4.1被动运输课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

被动运输 第一节 学习目标 1 渗透作用发生的原理 探究细胞的吸水与失水 植物细胞的质壁分离与复原 2 3 被动运输的原理和特点 转运蛋白的种类和作用 4 渗透作用 01 与生活的联系 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？ 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？ 4 扩散作用： 扩散作用 指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象。 扩散速度与温度有关，温度越高，扩散速度越快。 滴入墨水处和旁边的浓度差将会________。 减小 5 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 多于 单位时间从蔗糖溶液流入清水中的水分子数 渗透作用： 蔗糖分子 水分子 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。 水分子双向进出 半透膜：让小分子通过而大分子不能通过的一类多孔性薄膜的总称。 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。 渗透作用 Q2.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 = 液柱的静水压 水分子 双向进出平衡 溶液渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力。(物质的量浓度) 7 渗透作用 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 Q3.探究渗透作用发生的条件。 思考：B和C的液面会升高吗？ 1、发生渗透作用的条件： ①有半透膜 ②半透膜两侧的溶液存在浓度差 8 2.渗透作用结果： 水分子通过半透膜双向扩散，直到水分子进出速率达到动态平衡 渗透作用 3.渗透作用中水分子的运动方向： 半透膜 水（溶剂） 蔗糖（溶质） 水的含量 相对含量低 相对含量高 溶液浓度 高浓度溶液 低浓度溶液 溶质角度“水往高处流” 渗透压 高渗透压 低渗透压 顺相对含量梯度 9 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。 渗透作用平衡前、后溶液浓度大小： 渗透平衡后水的进出方向： S1 > S2 双向进出平衡 渗透作用拓展 浓度差与Δh的关系： 浓度差越大，平衡时Δh越大，渗透速率越快，达到平衡所需的时间越短 判断：达到平衡状态时半透膜两侧的水分子不进不出 判断：达到平衡状态时半透膜两侧的溶液浓度相同 × × 10 水进出动物细胞的原理 蔗糖溶液 半透膜 细胞质 细胞膜 清水 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？ 11 清水 0.9%NaCl溶液 10%NaCl溶液 外界溶液的浓度 细胞质浓度 外界溶液的浓度 细胞质浓度 外界溶液的浓度 细胞质浓度 水进出细胞的原理 细胞吸水膨胀 细胞失水皱缩 细胞形态不变 动物细胞与外界溶液构成一个渗透系统 ①半透膜：细胞膜 ②浓度差：细胞质与外界溶液 细胞膜相当于一层半透膜，水分通过渗透作用进出动物细胞 < > = 12 1、红细胞内的血红蛋白等有机物能透过细胞膜吗？ 这些有机物相当于“问题探讨”所示装置中的什么物质？ 血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜。 相当于蔗糖分子。 2、红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜？ 是（是“相当于”，不是“等同”）。 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 水进出动物细胞的原理 13 半透膜 选择透过性膜 概念 特点 材料 指某些物质可以透过，而另一些物质不能透过的多孔性薄膜 指水分子能自由通过，细胞要选择吸收的离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过的生物膜 透过的依据是分子或离子的大小，不具有选择性 膜上的蛋白质决定了一些分子可以通过，另一些分子不能通过，具有选择透过性 玻璃纸、动物膀胱、鱼鳔、花生种皮等 细胞膜、液泡膜和由其构成的原生质层等 14 4.红细胞吸水或失水的多少取决于什么条件？ 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，浓度差很大时会涨破，浓度差较小时不会涨破。 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，有可能细胞内液浓度下降后与外界溶液的浓度达到平衡，此时红细胞将不再吸水。 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。 水进出动物细胞的原理 15 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。 5、临床上输液为什么要用生理盐水？ 植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？ 6、将食物用食盐腌制为什么可以达到防止食物腐烂变质的目的？ 在高浓度的溶液中，细菌等微生物会过度失水而死亡。 