中国农业大学：《植物生物学》课程授课教案（讲义）第二章 细胞代谢

中国农业大学 生物学院教案 20099~20107学年 课程名称：植物生物学 教材名称：植物生物学（主编杨世杰） 授课对象：生物各专业，生命科学试验班、资源与环境学院各专业 开课时间：全年 授课学时：48 主讲教师：《植物生物学》课程组 教学章节：第二章 编写时间：2009.09

中 国 农 业 大 学 生 物 学 院 教 案 2009.9 ~ 2010.7 学年 课程名称：植物生物学 教材名称：植物生物学（主编杨世杰） 授课对象：生物各专业，生命科学试验班、资源与环境学院各专业 开课时间：全年 授课学时：48 主讲教师：《植物生物学》课程组 教学章节：第二章 编写时间： 2009.09

第二章细胞代谢 教学内容：细胞与能量、细胞呼吸、物质出入细胞、细胞内各种代谢途径的相互总学时： 关系 1.5 教学目标通过对内容的学习以求对细胞代谢有一总体的了解。掌握细胞与能量、细胞呼吸和 细胞内外物质转移 教学重点：细胞与能量、细胞呼吸和细胞内外物质转移 教学难点：细胞内的能量流、有氧呼吸、植物细胞水势 敕学手段：多媒体教学 教学过程 章 主要教学内容及安排 备 时 第0.5 第一节 细胞与能量 细胞是高度有序的结构。每一个细胞，即使是最简单的支原体 )细胞，都已具备了维持和延续生命的基本要素：能量的获得与 转换，信总的传递和世代的廷线， 物质出入细胞和细胞内运输，生命活动 调节等等。这些生命活动的运转，生命系统高度有序状态的建造和维持，必 须从周围环境取得能量，并且将这些能量转换为能够被生物有机体利用的形 能量 式。 能景守相与细跑内能量转拖（贝幻红片） 。能的存在形式：能是做功的能力，有热能、光能、电能、化学能等 能量守恒：在一定的条件下，这些不同形式的能可以互相转化，或 者从一个物体传递给另一个物体。在转化与传递过程中能量的总值 不变。在一切自然现象中，能量不能凭空创造，也不能无形消失。 文就是热力学第一定使指出的普遍法则能量守恒 细胞内能量转换：细胞内一切生命活动都是由能量驱使的，能量 来源于AP。AP的能量从事里来？贮存在有机物化学键中的能 经呼吸作用氧化分解，打开一些化学键使有机物分解为简单的小分 子，释放出能量的一部分贮存在ATP的高能磷酸键中，供细胞内生 物合成、物质运输、运动等生命活动过程之需。有机化合物中贮有 的能量来源于叶绿体吸收光能通过光合作用转化而来。生活细胞道 循能量守恒定律发生能量转化，推动各种生命活动的进行。从能量 角度，生命可以看作为连续不断的能量流。 二氧化还原反应一细胞内的能量流 化合物中的能量贮存于化学键中。化学键中的能量通过电子转移形成 新的化学键，实现能量转移。在许多化学反应中，电子从一个分子转移到另 一个分子，这类反应就是氧化还原反应。它在细胞内能量转移过程中起着关 键性作用。呼吸作用和光合作用都包含着一系列氧化还原反应，它们是细胞 内能量流的最重要的反应。 生命的存在以物质代谢为基础，以能量代谢为动力（见幻灯片） 细胞内新陈代谢是非常复杂的，都需要能量提供。为使细胞能连续不断 地获得适当数量的能量，保证细胞内错综复杂的各种生物化学反应有序进 行，《2e)和AP是两个关键的因素，酶 一类特殊的蛋白质，它可 细胞内生物化学反应只需少量能量输入就可以很快地进行。没有酶，细胞内 的一切反应将非常之慢，无法维持生命。ATP是细胞内能量的“流通货币

