞内

细胞外

半透膜

蔗糖分子

水分子

细胞内

ATP

ADP+Pi











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