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

第四章 细胞的物质输入和输出 第1节 被动运输 1 01 02 03 学习目标 从结构与功能相适应的角度，阐明细胞渗透失水与吸水的原理。（生命观念） 采用类比推理法，分析不同细胞在不同浓度溶液中的吸水和失水情况。基于给定的事实，进行实验设计、方案实施及结果分析。 （科学思维、科学探究） 基于细胞渗透吸水和失水的原理，能够指导农业生产合理施肥。（社会责任） 经过一段时间后 扩散:分子从相对数量多的一侧向相对数量少的一侧运动，最终达到均匀分布的现象。 情景一： 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，会出现如图所示现象。 半透膜是一类可以让小分子物质通过而大分子物质不能通过的薄膜的总称。 (2)如果漏斗管足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？ (1)漏斗管内的液面为什么会升高? 根据教材P62 “问题探讨”中的渗透现象示意图，回答下列问题： 蔗糖分子 水分子 单位时间内从清水流入蔗糖溶液中的分子数大于从蔗糖溶液流入清水中的水分子数 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。 不会,因为纱布孔隙很大，蔗糖分子也可自由通过。 (4)如果烧杯内不是清水，而是同样浓度的蔗糖溶液，结果会怎样，液面还会升高吗？ 不会，没有浓度差,水分子进出平衡。 (3)如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？ (5)渗透装置中，当漏斗内的溶液不再上升时，半透膜两侧的溶液浓度是否相同？ 根据教材P62 “问题探讨”中的渗透现象示意图，回答下列问题： 不相同，仍是漏斗内的溶液浓度高于烧杯中清水的浓度。 注 意 渗透平衡后，液面不再升高，但液面仍存在高度差Δh，则液面高的一侧溶液浓度高，蔗糖溶液的浓度仍然大于烧杯清水的浓度，且高度差越大，两侧溶液的浓度差越大。 01 水进出细胞的原理 合作探究一：什么是渗透作用?渗透作用需要具备什么条件？ 1.渗透作用的概念 水分子(或其他溶剂分子)通过 的扩散，称为渗透作用。 半透膜 半透膜 渗透作用特指水分子或其他溶剂分子的扩散，而且是通过半透膜的扩散。 图2 扩 散 图1 渗 透 从扩散和渗透作用的示意图中，可以看出两种方式有什么异同吗？ 01 水进出细胞的原理 2.渗透作用发生的条件 蔗糖溶液 清水 膜两侧具有________。 具有________。 浓度差 半透膜 3.渗透作用结果： 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。 两个条件 01 水进出细胞的原理 4.渗透作用中水的运输方向 渗透压：溶液中溶质微粒对水的吸引力 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 水分子是顺相对含量梯度跨膜运输 溶液浓度： 渗透压： 溶液浓度高 渗透压高 含水量： 含水量低 半透膜 水（溶剂） 蔗糖（溶质） 高 低 低 注意：溶液浓度为物质的量浓度而非质量浓度 01 拓展延伸 问题1: 若溶质分子不能通过半透膜，只有水分子可以通过半透膜，且S1（蔗糖）＞S2（清水），则液面变化如何？渗透平衡时有没有水分子进出？渗透平衡时S1溶液浓度=S2溶液浓度吗？ 漏斗液面先升高后达到稳定，最终处于渗透平衡状态。 渗透平衡时仍有水分子进出，且S1溶液浓度＞S2溶液浓度。 渗透平衡 ≠ 浓度相等 渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高(反之亦然，即液面高的一侧溶液浓度也高)；浓度差越大，液面高度差也越大。 水分子进出达到平衡 01 拓展延伸 问题2: 若溶质分子可以通过半透膜，水分子可以通过半透膜，且S1＞S2，则液面变化如何？ (1)S1和S2是同种溶质，都能透过半透膜： (2)S1和S2是不同溶质，且只有水和S1能透过半透膜： S1液面先上升后下降，最后液面持平。 S1液面先升高，溶质透过半透膜进入S2 ，S2液面升高，最终S2高于S1。 01 拓展延伸 问题3: 半透膜只允许水分子通过，分析液面变化及原因? 液面不变 右侧液面升高 A B A B 物质的量浓度 质量分数 10%葡萄糖溶液的物质的量浓度大，渗透压高，水分子相对含量少，水分子由A侧向B侧运动的速率大。 01 拓展延伸 问题4: 半透膜只允许水分子通过，分析液面变化及原因? 加等量蔗糖酶 A液面高于B液面 A B 蔗糖被水解为两分子单糖，导致A侧渗透压高于B侧，B→A的水分子扩散速率大于A→B A B 质量分数 01 拓展延伸 问题5: 半透膜允许水和葡萄糖分子通过，分析液面变化及原因? 