物質穿越細胞膜的活動
進階物質進出細胞靠擴散、滲透和主動轉運：前兩者屬被動過程，順濃度或水勢方向進行，主動轉運則逆方向並消耗能量；用水勢概念可以解釋植物細胞的質壁分離和紅血球的溶血現象。
- 物質進出細胞的三種主要方式：擴散（順濃度梯度）、滲透（水經半透膜、由高水勢去低水勢）、主動轉運（逆濃度梯度、耗能）。
- 溶液越濃，水勢越低；滲透時水永遠由高水勢流向低水勢。
- 植物細胞在高滲溶液中質壁分離，在純水中硬脹；細胞壁是關鍵保護。
文體小知識：科學知識說明文——講解擴散、滲透和主動轉運三種物質進出細胞的方式，並用水勢概念解釋質壁分離與溶血現象。
§課文原文 Passage
1細胞膜具選擇通透性，有些物質容易穿過，有些則被擋下。物質進出細胞主要有三種方式：擴散、滲透和主動轉運。前兩者屬被動運輸，不需要細胞提供能量；主動轉運則要消耗能量，兩類方式的分別是本課的主線。
2擴散是分子或離子由濃度較高處向濃度較低處的淨移動，即順濃度梯度進行。肺部的氣體交換就是典型例子：肺泡內氧氣濃度高於血液，氧氣擴散入血；血液中二氧化碳濃度高於肺泡，二氧化碳擴散出肺，全程不需消耗能量。
3滲透是水分子經半透膜、由水勢較高的一方向水勢較低的一方的擴散。純水的水勢最高；溶液越濃，水勢越低。細胞沒有口，水進出細胞全靠滲透，方向完全由兩側水勢的高低決定。
4主動轉運剛好相反：細胞利用膜上的載體蛋白，把物質由低濃度一側逆濃度梯度運往高濃度一側，過程消耗呼吸作用提供的能量。根毛細胞吸收土壤中的礦物離子、腸壁細胞吸收葡萄糖，都靠主動轉運。
5把細胞放進不同濃度的溶液，後果截然不同：植物細胞放進較濃溶液會質壁分離，紅血球放進蒸餾水會溶血。細胞吞噬則是白細胞包圍並吞下細菌的大規模運送方式，同樣以細胞膜的流動性為基礎。
1重點摘要 Summary
物質進出細胞靠擴散、滲透和主動轉運：前兩者屬被動過程，順濃度或水勢方向進行，主動轉運則逆方向並消耗能量；用水勢概念可以解釋植物細胞的質壁分離和紅血球的溶血現象。
2生字卡 Vocabulary
分子或離子由濃度較高處向濃度較低處的淨移動，屬被動過程，不需耗能。
兩區域之間的濃度差；順濃度梯度即由高濃度走向低濃度。
水分子經半透膜、由水勢較高一方向水勢較低一方的擴散。
只讓某些分子（例如水）通過、擋住其他分子（例如蔗糖）的膜。
量度水向外移動的趨勢；純水水勢最高，溶液越濃水勢越低。
細胞利用載體蛋白逆濃度梯度運送物質，需要呼吸作用提供能量。
植物細胞失水時，細胞膜連同細胞質收縮、與細胞壁分離的現象。
紅血球在低滲溶液中大量吸水而脹破、血紅素流出的現象。
植物細胞吸水後，內容物推壓細胞壁所呈現的飽滿堅挺狀態。
細胞伸出細胞膜包圍並吞下大件顆粒（例如細菌）的耗能過程。
3逐步講解 Steps
- 第一步：細胞膜——選擇通透的關卡細胞膜的磷脂雙層讓氧、二氧化碳等小分子自由通過，水分子細小也能穿過；但葡萄糖、氨基酸和離子等則受膜上蛋白質控制，不能隨意進出。這種選擇通透性令細胞可以維持與外環境不同的內部成分。舉個例子：紅血球內鉀離子濃度遠高於血漿，正是靠膜上蛋白質的精準控制，才能長期保持這種差異。
- 第二步：擴散擴散是分子或離子由濃度較高區域向濃度較低區域的淨移動，順濃度梯度進行，屬被動過程，不需細胞耗能。溫度越高、濃度差越大、距離越短，擴散越快。舉個例子：在肺部，肺泡內氧氣濃度高於血液，氧氣擴散入血；血液中二氧化碳濃度高於肺泡，二氧化碳擴散出肺，整個過程不消耗能量。
- 第三步：滲透與水勢滲透是水分子經半透膜進行的特殊擴散：水由水勢較高的一方流向水勢較低的一方。水勢可理解為水的自由程度：純水水勢最高，溶液越濃，溶質越多，水勢越低；半透膜只讓水通過、擋住溶質。舉個例子：用鹽醃黃瓜，黃瓜出水變軟，因為鹽溶液水勢低，黃瓜細胞內的水經滲透流出。
