4.1. 渗透作用与被动运输课件-2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

第1节 被动运输 第4章 细胞的物质输入和输出 本节聚焦 细胞在什么情况下吸水或失水？ 植物细胞的质壁分离与复原现象说明什么？ 两种被动运输的方式有什么异同？ Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 0.1%NaCl溶液 9%NaCl溶液 0.9%NaCl溶液 细胞吸水膨胀 细胞失水皱缩 保持原状态 Copyright © 2018 芃苇_PengV. All Rights Reserved. 渗透现象演示 动画演示 动画演示 蔗糖分子 水分子 渗透作用演示 半透膜： 一类只允许分子大小小于孔径的物质通过的多孔性薄膜的总称。如：玻璃纸、鸡蛋的壳膜等。 问题探讨 1.漏斗内的液面为什么会升高？ 单位时间内进入漏斗的水分子数量多于从漏斗渗出的水分子数量，漏斗内溶液体积增大，液面上升。 2. 为什么漏斗管管内的液面不会无限升高？ 随着液面上升，漏斗内水分子数增加，同时管中水柱产生的压力也会加快漏斗中水分子向外扩散的速度，最终达到平衡时，液面将不再上升。 3.为什么用一层纱布代替玻璃纸时漏斗管的液面不会升高？ 分子扩散现象： 在溶液中，分子总会自发的发生扩散运动，最终均匀分布。例如，滴一滴红墨水在清水中，染料分子会发生扩散。 4.如果渗透实验中烧杯中是等浓度的蔗糖溶液，漏斗液面高度如何变化？ 纱布孔隙大，单位时间内进出漏斗的水分数量相同。 不变。 一、水进出细胞的原理 1.渗透作用：水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散。 最终进出半透膜的溶剂分子将达到动态平衡。 ②半透膜的两侧的溶液具有浓度差。 ①具有半透膜。 3.方向： 2.发生条件： 低浓度溶液（水多） 高浓度溶液 （水少） 水分子数多 水分子数少 溶液浓度低 溶液浓度高 水分子 数量多 水分子 数量少 半透膜 渗透压低 渗透压高 渗透压： 溶液中溶质微粒对水分子吸引力的总和，大小只取决于溶质的摩尔浓度。 1. 渗透平衡时漏斗内外的溶液浓度是否相等？ 液面 （等高） 10% 蔗糖溶液 10% 葡萄糖溶液 半透膜 液面 （等高） 2 mol/L NaCl 溶液 2 mol/L 葡萄糖溶液 半透膜 思考 2. 渗透平衡时水分子是否进出半透膜？ 3. 下面两图达到渗透平衡时哪边液面高？ 左侧液面高 右侧液面高 不等，需要考虑静水压和渗透压差的共同作用。 有，只是进出数量相同 动物细胞的吸水和失水 0.1%NaCl溶液 （低渗溶液） 9%NaCl溶液 （高渗溶液） 0.9%NaCl溶液 （等渗溶液） 外界溶液渗透压 小于 细胞质渗透压 外界溶液渗透压 大于 细胞质渗透压 外界溶液渗透压 等于 细胞质渗透压 细胞吸水膨胀 细胞失水皱缩 保持原状态 渗透装置与红细胞的比较 动物红细胞的细胞膜是选择透过性膜，当细胞膜两侧存在浓度差，细胞会发生渗透吸水或失水。 细胞质 蔗糖溶液 外界溶液 细胞膜 半透膜 选择透过性膜：指对物质进出有选择作用的膜。生物膜对物质的通过既具有半透膜的物理性质，还具有主动的选择性。 红细胞膜与半透膜是否具有相似性？ 清水泡过的青菜 盐腌制过的黄瓜 生活中我们会观察到： 盐腌制过的黄瓜会出很多水，变得皱皱巴巴； 而用清水泡过的萎蔫青菜可以恢复硬挺，这是为什么呢？ 问题探讨 水分子又是怎样进出植物细胞呢？ 原生质层 细胞膜 细胞质 液泡膜 认识植物细胞——原生质层 细胞壁 具有全透性， 且伸缩性小 提示： 成熟植物细胞的水分子主要存在于液泡中。因此我们说的水分子进出植物细胞主要是指水分子经过原生质层进出液泡。 细 胞 液 成熟植物细胞的中央大液泡占据细胞绝大部分体积，将细胞质挤压成薄薄一层。 原生质层是否相当于一层选择透过性膜呢？ 探究·实践——探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 进行实验， 观察并记录结果 分析结果，得出结论 表达与交流 进一步探究 原生质层是否相当于一层选择透过性膜？ 