4.1 被动运输课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修一

必修1：分子与细胞 颜宁（1977.11~至今），山东人，结构生物学家 ，美国国家科学院外籍院士，美国普林斯顿大学教授、博士生导师 ，清华大学生命科学学院兼职教授。1996-2000年，清华大学生物科学与技术系学习；2000-2004年，美国普林斯顿大学分子生物学系学习，获博士学位；2005－2007年，在美国普林斯顿大学分子生物学系从事博士后研究；2007－2017年，清华大学教授、博士生导师；2019年4月30日，当选美国国家科学院外籍院士。2022年11月1日，颜宁回国在深圳创立深圳医学科学院。2023年11月22日，颜宁新当选中国科学院院士。 颜宁主要从事与疾病相关的重要膜转运蛋白、电压门控离子通道的结构与工作机理及膜蛋白调控胆固醇代谢通路的分子机制方面的研究。特别是跨膜转运蛋白的结构生物学研究领域取得了一系列成果，这其中包括具有里程碑意义的人类葡萄糖转运蛋白GLUT1的三维晶体结构；她在离子通道研究领域也卓有建树，为钠离子通道研究贡献了主要结构之一；她还利用最新冷冻电镜技术解析了高通量钙离子通道RyR1的高分辨率结构。 颜宁 第4章 必修1：分子与细胞 细胞的物质输入和输出 第1节 被动运输 学习目标 核心素养要求 1.阐明质膜具有选择透过性。 2. 被动运输的特点。 1. 生命观念：从结构与功能相适应的角度，阐明细胞渗透失水与吸水的原理。 2. 科学思维、科学探究：采用类比推理法，分析不同细胞在不同浓度溶液中的吸水和失水情况。基于给定的事实，进行实验设计、方案实施及结果分析 3.社会责任：基于细胞渗透吸水和失水的原理，能够指导农业生产合理施肥。 被动运输 必修1：分子与细胞 内容1 内容2 水进出细胞的原理 自由扩散和协助扩散 内容聚焦 本节目录 预习检测 预习教材P62~67 ，解决以下问题。 （1）何为渗透作用？细胞在什么情况下会吸水或失水？ （2）何为质壁分离？“质”、“壁”分别指什么结构？ （3）被动运输的方式及特点？ （4）转运蛋白的类型及特征？ （5）自由扩散的定义、特征及影响因素？实例？ 协助扩散的定义、特征及影响因素？实例？ 分子在不停地运动 【解释生活现象1】 1.清水中滴入几滴红墨水，过一段时间，水都染上了红色。 2.在清水中加入糖，一段时间，水变甜。 扩散：分子从相对含量高一侧向相对含量低的一侧运动最后均匀分布的现象。 【生活现象】 1.你吃比较咸的食物时，例如你吃腌制的咸菜，连续嗑盐的瓜子等，你的口腔和唇的黏膜有什么感觉？为什么？ 2.糖拌西红柿放置一段时间后，会出现很多“汁”， “汁”中的水是哪来的？ 【解释生活现象2】 【生活现象】 蔗糖溶液 玻璃纸（半透膜） 清水 半透膜 蔗糖分子 水分子 【问题探讨】 渗透系统 1.渗透作用原理 半透膜：是一种允许某种分子或离子扩散进出的薄膜。(如：膀胱膜、玻璃纸、卵壳膜、鱼鳔、羊皮纸) 根据半透膜是否具有生命现象 非生物膜 生物膜（有活性的生物膜称为选择透过性膜） 如细胞膜 注：选择透过性膜一定是半透膜， 半透膜不一定是选择透过性膜 进一步将半透膜放大，进行微观分析。 可以看到，在半透膜的阻隔下，由于蔗糖分子较大，则无法通过半透膜，而水分子比较小，可以穿过半透膜自由进出。我们知道，水分子和其他溶质分子都在不停的运动中，一滴红墨水滴入清水中，清水很快变红，这是溶质分子在水中扩散的结果，扩散是普遍存在的。 当装有蔗糖溶液的漏斗倒置于装有清水的烧杯中时，烧杯中的水分子能否进入漏斗中？ 由于水分子较小，可以穿过半透膜自由扩散，烧杯中的水分子能否进入漏斗中。 那么漏斗中的蔗糖分子和水分子是否会进入烧杯呢？ 蔗糖分子由于半透膜的阻隔，显然没办法进入烧杯中，但是水分子是可以进入烧杯中。 蔗糖溶液 玻璃纸（半透膜） 清水 半透膜 蔗糖分子 水分子 渗透系统 【问题探讨】 【思考1】 漏斗内的液面为什么会升高？ 单位时间 从清水流入蔗糖溶液中的水分子数 单位时间 从蔗糖溶液流入清水中的水分子数 1.渗透作用原理 溶液渗透压： 指溶液中溶质微粒对水的吸引力。 进一步将半透膜放大，进行微观分析。 可以看到，在半透膜的阻隔下，由于蔗糖分子较大，则无法通过半透膜，而水分子比较小，可以穿过半透膜自由进出。我们知道，水分子和其他溶质分子都在不停的运动中，一滴红墨水滴入清水中，清水很快变红，这是溶质分子在水中扩散的结果，扩散是普遍存在的。 当装有蔗糖溶液的漏斗倒置于装有清水的烧杯中时，烧杯中的水分子能否进入漏斗中？ 由于水分子较小，可以穿过半透膜自由扩散，烧杯中的水分子能否进入漏斗中。 那么漏斗中的蔗糖分子和水分子是否会进入烧杯呢？ 蔗糖分子由于半透膜的阻隔，显然没办法进入烧杯中，但是水分子是可以进入烧杯中。 讨论1：如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？ 蔗糖溶液对清水的渗透压（F1) 水柱产生的静水压（F2) 随着液面上升，水柱产生的静水压F2逐渐增大，当 时，该渗透系统（即该装置）达到 ，此时半透膜两侧水分子交换速率相等，液面不再升高。 讨论2：当漏斗中的液面不再升高（即渗透平衡）时，还有水分子进出吗？此时，漏斗内外溶液浓度一定相同吗？如果不同，浓度较高的是? 