1.1细胞生活的环境讲义人教版（2019）高中生物选择性必修一

第1节　细胞生活的环境课标要求核心素养1．描述内环境的组成和理化性质(生命观念、科学思维)2．说明内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介(生命观念、科学思维)3．尝试建构人体细胞与外界环境的物质交换模型(生命观念、科学思维)1．通过列表法理解内环境(细胞外液)的组成成分及各组分之间的相互联系2．运用比较法分析并掌握血液、血浆、血清的概念，血浆蛋白与血红蛋白的区别3．理论联系实际，尝试构建人体细胞与外界环境进行物质交换的模型知识导图 新知预习·双基夯实 一、体内细胞生活在细胞外液中1．体液的概念及组成：(1)概念：体内都含有大量__以水为基础__的液体，统称为体液。(2)组成：(3)各种细胞所生活的环境：血细胞直接生活的环境是__血浆__；体内绝大多数细胞直接生活的环境是__组织液__；淋巴细胞直接生活的环境是__淋巴液__。(4)请用箭头图表示血浆、组织液和淋巴液三者之间的关系：____。2．内环境的概念：由__细胞外液__构成的液体环境。二、细胞外液的成分1．血浆的化学组成血浆中约90%为水；其余10%分别是：无机盐(约1%)，__蛋白质__(7%～9%)，以及__血液运输的其他物质__，包括各种营养物质(如葡萄糖)、激素、各种代谢废物等。2．组织液、淋巴液的成分：二者的成分和含量与血浆相近，最主要的差别是血浆中__蛋白质__含量较高。3．本质：细胞外液本质上是一种类似于海水的__盐溶液__，这在一定程度上反映了__生命起源于海洋__。三、内环境的理化性质1．细胞外液的理化性质主要表现在__渗透压__、__酸碱度__和__温度__三个方面。2．渗透压：(1)概念：溶液中__溶质微粒__对水的吸引力。(2)影响渗透压的因素：溶质微粒数目对水的吸引力渗透压高低越多__越大__越高越少越小__越低__ (3)决定物质：①血浆渗透压：主要与__无机盐__和__蛋白质__的含量有关。②细胞外液渗透压：90%以上来源于__Na＋__和__Cl－__。3．酸碱度：4．温度：人体细胞外液的温度一般维持在__37_℃__左右。四、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换细胞可以直接与__内环境__进行物质交换，内环境与外界环境的物质交换过程，需要体内__各个系统__的参与。┃┃活学巧练__■1．血浆中含有水、无机盐、血红蛋白、代谢废物、气体、激素及各类营养物质。    (×)2．组织液、淋巴液的成分与血浆完全相同。  (×)3．细胞外液本质上是一种类似于海水的盐溶液，反映了生命起源于海洋。    (√)4．细胞外液是细胞与细胞进行物质交换的媒介。(×)5．细胞外液是生物体生化反应的主要场所。(×)6．血浆渗透压的大小主要取决于血浆中无机盐和蛋白质的含量。    (√)7．人体剧烈运动时，无氧呼吸产生乳酸的过程发生在内环境中。    (×)8．组织液中的水分子可来自血浆和细胞内液。 (√)思考：1．细胞外液就是内环境，对吗？为什么？提示：对。内环境是由细胞外液构成的液体环境，是机体内细胞生活的直接环境。2．血液是内环境的组成成分吗？提示：不是。血液包括血浆和血细胞(血小板、红细胞、白细胞等)，血浆是内环境的组成成分，而血细胞不是内环境的组成成分。3．长时间行走使脚掌磨出了水泡，几天后水泡消失。此时水泡中的液体主要去向是哪儿？