4.1被动运输第3课时课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

第1节 被动运输 第4章 细胞的物质输入与输出 1 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 探究植物细胞的吸水和失水 表达和交流 Q2:质壁分离后，细胞壁和原生质层之间的空隙充满的是什么？ 0.3g/ml的蔗糖溶液处理 充满的是外界溶液（蔗糖溶液） Q3:根尖分生区细胞会不会出现质壁分离？ 不会，不是成熟的植物细胞，没有大液泡 Q4:本试验选用0.3g/mL的蔗糖溶液，若改用0.8g/mL的蔗糖溶液作为试剂，会发生质壁分离的现象吗？如若发生质壁分离，滴加清水后会发生质壁分离的复原吗？若用0.03g/mL的蔗糖溶液的溶液会有什么现象？ 会发生质壁分离，但浓度过高会引起植物过度失水而死，将不能再发生质壁分离复原现象。浓度太低质壁分离的现象不明显。 Q5、某些物质KNO3溶液可以进入到细胞内，将植物细胞放入这类物质的溶液中，质壁分离情况与本实验是否完全相同？为什么？ 探究·实践 探究植物细胞的吸水和失水 表达和交流 Q6、将成熟植物细胞放在高浓度的盐酸或酒精溶液中，无法观察到质壁分离现象，为什么？ 高浓度的盐酸或酒精会杀死细胞，使原生质层失去选择透过性。 由于细胞可选择性地吸收K＋和NO3－，导致细胞液浓度大于外界溶液的浓度，细胞开始吸水，从而发生质壁分离自动复原。 注意：只要细胞能吸收该溶质，都能发生质壁分离自动复原，如KNO3、甘油、尿素、乙二醇等 设计实验探究植物细胞的吸水和失水 ①如果选用动物细胞能否观察到质壁分离现象？ ②如果选用死细胞能否观察到质壁分离现象？ ③如果选用植物根尖分生区细胞能否观察到质壁分离现象？ 4.要观察细胞发生质壁分离和质壁分离复原，对材料有哪些要求？ 【练习】洋葱鳞片叶内表皮会发生质壁分离及复原吗？ 活的成熟植物细胞 会，但不明显 黑藻（高等植物）叶肉细胞能观察到明显的质壁分离现象吗？ 叶肉细胞中有叶绿体，可以观察到明显的质壁分离 4 3.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)原生质体体积A→B段的变化说明：在该段时 间内水从原生质体 ，细胞液的浓度 。 (2)在1min后，处于2mol·L-1蔗糖溶液中细胞的 细胞液的浓度将 ，此时，在 细胞壁与原生质层之间充满了 。要使该 细胞快速复原，应将其置于 中。 《教材》P74 由于细胞壁具有全透性，不会阻碍蔗糖分子的进入。 渗出 增大 缓慢增大后趋于稳定 蔗糖溶液 清水 练习 2、质壁分离结束时，水分子进出细胞数量相等 此时达到渗透平衡，细胞液浓度 外界溶液浓度 此时细胞可能处于 状态 1、在实验过程中显微镜下观察到右图所示图像时 3、质壁分离复原结束时，水分子进出细胞数量相等 此时达到渗透平衡，细胞液浓度 外界溶液浓度 思考： 质壁分离、质壁分离复原或者也可能死亡 等于 不一定等于 若将成熟的植物细胞依次浸于：蒸馏水、 <m></m> 的蔗糖溶液、 <m></m> 的尿素溶液中，观察原生质体的体积随时间变化如图，分析曲线： ① 曲线表示细胞在蒸馏水中： 细胞略膨胀，但是由于细胞壁的存在，原生质体的体积不能无限增大。 ②B曲线表示细胞在0.5mol/L尿素溶液中： 细胞先因渗透失水而发生质壁分离，后由于尿素能进入细胞，使得质壁分离后的细胞因吸水而自动复原。细胞在 <m></m> 、甘油、乙二醇等溶液中也可发生质壁分离后自动复原的现象。 ③ C曲线表示细胞在0.3mol/L的蔗糖溶液中： 蔗糖不能进入细胞，因此质壁分离后细胞不能发生自动复原。 C.比较不同植物细胞的细胞液浓度大小 【典例】将不同植物的三个未发生质壁分离的细胞置于同一蔗糖溶液中，形态不再变化后的细胞图像如下图。则有关各细胞实验前细胞液浓度的判断，正确的是( ) A.甲>乙>丙　　B.乙>甲>丙 C.乙>丙>甲　　D.丙>甲>乙 B 渗透作用原理的应用 【典例】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 D.鉴别不同种类的溶液(如KNO3溶液和蔗糖溶液) 渗透作用原理的应用 1.判断成熟植物细胞的死活 2.测定细胞液浓度范围 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 活细胞 死细胞 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 质壁分离与复原实验的拓展应用 10 3.比较不同植物细胞的细胞液浓度 不同植物细胞 同一浓度蔗糖溶液 镜检 发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之则细胞液浓度越大 4.