渗透作用 考点1 溶液渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力。 F2=F1 渗透平衡 蔗糖溶液 玻璃纸（半透膜） 清水 半透膜 蔗糖分子 水分子 溶液渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力。 【问题探讨】 【思考2】如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？？ 不会，当管内的液面上升到一定高度之后，管中的水柱产生的重力将加快漏斗中水分向外扩散的速度，当__________________________最终达到平衡，液面将不再上升。 漏斗内渗透压 = 液柱的压力, 渗透系统 1.渗透作用原理 进一步将半透膜放大，进行微观分析。 可以看到，在半透膜的阻隔下，由于蔗糖分子较大，则无法通过半透膜，而水分子比较小，可以穿过半透膜自由进出。我们知道，水分子和其他溶质分子都在不停的运动中，一滴红墨水滴入清水中，清水很快变红，这是溶质分子在水中扩散的结果，扩散是普遍存在的。 当装有蔗糖溶液的漏斗倒置于装有清水的烧杯中时，烧杯中的水分子能否进入漏斗中？ 由于水分子较小，可以穿过半透膜自由扩散，烧杯中的水分子能否进入漏斗中。 那么漏斗中的蔗糖分子和水分子是否会进入烧杯呢？ 蔗糖分子由于半透膜的阻隔，显然没办法进入烧杯中，但是水分子是可以进入烧杯中。 A B C (不会) 发生渗透作用的条件是什么？ ①具有半透膜 ②半透膜两侧的溶液具有浓度差 30%蔗糖溶液 玻璃纸 30%蔗糖溶液 30%蔗糖溶液 纱布 清水 30%蔗糖溶液 玻璃纸 清水 【思考3】 B和C的液面会升高吗？ 【问题探讨】 进一步实验： 继续更改渗透装置，推测现象的发生。若将玻璃纸改为纱布，那么液面还会升高吗？纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都可以自由通过，漏斗内外溶液浓度会迅速达到一致，就不会出现进出漏斗水分子数量不同的结果，液面不会升高。 若将烧杯中的清水改为30%蔗糖溶液，于是漏斗内外蔗糖溶液浓度相等，则单位时间内进出玻璃纸的水分子数量一致，液面不会升高也不会降低。 由此 可见，发生渗透作用需要满足两个条件：具有半透膜，且半透膜两侧的溶液具有浓度差。 12 指水分子(或其他溶剂分子)通过 的扩散，称为渗透作用。 半透膜 (2) 发生条件： ②膜两侧溶液具有浓度差。 ①具有半透膜。 注：➊该浓度为溶质物质的量浓度而非质量浓度。 (3) 渗透作用结果 (4) 渗透作用中水的运输方向 水分子可以通过半透膜进行双向扩散， 直到水分子进出速率达到动态平衡。（注：不是没有水分子进出） 含水量___ 含水量___ ___浓度溶液 ___浓度溶液 半透膜 低 高 高 低 1.渗透作用原理 (1) 概念： 注：➋只比较单位体积内的微粒数，与微粒的大小与种类无关。 水进出细胞的原理 内容1 渗透压 渗透压 高 低 溶液中单位体积溶质微粒对水的吸引力。与溶液浓度成正比, 单位体积溶质微粒越多,对水的吸引力越大,溶液渗透压越高；反之，溶液渗透压越低。 ①若溶液浓度S1＞S2，则单位时间内水分子由S2→S1 由S1→S2， 此时 液面上升。 ②若溶液浓度S1＜S2，则情况相反，外观上表现为 液面上升。 ③在达到 后，若存在上图所示的液面差Δh，此时溶液浓度S1 S2。 多于 S1 S2 渗透平衡 ＞ (△h的液体重力=漏斗中溶液的吸水力) 渗透平衡 两侧溶液 浓度相等 注意： ≠ (1)溶质不能通过半透膜的情况 水进出细胞的原理 内容1 2.渗透系统的变式分析: 提醒　①渗透≠扩散：渗透作用必须通过半透膜，扩散则不一定需要；扩散适用于各种物质，渗透仅指溶剂分子。渗透是一种特殊的扩散。 ②渗透平衡≠两侧溶液浓度相等：渗透平衡时半透膜两侧液面仍存在液面高度差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，且液面高的一侧溶液浓度高。 升高 降低 下降 上升 稳定在一定高度 (1)溶质不能通过半透膜的情况 水进出细胞的原理 内容1 （2）溶质能通过半透膜的渗透装置 S1和S2是两种不同的溶质 且只有水和S1能透过半透膜 S1溶液 S2溶液 半透膜 水进出细胞的原理 内容1 ① 物质的量浓度：S1>S2 S1液面升高 S1中的溶质透过半透膜进入S2 S2液面升高，最终高于S1 ②物质的量浓度： S1<S2 S1液面始终低于S2液面 （2）溶质能通过半透膜的渗透装置 S1和S2是同种溶质，且能透过半透膜，S1溶液浓度大于S2溶液浓度 S1溶液 S2溶液 半透膜 ①由于半透膜两侧存在浓度差，由S2 →S1的水分子数多于S1 →S2的。导致 。 ②随后S1中的溶质透过半透膜进入S2 ，浓度差逐渐减小，S1和S2的溶液浓度 ，液面 。 S1液面上升 相等 持平 水进出细胞的原理 内容1 理解： １）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。 ２）若没有高度差，则平衡时半透膜两侧的浓度是相等的。 （3）溶液的体积变化 溶液体积大，吸收水多，液面高度大 水进出细胞的原理 内容1 A、B两个漏斗中液体体积和浓度相同，所以最终液面高度 ，但是A漏斗的半透膜面积大，吸水 。