4.1被动运输课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

第4章 细胞的物质输入和输出 第1节 被动运输 本节聚焦 1.细胞在什么情况下吸水或失水？ 2.植物细胞的质壁分离与复原现象说明什么？ 3.两种被动运输的方式有什么异同？ 水分子进出细胞的原理？ 动画演示 动画演示 蔗糖分子 水分子 半透膜：一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的多孔性薄膜的总称。如玻璃纸、鸡蛋的壳膜、鱼鳔、动物膀胱膜等。 一、水进出细胞的原理 ——渗透作用 半透膜 1、渗透作用的概念：水分子(或其他溶剂分子)通过半透膜的扩散，称为渗透作用。 【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。】 玻璃纸（半透膜） 清水 蔗糖溶液 半透膜 蔗糖分子 水分子 一、水进出细胞的原理 ——渗透作用 漏斗管内的液面为什么会升高？ 如果漏斗管足够长，液面会无限升高吗？ 单位时间内进入漏斗中的水分子数量 比出来的水分子数量多。 不会，管中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，此时半透膜两侧水分子进出速率相等，液面不再升高。 4 渗透平衡 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。 溶液S1 溶液S2 渗透平衡前后溶液浓度比较： 一、水进出细胞的原理 ——渗透作用 平衡前： 渗透过程： 平衡时： S2＞S1 S2↓ 、S1↑ S2＞S1 一、水进出细胞的原理 ——渗透作用 如果用纱布代替玻璃纸，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？ 不会。原因是纱布是全透性的，水分子和蔗糖分子都能通过。 如果烧杯内不是清水，而是同等浓度的蔗糖溶液，漏斗管内的液面会不会升高？为什么？ 不会。半透膜两侧溶液的浓度相等时，单位时间内透过半透膜进入长颈漏斗的水分子数量等于渗出的水分子数量。 渗透作用的发生需要具备怎样的条件？ 3、渗透方向： 一、水进出细胞的原理 ——渗透作用 2、渗透作用发生的条件： ①具有半透膜 ②膜两侧溶液存在浓度差 相对含量高 相对含量低 水的含量 溶液浓度 低浓度溶液 高浓度溶液 渗透压 渗透压低 渗透压高 顺着水的相对含量梯度 【注意】两溶液间的水分子进行双向运动，我们只是观测出 由水分子双向运动的差所导致的液面改变。 这里的“浓度”是指“物质的量浓度”，而不是“质量浓度”。 4、影响渗透的因素 （1）浓度差 一段时间 “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目，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。） 左侧液面下降 一、水进出细胞的原理 ——渗透作用 右侧液面上升 葡萄糖和蔗糖分子均不能通过 浓度高 浓度低 （2）溶质分子能否通过半透膜 右侧液面 先上升 一、水进出细胞的原理 ——渗透作用 4、影响渗透的因素 葡萄糖分子可通过半透膜而蔗糖分子不能通过半透膜。 一段时间后 最终左侧液面 高于右侧液面 葡萄糖分子和 大部分水分子 4．(等级考)如图表示渗透作用装置图，其中半透膜为猪膀胱膜，图1、3表示初始状态，其装置内溶液A、B、a、b浓度分别用MA、MB、Ma、Mb表示，图2、4分别表示一段时间后的状态，液面上升的高度分别为h1、h2。如果A、B、a、b均为蔗糖溶液，且MA＞MB、Ma＝Mb＞MA，则达到平衡后(　　) A．h1＞h2，Ma＞Mb B．h1＞h2，Ma＜Mb C．h1＜h2，Ma＜Mb D．h1＜h2，Ma＞Mb 答案：D （一）动物细胞的吸水和失水 二、水分子的运输实例 吸水膨胀 失水皱缩 形态不变 外界溶液浓度＜细胞质的浓度 外界溶液浓度＞细胞质的浓度 外界溶液浓度＝细胞质的浓度 1、条件及现象 （一）动物细胞的吸水和失水 二、水分子的运输实例 蔗糖分子 是。细胞膜是选择透过性膜，相当于半透膜。 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？ 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？ 不能 2、结论：动物细胞与外界溶液 组成了一个渗透系统 ②细胞质与外界溶液存在浓度差 ①细胞膜相当于一层半透膜 1、临床上输液为什么要用生理盐水？ 2、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？ （一）动物细胞的吸水和失水 二、水分子的运输实例 在高浓度的溶液中，细菌等微生物会过度失水而死亡。 3、应用 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。 医用生理盐水是质量分数为 0.9 % 的氯化钠溶液 （二）植物细胞的吸水和失水 二、水分子的运输实例 植物细胞的吸水和失水是否发生了渗透作用？ 如何能观察到植物细胞吸水和失水的情况？ 盐腌制过的黄瓜 对农作物施肥过多， 会造成“烧苗”现象。 吸水 失水 （二）植物细胞的吸水和失水 二、水分子的运输实例 ③ 细胞壁 细胞膜 细胞质 液泡膜 细胞液 成熟植物细胞模式图 【全透性；伸缩性比较小】 原生质层 【成熟植物细胞内的液体环境主要是指液泡里面的细胞液。 水进出细胞主要是指水经过原生质层进出液泡。】 1、植物细胞结构特点 细胞膜、液泡膜以及两层膜之间的细胞质。 