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

学习目标： 1、分析渗透装置，归纳渗透作用的定义、条件 2、通过课本实验，说出动植物细胞发生渗透作用的原因条件 3、区分自由扩散和协助扩散，归纳被动运输的定义 第4章第1节 被动运输 在清水中滴一滴红墨水，不需要搅拌，一段时间后，整瓶水都会变红。这是什么原因？ 这是因为墨水分子在水中不断运动的结果，这种现象称为扩散。 扩散：物质（包括气体、固体、液体）从高浓度处向低浓度处运动，直到均匀分布的现象。 如果在烧杯中间添加一块半透膜后会出现什么现象？ 半透膜 课本P62 【问题探讨】 Na+ 葡萄糖 Na+ 葡萄糖 水 水 蔗糖 蛋白质 半透膜 半透膜是一类可以让水分子（离子/葡萄糖）物质通过，而较大分子（蔗糖）物质不能通过的一类多孔性膜。(玻璃纸、鸡蛋的壳膜、鱼鳔、动物膀胱膜) 1.漏斗管内的液面为什么会升高？ 多 少 由于蔗糖溶液中水的相对含量（单位体积中的水分子数）比烧杯中的水的含量低，因此，烧杯中的水扩散到漏斗中的速度相对更快，导致漏斗中水量增加，液面上升。 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。 课本P62 【问题探讨】 2.如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？ 3.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？ 不会。因为纱布不是半透膜，孔隙很大，可溶于水的物质都能够自由通过，包括水分子和蔗糖分子都能通过。 单位时间透过玻璃纸进出水分子量相同，故漏斗管液面不变 课本P62 【问题探讨】 1.渗透作用概念: 2.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 3.渗透作用结果： 溶液浓度低 溶液浓度高 含水量高 含水量低 4.渗透作用中水分子流动的方向 半透膜 水（溶剂） 蔗糖（溶质） 水分子或其他溶剂分子透过半透膜的扩散 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。 从溶质的角度分析： 低浓度溶液→高浓度溶液 从水分子自身的角度分析： 高含量一侧→低含量一侧 一、水进出细胞的原理 【例】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 对点训练 对点训练 对点训练 对点训练 对点训练 对点练习 当液面不再上升时，液面高的一侧其浓度也较高！ 影响渗透的因素 a.半透膜两侧的溶液具有浓度（物质的量浓度）差 如图：思考一段时间后，U型管液面如何变化？ 浓度差是指溶液中溶质的物质的量浓度，即单位体积中溶质分子的微粒数，微粒数多的溶液吸水力强。（非质量浓度） 只比较单位体积内的微粒数，与微粒的大小与种类无关。 液面 （等高） 2 mol/L 蔗糖溶液 2 mol/L 葡萄糖 溶液 半透膜（只有水分子通过） 液面不变 若左右分别为0.1mol/L NaCl溶液 、0.1mol/L CaCl2溶液，如何变化？ 影响渗透的因素 a.半透膜两侧的溶液具有浓度（物质的量浓度）差 浓度差是指溶液中溶质的物质的量浓度，即单位体积中溶质分子的微粒数，微粒数多的溶液吸水力强。 只比较单位体积内的微粒数，与微粒的大小与种类无关。 葡萄糖和蔗糖分子都不能通过半透膜 一段时间 左侧液面下降 右侧液面上升 b.溶质分子能否通过半透膜 葡萄糖分子可通过半透膜，而蔗糖分子不能通过半透膜。 如图，一段时间后，U型管液面如何变化？ 大部分水分子 大部分水分子和葡萄糖分子 右侧液面先上升后下降，最终左侧液面高于右侧液面。 情 境 感悟生活 如果长时间嗑咸瓜子，会有什么感觉？ 水分子通过细胞膜进出细胞也是同样的原理吗？ 细胞膜是否相当于一层半透膜呢？ 二.动物细胞的吸水和失水（阅读课本63页思考讨论） (1)验证 相当于 半透膜 蔗糖溶液 清水 细胞膜 细胞质 外界溶液 总结归纳： 红细胞的细胞膜相当于一层半透膜 其他动物细胞的吸水或失水与红细胞相似，原理都是通过渗透作用。 水进出动物细胞的原理 结论： 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。 植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？ 情 境 感悟生活 三、水进出植物细胞的原理 细胞膜（选择透过性） 细胞质 液泡膜 细胞液 细胞壁（全透性，伸缩性小） 外界溶液 半透膜 漏斗内溶液 哪一部分相当于半透膜？？？ 原生质层：细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层 原生质层 细胞膜和液泡膜都是生物膜，都具有选择透过性。 