第二章 细胞代谢 教学内容：细胞与能量、细胞呼吸、物质出入细胞、细胞内各种代谢途径的相互 关系 总学时： 1.5 教学目标 通过对内容的学习以求对细胞代谢有一总体的了解。掌握细胞与能量、细胞呼吸和 细胞内外物质转移 教学重点： 细胞与能量、细胞呼吸和细胞内外物质转移 教学难点：细胞内的能量流、有氧呼吸、植物细胞水势 教学手段：多媒体教学 教学过程 章 节 学 时 主要教学内容及安排 备 注 第 一 节 细 胞 与 能 量 0.5 第一节 细胞与能量 细胞是高度有序的结构。每一个细胞，即使是最简单的支原体 (mycoplasma)细胞，都已具备了维持和延续生命的基本要素：能量的获得与 转换，信息的传递和世代的延续，物质出入细胞和细胞内运输，生命活动的 调节等等。这些生命活动的运转，生命系统高度有序状态的建造和维持，必 须从周围环境取得能量，并且将这些能量转换为能够被生物有机体利用的形 式。 一 能量守恒与细胞内能量转换（见幻灯片） ❖ 能的存在形式：能是做功的能力，有热能、光能、电能、化学能等 ❖ 能量守恒：在一定的条件下，这些不同形式的能可以互相转化，或 者从一个物体传递给另一个物体。在转化与传递过程中能量的总值 不变。在一切自然现象中，能量不能凭空创造，也不能无形消失。 这就是热力学第一定律指出的普遍法则-能量守恒 ❖ 细胞内能量转换：细胞内一切生命活动都是由能量驱使的，能量 来源于 ATP。ATP 的能量从哪里来？贮存在有机物化学键中的能量 经呼吸作用氧化分解，打开一些化学键使有机物分解为简单的小分 子，释放出能量的一部分贮存在 ATP 的高能磷酸键中，供细胞内生 物合成、物质运输、运动等生命活动过程之需。有机化合物中贮存 的能量来源于叶绿体吸收光能通过光合作用转化而来。生活细胞遵 循能量守恒定律发生能量转化，推动各种生命活动的进行。从能量 角度，生命可以看作为连续不断的能量流。 二 氧化还原反应－细胞内的能量流 化合物中的能量贮存于化学键中。化学键中的能量通过电子转移形成 新的化学键，实现能量转移。在许多化学反应中，电子从一个分子转移到另 一个分子，这类反应就是氧化还原反应。它在细胞内能量转移过程中起着关 键性作用。呼吸作用和光合作用都包含着一系列氧化还原反应，它们是细胞 内能量流的最重要的反应。 生命的存在以物质代谢为基础，以能量代谢为动力（见幻灯片） 细胞内新陈代谢是非常复杂的，都需要能量提供。为使细胞能连续不断 地获得适当数量的能量，保证细胞内错综复杂的各种生物化学反应有序进 行，酶(enzyme)和 ATP 是两个关键的因素。酶是一类特殊的蛋白质，它可使 细胞内生物化学反应只需少量能量输入就可以很快地进行。没有酶，细胞内 的一切反应将非常之慢，无法维持生命。 ATP 是细胞内能量的“流通货币”， 重 点 ATP 酶

是生物系统产能反应和需能反应的联系环节】 三酶（见名幻比灯片） 个化学反应的进行，首先要反应分子互相碰撞，仅有碰撞还不能导致 反应进行，必须使反应分子具有足够的能量，克服分子外围电子与其它分于 外用电子间的排斥力，并打开原有的化学键以形成新的化学键。底物分子变 为可反应的分子所需要的能量称为活化能」 酶是一种催化剂，可降低化学反应所需的活化能。现已知的酶约有200( 个种。每功口能化 一种特定的反应。 专一性和高效性是酶催化反应的两个明显特征。任何一个细胞都不会含 有所有类型的酶。不同类型的细胞合成不同种类的酶，这是决定不同细胞具 有不同生理功能的主要因素。 酶的活性受许多环境因素的影响，如温度、pH值、盐浓度等。 除核酶(ribozyme,起催化剂作用的一种RNA分子)外，所有醇的化学本 质都是蛋白质。有的酶是简单蛋白质，仅有蛋白质组成：有的酶是复合蛋 质，由蛋白质和辅助因子(cofactor)组成，这类酶如没有辅助因子就没有催 化作用。辅助因子分为两种，一是金属离子，如Zn、Mg”、”、Fe或Fe” Cu或Cu2、K、Na、等：另一种是小分子有机化合物，如B族维生素，称为 铺(coenzyme)。 