水分进出细胞是通过渗透作用吗？原生质层是否相当于一层半透膜？ 原生质层相当于一层半透膜 2、探究植物细胞的吸水和失水 （二）植物细胞的吸水和失水 二、水分子的运输实例 设计方案 预期结果 先将细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其形态变化； 再将细胞浸润在清水中，观察其大小变化。 若假设正确，原生质层相当于一层半透膜，因此在蔗糖溶液中，植物细胞会____________；在清水中植物细胞会____________。 失水皱缩 吸水膨胀 提出问题 作出假设 实验设计 实验过程 分析结果 得出结论 表达与交流 2、探究植物细胞的吸水和失水 （二）植物细胞的吸水和失水 二、水分子的运输实例 （1）材料用具：紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞、 质量分数为0.3g/mL的蔗糖溶液、 清水、刀片、镊子、显微镜等。 洋葱鳞片叶外表皮细胞 有中央大液泡，且液泡为紫色，便于观察 该浓度既能使植物细胞发生明显的质壁分离现象，又不至于使细胞失水过多而死亡。 提出问题 作出假设 实验设计 实验过程 分析结果 得出结论 表达与交流 2、探究植物细胞的吸水和失水 （二）植物细胞的吸水和失水 二、水分子的运输实例 （2）方法步骤： 提出问题 作出假设 实验设计 实验过程 分析结果 得出结论 表达与交流 重复几次 重复几次 实验结果 中央液泡 原生质层 的位置 细胞大小 吸水能力 0.3g/ml蔗糖溶液 清水 2、探究植物细胞的吸水和失水 （二）植物细胞的吸水和失水 二、水分子的运输实例 提出问题 作出假设 实验设计 实验过程 分析结果 得出结论 表达与交流 第一次观察 滴加蔗糖溶液后观察 再次滴加清水溶液后观察 逐渐变小，颜色变深 逐渐脱离细胞壁 基本不变 逐渐变大，颜色变浅 逐渐恢复原来位置 基本不变 变大 变小 2、探究植物细胞的吸水和失水 （二）植物细胞的吸水和失水 二、水分子的运输实例 提出问题 作出假设 实验设计 实验过程 分析结果 得出结论 表达与交流 第一次观察 0.3g/mL的蔗糖溶液中 清水中 失水 质壁分离 吸水 质壁分离复原 外界溶液浓度___细胞液浓度 ___________相当于半透膜 →细胞渗透失水 细胞壁伸缩性_____，原生质层伸缩性_____ →质壁分离 原因 ＞ 原生质层 小 大 外因 内因 （3）实验结论：①植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。 ②植物细胞的原生质层相当于一层半透膜； 2、探究植物细胞的吸水和失水 （二）植物细胞的吸水和失水 二、水分子的运输实例 提出问题 作出假设 实验设计 实验过程 分析结果 得出结论 表达与交流 （2） 质壁分离现象，其中“质”和“壁”分别指的是什么呢？ “质” 指原生质层，“壁” 指细胞壁。 （3） 处于质壁分离状态的细胞，细胞壁和原生质层之间的空隙充满的是什么？ （4） 仅根据右图处于质壁分离状态的细胞， 能否判断细胞细胞正在发生质壁分离？ 外界溶液【（稀释后的）蔗糖溶液】 不能判断，也可能正在发生质壁分离复原。 （1）本实验低倍镜还是高倍镜观察？共观察了几次？ 其中第一次观察的目的是什么？是否存在对照？ 3次 第一次观察正常洋葱鳞片叶外表皮细胞的状态， 以便与处理后的细胞状态形成对照； 本实验存在自身前后对照。 （二）植物细胞的吸水和失水 二、水分子的运输实例 2、探究植物细胞的吸水和失水 注意事项 ①材料选择的标准： （活细胞） 有大液泡的成熟植物细胞 以下细胞适合观察质壁分离现象的有？ A.大蒜根尖分生区细胞 B.人的口腔上皮细胞 C.菠菜叶肉细胞 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 ②外部溶液的选择： 选择对细胞无毒害作用，浓度适中的外界溶液 （如0.3g/mL的蔗糖溶液） 盐酸、酒精、醋酸能杀死细胞，不适合 ③质壁分离的自动复原 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。 1．(合格考)如图为三个洋葱鳞片叶外表皮细胞分别放在同一种外界溶液浓度中的状态，据图判断，三个洋葱表皮细胞原细胞液浓度(　　) A．c＞a＞b B．b＞a＞c C．a＞b＞c D．c＞b＞a 答案：B 2．(合格考)某学生用紫色洋葱鳞片叶为实验材料，撕取外表皮制作临时装片，先在清水中观察(图像甲)，然后用0.3 g/mL蔗糖溶液取代清水并观察(图像乙)。下列叙述错误的是(　　) A．图像甲中洋葱外表皮细胞的原生质层紧贴细胞壁 B．图像从甲到乙是由于细胞周围溶液浓度低于细胞液浓度 C．图像乙所示细胞出现质壁分离，b处充满蔗糖溶液 D．图像甲和乙，细胞的a，c中存在紫色物质 答案：B 3．(等级考)将相同的两个植物细胞分别放置在甲、乙两种溶液中，对细胞失水量进行统计后绘制出如下曲线。下列叙述正确的是(　　) A．甲、乙两溶液的溶质相同，只是浓度不同 B．a点之前，乙溶液中的溶质已经进入细胞 C．在0～4 min内两条曲线有差异，说明甲溶液浓度低于乙溶液 D.处理到10 min时，两溶液中的细胞液浓度都等于外界溶液浓度 答案：B 4．(等级考) 保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下，制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片，观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响，如图为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是(　　) A．比较保卫细胞细胞液浓度，③处理后>①处理后 B．质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中 C．滴加③后有较多水分子进入保卫细胞 D．推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③ 答案：A 4．如图为两个大小相同的萝卜，分别在上面挖一个大小相同的洞，并在洞内各插入一支口径与洞口相同的玻璃管，甲玻璃管内注入3 mL清水，乙玻璃管内注入3 mL浓盐水，一段时间后，两玻璃管中液面变动情况是(　　) A．甲中升高，乙中降低 B．甲中降低，乙中先升高后降低 C．甲、乙中均降低 D．甲、乙中均升高 答案：B 【拓展】质壁分离及其复原实验的应用 1、判断成熟植物细胞的死活 活细胞 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的两蔗糖溶液浓度之间 【拓展】质壁分离及其复原实验的应用 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_______； 反之则细胞液浓度_______。 3、比较不同植物细胞的细胞液浓度 越小 越大 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 5、鉴别不同种类的溶液（如KNO3溶液和蔗糖溶液） 【拓展】质壁分离及其复原实验的应用 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） 6、在生产生活中的应用： ①对农作物合理灌溉，既满足了农作物对水分的需要，同时也降低了土壤溶液的浓度，有利于对水分的吸收。 ②盐碱地中的植物不易存活或一次施肥过多造成“烧苗”现象，都是因为土壤溶液浓度过高，甚至超过了根细胞液浓度，导致根细胞不易吸水甚至失水造成的。 三、水分子的运输方式 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（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 三、水分子的运输方式 （一）自由扩散（简单扩散） 1、概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞。 2、实例： 【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)和生物膜中的透性做了比较，结果如下图。 ①气体分子（O2 、CO2、N2） ②脂溶性小分子（甘油、乙醇、苯） ③脂质分子（胆固醇、性激素等） ④少部分水 三、水分子的运输方式 甘油、乙醇等分子为什么能以自由扩散的方式进出细胞？ 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。 O2 从肺泡腔进入组织细胞需要穿过几层生物膜？ 9 层 （O2浓度） 3、特点 ①顺浓度梯度运输 ②不需要转运蛋白协助 ③不需要消耗能量 4、影响因素： 浓度差 三、水分子的运输方式 、温度 （一）自由扩散（简单扩散） 三、水分子的运输方式 由“生物膜和人工膜对同种物质的通透性差异”的实验结果，推测水分子是如何通过细胞膜的？ 水分子通过细胞膜时的速率高于自由扩散的速率， 由此推断细胞膜上可能存在特殊的水的跨膜运输方式。 【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。 疏水性跨膜蛋白AQP1能够加快水分子进入细胞的速率。 三、水分子的运输方式 水通道蛋白结构模式图 【资料4】人体血浆中的葡萄糖经肾小球滤过进入原尿后流经肾脏近曲小管，全部由位于管腔面的钠－葡萄糖共转运蛋白(SGLT)重吸收进入近曲小管上皮细胞，使得排出的尿液中不含葡萄糖。随后葡萄糖被位于肾脏近曲小管上皮细胞基底膜上的葡萄糖载体蛋白(GLUT)转运至组织液进而进入毛细血管，进入血浆的葡萄糖会被红细胞等吸收(注：ATP水解为ADP和Pi时放能)。 【资料3】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。 转运蛋白 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。 类型：分为 和 两种类型。 通道蛋白 载体蛋白 名称 载体蛋白 通道蛋白 图示     转运对象 特点 每次转运时都____发生自身构象的改变 转运分子________与通道蛋白结合 转运蛋白 与自身结合部位相适应的分子或离子 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 会 不需要 载体蛋白 通道蛋白 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)。 3、特点 ①顺浓度梯度运输 ② 需要转运蛋白协助 ③不需要消耗能量 2、实例： 浓度差、转运蛋白种类和数量、温度 4、影响因素： ①葡萄糖进入红细胞等 ②Na+进入神经细胞，K+出神经细胞 ③大部分水通过通道蛋白 三、水分子的运输方式 （二）协助扩散（易化扩散） 40 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 【小结】被动运输特点 Lavf58.45.100 $$