4.1被动运输课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

我国的高血压一直居高不下，高血压已成为主要的健康杀手。治疗高血压有很多一线用药，其中一种是“钙通道阻滞剂”。 钙通道阻滞剂是针对细胞膜上物质运输的通道研发的，你知道这是为什么吗？ 细胞是一个开发的系统，系统的边界——细胞膜不仅是将细胞与外界隔开的屏障，也是控制物质进出细胞的门户 细胞膜是怎样控制物质输入和输出的呢？ 不同的物质跨膜运输的方式一样吗？这与细胞膜的结构有什么关系呢？ 第4章 细胞的物质输入和输出 第1节 被动运输 本节聚焦： 1.细胞在什么情况下吸水或失水？ 2.植物细胞的质壁分离与复原现象说明什么？ 3.两种被动运输的方式有什么异同？ 1.漏斗管内的液面为什么会升高？ 问题探讨 说明：溶液中的溶质微粒对水有吸引力，单位体积中溶质微粒越多，对水的吸引力越大。 两溶液的水分子双向运动，但由于漏斗中的蔗糖溶液对水的吸引力强，因此单位时间内，由清水进入蔗糖溶液的水分子数多于从蔗糖溶液进入清水的分子数，最终使漏斗管内的液面升高。 渗透现象实验（视频） 3 2.如果漏斗足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？ 蔗糖溶液 清水 蔗糖溶液对水的吸引力（F1) 水柱产生的压力（F2) 随着液面上升，水柱产生的压力F2逐渐增大，当F2=F1时,此时半透膜两侧水分子交换速率相等，液面不再升高。 问题探讨 3.当漏斗内溶液不再上升时，半透膜两侧的溶液浓度相等吗？ 不等。此时水柱高度产生的压力F2与蔗糖溶液对水的吸引力F1达到平衡，水分子通过半透膜的双向扩散速率相等，但漏斗内蔗糖溶液的浓度仍高于烧杯中清水浓度。若溶液浓度相等，则吸引力F1=0，无法抵消高度产生的压力F2。 4 4.如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？ 蔗糖溶液 清水 问题探讨 5.如果烧杯中不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样？ 半透膜两侧溶液浓度相同，水分子双向运动速率相同，漏斗中的液面将保持不变。 不会，纱布不是半透膜，孔隙大，可溶于水的物质都能够自由通过，因此水分子和蔗糖分子都能通过。 5 水进出细胞的原理 将一滴红墨水滴入一杯清水中，清水很快就变成了红色，这是溶质分子在水中 的结果。 我们把水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为 。 扩散 渗透作用 渗透作用概念 渗透作用发生条件 ①具有半透膜 ②半透膜两侧溶液存在浓度差 渗透作用中水的运输方向 溶液浓度高 溶液浓度低 水分子多 水分子少 半透膜 水（溶剂） 蔗糖（溶质） 某科研小组设计如图所示的渗透装置，其中蔗糖不能透过半透膜，漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，液面不动(渗透平衡)时液面差为Δh。下列说法正确的是(　　) A．渗透平衡后S1和S2浓度的大小关系为S1＝S2 B．渗透平衡后无水分子通过半透膜 C．漏斗中溶液液面上升速率逐渐加快 D．向漏斗内加适量清水Δh将变小 D 应为：S1＞S2，× 水分子进出达到动态平衡，× S1与S2浓度差逐渐减小，速率逐渐减慢，× S1浓度减小，S1与S2浓度差减小，Δh变小，√ 若将题中的蔗糖溶液改为溶质能通过半透膜的葡萄糖溶液，渗透平衡时液面如何变化?半透膜两侧溶液的浓度大小如何？ Δh=0 S1＝S2 所以，水进出动物细胞的原理是： 外界溶液浓度 = 细胞的浓度 外界溶液浓度 ＜ 细胞的浓度 外界溶液浓度 ＞ 细胞的浓度 细胞形态不变 细胞吸水膨胀 细胞失水皱缩 等渗溶液 低渗溶液 高渗溶液 1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？ 这些有机物相当于“问题探讨”所示装置中的什么物质？ 2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？ 