细胞内新陈代谢是由许多有序的生物化学反应系列有机地协同进行的 每一个反应系列由许多酶组成的多酶体系来完成，就象工厂中的一条流水 线，每一种酶催化一种反应，前一种酶的反应产物就是后一种酶的底物， 步一步地接力进行，直至终产物的形成。细胞内不同的反应系列的多酶体系 定位于不同的细胞器，即使在同一细胞器内，酶分布也有一定的位置，酶的 这种隔离分布使整个细胞的代谢功能得以有条不素地进行 细胞合成酶的种类和数量受相关基因的控制。植物基因的表达受内外因 素的影响。 细胞可对已合成的酶的活性通过多种机制进行调节，这种调节灵敏，可 比喻为“徽调”，而酶合成的调节是对细胞内酶含量的调节，这种调节是比 较慢的，通常需几小时或几天，可比喻为“粗调”。 四生物能与ATP(见幻灯片) 从能量角度，可将生物系统内的各种生物化学反应划分为两大类： 放能反应和吸能反应。根据热力学概念，放能反应可以自发地进行，吸能反 应不能自发地进行，必须以某种方式提供能量才能发生。细胞所以能保证生 命活动正常进行，就是它有独特的机制使放能反应释放的能量为需能反应所 利用。 个相对简单的化合物三磷酸腺苷(AP)是细胞内能量转移的中转 站。 ATP如何参与细胞内化学反应： AP是由腺嘌呤、核糖和三个磷酸组成的核苷酸，是一种高能化合物， 含有两个磷酸酐键：当AP被水解，两个磷酸酐键中任何一个被打开，放 出磷酸，同时释放出大量能量(30.5kJ)。这类化学键称为高能键。 入 大多数情况下 ,AP水解时不只是简单地将磷酸根移去，而往往与另 个反应偶联起来，将磷酸根转移给另一个分子，这个过程就是磷酸化。催化 磷酸化的酶是激酶(kinase)。被磷酸化的分子是不稳定的，它又可参加其 它的代谢反应。以葡萄糖和果糖合成蔗糖为例可以具体地看出ATP是怎样

是生物系统产能反应和需能反应的联系环节。 三 酶（见幻灯片） 一个化学反应的进行，首先要反应分子互相碰撞，仅有碰撞还不能导致 反应进行，必须使反应分子具有足够的能量，克服分子外围电子与其它分子 外围电子间的排斥力，并打开原有的化学键以形成新的化学键。底物分子变 为可反应的分子所需要的能量称为活化能。 酶是一种催化剂,可降低化学反应所需的活化能。现已知的酶约有 2000 余种。每种酶只能催化一种特定的反应。 专一性和高效性是酶催化反应的两个明显特征。任何一个细胞都不会含 有所有类型的酶。不同类型的细胞合成不同种类的酶，这是决定不同细胞具 有不同生理功能的主要因素。 酶的活性受许多环境因素的影响，如温度、pH 值、盐浓度等。 除核酶(ribozyme,起催化剂作用的一种 RNA 分子)外,所有酶的化学本 质都是蛋白质。有的酶是简单蛋白质，仅有蛋白质组成；有的酶是复合蛋白 质，由蛋白质和辅助因子(cofactor)组成，这类酶如没有辅助因子就没有催 化作用。辅助因子分为两种，一是金属离子，如 Zn2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+或 Fe3+、 Cu+或 Cu2+、K +、Na+、等；另一种是小分子有机化合物，如 B 族维生素，称为 辅酶(coenzyme)。 细胞内新陈代谢是由许多有序的生物化学反应系列有机地协同进行的， 每一个反应系列由许多酶组成的多酶体系来完成，就象工厂中的一条流水 线，每一种酶催化一种反应，前一种酶的反应产物就是后一种酶的底物，一 步一步地接力进行，直至终产物的形成。细胞内不同的反应系列的多酶体系 定位于不同的细胞器，即使在同一细胞器内，酶分布也有一定的位置，酶的 这种隔离分布使整个细胞的代谢功能得以有条不紊地进行。 细胞合成酶的种类和数量受相关基因的控制。植物基因的表达受内外因 素的影响。 