提示：水泡中液体的主要成分是组织液，组织液既可单向渗透到淋巴管形成淋巴液，也可和血浆双向渗透。因此，水泡消失时其内的液体主要渗入毛细血管和毛细淋巴管。学霸记忆·素养积累 1．内环境：由细胞外液(血浆、组织液和淋巴液)构成的液体环境。2．高等多细胞动物，它们的绝大多数细胞只有通过内环境才能与外界环境进行物质交换。3．内环境的成分包括水、无机盐、营养成分、代谢废物、激素和抗体等，血浆中含蛋白质较组织液和淋巴液中的要多。4．细胞外液的理化性质主要是：渗透压、酸碱度和温度。    渗透压是指溶液中溶质微粒对水的吸引力。渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，溶质微粒越多，即溶液浓度越高，溶液渗透压越高。血浆渗透压的大小主要与无机盐、蛋白质的含量有关。    课内探究·名师点睛 知识点 体内细胞生活在细胞外液中1．体液的组成(1)细胞内液：存在于细胞内的液体称为细胞内液，如细胞质基质、线粒体基质和核液等。(2)细胞外液：存在于细胞外的液体称为细胞外液，即体内细胞生活的环境，主要包括血浆、组织液和淋巴液。(3)细胞液与细胞内液的区别：液泡中的液体称为细胞液，属于细胞内液范畴。知识贴士人的呼吸道、肺泡腔、消化道、泪腺、尿道等有孔道与外界环境相通，属于外界环境；其中的液体如消化液、泪液、尿液等不是体液，不属于细胞外液。2．内环境各组成成分之间的联系(1)毛细血管分布于组织间隙中，当血浆沿动脉流入毛细血管的动脉端时，其中的许多物质会透过毛细血管壁进入组织细胞间隙而成为组织液，为细胞代谢提供营养物质；而组织液中包括细胞代谢产物在内的各种物质，大部分在毛细血管静脉端又可以重新渗入血浆中，因此，组织液和血浆可以进行双向物质交换。(2)毛细淋巴管的功能是回收非正常情况下渗入组织液中的血浆蛋白等物质，这些物质一旦进入毛细淋巴管就不再回渗。因此，淋巴液与组织液之间的物质交换是单向的。(3)毛细淋巴管的一端是盲端，其内的淋巴液通过各级淋巴管，最后经淋巴管由左右锁骨下静脉汇入血浆中，参与全身的血液循环。因此，淋巴液和血浆间的交换也是单向的。由此可见，机体全身的细胞外液是一个有机的整体。3．各组成成分间的比较　　成分项目　　血浆组织液淋巴液存在部位血管组织细胞间隙淋巴管来源①组织液渗透进入毛细血管；②淋巴回流①血浆渗透出毛细血管；②组织细胞代谢产生毛细淋巴管吸收部分组织液生活于其中的细胞各种血细胞绝大多数的组织细胞大量淋巴细胞和吞噬细胞三者之间的关系 4．不同人体细胞所处内环境不同细胞内环境组织细胞组织液毛细血管壁细胞血浆、组织液毛细淋巴管壁细胞淋巴液、组织液血细胞血浆淋巴细胞和吞噬细胞淋巴液、血浆 知识贴士(1)内环境的“内”和“外”是相对的，从整个人体角度来看，细胞外液是人体的内环境，从细胞角度来看细胞外液是细胞的外环境。因此内环境是相对于人体外界环境来说的，相对于细胞来说是外环境。细胞外液与内环境是同一概念，具有相同的内涵和外延。(2)体腔液、关节液虽然在体内，但它们已不在细胞之间，不能为组织细胞提供物质交换的原料，所以它们也不属于细胞外液(或内环境)或体液。(3)内环境主要包括组织液、血浆和淋巴液，但不是只有这三种，还有脑脊液等。(4)血浆中的血细胞、组织液中的组织细胞不属于内环境的组成成分。(5)内环境是针对多细胞动物的一个概念，单细胞动物(或原生动物)以及植物没有所谓的内环境。┃┃典例剖析__■典例1 下列属于人体内环境的是 (　C　)A．呼吸道内的气体B．消化道内的消化液C．毛细血管内的血浆D．膀胱内的尿液解析：内环境是体内细胞生活的液体环境，主要由血浆、组织液和淋巴组成。