4.1被动运输课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

糖拌番茄 4.1被动运输 ￭ 解释生活现象 扩散：分子从相对含量高的地方向相对含量低的地方自由运动，最后均匀分布的现象。 思考：水也是通过这样的扩散作用进出细胞的吗？ 图1 扩 散 ￭ 渗透装置 蔗糖溶液 清水 玻璃纸 半透膜：一种只允许某些物质透过，而不允许其他物质透过的多孔性薄膜。 玻璃纸（赛璐玢） ￭ 渗透现象 【思考·讨论】 漏斗管内的液面为什么会升高？如果漏斗足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？ 如果烧杯内不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？ 如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？ ￭ 水的渗透作用 思考1：漏斗管内的液面为什么会升高? 水会顺梯度从自身相对含量高的区域往低的区域扩散。 ￭ 水的渗透作用 思考1：漏斗管内的液面为什么会升高? 水会顺梯度从自身相对含量高的区域往低的区域扩散。 不是，水分子是双向扩散的。 单位时间内由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于由蔗糖进入清水中的水分子数。 水分子只能从烧杯扩散到漏斗，而不能从漏斗向下扩散到烧杯吗？ ￭ 水的渗透作用 ￭ 水的渗透作用 渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。（教材p62最后一段） 思考2：扩散作用和渗透作用相等吗? 渗透作用 扩散 扩散：适用于各种物质 渗透：仅指溶剂分子通过半透膜的扩散 （特殊的扩散作用） ￭ 水的渗透作用 思考3:如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗?为什么? 不能。当管内的液面上升到一定高度后，管中的水柱产生的压力，将加快漏斗中水分向外扩散的速度，最终达到平衡，液面将不再上升。 ￭ 水的渗透作用 思考3:如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗?为什么? 液面高度不再变化时，还有水分子进出半透膜吗？ 液面高度不变时，水分子仍进出半透膜，只是进出达到了动态平衡。 不能。当管内的液面上升到一定高度后，管中的水柱产生的压力，将加快漏斗中水分子向外扩散的速度，最终达到平衡，液面将不再上升。 ￭ 水的渗透作用 不等，漏斗中溶液浓度仍然高于烧杯。 液面高度不再变化时，烧杯和漏斗中浓度相等吗？ ￭ 水的渗透作用 思考4：如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗? 液面不会升高。 纱布不是半透膜，孔隙很大，水分子和蔗糖分子都能通过。 条件一 ：半透膜 蔗糖溶液 清水 玻璃纸 ￭ 水的渗透作用 思考4：如果将烧杯内的清水换成相同浓度的蔗糖溶液，液面如何变化？为什么？ 30%蔗糖溶液 30%蔗糖溶液 玻璃纸 液面不变。单位时间进出半透膜水分子量相同。 条件二：浓度差 ￭ 水的渗透作用 半透膜 膜两侧的溶液具有浓度差 渗透作用的条件 ▌小总结： 思考5：渗透作用中水的总体运输方向是怎样的？ 含水量高－－ 低浓度溶液－ －渗透压低 含水量低－－ 高浓度溶液－ －渗透压高 半透膜 水（溶剂） 渗透压：溶质分子对水的吸引力 ￭ 渗透装置的常见类型与应用 ￭ 水的渗透作用 渗透平衡时 , 半透膜两侧的水分子运动的速率　　　　； 分析初始时的浓度大小为：S1________S2 ； 当Δh稳定时，浓度大小为：S1________S2 。 若A中两溶液互换，观察的现象为 。 相等 > > 技巧： 因为有高度差，因此平衡时也存在浓度差，原本浓度高的仍然是相对高的。 若没有高度差，则平衡时半透膜两侧的浓度是相等的。 ▌植物细胞和动物细胞会发生吸水和失水吗？ 你能举出哪些生活中的例子？ ￭ 细胞的吸水和失水 水分子透过细胞膜进出细胞也是渗透作用原理吗？ ￭ 动物细胞的吸水和失水 实验材料： 哺乳动物成熟的红细胞、不同浓度的NaCl溶液 ￭ 动物细胞的吸水和失水 ￭ 动物细胞的吸水和失水 低渗溶液 细胞吸水膨胀 细胞质的浓度 外界溶液的浓度 ＞ 高渗溶液 细胞失水皱缩 外界溶液的浓度 细胞质的浓度 ＞ 等渗溶液 细胞形态不变 外界溶液的浓度 细胞质的浓度 = ￭ 动物细胞的吸水和失水 【思考·讨论】 结合课本63页图4-1水进出哺乳动物的实验现象， 小组合作完成本页的“思考讨论”中的5个问题 ▌红细胞内的血红蛋白等有机物能透过细胞膜吗？这些有机物相当于“问题探讨”所示装置中的什么物质？ 不能透过细胞膜，血红蛋白类似于问题探讨的蔗糖 ▌红细胞的细胞膜是不是相当于半透膜？ ￭ 动物细胞的吸水和失水 是，细胞膜等生物膜具有选择透过性，允许水分子通过而不让血红蛋白通过，是更加严格的半透膜 ▌当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？ 不一定，浓度差较小则不会 ▌红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？ 浓度差。浓度差越大，细胞吸水或失水越多。 ￭ 动物细胞的吸水和失水 ▌临床上输液为什么要用生理盐水 生理盐水浓度与血浆的浓度基本一致，血细胞不会因为过度吸水或失水而出现形态和功能上的异常。 血浆中的红细胞 ￭ 动物细胞的吸水和失水 实验结论： 水进出动物细胞的原理是（ ） 渗透作用 半透膜： 膜两侧浓度差： 细胞膜 细胞质与外界溶液间存在的浓度差 ￭ 植物细胞的吸水和失水 对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。 将有些萎蔫的菜叶浸泡在清水中，不久，菜叶就会变的硬挺。 水分子进出植物细胞也是渗透作用原理吗？ 成熟的植物细胞的结构 ￭ 植物细胞的吸水和失水 液泡膜 细胞质 原生质层 细胞壁 （全透性、伸缩性小） 细胞膜 细胞核 细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。 （伸缩性大） →半透膜 植物细胞内的液体环境主要指的是液泡内的细胞液。 水进出植物细胞主要指水通过原生质层进出液泡 ￭ 植物细胞的吸水和失水 小结： 水进出植物细胞的原理是（ ） 渗透作用 半透膜： 膜两侧浓度差： 原生质层 细胞液与外界溶液间存在的浓度差 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 提出问题 做出假设 设计实验 实施实验 分析结果 得出结论 表达交流 水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是一层半透膜吗？ 水分进出植物细胞是渗透作用，原生质层相当于一层半透膜 蔗糖溶液中细胞的液泡变小，细胞皱缩；清水中细胞的液泡变大，细胞膨胀。 预期结果： 将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察液泡、原生质层及细胞大小的变化；再浸润 在清水中，观察其大小的变化。 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 提出问题 做出假设 设计实验 实施实验 分析结果 得出结论 表达交流 材料用具：紫色洋葱鳞片叶、质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液、清水、刀片、镊子、滴管、盖玻片、吸水纸、显微镜等。 外表皮细胞 选择紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞，是因为其具有中央大液泡，且细胞液呈紫色，易观察液泡的大小变化。 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 制作紫色洋葱鳞片叶外表皮临时装片 低倍显微镜下观察 0.3g/ml的蔗糖溶液 吸水纸引流 重复几次 低倍显微镜下观察 滴放清水 吸水纸引流 低倍显微镜下观察 重复几次 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 正常状态 高浓度状态 低浓度状态 图像 液泡变化 原生质层位置 正常大小 逐渐变小，颜色变深 恢复原来大小，颜色变浅 原生质层 紧贴细胞壁 原生质层逐渐脱离细胞壁 原生质层逐渐 贴近细胞壁 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 提出问题 做出假设 设计实验 实施实验 分析结果 得出结论 表达交流 结论： (1)植物细胞的原生质层相当于一层半透膜； (2)植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。 