师：同学们好，今天我们进行第四章第一节物质跨膜运输的实例第一课时的复习。我们知道细胞是基本的生命系统，前两周已复习了这个系统的组成和结构。作为生命系统，细胞不仅具有功能，还会不断发展变化。在细胞功能中，最重要的一方面是其内部物质和能量的变化，另一方面就是与外界进行物质交换。从这节课起，我们将进入第四章细胞的物质输入和输出的复习。
我们知道，细胞和外界环境进行物质交换一定会经过细胞膜。细胞内外物质含量差别很大，这与细胞膜的作用有什么关系呢？这节课我们以活细胞中含量最多的化合物水为例，分析它是怎么跨膜进出细胞的。在进行细胞水平的研究之前，我们先来探索一个与此相似的物理系统——渗透系统。
大家来看教材60页的问题探讨。这里有一个长径漏斗，在漏斗口密封上一层玻璃纸。玻璃纸是一种半透膜，水分子可以透过它，蔗糖分子则不能。往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将其放入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外液面高度一致。一段时间后，我们会发现漏斗内的液面上升了。那为什么漏斗内的液面会升高呢？我相信很多同学第一反应是因为蔗糖溶液浓度高，浓度高所以吸水，使得漏斗液面上升。那为什么浓度高就一定会吸水呢？我们把这个问题分解，逐步思考。第一个问题，在半透膜处水分子进行的是双向扩散，还是只发生了从烧杯穿过膜向漏斗的单向扩散？
生：是双向扩散。
师：既然是双向扩散，一段时间后漏斗的液面却升高了，说明这段时间里漏斗的水分增多了，这又是为什么呢？我们来看一个示意图。蔗糖溶液的浓度高，所以在它的单位体积内水分子的数量要比清水的单位体积内水分子的数量少。这样一来，虽然水分子可以双向扩散，但是在单位时间内通过半透膜进入漏斗的水分子数量要比渗出的水分子数量多，总体就表现为漏斗内的水分增多，液面上升了。我们把这种水分子穿过半透膜，从低浓度一侧运动到高浓度一侧的现象叫做渗透作用。那如果这个漏斗管足够长，液面会不会持续上升呢？
生：不会，它会停留在某一个高度。
师：如果液面不再上升时，膜两侧的溶液浓度相等吗？
生：肯定不相等，因为这个时候漏斗里边仍然是蔗糖溶液，只是浓度降低了，但是烧杯里边还是清水，所以漏斗内的溶液浓度仍然比烧杯中的溶液浓度高。
师：既然这样，为什么液面不会持续上升呢？按照刚才咱们的分析，蔗糖溶液的浓度高，单位体积的水分子少，相同时间渗入的水分子会比渗出的水分子多呀。我们还是把这个问题分解，逐步思考。首先第一个问题，此时在半透膜处，水分子是不是仍然发生双向扩散？
生：是的。
师：水分子双向扩散，液面高度却不再变化，说明这个时候相同时间内进出的水分子数量是什么关系？
生：达到了一致。
师：蔗糖溶液的浓度高，单位体积水分子少，为什么还能达到进出水分子数量一致呢？答案就在这个液面差。由于漏斗柱内高出来的这一段水柱，它所产生的压力会使得漏斗内的水分穿过膜向烧杯的扩散速度加快，并最终达到相同时间内进出水分子数量平衡的状态。这样一来，漏斗的液面就不会再上升了。所以在这里我们需要注意两个问题，第一，当达到渗透平衡时，半透膜两侧的溶液浓度不一定相等；第二，达到渗透平衡时，不是没有水分子的移动，只不过此时水分子的进出达到了平衡。咱们接着来看第四个问题，如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？
生：不会，因为纱布孔隙很大，水分子和蔗糖分子都可以自由通过。
师：如果烧杯中不是清水，而是放置与漏斗同样浓度的蔗糖溶液，结果又会怎么样呢？
生：这个时候虽然有半透膜，不允许蔗糖分子通过，但是半透膜两侧溶液浓度一样，单位体积的水分子数量一样，单位时间内进出的水分子数量也一样，漏斗的液面不会升高。
师：也就是说要想发生渗透作用，首先要有半透膜，然后膜的两侧还要有浓度差。下面我们对渗透作用的概念进行一下总结。渗透作用指的就是水分子或者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。对于溶剂水而言，低浓度溶液其实就是水的相对含量多的地方，高浓度溶液是水的相对含量少的地方，所以水是从相对含量多的地方运动到相对含量少的地方。发生渗透作用需要两个条件，第一要有半透膜，第二膜的两侧要有浓度差。在这个物理的渗透系统中，水分子可以发生顺相对含量梯度的跨膜运输。
那细胞的吸水和失水是不是通过渗透作用来完成的呢？下面我们通过一个相关实验，先来看一下动物细胞的相关问题。大家翻开教材60页看这个实验过程。我们把哺乳动物的红细胞放置在不同浓度的外界溶液中，它出现了不同的现象。第一个问题，我们可以通过什么现象来判断这个红细胞是吸水了还是失水了？
生：可以通过细胞的形态，如果它吸水了，细胞内液体增多，细胞体积就会变大；如果失水了，细胞内水分减少，整个细胞就会皱缩。
师：这个实验结果表明，红细胞在什么情况下吸水或者失水呢？
生：当外界溶液的浓度小于细胞质浓度的时候，细胞吸水；当外界溶液浓度大于细胞质浓度的时候，细胞失水。在这个过程中水也是从相对含量多的地方运动到相对含量少的地方。
师：红细胞的细胞膜是不是相当于一层半透膜呢？
生：水等物质可以穿过细胞膜，但红细胞内的血红蛋白等物质不能穿过细胞膜，所以红细胞的细胞膜相当于一层半透膜。
师：有半透膜，当膜两侧出现浓度差的时候，水分子就发生顺相对含量梯度的跨膜运输，这就是一个渗透系统。所以红细胞是通过渗透作用吸水和失水的，其他动物细胞吸水和失水的原理跟它一样。动物细胞吸水和失水的问题解决了。
植物细胞的吸水和失水是不是也是通过渗透作用完成的呢？它的结构跟动物细胞有差别。我们来看一个关于植物细胞吸水和失水的实验。这是用紫色洋葱鳞片叶表皮细胞做的临时装片，浸润在清水里。在显微镜下观察，发现它有一个中央液泡，原生质层紧紧贴着细胞壁。如果把它转移到0.3克每毫升的蔗糖溶液中，蔗糖溶液浓度比植物细胞液浓度大，会发现什么变化？
生：中央液泡变小，原生质层收缩与细胞壁逐渐分离，出现质壁分离现象。
师：把这样的细胞再重新放置在清水中，又会出现什么变化？
生：中央液泡变大，原生质层逐渐恢复原来状态，即质壁分离复原。
师：根据这个现象思考第一个问题，我们可以通过什么现象来判断这个植物细胞是吸水了还是失水了？会不会像动物细胞那样在体积上出现非常明显的变化？
生：不会，因为植物细胞有细胞壁，弹性小，整个细胞体积不会发生太明显变化。可以通过观察液泡大小以及原生质层的位置，如果液泡变大说明吸水，液泡变小说明失水。
师：第二个问题，这个现象提示我们它在什么情况下吸水或者失水呢？
生：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞失水；当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，植物细胞吸水。这个过程中水分子仍然是从相对含量多的地方运动到相对含量少的地方。