水分进出植物细胞是否通过原生质层的渗透作用吗？ 原生质层相当于一层选择透过性膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。 科学探究的一般过程 提出问题 作出假设 设计实验 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 ；当外界溶液的浓度低于细胞液的浓度时，细胞就会 。 2. 选择什么实验材料便于观察细胞是否发生了渗透作用？ 3. 细胞失水或吸水后可能出现哪些可观察的变化？ 失水 吸水 液泡大小？颜色深浅？ 探究·实践——探究植物细胞的吸水和失水 提出问题 作出假设 设计实验 进行实验， 观察并记录结果 分析结果，得出结论 表达与交流 进一步探究 原生质层是否相当于一层半透膜？ 水分进出植物细胞是通过渗透作用吗？ 原生质层相当于一层半透膜，水分进出植物细胞是通过渗透作用。 实验思路：将植物细胞分别浸润在较高浓度的蔗糖溶液 和清水中，用显微镜观察液泡、原生质层、 细胞大小的变化（蔗糖短时间内很少进入细胞）。 科学探究的一般过程 提出问题 作出假设 设计实验 质壁分离与复原实验 选材：有中央大液泡、最好有颜色。 比如洋葱鳞片叶外表皮细胞 外界溶液：0.3g/mL蔗糖溶液 实验原理： ①成熟植物细胞的原生质层相当于一层半透膜； ②细胞液与外界环境具有一定的浓度差，能渗透吸水和失水。 清水制片 0.3g/mL蔗糖 清水 实验方法：引流法 如何改变盖玻片下的液体环境？ ②低倍镜观察 ----正常的洋葱表皮细胞 特点： 细胞壁 液泡 有一个紫色的中央大液泡； 原生质层紧贴着细胞壁 ①制作临时装片 ③一侧滴 0.3g/ml的蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引（引流法），观察现象 原生质层与细胞壁发生分离,叫做质壁分离。 外因：外界溶液渗透压＞细胞液渗透压， 细胞渗透失水 内因： （1）原生质层具有选择透过性 ； （2）原生质层伸缩性＞细胞壁伸缩性 中央大液泡逐渐变小，颜色变深 （细胞液浓度变大） 1. 质壁分离后细胞膜与细胞壁之间液体是什么？ 2. 发生质壁分离的外因和内因分别是什么？ ④一侧滴清水，另一侧用吸水纸吸引（引流法），观察现象 中央大液泡变大，颜色变浅 原生质层逐渐贴近细胞壁 发生质壁分离复原 外界溶液渗透压＜细胞液渗透压，细胞渗透吸水膨胀 3. 为什么会发生质壁分离复原？ 第一次对照（自身前后对照） 滴加蔗糖溶液 滴加清水 第二次对照（自身前后对照） 质壁分离 质壁分离复原 液泡变小，颜色变深 液泡变大，颜色变浅 三次观察 两次对照. 观察 观察 观察 4. 本实验中需要观察几次细胞？如何实现对照？ 5. 实验中替换细胞外液体时为什么不能移动临时装片？ 确保观察同一对象。 17 1.如果滴加的是一定浓度的KNO3溶液(KNO3可被细胞吸收），实验结果又会有什么不同？ 质壁分离后渐渐自动复原，细胞吸收KNO3后消除细胞内外浓度差。 2.为什么将成熟植物细胞放在高浓度酒精溶液中无法观察到质壁分离现象？ 高浓度的酒精会杀死细胞，使原生质层失去选择透过性。 3.黑藻、洋葱鳞片叶内表皮和根尖分生区细胞能否用作本实验材料？ 黑藻可以通过胞质中叶绿体的密度变化观察；内表皮因细胞无色，需要用墨水等染色后观察；根尖分生区细胞没有大液泡，细胞壁薄而柔软，不能发生质壁分离现象。 4.施肥过多为什么会导致“烧苗”现象？ 5.如果滴加的是0.5g/ml的蔗糖溶液，实验结果会有什么不同？ 只发生质壁分离，滴加清水后不还原。（活细胞失水太多死亡） 延伸拓展 甘油、尿素等可穿过细胞膜，也会发生质壁分离自动复原。 土壤渗透压过高，植物根细胞渗透失水。 利用渗透作用和质壁分离原理，能否实现以下目的？ （1）判断细胞的死活 （2）测定细胞液浓度 （3）比较未知溶液浓度的大小 （4）鉴别不同种类的溶液 （5）延长食物保质期 归纳：发生质壁分离现象需要哪些条件？ 