细胞失水，原生质层与细胞壁分离开来 细胞吸水，与细胞壁分离的原生质层慢慢恢复原来的状态 当外界溶液浓度 > 细胞液浓度 当外界溶液浓度 < 细胞液浓度 质壁分离 质壁分离复原 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 活细胞 、有细胞壁 、有大液泡的成熟植物细胞 （根尖分生区细胞不发生） 紫色洋葱鳞片叶内表皮细胞？ 紫色洋葱鳞片叶内表皮是成熟的植物细胞，含有大液泡，能发生质壁分离及复原，但液泡无色，直接观察现象不明显（可以加少量红墨水） ①材料选择： 注意事项 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 引流时要重复几次，目的是使盖玻片下面的洋葱鳞片叶表皮细胞完全浸入在加入的液体。 ②引流 ③观察时间 加入蔗糖溶液后不宜停留过长时间，防止细胞长时间处于高渗溶液中，因过度失水而死亡。 注意事项 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 注意事项 如果所用溶液中的溶质为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。 ④外部溶液浓度： ⑤质壁分离的自动复原 0.3g/mL的蔗糖溶液 选择对细胞无毒害作用，浓度适中的外界溶液 盐酸、酒精、醋酸能杀死细胞，不适合 浓度过高会导致细胞失水过多而死亡 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 进一步探究 Q1:植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？ 不会。（因为细胞壁具有保护和支持的作用） 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 进一步探究 Q2:实验中共涉及几次显微镜观察？其中第一次观察的目的是什么？ 三次低倍镜观察； 观察细胞正常形态，与处理后形态对照。 Q3:本实验有几次对照？该对照方法是什么？ 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 进一步探究 第一次对照 滴加蔗糖溶液 滴加清水 第二次对照 质壁分离 质壁分离复原 三次观察两次对照 自身对照是指对照组和实验组在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照 ①0. 3g/ml的蔗糖溶液 浓度只高一点的蔗糖 高出很多的高浓度蔗糖 ③较高浓度盐酸/醋酸 ②较高浓度KNO3溶液 浓度过高 ~ 不明显 ~ 明显但不能复原(死亡） ~ 且会自动复原 细胞吸收 ~ 明显但不能复原(死亡） 不发生 ~（直接杀死细胞） 质壁分离，加清水后复原 ▌思考：实验滴加的是0. 3g/ml的蔗糖溶液，如果滴加过高或者过低浓度的蔗糖溶液会有什么后果？ → 所以就可以根据现象来分辨不同溶液 ￭ 植物细胞的吸水和失水 【探究·实践】植物细胞的吸水和失水 细胞壁和原生质层之间的空隙充满的是什么？ 第一次观察 a 再次滴加清水溶液后观察 c 滴加蔗糖溶液后观察 b 仅凭图b能否判断细胞细胞正在发生质壁分离？ 不能，也可能正在发生质壁分离的复原 稀释后的蔗糖溶液 细胞壁 原生质层 外界溶液＊ 液泡（细胞液） ￭ 植物细胞的吸水和失水 ￭ 植物细胞的吸水和失水 1. 质壁分离，“质”和“壁”分别指的是什么呢？ “质”指原生质层，“壁”指细胞壁 2.质壁分离的原因 质壁分离 ＋ 原因 外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度 内因： 细胞壁伸缩性小，具有全透性 原生质层伸缩性大，具有选择透过性 ￭ 植物细胞的吸水和失水 成熟植物细胞能与外界溶液发生渗透作用。 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，发生质壁分离； 当外界溶液浓度小于细胞液浓度时，细胞吸水，发生质壁分离的复原。 