细胞的吸水与失水：

1、渗透作用：水分子或其他溶剂分子通过半透膜的扩散。
2、发生渗透作用的条件：具半透膜，两侧溶液具有浓度差。
3、植物细胞的吸水与失水
(1)植物细胞就相当于渗透装置。
  
原生质层：细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质，相当于半透膜。
(2)植物细胞通过渗透作用吸水和失水。
植物细胞的质壁分离：当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞就会通过渗透作用而失水，细胞液中的水分就透过原生质层进入到溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。由于原生质层比细胞壁的收缩性大，当细胞不断失水时，原生质层就会与细胞壁分离。
质壁分离复原的原理：当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，细胞就会通过渗透作用而吸水，外界溶液中的水分就通过原生质层进入到细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，紧贴细胞壁，使植物细胞逐渐发生质壁分离复原。
4、动物细胞的吸水和失水
(1)细胞膜相当于半透膜，浓度差由外界溶液浓度与细胞质的浓度来体现。
(2)水分子是顺相对含量的梯度进出动物细胞的。
①外界溶液浓度小于细胞质浓度时，细胞吸水膨胀。
②外界溶液浓度大于细胞质浓度时，细胞失水皱缩。
③外界溶液浓度等于细胞质浓度时，水分子进出细胞处于动态平衡。




知识点拨：

1、细胞吸水或失水的多少取决于细胞膜两侧溶液中水的相对含量的差值。
2、植物分生区细胞和干种子细胞因无大液泡不能发生渗透作用，只能依靠吸胀作用吸水。
3、植物细胞的吸水和失水：
①渗透作用：是指溶液中的溶剂分子通过半透膜扩散的现象。渗透吸水是指由于溶质势的下降而引起的细胞吸水。含有液泡的细胞吸水，如根系吸水、气孔开闭时的保卫细胞吸水主要为渗透吸水。
②吸涨吸水：指依赖于低衬质势而引起的吸水。对于无液泡的分生组织和干燥种子来说，衬质势是细胞水势的主要成分。亲水胶体吸引水分子的力量称为吸胀力，亲水胶体吸水膨胀的现象叫吸胀作用。细胞吸胀力的大小，取决于衬质势的高低。干燥种子衬质势常低于-10MPa，有的甚至达到-100MPa，所以吸胀吸水就很容易发生。当种子吸水后，衬质势很快上升。如将种子放在纯水中，当种子吸水达到最大程度时，衬质势为0。由于吸胀过程与细胞的代谢活动没有直接关系，所以又把吸胀吸水称为非代谢性吸水。
③降压吸水是指由于压力势降低而引发的细胞吸水。如蒸腾旺盛时，木质部导管和叶肉细胞的细胞壁都因失水而收缩，使压力势降低，从而引起这些细胞水势下降而吸水。链接“植物细胞间的水分移动”
4、植物根系对水分的吸收：
①植物根系吸水的部位：根系吸水的部位主要在根的尖端，从根尖开始向上约10mm的范围内，包括根冠、根毛区、伸长区和分生区，其中以根毛区的吸水能力最强。
②植物根部吸水的途径：植物根部吸水主要通过根毛、皮层、内皮层，再经中柱薄壁细胞进入导管。水分在根内横向运输有质外体和共质体两条途径。
5、根系吸水的机理根据植物根部的吸水动力的不同可分为两类：主动吸水和被动吸水。
①主动吸水：由植物根系生理活动而引起的吸水过程称为主动吸水，它与地上部分的活动无关。根的主动吸水主要反映在根压上。所谓根压，是指由于植物根系生理活动而促使根部吸收水分并使液流从根部上升的压力。大多数植物的根压为0.10～0.2MPa，有些木本植物可达0.6～0.7MPa。伤流和吐水是证明根压存在的两种现象。
②被动吸水：植物根系以蒸腾拉力为动力的吸水过程称为被动吸水。所谓蒸腾拉力(teanspirationlpull)是指因叶片蒸腾作用而产生的使导管中水分上升的力量。但叶片蒸腾时，气孔下腔周围细胞的水以水蒸气形式扩散到水势低的大气中，从而导致叶片细胞水势下降，这样就产生了一系列相邻细胞间的水分运输，使叶导管失水，压力势下降，造成根冠间导管的压力梯度，使根导管中的水分向上运输，其结果造成根部细胞水分亏缺，水势降低，向土壤吸水。
细胞吸水和失水的原理的应用：