3.红细胞吸水和失水取决于什么条件？ 4.水进出红细胞是否满足渗透作用发生的两个条件？ 蔗糖分子 是 红细胞内外溶液的浓度差 渗透作用 不能 满足 水进出细胞的原理 将哺乳动物的红细胞放入不同的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下的变化 将兔的红细胞置于不同浓度蔗糖液中，浸泡半小时之后的结果如图。依照红细胞形态的变化判断蔗糖溶液的浓度，由高到低排列正确的是（ ） D 甲　 　 乙 丙　　 丁 吸水涨破 吸水膨胀 失水皱缩 水进出动态平衡 A．甲＞乙＞丙＞丁 B．丁＞甲＞乙＞丙 C．丙＞丁＞甲＞乙 D．丙＞乙＞丁＞甲 想一想临床上输液为什么要用生理盐水？（质量分数为5%的葡萄糖溶液） 都是血浆的等渗溶液，其目的是维持细胞的正常形态和生命活动。 水进出其他动物细胞的原理与进出红细胞的原理是一样的，都是通过 。 渗透 作用 水又是怎样进出植物细胞的呢？ 成熟植物细胞模式图 ① ② ③ ④ 细胞膜 细胞质 液泡膜 细胞液 细胞壁 全透性，伸缩性比较小 原生质层 注：水进出植物细胞，主要是指 水经过原生质层进出液泡。 思考 能否把整个原生质层看作是一层半透膜呢？水进出植物细胞是通过渗透作用吗？ 1.当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞液中的水就透过 进入外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的 。当细胞不断失水时，由于原生质层比细胞壁的伸缩性 ，原生质层与细胞壁逐渐分离开来，就发生 现象。 原生质层是否相当于一层半透膜？水分进出细胞是通过渗透作用吗？ 原生质层相当于一层半透膜， 水分通过渗透作用进出植物细胞。 提出问题 作出假设 实验设计思路 进行实验，记录结果 分析结果，得出结论 表达和交流 探究植物细胞的吸水和失水 探究·实践 注意：作假设不是凭空猜测，而是根据已有的知识和经验作出合理的推断。 原生质层 收缩 大 质壁分离 当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，原生质层又会慢慢恢复成原来的状态，发生 现象。 质壁分离复原 2.如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？ 3.如何看到细胞，需要借助到什么材料和用具？ 4.对实验结果作出预测——细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化？ 提供蔗糖溶液使细胞外溶液浓度升高，提供清水使细胞外溶液浓度降低。 显微镜观察装片 探究植物细胞的吸水和失水 探究·实践 提出问题 作出假设 实验设计思路 进行实验，记录结果 分析结果，得出结论 表达和交流 原生质层中有颜色的材料 液泡色素 叶绿体色素 液泡的大小、颜色深浅；原生质层的位置 实验思路： ①制作临时装片, 观察植物细胞正常形态； ②将植物细胞浸润在 较高浓度的蔗糖溶液中，观察……；③再将植物细胞浸润在清水中，观察……。 成熟植物细胞 液泡有颜色便于观察; 黑藻叶片细胞 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞 进行实验 探究植物细胞的吸水和失水 探究·实践 (一)选择材料 有细胞壁 有大液泡 可使用较多叶绿体的材料， 如观察黑藻叶绿体分布情况判断细胞是否发生质壁分离现象 若液泡无色，可在外界溶液中加染料便于观察。 干种子的细胞、根尖分生区等未成熟的植物细胞、死细胞、动物细胞不能发生质壁分离。 13 进行实验 探究植物细胞的吸水和失水 探究·实践 (二)方法步骤 记录结果 探究植物细胞的吸水和失水 探究·实践 (三)过程和结果的分析 1.实验过程共显微观察了 次 形成对照 试剂现象 中央液泡大小和颜色 原生质层的位置 细胞大小 蔗糖溶液 清水 逐渐变小，颜色逐渐变深 逐渐变大，颜色逐渐变浅 与细胞壁逐渐分离 逐渐恢复到原来的状态 基本不变 基本不变 3 第一次观察 第二次观察 第三次观察 三次观察均在 倍显微镜下 低 第一次观察的目的是什么？ 