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 溶质不能透过半透膜（如蔗糖溶液） 溶质能透过半透膜（如KNO3溶液） 质壁分离与复原实验的拓展应用 11 动物细胞 植物细胞 条件 原理 现象 ①___________相当于半透性膜 ②______________________具有浓度差 ①___________（由细胞膜、液泡膜和两层膜之间的细胞质组成）相当于半透膜 ②____________________具有浓度差 渗透作用 渗透作用 当外界溶液浓度______细胞质浓度，细胞吸水膨胀 当外界溶液浓度______细胞质浓度，细胞失水皱缩 当外界溶液浓度_____ 细胞质浓度，细胞维持正常形态 当外界溶液浓度______细胞液浓度，细胞发生质壁分离现象 当外界溶液浓度______细胞液浓度，细胞吸水膨胀，由于存在细胞壁，细胞不会涨破 当外界溶液浓度______细胞液浓度，细胞维持正常形态 细胞膜 细胞质与外界溶液 小于 小于 大于 大于 等于 等于 原生质层 细胞液与外界溶液 12 任务一：探究气体和甘油等分子进出细胞的方式 资料1：人工合成的脂双层对物质的通透性 1、为什么O2、CO2 能够通过人工脂双层？ 2、为什么甘油、苯、乙醇等脂溶性小分子能够通过人工脂双层？ O2、CO2分子很小，能从磷脂分子的间隙穿过 磷脂双分子层是脂溶性物质，甘油、苯、乙醇等物质可以通过相似相溶原理进出脂双层 13 1 自由扩散（简单扩散） (1)概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞。 ① 梯度运输 ②不需要转运蛋白协助 ③不需要消耗能量 (2)特点 (3)实例： 气体、水；尿素、甘油、乙醇、苯等脂溶性小分子 (4)影响因素： 浓度差 浓度差 扩散速度 比喻：球往低处滚 顺浓度（高→低） 此时绿色的物质能否通过自由扩散运输到细胞外？ 14 资料1：人工合成的脂双层对物质的通透性 2、葡萄糖不能通过脂双层，但是小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖，对此该如何解释？ 3、Na + 、 K +、Ca 2+ 等能跨膜运输，但图示显示了这些离子不能通过脂双层，这是怎么一回事？ 人工合成脂双层 细胞膜示意图 葡萄糖、Na + 、 K +、Ca 2+ 等通过细胞膜上的转运蛋白运输 推测： 蛋白质骑着载体的作用 15 (1)概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散，叫做协助扩散(易化扩散)。 (2)特点 ① 浓度梯度运输 ② 需要转运蛋白协助 ③不需要消耗能量 (3)实例： 红细胞吸收葡萄糖、水通道蛋白、Na+通道等 浓度差、转运蛋白种类和数量 浓度差 扩散速度 (4)影响因素： 2 协助扩散（易化扩散） 受转运蛋白数量限制 比喻：板车载货下坡 顺 16 3 转运蛋白 (1)定义： 镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质，能够协助离子和一些小分子 有机物顺浓度梯度跨膜运输，这些蛋白质称为转运蛋白。 (2)类型：分为 和 两种类型。 载体蛋白 通道蛋白 载体蛋白 通道蛋白 通道蛋白 17 状态1 状态2 状态3 （2）载体蛋白的开启过程 三、被动运输 载体蛋白 通道蛋白 转运特点 转运蛋白自身构象 是否与转运的分子结合 是否有特异性 实例 图示 只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过 只容许与自身通道的直径和形状相适配，大小和电荷相适宜的分子或离子通过 改变 不改变 不结合 结合 具有 具有 葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞 水通过水通道蛋白进出细胞 (3)比较载体蛋白和通道蛋白的异同： 19 1.自由扩散和协助扩散的动力是什么？ 浓度差 ①顺浓度梯度；②不消耗能量 后者需要转运蛋白 因为都是顺物质的浓度梯度进行的，不需要细胞消耗能量 所以被统称为被动运输。 同： 异： 2.自由扩散与协助扩散有什么异同？ 被动运输 自由扩散（简单扩散） 协助扩散（易化扩散） 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式 物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的扩散方式 20 运输速率 浓度差 M 转运蛋白的数量有限 自由扩散 总结被动运输的影响因素： ①膜内外 梯度的大小。 ②某些物质的运输速率（协助扩散）还与 的数量有关。 ③ 变化会影响物质运输速率。 物质浓度 转运蛋白 温度 运输速率 浓度差 协助扩散 三、被动运输 3、影响被动运输的因素 被动运输 实例 运输方向、 是否耗能 转运 蛋白 影响 因素 坐标图分析 自由扩散 协助扩散 浓度差 扩散速率 0 浓度差 运输速度 气体分子、水 甘油、脂肪酸 尿素 、固醇 乙醇、苯…… 葡萄糖进入红细胞、大部分水进入细胞、离子通过离子通道蛋白的运输…… 顺浓度梯度 (高→低) 不需要能量 不需要 需要载体蛋白或通道蛋白 内外浓度差 、温度等 内外浓度差、转运蛋白、 温度等 转运蛋白的数量有限 三、被动运输 绝大部分保湿防冻产品中都有油脂类物质（如：甘油），想一想，这是为什么呢？ 