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

第4章 细胞的物质输入和输出 问题与探讨 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。过一段时间后，会出现如右图所示现象。玻璃纸（又叫赛璐玢）是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。 半透膜：某些物质可以透过，而另一些物质不可以透过的多孔性薄膜，能否透过取决于物质直径的大小。（如肠衣、玻璃纸、羊皮纸等） 问题与探讨 讨论 1．漏斗管内的液面为什么会升高？如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？ 2．如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？ 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？ 一、水进出细胞的原理 如果用一层纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面还会升高吗？ 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？ 发生渗透作用的条件 1.具有半透膜 2.半透膜两侧具有浓度差 一、水进出细胞的原理 扩散：物质从浓度高的地方到浓度低的地方的自由运动，扩散速率与浓度梯度成正比。 条件：两处物质浓度不等即可 结果：两处物质浓度相等 渗透：水分子（或其他溶剂分子）从相对含量高的地方向相对含量低的地方通过半透膜的扩散现象。 条件：两处物质浓度不等，并且具有一层半透膜 结果：通过半透膜的溶剂分子达到动态平衡 一、水进出细胞的原理 渗透压 溶液中溶质微粒对溶剂的吸引力，溶液的渗透压取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，数目越多即溶液浓度越高对溶剂的吸引力越大，渗透压越高。 一、水进出细胞的原理 ①当溶液浓度S1＞S2时，水分子通过半透膜由S2流向S1 ②当溶液浓度S1＜S2时，水分子通过半透膜由S1流向S2 ③渗透平衡后，若存在液面差Δh，则S1溶液浓度仍然大于S2，因为液面高的一侧形成压强，阻止溶液低的一侧向溶液浓度高的一侧扩散。此时水分子进出平衡。 ④吸出Δh后液面继续上升。上升高度小于Δh。 一、水进出细胞的原理 ①水分子移动方向：双向流动，但是最终结果的从低浓度流向高浓度。 ②达到平衡后只要两侧存在浓度差，两侧溶液浓度不相等。 ③溶液浓度指的是物质的量浓度不是质量浓度。 ④半透膜内外浓度差逐渐变小，水分子进入速率变慢 注意 一、水进出细胞的原理 一、水进出细胞的原理 一、水进出细胞的原理 1.如图A、B为两套渗透装置图(图中S1 为30%蔗糖溶液、S2为蒸馏水、S3为30%葡萄糖 溶液)；已知葡萄糖能通过半透膜，但蔗糖不能 通过半透膜，下列叙述正确的是(　　) A．装置A渗透过程中水分子通过半透膜的方向是S2→S1 B．装置A达到渗透平衡后，S1溶液浓度与S2溶液浓度相等 C．装置A漏斗中溶液液面上升速率逐渐加快 D．装置B的现象是S3溶液液面先上升后下降，最终S3和S2溶液液面持平 第4章 细胞的物质输入和输出 第1节 被动运输 一、水进出细胞的原理 二、探究植物细胞的吸水和失水 主要内容 三、自由扩散和协助扩散 相当于 浓度差 半透膜 蔗糖溶液 清水 细胞膜 细胞质 外界溶液 一、水进出细胞的原理 1.动物细胞吸水与失水 将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下变化： 外界溶液浓度<细胞质浓度，细胞 吸水膨胀 一、水进出细胞的原理 1.动物细胞吸水与失水 将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下变化： 外界溶液浓度>细胞质浓度，细胞 失水皱缩 一、水进出细胞的原理 1.动物细胞吸水与失水 将哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中，一段时间后，红细胞将会发生以下变化： 外界溶液浓度=细胞质浓度，细胞 形态不变 一、水进出细胞的原理 1.动物细胞吸水与失水 1.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”所示装置中的什么物质？ 红细胞中的有机物有的能通过细胞膜，有的不能。血红蛋白是有机大分子物质，不能透过细胞膜，相当于“问题探讨”中的蔗糖分子。 讨论: 2.红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？ 是。但细胞膜具有生命活性，物质通过细胞膜的方式不只是简单扩散。 讨论: 3.