细胞可对已合成的酶的活性通过多种机制进行调节，这种调节灵敏，可 比喻为“微调”，而酶合成的调节是对细胞内酶含量的调节，这种调节是比 较慢的，通常需几小时或几天，可比喻为“粗调”。 四 生物能与 ATP（见幻灯片） 从能量角度，可将生物系统内的各种生物化学反应划分为两大类： 放能反应和吸能反应。根据热力学概念，放能反应可以自发地进行，吸能反 应不能自发地进行，必须以某种方式提供能量才能发生。细胞所以能保证生 命活动正常进行，就是它有独特的机制使放能反应释放的能量为需能反应所 利用。一个相对简单的化合物三磷酸腺苷（ATP）是细胞内能量转移的中转 站。 ATP 如何参与细胞内化学反应? ATP 是由腺嘌呤、核糖和三个磷酸组成的核苷酸，是一种高能化合物， 含有两个磷酸酐键：当 ATP 被水解，两个磷酸酐键中任何一个被打开，放 出磷酸，同时释放出大量能量（30.5 kJ）。这类化学键称为高能键。 大多数情况下，ATP 水解时不只是简单地将磷酸根移去，而往往与另一 个反应偶联起来，将磷酸根转移给另一个分子，这个过程就是磷酸化。催化 磷酸化的酶是激酶（kinase）。被磷酸化的分子是不稳定的，它又可参加其 它的代谢反应。以葡萄糖和果糖合成蔗糖为例可以具体地看出 ATP 是怎样 提 问 导 入

参与细胞内化学反应的（幻灯片）。 复习归纳总结本节重点内容(5分钟 第二节细胞呼吸 0.5 细胞内能量来源于糖、脂类和蛋白质的氧化。这些有机化合物在活细胞 内氧化分解，产生二氧化碳和水并释放能量，形成TP,这个过程就叫做细 响呼吸。 呼吸 碳水化合物是呼吸作用的主要底物。细胞内贮存的碳水化合物常常以 粉或蔗糖等形式存在，它们首先分解产生单糖，再进一步氧化分解。通常以 葡萄糖为底物来说明呼吸作用的过程。在有氧条件下，呼吸作用的全过程包 括：糖酵解、三羧酸循环、电子传递和氧化磷酸化。 糖酵解（见幻灯片） 糖酵解是指发生在细胞质内的葡萄糖经一系列无氧氧化分解为丙酮酸 的过程。 一切活细胞， 从原核细胞到真核细胞，均可发生。为纪念三位对精 酵解研究有贡献的科学家Embden,Meyerhof和Parnas,糖酵解也称为EMP 途径。 糖酵解的整个过程使1mol葡萄糖分解形城2m0l丙酮酸，其中伴随若能 量的转化，净产生2 mol ATP以及2 mol NADH。NADH进入线粒体内，通 过电子传递链产生AP 丙酮酸在物质和能量代谢中是一个重要的中间产物。 一切有机体的各类 细胞中由葡萄糖到丙酮酸的变化几乎是相同的，从丙酮酸开始的代谢途径取 决于细胞代谢当时的条件和有机体种类及组织的类型。环境因素主要是氧气 的可利用状况。在有氧条件下，丙翻酸被完全氧化分解为CO,和HO,产生 较糖酵解更多的ATP。在无氧条件下，丙酮酸被还原，放出少量的能量。 丙酮酸从细胞质基质骑越线粒体外膜和内膜，进入线粒体基质内，在丙 酮酸脱氢酶复合体催化下，2分子丙酮酸经氧化、脱羧，并与辅酶A(COA) 形成2分子乙酰辅酶A。在此过程中，放出2CO2,形成2NADH。 乙酰辅酶A是三羧酸循环起始底物。由于乙酰辅酶A不仅是糖类代谢的 中间产物，也是油脂和某些氨基酸的代谢产物，因此三羧酸循环是糖、脂类 和蛋白质三大类物质氧化的共同途径，它是由英国的Hans Krebs研究组首先 发现的，所以又称为Krebs循环(Krebscycle) 有氧呼吸过程、发生部位（见幻灯片）。 反 归纳起来，1mO1葡萄糖在有氧条件下，通过糖酵解、三羧酸循环、电 应 子传递和氧化砖酸化，彻底氧化分解，产生C0,和H0.轻放出30m01ATD 实际上细胞产生的ATP分子数往往因细胞状态不同而有所差异 无氧途径（见幻灯片) 高等植物细胞在缺氧条件下进行无氧呼吸，可产生乳酸，如马铃薯块茎 甜菜块根、胡萝卜和玉米胚进行无氧呼吸时产生乳酸。 1葡萄糖 2乳酸+197kJ 高等植物细胞在缺氧条件下，也可产生酒精。 1葡萄糖 2乙醇+2C0.+226kJ 植物种子萌发初期和幼苗中可进行无氧呼吸，产生酒精或乳酸，如长期 处于无氧条件下，因酒精或乳酸的积累可使高等植物细胞中毒