2.第二次观察：细胞在质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，一段时间后，该细胞发生了 的现象，细胞的吸水能力如何变化： 。 逐渐增强 分析结果 探究植物细胞的吸水和失水 探究·实践 (三)过程和结果的分析 0.3g/ml蔗糖溶液下看到的细胞 质壁分离 3.第三次观察:清水处理后，看到 现象。 质壁分离的复原 清水处理 植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。 分析结果，得出结论 探究植物细胞的吸水和失水 探究·实践 5.你的结论是： 4.植物细胞发生质壁分离与复原的原因： 内因： 。 外因： 原生质层比细胞壁的伸缩性大！ 当 时，发生质壁分离； 当 时，发生质壁分离的复原； 清水处理 0.3g/ml蔗糖溶液处理 细胞液浓度<外界溶液浓度 细胞液浓度>外界溶液浓度 下列关于植物细胞的吸水和失水实验的叙述,正确的是（ ） A.紫色洋葱根尖分生区细胞可以作为实验材料 B.质壁分离指的是细胞壁与细胞质的分离 C.植物细胞吸水能力与质壁分离程度呈负相关 D.在低浓度的外界溶液中，细胞因吸水会涨破 E.该实验可用于探究植物细胞细胞液的浓度大小 E 质壁分离与复原实验的可以有哪些用途？ 待测成熟植物细胞 一系列浓度梯度的蔗糖溶液 镜检 细胞液浓度介于未发生质壁分离和刚发生质壁分离的两蔗糖溶液浓度之间 1 测定细胞液浓度范围 2 比较未知浓度溶液的浓度大小 同一植物的 相同成熟细胞 未知浓度的溶液 镜检 发生质壁分离所需时间越短，未知溶液的浓度越 ，反之则未知溶液的浓度越 。 大 小 判断成熟植物细胞的生物活性 待测成熟植物细胞 一定浓度 蔗糖溶液 镜检 发生质 壁分离 无质壁 分离 细胞 细胞 3 比较不同植物细胞的细胞液浓度大小 不同植物细胞 同一较高浓度蔗糖溶液 镜检 发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越 ，反之则细胞液浓度越 。 4 小 大 活 死 5 鉴别不同种类的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液） 成熟植 物细胞 不同种 类溶液 镜检 只发生 质壁分离 质壁分离 后自动复原 溶质 透过半透膜（如蔗糖溶液） 溶质 透过半透膜（如KNO3溶液） KNO3溶液 不能 能 用浓度为2mol·L-1乙二醇溶液和2mol·L-1蔗糖溶液分别浸泡某种植物细胞,观察细胞的质壁分离现象,得到其原生质体(去除细胞壁的植物细胞)体积变化如下图所示。回答问题 (1)在2min后，处于2mol·L-1乙二醇溶液中细胞的原生质体体积的变化是由于 逐渐进入细胞内，引起细胞液的浓度 。 乙二醇 增大 KNO3、NaCl、甘油……处理也可出现质壁分离后又自动复原现象 在实验开始的 (2)乙二醇溶液中是 时候开始进入细胞。 (3)2mol·L-1的蔗糖溶液处理细胞，能发生质壁分离，之后用清水处理后还能观察到质壁分离复原现象吗？为什么？ 不能！ 因为蔗糖溶液浓度太高，细胞过度失水而死亡。 植物体内有三个相邻的细胞a、b、c,已知它们的细胞液浓度大小关系是a>b>c,那么它们三者之间水分渗透的方向表示正确的是(　　) C 23 在观察植物细胞的质壁分离和复原的过程中，某同学在视野中看到生活着的洋葱表皮细胞正处于如图所示的状态。a、b表示该部位的溶液浓度，由此可推测(　　) A.a>b，细胞渗透吸水 B.a=b，渗透系统保持动态平衡 C.a<b，细胞渗透失水 D.上述三种情况都有可能 D 24 某同学用紫色洋葱鳞片叶外表皮为材料进行实验，探究蔗糖溶液、清水处理外表皮后，外表皮细胞原生质体和液泡的体积及细胞液浓度的变化。图中所提到的原生质体是指植物细胞不包括细胞壁的部分。下列示意图中能够正确表示实验结果的是(　 ) C 像水分子这样，物质以 进出细胞, 消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种物质跨膜运输方式称为 。