到达平衡时 。 （3）半透膜的面积 相同 快 短 水进出细胞的原理 内容1 右侧液面升高 液面不变 1.U型管问题，判断液面变化（半透膜只允许水分子通过） 习题检测 物质的量浓度 质量分数 A、B两侧同时加等量蔗糖酶 A液面高于B液面 A B 1.U型管问题，判断液面变化（半透膜只允许水分子通过） 习题检测 ①1mol/LNaCl溶液和1mol/L蔗糖溶液的渗透压相等 （ ） ②质量分数为10%葡萄糖溶液和10%蔗糖溶液渗透压相等 （ ） ③在渗透装置中，当液面不再升高时，水分子不再通过半透膜 （ ） ④渗透平衡时，半透膜两侧浓度一定相等（ ） ⑤在渗透作用中，当半透膜两侧溶液浓度相等时，水分子不再通过半透膜 （ ） 2.概念辨析： × × × × × 习题检测 练习 3.(2022·济南模拟)下图所示为平衡时的渗透装置，烧杯内的液面高度为 a ，漏斗内的液面高度为 b，液面高度差m=b−a。在此基础上继续实验，以渗透平衡时的液面差为观测指标，正确的是( )。 A A.若吸出漏斗中高出烧杯内的液面的溶液，则平衡时m减少 B.若向漏斗中加入少量蔗糖，平衡时m将不变 C.若向漏斗中加入适量且与漏斗内的蔗糖溶液浓度相等的蔗糖溶液，则平衡时m不变 D.向烧杯中加入适量清水，平衡时m将增大 习题检测 4．(2023·广东六校联考)某兴趣小组用图甲研究渗透作用，a和b均为蔗糖溶液，c允许单糖通过。图乙为实验结果。下列说法正确的是(　　) A．烧杯中蔗糖溶液浓度大于漏 斗中蔗糖溶液浓度 B．若t2时刻烧杯中加入蔗糖酶， 则Δh最终将变小 C．t2时刻半透膜两侧蔗糖溶液浓度相同 D．若t2时刻漏斗中加入蔗糖酶，则Δh将先变大后变小 D 习题检测 5.如图中的渗透装置，若每次停止上升后都将玻璃管中高出液面的部分吸出，则ab液面间的高度差与吸出蔗糖溶液的次数之间的关系是(　　) B 习题检测 半透膜 管内溶液 外界溶液 细胞质溶液 细胞膜 ？ 细胞是个开放的生命系统，如果将装置中的漏斗换成动植物细胞还会不会吸水？如果发生现象能说明什么？ 水进出细胞的原理 内容1 讨论1.红细胞内的血红蛋白等有机物能够透过细胞膜吗？细胞膜可否相当于半透膜？ 讨论2.当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？ 讨论3.红细胞吸水或失水取决于什么条件？ 讨论4.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？ 小组合作1： 水进出细胞的原理 内容1 3.动物细胞的吸水和失水 27 (2)现象： ①当外界溶液浓度＞细胞质浓度时，细胞 ； ②当外界溶液浓度＜细胞质浓度时， 细胞 ； ③当外界溶液浓度=细胞质浓度时 失水皱缩 吸水膨胀 水分进出平衡，细胞形态不变 3.动物细胞的吸水和失水 水进出细胞的原理 内容1 清水中 0.9%NaCl溶液中 20%的蔗糖溶液中 (1)实验：探究动物细胞吸水和失水 外界溶液 细胞膜 半透膜 蔗糖溶液 细胞质基质 相当于 相当于 （3）红细胞与外界溶液组成了一个 。 （4）红细胞的细胞膜相当于一层 ，水分通过渗透作用进出红细胞。 渗透系统 半透膜 水进出细胞的原理 内容1 3.动物细胞的吸水和失水 通过实验可以看出，红细胞在高浓度溶液失水，在低浓度溶液中会失水。 水分进出红细胞是否也是发生了渗透作用呢？ 类比之前所学的渗透系统装置，可以将红细胞的细胞质基质类比为渗透装置中漏斗内蔗糖溶液，红细胞内的血红蛋白等有机物就相当于漏斗内的蔗糖分子。 红细胞的细胞膜则类比为漏斗上的半透膜。 可以看到，当外界溶液与细胞质基质浓度不相等时，红细胞就会与外界溶液组成渗透系统，水分子通过渗透作用进出红细胞。 其他动物细胞的结构比红细胞要复杂，但是都具有细胞膜、细胞质等基本结构，因此水分可通过渗透作用进出动物细胞。 （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？ 红细胞中的血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。 （2）红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？ 是（是“相当于”，不是“等同”） 水进出细胞的原理 内容1 【思考·讨论】 （3）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。因为红细胞吸水膨胀后细胞内液浓度也会下降，如果外界溶液浓度不是很低，有可能细胞内液下降后外界溶液的浓度达到平衡，此时，红细胞将不再吸水。 （4）红细胞吸水或失水取决于什么条件？ 取决于红细胞内外溶液的浓度差，一般情况下，浓度差越大时，细胞吸水或失水越多。 （5）想一想临床上输液为什么要用生理盐水？ 因为生理盐水的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。 水进出细胞的原理 内容1 1、在青菜上放一些盐,一会儿后就可看到水分渗出。 2、对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。 3、放蔫的青菜用清水浸泡一会儿后，又恢复新鲜 。 