参与细胞内化学反应的（幻灯片）。 复习归纳总结本节重点内容（5 分钟） 第 二 节 细 胞 呼 吸 0.5 第二节 细胞呼吸 细胞内能量来源于糖、脂类和蛋白质的氧化。这些有机化合物在活细胞 内氧化分解，产生二氧化碳和水并释放能量，形成 ATP，这个过程就叫做细 胞呼吸。 碳水化合物是呼吸作用的主要底物。细胞内贮存的碳水化合物常常以淀 粉或蔗糖等形式存在，它们首先分解产生单糖，再进一步氧化分解。通常以 葡萄糖为底物来说明呼吸作用的过程。在有氧条件下，呼吸作用的全过程包 括：糖酵解、三羧酸循环、电子传递和氧化磷酸化。 糖酵解（见幻灯片） 糖酵解是指发生在细胞质内的葡萄糖经一系列无氧氧化分解为丙酮酸 的过程。一切活细胞，从原核细胞到真核细胞，均可发生。为纪念三位对糖 酵解研究有贡献的科学家 Embden,Meyerhof 和 Parnas，糖酵解也称为 EMP 途径。 糖酵解的整个过程使 1mol 葡萄糖分解形成 2 mol 丙酮酸，其中伴随着能 量的转化，净产生 2 mol ATP 以及 2 mol NADH。NADH 进入线粒体内，通 过电子传递链产生 ATP。 丙酮酸在物质和能量代谢中是一个重要的中间产物。一切有机体的各类 细胞中由葡萄糖到丙酮酸的变化几乎是相同的，从丙酮酸开始的代谢途径取 决于细胞代谢当时的条件和有机体种类及组织的类型。环境因素主要是氧气 的可利用状况。在有氧条件下，丙酮酸被完全氧化分解为 CO2 和 H2O，产生 较糖酵解更多的 ATP。在无氧条件下，丙酮酸被还原，放出少量的能量。 丙酮酸从细胞质基质跨越线粒体外膜和内膜，进入线粒体基质内，在丙 酮酸脱氢酶复合体催化下，2 分子丙酮酸经氧化、脱羧，并与辅酶 A（CoA） 形成 2 分子乙酰辅酶 A。在此过程中，放出 2CO2，形成 2NADH。 乙酰辅酶 A 是三羧酸循环起始底物。由于乙酰辅酶 A 不仅是糖类代谢的 中间产物，也是油脂和某些氨基酸的代谢产物，因此三羧酸循环是糖、脂类 和蛋白质三大类物质氧化的共同途径。它是由英国的 Hans Krebs 研究组首先 发现的，所以又称为 Krebs 循环(Krebs cycle) 有氧呼吸过程、发生部位（见幻灯片）。 归纳起来，1mol 葡萄糖在有氧条件下，通过糖酵解、三羧酸循环、电 子传递和氧化磷酸化，彻底氧化分解，产生 CO2 和 H2O，释放出 30mol ATP。 实际上细胞产生的 ATP 分子数往往因细胞状态不同而有所差异。 无氧途径（见幻灯片） 高等植物细胞在缺氧条件下进行无氧呼吸，可产生乳酸，如马铃薯块茎、 甜菜块根、胡萝卜和玉米胚进行无氧呼吸时产生乳酸。 1 葡萄糖 2 乳酸 ＋ 197 kJ 高等植物细胞在缺氧条件下，也可产生酒精。 1 葡萄糖 2 乙醇 ＋ 2 CO2 ＋ 226 kJ 植物种子萌发初期和幼苗中可进行无氧呼吸，产生酒精或乳酸，如长期 处于无氧条件下，因酒精或乳酸的积累可使高等植物细胞中毒。 有 氧 呼 吸 过 程 及 反 应 部 位

