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

第四章 第1节 被动运输 人教版必修一 分子与细胞 1 1.渗透现象及原理分析 扩散作用： 不同的物质在互相接触时，彼此进入对方的现象 2 1.渗透现象及原理分析 是具有一定孔径，可以让小分子物质通过（如水分子），而大分子物质不能通过的一类薄膜。物质能否通过只与孔径大小有关。 半透膜： 如：玻璃纸，肠系膜，猪膀胱，蛋壳膜，鱼鳔等 在一个长颈漏斗的漏斗口外密封上一层玻璃纸，往漏斗内注入蔗糖溶液，然后将漏斗浸入盛有清水的烧杯中，使漏斗管内外的液面高度相等。 玻璃纸（又叫赛璐玢）：水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。 过一段时间，会出现什么现象呢？ 3 1.渗透现象及原理分析 4 1.渗透现象及原理分析 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 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 = 液柱的压力， 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 溶液渗透压 蔗糖溶液 玻璃纸（半透膜） 清水 蔗糖分子 水分子 半透膜 水分子（或其它溶剂分子）通过半透膜的扩散 渗透作用 水分子进出速率动态平衡 5 1.渗透现象及原理分析 烧杯 长颈漏斗 渗透压高 —— 高浓度溶液 —— 含水量低 渗透压低 —— 低浓度溶液 —— 含水量高 半透膜 渗透作用中水的运输方向: 渗透压：溶质微粒对水的吸引力 ②从溶质的角度分析： 低浓度溶液→高浓度溶液 ①从水分子自身（溶剂）的角度分析： 高含量一侧→低含量一侧 物质的量浓度 6 1.渗透现象及原理分析 Q3：液面上升的过程中，漏斗内溶液的浓度有何改变？ 蔗糖溶液 玻璃纸（半透膜） 清水 蔗糖分子 水分子 半透膜 相比初始溶液浓度有所下降。浓度随液面上升而下降，当液面不再上升时，溶液浓度也保持相对稳定。 Q4：平衡后半透膜两侧溶液浓度会相同吗？ 漏斗内溶液浓度＞烧杯内溶液浓度 Q5：如果用纱布代替，漏斗管内的液面还会升高吗？ Q6：若内外都是清水或同样的蔗糖溶液，液面还会升高吗？ 发生渗透作用的条件： ①具有一层半透膜； ②半透膜两侧存在浓度差。 7 1.渗透现象及原理分析 1）概念：水分子（或其他溶剂分子）通过的 扩散。 半透膜 2）渗透作用产生的条件： 条 件 有一层______ 半透膜两侧的溶液具有______ 浓度差 半透膜 浓度是指：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。 渗透压：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数目 3）渗透作用中水的运输方向: 4）渗透作用结果: 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： 含量高一侧→含量低一侧 水分子进出速率动态平衡 8 1.渗透现象及原理分析 2.(必修1 P67“拓展应用”T2)温度高低会提高或降低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。 材料及用具：有如图所示相同的渗透装置三个，酒精灯(或水浴锅)、冰块及用具若干。 ①实验假设：___________________________________________________。 ②实验方案设计：_____________________________________________________ __________________________________________________________ ___________________________________________________________ 。 准备如图所示的渗透装置三套，在第一组的烧杯外用酒精灯或水浴锅加热升温；第二组烧杯外加冰块降温；第三组留作对照。三组装置同时开始实验，并记录液面变化及时间 提示：温度高低会提高或降低水分子通过半透膜的扩散速率。在一定温度范围内，提高温度会加快水分子通过半透膜的速率；而降低温度则减缓水分子通过半透膜的速率。 温度高低会提高或降低水分通过半透膜的扩散速率 9 1.渗透现象及原理分析 渗透装置： a.