4.1被动运输课件——2026-2027学年高一上学期人教版生物学必修一

该高中生物学课件聚焦“细胞的物质输入和输出”，核心涵盖渗透作用原理、细胞吸水失水机制及被动运输方式。课堂导入通过“问题探讨”的漏斗实验，引导学生分析渗透作用条件，再衔接动物细胞（红细胞）和植物细胞（质壁分离）的吸水失水实例，最后归纳被动运输的自由扩散和协助扩散，形成递进式知识支架。 其亮点在于以探究实践为核心，结合科学思维与生命观念。通过质壁分离实验的“提出问题-假设-设计-观察”完整流程，培养学生探究能力。利用表格对比自由扩散与协助扩散、载体蛋白与通道蛋白，深化科学思维。资料联系生活实例（如保湿产品中的甘油），帮助学生建立结构与功能观，既提升学生理解应用能力，也为教师提供系统教学资源，提高课堂效率。

第四章 细胞的物质输入和输出 第1节 被动运输 1 问题探讨 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。 玻璃纸是一种半透膜，水分子可以自由透过它，而蔗糖分子则不能。 能否跨膜取决于物质的直径与孔径的大小 半透膜是一类可以让分子（水/离子/葡萄糖）物质通过，而较大分子（蔗糖）物质不能通过的一类多孔性膜。如：玻璃纸。 漏斗管内的液面为什么会升高？ 问题探讨 注意：半透膜两侧的水分子进行的是双向运动，而不是单向运动 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 ＞ 如果漏斗足够长，管内的液面会无限升高吗？为什么？ 问题探讨 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子向外扩散的速度，最终水分子进出达到平衡，液面将不再上升。 渗透平衡≠浓度相等 ? 漏斗内渗透压 = 液柱的压力 渗透压 指溶液中溶质微粒对水的吸引力。 注意：当液面高度不再变化时，半透膜两侧仍有水分子进出，且进出速率相同。 如果用一层纱布代替玻璃纸，还会出现原来的现象吗？ 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？ 问题探讨 纱布 等浓度蔗糖溶液 不会, 因为纱布的孔隙很大,蔗糖分子也可以自由透过。 漏斗管内的液面不会升高, 单位时间内透过玻璃纸的水分子数等于渗出玻璃纸的水分子数量。 渗透作用 一 6 1 渗透作用 ①具有半透膜 ②半透膜两侧的溶液具有浓度差 （1）渗透作用的概念 水分子(或其它溶剂分子)通过半透膜的扩散。 （2）渗透作用的条件 水分子 含水量高 溶液浓度低 渗透压低 含水量低 溶液浓度高 渗透压高 （3）渗透作用中水的运输方向 渗透压：溶质微粒对水的吸引力 渗透系统：两个溶液体系以及半透膜。 物质的量浓度 1 渗透作用 （4）渗透作用的结果 水分子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。 渗透平衡≠浓度相等 渗透装置变式 1. U型管中间被一种不允许单糖和二糖透过的半透膜隔开，现在两侧分别加等质量浓度的蔗糖溶液和葡萄糖溶液，一段时间后液面高度如何变化？ 蔗糖 葡萄糖 提示： U型管左侧液面升高，右侧液面下降 物质的量n=m/M，质量除于相对分子质量 2. U型管中间被一种允许单糖通过，不允许二糖通过的半透膜隔开，现在两侧分别加等质量浓度的蔗糖溶液和葡萄糖溶液，一段时间后液面高度如何变化？ 蔗糖 葡萄糖 提示： U型管左侧液面先升高，后下降，最终右侧液面高于左侧液面 水进出细胞的原理 二 细胞生活在一个液体环境中需要通过细胞膜与外界进行物质交换，且细胞中含量最多的物质是水，那么水是如何进出细胞的呢？ 11 渗透作用的条件：①具有半透膜 ②半透膜两侧具有浓度差 渗透系统的要求：①两个溶液体系 ②具有半透膜 一个动物细胞相当于一个渗透装置 细胞质 外界溶液 细胞膜 细胞膜 细胞质浓度与外界溶液浓度不同 1 动物细胞的吸水和失水 外界溶液 细胞膜 半透膜 蔗糖溶液 细胞质 相当于 相当于 水进出哺乳动物红细胞的示意图 思考讨论 哺乳动物的红细胞放入不同浓度的氯化钠溶液中 外界溶液浓度 外界溶液浓度 外界溶液浓度 细胞质的浓度 细胞质的浓度 细胞质的浓度 ＞ ＜ = 细胞吸水膨胀 细胞失水皱缩 细胞形态保持不变 低渗溶液 高渗溶液 等渗溶液 水进出哺乳动物红细胞的示意图 思考讨论 红细胞中的血红蛋白是大分子有机物，不能透过细胞膜，它相当于“问题探讨”中的蔗糖分子 是(是“相当于”，不是“等同”) 不一定。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。 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。 讨论1 讨论2 讨论3 讨论4 讨论5 2 植物细胞的吸水和失水 生活中观察到的现象： （失水） （吸水） （有水分渗出） 用盐腌萝卜时会有水渗出，同时萝卜的体积会减少　 对农作物施肥过多，会造成“烧苗”现象 有些萎蔫的白菜叶片置于清水中又变得硬挺 包水饺把白菜做馅时，放一些盐，过一会儿发现什么现象？ （失水） 2 植物细胞的吸水和失水 细胞质 液泡膜 细胞膜 细胞壁 全透性 选择透过性 选择透过性 原生质层 植物细胞壁对于水和大部分溶质是通透的，且伸缩性比较小 细胞内的液体环境主要指的是__________________ ______________________ 组成原生质层 水分子进出细胞主要指的是水分子通过__________进出______ 液泡里面的细胞液 原生质层 液泡 细胞膜、细胞质、液泡膜 2 植物细胞的吸水和失水 原生质层 细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质。（仅存在于成熟的植物细胞中，不包括细胞核和液泡中的细胞液） 原生质层和原生质体的区别？ 原生质体 植物细胞中特指除去细胞壁后剩余部分。（包括细胞膜、细胞质和细胞核）。一个动物细胞即一个原生质体。 2 植物细胞的吸水和失水 渗透作用的条件：①具有半透膜 ②半透膜两侧具有浓度差 渗透系统的要求：①两个溶液体系 ②具有半透膜 细胞液 外界溶液 原生质层 原生质层 细胞液浓度与外界溶液浓度不同 探索植物细胞的吸水和失水 探究实践 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？ 水分通过渗透作用进出植物细胞，原生质层相当于一层半透膜 ①制作临时装片, 观察植物细胞正常形态； ②将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其大小变化； ③再将植物细胞浸润在清水中，观察其大小的变化。 提出问题： 实验设计： 做出假设： 预期结果: 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。 进行实验: 质壁分离复原 质壁分离 探索植物细胞的吸水和失水 探究实践 观察植物细胞的质壁分离和复原 洋葱外表皮含花青素，无需染色；内表皮也可做实验材料但需染色 20 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 质壁分离复原三次观察现象 不变 基本不变 基本不变 质壁分离、复原原因 细胞失水，原生质层与细胞壁分离开来 外界溶液浓度 > 细胞液浓度 外界溶液浓度 ＜ 细胞液浓度 细胞吸水，与细胞壁分离的原生质层慢慢恢复原来的状态 (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。 质壁分离 质壁分离复原 结论 质壁分离的原因 内因：原生质层的伸缩性>细胞壁的伸缩性 外因：外界溶液浓度>细胞液浓度 细胞质 液泡膜 细胞膜 细胞壁 全透性 选择透过性 选择透过性 原生质层 本实验所用的材料是什么，为什么？ 探索植物细胞的吸水和失水 探究实践 紫色洋葱鳞片叶外表皮。有大液泡，并且液泡有颜色，容易观察 紫色洋葱鳞片叶内表皮也能发生质壁分离，那可以选择它作为实验材料吗？ 可以，但是紫色洋葱鳞片叶内表皮液泡无色，不易观察，需进行染色 实验中共三次显微镜观察，其中第一次观察的目的是什么？ 观察洋葱鳞片叶外表皮细胞在清水中的正常状态，以此来判断滴加蔗糖溶液后细胞是否发生质壁分离，起到对照作用。 从实验当中的质壁分离，“质”和“壁”分别指的是什么呢？ “质”指原生质层，“壁”指细胞壁 根尖分生区可不可以发生质壁分离？ 不会，不是成熟的植物细胞，没有大液泡 如果将0.3g/mL的蔗糖溶液换成0.5g/mL的蔗糖溶液，会发生质壁分离吗？如若发生质壁分离，滴加清水后会发生质壁分离的复原吗？ 探索植物细胞的吸水和失水 探究实践 会，但浓度过高会引起植物过度失水而死，将不能再发生质壁分离复原现象。 将0.3g/mL的蔗糖溶液换成适宜浓度的甘油（丙三醇），实验结果会有什么不同？ 随后甘油会进入细胞内，引起细胞液浓度增大，植物细胞会吸水引起质壁分离自动复原。 外界溶液浓度大于细胞液浓度，植物细胞失水发生质壁分离现象； 植物细胞会出现像动物细胞的吸水胀破吗？ 不会，因为植物细胞有细胞壁的限制。 例子：甘油、尿素、乙二醇、KNO3溶液等 3 质壁分离与复原应用 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 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 3 质壁分离与复原应用 3、比较不同植物细胞的细胞液浓度 4、比较未知浓度溶液的浓度大小 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 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 3 质壁分离与复原应用 6、农业生产中的水肥管理 7、生活中杀菌、防腐、腌制食品 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） 被动运输 三 29 像水分子这样，物质以____________进出细胞，_________消耗细胞内化学反应所释放的_____，这种物质跨膜运输方式称为_____________。 