复习归纳总结本节重点内容(5分钟) 第三节细胞内外的物质转移 0.5 细胞新陈代谢需要从外界吸收水分和营养物质， 一些代谢产物也要坛出细 胞，物质出入细胞是生命活动的一个重要方面。 点 水分出入细胞 水是原生质的重要组成成分，是细胞内生物化学反应的介质，也是一些 重要代谢过程的原料或参与者。水分如何出入植物细胞？驱使水分出入细胞物 的动力是什么？ 1水势（见名幻灯片） 不论生物体内还是自然界中，水分从一处运动到另一处，都是由于两处 水的势能(potential energy)不同，水分移动的势能就是水势(water 水势 potential)。水往低处流，是因为高处的水具有较高的势能，即水势高，低 组 处水的水势低，势能转化为动能，使水流动。 成 在没有任何外来压力的影响下，溶液的水势受溶液浓度，即溶质颗粒多 少的影响。溶液浓度高，即溶质颗粒多，水分受溶质颗粒的影响而降低了自 由能，水势降低：溶液浓度下降，水势升高。纯水的自由能最大，水势最高 由于水势的绝对值不易测定，因此，人们设定纯水的水势为0，溶液的水势 细 可与纯水的水势比较而得到一个相对值。溶液中水的自由能比纯水低，所以 溶液的水势为负值。 公 田热力学中化学热的概今说明时，水热就是水的化学热（化学热是指 摩尔物质的自由能) 在 含有水的体系中， 水移动的方向和限度决定于 分 两地之间的化学势差，也就是水势差。通常以帕(Pa)或兆帕Pa)表示 流 ·纯水的水势规定为零 ·溶液中水势均小于零，为负值。 ,溶液中水分的移动方向：由高水热风流向低水势风。 利用水势的原理可以清楚地理解渗透作用（幻灯片）。 律 2植物细胞的水势和渗透吸水（见幻灯片） 成熟的植物细胞内有一个中央大液泡，质膜和液泡膜是半透性膜，我们 可以把质膜、细胞质和液泡膜构成的原生质层看作是一层半透膜，这样一个 具有液泡的细胞与周围的溶液一起，构成了一个渗透系统。细胞依靠渗透作 用吸水，质壁分离(plasmolysis)现象可以证明植物细胞是一个渗透系统 水分出入细胞遵循水势梯度进行。植物细胞是一个复杂的系统，它的水 势由几种因素决定，主要有：溶质势(solute potential,.中s)、衬质势 (atric potential,m)和压力势(pressure potential,.p)。 w=s十的D十四 溶质热亦称透热(osm0ticD0 tentia1).品由于溶质的存在水热下略 的数值，恒为负值。液泡中溶质的种类和数量随植物种类和内外因素的影响， 温带植物叶片组织的渗透势约为-2~-1P,早生植物叶片的渗透势较低，约 -10MPa. 压力势是由于细胞吸水膨胀时，细胞壁对原生质体产生压力，增加水分 向细胞外运动的潜势而使水势增加的数值，压力势常为正值。质壁分离时压 力势为零，剧烈蒸腾时细胞的压力势呈负值。 衬质势是由于细胞内物质对水分子的吸附而使水势下降的数值，为负值 干化的地衣、干燥种子的衬质势很低，可达-10~-100P阳：已形成液泡的细

复习归纳总结本节重点内容（5 分钟） 0.5 第三节 细胞内外的物质转移 细胞新陈代谢需要从外界吸收水分和营养物质，一些代谢产物也要运出细 胞，物质出入细胞是生命活动的一个重要方面。 一 水分出入细胞 水是原生质的重要组成成分，是细胞内生物化学反应的介质，也是一些 重要代谢过程的原料或参与者。水分如何出入植物细胞？驱使水分出入细胞 的动力是什么？ 1 水势（见幻灯片） 不论生物体内还是自然界中，水分从一处运动到另一处，都是由于两处 水的势能(potential energy)不同，水分移动的势能就是水势(water potential)。水往低处流，是因为高处的水具有较高的势能，即水势高，低 处水的水势低，势能转化为动能，使水流动。 在没有任何外来压力的影响下，溶液的水势受溶液浓度，即溶质颗粒多 少的影响。溶液浓度高，即溶质颗粒多，水分受溶质颗粒的影响而降低了自 由能，水势降低；溶液浓度下降，水势升高。纯水的自由能最大，水势最高。 由于水势的绝对值不易测定，因此，人们设定纯水的水势为 0，溶液的水势 可与纯水的水势比较而得到一个相对值。溶液中水的自由能比纯水低，所以 溶液的水势为负值。 用热力学中化学势的概念说明时，水势就是水的化学势（化学势是指 1 摩尔物质的自由能）。