生活现象： 植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？ 植物细胞吸水和失水是否也是发生了渗透作用呢？ 4.植物细胞的吸水和失水 水进出细胞的原理 内容1 成熟植物细胞模式图 细胞膜 细胞液 细胞质 液泡膜 细胞壁 (全透性,伸缩性小) 原生质层 渗透作用的条件：①具有半透膜 ②半透膜两侧的溶液具有浓度差 已知：细胞膜和液泡膜都是生物膜，都具 有选择透过性。 整个原生质层相当于一层 。 ？ 半透膜 水进出细胞的原理 内容1 动物细胞可以通过渗透作用吸水和失水。植物细胞呢？ 我们以成熟植物细胞为例，一起回忆成熟植物细胞结构，最外层是细胞壁，具有支持、保护细胞的功能；细胞中体积最大的细胞器是液泡，液泡中的液体为细胞液，细胞液中储存植物细胞的色素、糖类等营养物质；紧贴着细胞壁的为细胞膜，它是细胞的边界，控制物质进出细胞，具有物质运输、信息交流的功能。在细胞膜和液泡膜之间的是细胞质，其中有细胞核和其他细胞器，但由于成熟植物细胞的液泡体积很大，使得细胞质所占体积很小。 作为植物细胞最外层的细胞壁结构，能否控制水分或溶质分子进出细胞呢？ 与半透膜或细胞膜不同，细胞壁是由纤维素和果胶组成，它就像一层网状结构，并不具有选择透过性，而是全透性的。无论是水分子还是蔗糖分子，或是其他溶质分子，均可以自由通过细胞壁，它不具有控制物质进出细胞的功能。 可是，植物细胞的细胞壁能否影响细胞吸水与失水呢？ 细胞壁由于伸缩性小，细胞失水时没有影响，而当细胞吸水时，则会受到细胞壁的约束不能无限吸水。 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。 探究植物细胞吸水和失水 (1) 探究实验 水进出细胞的原理 内容1 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。 探究植物细胞吸水和失水 (1) 探究实验 水进出细胞的原理 内容1 实验：探究植物细胞的吸水和失水(视频) 水进出细胞的原理 内容1 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 【实验步骤】 实验中共涉及几次显微镜观察？ 水进出细胞的原理 内容1 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 水进出细胞的原理 内容1 实验结果 液泡大小 液泡颜色 原生质层的位置 细胞大小 吸水能力 0.3 g/ml 蔗糖溶液 清水 变小 逐渐恢复原来大小 原生质层恢复原来位置 原生质层脱离细胞壁 基本不变 基本不变 变深 重新变浅 变大 变小 正常状态 0.3 g/ml 蔗糖溶液 清水 细胞体积基本不变 【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 ①当外界溶液浓度 > 细胞液浓度 ②当外界溶液浓度 < 细胞液浓度 质壁分离 质壁分离复原 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 水进出细胞的原理 内容1 进一步探究 植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？ 注意：质壁分离中“质”和”壁”分别指什么？ 2. 植物细胞发生质壁分离的内因和外因是什么？ 1. 要观察细胞发生质壁分离和复原，对材料有哪些要求？ 3. 介于细胞膜与细胞壁之间是什么溶液？ 4. 如果滴加的是0.5 g/ml的蔗糖溶液，实验结果会有什么不同？ 6.植物细胞放于清水中什么现象？ 为什么与动物细胞不一样？ 7.植物细胞的质壁分离及复原实验 有哪些应用？ 5. 将0.3g/ml的蔗糖溶液换成适宜浓度的KNO3，实验结果会有什么不同？ 水进出细胞的原理 内容1 【思考·讨论】 40 1.植物细胞发生质壁分离的条件： （1）细胞是活的（2）细胞有大液泡 （3）细胞外溶液的浓度大于细胞液浓度。 内因：原生质层伸缩性大于细胞壁伸缩性； 外因：外界溶液浓度大于细胞液浓度。 当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，细胞失水，原生质层比细胞壁的伸缩性大，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，发生质壁分离复原。 2.质壁分离产生的原因 水进出细胞的原理 内容1 【思考·讨论】 41 3.介于细胞膜与细胞壁之间是什么溶液？ 4. 如果滴加的是0.5 g/ml的蔗糖溶液，实验结果会有什么不同？再放清水中如何？为什么？ 严重质壁分离， 不会复原。过度失水死亡。 5. 将0.3g/ml的蔗糖溶液换成适宜浓度的KNO3（ 植物可吸收），实验结果会有什么不同？曲线表示？ 质壁分离后又自动复原，溶质能通过半透膜的溶液（如KNO3、尿素、甘油、乙二醇等溶液） 水进出细胞的原理 内容1 6.植物细胞放于清水中什么现象？为什么与动物细胞不一样？ 略膨胀，但不会胀破。因为有细胞壁的限制。 7.