1、对农作物的合理灌溉，既满足了作物对水分的需要，同时也降低了土壤溶液的浓度，有利于水分的吸收。
2、盐碱地中的植物不易存活或一次施肥过多造成“烧苗”现象，都是因为土壤溶液浓度过高，甚至超过了根细胞液浓度，导致根细胞不易吸水甚至失水造成的。
3、糖渍、盐渍食品不易变质的原因，是在食品外面和内部形成很高浓度的溶液，使微生物不能在其中生存和繁殖，所以能较长时间的保存。

探究酵母菌的呼吸方式：

一．实验原理：
（1）酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。
方程式：有氧呼吸：C₆H₁₂O₆+6H₂O+O₂6CO₂+12H₂O+能量；无氧呼吸： C₆H₁₂O₆2C₂H₅OH+2CO₂+能量
（2）CO₂可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养CO₂的产生情况。
（3）橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇（酒精）发生化学反应，在酸性条件下，变成灰绿色。
实验装置：

二．方法步骤：
提出问题→作出假设→设计实验→（包括选择实验材料．选择实验器具、确定实验步骤、设计实验记录表格）→实施实验→分析与结论→表达与交流。
（1）酵母菌培养液的配制
取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶B（500mL）中 ，再分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液
（2）检测CO₂的产生
用锥形瓶和其他材料用具组装好实验装置（如上图），并连通橡皮球（或气泵），让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶(约50min)。然后将实验装置放到25-35℃的环境中培养8-10h。
（3）检测洒精的产生
各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液（体积分数为95%-97%）并轻轻振荡，使它们混合均匀，观察试管中溶液的颜色变化。
三．实验现象及分析
(1)现象：甲、乙装置中石灰水都变混浊，装置甲混浊快且程度高。装置乙中的B溶液由橙色变成灰绿色，装置甲中的A溶液不变色。
(2)分析：①酵母菌有氧和无氧条件下都产生 CO2；②酵母菌在有氧比无氧时放出的CO2多且快； ③无氧时酵母菌分解葡萄糖产生酒精。
(3)实验结论：酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。

知识点拨：

1、将装置甲连通橡皮球，让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶，既保证O2的充分供应，又使进入A瓶的空气先经过含NaOH溶液的锥形瓶，洗除空气中的CO2，保证第三个锥形瓶的澄清石灰水变混浊是由于酵母菌有氧呼吸产生CO2所致。
2、装置乙中，B瓶应封门放置一段时间后，待酵母菌将B瓶中的氧消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。

血红蛋白的提取和分离：

1、实验原理
蛋白质的物化理性质：形状、大小、电荷性质和多少、溶解度、吸附性质、亲和力等千差万别，由此提取和分离各种蛋白质。
（1）凝胶色谱法（分配色谱法）：
①原理：分子量大的分子通过多孔凝胶颗粒的间隙，路程短，流动快；分子量小的分子穿过多孔凝胶颗粒内部，路程长，流动慢。
②凝胶材料：多孔性，多糖类化合物，如葡聚糖、琼脂糖。