活细胞、大液泡、浓度差、细胞壁 自由扩散演示按钮 协助扩散演示按钮 二、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反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。根据是否需要蛋白质参与，被动运输分为自由扩散和协助扩散两类。 注意：渗透指溶剂的扩散现象，属于物质扩散的一种。不管是溶剂渗透还是溶质扩散，都是从分子密度多向密度少的方向。 20 1.概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做自由扩散，也叫简单扩散。 2.运输方向： 高浓度 低浓度 顺浓度梯度，不需要转运蛋白，不需要细胞提供能量 4.实例： 水、O2、CO2等气体，尿素或甘油、脂肪酸、乙醇、苯、性激素等脂溶性物质 3.特点： 5.哪些因素可以影响自由扩散速率？ 细胞外 细胞内 气体分子 细胞膜 浓度差 运输速率 递增曲线 类似:球往低处滚 膜两侧浓度差； 温度 二、自由扩散和协助扩散 1.概念：借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质运输方式叫作协助扩散。 2.运输方向： 高浓度 低浓度 顺浓度梯度，需膜上转运蛋白的协助， 不需要细胞提供能量 4.实例： 水通过水通道蛋白运输、 红细胞通过葡萄糖载体蛋白吸收葡萄糖等 3.特点： 膜两侧浓度差和转运蛋白数量 细胞外 细胞内 细胞膜 类似:车载货下坡 升平曲线 5.哪些因素可以影响协助扩散速率？ 受转运蛋白数量限制 P点后速率受什么因素限制 ？ 速率可以不断递增吗 ？ 二、自由扩散和协助扩散 协助离子和一些有机物小分子进行跨膜运输的蛋白质称为转运蛋白。 载体蛋白： 通道蛋白： 需要与被运输的离子或分子结合，通过自身构象的改变完成运输。 通道蛋白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。分子或离子通过通道蛋白时，不与通道结合。 协助扩散演示按钮 通道蛋白 载体蛋白 转运蛋白 转运蛋白运输物质是否具有特异性？ 转运蛋白能否重复利用？ 二、自由扩散和协助扩散 总结归纳 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＜细胞液浓度 吸水膨胀 外界溶液浓度>细胞液浓度 失水皱缩 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。 例子：水分子、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：水通道蛋白运输水，红细胞吸收葡萄糖 转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白 【提示】可以配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液,将紫色洋葱鳞片叶表皮细胞置于配好的各种浓度的蔗糖溶液中，适当时间后用显微镜观察细胞质壁分离情况。记录刚好发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，以及刚好尚未发生质壁分离的细胞所用的蔗糖溶液浓度，据此推算出细胞液溶质浓度应介于这两个浓度之间。 拓展应用 1. 设计实验测定洋葱鳞片叶外表皮细胞的细胞液的浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液。写出你的实验思路，并分析其中的基本原理。 拓展应用 2.温度变化会影响水分通过半透膜的渗透速率吗？请你提出假设，并设计检验该假设的实验方案。 假设：温度变化会影响水分通过半透膜的渗透速率。 设计实验：可以借用本节问题探讨中的渗透装置进行实验。将该渗透装置置于不同温度的环境中，通过比较不同温度下漏斗管液面上升速度的快慢，判定温度是否影响水分子的扩散速度，实验中要注意排除各种无关变量的干扰，如置于不同温度中的漏斗内的蔗糖溶液的量和浓度必须相等，以确保实验的准确性。 低温 高温 $