【探究·实践】探究植物细胞的吸水和失水 植物细胞质壁分离和质壁分离复原实验 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，是因为其细胞液呈紫色，易观察液泡的大小变化 质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液： 细胞能失水发生质壁分离 又不至于失水过多导致细胞死亡 实验过程 低倍镜观察3次，形成自身前后对照 正常的洋葱表皮细胞 0.3g/mL的蔗糖溶液 失水的洋葱表皮细胞 清水 吸水恢复的洋葱表皮细胞 原生质层与细胞壁发生分离。两者之间充满了 。 中央液泡逐渐变小，颜色变深 质壁分离 中央液泡变大，颜色变浅 质壁分离复原 原生质层恢复到原来的位置 蔗糖溶液 【探究·实践】探究植物细胞的吸水和失水 探究植物细胞的吸水和失水 中央液 泡大小 原生质层 的位置 细胞 大小 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 1.原生质层相当于半透膜 2.植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的 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 1.如果滴加的是0.5g/ml的蔗糖溶液，结果会怎样？ 2.如果滴加的是一定浓度的KNO3溶液(或:尿素、甘油、乙二醇），实验结果又会有什么不同？ 思考讨论 发生质壁分离，但不能质壁分离复原。（细胞严重失水而死亡) 因为在质壁分离的过程中，细胞吸收了溶液中的K+等微粒，导致细胞液浓度变大，而自动吸水质壁分离后自动复原。 3.植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？ 不会；细胞壁保护支撑作用。 4.要观察细胞发生质壁分离和复原，对材料有哪些要求？ ①成熟植物的活细胞（有细胞壁） ②有中央大液泡（液泡有颜色） 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞 绿色植物叶肉细胞 5.判断此时外界溶液浓度和细胞液浓度的关系？两个过程中细胞吸水能力如何变化？ 滴加蔗糖溶液 滴加清水 质壁分离 质壁分离复原 归纳小结： 1、对于成熟植物细胞来说，_________相当于半透膜，其伸缩性____；细胞壁是_______，溶于水的物质都可以通过细胞壁，而且细胞壁的伸缩性____； 2、当外界溶液浓度大时，细胞渗透失水，原生质层缩小程度较细胞壁缩小程度____，发生_______________分离； 3、将质壁分离的细胞置于低浓度溶液中，液泡吸水，原生质层恢复原状，即发生_____________。 原生质层 大 全透的 小 大 原生质层与细胞壁 质壁分离复原 内因 外因 待测细胞+蔗糖溶液 不发生质壁分离 →活细胞 发生质壁分离 →死细胞 镜检 ① 判断细胞死活 染色排除法也可以判断细胞死活，如：用台盼蓝染液染色后观察，没有染上颜色的细胞为活细胞，染上颜色的细胞为死细胞。 质壁分离及其复原的应用 某兴趣小组用一系列浓度梯度的蔗糖溶液分别处理相同生理状况的某种植物的根部细胞，用显微镜观察不同浓度蔗糖溶液下根部细胞质壁分离的情况，实验结果如下表所示。据此分析回答下列问题： 具一定浓度梯度的蔗糖溶液（g/ml） a b c d e f g h 实验结果 - - - - - + ++ +++ 注：“-”表示未发生质壁分离，“+”表示有质壁分离。“+”越多表示分离程度越高①该种植物的根部细胞液浓度范围约为 g/ml。②满足该植物生长需求的土壤相对含水量应 （填“大于”“小于”“等于”）刚好使根部细胞发生质壁分离的蔗糖溶液的相对含水量。 e~f 大于 细胞液浓度介于: 未质壁分离与刚质壁分离 的浓度之间 待测植物细胞 ＋ 一系列浓度梯度的蔗糖溶液 细胞液浓度=未发生质壁分离和刚刚发生质壁分离的蔗糖溶液的浓度之间。 镜检 ② 确定某一细胞的细胞液浓度的范围 不同植物细胞 + 同一浓度的蔗糖溶液 镜检 比较刚刚发生质壁分离的时间 或比较发生质壁分离的程度。 刚刚发生质壁分离的时间越短，细胞液浓度越低 质壁分离的程度越大，细胞液浓度越低。 ③ 比较不同植物细胞的细胞液浓度的大小 同一植物的成熟细胞 十 未知浓度的溶液 镜检 比较刚刚发生质壁分离的时间 或比较发生质壁分离的程度。 刚刚发生质壁分离的时间越短，溶液浓度越高， 质壁分离的程度越大，溶液浓度越高。 ④ 比较不同溶液的浓度大小 ⑤ 判断溶液的种类 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 课堂总结 水进出细胞的原理 渗透作用的条件及实质 动物细胞 (1)动物细胞膜相当于半透膜 (2)动物细胞膜两侧的溶液具有浓度差 条件 (1)具有半透膜 (2)半透膜两侧的溶液具有浓度差 实质 水分子通过半透膜从水的相对含量 高的一侧向相对含量低的一侧扩散 植物细胞 (1)植物细胞原生质层相当于半透膜细胞壁 全透性，水分子可自由通过 (2)原生质层两侧的溶液具有浓度差 二、自由扩散和协助扩散 像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学物质所释放的能量，这种物质跨膜运输的方式称为被动运输(passive transport)。 被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类 （一）自由扩散 （1）概念： （2）实例： 水、O2、CO2、甘油、乙醇、苯、脂溶性小分子 （3）特征： ①顺浓度梯度运输 ②不需要消耗能量 课本P66 二、自由扩散和协助扩散 物质通过简单扩散作用进出细胞的方式，叫做自由扩散。 因为甘油、乙醇等都是脂溶性的物质，与磷脂分子有较强的亲和力，容易通过磷脂分子层出入细胞。 后来的研究发现，水分子在通过细胞膜时的速率高过人工膜，由此推断细胞膜上可能存在特殊的输送水分子的通道。 生物膜和人工膜对多种物质的通透性 资料： 水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们以自由穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。 二、自由扩散和协助扩散 资料： 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 水 细胞膜 水分子进行细胞的方式为自由扩散和协助扩散（更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散的方式进出细胞。） 二、自由扩散和协助扩散 钾离子通道模式图 20世纪80年代，科学家又从蚕豆保卫细胞中检测出K+的通道。1998年，美国科学家麦金农（R.Mackinon）解析了K+通道蛋白的立体结构。 资料： 二、自由扩散和协助扩散 转运蛋白 课本P66 图4-4 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。 二、自由扩散和协助扩散 通道 蛋白 载体 蛋白 协助扩散 转运蛋白 类型 特点 实例 载体蛋白 通道蛋白 只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过。 每次转运时都会发生自身构象的改变。 分布在许多组织细胞膜上的葡萄糖转运蛋白。 只容许与自身通道直径和形状相适配，大小和电荷相适宜的分子或离子通过。 运输物质通过通道时，不需要与其结合。但通道蛋白具有开闭性。 水通道 离子通道 载体蛋白和通道蛋白 （二）协助扩散 （1）概念： （2）实例： 葡萄糖等进入红细胞 血浆中Na+进入神经细胞；水等 （3）特征： ①顺浓度梯度运输 ②需要转运蛋白 ③不需要消耗能量 课本P66 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式。 二、自由扩散和协助扩散 总结：被动运输(自由扩散+协助扩散） 1.顺浓度梯度运输， 2.不消耗细胞内化学物质所释放的能量 三、影响跨膜运输的因素 ￫ 被动运输——自由扩散 浓度差（Mmol/L） 0 5 10 15 20 25 运输速度 （离子/秒） 0 2.4 4.8 7.2 9.6 12 结论：物质的运输速度与物质浓度差成______关系，自由扩散过程只受_______影响。 正比 浓度差 三、影响跨膜运输的因素 ￫ 被动运输——协助扩散 结论：在一定浓度范围内，物质的运输速率与物质浓度差成正相关，超过一定的浓度后，协助扩散中物质运输速率受________ 限制。 转运蛋白的数量 浓度差 （Mmol/L） 0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 速率 （离子/秒） 0 8 15 24 30 31 31 转运蛋白的数量 三、影响跨膜运输的因素 影响自由扩散的因素 温度 膜两侧的浓度差 影响协助扩散的因素 温度 膜两侧的浓度差 转运蛋白的数量 自由 扩散 协助扩散 例：乙醇、甘油、苯、性激素、 气体(O2、 CO2)、水 载体蛋白：葡萄糖进红细胞 （需要与载体结合） 被动 运输 通道蛋白：水和某些离子 （无需与通道蛋白结合） 特点 不消耗能量 顺浓度梯度：（高 低） 小结： Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$