人的呼吸道、消化道、膀胱等与外界相连，其内存储的液体也直接与外界接触，所以呼吸道内的气体、消化道内的消化液以及膀胱内的尿液等液体都不属于内环境。┃┃变式训练__■1．下列关于图示的说法，错误的是 (　D　)A．组织细胞生存的直接环境就是图中的内环境B．由细胞外液构成的液体环境叫内环境C．大气、气温属于图中的外界环境D．图中外界环境中的物质都可以直接进入细胞解析：外界环境中的物质一般不能直接进入组织细胞，必须经过内环境。知识点 细胞外液的成分和内环境的理化性质1．细胞外液的成分(1)无机物①水：含量最多，如血浆中含有约90%的水。②气体：以氧气和二氧化碳最为重要。③无机盐：如Na＋、K＋等，无机盐离子含量甚微，但是却不可缺少，如Cu2＋、Zn2＋等是某些酶发挥活性所必需的，碘是合成甲状腺激素所必需的。(2)有机物①营养物质：葡萄糖、氨基酸等。②代谢中间产物或废物：乳酸、尿素、尿酸等。③调节生命活动的物质：激素、抗体、组织胺、递质等。④其他物质：纤维蛋白原等血浆蛋白。2．内环境的理化性质(1)渗透压血浆的渗透压与0.9%NaCl溶液或5%的葡萄糖溶液的渗透压大致相等，故0.9%的NaCl溶液或5%的葡萄糖溶液为血浆的等渗溶液，前者又叫生理盐水。凡浓度高于0.9%NaCl溶液的溶液称为高渗溶液，低于则称为低渗溶液。在37 ℃时，人的血浆渗透压约为770 kPa，相当于细胞内液的渗透压。(2)酸碱度①范围：正常人的血浆近中性，pH为7.35～7.45。②影响因素：主要是细胞代谢和饮食。剧烈运动时，细胞产生的酸性物质(CO2、乳酸等)进入血液，会使血浆pH暂时下降；饮食摄入的酸性或碱性物质进入血液后也会引起血浆pH的小幅度变动。③调节机制：通过缓冲物质进行调节。血浆pH能够保持相对稳定，与它含有HCO、H2CO3等物质有关。(3)温度人体细胞外液的温度一般维持在37 ℃左右，过高或过低都会影响新陈代谢过程中酶的活性。┃┃典例剖析__■典例2 下列对人体内环境理化性质调节途径的有关叙述正确的是 (　C　)A．血浆中蛋白质的含量越多，血浆渗透压越低B．人体细胞外液中维持渗透压的阳离子主要是K＋C．血浆中乳酸过多时，HCO、HPO等会参与反应D．毛细血管壁的通透性增加，会引起血浆渗透压上升解析：血浆中蛋白质的含量越多，血浆渗透压越高，A错误；人体细胞外液中维持渗透压的阳离子主要是钠离子，B错误；正常人血浆的pH能稳定在7.35～7.45，与内环境中含有的HCO、HPO等缓冲物质有关，血浆中乳酸过多时，乳酸会与这些缓冲物质反应，维持pH的相对稳定，C正确；毛细血管壁的通透性增加，血浆蛋白渗出，会引起血浆渗透压下降，D错误。┃┃变式训练__■2．如图是正常人体肝组织结构示意图，其中①②③④分别表示不同的体液。据图判断下列说法正确的是              (　B　)A．②中含有胰岛素、血红蛋白、CO2等物质B．人体的内环境主要是由①②③组成的C．③④构成了肝细胞生存的内环境D．肝糖原的分解在②中进行解析：分析题图可知，①表示淋巴液，②表示血浆，③表示组织液，④表示细胞内液。血红蛋白存在于红细胞内，不存在于②内，A错误；人体的内环境主要是由血浆、组织液、淋巴液组成的，B正确；④不属于内环境，C错误；正常情况下，肝糖原的分解在肝细胞中进行，D错误。知识点 细胞通过内环境与外界环境进行物质交换体内细胞与外界环境进行物质交换的过程图解：❶各种营养物质必须经消化系统的消化、吸收才能进入循环系统，经循环系统的运输才能到达组织细胞周围的组织液，然后被吸收进入组织细胞。