施肥过多， 造成“烧苗” 水进出动物细胞的原理 16 （全透性,保护、支持细胞，伸缩性较小） （植物细胞内的液体环境主要指的是液泡里的细胞液 ） 原生质层 成熟植物细胞 结构模式图 水进出植物细胞主要指的是水通过原生质层进出液泡 水进出植物细胞的原理 细胞膜 细胞壁 细胞质 液泡膜 细胞液 植物细胞吸水和失水是否也是发生了渗透作用呢？ 17 水进出植物细胞的原理 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 分析结果 实验现象 表达交流 进一步探究 原生质层相当于一层半透膜吗？ 水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？ 原生质层相当于半透膜：水分通过渗透作用进出植物细胞 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 。 失水 吸水 蔗糖溶液使细胞外溶液浓度升高，清水使细胞外溶液浓度降低。 2.如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？ 18 水进出植物细胞的原理 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 分析结果 实验现象 表达交流 进一步探究 将植物细胞分别浸润在较高浓度的蔗糖溶液和清水中，用显微镜观察液泡、原生质层、细胞大小的变化。 在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸引流 在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸引流 盖上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片 滴清水 撕取紫色洋葱鳞片叶外表皮 低倍镜观察 低倍镜观察 低倍镜观察 全程低倍镜 19 水进出植物细胞的原理 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 分析结果 实验现象 表达交流 进一步探究 20 水进出植物细胞的原理 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 分析结果 实验现象 表达交流 进一步探究 ①表皮细胞中有个紫色的中央大液泡 ②原生质层紧贴细胞壁 0.3g/mL 蔗糖溶液 清 水 ②原生质层与细胞壁逐渐 。 ①紫色中央大液泡逐渐 （紫色加深） ③细胞大小 。 ②原生质层与细胞壁逐渐 。 ①紫色中央大液泡逐渐 （紫色变浅） 变大 恢复贴近 ③细胞大小 。 基本不变 次观察 次对照(自身前后对照) 三 两 正常状态 变小 分离 基本不变 失水状态 吸水状态 21 水进出植物细胞的原理 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 分析结果 实验现象 表达交流 进一步探究 结论： 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 质壁分离 质壁分离复原 (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。 当外界溶液浓度 > 细胞液浓度 当外界溶液浓度 < 细胞液浓度 22 水进出植物细胞的原理 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验现象 表达交流 进一步探究 分析结果 1.质壁分离、复原的内因和外因： 2. 观察质壁分离和复原，对材料的要求： 内因： 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 外因：外界溶液与细胞液之间存在浓度差 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 成熟植物活细胞 有细胞壁，中央大液泡(有颜色) 23 水进出植物细胞的原理 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验现象 表达交流 进一步探究 分析结果 3. 可以选用黑藻或者洋葱鳞片叶内表皮细胞进行实验吗？ 观察叶绿体分布情况 细胞无色，外界溶液中加染料 24 水进出植物细胞的原理 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验现象 表达交流 进一步探究 分析结果 4. 发生质壁分离后，细胞壁与原生质层间的缝隙是什么物质？ 外界溶液 (0.3g/mL的蔗糖溶液) 1. 植物细胞会由于过多吸水而涨破吗？ 不会。（因为细胞壁有保护、支持的作用） 2. 如果滴加的是0.5 g/ml的蔗糖溶液， 实验结果如何？ 发生质壁分离，但不能质壁分离复原。(失水过多死亡) 25 水进出植物细胞的原理 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验现象 表达交流 进一步探究 分析结果 3.若使用盐酸、酒精、醋酸溶液，会不会发生质壁分离以及质壁分离复原现象?为什么？ 因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大， 植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。 4.将0.3g/ml的蔗糖溶液换成适宜浓度的甘油\乙二醇\尿素\KNO3溶液，实验结果会有什么不同？ 不能，这些溶液能杀死细胞。 