在一个含有水的体系中，水移动的方向和限度决定于 两地之间的化学势差，也就是水势差。通常以帕(Pa)或兆帕(MPa)表示 • 纯水的水势规定为零 • 溶液中水势均小于零，为负值。 • 溶液中水分的移动方向：由高水势区流向低水势区。 利用水势的原理可以清楚地理解渗透作用(幻灯片)。 2 植物细胞的水势和渗透吸水（见幻灯片） 成熟的植物细胞内有一个中央大液泡，质膜和液泡膜是半透性膜，我们 可以把质膜、细胞质和液泡膜构成的原生质层看作是一层半透膜，这样一个 具有液泡的细胞与周围的溶液一起，构成了一个渗透系统。细胞依靠渗透作 用吸水，质壁分离（plasmolysis）现象可以证明植物细胞是一个渗透系统。 水分出入细胞遵循水势梯度进行。植物细胞是一个复杂的系统，它的水 势由几种因素决定，主要有：溶质势(solute potential,ψs)、衬质势 (matric potential,ψm)和压力势(pressure potential,ψp)。 Ψw = ψs ＋ ψp ＋ ψm 溶质势亦称渗透势(osmotic potential)，是由于溶质的存在使水势下降 的数值，恒为负值。液泡中溶质的种类和数量随植物种类和内外因素的影响， 温带植物叶片组织的渗透势约为-2～-1MPa,旱生植物叶片的渗透势较低，约 -10MPa。 压力势是由于细胞吸水膨胀时，细胞壁对原生质体产生压力，增加水分 向细胞外运动的潜势而使水势增加的数值，压力势常为正值。质壁分离时压 力势为零，剧烈蒸腾时细胞的压力势呈负值。 衬质势是由于细胞内物质对水分子的吸附而使水势下降的数值，为负值。 干化的地衣、干燥种子的衬质势很低，可达-10～-100MPa；已形成液泡的细 重 点 ： 植 物 细 胞 水 势 组 成 及 植 物 细 胞 间 水 分 流 动 的 规 律

胞，其衬质势只有-0.01MPa,通常忽略不计。因此，对于具有液泡的细胞上 述公式可简化为： =s十 渗透吸水是植物细胞吸水的主要方式。植物体内细胞间水分的流动也是 遵循水势梯度进行，即决定于细胞间的水势差。水从水势高的细胞向水势低 的细响方向流动，水热差还影响水分流动的速度，水热差越大，水分运动比 城快 种子细胞内没有液泡，s=0,p=0,吸水主要依靠细胞内亲水 性物质吸水膨胀进行，即依靠衬质势，所以=m。 二物质出入细胞 物质出入细胞有以下几种方式（见幻灯片） 1被动运输 通过简单扩散或协助扩散，物质顺若浓度梯度或电化学势梯度，不需 点 要细胞提供能量的运输过程称为被动运输(passive transport)。 (1)简单扩散小分子以自由扩散的方式沿若浓度梯度降低的方 向，从膜的一侧转移到膜的另一侧，不需要膜蛋白的协助，这种方式称 为简单扩散(simple diffusion (2)协助扩散，又称易化扩散物质在特异的膜蛋白，即运输蛋白 (transport protein)协助下，不需要细胞提供能量，沿着其浓度梯度（或 细 电化学势梯度)从膜的一侧转移到另一侧的过程称为协助扩散 (facilitated diffusion)。协助扩散过程中，参与扩散的运输蛋白使物 质运转速率增加，转运的特异性增强。 2主动标输 物质逆浓度梯度或电化学势梯度，并消耗能量的运输过程称为主动运 输(active transport)。这类运输过程是普遍存在的，如淡水丽藻(Nitella)细 及特 胞内K含量比周围水中高1065倍，轮藻(Chara)高63倍等事实都说明细胞膜具有 逆浓度梯度主动运输物质的能力。 3内吞作用和外排作用 运输蛋白能介导离子和小的极性分子通过细胞膜，不能使大分子， 如多糖和蛋白质通过膜，。当细胞摄取大分子时，被摄入物质首先附着于 细胞表面，质膜凹陷，逐渐包围，最后分离下来形成包含被摄入物质的 小囊泡，这个过程叫做内吞作用。