❷组织细胞代谢产生的废物也必须先进入组织液，然后才能通过循环系统的运输，借助呼吸系统或泌尿系统、皮肤排出体外。❸通过以上分析可知，细胞和内环境是相互影响、相互作用的。细胞不仅依赖内环境，也参与内环境的形成与维持。┃┃典例剖析__■典例3 下图为高等动物体内细胞与外界环境的物质交换示意图，下列叙述正确的是 (　C　)A．①、③都必须通过消化系统才能完成B．人体的体液包括内环境和细胞外液C．细胞与内环境交换的④为养料和氧气D．⑥可表述为：体内细胞可与外界环境直接进行物质交换解析：直接参与体内细胞与外界进行物质交换有关的系统为：呼吸系统、消化系统、循环系统、泌尿系统，图中①、②、③依次需通过消化系统、呼吸系统和泌尿系统完成。在物质交换过程中起调节作用的系统有神经系统和内分泌系统。人体的体液包括细胞外液和细胞内液，由细胞外液构成的液体环境叫作内环境。细胞与内环境直接交换的④为养料和氧气，⑤为二氧化碳、水、无机盐、尿素、尿酸等废物。⑥可表述为：体内细胞通过内环境与外界环境间接地进行物质交换。┃┃变式训练__■3．下图表示人体细胞与外界环境之间进行物质交换的示意图，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示能直接与内环境进行物质交换的系统或器官，①②是有关的生理过程。下列叙述错误的是              (　B　)A．内环境与Ⅰ交换气体必须通过肺泡壁和毛细血管壁B．Ⅱ内的葡萄糖通过①进入血液和淋巴C．②表示重吸收作用D．Ⅳ表示的器官是皮肤解析：Ⅰ能为内环境提供O2并排出CO2，因此Ⅰ是呼吸系统，内环境与Ⅰ交换气体必须通过肺泡壁和毛细血管壁；Ⅱ内的葡萄糖通过①只能进入血液；Ⅲ是泌尿系统，②表示重吸收作用；皮肤具有分泌作用，皮肤中的汗腺通过分泌汗液来排出代谢废物，Ⅳ表示的器官是皮肤。指点迷津·拨云见日 一、组织水肿原因分析1．关于水肿实质的分析在不同条件下，由于细胞外液渗透压的变化，引起组织液增多。2．水肿原因分析血浆蛋白减少→血浆渗透压下降↓组织水肿↑→典例4 下图为“细胞直接与内环境进行物质交换”的图解，其中①④⑥为细胞外液。下列相关叙述中错误的是              (　C　)A．若某人患镰刀型细胞贫血症，则形态发生变化的可能是图中的③B．若某人患肾炎疾病，血浆中蛋白质含量降低，会使图中⑥液体增加，引起组织水肿C．图中③和⑦细胞具体的内环境分别是血液和组织液D．某人皮肤烫伤后，出现了水泡，该水泡内的液体主要是指图中的标号⑥解析：镰刀型细胞贫血症为基因突变导致血红蛋白结构改变，从而导致③红细胞形态改变，A正确；某人患肾炎疾病，会引起血浆蛋白含量降低，使血浆渗透压下降，水分更多地流向组织液，组织液增加，导致组织水肿现象，B正确；图中③和⑦细胞具体的内环境分别是血浆和组织液，C错误；水泡内的液体主要是由⑥组织液形成的，D正确。故选C。二、细胞与外界环境物质交换的穿膜问题1．养料(如葡萄糖)(1)转移途径：肠腔→小肠上皮细胞→小肠毛细血管→血液循环→毛细血管→组织液→组织细胞。(2)相关系统：消化系统、循环系统。(3)穿膜层数：进出小肠上皮细胞(2层)＋进出毛细血管壁细胞(4层)＋进入组织细胞(1层)＝7层。2．O2(1)转移途径：肺泡→肺泡壁细胞→肺部毛细血管→血液循环→毛细血管→组织液→组织细胞。(2)相关系统：呼吸系统、循环系统。(3)穿膜层数：进出肺泡壁细胞(2层)＋进出毛细血管壁细胞(2层)＋进出红细胞(2层)＋进出毛细血管壁细胞(2层)＋进入组织细胞(1层)＝9层；若被利用，加进入线粒体(2层)＝11层。