4.1被动运输第1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 思考：为什么细胞膜具有选择透过性？ 细胞膜怎样控制物质输入和输出？ 细胞是个开放的生命系统， 细胞膜可以控制物质进出。 细胞是个开放的生命系统，细胞膜可以控制物质进出。 水是活细胞中含量最多的物质，让我们先来分析一下水分子是如何进出细胞的 2 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】 半透膜 半透膜是一些小分子物质（如水）能透过，而另一些较大物质则不能透过的多孔性薄膜。它包括物理性的过滤膜和生物性的选择透过性膜。 ①过滤膜：膜上有一些小孔，若分子的直径小于小孔直径，就能通过，否则不能通过。如玻璃纸（赛璐玢）、膀胱膜、鸡蛋的壳膜、鱼鳔等 ②选择透过性膜：指具有活性的生物膜，对物质的通过既具有半透膜的物理性质，还具有主动的选择性，如细胞膜、细胞器膜、核膜。 细胞膜 玻璃纸（赛璐玢） 注意：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。 4 蔗糖溶液 玻璃纸（半透膜） 清水 蔗糖分子 水分子 水分子可以自由通过，而蔗糖分子不能通过。 半透膜 渗透作用 水分子（或其它溶剂分子）通过半透膜的扩散。 1 概念： Q1.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 5 蔗糖溶液 玻璃纸（半透膜） 清水 蔗糖分子 水分子 半透膜 渗透作用 指溶液中溶质微粒对水的吸引力,大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目。 渗透压： 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。 Q2.如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？ 漏斗内渗透压 = 液柱的重力， 为什么单位时间从清水流入蔗糖溶液中的水分子数多于从蔗糖溶液流入清水中的水分子数？ 平衡时 ，是一个相对静止状态，漏斗内受力平衡 6 一段时间 变式装置: 下图标注的均是质量分数，假设只有水分子能通过半透膜，则一段时间后，液面高度会如何变化？ c= m MV 水从蔗糖流向葡萄糖更多 浓度差指溶质颗粒的物质的量浓度，强调某物质的数量 水分子 含量更多 液面上升 浓度低 浓度高 【问题探讨】 接下来我们来做一个关于渗透作用的变式题 下图标注的均是质量分数，假设只有水分子能通过半透膜，则一段时间后，液面高度会如何变化？ 这道题的关键就是哪边的水多，水会从的地方往少的地方移动 回答：先换算成物质的量浓度，c蔗糖＜c葡萄，蔗糖中的水更多，水从蔗糖流向葡萄糖，右边升高 30%蔗糖溶液 玻璃纸 30%蔗糖溶液 30%蔗糖溶液 纱布 清水 思考： B和C的液面会升高吗？ C B 30%蔗糖溶液 玻璃纸 清水 A ①具有半透膜 渗透作用 2 发生条件： ②半透膜两侧的溶液具有浓度差 8 渗透作用 水分子（或其它溶剂分子）通过半透膜的扩散 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 两侧的溶液具有浓度差。 2 发生的条件 3 水的运输方向 1 概念： ①从溶质的角度分析： 低浓度溶液→高浓度溶液 ②从水分子自身的角度分析： 高含量一侧→低含量一侧 指物质的量浓度而非质量浓度 9 渗透作用 ①液面高度不发生变化，水分子双向运动速率相等， 即动态平衡。 ②渗透平衡时： △h的液体重力=漏斗中溶质的吸水力（渗透压） 溶液S1 溶液S2 平衡前：S2＞S1 S表示溶液浓度 渗透过程： 平衡后： 平衡后S1与S2的浓度差产生的吸水力与高度差的重力相等，S1与S2的浓度差越大，高度差就越大。 4 渗透平衡 S2↓ S1↑ S2＞S1 当液面高度不变的时候，就达到了渗透平衡 10 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 1、右图所示是渗透装置示意图,关于在长颈漏斗管内液面上升过程中的有关叙述,正确的是(　　) A.水分子只能通过半透膜从烧杯进入漏斗进行单向移动 B.液面上升的速率先逐渐加快，然后减慢，最终液面维持稳定 C.当半透膜两侧水分子进出速率相等时,两侧溶液浓度相等 D.半透膜两侧溶液的浓度差越大,上升的高度越高 D 【母题延伸】若将图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？ 液面相平 相同 当液面不再上升时，液面高的一侧其浓度也较高！ 练习 （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 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 浓度差 细胞是个开放的生命系统，如果将装置中的漏斗换成动物细胞还会不会吸水？一个动物细胞能否构成一个渗透系统？ 讨论: 动物细胞与外界溶液组成了一个渗透系统 ②细胞内溶液与外界溶液存在浓度差 ①细胞膜相当于一层半透膜 水进出动物细胞的原理 ——渗透作用 22 外 界 溶 液 浓 度 细 胞 质 的 浓 度 小于 吸水膨胀、涨破 大于 失水皱缩 低渗溶液 高渗溶液 等渗溶液 0.9% NaCl溶液中 20%的蔗糖溶液中 清水中 等于 保持原状 水进出动物细胞的原理——渗透作用 23 Q1. 红细胞内的血红蛋白相当于“问题探讨”装置中的什么物质？ 血红蛋白是有机大分子物质，不能透过细胞膜。它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。 不一定，如果细胞内外浓度差很小，则细胞吸水，但不会涨破。 问题交流： 水进出动物细胞的原理——渗透作用 Q2. 当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？ Q3. 红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？ 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。 Q4. 想一想临床上输液为什么要用生理盐水（0.9%NaCl溶液）？ 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。 