先B高于A液面，最终A高于B液面 10%葡萄糖溶液的物质的量浓度大，渗透压高，B侧先升高；随后由于葡萄糖也可以通过半透膜，导致B侧葡萄糖分子往A侧移动，两侧葡萄糖均匀分布，但A侧有蔗糖，故最终A高于B。 渗透平衡后，溶液浓度高的一侧液面高；浓度差越大，液面高度差也越大。 C 实战训练 a、b、c是三个相邻的细胞，已知a细胞液浓度> b细胞液浓度> c细胞液浓度,如图所示，能正确表示水分在三者之间关系的是（ ） a c b a c b a c b a c b A B D 02 分析动物细胞吸水失水的条件 合作探究二：细胞是个开放的生命系统，如果将装置中的漏斗换成动物细胞还会不会吸水？如果发生现象能说明什么？ 如果将装置中的漏斗换成细胞,细胞会吸水吗？原理一样吗？ 02 分析动物细胞吸水失水的条件 吸水膨胀 失水皱缩 形态不变 清水 10%NaCl溶液 0.9%NaCl溶液 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 合作探究三：请同学们自主阅读教材P63，小组合作思考讨论完成问题。 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？ 2、红细胞的细胞膜是否相当于一层半透膜？ 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？红细胞吸水或失水取决于什么条件？ 4、想一想临床上输液为什么要用生理盐水？ 02 分析动物细胞吸水失水的条件 02 分析动物细胞吸水失水的条件 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。 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？ 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。 4.想一想临床上输液为什么要用生理盐水？ 03 探究植物细胞的吸水和失水 缺水的玫瑰放入清水中不久后会变得坚挺 这说明什么？ 植物细胞也能发生吸水和失水现象，吸水或失水同样与外界溶液的浓度有关！ 03 探究植物细胞的吸水和失水 细胞壁（全透性、伸缩性小） 细胞膜 细胞质 液泡膜 原生质层（伸缩性大） 注意：水分进出植物细胞主要是指水经过原生质层进出液泡，这一点与动物细胞有所区别。 成熟的植物细胞模式图 外界溶液 能否把整个原生质层看作是一层半透膜呢？ 细胞液 合作探究四：请自主阅读课本P64-65的内容，小组合作完成以下任务。 1、设计实验验证原生质层是否相当于半透膜？并说出实验思路和预测结果？ 2、质壁分离的原因 （1个外因+2个内因）？要观察质壁分离以及复原现象选择的材料及原因？ 3、分析质壁分离中的变化：液泡体积、液泡颜色、细胞液浓度、细胞吸水能力？细胞体积的变化？在质壁分离复原中呢？ 03 探究植物细胞的吸水和失水 03 探究植物细胞的吸水和失水 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 提出问题 作出假设 实验设计 实验过程 实验结论 表达与交流 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 ，液泡体积就会 ；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会 ，液泡体积就会 。所以可以通过液泡体积的大小变化反映水分进出细胞的情况。 失水 缩小 吸水 增大 03 探究植物细胞的吸水和失水 实验设计 提供蔗糖溶液使外界溶液浓度升高，提供清水使外界溶液浓度降低。 2.如何使细胞外溶液的浓度升高或降低？ 3.如何选择合适材料？ ① 成熟的植物活细胞，保证细胞具有中央大液泡和原生质层。 ② 细胞液应具有颜色，紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液为紫色。 ③ 还可以使用具有较多叶绿体的材料，如黑藻（绿到发黑），通过 观察叶绿体分布情况判断是否发生质壁分离现象 如果细胞无色，可染色进行观察。 03 探究植物细胞的吸水和失水 滴加0.3 g/L 蔗糖溶液 质壁分离：原生质层和细胞壁分离 细胞壁 细胞膜 细胞质 液泡膜 原生质层 细胞壁 细胞膜 细胞质 液泡膜 原生质层 将植物细胞放置于0.3g/L蔗糖溶液中，会有怎样的变化？ 水少 水多 实验设计 4.作出预测：细胞失水或吸水后可能出现哪些变化？ 03 探究植物细胞的吸水和失水 将植物细胞放置于放置于清水中，会有怎样的变化？ 实验设计 4.作出预测：细胞失水或吸水后可能出现哪些变化？ 