半透膜只允许水分子通过 ② 10%葡萄糖溶液的物质的量浓度大，因此水分子由10%蔗糖溶液→10%葡萄糖溶液移动，右侧液面升高 ① 液面不变 ③ 蔗糖被水解为两分子单糖，导致左侧浓度升高，水分子由10%的葡萄糖溶液→10%的蔗糖溶液移动，则左侧液面升高，最终高于右侧 右侧液面升高 左侧液面升高 质量分数 质量分数 质量分数 质量分数 10 1.渗透现象及原理分析 渗透装置： b.溶质能通过半透膜的渗透装置 S1和S2都是葡萄糖溶液，且能透过半透膜， S1溶液浓度＞S2溶液浓度 液面持平 葡萄糖溶液b 5%的蔗糖溶液 5%的葡萄糖溶液 葡萄糖溶液a 先下降， 后上升 先上升，后下降 最终状态：左边高，右边低 11 1.渗透现象及原理分析 2.如图实验装置中，半透膜只允许水分子和单糖分子透过，向a侧加入质量分数为5%的蔗糖溶液，向b侧加入质量分数为5%的葡萄糖溶液，初始状态如图。则下列关于液面的变化及相关叙述正确的是 A.a侧先降后升，b侧先升后降 B.a侧先升后降，b侧先降后升 C.当液面最终停止变化时，半透膜两侧溶液浓度相等 D.当液面最终停止变化时，b侧浓度高于a侧 √ 12 2.水进出动物细胞的原理 Q：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？ 外界溶液浓度＜细胞质浓度 外界溶液浓度=细胞质浓度 外界溶液浓度＞细胞质浓度 红细胞吸水膨胀， 凹陷消失 红细胞形态不变， 双面凹圆饼状 红细胞失水皱缩 将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，可观察到： 低渗溶液 等渗溶液 高渗溶液 13 2.水进出动物细胞的原理 Q1：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”装置中的什么物质？ 有的能通过细胞膜，有的不能。血红蛋白是有机大分子，不能透过细胞膜；蔗糖分子 Q2：红细胞的细胞膜是不是相当于“问题探讨”中所说的半透膜？ Q3：当外界溶液的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？(必修1 P63“思考·讨论”) 不一定，红细胞吸水后，细胞质浓度也降低，当与外界溶液浓度相等时就不吸水了，如果细胞质浓度还没降到与外界溶液浓度相等就涨破了，那么红细胞就因吸水而涨破。 14 2.水进出动物细胞的原理 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 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 与水进出红细胞的原理一样，都是通过渗透作用 15 3.探究植物细胞的吸水和失水 对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象。 将有些萎蔫的菜叶浸泡在清水中，不久，菜叶就会变的硬挺 盐腌制过的黄瓜,皱皱巴巴，还出水。 Q：植物细胞会出现渗透失水和吸水的情况吗？ 16 3.探究植物细胞的吸水和失水 图4-2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) ①具有半透膜 ②半透膜两侧的溶液具有浓度差 相当于半透膜？ 细胞液与外界溶液之间存在浓度差 是否满足发生渗透作用的条件： 原生质层 伸缩性较小，主要作用是支持和保护作用 17 3.探究植物细胞的吸水和失水 [提出问题] 水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？ [作出假设] 原生质层相当于一层半透膜，植物细胞失水和吸水属于渗透作用 若原生质层相当于一层半透膜，当外界溶液浓度（与细胞液浓度相比）高时，植物细胞会______水；当外界溶液浓度（与细胞液浓度相比）低时，植物细胞会_____水 怎样改变外界溶液的浓度？ 哪种材料适合观察细胞吸水和失水？ 可选液泡可见的植物细胞 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞 细胞液有颜色 水分进出植物细胞主要指进出液泡 失去 吸收 将植物细胞浸润 在不同浓度的溶液中 [设计实验] [进行实验] 液泡大，且细胞液有颜色；为单层细胞，便于制作临时装片 18 3.探究植物细胞的吸水和失水 [进行实验] 盖上盖玻片，制成洋葱鳞片叶外表皮临时装片 1 2 3 4 滴清水 撕取洋葱鳞片叶外表皮 低倍镜观察 撕取洋葱鳞片叶时要不带叶肉且不宜过大，避免制作装片时出现重叠和气泡，撕取后要放入载玻片上的清水中 19 3.探究植物细胞的吸水和失水 [进行实验] 5 6 低倍镜观察 在盖玻片的一侧滴加0.3g/mL的蔗糖溶液，在另一侧用吸水纸吸引 中央液泡逐渐变小，颜色变深,原生质层与细胞壁逐渐分离；细胞大小基本不变 质壁分离 20 3.