典例5 下图为小肠绒毛上皮细胞(如图中①所示)与内环境之间进行物质交换的示意图，下列说法正确的是              (　C　)A．葡萄糖进入①的方式是协助扩散B．③内液体渗透压过高可引起组织水肿C．由②携带的氧到组织细胞内被利用，至少需要经过6层生物膜D．⑤内液体含有的蛋白质与③内一样多解析：由题图可知，①为小肠绒毛上皮细胞，④为组织液，⑤为淋巴液，②为红细胞，③为血浆。葡萄糖进入①的方式是主动运输；血浆渗透压过高不会引起组织水肿；由红细胞携带的氧到组织细胞内被利用，至少需要经过6层生物膜，包括红细胞膜(1层)、毛细血管壁细胞(2层)、组织细胞膜(1层)、线粒体膜(2层)；淋巴液内液体含有的蛋白质比血浆内的少。解疑答惑问题探讨⇨P21．提示：图1中是人体血液中的血细胞，包括红细胞、白细胞等；图2中是单细胞动物草履虫。血细胞生活在血浆中，草履虫直接生活在外界水环境中。两者生活环境的相同之处：都是液体环境。不同之处：血细胞生活在体内的血浆中，并不直接与外界环境进行物质交换，而草履虫直接生活在外界环境中，可与外界环境进行物质交换；与外界环境相比，血浆的理化性质更稳定，如温度基本恒定等。2．提示：若将血细胞放在外界水环境中，血细胞会吸水涨破。思考·讨论⇨P31．提示：细胞外液是指存在于细胞外的体液，包括血浆、组织液和淋巴液等。血细胞直接生活在血浆中，体内绝大多数细胞直接生活在组织液中，淋巴细胞直接生活在淋巴液中。由此可见，细胞外液是体内细胞直接生活的液体环境。2．提示：当血浆流经毛细血管时，水和一些能够透过毛细血管壁的物质可以在毛细血管动脉端渗出，进入组织细胞间隙成为组织液，绝大多数的组织液在毛细血管静脉端又可以重新渗入血浆中。一部分的组织液还可以渗入毛细淋巴管，形成淋巴液，淋巴液经淋巴循环由左右锁骨下静脉汇入血浆中。模式图见下图。3．提示：正是由于血浆、组织液和淋巴液之间存在相互转换关系，所以说全身的细胞外液是一个有机的整体。思考·讨论⇨P41．提示：  表中的化学物质可分为无机物和有机物。无机物包括水和无机盐(如钠、钾、钙、磷、镁、血清铁、氯、碳酸氢盐)等，有机物包括糖类(如葡萄糖)、蛋白质(如丙氨酸氨基转移酶、总蛋白等)、脂质(如甘油三酯、总胆固醇等)、总胆红素、尿素、肌酸和尿酸等。2．提示：还含有气体分子(主要是O2和CO2)、调节生命活动的各种激素和其他有机物(如维生素)等。3．提示：蛋白质是生命活动的承担者，糖类是主要的能源物质，脂肪是细胞内良好的储能物质，有些无机盐能维持细胞的酸碱平衡等。4．提示：如血浆中的葡萄糖主要来源于食物中的糖类。食物中的淀粉经消化系统消化后，被分解为葡萄糖，经小肠绒毛吸收后进入血液，通过血液循环运输到全身各处。进入组织细胞后，葡萄糖主要用于氧化分解释放能量，最终生成CO2和H2O，并排入内环境中。CO2通过血液循环被运输到肺，通过呼吸系统排出体外；而多余的水主要在肾中通过形成尿液排出体外(其他合理答案也可)。练习与应用⇨P6一、概念检测1．(1)×　(2)√　(3)√　(4)√提示：水泡是由长时间摩擦导致部分毛细血管的通透性增大，部分血浆蛋白进入组织液，组织液的渗透压增大，从而使组织液增多而形成的。水泡的成分中水的含量最高。2．B　解析：膀胱内的尿液、肺泡腔内的气体、小肠腔的消化液属于外界环境中的物质，不属于人体内环境。3．提示：(1)肺，胃和小肠等消化器官，肾　(2)食物的消化和营养物质的吸收　(3)肾小管和集合管的重吸收作用二、拓展应用提示：不会影响血浆的pH。原因详见本章第2节。