滴加清水 细胞壁 细胞膜 细胞质 液泡膜 原生质层 细胞壁 细胞膜 细胞质 液泡膜 质壁分离复原：原生质层恢复原状，和细胞壁再次紧贴 水多 水少 原生质层 03 探究植物细胞的吸水和失水 03 探究植物细胞的吸水和失水 实验结果分析 观察 次数 观察现象 中央液泡 原生质层位置 细胞大小 第一次 第二次 第三次 有一个紫色的中央液泡 逐渐变小(紫色变深) 逐渐变大(紫色变浅) 紧贴细胞壁 与细胞壁逐渐分离 逐渐贴近细胞壁 质壁分离 质壁分离复原 不变 基本不变 基本不变 该实验过程共观察了3次，每一次是什么样的实验现象呢？ 第一次观察 滴加蔗糖溶液后观察 滴加清水后观察 03 探究植物细胞的吸水和失水 植物细胞发生质壁分离与复原的原因： 外因： 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 外界溶液浓度 > 细胞液浓度 (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。 内因： 实验结论 03 探究植物细胞的吸水和失水 1.有位同学错取了质量浓度为3 g/mL的蔗糖溶液，发现细胞发生了质壁分离，给临时装片滴加清水并引流后几乎没有观察到质壁分离复原现象，分析原因可能是什么？ 蔗糖溶液浓度太高，细胞过度失水而死亡，不能再发生质壁分离复原。 2.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外界溶液与细胞液存在浓度差； ③有中央大液泡（颜色为深色或者有较明显的参照物） 紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞 绿色植物叶肉细胞 03 探究植物细胞的吸水和失水 自身对照是指对照组和实验组在同一研究对象上进行，是实验前后之间的对照 第一次对照 滴加蔗糖溶液 滴加清水 第二次对照 质壁分离 质壁分离复原 3.该实验有没有设置对照?是如何设置的? 03 探究植物细胞的吸水和失水 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\乙二醇溶液\尿素溶液\KNO3溶液(小分子能进入细胞)，实验结果会有什么不同？ 03 探究植物细胞的吸水和失水 5.质壁分离与复原---相关扩展 （1）判断成熟植物细胞的死活 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 03 探究植物细胞的吸水和失水 5.质壁分离与复原---相关扩展 （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 03 探究植物细胞的吸水和失水 5.质壁分离与复原---相关扩展 （3）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） 1. 如图为某紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞在某外界溶液中 的一种状态(此时细胞有活性)。下列说法合理的是（ ） A．图中属于选择性透过膜的是②④ B．将该细胞浸入清水当中，③中的紫色会越来越浅 C．将该细胞浸入清水中时，液泡体积会增大，当其 不再增大时，细胞液浓度等于外界溶液中蔗糖的浓度 D．用黑藻叶片细胞替代图中细胞进行质壁分离实验，叶绿体的 存在会影响观察 实战训练 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b的细胞液浓度大于细胞a的细胞液浓度 D．水分交换平衡时，细胞a、细胞c的外界蔗糖溶液的浓度相等 实战训练 2．植物成熟叶肉细胞的细胞液浓度可以不同。现将a、b、c三种细胞液浓度不同的某种植物成熟叶肉细胞，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，下列关于这一实验的叙述，不合理的是（ ） A．甲溶液是乙二醇溶液，乙溶液是蔗糖溶液 B．用于培养植物叶片的甲溶液和乙溶液起始 浓度可能相同 C．2min后，乙溶液中原生质体体积不再变化， 此时细胞液浓度等于外界溶液浓度 D．C点时甲溶液中的细胞开始发生质壁分离复原， 是因为溶质进入使得细胞液的浓度大于外界溶液浓度 实战训练 3．科研人员将某种植物叶片置于一定浓度的乙二醇溶液和蔗糖溶液中，培养相同时间后检测其原生质体（去掉细胞壁的植物细胞）体积的变化，结果如图所示。下列相关描述错误的是（　　） 04 被动运输 成人每天生成的原尿量可达180 L，但排出的终尿量仅1～2 L，可见原尿经过肾小管和集合管时，绝大部分水分被重吸收回血液。再从成分比较，原尿含葡萄糖而终尿无，各种无机盐离子含量也相差很大。 