探究植物细胞的吸水和失水 [进行实验] 7 8 在盖玻片的一侧滴加清水，在另一侧用吸水纸吸引 低倍镜观察 中央液泡逐渐变大，颜色变浅,原生质层逐渐恢复到贴近细胞壁;细胞大小基本不变 质壁分离复原 21 3.探究植物细胞的吸水和失水 [实验现象] 试剂 中央液泡变化 原生质层的位置 细胞大小 0.3g/mL蔗糖溶液 清水 逐渐变小，颜色变深 原生质层脱离细胞壁 基本不变 基本不变 逐渐恢复原来位置 逐渐恢复原来大小，颜色变浅 0.3g/mL 蔗糖溶液 清水中 [实验结论] 植物细胞原生质层相当于一层半透膜，植物细胞是通过渗透作用吸水和失水 22 3.探究植物细胞的吸水和失水 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临时装片进行了三次观察(如图所示)。下列有关叙述正确的是 A.第一次观察时容易看到紫色大液泡和较大的无色细胞质基质区域 B.第二次观察时可以发现细胞质壁分离首先发生在细胞的角隅处 C.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 D.为了节约实验时间，通常可以省略第一次显微镜观察步骤 √ 23 3.探究植物细胞的吸水和失水 (2024·巴中高一期末)如图是某同学用洋葱紫色鳞片的外表皮做“探究植物细胞的吸水与失水”实验中所观察到的细胞图，下列叙述正确的是 A.图中①②⑥组成了细胞的原生质层 B.图中细胞处于质壁分离状态，此时⑥处的浓度一定 大于⑦处的浓度 C.图中①是细胞壁，⑥中充满了外界溶液 D.图中⑦是细胞液，在细胞发生质壁分离过程中，其颜色逐渐变浅 √ 24 3.探究植物细胞的吸水和失水 Q1：为什么会出现质壁分离？ ①细胞液与外界环境具有一定的浓度差，能渗透吸水和失水 ③原生质层比细胞壁的伸缩性大 ②成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜 外因 内因 Q2：质壁分离时，细胞壁与原生层之间的空隙中是什么物质？ Q3：细胞壁与原生层之间的空隙中充满外界溶液时，细胞液浓度＞/＜/＝外界溶液浓度？ Q4：若用0.5g/mL蔗糖溶液做实验，能发生质壁分离但不能复原，为什么？ 外界溶液 细胞因失水过多死亡 都有可能 25 3.探究植物细胞的吸水和失水 Q5：若将蔗糖溶液替换成等浓度的尿素、乙二醇、KNO3、NaCl等做实验，会出现质壁分离自动复原的现象，为什么？ KNO3、NaCl：细胞会主动吸收这些营养成分，引起细胞液浓度升高 尿素、乙二醇：脂溶性物质，可以进入细胞，引起细胞液浓度升高 渗透失水 增大 缓慢增大后趋于稳定 蔗糖 清水 乙二醇 增大 大液泡 26 3.探究植物细胞的吸水和失水 (2023·桂林高一检测)用物质的量浓度为2 mol·L－1的乙二醇溶液和同物质的量浓度的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(植物细胞除去细胞壁后剩余的部分)体积变化情况，如图所示。下列相关叙述正确的是 A.在蔗糖溶液中，植物细胞体积明显逐渐减小 B.在d点时，蔗糖溶液中仍有水分子进出植物细胞 C.在0～240 s内，乙二醇没有通过细胞膜进入细胞内 D.在c点与a点代表体积相等时，推测植物细胞液浓度相同 √ 27 3.探究植物细胞的吸水和失水 12.图甲表示一个渗透作用的装置，将半透膜袋(只有水分子可以透过)缚于玻璃管的下端，半透膜袋内装有60 mL质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液；图乙表示放置在某溶液中的植物细胞失水量的变化情况。下列有关叙述正确的是 A.图甲中，若将质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液换为0.3 g/mL的葡萄糖溶液，玻璃管内液面高度会升高 B.图甲中，若将清水换为0.1 g/mL的蔗糖溶液，玻璃管内液面不再变化时，半透膜两侧的溶液浓度相等 C.图乙表示植物细胞在某溶液中处理10 min内发生质壁分离，10 min后发生质壁分离复原 D.图乙中植物细胞所处外界溶液可能是0.3 g/mL的蔗糖溶液 √ 28 3.探究植物细胞的吸水和失水 质壁分离与复原实验的应用 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，记录 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 （细胞过度失水死亡将不能发生质壁分离复原） 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，并写出实验思路。 