分为 两类。 扩散方式 不需要 被动运输 自由扩散 协助扩散 用30%蔗糖溶液处理紫色洋葱鳞片叶外表皮，细胞失水，随着时间的延长，原生质体和液泡的体积均减小，细胞液浓度升高，用清水处理后，细胞吸水，原生质体和液泡的体积均逐渐恢复，细胞液浓度降低，A、B错误。 当蔗糖溶液浓度小于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，细胞吸水，由于有细胞壁的阻碍，原生质体和液泡的体积均略微增加，此时细胞液浓度略微降低；当蔗糖溶液浓度大于紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液浓度时，细胞失水，且随着蔗糖溶液浓度的增加，细胞失水增多，原生质体和液泡的体积均逐渐减小，细胞液浓度增加，C正确，D错误。 25 (1)概念: (3)特点： ①顺浓度梯度运输 ②不需要转运蛋白协助 ③不消耗能量 (2)实例: 水、气体(O2、CO2)、脂溶性小分子(尿素、甘油、乙醇、苯) (4)影响因素: 浓度差、温度 (高浓度 低浓度) 浓度差 扩散速度 转运蛋白/能量 扩散速度 O2（能量） 扩散速度 膜两侧的分子浓度差越大，扩散速率越快 自由扩散和协助扩散 1.自由扩散（简单扩散） 物质通过 作用进出细胞 简单扩散 借助膜上的 进出细胞的物质扩散方式 (1)概念： (2)特点： (3)举例： ①顺浓度梯度运输 ②需要转运蛋白 ③不需要消耗能量 ①葡萄糖进入红细胞——载体蛋白 ②大部分水分子进出——水通道蛋白 ③神经纤维上Na+内流，K+外流——离子通道蛋白 2.协助扩散（易化扩散） 转运蛋白 (4)影响因素 ①温度（转运蛋白的活性）②膜内外两侧物质浓度差 ③转运蛋白的数量 O2（能量） 扩散速度 转运蛋白 扩散速度 浓度差 扩散速度 P P点后速率受转运蛋白数量限制 P点后速率受转运蛋白数量限制 P 分为 两种。 载体蛋白和 通道蛋白 载体蛋白 细胞膜 1.专一性 2.饱和性 3.每次转运时都会发生自身构象的改变。 4.可重复利用。 3.载体蛋白 转运对象： 与自身 的分子或离子 结合部位相适应 特点： （一种载体蛋白只能运送一种或性质非常相似的一类物质） （所有载体蛋白都已承担相应运输任务时，运输的速度不再因其他条件而加快） 细胞膜 通道蛋白 水通道蛋白模式图 钾离子通道模式图 研究表明，水分子更多借助细胞膜上的水通道蛋白 以 方式进出细胞。 协助扩散 4.通道蛋白 水通道蛋白；离子通道蛋白 转运对象： 与自身通道的 相适配、 相适宜的分子或离子 直径和形状 大小和电荷 特点： 1.转运分子 与通道蛋白结合 2.专一性（特异性） 3.没有饱和值 4.并非连续性开放 不需要 B 水是一种极性小分子，研究发现水分子通过细胞膜的方式有两种 （如图所示），下列相关叙述错误的是（　　） A. 结构a分子的尾部有屏障细胞内外环境作用 B. 方式1是水进出细胞的主要方式 C. 方式2中，水分子不与通道蛋白结合 D. 水通道蛋白障碍的植物细胞在高渗溶液中仍能发生质壁分离 下图表示物质跨膜运输的一种方式,下列有关分析正确的是(　　) A.这种转运方式可逆浓度梯度进行 B.乙醇分子是以这种方式进入细胞的 C.细胞产生的能量增加会提高该物质的运输速率 D.转运蛋白在物质转运过程中形状会发生改变 D 细胞的物质输入和输出 细胞的吸水和失水 自由扩散 渗透作用的两个条件 动物细胞 特点： 植物细胞 半透膜 浓度差 外界溶液浓度＜细胞液浓度 外界溶液浓度＜细胞液浓度 外界溶液浓度=细胞液浓度 外界溶液浓度＜细胞液浓度 外界溶液浓度>细胞液浓度 质壁分离超过一定限度不能复原 例子： 协助扩散 特点： 例子： 转运蛋白： 课堂小结 细胞吸水 细胞形态不变 细胞失水 质壁分离 质壁分离复原 顺浓度梯度，不需要转运蛋白，不需要能量 水、气体分子；甘油、乙醇、苯等脂溶性物质 顺浓度梯度，需要转运蛋白，不需要能量 红细胞吸收葡萄糖 载体蛋白和通道蛋白 Lavf55.33.100 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$