植物细胞的质壁分离及复原实验有哪些应用 水进出细胞的原理 内容1 发生质壁分离——活细胞 不发生质壁分离—死细胞 判断成熟植物细胞的死活 测定细胞液浓度范围 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 待测成熟植物细胞 一系列浓度梯度的蔗糖溶液 镜检 待测成熟植物细胞 一定浓度的蔗糖溶液 镜检 （3）质壁分离及其复原的应用 水进出细胞的原理 内容1 比较不同成熟植物细胞的细胞液浓度 比较未知浓度溶液的浓度大小 发生质壁分离所需时间越短。未知溶液的浓度越大，反之，未知溶液的浓度越小。 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，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大 不同成熟植物细胞 同一浓度梯度的蔗糖溶液 镜检 （3）质壁分离及其复原的应用 水进出细胞的原理 内容1 鉴别不同种类的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液） 溶液不能透过半透膜（如蔗糖溶液） 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 溶质能透过半透膜（KNO3溶液） （3）质壁分离及其复原的应用 水进出细胞的原理 内容1 本实验存在两组对照实验：本实验存在的两组实验均为自身对照，自身对照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。 （4）实验相关说明 水进出细胞的原理 内容1 思考1：可以选用黑藻或者洋葱鳞片叶内表皮细胞进行实验吗？ （4）实验相关说明 【注意】 1.不能用未成熟的细胞， 如根尖分生区细胞（原因） 2.可以用绿色植物的叶肉细胞，如黑藻叶片（为什么） 黑藻叶片细胞 质壁分离 内表皮细胞 水进出细胞的原理 内容1 考点二：动植物细胞的吸水和失水 提醒：当在显微镜下观察到细胞处于质壁分离状态时， 细胞可能正在失水，可能正在吸水，可能处于平衡状态，也可能已死亡。 思考2：如图所示的细胞出现了质壁分离现象，该细胞一定在失水吗？ 水进出细胞的原理 内容1 1. 下列哪一项不是细胞发生质壁分离现象所必需的(　　) A．细胞是活细胞 B．不能是动物细胞 C．外界溶液浓度大于细胞液浓度 D．细胞中必须要有叶绿体 2. 一个正在发生质壁分离的细胞，它的吸水能力是逐渐 (　　) A．减少 B．增大 C．不变 D．等于零 D B 习题检测 3.(2021·江苏卷，12)采用紫色洋葱鳞片叶外表皮进行质壁分离实验，下列相关叙述正确的是(　　) A.用镊子撕取的外表皮，若带有少量的叶肉细胞仍可用于实验 B.将外表皮平铺在洁净的载玻片上，直接用高倍镜观察细胞状态 C.为尽快观察到质壁分离现象，应在盖玻片四周均匀滴加蔗糖溶液 D.实验观察到许多无色细胞，说明紫色外表皮中有大量细胞含无色液泡 A 习题检测 4.下图表示以洋葱表皮为材料及清水、0.3 g/mL蔗糖溶液、0.5 g/mL蔗糖溶液、0.3 g/mL尿素溶液进行相关实验（时间1表示开始用四种溶液分别处理洋葱表皮；时间2表示开始用清水处理洋葱表皮），测得该细胞原生质体体积变化，图中代表尿素溶液处理结果的是（ ） A.a B.b C.c D.d B 习题检测 5.将相同的植物细胞依次浸在甲、乙、丙三种溶液中，测得细胞体积随时间的变化如图所示。下列有关推导和叙述错误的是(　 　) A. 三种溶液中，甲溶液浓度最低 B. 在M时刻，乙溶液中的植物细胞保持活性 C. 丙溶液中的植物细胞肯定会因失水过多而死亡 D. 三种溶液中细胞的形态均会发生改变 C 习题检测 53 6.a、b、c是三个相邻的细胞,已知a细胞液浓度> b细胞液浓度> c细胞液浓度, 如图所示,能正确表示水分在三者之间关系的是（ ） C a c b a c b a c b a c b A B C D 习题检测 7.利用高浓度盐水杀菌防腐的原理是（ ） A.盐水中的Cl－有杀菌防腐的作用 B.盐水中的Na＋不利于细菌的生活 C.是中性的,不适于细菌的生活 D.由于渗透作用使细菌细胞内的水分渗出而死亡 D 像水分子这样，物质以 进出细胞，不需要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 。 扩散方式 被动运输 内容2 自由扩散和协助扩散 正常状态 0.3 g/ml 蔗糖溶液 清水 本节课通过对渗透装置进行分析，厘清发生渗透作用的条件和原理，进而将渗透作用概念应用于动物细胞和植物细胞吸水和失水过程的分析。以红细胞和洋葱鳞片外表皮细胞为例，阐释动物细胞和成熟植物细胞可以通过渗透作用吸水和失水，而水分子这样的进出细胞的方式，不需要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被动运输。而是由于内外浓度差产生势能促进了水分子的移动。 细胞膜是由磷脂双分子层作为基本骨架，由于水分子足够小，它可以自由扩散穿过磷脂双分子层。但是其实细胞膜上还存在其他的运输水的方式，将在下一节课进行讲述。 55 1、自由扩散（简单扩散）： (2)特点： 1、顺浓度梯度运输 2、不需要转运蛋白协助 3、不需要消耗细胞能量 比方:球往低处滚： 物质通过简单的扩散作用进出细胞。 (1)概念： 内容2 自由扩散和协助扩散 浓度浓度差、温度等 ①气体，如O2、CO2、NO2等 ②水等小分子 ③脂溶性小分子，如甘油、乙醇，苯等 浓度差 扩散速度 转运蛋白 扩散速度 O2（能量） 扩散速度 内容2 自由扩散和协助扩散 1、自由扩散（简单扩散）： (4)影响因素 (3)实例： 材料1：曾经人们普遍认为，水分子都是通过自由扩散进出细胞的。但在之后的一些研究中发现，水分子以扩散作用穿过脂双层的速率非常缓慢。仅凭扩散作用很难解释红细胞在水溶液中很快吸水膨胀而溶血，而水生生物的卵母细胞在水溶液中却不膨胀的现象。 【思考问题】 1. 水分子仅以自由扩散的方式进出细胞？ 2.根据你对细胞膜的组成成分及其结构与功能的了解，你认为细胞膜上的哪些成分可以帮助水分子快速跨膜运输呢？ 材料分析 内容2 自由扩散和协助扩散 但在水的跨膜运输的研究中，人们曾遇到过这样一个问题。。。 请同学们根据材料一思考问题： 1.。。。显然不是。通过材料中的研究发现，我们可知水分子以扩散作用穿过脂双层的速率非常缓慢。且红细胞和水生生物的卵母细胞在水溶液中吸水的速率差别很大。说明水分子进出细胞还可能存在其他的运输方式。 2. 根据你对细胞膜的组成成分及其结构与功能的了解，你认为细胞膜上的哪些成分可以帮助水分子快速跨膜运输呢？ 在第3章第1节的学习中，我们知道细胞膜具有控制物质进出细胞的功能，蛋白质在细胞膜行使此功能时起着重要的作用。有的蛋白质会镶在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层。这些蛋白质分子在物质运输等方面具有重要作用。我们可以认为蛋白质可能在水的运输中起到了一定的协助作用。 材料2：1988年，美国科学家阿格雷在实验中意外地收获了一种分子量大小约为28kD的膜整合蛋白质（CHIP28蛋白），发现其在人红细胞和肾脏中含量非常丰富，特别是在肾脏的肾小管细胞中他将含有CHIP28蛋白和不含有此蛋白的细胞进行了对比实验，将这2种细胞放在同一水溶液中，结果如图。 含CHIP28蛋白的细胞 不含CHIP28蛋白的细胞 【思考问题】 1.阿格雷的“水通道验证实验”发现了什么？ 说明了水分子在细胞的运输还存在怎样的方式？ 内容2 自由扩散和协助扩散 59 材料3：阿格雷猜测CHIP28蛋白可能是一种水通道蛋白。于是他选用在水溶液中不发生膨胀的非洲爪蟾卵母细胞来验证他的猜测。阿格雷将CHIP28蛋白整合到非洲爪蟾卵母细胞的细胞膜上，发现该卵母细胞在水溶液中出现了吸水膨胀的现象。 【思考问题】 1. 阿格雷为什么选用非洲爪蟾卵母细胞作为实验材料？ 2. 分析实验结果，你能得出什么结论？为什么？ 3. 已知水通道蛋白的水通透性可被汞化合物抑制，你将如何设计实验充分证明CHIP28蛋白是水通道蛋白？ 4. 若利用人工脂质体来证明CHIP28蛋白是水通道蛋白，实验应如何设计？ 内容2 自由扩散和协助扩散 阿格雷同你一样，经导师的启发他猜测CHIP28蛋白可能是一种水通道蛋白。。。 请同学们思考问题： 1. 阿格雷为什么选用非洲爪zhǎo蟾卵母细胞作为实验材料？ 这是因为，水生生物的卵母细胞在水溶液中不发生膨胀。并且在当时，已有科学家成功将外源蛋白质整合到非洲爪蟾卵母细胞中，从而构建了非洲爪蟾卵母细胞表达系统。该技术可以帮助阿格雷实现验证CHIP28蛋白的功能。 2. 分析实验结果，你能得出什么结论？为什么？ 从实验结果中可见，CHIP28蛋白赋予了非洲爪蟾卵母细胞吸水的功能，使得它在水溶液中出现了吸水膨胀的现象。说明CHIP28蛋白可能是一种水通道蛋白。 3. 已知水通道蛋白的水通透性可被汞化合物抑制，你将如何设计实验充分证明CHIP28蛋白是水通道蛋白？ 我们可以在整合了CHIP28蛋白的非洲爪蟾卵母细胞中添加汞化合物，再次观察其在水溶液中的变化，若不出现吸水膨胀的现象，说明汞化合物通过抑制了CHIP28蛋白的功能从而使该细胞对水的通透性降低了。 那么，CHIP28蛋白究竟是不是水通道蛋白呢？还是由于它的存在开启了细胞吸水的开关呢？阿格雷也在他的论文中批判性地提出了这个问题：若要真正证明CHIP28蛋白是水通道蛋白，还需在人工脂质体中开展功能实验才行。 4. 若利用人工脂质体来证明CHIP28蛋白是水通道蛋白，实验应如何设计？ 阿格雷将未整合CHIP28蛋白的脂质体设置为对照组，将整合了CHIP28蛋白的同等大小的脂质体设置为实验组。分别将两组脂质体放置于高渗溶液中，经过一段时间后比较两者的体积，发现实验组体积明显小于对照组，说明整合了CHIP28蛋白的脂质体比未整合CHIP28蛋白的脂质体失水更多，对水的通透性更高，进一步证明了CHIP28蛋白就是水通道蛋白，随后它被命名为水通道蛋白1。 Roderick MacKinnon 水通道蛋白模式图 Peter Agre 钾离子通道模式图 过去人们普遍认为，水分子都是通过自由扩散进出细胞的，但后来的研究表明，水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。 