《创新设计大本》P54 29 3.探究植物细胞的吸水和失水 质壁分离与复原实验的应用 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 ③比较不同植物细胞/相同植物不同部位细胞的细胞液浓度 ④比较未知浓度溶液的浓度大小 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，未知溶液的浓度越大，反之则未知溶液的浓度越小 30 3.探究植物细胞的吸水和失水 质壁分离与复原实验的应用 现将某植物三种成熟叶肉细胞a、b、c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(细胞都有活性)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的细胞液浓度小于细胞a的细胞液浓度 D.上述实验表明同一植物不同成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同 √ 31 3.探究植物细胞的吸水和失水 质壁分离与复原实验的应用 ⑤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） 如果所用溶液中的溶质为葡萄糖、KNO3、NaCl、尿素、乙二醇等，质壁分离后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。 32 4.自由扩散和协助扩散 资料1：科研人员对同种物质在人工膜(只含有磷脂双分子层)和生物膜中的通透性作了比较，结果如图所示。 Q1：请据图分析，气体和甘油是如何进出细胞的？ 自由扩散： (1)概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞 (2)特点 ①顺浓度梯度运输 ②不需要消耗能量 (3)实例： 气体、水、尿素、甘油、乙醇、苯等脂溶性小分子 Q2：甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？ (4)影响因素： 浓度差、温度 33 4.自由扩散和协助扩散 资料1：科研人员对同种物质在人工膜(只含有磷脂双分子层)和生物膜中的通透性作了比较，结果如图所示。 Q3：为什么生物膜对水分子的通透性比人工膜的强？ 提出你的猜想，并说出你的验证实验思路和预期实验结果。 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。 Q4：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 34 4.自由扩散和协助扩散 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，叫做协助扩散(易化扩散)。 (2)特点 ①顺浓度梯度运输 ③需要转运蛋白协助 ②不需要消耗能量 (3)实例： 红细胞吸收葡萄糖、水通道蛋白等 浓度差、温度、转运蛋白种类和数量 (4)影响因素： 35 4.自由扩散和协助扩散 会改变， 如离子通道蛋白等 36 4.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。 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 37 4.自由扩散和协助扩散 浓度差 扩散速度 转运蛋白 扩散速度 能量 扩散速度 浓度差 扩散速度 能量 扩散速度 被动运输的影响因素 自由扩散： 协助扩散： ab限制因素是浓度差； bc段限制因素是转运蛋白的数量(转运蛋白已经饱和了) a b c 38 4.自由扩散和协助扩散 被动运输的影响因素 (2023·淮安高一月考)肝细胞和细菌都能以协助扩散的方式吸收葡萄糖，其中细菌协助葡萄糖运输的载体蛋白为GLUT1，肝细胞协助葡萄糖运输的载体蛋白为GLUT2，其运输的速率和葡萄糖浓度的关系如图所示。下列推测错误的是 A.协助扩散可以降低细胞内外葡萄糖的浓度差 B.a点与b点相比，制约葡萄糖转运速率的因素 是GLUT1的数量 C.c点与a点相比，c点葡萄糖转运速率低的原因 可能是肝细胞GLUT2少 D.载体蛋白的存在能显著提高细胞摄取葡萄糖的速率 √ 39 课堂小结 实例：水进出细胞的原理 40 THANK YOU 41 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.52 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$