- 第四步：植物細胞在高滲溶液——質壁分離把植物細胞放進較濃的蔗糖溶液，外液水勢低於細胞液水勢，水經細胞膜向外流出，液泡縮小，細胞質連同細胞膜向內收縮，與堅韌的細胞壁分離，這現象稱為質壁分離。若把細胞放回清水，水重新流入，質壁分離可以復原，證明細胞仍然存活。舉個例子：施肥過濃會燒傷作物，正是土壤溶液水勢低於根細胞，令根部反常失水。
- 第五步：植物細胞在純水——硬脹純水的水勢最高，把植物細胞放進清水，水不斷滲入液泡，細胞內容物向外推壓細胞膜，細胞膜再推壓細胞壁，令細胞飽滿堅挺，稱為硬脹。細胞壁堅韌，阻止細胞無限吸水脹破，這是植物細胞與動物細胞的關鍵分別。舉個例子：菜市場的蔬菜不時灑水，就是令細胞保持硬脹，賣相挺直新鮮；缺少硬脹，植株便會萎蔫。
- 第六步：紅血球與溶血紅血球沒有細胞壁，只有一層細胞膜。把它放進蒸餾水，外液水勢遠高於細胞內，水大量湧入，細胞不斷脹大，最後細胞膜破裂，血紅素流出，溶液轉為透明的紅色，這現象稱為溶血。若放進高濃度鹽水，紅血球則失水皺縮。舉個例子：靜脈輸液必須用與血液等滲的溶液，若誤用蒸餾水，紅血球會大量溶血，後果嚴重。
- 第七步：主動轉運主動轉運利用細胞膜上的載體蛋白，把物質由低濃度一側運往高濃度一側，逆濃度梯度進行，每一步都要消耗呼吸作用提供的能量；能量供應停止，主動轉運便停頓。舉個例子：根毛細胞吸收土壤中的硝酸鹽離子、小腸壁細胞把葡萄糖吸收進血液，即使外側濃度較低仍照樣吸收，靠的就是主動轉運；氰化物令細胞無法產能，主動轉運隨即停止。
- 第八步：細胞吞噬對於細菌、細胞碎片等大件顆粒，細胞運用另一種方式：細胞膜先伸出偽足包圍目標，再向內摺疊融合，把顆粒裹進細胞內形成小泡，這過程稱為細胞吞噬，需要消耗能量。舉個例子：白細胞在傷口處包圍並吞下細菌，正是細胞吞噬；單細胞的變形蟲也用同一方式攝食，可見這機制的古老與普遍。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
例題：把一片洋蔥表皮放在濃蔗糖溶液中，數分鐘後在顯微鏡下觀察；另把一滴紅血球懸液加入蒸餾水。試解釋兩項實驗預期出現的結果。
- 濃蔗糖溶液的水勢低於洋蔥表皮細胞的水勢，水分子經細胞膜由細胞內向外淨流出。
- 液泡縮小，細胞膜連同細胞質向內收縮，與細胞壁分離——這就是質壁分離，細胞變得軟縮。
- 蒸餾水的水勢最高，高於紅血球內的水勢，水分子大量滲入紅血球。
- 紅血球沒有細胞壁保護，不斷脹大直至細胞膜破裂，血紅素流出——這就是溶血。
- 答案：洋蔥表皮在濃蔗糖溶液中，因水由高水勢流向低水勢而質壁分離；紅血球在蒸餾水中因水勢差而不斷吸水，終致溶血。兩例的共同原則是水永遠由高水勢流向低水勢，分別只在植物細胞有細胞壁支撐而紅血球沒有，所以一個質壁分離、一個脹破。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1擴散的定義是什麼？
Q2滲透與一般擴散有什麼分別？
Q3為什麼主動轉運需要能量？能量從何而來？
Q4把植物細胞放進高滲溶液會出現什麼現象？
Q5紅血球放進蒸餾水為什麼會爆裂，而植物細胞不會？
8重點回顧 Recap
- 物質進出細胞的三種主要方式：擴散（順濃度梯度）、滲透（水經半透膜、由高水勢去低水勢）、主動轉運（逆濃度梯度、耗能）。
- 溶液越濃，水勢越低；滲透時水永遠由高水勢流向低水勢。
- 植物細胞在高滲溶液中質壁分離，在純水中硬脹；細胞壁是關鍵保護。
- 紅血球在蒸餾水中會溶血，因為它沒有細胞壁。
- 細胞吞噬讓白細胞吞下細菌，靠細胞膜的流動性，屬耗能過程。