内容2 自由扩散和协助扩散 2、协助扩散（易化扩散）： 1、顺浓度梯度运输 2、需要转运蛋白参与 3、不需要消耗能量 2、协助扩散（易化扩散）： 比方：车载货下坡 (1)概念： 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散 (2) 特点： 内容2 自由扩散和协助扩散 (1)概念： 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散 (2)特点： (3)实例： 内容2 自由扩散和协助扩散 ①葡萄糖进入红细胞——载体蛋白 ②神经纤维上Na+内流，K+外流——离子通道蛋白 ③水分子进出——水通道蛋白 2、协助扩散（易化扩散）： 浓度差 扩散速度 O2（能量） 扩散速度 转运蛋白 扩散速度 P 受转运蛋白数量限制 膜两侧浓度差、转运蛋白数量、温度（转运蛋白的活性） 拐点前：看横坐标 拐点后：除横坐标外其他影响因素 (4)影响因素： 内容2 自由扩散和协助扩散 2、协助扩散（易化扩散）： 协助扩散 自由扩散 两者的区别： 是否需要膜转运蛋白。 膜转运蛋白包括载体蛋白和通道蛋白 （易化扩散） 【思维拓展】被动运输 水通道蛋白 离子通道蛋白 内容2 自由扩散和协助扩散 实例：O2、CO2、N2、水、脂溶性小分子(乙醇、甘油、苯)等。 65 研究表明，水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。 借助膜上的通道蛋白进出细胞 K+离子通道蛋白 水通道蛋白 水通道蛋白 内容2 自由扩散和协助扩散 载体蛋白，需与运输分子 ，引起载体蛋白 。 包括 。 通道蛋白：是在膜上形成跨膜的亲水通道，使离子或水从中通过，不需要与运输分子 。只参与 。 【注意】 结合 空间结构改变 结合 协助扩散 主动运输、协助扩散 均具有特异性，饱和性 【思维拓展】转运蛋白的不同类型比较 内容2 自由扩散和协助扩散 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合，载体蛋白具有专一性。 饱和效应：当细胞膜上的载体蛋白全部参与物质运输时，细胞吸收该载体蛋白运载的物质的速度不再随物质浓度的增大而增大 特异性（专一性）：一种载体蛋白通常只能转运一类分子或离子 67 名师解读 载体与受体的区别 载体是协助物质运输的蛋白质，如血红蛋白是运输氧的载体，细胞膜上有运输葡萄糖、Na＋、K＋等的转运蛋白； 受体是接受信号分子的蛋白质，如神经递质受体、激素分子受体，其主要作用是实现细胞间信息交流。 【思维拓展】转运蛋白的不同类型比较 内容2 自由扩散和协助扩散 项目 载体蛋白 通道蛋白 转运物质特点 是否与被转运 物质结合 自身构象是否改变 图解 与自身结合部位相 与自身通道的直径、形状相适配、大小和电荷相适宜 不结合 结合 改变 不一定 转 运 蛋 白 适应 转运蛋白具有特异性 内容2 自由扩散和协助扩散 项 目 自由扩散 协助扩散 运输方向 是否需要载体 是否消耗细胞内的能量 举例 不需要 需要 不消耗 不消耗 O2、H2O、CO2、尿素、甘油、乙醇等 葡萄糖通过红细胞膜 高浓度 低浓度 高浓度 低浓度 【归纳提升】两种被动运输方式的比较 内容2 自由扩散和协助扩散 【药理毒理】 氨氯地平是一种二氢吡啶钙拮抗剂 （亦称钙离子拮抗剂或慢通道阻滞剂），能够抑制钙离子跨膜进入血管平滑肌和心肌。心肌和血管平滑肌的收缩过程依赖于细胞外钙离子通过离子通道进入细胞内完成。氨氯地平可选择性抑制钙离子跨膜转运。 氨氯地平是一个外周动脉血管扩张剂，直接作用于血管平滑肌，从而降低外周血管阻力和血压。 与生活的联系 内容2 自由扩散和协助扩散 我的母亲患有高血压。氨氯地平片是常见的降压药，这段文字是我从她的药物说明书药理毒理部分所看到的。 为什么钙离子拮抗剂可以降低血压呢？讲到钙离子拮抗剂的作用机理，首先要谈高血压是如何产生的。血压是指血液在血管内流动时对血管壁产生的侧压力。绝大部分高血压患者是由于随着年龄的增加，血管壁弹性减弱，阻力增加而引起的。在心肌和血管壁平滑肌细胞膜上都有钙离子通道，细胞内钙离子浓度的增加，可以引起细胞的收缩，使血管阻力增加，血压升高。钙离子拮抗剂就像一个忠实的门卫，它与钙离子通道结合后，就阻止了钙离子进入细胞，从而使血管松弛，阻力减小，血压降低。可见转运蛋白与我们的生活是息息相关的，科学家们一直在积极研究它们的作用机制，探索调控转运蛋白的药物以治疗相关疾病，维护人类健康。（结束 我从其下面的文字摘自治疗某高血压药物说明书：”本品为二氢吡啶类钙通道阻滞剂，抑制血管平滑肌和心肌细胞的跨膜钙离子内流，但以血管作用为主。本品引起冠状动脉、肾小动脉等全身血管的扩张，产生降压作用。“许多药物都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？ 钙离子拮抗剂是高血压治疗中一类非常重要的药物，我国有一半以上服药治疗的高血压患者应用钙离子拮抗剂。国际上的重要临床研究显示，亚洲患者对钙离子拮抗剂更敏感，也更容易坚持治疗。那么，钙拮抗剂是如何降低血压的呢？ 正常成人安静状态下的血压范围较稳定，正常范围收缩压90～139mmHg，舒张压60～89mmHg，脉压30～40mmHg。 收缩压是当人的心脏收缩时，动脉内的压力上升，心脏收缩的中期，动脉内压力最高，此时血液对血管内壁的压力称为收缩压，亦称高压。 舒张压就是当人的心脏舒张时，动脉血管弹性回缩时，产生的压力称为舒张压，又叫低压。心脏舒张时，主动脉压下降，在心舒末期动脉血压处于最低值称为舒张压， 71 1.将甲乙两种不同植物的成熟活细胞置于0.3mol/l的蔗糖溶液中，用显微镜观察其形态，如图所示( ) A.