24 将人类的红血球置于不同浓度蔗糖液中，浸泡半小时之后的结果如图。依照血球外形的变化判断蔗糖液的浓度，由高到低排列，正确的是（ ） A．甲＞乙＞丙＞丁 B．丁＞甲＞乙＞丙 C．丙＞丁＞甲＞乙 D．丙＞乙＞丁＞甲 D 甲　 　 乙 丙　　 丁 吸水涨破 吸水膨胀 失水皱缩 水进出动态平衡 练习 水进出植物细胞的原理——渗透作用 如果将装置中的漏斗换成植物细胞将如何？ 和动物细胞一样也会吸水涨破吗？ 讨论: 细胞壁具有全透性，且能支持、保护细胞。 水进出动物细胞主要是进出 ， 相当于半透膜 细胞膜 细胞质 水进出植物细胞主要是进出 ， 、 、 、 相当于半透膜 细胞膜 液泡 液泡膜 两层膜间细胞质 水进出动物细胞主要是进出动物细胞质 26 水进出植物细胞的原理——渗透作用 细胞壁 细胞膜 液泡膜 细胞质 原生质层 细胞液 ① ② ③ ④ ⑤ 1.原生质层：细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。 2.水进出植物细胞：主要是指水经过原生质层进出液泡。 （全透性，支持和保护细胞，伸缩性比较小） 成熟植物细胞结构模式图 （植物细胞内的液体环境主要指的是液泡里的细胞液） 27 设计实验探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 进行实验 实验结果 水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？ 原生质层是不是相当于一层半透膜？ 原生质层相当于一层半透膜 （1）如果假设是正确的，当外界溶液的浓度高于细胞液的浓度时，细胞就会 ；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会 。 （2）如何提高或降低细胞外溶液浓度？ （3）如何看到细胞？需要用到什么材料和器具？ 实验结论 提高细胞外溶液浓度：蔗糖溶液 降低细胞外溶液浓度：清水 利用显微镜观察临时装片。 失水 吸水 28 实验----探究植物细胞的吸水和失水 ①选择成熟的植物活细胞，并具有中央大液泡和原生质层。 （不可以选用死细胞、动物细胞及未成熟的植物细胞、种子、根尖分生区的细胞） ②细胞液或细胞质应具有颜色。 如：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液为紫色，易于观察。 也可选用黑藻细胞直接观察，因为原生质层是绿色的！ 若选用洋葱鳞片叶内表皮，由于细胞液无色，观察时可在外界溶液中加染料，或者将视野调暗。 1.实验材料的选择要求： 进行实验，记录结果 探究植物细胞的吸水和失水 探究·实践 (一)选择材料 下列材料中能用于本次实验的是 。 A.大蒜根尖分生区细胞 B.人的口腔上皮细胞 C.菠菜或黑藻叶肉细胞 D.蛙的红细胞 E.洋葱鳞片叶外表皮细胞 F.洋葱鳞片叶内表皮细胞 C E F 活的植物细胞，要有中央大液泡和细胞壁，液泡最好有颜色 二、水进出细胞的原理 2、水进出植物细胞的情况 2.外界溶液的选择 应选择对细胞无害的溶液，不能选用盐酸、酒精、醋酸等溶液作实验试剂。（因为能杀死细胞） 常选用质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液作为外界溶液。 （原因是该浓度的蔗糖溶液既能使细胞发生明显的质壁分离， 又不会导致细胞过快死亡） 思考： 本实验选用0.3 g/mL的蔗糖溶液作试剂，若浓度过高或过低对实验有何影响？ 实验----探究植物细胞的吸水和失水 ①若蔗糖溶液浓度过高（如0.5g/mL的蔗糖溶液），原生质层分离的速率虽快，但细胞会失水过多而死亡，不能再进行质壁分离复原实验； ②若蔗糖溶液浓度过低，则不易观察到细胞的质壁分离现象或质壁分离速率较慢。 实验结果： 外界溶液 中央液泡大小 原生质层的位置 细胞大小 蔗糖溶液 清水 逐渐变小 逐渐变大，恢复原来大小 逐渐脱离细胞壁 逐渐贴近细胞壁 基本不变 基本不变 实验结论： 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。 实验----探究植物细胞的吸水和失水 设计实验探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 进行实验 分析结果 实验结论 （1）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。 植物细胞发生质壁分离与复原的原因： 外因： 内因： 细胞内外溶液有浓度差，能渗透吸水和失水 原生质层相当于一层半透膜 原生质层的伸缩性 > 细胞壁的伸缩性 1.为什么发生质壁分离及质壁分离复原的过程中，细胞大小基本不变？ 细胞壁伸缩性较小 33 练习 2.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.该实验可用于探究植物细胞细胞液的浓度大小 D.植物细胞吸水能力与质壁分离程度呈负相关 E.在低浓度的外界溶液中，细胞因吸水会涨破 C 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。 （由于存在细胞壁的保护，植物细胞不会涨破） 原生质层 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 37 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 43 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 44 对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。 细胞过度失水可能导致死亡，可采用“灌溉法”进行缓解。 三、渗透作用原理的运用 在萎靡的青菜上洒水，使其坚挺 三、渗透作用原理的运用 在青菜上洒水，外界溶液浓度低于细胞液浓度，植物细胞吸水，宏观表现为植物坚挺 生活中杀菌、防腐、腌制食品 三、渗透作用原理的运用 渗透作用 半透膜 半透膜两侧存在浓度差 低浓度向高浓度 方向 探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 条件 原生质层 细胞膜 植物 动物 验证 设计实验 进行实验 分析结果 实验结论 作出假设 48 $$