甘油可通过自由扩散的方式被细胞吸收，能吸收一部分空气的水分，同时它可以使一部分自由水转化为结合水，减少水分的散失，降低结冰点；从而可以防干燥，还能一定程度上防冻。 润肤霜 与生活联系3 护护肤吧！ 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：顺浓度梯度，不需要转运蛋白，不需要能量 植物细胞 1.半透膜。 2.浓度差。 外界溶液浓度＜细胞液浓度 细胞吸水 外界溶液浓度＜细胞液浓度 细胞失水 外界溶液浓度=细胞液浓度 细胞形态不变 外界溶液浓度＜细胞液浓度 质壁分离 外界溶液浓度>细胞液浓度 质壁分离复原 质壁分离超过一定限度不能复原! 协助扩散 特点：顺浓度梯度，需要转运蛋白，不需要能量 例子：水分子进出细胞（水通道蛋白）、葡萄糖进入红细胞（载体蛋白）、K+外流和Na+内流（离子通道蛋白）等 转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白 例子：水、尿素、气体（O2 、CO2、N2）、 脂溶性小分子（甘油、脂肪酸、乙醇、苯）、 脂质分子（胆固醇、性激素等） 任务二：探究水分子进出细胞的方式 1.由“生物膜和人工膜对同种物质的通透性差异”的实验结果，推测水分子是如何通过细胞膜的？ 水分子通过人工膜的速率：10-3cm/s 水分子通过生物膜的速率：10-2cm/s 推测： 水分子不仅可以通过自由扩散运输，还可以借助转运蛋白通过协助扩散运输。 实验结果： 自由扩散 25 资料2：科学家阿格雷在红细胞膜上发现了一种疏水性跨膜蛋白AQP1。他将这种蛋白镶嵌在人工合成的脂质体上，并将镶嵌有AQP1的脂质体和普通脂质体同时放入蒸馏水中，每隔一段时间观察，结果如图所示。 2.由上述实验结果，你能得出什么推论？ 疏水性跨膜蛋白AQP1能够加快水分子进入细胞的速率。 单一变量： 有无AQP1蛋白 脂质体 26 1988年，美国科学家阿格雷从红细胞和肾小管细胞中分离出一种新的膜蛋白，后来经过实验获得了该蛋白的氨基酸序列结构，证实了水通道蛋白的存在。目前，人们已经从细菌、酵母菌、植物、动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。 水通道蛋白结构模式图 Peter Agre 水的跨膜运输方式： 1、自由扩散 2、协助扩散（水通道蛋白） 27 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. 基于对植物细胞质壁分离原理的理解判断，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 28 一、概念检测 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，两种溶液的浓度均比细胞的浓度高，在显微镜下连续观察，可以预测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.甲乙两细胞都发生质壁分离，但乙细胞很快发生质壁分离复原 C.只有乙细胞发生质壁分离，但不会发生质壁分离复原 D.甲乙两细胞发生质壁分离，随后都很快发生质壁分离复原 B 29 【提示】可以配制出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浓度，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。 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。 30 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。 【答案】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，实验中要注意排除各种无关变量的干扰，如置于不同温度中的漏斗内的蔗糖溶液的量和浓度必须相等，以确保实验的准确性。 31 项 目 自由扩散 协助扩散 运输方向 转运蛋白 能量 举例 不需要 需要 不消耗 ①气体：O2、CO2等 ②甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物 ③少部分水 ①离子和一些小分子有机物，如葡萄糖进入红细胞 ②大部分水 顺浓度梯度（高浓度→低浓度） 被动运输 自由扩散（简单扩散） 协助扩散（易化扩散） 顺浓度梯度、不消耗能量 32 方式 自由扩散(简单扩散) 协助扩散(易化扩散) 运输方向 顺浓度梯度 转运蛋白 不需要 需要 能量 不消耗 不消耗 曲线模型 举例 ①气体：O2、CO2等 ②甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物 ③少部分水 ①离子和一些小分子有机物，如葡萄糖进入红细胞 ②大部分水 自由扩散与协助扩散的比较 33 包括自由扩散和协助扩散 被动运输 34 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$