当外界溶液溶质的浓度低时，红细胞一定会由于吸水而涨破吗？ 不一定。因为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。 讨论: 一、水进出细胞的原理 2.植物细胞吸水与失水 成熟的植物细胞 细胞膜 原生质层 细胞质 液泡膜 细胞液 外界溶液 半透膜 清水 蔗糖溶液 相当于 浓度差 一、水进出细胞的原理 2.植物细胞吸水与失水 发生渗透作用的条件 （1）原生质层相当于半透膜 （2）细胞液与外界存在浓度差 ①外界溶液溶度大于细胞液浓度时，细胞通过渗透作用失水，植物细胞就发生质壁分离现象。 质壁分离条件：a.原生质层相当于半透膜 b.细胞液与外界存在浓度差 c.原生质层的伸缩性比细胞壁的伸缩性大 （全透性，伸缩性小） 和外界溶液存在浓度差 一、水进出细胞的原理 2.植物细胞吸水与失水 ①外界溶液溶度大于细胞液浓度时，细胞通过渗透作用失水，植物细胞就发生质壁分离现象。 ②将已发生质壁分离的植物细胞放入清水中，此时细胞液的浓度高于外界清水的，植物细胞吸水，发生质壁分离复原现象。 （全透性，伸缩性小） 和外界溶液存在浓度差 一、水进出细胞的原理 2.植物细胞吸水与失水 ③对于植物细胞来说当水分子进出细胞数量相等时，细胞内外浓度不一定相等，植物有细胞壁支持，当水分子进出数量相等时，有可能细胞内液浓度大于细胞外液浓度。 （全透性，伸缩性小） 和外界溶液存在浓度差 一、水进出细胞的原理 2.植物细胞吸水与失水 2.取生理状态相同的某种植物新鲜叶片若干，去除主脉后剪成大小相同的小块，随机分成甲、乙、丙三等份，分别放在a、b、c三种不同浓度的蔗糖溶液中，一段时间后得到如图所示的细胞状态(原生质层不再变化)。下列叙述正确的是(　　) A．实验前，蔗糖溶液浓度为a＞b＞c B．实验后，甲细胞的吸水能力最强 C．实验后，细胞液浓度丙＞乙＞甲 D．实验中，蔗糖通过被动运输进入细胞 一、水进出细胞的原理 二、探究植物细胞的吸水和失水 主要内容 三、自由扩散和协助扩散 植物细胞质壁分离复原实验 （1）原因 原生质层相当于半透膜 原生质层其伸缩性比细胞壁大 内因： 外因： 外界溶液浓度大于细胞液浓度 质壁分离的原因分析 （2）表现 植物细胞由坚挺→萎蔫 宏观： 微观： 质壁分离 液泡体积（大→小） 细胞液颜色（浅→深） 原生质层与细胞壁分离 二、探究植物细胞的吸水和失水 二、探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 （原生质层是一层半透膜吗？） （原生质层相当于一层半透膜） 设计 方案 预期结果 将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小的变化；再将细胞浸润在清水中，观察其大小的变化。 在蔗糖溶液中植物细胞的中央液泡会变小，细胞皱缩；在清水中植物细胞的中央液泡会变大，细胞膨胀。 作出假设 设计实验 进行实验 分析结果 选材 新鲜的洋葱鳞片叶外表皮细胞 原因：具有紫色的中央大液泡，易于质壁分离现象的观察。 二、探究植物细胞的吸水和失水 材料用具：紫色洋葱鳞片叶。 刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，显微镜 质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液，清水。 选取新鲜洋葱鳞片叶，用刀片在外表皮上划一方框，用镊子撕下表皮。在洁净的载玻片上滴一滴清水，将撕下的表皮放在水滴中展平，盖上盖玻片，制成临时装片。 实验过程： 1 制作装片 2 低倍镜观察 3 滴加蔗糖溶液 4 低倍镜观察 5 滴加清水 6 低倍镜观察 用低倍镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央大液泡的大小，以及原生质层的位置。 实验过程： 1 制作装片 2 低倍镜观察 3 滴加蔗糖溶液 4 低倍镜观察 5 滴加清水 6 低倍镜观察 从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮细胞就浸润在蔗糖溶液中。 实验过程： 1 制作装片 2 低倍镜观察 3 滴加蔗糖溶液 4 低倍镜观察 5 滴加清水 6 低倍镜观察 用低倍显微镜观察，看细胞的中央液泡是否逐渐变小，原生质层在什么位置，细胞大小是否变化。 实验过程： 1 制作装片 2 低倍镜观察 3 滴加蔗糖溶液 4 低倍镜观察 5 滴加清水 6 低倍镜观察 注意：观察质壁分离时间不宜过长，以免细胞因长时间处于失水状态而死亡，影响对质壁分离复原现象的观察。 在盖玻片的一侧滴入清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸引流。这样重复几次，洋葱鳞片叶表皮又浸润在清水中。 实验过程： 1 制作装片 2 低倍镜观察 3 滴加蔗糖溶液 4 低倍镜观察 5 滴加清水 6 低倍镜观察 用低倍显微镜观察，看中央液泡是否逐渐变大，原生质层的位置有没有变化，细胞的大小有没有变化。 