甲细胞液浓度较高不适应盐碱地栽培 B.甲细胞液浓度较高更适应盐碱地栽培 C.乙细胞液浓度较高更适应盐碱地栽培 D.乙细胞液浓度较高不适应盐碱地栽培 甲 乙 习题检测 B 2.下列说法中错误的是（ ） A．黄瓜在腌制中慢慢变甜，是细胞主动吸收糖分的结果 B．部分水分子进出细胞是自由扩散 C．葡萄糖进入红细胞需要载体蛋白的协助，但不消耗能量，属于协助扩散 D．大肠杆菌吸收K+属于主动运输，既消耗能量，又需要膜上的载体蛋白 习题检测 A 3.田间一次施肥过多，作物变得枯萎发黄，俗称“烧苗”。其原因是（ ） A.根细胞从土壤中吸收的养分过多 B.根细胞不能从土壤中吸水 C.根系不能将水向上运输 D.根系被肥料分解释放的热能烧毁 习题检测 B 4.利用高浓度盐水（NaCl溶液）杀菌防腐的原理是（ ） A.盐水中的Cl－有杀菌防腐的作用 B.盐水中的Na＋不利于细菌的生活 C.盐水是中性的，不适于细菌的生活 D.由于渗透作用使细菌细胞内的水分渗出而死亡 习题检测 D 5.将不同洋葱鳞片叶放在同一浓度的蔗糖溶液中，制成装片，放在显微镜下观察，有3种状态的细胞，如图所示。则这3个细胞在实验前，其细胞液的浓度大小依次是( ) A．A>B>C B．A<B<C C．B>A>C D．B<A<C 习题检测 A 6.在“探究植物细胞的吸水和失水”实验中，对紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞临时装片进行了三次观察(如下图所示)。下列有关叙述正确的是( ) A.为了节约实验时间，通常可以省略第一次显微观察步骤 B.质壁分离过程中细胞的吸水能力逐渐减弱 C.该实验用显微镜主要观察原生质层和细胞的位置关系、液泡的颜色和大 小等 D.吸水纸的主要作用是吸除滴管滴加的多余液体，以免污染镜头 习题检测 C 7.(2022·全国甲卷)植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，分别放入三个装有相同浓度蔗糖溶液的试管中，当水分交换达到平衡时观察到：①细胞a未发生变化；②细胞b体积增大；③细胞c发生了质壁分离。若在水分交换期间细胞与蔗糖溶液没有溶质的交换，下列关于这一实验的叙述，不合理的是( 　 ) A．水分交换前，细胞b的细胞液浓度大于外界蔗糖溶液的浓度 B．水分交换前，细胞液浓度大小关系为细胞b>细胞a>细胞c C．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度 D．水分交换平衡时，细胞c的细胞液浓度等于外界蔗糖溶液的浓度 C 习题检测 课堂总结 一、概念检测 1.物质跨膜运输的方式与物质的特点和细胞膜的结构有关。判断下列有关物质跨膜运输的表述是否正确。 (1)细胞膜和液泡膜都相当于半透膜( ) (2)水分子进入细胞，是通过自由扩散方式进行的（ ） (3)载体蛋白和通道蛋白在转运分子和离子时，其作用机制是一样的（ ） √ × × 2.下列各项无法通过质壁分离实验证明的是（ ） A.成熟植物细胞的死活 B.原生质层比细胞壁的伸缩性大 C.成熟的植物细胞能进行渗透吸水 D.水分子可以通过通道蛋白进入细胞 D 练习与应用 3.假如将甲乙两个植物细胞分别放入蔗糖溶液和甘油溶液中，两种溶液溶质的浓度均比细胞液溶质的浓度高，在显微镜下连续观察甲乙两细胞的变化是（ ） A.甲乙两细胞发生质壁分离后，不发生质壁分离复原 B.甲乙两细胞发生质壁分离，但乙细胞随后又发生质壁分离复原 C.甲乙两细胞发生质壁分离，但甲细胞随后又发生质壁分离复原 D.甲乙两细胞均发生质壁分离，后又均发生质壁分离复原 B 练习与应用 二、拓展应用 1.细胞液中物质的浓度对于维持细胞的生命活动非常重要。现提供紫色洋葱鳞片叶表皮细胞，请设计实验，测定该细胞的细胞液溶质的浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。写出你的实验思路，并分析其中的基本原理。 配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液,将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中,适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液度,以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度,据此推算出细胞液溶质浓度应介于这两个浓度之间。 练习与应用 二、拓展应用 2.温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率吗?请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。 假设: 温度变化会影响水分通过半透膜的扩散速率 设计实验提示: 可以借用本节问题探讨中的渗透装置进行实验。将该渗透装置于不同温度的环境中,通过比较不同温度下漏斗管液面上升速度的快慢,判定温度是否影响水分子的扩散速度。 练习与应用 本讲结束，记得点个赞哦！ Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$