被动运输分为______________和_______________两类。 扩散方式 不需要 能量 被动运输 自由扩散 协助扩散 载体蛋白 通道蛋白 细胞外 细胞内 自由扩散 协助扩散 协助扩散 自由扩散和协助扩散示意图 被动运输 p65 1 自由扩散 通过简单的扩散作用进出细胞的方式叫做自由扩散，也叫简单扩散。 相对含量低 相对含量高 实例： O2、CO2、水分子；甘油、乙醇、苯等脂溶性小分子。 特点： 影响因素： 膜内外浓度差 顺浓度梯度运输 不需要转运蛋白 不消耗能量 自由扩散影响因素 运输速率 O2浓度 / 能量 浓度差 运输速率 影响因素：物质浓度 借助细胞膜上的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。 实例： 红细胞吸收葡萄糖、水经过通道蛋白运输、部分离子（神经细胞Na+内流、K+外流） 特点： 影响因素： 膜内外浓度差、膜上转运蛋白的数量 需要转运蛋白协助 顺浓度梯度运输 不消耗能量 2 协助扩散 协助扩散影响因素 0 运输速度 A 曲线分析 (1)OA段：限制因素为浓度差。 (2)A点以后：达到饱和，此时 限制因素为转运蛋白的数量。 浓度差 影响因素：物质浓度、转运蛋白数量 物质出入细胞膜的方式 自由扩散 协助扩散 运输方向 是否消耗能量（ATP） 是否需要转运蛋白 举例 物理模型 数学模型 曲线图 （一定浓度范围内） 物质运输动力来源 物质运输速率限制因素 高浓度低浓度 （顺浓度梯度） 不消耗 不需要 需要（转运蛋白） O2、CO2 、水、甘油、乙醇、苯等 离子、葡萄糖、氨基酸、水等 细胞膜内外物质的浓度梯度 浓度梯度；转运蛋白的数量 膜内外物质浓度梯度（浓度差） 膜内外物质浓度梯度 自由扩散、协助扩散比较 只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小电荷相适宜的分子或离子通过。分子可离子通过通道蛋白时，不需要与通道结合。 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的改变。 ①载体蛋白： ②通道蛋白： 转运蛋白 36 载体蛋白、通道蛋白比较 载体蛋白 通道蛋白 转运特点 自身构象 是否与转运的 分子结合 是否有特异性 实例 图示 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 改变 有的改变，有的不改变 不结合 结合 具有 具有 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 3 水进出细胞方式 资料1：水分子比较小，在活细胞中含量最多，人们曾经认为它们以自由穿过细胞膜磷脂分子的间隙而进出细胞。 后来的研究发现，水分子在通过细胞膜时的速率高过人工膜，由此推断细胞膜上可能存在特殊的输送水分子的通道。 资料2: 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。 水通道蛋白结构模式图 钾离子通道模式图 资料3：20世纪80年代，科学家又从蚕豆保卫细胞中检测出K+的通道。1998年，美国科学家麦金农（R.Mackinon）解析了K+通道蛋白的立体结构。 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。 与生活的联系 绝大部分保湿防冻产品中都有油脂类物质（如：甘油），想一想，这是为什么呢？ 油脂类物质通过自由扩散的方式被细胞吸收，能吸收一部分空气的水分，同时它可以使一部分自由水转化为结合水，减少水分的散失，降低结冰点；从而可以防干燥，还能一定程度上防冻。 润肤霜 4 总结 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、浓度差。 外界溶液浓度＜细胞质浓度 细胞吸水 外界溶液浓度＞细胞质浓度 细胞失水 外界溶液浓度=细胞质浓度 细胞形态不变 外界溶液浓度＜细胞液浓度 质壁分离复原 外界溶液浓度>细胞液浓度 质壁分离 质壁分离超过一定限度不能复原。 例子：气体分子；甘油、乙醇、苯等脂溶性物质 协助扩散 特点：顺浓度梯度，需要转运蛋白，不需要能量 例子：红细胞吸收葡萄糖 转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白 谢 谢 观 赏 44 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.30.100 $