实验过程： 1 制作装片 2 低倍镜观察 3 滴加蔗糖溶液 4 低倍镜观察 5 滴加清水 6 低倍镜观察 制作洋葱鳞片叶外表皮细胞临时装片 低倍镜观察 低倍镜观察 低倍镜观察 吸水纸 原生质层紧贴细胞壁 有一个紫色的中央大液泡 ①中央大液泡变小②紫色加深③原生质层与细胞壁分离 吸水纸 ③原生质层贴近细胞壁 ①中央大液泡逐渐变大②紫色变浅 无独立的对照组，自身对照 在溶质分子不能透过膜的溶液中，只会发生质壁分离现象，不能发生质壁分离后的自动复原。 在KNO3、甘油等溶液中，溶质分子可以透过膜进入细胞，使细胞浓度增大，可发生质壁分离后的自动复原。 ①是不是所有的植物细胞都能发生质壁分离？ 死亡的细胞、动物细胞以及未成熟的植物细胞不能发生质壁分离，具有中央大液泡的成熟的植物细胞才能进行质壁分离。 ②为什么用0.3g/ml的蔗糖？ 高浓度的蔗糖溶液导致植物细胞严重失水而死亡，不可能发生质壁分离复原。低浓度的蔗糖，质壁分离较慢不利于实验的观察。 ③如果把蔗糖换成KNO3溶液会怎么样？ 当以植物细胞可吸收的物质作溶质(如甘油、尿素、KNO3、乙二醇等)时，可出现质壁分离及自动复原现象。 二、探究植物细胞的吸水和失水 （1）判断成熟植物细胞的死活 待测成熟植物细胞 一定浓度的蔗糖溶液 镜检 发生质壁分离——活细胞 不发生质壁分离——死细胞 （2）测定细胞液浓度范围 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两种蔗糖溶液浓度之间 ——质壁分离复原实验的拓展应用 二、探究植物细胞的吸水和失水 （3）比较不同成熟植物细胞液浓度 不同成熟植物细胞 同一浓度的蔗糖溶液 镜检 （4）鉴别不同种类的溶液（KNO3和蔗糖溶液） 成熟植物细胞 不同种类溶液 镜检 发生质壁分离所需时间越短，细胞液浓度越小，反之细胞液浓度越大 只发生质壁分离 质壁分离后自动复原 溶液不能透过半透膜， 如蔗糖溶液 溶液能透过半透膜，如KNO3 二、探究植物细胞的吸水和失水 ——质壁分离复原实验的拓展应用 3.为探究植物A能否移植到甲地生长，某生物研究性学习小组通过实验测定了植物A细胞液的浓度，实验结果如下表。为保证植物A移植后能正常生存，则甲地土壤溶液的浓度应(　　) A．≤0.15 mol/L B．≤0.2 mol/L C．≥0.15 mol/L D．≥0.2 mol/L 浓度(mol/L) 0.15 0.2 0.25 0.3 质壁分离状态 不分离 刚分离 显著分离 显著分离 一、水进出细胞的原理 二、探究植物细胞的吸水和失水 主要内容 三、自由扩散和协助扩散 物质以扩散的方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。 被动运输 自由扩散 协助扩散 三、自由扩散和协助扩散 1.自由扩散 自由扩散：物质通过简单的扩散作用进出细胞，也叫简单扩散。 特征： ①.顺浓度梯度运输 ②.不需要载体 ③.不需要消耗能量 实例：O2、CO2、H2O、甘油、乙醇、苯 三、自由扩散和协助扩散 1.自由扩散 三、自由扩散和协助扩散 2.协助扩散 协助扩散：进出细胞的物质借助转运蛋白进出细胞的物质扩散方式叫做协助扩散也叫易化扩散。 转运蛋白 载体蛋白：只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象改变。 通道蛋白：只容许与自身通道直径和形状相适配，大小、电荷相适应的离子或分子通过，不需要与通道蛋白相结合。 三、自由扩散和协助扩散 特征： ①.顺浓度梯度运输 ②.需要载体 ③.不需要消耗能量 实例：红细胞吸收葡萄糖、静息电位时K+外流、动作电位时Na+内流、水分子的运输 2.协助扩散 协助扩散：进出细胞的物质借助转运蛋白进出细胞的物质扩散方式叫做协助扩散也叫易化扩散。 载体蛋白数量 载体蛋白数量 载体蛋白数量 自由扩散 协助扩散 自由扩散 协助扩散 三、自由扩散和协助扩散 ①膜内外物质浓度梯度大小会直接影响物质运输速率。 ②协助扩散因为需要转运蛋白，因而某些物质运输速率还与转运蛋白有关。 ③温度会影响细胞膜的流动性，影响物质运输的速率。 4.水分子除通过自由扩散进出细胞外，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。下列相关说法错误的是(　　) A．水分子通过水通道蛋白转运时不需要消耗能量 B．水分子通过水通道蛋白时需要与通道蛋白结合 C．水通道蛋白的数量会影响水分子的转运速率 D．温度会影响水通道蛋白对水分子的转运速率 5.　如图中a、b表示物质被动运输的两种方 式，下列表述正确的是(　　) A．脂溶性小分子物质不能通过方式a运输 B．与方式a有关的转运蛋白覆盖于细胞膜表面 C．方式b的最大运输速率与转运蛋白数量有关 D．抑制能量供应对方式a和b的运输速率均有影响 第4章 细胞的物质输入和输出 第1节 被动运输 $$