外界溶液要求： ①对细胞无毒害 ②浓度适宜 26 水进出植物细胞的原理 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验现象 表达交流 进一步探究 分析结果 质壁分离过程中，细胞对水的吸引力 。 (细胞失水，细胞液浓度升高) 质壁分离复原过程中，细胞吸水能力逐渐 。 (细胞吸水，细胞液浓度下降) 5.质壁分离、复原过程中吸水能力变化？ 吸水力与细胞液浓度/渗透压呈正相关 增强 减弱 6.质壁分离与复原实验的拓展应用 发生质壁分离(活细胞),不发生质壁分离(死细胞) 1.判断成熟植物细胞的死活 27 水进出植物细胞的原理 提出问题 作出假设 设计实验 实施实验 实验现象 表达交流 进一步探究 分析结果 2.测定细胞液浓度范围（同步72页2题） 3.比较不同植物细胞的细胞液浓度 4.比较未知溶液的浓度大小（小册子195页7题） 5.鉴别不同种类的溶液 不同细胞 + 同一外界溶液 质壁分离所需时间越短， 浓度差越大，细胞液浓度越小 成熟植物细胞 + 不同种类溶液 只发生质壁分离，溶质不能进入细胞。 如蔗糖 质壁分离后自动复原，溶质不能进入细胞。如KNO3 6.生活中杀菌、防腐、腌制食品(浓度过高杀死细胞) 7.农业生产中的水肥管理(施肥要适度) 28 课堂小结 29 1、将新鲜的绿色苔藓植物叶片，放入其中加有少量红墨水的质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液中，在显微镜下观察，你会看到苔藓细胞的状态如右图所示。此时,部位①和部位②的颜色分别是 ( ) A．无色、绿色 B．红色、绿色 C．红色、无色 D．红色、红色 B 课后练习 30 2、下面能发生质壁分离的一组细胞是( ) ①用糖腌制过的萝卜细胞 ②洋葱鳞片叶表皮细胞 ③植物的根尖成熟区的细胞 ④人的口腔上皮细胞 ⑤用盐酸解离的洋葱根尖细胞 ⑥根尖分生区细胞 A．①⑤ B．②③⑥ C．①②③④⑤⑥ D．②③ D 课后练习 31 3.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 D 课后练习 32 4．将一张洋葱鳞片叶放在某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1－3,你认为这3个细胞在未发生上述情况之前,其细胞液的浓度依次是( ) A．A﹥B>C B．A<B<C C．B>A>C D．B<A<C A 课后练习 33 被动运输 02 被动运输 1.概念 物质以 方式进出细胞，_________消耗细胞内化学反应所释放的 。 不需要 2.特点 ①顺浓度梯度运输； ②不消耗能量。 3.运输动力 来自细胞内外物质的浓度差。 自由扩散 协助扩散 4.种类 扩散 能量 35 被动运输 物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散，也叫简单扩散。 物质借助膜上的转运蛋白进出细胞的扩散方式，叫作协助扩散，也叫易化扩散。 1. 特点 ①顺浓度梯度运输(高浓度→低浓度) ③不需要转运蛋白 ②不消耗能量 ①顺浓度梯度运输 ③需要转运蛋白 ②不消耗能量 36 被动运输 自由扩散 协助扩散 2. 例子 水、气体(O2 、CO2、N2)、 尿素，脂质、甘油、乙醇、苯等脂溶性小分子 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（通道蛋白） 影响因素 ①细胞内外浓度差 ②转运蛋白的数量 ③温度 ①细胞内外浓度差 ②温度 37 被动运输 自由扩散 协助扩散 影响因素 浓度差 运输速度 0 浓度差 运输速度 0 P P点后速率受 转运蛋白数量限制 O2浓度/能量 运输速度 0 P点前速率受 浓度差限制 自由扩散 协助扩散 自由、协助扩散 38 被动运输 39 转运蛋白 载体蛋白 通道蛋白 图示 转运 特点 是否结合 自身构象 特异性？ 实例 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 不结合 结合 改变 具有特异性/专一性 葡萄糖通过载体蛋白进入红细胞 水分子通过水通道蛋白进出细胞 40 被动运输 水分子很小，不带电荷但具有极性，尽管能够以自由扩散过膜，但是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。 41 练习与应用 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。（ ） × × √ 42 练习与应用 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 43 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 44 练习与应用 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。 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。 45 练习与应用 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。 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率。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。 46 Lavf58.20.100 Lavf58.30.100 Lavf58.51.100 Lavf58.51.100 $$