③分离过程：
混合物上柱→洗脱→大分子流动快、小分子流动慢→收集大分子→收集小分子
洗脱：从色谱柱上端不断注入缓冲液，促使蛋白质分子的差速流动。
④作用： 分离蛋白质，测定生物大分子分子量，蛋白质的脱盐等。
（2）缓冲溶液
①原理：由弱酸和相应的强碱弱酸盐组成（如H₂CO₃—NaHCO₃， NaH₂PO₄/Na₂HPO₄等），调节酸和盐的用量，可配制不同pH的缓冲液。
②缓冲液作用：抵制外界酸、碱对溶液pH的干扰而保持pH稳定。
(3）凝胶电泳法：
①原理：不同蛋白质的带电性质、电量、形状和大小不同，在电场中受到的作用力大小、方向、阻力不同，导致不同蛋白质在电场中的运动方向和运动速度不同。
②分离方法：琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。
③分离过程：在一定pH下，使蛋白质基团带上正电或负电；加入带负电荷多的SDS，形成“蛋白质—SDS复合物”，使蛋白质迁移速率仅取决于分子大小。
2、实验步骤
（1）样品处理
① 红细胞的洗涤
洗涤红细胞的目的是去除杂蛋白，采集的血样要及时采用低速短时间离心分离红细胞，然后用胶头吸管吸出上层透明的黄色血浆，将下层暗红色的红细胞液体倒入烧杯，再加入五倍体积的生理盐水，缓慢搅拌10min，低速短时间离心，如此重复洗涤三次，直至上清液中没有黄色，表明红细胞已洗涤干净。
②血红蛋白的释放  
在蒸馏水和甲苯作用下，红细胞破裂释放出血红蛋白。
注：加入蒸馏水后红细胞液体积与原血液体积要相同。加入甲苯的目的是溶解细胞膜，有利于血红蛋白的释放和分离。
（2）粗分离
①分离血红蛋白溶液
将搅拌好的混合溶液离心后，试管中的溶液分为4层。第一层为无色透明的甲苯层，第2层为白色薄层固体，是脂溶性物质的沉淀层，第3层是红色透明液体，这是血红蛋白的水溶液，第4层是其他杂质的暗红色沉淀物。将试管中的液体用滤纸过滤，除去之溶性沉淀层，于分液漏斗中静置片刻后，分出下层的红色透明液体。
②透析
取1mL的血红蛋白溶液装入透析袋中，将透析袋放入盛有300mL的物质的量的浓度为20mmol/L的磷酸缓冲液中，透析12h。透析可以去除样品中分子量较小的杂质，或用于更换样品的缓冲液。
（3）纯化：调节缓冲液面→加入蛋白质样品→调节缓冲液面→洗脱→收集分装蛋白质
（4）纯度鉴定——SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳

知识点拨：

注意事项
（1）电泳技术
电泳技术就是在电场的作用下，利用待分离样品中各种分子带电性质以及分子本身大小、形状等性质的差异，使带电分子产生不同的迁移速度，从而达到对样品进行分离、鉴定或提纯的目的。
（2）红细胞的洗涤
如果分层不明显，可能是洗涤次数少、未能除去血浆蛋白的原因。此外，离心速度过高和时间过长，会使白细胞和淋巴细胞一同沉淀，也得不到纯净的红细胞，影响后续血红蛋白的提取纯度。
（3）如何检测凝胶色谱柱的装填是否成功
由于凝胶是一种半透明的介质，因此可以在凝胶柱旁放一支与凝胶柱垂直的日光灯，检查凝胶是否装填得均匀。
此外，还可以加入大分子的有色物质，观察色带移动的情况。如果色带均匀、狭窄、平整，说明凝胶色谱柱的性能良好。如果色谱柱出现纹路或是气泡，轻轻敲打柱体以消除气泡，消除不了时要重新装柱。
（4）为什么凝胶的装填要紧密、均匀？
如果凝胶装填得不够紧密、均匀，就会在色谱柱内形成无效的空隙，使本该进入凝胶内部的样品分子从这些空隙中通过，搅乱洗脱液的流动次序，影响分离的效果。
（5）沸水浴处理加入洗脱液的湿凝胶的目的
不但节约时间，还能除去凝胶中可能带有的微生物和排除凝胶内的空气。
（6）G-75
“G”代表凝胶的交联程度，膨胀程度及分离范围，75表示凝胶得水值，即每克凝胶膨胀时吸水7.5g。
（7）装填完后，立即用洗脱液洗脱的目的：使凝胶装填紧密
（8）加入柠檬酸钠有何目的？为什么要低速、短时离心？为什么要缓慢搅拌？
防止血液凝固；防止白细胞沉淀；防止红细胞破裂释放出血红蛋白。
（9）与其他真核细胞相比，红细胞的特点及这一特点对进行蛋白质的分离的意义
哺乳动物及人的成熟的红细胞是双面凹圆饼状，没有细胞核和细胞器。其含有的血红蛋白是有色蛋白，因此在凝胶色谱分离时可以通过观察颜色来判断什么时候应该收集脱液。这使血红蛋白的分离过程非常直观，大大简化了实验操作。
（10）如何检测血红蛋白的分离是否成功
如果凝胶色谱柱装填得很成功、分离操作也正确的话，能清楚地看到血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整，随着洗脱液缓慢流出；如果红色区带歪曲、散乱、变宽，说明分离的效果不好，这与凝胶色谱柱的装填有关。