3.质壁分离的表现 表现 宏观上：植物由坚挺→萎蔫 微观上： 液泡（大→小） 细胞液颜色（浅→深） 原生质层与细胞壁分离 4.实验结论 ▌与生活的联系 ▌农作物施肥有“烧苗”现象：一次施肥过多，会使土壤溶液浓度过高，大于植物细胞溶液的浓度，植物细胞失水或者难以吸水，导致植物萎蔫. ▌食物腌制不易变质。腌制食品的内外都是浓度很高的溶液，微生物在高浓度溶液中严重失水，难以在其中生存和繁衍。 ▌吃瓜子口渴。瓜子表面含有很多盐分导致口腔液体浓度过高，口腔上皮细胞失水。 ￭ 植物细胞的吸水和失水 ▌应用1：分辨不同溶液 ▌应用2：鉴定植物细胞的死活 ￭ 质壁分离的应用 ▌应用3：测定细胞液浓度(需一系列浓度梯度的溶液) ▌应用4：比较各细胞液浓度 ￭ 质壁分离的应用 ￭ 质壁分离的应用 1.将一块新鲜马铃薯切成5块，放在一定浓度的蔗糖溶液中，通过显微镜观察细胞，结果是 蔗糖浓度g/ml 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 质壁分离情况 不发生 不发生 刚发生 发生 发生 则马铃薯的细胞液浓度大约为（ ）g/ml A.0.05—0.10 B.0.10-0.15 C.0.15-0.20 D.0.20-0.25 B ￭ 被动运输 物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。 被动运输包括自由扩散和协助扩散。 糖链 膜蛋白 细胞质 ￭ 被动运输 思考：从细胞膜的结构分析，你认为外界的物质可以如何进入细胞？ 穿过磷脂分子之间的缝隙 借助于膜上的蛋白质 ￭ 被动运输 ▌自由扩散（又称简单扩散）： 物质通过简单的顺浓度梯度扩散进出细胞的方式。 ￭ 被动运输 ▌自由扩散的实例： ①气体小分子（O2、CO2等） ②甘油、乙醇、苯等脂溶性物质 ③H2O（穿过磷脂分子层的速率较慢） ▌Peter和他的同事研究发现，装有一定浓度蔗糖溶液的脂质体，置于清水中。脂质体形态轻微变大。 物质跨膜运输的方式 ￭ 被动运输 Peter将他在人细胞中分离出的“杂蛋白”与脂质体结合。脂质体体积明显逐渐增大，甚至涨破。 ▌结论：水分子主要通过蛋白质的协助进行扩膜运输。 ￭ 被动运输 ▌协助扩散 （又称易化扩散）： 借助膜上转运蛋白进出细胞的物质扩散，不消耗能量。 ￭ 被动运输 通道蛋白： 允许水分子或适当大小的离子顺浓度梯度通过，只参与协助扩散 载体蛋白： 与特定物质结合，通过自身构象变化，将结合物转移到膜另一侧， 参与协助扩散和主动运输。 ￭ 被动运输 载体蛋白：空间构象的改变是载体与被运输物质结合导致的 通道蛋白：允许与自身通道的直径和形状、大小和电荷相适宜的分子或离子通过，不需要分子或离子结合。 协助扩散实例： 水的运输， 少数离子的运输 葡萄糖进入红细胞 ￭ 被动运输 ▌讨论1：有什么异同点？ 共同之处是都不需要细胞消耗能量。 不同之处是：后者需要借助转运蛋白的协助。 ▌讨论2：为什么他们两者被统称为被动运输？ 因为他们都是顺浓度梯度进行的，不需要消耗能量，所以统称为被动运输。 如果是细胞特别需要某种物质，就需要消耗能量来克服这种趋势进行逆浓度梯度运输，即主动运输（下一节讨论）。 ￭ 被动运输 ▌讨论4：什么因素会影响自由扩散和协助扩散的速率 自由扩散和协助扩散受到膜内外浓度差的影响 协助扩散还受到转运蛋白数量的影响 ￭ 被动运输 物质浓度 运输速率 0 协助扩散 自由扩散 P ￭ 被动运输 自由扩散 协助扩散 运输方向 高浓度→低浓度 是否耗能 否 是否需要 转运蛋白 否 是 例子 脂溶性物质（固醇、甘油、脂肪酸等） 气体小分子（O2、CO2、NH3 ） 少部分水 大部分水 红细胞吸收葡萄糖 影响因素 浓度差 浓度差、膜上转运蛋白的种类和数量 ￭ 被动运输 再见 ￭ 水的渗透作用 渗透系统的溶液浓度指的是物质的量浓度，而非质量浓度。 质量分数10%的葡萄糖溶液和质量分数10%的蔗糖溶液，谁物质的量浓度更高？ 葡萄糖溶液物质的量浓度更高。 即单位体积中溶质分子的数目多，溶剂分子的数目少。 一段时间 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.30.100 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$