【本讲教育信息】

一. 教学内容：

第四章 细胞的物质输入和输出

第一节 物质跨膜运输的实例

主要讲述了渗透作用的原理，植物细胞的吸水和失水，细胞膜的结构发现过程，细胞膜的结构特点。

第二节 生物膜流动镶嵌模型

二. 重点、难点：

1. 渗透作用的原理

2. 植物细胞失水、吸水的原理

3. 渗透作用的概念。

4. 细胞膜发现的经典试验

三. 教学内容：

植物的光合作用需要有两种原料：二氧化碳和水。

二氧化碳来自大气，通过植物的叶片吸收，再被利用。而水分则来自土壤，通过根吸收。

根吸收水分最活跃部位是根尖成熟区表皮细胞，通过渗透作用吸收水分。

（一）渗透作用原理

在长颈漏斗口处密封玻璃纸（半透膜）往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入到盛有清水的烧杯中，使管内外的液面高度相等。

现象：漏斗管内的液面逐渐上升。

解释：烧杯内的水分子透过半透膜，向漏斗内的蔗糖溶液中扩散，蔗糖则不能透过半透膜向清水里扩散。

原理：半透膜是只能让一部分分子通过的特殊膜，在该实验中，漏斗内是蔗糖溶液，单位体积内水分子的数目比另一侧，清水侧单位体积所含水分数少；水是可自由通过半透膜的，而蔗糖分子不能通过半透膜。因此，在分子热运动情况下，同一时间内进入漏斗的水分子比出漏斗的水分子数目多，因而漏斗内液面不断上升，直到在单位时间内通过半透膜的分子数相等——这种水分子（其它溶剂分子）透过半透膜的扩散称渗透作用。

渗透作用必备条件：

① 具有半透膜

② 该半透膜两侧溶液具有浓度差

（二）植物细胞是一个渗透系统：

成熟的植物细胞，细胞质中有一个大的液泡，即中央液泡。

1. 未成熟植物细胞：吸胀吸水。（无中央液泡）

细胞内，蛋白质、淀粉、纤维素等亲水性物质吸收水分。

干燥的种子和根尖分生区的细胞，吸胀作用吸水。

2. 成熟植物细胞：渗透作用吸水（具有中央液泡）

a. 细胞壁：非选择性透过膜，水和溶质都能透过。

b. 细胞膜、液泡膜：选择透过性膜，水分子可自由通过；细胞选择吸收的离子和小分子也可通过；其它离子、小分子、大分子均不能通过。

因此，原生质（细胞膜、液泡膜及两层膜之间的细胞质）可看成一层半透膜。而液泡液与外界溶液通常具有浓度差——成熟植物细胞往往是个渗透系统，当成熟植物细胞与外界溶液接触时，细胞液就会通过原生质层与外界溶液发生渗透作用。

第二节 生物膜流动镶嵌模型

1. E.Overton 1895 发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜。

2. 脂质溶剂处理膜，细胞膜被溶解。

推测：细胞膜由连续的脂类物质组成。

3. E. Gorter & F. Grendel 在1925用有机溶剂提取了人的红细胞膜的脂类成分，将其铺展在水面，测出脂膜展开的面积二倍于细胞表面积。推测:细胞膜由双层脂分子组成。

4. J. Danielli & H. Davson 1935 发现质膜的表面张力比油－水界面的张力低得多。

5. 蛋白酶处理细胞膜，膜结构被破坏。

推测：膜中含有蛋白质。

1959年在上述基础上提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。

6. J. D. Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗－明－暗三层结构，它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成，总厚约7.5nm。

7. S. J. Singer & G. Nicolson 1972　根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流动镶嵌模型”。

（1）组成成分：主要是磷脂分子和蛋白质分子

（2）研究材料：动物细胞、红细胞、神经髓质等

（3）分子结构：

① 厚度：8nm 在电子显微镜下可见

② 结构：中层 磷脂双分子层 细胞膜的基本骨架

两侧 蛋白质分子

a. 镶在膜的表层

b. 嵌插或贯穿磷脂双分子层 （示结构模型）

③ 特点：流动性 磷脂分子和蛋白质分子大都不是静止的，是可流动的，对完成各种功能非常重要

④ 糖被：

a. 概念：膜外表的一层由膜上的蛋白质与多糖结合形成的糖蛋白

b. 功能：保护润滑作用

消化道、呼吸道上皮细胞

细胞识别作用 动物细胞、海绵融合实验

植物细胞的吸水与失水

当外界溶液浓度>液泡液浓度 细胞渗透失水

外界溶液浓度<液泡液浓度 细胞渗透吸水

通常情况下，土壤溶液浓度比较低，成熟植物细胞液浓度较高，细胞可以渗透吸水。

【模拟试题】

1. 植物主要的吸水器官和吸水部位是（ ）

A. 根尖，根冠 B. 根的成熟区表皮细胞

C. 根毛，根尖 D. 根冠，根毛

2. 在植物细胞间隙的溶液浓度为A，细胞液浓度为B，细胞质基质浓度为C，当细胞缺水萎蔫时（ ）

A. A>B>C B. A>C>B C. B>C>A D. B>A>C

3. 盐碱地栽种植物，出苗率和成活率均较低，原因是（ ）

A. 土壤pH太小

B. 土壤中缺少水分

C. 土壤溶液浓度高于植物细胞液浓度

D. 土壤中氧气太少

4. 甜菜块根细胞的液泡中有花青素，使块根为红色。将块根切成小块放在蒸馏水中，水无明显变化。但用盐酸处理这些块根后则能使水变红。因为（ ）

A. 花青素不溶于水而溶于盐酸

B. 盐酸破坏了原生质层的选择透过性

C. 盐酸破坏了细胞膜的选择透过性

D. 细胞壁被解离

5. 细胞膜的结构特点是（ ）

A. 构成细胞膜的磷脂可以运动

B. 构成细胞膜的蛋白质分子可以运动

C. 构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子是静止的

D. 构成细胞膜的磷脂分子和蛋白质分子大都可以运动

6. 对细胞膜的选择性起主要作用的物质是（ ）

A. 水 B. 糖类 C. 蛋白质 D. 磷脂

7. 所有高等植物细胞都具有的结构是（ ）

A. 大液泡 B. 中心体 C. 细胞壁 D. 叶绿体

8. 关于细胞壁的叙述错误的是（ ）

A. 主要成分是纤维素和果胶

B. 具有支持保护作用

C. 具有选择透过性

D. 不属于原生质

9. 在海带细胞内的碘离子浓度远高于海水中的碘离子浓度，但海带仍能从海水中吸收碘离子，其吸收方式是（ ）

A. 自由扩散 B. 被动扩散 C. 主动运输 D. 渗透作用

10. 细胞膜上与细胞识别、免疫反应、信息传递和血型决定有着密切关系的化学物质是（ ）

A. 糖蛋白 B. 磷脂 C. 脂肪 D. 核酸

11. 高等生物细胞中的内质网和线粒体的膜结构中，共有的主要成分是（ ）

A. 脂肪和蛋白质 B. 蛋白质和脂类

C. 脂类和核酸 D. 核酸和蛋白质

【试题答案】

1. B 2. B 3. C 4. C 5. A 6. C 7. C 8. C 9. C 10. A 11. B