如果内吞物质是固体的，形成的囊泡 较大，称为吞噬作用：若为液体或溶质，形成的囊泡较小，则称为胞饮作 用。 这一过程的速度比一般的内吞作用快得多，能使细胞大量地摄入特定的大分子 又避免吸入过多的细胞外液体，这是一种选择性的浓缩机制， 内吞作用形成的囊泡进入细胞后，遵循不同的途径，选择性地与细胞 内各种囊泡结合，进入细胞内代谢途径。 与内吞作用相反，有些大分子物质通过形成小囊泡从细胞内部逐渐移 至细胞表面，小囊泡与质膜融合，将物质排出细胞外，这个过程称为外排作 用(exocytosis.)内吞作用和外排作用都属于主动运输，因为它们需要能军 供应。小囊泡快速而大规模地形成和融合是所有真核细胞的基本特征之一 复习归纳总结本节重点内容(5分钟)

胞，其衬质势只有-0.01MPa,通常忽略不计。因此，对于具有液泡的细胞上 述公式可简化为： ψw ＝ ψs ＋ ψp 渗透吸水是植物细胞吸水的主要方式。植物体内细胞间水分的流动也是 遵循水势梯度进行，即决定于细胞间的水势差。水从水势高的细胞向水势低 的细胞方向流动，水势差还影响水分流动的速度，水势差越大，水分运动也 越快。 种子细胞内没有液泡，ψs ＝ 0，ψp ＝ 0，吸水主要依靠细胞内亲水 性物质吸水膨胀进行，即依靠衬质势，所以ψw ＝ ψm 。 二 物质出入细胞 物质出入细胞有以下几种方式（见幻灯片） 1 被动运输 通过简单扩散或协助扩散，物质顺着浓度梯度或电化学势梯度，不需 要细胞提供能量的运输过程称为被动运输（passive transport）。 （1） 简单扩散 小分子以自由扩散的方式沿着浓度梯度降低的方 向，从膜的一侧转移到膜的另一侧，不需要膜蛋白的协助，这种方式称 为简单扩散(simple diffusion （2） 协助扩散，又称易化扩散 物质在特异的膜蛋白，即运输蛋白 (transport protein)协助下，不需要细胞提供能量，沿着其浓度梯度（或 电化学势 梯度） 从膜 的一侧 转移到 另一侧 的过程 称为协 助扩散 (facilitated diffusion)。协助扩散过程中，参与扩散的运输蛋白使物 质运转速率增加，转运的特异性增强。 2 主动运输 物质逆浓度梯度或电化学势梯度，并消耗能量的运输过程称为主动运 输(active transport)。这类运输过程是普遍存在的，如淡水丽藻 (Nitella) 细 胞内 K +含量比周围水中高 1065 倍，轮藻 (Chara) 高 63 倍等事实都说明细胞膜具有 逆浓度梯度主动运输物质的能力。 3 内吞作用和外排作用 运输蛋白能介导离子和小的极性分子通过细胞膜，不能使大分子， 如多糖和蛋白质通过膜，。当细胞摄取大分子时，被摄入物质首先附着于 细胞表面，质膜凹陷，逐渐包围，最后分离下来形成包含被摄入物质的 小囊泡，这个过程叫做内吞作用。如果内吞物质是固体的，形成的囊泡 较大，称为吞噬作用; 若为液体或溶质，形成的囊泡较小，则称为胞饮作 用。 这一过程的速度比一般的内吞作用快得多，能使细胞大量地摄入特定的大分子， 又避免吸入过多的细胞外液体，这是一种选择性的浓缩机制。 内吞作用形成的囊泡进入细胞后，遵循不同的途径，选择性地与细胞 内各种囊泡结合，进入细胞内代谢途径。 与内吞作用相反，有些大分子物质通过形成小囊泡从细胞内部逐渐移 至细胞表面，小囊泡与质膜融合，将物质排出细胞外，这个过程称为外排作 用 (exocytosis)。内吞作用和外排作用都属于主动运输，因为它们需要能量 供应。小囊泡快速而大规模地形成和融合是所有真核细胞的基本特征之一。 复习归纳总结本节重点内容（5 分钟） 重 点 物 质 出 入 细 胞 的 方 式 及 特 点