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。 肾小管上皮细胞是如何对原尿中的水进行重吸收的？ 04 被动运输 1.概念 物质以扩散方式进出细胞，______消耗细胞内化学反应 所释放的能量。 不需要 2.特点 ①不消耗能量； ②顺浓度梯度运输。 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 高浓度 低浓度 04 被动运输 物质通过简单扩散作用进出细胞，也叫简单扩散。 特点： ①顺浓度梯度运输 ②不需要转运蛋白 ③不需要消耗能量 自由扩散 细胞外 细胞内 (1)小分子物质 氧气、二氧化碳、氮气、尿素 苯、甘油、乙醇、脂肪酸、固醇 实例：气体、水、脂溶性物质 (2)脂溶性物质 04 被动运输 借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，也叫易化扩散。 特点： ①顺浓度梯度运输 ②需要转运蛋白参与 ③不需要消耗能量 实例: 离子和一些小分子物质 葡萄糖进入红细胞、钠离子进入神经细胞、水通过细胞膜等 协助扩散 04 被动运输 合作探究五：自主阅读课本P66-67相关内容，转运蛋白分为载体蛋白和通道蛋白，小组合作比较它们的异同，并完成下表。 名称 载体蛋白 通道蛋白 图示     转运对象 与自身 的分子或离子 与自身通道的 相适配、 相适宜的分子或离子 特点 每次转运时都会发生自身 。 转运分子 与通道蛋白结合 是否具有特异性 构象的改变 不需要 结合部位相适应 直径和形状 大小和电荷 是 是 04 被动运输 水的进出细胞的方式 过去人们普遍认为，水分子都是通过自由扩散进出细胞的，但后来的研究表明，水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。 04 被动运输 合作探究六：自主阅读课本P67相关内容，被动运输的影响因素有哪些？ （1）膜内外 梯度的大小。 （2）某些物质的运输速率还与 的数量有关。 （3） 变化会影响物质运输速率。 物质浓度 转运蛋白 温度 04 被动运输 方式 自由扩散 协助扩散 运输方向 是否消耗能量 是否需要转运蛋白 举例 图例 曲线图 （一定浓度范围内） 影响因素 高浓度低浓度（顺浓度梯度） 不消耗 不需要 需要 氧气、二氧化碳、乙醇、苯等 葡萄糖、氨基酸、水等 细胞膜内外物质的浓度差 浓度差；转运蛋白的数量 04 被动运输 细胞的物质输入和输出 细胞的吸水和失水 自由扩散 渗透作用的两个条件 动物细胞 特点：顺浓度梯度，不需要转运蛋白，不需要能量 植物细胞 1.半透膜。 2.半透膜两侧具有浓度差。 外界溶液浓度＜细胞液浓度 细胞吸水 外界溶液浓度＞细胞液浓度 细胞失水 外界溶液浓度=细胞液浓度 细胞形态不变 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 质壁分离超过一定限度不能复原。 协助扩散 特点：顺浓度梯度，需要转运蛋白，不需要能量 例子：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（离子通道蛋白）等 P68：肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收 转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白 例子：水、尿素、气体（O2 、CO2、N2）、 脂溶性小分子（甘油、脂肪酸、乙醇、苯）、 脂质分子（胆固醇、性激素等） A．农作物从外界吸收的磷酸盐可用于细胞内合成 DNA 和 RNA B．水分子可以与细胞膜上的水通道蛋白结合，以协助扩散的方式进出细胞 C．由于氢键的存在，水具有较高的比热容，有利于维持生命系统的稳定性 D．活性蛋白失去结合水后会改变空间结构，重新得到结合水后不能恢复其活性 实战训练 1．农谚有云：“有收无收在于水，收多收少在于肥。”水和无机盐在农作 物的生长发育过程中发挥着重要的作用。下列关于水和无机盐的叙述，错误的是（　　） A．水分子能通过自由扩散进出细胞，与磷脂双分子层中间的亲水层有关B．适当提高温度能够加快水分子通过自由扩散和协助扩散进出细胞的速率C．水分通过协助扩散进出细胞的速率慢于自由扩散 D．水分子的自由扩散不消耗能量，通过水通道蛋白协助扩散要消耗能量 实战训练 2．研究表明，水分子能够通过自由扩散进出细胞，而更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞。下列说法正确的是（ ） Lavf58.76.100 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $